運料小車控制系統(tǒng)設(shè)計

1、運料小車控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計要求：運料小車原位在左（SQ1)，當(dāng)按下啟動按鈕SB1后，小車前進。當(dāng)運行至料斗下方（SQ2）時，料斗打開給小車加料，延時8S后料斗關(guān)閉。小車后退返回至SQ1處，打開小車底開始卸料，6S后卸料完畢，如此循環(huán)下去。用PLC實現(xiàn)自動控制。一 引言可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：1.電源可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施

2、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)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(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)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(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)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如

3、此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。3.存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。4.輸入輸出接口電路1現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。2現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。5.功能模塊如計數(shù)、定位等功能模塊。6.通信模塊

4、2工作原理當(dāng)可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。1.輸入采樣階段在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

5、2.用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)

6、行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。3.輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。3功能特點可編程邏輯控制

7、器具有以下鮮明的特點。1.使用方便，編程簡單采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。2.功能強，性能價格比高一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。3.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線

8、也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和小型交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。4.可靠性高，抗干擾能力強傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣

9、大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。5.系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法來設(shè)計。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計梯形圖的時間比設(shè)計相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。6.維修工作量

10、小，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故4發(fā)展歷史1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求；1969 年，美國 數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程邏輯控制器PDP14 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程邏輯控制器，稱Programmable Logic Controller，簡稱PLC，是世界上公認的第一臺PLC。1969年，美國研制出世界第一臺PDP-14；19

11、71年，日本研制出第一臺DCS-8；1973年，德國西門子公司（SIEMENS）研制出歐洲第一臺PLC，型號為SIMATIC S4；1974年，中國研制出第一臺PLC，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。發(fā)展20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。20世紀(jì)70年代中末期，可

12、編程邏輯控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了

13、在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。二 方案確定1初始狀態(tài)此時各開關(guān)是關(guān)閉的，料斗是空的。KM1=KM2=OFFYV1=YV2=OFF啟動按鈕按下啟動按鈕，進行下列操作小車前進，當(dāng)小車到達SQ2時，Y0=ON,Y2=ON裝料，8s后，Y2=OFF,Y0=OFF,小車后退到達SQ1時，Y1=ON,Y4=ON,卸料，6s后，Y1=OFF,Y4=OFF,完成一個操作周期只要沒按停止按

14、鈕，則自動進入下一操作周期。3 工藝流程圖0起始狀態(tài) 啟動前進1加料28s后退3卸料46s三、輸入輸出選擇及編號I/O分配表前進按鈕開關(guān)X0右行接觸器YO后退按鈕開關(guān)X1左行接觸器Y1停止按鈕開關(guān)X2裝料電磁閥Y2右端限位開關(guān)X3卸料電磁閥Y3左端限位開關(guān)X4四、PLC器件選擇及實際連接圖PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點數(shù)的多少等進行大致分類。1按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。（1）整體式PLC整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、

15、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成?；締卧獌?nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。（2）模塊式PLC模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基

16、板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。2按功能分類根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。（1）低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控

17、制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。（2）中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。（3）高檔PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。3按I/O點數(shù)分類根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。(1).小型PLCI/O點數(shù)

18、 2048點；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量816K 如： S7-400德國西門子公司GE- GE公司C-2000立石公司K3 三菱公司等 PL3X0 Y0X1 Y1X2 Y2X3 X4 Y3COM COM SB1 KM1 SB2 KM2 SB3 YV1 ST1電源 ST2 YV2 四、梯形圖梯形圖的設(shè)計方法一般有經(jīng)驗設(shè)計法和順序功能圖法兩種：經(jīng)驗設(shè)計法要求設(shè)計者具有較豐富的實踐經(jīng)驗，掌握較多的典型應(yīng)用程序的基本環(huán)節(jié)。根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，憑經(jīng)驗選擇基本環(huán)節(jié)，并把它們有機地組合起來。其設(shè)計過程是逐步完善的，一般不易獲得最佳方案，程序初步設(shè)計后，還需反復(fù)調(diào)試、修改和完

19、善，直至滿足被控對象的控制要求；順序功能圖法就是依據(jù)順序功能圖設(shè)計PLC順序控制程序的方法。順序功能圖中的各“步”實現(xiàn)轉(zhuǎn)換時，使前級步的活動結(jié)束而使后續(xù)步的活動開始，步之間沒有重疊。這使系統(tǒng)中大量復(fù)雜的聯(lián)鎖關(guān)系在“步”的轉(zhuǎn)換中得以解決。對于每一步的程序段，只需處理極其簡單的邏輯關(guān)系。編程方法簡單、易學(xué)，規(guī)律性強。程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好，調(diào)試方便、工作效率高。經(jīng)驗設(shè)計法的設(shè)計方法不規(guī)范，沒有一個普遍的規(guī)律可遵循，具有一定的試探性和隨意性。由于聯(lián)鎖關(guān)系復(fù)雜，用經(jīng)驗設(shè)計法進行設(shè)計一般難于掌握，且設(shè)計周期較長，設(shè)計出的程序可讀性差，即使有經(jīng)驗的工程師閱讀它也很費時。同時，給日后產(chǎn)品的使用、維護帶來諸多

20、不便。每一步的程序段Y1X4X3X2X0右行支路Y0Y0TIM1Y0X0X4X2X1左行支路Y1Y1TIM2X3裝料支路Y2TIM1#0080卸料支路X4Y3TIM2#0060總梯形圖Y1X4X3X2X0Y0Y0TIM1Y0X0X4X2X1Y1Y1TIM2X3Y2TIM1#0080X4Y3TIM2#0060五、指令語句1 LD X02 OR Y03 OR TIM14 AND-NOT X25 AND-NOT X36 AND-NOT X17 AND-NOT Y18 OUT Y09 LD X110 OR Y111 OR TIM212 AND-NOT X213 AND-NOT X414 AND-NOT X015 AND-NOT Y016 OUT Y117 LD X318 OUT Y219 TIM1 #008020 LD X421 OUT Y322 TIM2 #006023 END6、 電氣圖7、 結(jié)論通過本次的課程設(shè)計，我對可編程序控制器有了一個全新的認識。了解了可編程序控制器的基礎(chǔ)知識，以及怎樣根據(jù)實際要求來設(shè)計一套程序等?？删幊绦蚩刂破魇菫楣I(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計的。早期的可編程序控制器主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制，今天，這種裝置的功能已經(jīng)大大超出了邏輯的控制范圍。其硬件結(jié)構(gòu)主要中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口、電源和編程器幾部分。PLC對用戶程序