PLC課程設計指導書

1、三 江 學 院可 編 程 序 控 制 器 課 程 設 計題目交通信號燈控制系統(tǒng)設計、運料小車plc控制系統(tǒng) 機械工程 學院機械設計制造及其自動化（機電一體化） 專業(yè)學生姓名 王一平 學 號 起訖日期 2014.1.62014.1.10 指導教師姓名（簽名） 目 錄第一章、PLC簡介.2第二章 系統(tǒng)的控制要求.4第三章 十字路口交通燈控制系統(tǒng)硬件設計.5一、確定輸入輸出設備，并為其分配合適的I/O端子.5二、PLC的選型.5三、系統(tǒng)硬件連接圖.5四、經(jīng)驗法程序設計.7五、順序控制法程序設計.9四、程序的調(diào)試過程.15第五章 運料小車PLC控制系統(tǒng).15一、系統(tǒng)的控制要求.15二、硬件連接圖.16

2、三、順序功能圖.16四、I/O分配表.16五、梯形圖.17六、程序解釋.18課程設計小結.18參考文獻.18第一章 緒 論 （三號黑體）一、課題背景（一級標題小三黑體）1.1 一級標題（四號）正文小四宋體，行間距18磅可編程控制器是60年代末在美國首先出現(xiàn)的，當時叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。提出PLC概念的是美國通用汽車公司。PLC的基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。

3、根據(jù)實際應用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi),使控制器和被控對象連接方便。 70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時的PLC已不再是僅有邏輯(Logic)判斷功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國際電工委員會(IEC)頒布的可編程控制器標準草案中對可編程控制器作了如下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和

4、輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的設計。 可編程控制器對用戶來說，是一種無觸點設備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的普及推廣應用。可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機，具有許多明顯的特點。二、PLC簡介（PLC的構成、特點、工作原理）可編程控制器（簡稱PLC）從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實現(xiàn)了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應用領域從小到大，實現(xiàn)了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的PL

5、C在處理模擬量、數(shù)字運算、人機接口和網(wǎng)絡的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。PLC的構成：1.CPU運算和控制中心當從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲器中，然后CPU根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成PLC內(nèi)部所認可的用戶編譯程序。輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進，CPU將之存入工作數(shù)據(jù)存儲器中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機地結合在一起。把結果存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲器中，然后輸出到輸出接口、控制外部驅動器。CPU由控制器、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上。CPU通過

6、地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。2 存儲器具有記憶功能的半導體電路，分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為35年。3輸入/輸出接口（1）輸入接口：光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號。光

7、電三級管：在光信號的照射下導通，導通程度與光信號的強弱有關。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號與輸入信號有線性關系。輸入接口電路工作過程：當開關合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導通，向內(nèi)部電路輸入信號。當開關斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導通。向內(nèi)部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關信號轉化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號。（2）輸出接口PLC的繼電器輸出接口電路。工作過程：當內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導通的電流和電壓。當內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。

8、也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號使負載動作或不動作。（3）還有特別用來輸入/輸出模擬電流信號和高速脈沖信號的特殊結構，例如：模數(shù)/數(shù)模轉換模塊、高速計數(shù)模塊等。4編程器編程器分為兩種，一種是手持編程器，方便，我們實驗室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口，與計算機相連，然后敲擊鍵盤，通過NSTP-GR軟件（或WINDOWS下軟件）向PLC內(nèi)部輸入程序。PLC的特點：1可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。使用PLC構成控制系統(tǒng)，和同

9、等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)將極高的可靠性。2配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的

10、增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。4系統(tǒng)的設計，工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。PLC的工作原理：PLC采用“順序掃描，

11、不斷循環(huán)”的工作方式1每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進行刷新。2輸入刷新過程，當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。3一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。4元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。5掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)，現(xiàn)在的PLC掃描速度都是非?？斓摹?由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應延遲。第二章 系統(tǒng)的控制要求系統(tǒng)要求用兩個控制按鈕來控制信號燈工作，交通信號燈排列如

12、下圖2-1所示，系統(tǒng)控制要求如下所述： 當按下啟動按鈕后，南北紅燈亮25s在南北紅燈亮25s的時間里，東西綠燈先亮20s，再以1次/1秒的頻率閃爍3次，接著東西黃燈亮2s，25s后南北紅燈熄滅，熄滅時間維持30s，在這30s的時間里，東西紅燈一直亮，南北綠燈先亮25s，然后以1次/1秒的頻率閃爍3次，接著南北黃燈亮2s，以后重復該過程。按下停止按鈕后，所有燈都熄滅，交通燈的控制時序圖2-2所示：圖2-1 交通信號燈排序圖2-2 交通信號燈的工作時序第三章 十字路口交通燈控制系統(tǒng)硬件設計一、 確定輸入輸出設備，并為其分配合適的I/O端子交通信號燈控制采用的輸入和輸出設備及對應的PLC端子見下表3

13、-1：表3-1 交通信號燈控制I/O分配表PLC端子連接功能I0.0啟動I0.1停止Q0.0東西紅燈亮Q0.1東西綠燈亮Q0.2東西黃燈亮Q0.3南北紅燈亮Q0.4南北綠燈亮Q0.5南北黃燈亮PLC的選型：CPU226AC/DC/RLY，輸入是直流電，輸出是繼電器，工作電源是交流電。選用來自OMRON的CPM1A-30CDR-A可編程控制器。CPM1A CPU單元CPM1A在編程環(huán)境等方面，它不僅具備了以往的小型PLC所具有的功能，盡可能使安裝空間最小化，并實現(xiàn)了具有10點-100點輸入輸出點數(shù)的彈性構成。而且還可連接可編程控制終端，創(chuàng)造了尚無前例的靈活運用。它不僅可以替代繼電器控制柜，就是作

14、為小型控制器或在傳感器應用中，亦能適應生產(chǎn)現(xiàn)場不同的需求，AC電源輸入，繼電器輸出，能加擴展單元。二、 系統(tǒng)硬件連接圖I0.0I0.1Q0.0Q0.2Q0.1Q0.4Q0.5Q0.3PLC輸入用的是24v直流電，I0.0是開始開關，I0.1是停止開關。輸出是240vde交流電。Q0.0是東西紅燈，Q0.1是東西綠燈，Q0.2是東西黃燈，Q0.3是南北紅燈，Q0.4是南北綠燈，Q0.5是南北黃燈。第四章 十字路口交通燈控制系統(tǒng)軟件設計一、 系統(tǒng)程序流程圖 南北紅，東西綠20 S南北紅，東西綠閃爍3 S南北紅，東西黃2 S東西紅，南北綠25 S東西紅，南北綠閃爍3 S東西紅，南北黃2 SS3S2S

15、1S5S4S6開始 二、 經(jīng)驗法程序設計2.1梯形圖程序 2.2程序解釋I0.0按下后中間繼電器M0.0打開并保持，M0.0打開后Q0.3，Q0.1工作，南北紅燈，東西綠燈亮20S，并且T33，T35，T41工作；當20S后，繼電器M0.1工作，在南北紅燈繼續(xù)亮的情況下，東西綠燈閃爍3S；緊接著東西黃燈亮2S。這段過程總時間25S，結束后東西紅燈，南北綠燈亮25S，在東西紅燈亮的情況下，南北綠燈閃爍3S；緊接著南北黃燈亮2S；此后由于PLC特性，程序循環(huán)執(zhí)行。三、 順序控制法程序設計3.1 順序功能圖南北紅，東西綠20 S南北紅，東西綠閃爍3 S南北紅，東西黃2 S東西紅，南北綠25 S東西紅

16、，南北綠閃爍3 S東西紅，南北黃2 SS3S2S1S5S4S6開始 3.2 梯形圖3.3 程序解釋按下開關I0.0程序啟動，S0.1啟動。按下開關I0.1程序關閉，S0.1關閉。開始，S0.0啟動，M0.2和M0.1置1，定時器T33開始定時。20秒后T33置1，轉移。結束。開始，S0.1啟動，M0.3置1，M0.4以1秒為周期接通0.5秒斷開0.5秒，并且定時器T34開始計時。3秒后T34置1，轉移。結束。開始，S0.2啟動，M0,5置1，東西黃燈Q0.2亮，定時器T35開始計時。2秒后T35置1，燈滅，轉移。結束。開始，S0.3啟動，M0.6置1，M0.7置1，計時器T37開始計時。25秒

17、后，T36置1，轉移，結束。開始，S0.4啟動，M1.1置1，M1.2以1秒為周期接通0.5秒斷開0.5秒，并且定時器T38開始計時。3秒后，T38置1，轉移，結束。開始，S0.5啟動，M1.0置1，南北黃燈Q0.5亮，定時器T39開始計時。2秒后T39置1，燈滅，轉移，結束。M0.1 ，M0.4和M0.5并聯(lián)接南北紅燈Q0.3。M0.3和M0.2并聯(lián)接東西綠燈Q0.1。M0.6 ，M1.2和M1.1并聯(lián)接東西紅燈Q0.0。M0.7和M1.1并聯(lián)接南北綠燈Q0.4。四、程序的調(diào)試過程經(jīng)驗程序設計調(diào)試：初次把程序寫好輸入到電腦里,發(fā)現(xiàn)定時器有很多是不能實現(xiàn)目標功能的，查看可編程控制器原理及應用P

18、71得知各定時器名稱及其對應功用。修改后發(fā)現(xiàn)至東西綠燈閃爍處進入死循環(huán)，重新檢查后發(fā)現(xiàn)Q0.1受兩處控制發(fā)生矛盾，把程序修改后M0.1直接并聯(lián)在T35處就可以了。順序程序設計調(diào)試:編寫完程序后,把程序輸入到軟件中,然后用電腦把程序下載到PLC中，發(fā)現(xiàn)所有燈都不亮，但經(jīng)過20后，綠燈閃爍，紅燈亮，緊接著黃燈亮完保持不變。第五章 運料小車PLC控制系統(tǒng)一、系統(tǒng)的控制要求一、 硬件連接圖輸入的是24V直流電，I0.0是啟動按鈕，I0.1是超聲波啟動KM1，I0.2是開門限位開關，I0.3是關電開關S02，I0.4是關門限位開關。輸出是240V交流電，Q0.0是正轉KM1，Q0.1是反轉KM2。工作電源時240V交流電。二、 順序功能圖開始停止小車前進至SQ2處小車倒退至SQ1處停止30S下小車再次返回至SQ1處停止小車繼續(xù)前進至SQ3處四、I/O分配表 PLC端子連接功能I0.0啟動按鈕I0.1行程開關SQ1I0.2行程開關SQ2I0.