畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于plc的立體車庫控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

…裝………………訂………………線……摘要…裝………………訂………………線……物料輸送線在工廠生產(chǎn)中占據(jù)主要地位，它關(guān)系到生產(chǎn)是否能夠正常進(jìn)行，因此物料輸送線的自動(dòng)化控制的研究就變的很有必要。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制不僅可以使勞動(dòng)力從重體力勞動(dòng)中解脫出來還可以使生產(chǎn)的過程控制更加準(zhǔn)確。本論文中首先介紹了課題的背景，以及研究?jī)?nèi)容和意義；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、DCS、PLC及WinCC軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，采用德國Siemens公司的S7—200系列PLC，運(yùn)用與之相配的STEP7編程軟件，通過LAD編程語言編制了下位機(jī)的控制程序，能夠可靠、準(zhǔn)確地完成控制操作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并且能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種突發(fā)事件及時(shí)做出響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)整套生產(chǎn)、集中及物料輸送系統(tǒng)的全自動(dòng)監(jiān)控，從而提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性與自動(dòng)化程度。該系統(tǒng)中重點(diǎn)設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)，PLC的設(shè)計(jì)中關(guān)鍵是外圍元器件的選型和I/O口的分配，這兩局部確定好之后就可以進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)。本文中利用西門子的PLC設(shè)計(jì)了一套輸送線自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：物料輸送線PLC自動(dòng)化控制變頻器論文類型：工程設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

AbstractConveyinglineoccupiesamainpositioninthefactory,itrelatestothenormalproduction,sotheconveyinglineautomationcontrolbecomesverybenecessary.AutomationcontrolcannotonlymakeLabourheavierphysicallaborextricatebutalsoitcanmakemoreaccuratecontroloftheproductionprocess,reducetheerrorprobability.Thisthesisfirstlyintroducesthebackgroundofthesubject,andresearchcontentandmeaning,thefieldbustechnology,DCS,PLCandWinCCsoftwareareintroducedinthisbrief.Combiningwiththeactualsituationthesystemdesignoftheoveralldesignscheme,GermanSiemensS7-200seriesofPLC,usingmatchingSTEP7programmingsoftwareprogramminglanguage,throughtheLADwascompiledunderthecontroloftheprogram,themachinecanbereliable,accuratelyfinishoperation,real-timemonitoringandcontrolofthesitecanpromptlyrespondtoemergencies,completeproduction,concentrationandconveyingsystem,automaticcontrol,soastoimprovethereliabilityoftheequipmentoperationandautomation.ThefocusofthesystemwasdesigningPLCcontrolsystem.ThekeypartsareperipheralcomponentselectionandallocationofI/OportsinthedesignofPLC,thedesignofsoftwarecanbedeterminedafterthesetwopartsarecompleted.ThisStudydesignsanautomationsystemusingatransmissionlinewithSiemensPLC,whichhasimportanttheoreticalandpracticalvalue.Keyword:Conveyingline;PLC；Automaticcontrol;InverterThesisType：AppliedResearch…裝…裝………………訂………………線……摘要…………Abstract……………………1緒論……………………1.1課題設(shè)計(jì)的目的及意義……………1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀……1.3課題設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容…………2PLC簡(jiǎn)介與物料輸送線的概述……2.1可編程控制器的介紹………………2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本原那么和步驟………………2.3物料輸送線的概述…………………3輸送線系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)………3.1硬件的選擇……3.2立體停車庫的原理框圖……………3.3主電路圖…………3.4器件選型…………4立體車庫控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)………4.1PLC設(shè)計(jì)流程圖……4.2PLC的端子接線圖…………………4.3立體車庫的I/O分配表………………裝…………………裝………………訂………………線……4.5程序仿真…………5結(jié)論與展望……………5.1結(jié)論………………5.2展望………………6主要參考文獻(xiàn)…………7致謝辭…………………8附錄……………………1緒論1.1課題設(shè)計(jì)的目的及意義1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)現(xiàn)狀1.2.2國外現(xiàn)狀1.3課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容2PLC的簡(jiǎn)介與立體車庫的概述2.1可編程控制器的介紹2.1.1可編程控制器的概述可編程控制器(ProgrammableController)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)，簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的開展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了防止與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。2.1.2可編程控制器的結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)根本上與微型計(jì)算機(jī)相同，根本構(gòu)成為：(1)電源：PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一般交流電壓波動(dòng)在+10%~+15%范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。(2)中央處理單元(CPU)：中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)存放器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出存放器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。(3)存儲(chǔ)器：存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。(4)輸入輸出接口電路：現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道?，F(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)存放器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。(5)功能模塊：如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。(6)通信模塊：如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。2.1.3可編程控制器的的特點(diǎn)及應(yīng)用(1)PLC的特點(diǎn)①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

②通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便③功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣

④編程簡(jiǎn)單，容易掌握…裝………………訂…裝………………訂………………線……⑥體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便(2)PLC的應(yīng)用目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類：①開關(guān)量的邏輯控制②模擬量控制③運(yùn)動(dòng)控制④過程控制⑤數(shù)據(jù)處理⑥通信及聯(lián)網(wǎng)2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本原那么和步驟2.2.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本原那么任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象〔生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程〕的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)原那么往往會(huì)涉及很多方面，其中最根本的設(shè)計(jì)原那么可以歸納為4點(diǎn)：(1)完整性原那么：最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)過程或機(jī)械設(shè)備的控制要求。(2)可靠性原那么：確保計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。(3)經(jīng)濟(jì)型原那么：力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、合理。(4)開展性原那么：適當(dāng)考慮生產(chǎn)開展和工藝改良的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地[5]。2.2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。所謂硬件設(shè)計(jì)，是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)，而軟件設(shè)計(jì)即PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分以下5步進(jìn)行：(1)熟悉被控對(duì)象深入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的根底。設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)真調(diào)查研究，收集資料，并于相關(guān)技術(shù)人員和操作人員一起分析討論，相互配合，共同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。這一階段必須對(duì)被控對(duì)象所有功能全面的了解，對(duì)對(duì)象的各種動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)序、動(dòng)作條件、必要的互鎖與保護(hù)；電氣系統(tǒng)與機(jī)械、液壓、氣動(dòng)及各儀表等系統(tǒng)間的關(guān)系；PLC與其他設(shè)備的關(guān)系，PLC之間是否通信聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)的工作方式及人機(jī)界面，需要顯示的物理量及顯示方式等?！b…………………裝………………訂………………線……①系統(tǒng)I/O設(shè)備的選擇:輸入設(shè)備包括按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等；輸出設(shè)備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等。②選擇PLC：PLC選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。③PLC的I/O端口分配：在進(jìn)行I/O通道分配時(shí)應(yīng)給出I/O通道分配表，表中應(yīng)包含I/O編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及功能等。④繪制PLC外圍硬件線路圖：畫出系統(tǒng)其它局部的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖,到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。⑤計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及內(nèi)部輔助繼電器的地址分配。(3)編寫應(yīng)用程序根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用適宜的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容：①初始化程序：在PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備，防止系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。初始化程序的主要內(nèi)容有：對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。②檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序：這些程序相對(duì)獨(dú)立，一般在程序設(shè)計(jì)根本完成時(shí)再添加。③保護(hù)和連鎖程序：保護(hù)和連鎖是程序中不可缺少的局部，必須認(rèn)真加以考慮。它可以防止由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。…裝…………………裝………………訂………………線……程序調(diào)試分為2個(gè)階段，第一階段是模擬調(diào)試、第二階段是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。程序模擬調(diào)試：以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。①硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備〔如用另一臺(tái)PLC或一些輸入器件等〕模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并將這些信號(hào)以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)。②軟件模擬法是在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，其簡(jiǎn)單易行，但時(shí)效性不易保證。模擬調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試：當(dāng)控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完畢，程序模擬調(diào)試完成后，就可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，如不能滿足要求，須重新檢查程序和接線，及時(shí)更正軟硬件方面的問題。2.3立體停車庫概述3.2立體停車庫的原理框圖PLCPLC狀態(tài)檢測(cè)實(shí)施單元操作局部圖3.2系統(tǒng)原理框圖3.2.1檢測(cè)系統(tǒng)：3.2.2電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)3.2.3電氣系統(tǒng)關(guān)鍵局部設(shè)計(jì)3.3主電路圖…裝………………訂………………線…裝………………訂………………線……3.4.1PLC的選型。3.4.2光電開關(guān)3.4.3行程開關(guān)的選型行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，可以安裝在相對(duì)靜止的物體上或者運(yùn)動(dòng)的物體上。當(dāng)物體接近靜物時(shí)，開關(guān)的連桿驅(qū)動(dòng)開關(guān)的接點(diǎn)引起閉合的及誒單分段或者斷開的接點(diǎn)閉合。由開關(guān)接點(diǎn)開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C(jī)構(gòu)的動(dòng)作。根據(jù)需要選用YKXX1-111(T)適用用于熱電流為5A的控制電路中。3.4.4電機(jī)的選型電機(jī)是最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最終功能的實(shí)現(xiàn)要依靠電機(jī)。本設(shè)計(jì)選用三相異步電機(jī)帶動(dòng)，電機(jī)表示如圖圖3.3異步電機(jī)表示…裝………………訂………………線……車庫升降電機(jī)一般要求功率為2.2KW.根據(jù)功率選擇三相異步電機(jī)Y90L-2，額定功率2.2KW，額定電流4.83A。橫移電機(jī)一般要求功率為0.2KW，選擇三相異步電機(jī)…裝………………訂………………線……3.4.5其他硬件的選擇3.4.6主要電氣元件目錄表4立體車庫控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)根據(jù)車庫的運(yùn)行控制要求，應(yīng)用程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主循環(huán)程序和假設(shè)干子程序構(gòu)成?？刂瞥绦虿捎媚K化編程形式，車位運(yùn)行過程中只需調(diào)用子程序模塊，這樣大大降低了程序的復(fù)雜程度，方便了程序的修改，而且為車位的拓展提供了便利條件。4.1PLC設(shè)計(jì)流程圖4.2PLC的端子接線圖4.3立體車庫的I/O分配表4.4梯形圖設(shè)計(jì)4.5程序仿真5結(jié)論與展望5.1結(jié)論立體車庫是一種多平面的空間立體停車庫，它以單層平面停車場(chǎng)為核心，通過可編程控制器PLC控制的車位的空間變動(dòng)使車位能夠?qū)崿F(xiàn)空間到平面的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了多重單層平面停車的功能。本次設(shè)計(jì)采用可編程控制器PLC和電機(jī)的結(jié)合來到達(dá)控制立體車庫自動(dòng)手動(dòng)運(yùn)行目的，由于PLC的平安可靠性強(qiáng)和停車系統(tǒng)的智能化，大容量的要求，PLC的特點(diǎn)很適合作為這樣的控制系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)采用