自動(dòng)化專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)

1、.廣西科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書課題名稱基于 PLC的舞臺(tái)裝置設(shè)計(jì)系別專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師2012年月日.摘要本文介紹的是用 FX-TRN-BEG-C 仿真 PLC 控制的舞臺(tái)裝置， 通過控制兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的上升和下降， 臺(tái)幕的打開和關(guān)閉。 每個(gè)電動(dòng)機(jī)通過兩個(gè)接觸器控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 對(duì)舞臺(tái)的控制分為自動(dòng)模式和手動(dòng)模式。 自動(dòng)模式可以按照一定的步驟控制聲音、臺(tái)幕、舞臺(tái)。 手動(dòng)模式可以按照按下不同的按鈕對(duì)舞臺(tái)的升降、 臺(tái)幕的開閉進(jìn)行控制。關(guān)鍵字：舞臺(tái)PLC 仿真 臺(tái)幕.第一章 緒言 .11.1 PLC .11.2 FX-TRN .2第二章 方案設(shè)計(jì) . . 32.1設(shè)計(jì)要求 .

2、32.2硬件設(shè)計(jì) .52.2.1 電氣元件選型. 52.2.2系統(tǒng) I/O分配表 . . 62.2.2系統(tǒng)接線圖 . . 72.3軟件設(shè)計(jì) .82.3.1程序流程圖 . . 82.3.2程序梯形圖 . . 10第三章調(diào)試結(jié)果 . . 12第四章結(jié)束語 . . 13參考文獻(xiàn) . .14.第一章 緒言1.1 PLCPLC是“ Programmable Logic Controller （可編程序邏輯控制器） ”的英文縮寫，是采用微電腦技術(shù)制造的自動(dòng)控制設(shè)備。 它以順序控制為主， 回路調(diào)節(jié)為輔， 能完成邏輯判斷、定時(shí)、記憶和算術(shù)運(yùn)算等功能。 與傳統(tǒng)的繼電器控制相比， PLC控制具有控制速度快、可靠性

3、高、靈活性強(qiáng)、硬件接線簡單、改變工藝方便等優(yōu)點(diǎn)。PLC的基本構(gòu)成見圖1-1, 簡要說明如下：AC220VDC24V電源DC12VDC5V輸入信X號(hào)開關(guān)輸ROM輸輸RAM入出Y 出接接執(zhí)口口行INOUTCPU部件通信接口計(jì)算機(jī)、編程器圖 1-1 PLC 構(gòu)成框圖中央處理器 CPU起運(yùn)算控制作用，指揮協(xié)調(diào)整機(jī)運(yùn)行。存儲(chǔ)器 ROM RAM存放程序和數(shù)據(jù)(1) 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 ROM存放生產(chǎn)廠家寫入的系統(tǒng)程序，用戶不可更改。(2) 隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器 RAM存放隨機(jī)變化的數(shù)據(jù)。(3) 用戶程序存儲(chǔ)器 EPROM或 E2PROM存放用戶編寫的用戶程序。通信接口 與計(jì)算機(jī)、編程器等設(shè)備通信，實(shí)現(xiàn)程序讀寫、監(jiān)控

4、、聯(lián)網(wǎng)等功能。電源 利用開關(guān)電源將 AC220V轉(zhuǎn)變成 DC5V供給芯片； DC12V供給輸出繼電器； DC24V供給輸入端傳感器。另有鋰電池做為備份電源。輸入接口 IN 將外部開關(guān)或傳感器的信號(hào)傳遞給PLC。輸出接口 OUT 將 PLC的控制信號(hào)輸出到接觸器、電磁閥線圈等外部執(zhí)行部件。.作為一般技術(shù)人員， 對(duì)于上述構(gòu)成， 主要關(guān)心的是輸入輸出接口。 輸入輸出接口的詳細(xì)情況。隨著 PLC技術(shù)的發(fā)展，其功能越來越多，集成度越來越高，網(wǎng)絡(luò)功能越來越強(qiáng)，PLC與 PC機(jī)聯(lián)網(wǎng)形成的 PLC及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛地應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化控制之中， PLC集三電與一體，具有良好的控制精度和高可靠性，使得 PLC成為現(xiàn)

5、代工業(yè)自動(dòng)化的支柱。PLC的生產(chǎn)廠家和型號(hào)、種類繁多，不同型號(hào)自成體系，有不同的程序語言和使用方法，但是編程指導(dǎo)思想和模式是相同的 , 其編程和調(diào)試步驟如下：設(shè)計(jì) I/O 接線圖根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入條件和程序運(yùn)行結(jié)果等生產(chǎn)工藝要求， 設(shè)計(jì) PLC的外圍元件接線圖， 作為現(xiàn)場(chǎng)接線的依據(jù)，也作為 PLC程序設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。2. 編制 PLC的梯形圖和指令語句表根據(jù)生產(chǎn)工藝要求在計(jì)算機(jī)上利用專用編程軟件編制PLC的梯形圖，并轉(zhuǎn)換成指令語句表。3. 程序?qū)懗雠c聯(lián)機(jī)調(diào)試用編程電纜連接計(jì)算機(jī)和PLC 主機(jī)，執(zhí)行“寫出”操作，將指令語句表寫出到PLC主機(jī)。 PLC輸入端連接信號(hào)開關(guān)，輸出端連接執(zhí)行部件，暫不連接主回

6、路負(fù)載，進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)。PLC的控制方式是由繼電器控制方式演化而來， 由 PLC內(nèi)部的微電子電路構(gòu)成的模擬線圈和觸點(diǎn)取代了繼電器的線圈和觸點(diǎn)， 用 PLC 的程序指令取代繼電器控制的連接導(dǎo)線，將各個(gè)元件按照一定的邏輯關(guān)系連接起來， PLC控制的梯形圖在許多方面可以看作是繼電器控制的電路圖?？梢岳斫鉃?，PLC內(nèi)部有大量的由軟件程序構(gòu)成的繼電器、 計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器等軟元件，用軟件程序按照一定的規(guī)則將它們連接起來，取代繼電控制電路中的控制回路。1.2 FX-TRN一、 FX-TRN可編程邏輯控制器學(xué)習(xí)軟件簡介FX-TRN全稱 MELSOFTFX-TRAINER，是日本三菱電機(jī)公司為 FX 系列 PLC產(chǎn)品

7、而專門設(shè)計(jì)的仿真模擬訓(xùn)練軟件， 該軟件以其三維造型的實(shí)物模型， 加上逼真有趣的聲、 光多媒體效果，能使學(xué)習(xí)者有如操控各種自動(dòng)控制設(shè)備的感受。例如在它的3D仿真畫面里，機(jī)械手能抓、傳送帶能動(dòng)、模擬人會(huì)走、汽車會(huì)跑、蜂鳴器會(huì)叫；而在它的操作面板和輸入輸出印象表里，按鈕、旋鈕、 PLC的 I/O 狀態(tài)指示燈無一不全，還有類似游戲般的過關(guān)方式能不斷激發(fā)學(xué)習(xí)者的積極性， 使得學(xué)習(xí)者在不知不覺中掌握 PLC知識(shí)。該軟件支持梯形圖編程模式，支持三菱 FX 系列 PLC產(chǎn)品的所有通用指令和元件，雖然沒有指令列表模式和SFC模式，但對(duì)初學(xué)者而言， 這樣的功能已經(jīng)完全足夠。 該軟件還是全中文模擬操作環(huán)境，.更加大

8、大有利于教師的教和學(xué)生的學(xué)，有利于該軟件在PLC課程教學(xué)中的使用和推廣。二、 FX-TRN可編程控制軟件的特點(diǎn)FX-TRN除了能提供逼真的3D仿真畫面、全中文操作界面、還具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 有完整的學(xué)習(xí)流程。 從 PLC的用途開始介紹， 逐步介紹軟件的界面、 程序編寫中梯形圖的具體輸入方法、基本指令和元件的使用案例，然后慢慢加大難度，提供了3 個(gè)等、4 種難度的挑戰(zhàn)案例， 以便學(xué)習(xí)者循序漸進(jìn)的提高自己的 PLC編程水平，并加深對(duì) PLC應(yīng)用的認(rèn)識(shí)。2. 虛擬工作場(chǎng)景。用各種 3D模型來虛擬各種現(xiàn)實(shí)的設(shè)備，比如機(jī)械手、傳送帶等，可以部分解決學(xué)校資金不足、 設(shè)備不全的困難，同時(shí)也免去了項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的

9、接線安裝工作，使學(xué)習(xí)模式更加靈活。3. 生動(dòng)有趣。 FX-TRN是一套兼具聲、光與動(dòng)畫的“活”軟件，按照使用者編寫的程序，能在一定程度上真實(shí)反映該程序在實(shí)物模型上的運(yùn)行效果。4. 實(shí)例演示、習(xí)題答案詳細(xì)完備。 FX-TRN中提供了 4 個(gè)基本操作單元、 4 個(gè)簡單練習(xí)單元和 19 個(gè)挑戰(zhàn)項(xiàng)目單元，每個(gè)單元都提供了標(biāo)準(zhǔn)程序以供學(xué)習(xí)者參考。5. 兼容性好，實(shí)用高效。該軟件能對(duì)自動(dòng)控制場(chǎng)景模擬的同時(shí)， 還可以將所編制的程序保存，其程序格式與其它三菱公司出品的 PLC 編程軟件如 GX-Developer、 FXGP/WINC等完全兼容，所以當(dāng)因某些條件所限而無法聯(lián)機(jī)調(diào)試的情況下，我們也可以將其他PL

10、C編程軟件所編制的程序調(diào)入到FX-TRN中來模擬運(yùn)行。6. 方便詳細(xì)的索引系統(tǒng)。 每個(gè)單元的內(nèi)容，都用十分詳細(xì)的操作索引， 如按照索引來學(xué)習(xí)，稍有基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者可以幾乎不需要任何其他的幫助。第二章方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求實(shí)驗(yàn)面如圖 2-1 所示，通過圖 2-2 所示的控制按鈕控制， 實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。1. 自動(dòng)控制1）當(dāng)操作面板上的【開始】 （x16） 按鈕被按下時(shí)，蜂鳴器（ Y5） 拉響 5 秒。僅僅當(dāng)臺(tái)幕關(guān)閉和舞臺(tái)降到最低點(diǎn)時(shí)， 【開始】（x16）可以被置為 ON.2) 當(dāng)警報(bào)器停止后， 窗簾打開指令（Y0）被置為 ON而且臺(tái)幕會(huì)被拉開到左右端 （X2和 X5）。3) 在臺(tái)幕被完

11、全拉開后， 在舞臺(tái)上升（Y2）為 ON時(shí)舞臺(tái)開始上升 在舞臺(tái)上限 （ X6）為 ON時(shí)舞臺(tái)停止上升。4) 當(dāng)按下操作面板上的【結(jié)束】 （x17） 以后，窗簾關(guān)閉指令（ Y1）被置為 ON而且.在臺(tái)幕完全關(guān)閉（左右兩片臺(tái)幕的最小距離限制為X2 和 X5）停止。2 手動(dòng)控制規(guī)格1) 手動(dòng)操作僅在以上自動(dòng)操作停止時(shí)有效。2) 臺(tái)幕僅在操作面板上的【 窗簾開】（ x10）被按下時(shí)拉開。臺(tái)幕會(huì)在他們到達(dá)極限 （ X2 and X5 ）時(shí)停止打開。3) 臺(tái)幕僅在操作面板上的【 窗簾開】（ x11）被按下時(shí)關(guān)閉。臺(tái)幕會(huì)在他們到達(dá)極限 （X0 and X3 ）時(shí)停止關(guān)閉。4) 只有按下操作面板上的【舞臺(tái)上升】

12、 （ X12）以后舞臺(tái)開始上升。當(dāng)舞臺(tái)上升到達(dá)上升極限（ X6）后停止。5) 只有按下操作面板上的【舞臺(tái)下降】 （ X13）以后舞臺(tái)開始下降。當(dāng)舞臺(tái)到達(dá)下降極限（ X7）后停止。6) 根據(jù)臺(tái)幕和舞臺(tái)的動(dòng)作，在操作面板上的指示燈點(diǎn)亮或熄滅。圖 2-1 舞臺(tái)示意圖圖 2-2 舞臺(tái)控制面板.2.2 硬件設(shè)計(jì)2.2.1電氣元件選型1.電動(dòng)機(jī) M選擇：假設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度為0.5m/s ，1s 后穩(wěn)定勻速轉(zhuǎn)動(dòng)； 舞臺(tái)半徑為1m，舞臺(tái)和人的質(zhì)量為100kg。則有：Pwmax=mgv+(1/2mv2)/t=100*10*0.5+(1/2*100*0.5)/1=0.512kw Nmax=6*104*v/ （

13、 D）=6*104*0.5/ （3.14*200 ） =47.7rad/s電動(dòng)機(jī)各個(gè)參數(shù)如表2-1 所示。表 2-1型號(hào)額定功額定電額定電流額定轉(zhuǎn)啟動(dòng)電啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩率 kw壓 VA速 r/min流 AJ02-21-80.6220/3803.55/21.6705.51.51.805由電動(dòng)機(jī)各個(gè)參數(shù)可以得出其他元器件的選擇要求：（ 1） 接觸器選型：主觸頭電流 3.55/21.05A 取值 20A U =380V 型號(hào)為 NC6-06。（2）熔斷器選型： 1.5*Imax 1.5*5.58.25A取 9A 型號(hào)為 aM-6。2. 其他元器件參數(shù)如表2-2 所示。表 2-2序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注限

14、位開關(guān)DF225-8DN104A/25A帶燈按鈕LB-15CGG46蜂鳴器K16BZ241接觸器NC6-062380V、20A熱繼電器NR2-11.5-Z1D16A電源開關(guān)指示燈8熔斷器aM-619A三菱 FX2N-32MR1導(dǎo)線若干.2.2.2 系統(tǒng) I/O 分配表系統(tǒng)輸入分配表如表 2-3 所示。表 2-3輸入地址名稱用途備注X0左窗簾位置內(nèi)左窗簾內(nèi)限位常開X1左窗簾位置中左窗簾中限位常開X2左窗簾位置外左窗簾外限位常開X3右窗簾位置內(nèi)右窗簾內(nèi)限位常開X4右窗簾位置中右窗簾中限位常開X5右窗簾位置外右窗簾外限位常開X6舞臺(tái)上限舞臺(tái)上限位常開X7舞臺(tái)下限舞臺(tái)下限位常開X10窗簾開窗簾打開按鈕

15、常開X11窗簾關(guān)窗簾關(guān)閉按鈕常開X12舞臺(tái)上升舞臺(tái)上升按鈕常開X13舞臺(tái)下降舞臺(tái)下降按鈕常開X16開始自動(dòng)開始按鈕常開X17結(jié)束自動(dòng)結(jié)束按鈕常開系統(tǒng)輸出分配表如表2-4 所示。表 2-4輸出地址名稱用途Y0接觸器打開窗簾Y1接觸器關(guān)閉窗簾Y2接觸器舞臺(tái)上升Y3接觸器舞臺(tái)下降Y5蜂鳴器提示.續(xù)表 2-4輸出地址名稱用途Y10指示燈提示窗簾開動(dòng)作Y11指示燈提示窗簾開完成Y12指示燈提示窗簾關(guān)動(dòng)作Y13指示燈提示窗簾關(guān)完成Y14指示燈提示舞臺(tái)上升動(dòng)作Y15指示燈提示舞臺(tái)上升完成Y16指示燈提示舞臺(tái)下降動(dòng)作Y17指示燈提示舞臺(tái)下降完成2.2.2 系統(tǒng)接線圖根據(jù)系統(tǒng) I/O 分配表畫出 PLC系統(tǒng)外部

16、接線圖，如圖2-3 所示。X0Y0KM1KM2Y1X1KM3X2Y2KM4X3Y3X4PLCX5Y5蜂鳴器X6窗簾開動(dòng)作Y10X7窗簾開完成Y11X10Y12窗簾關(guān)動(dòng)作X11窗簾關(guān)完成X12Y13X13Y14平臺(tái)上升動(dòng)作X16Y15平臺(tái)上升完成X17Y16平臺(tái)下降動(dòng)作COM平臺(tái)下降完成Y17COMFUFR1FR2圖 2-3.根據(jù)控制要求畫出系統(tǒng)主電路接線圖，如圖2-4 所示。接觸器 KM1 控制電動(dòng)機(jī) M1正轉(zhuǎn)使窗簾打開；接觸器KM2 控制電動(dòng)機(jī) M1 反轉(zhuǎn)使窗簾關(guān)閉。接觸器KM3 控制電動(dòng)機(jī) M2 正轉(zhuǎn)使舞臺(tái)上升；接觸器KM4 使電動(dòng)機(jī) M2 反轉(zhuǎn)使舞臺(tái)下降。L1L2L3QSKM1KM2KM

17、3KM4平臺(tái)窗簾窗簾上升平臺(tái)打開關(guān)閉下降FR1FR2M1M233窗簾控制電機(jī)平臺(tái)控制電機(jī)圖 2-42.3 軟件設(shè)計(jì)2.3.1 程序流程圖根據(jù)控制要求畫出程序流程圖，如圖2-5 到 2-10 所示。.按下開始按鈕臺(tái)幕關(guān)閉且舞否臺(tái)在最低點(diǎn)是啟動(dòng)蜂鳴器定時(shí)器計(jì)時(shí)否定時(shí)時(shí)間到5S是關(guān)閉蜂鳴器打開臺(tái)幕否臺(tái)幕完全打開是舞臺(tái)上升舞臺(tái)上升到上否限是結(jié)束圖 2-5 開始按鈕按下流程圖按下結(jié)束按鈕關(guān)閉窗簾否完全關(guān)閉是結(jié)束圖 2-6 結(jié)束按鈕按下流程圖按下窗簾關(guān)按鈕否自動(dòng)操作停止是臺(tái)幕完全關(guān)閉否關(guān)閉臺(tái)幕松開按鈕否是結(jié)束圖 2-7 窗簾關(guān)按鈕按下流程圖.按下窗簾開按鈕按下舞臺(tái)下降按鈕按下舞臺(tái)上升按鈕否否否自動(dòng)操作停止

18、自動(dòng)操作停止自動(dòng)操作停止是是是臺(tái)幕完全打開舞臺(tái)下降到達(dá)舞臺(tái)上升到達(dá)極限極限否否否打開臺(tái)幕舞臺(tái)下降舞臺(tái)上升松開按鈕否松開按鈕否松開按鈕否是是是結(jié)束結(jié)束結(jié)束圖 2-8 窗簾開按鈕按下流程圖圖 2-9 舞臺(tái)下降按鈕按下流程圖圖 2-10 開始按鈕按下流程圖2.3.2 程序梯形圖根據(jù)程序流程圖， 畫出控制 PLC的梯形圖，如圖 2-11 所示。其中 M0為定時(shí)器 0 啟動(dòng)標(biāo)志， M1為自動(dòng)開始標(biāo)志， M2為自動(dòng)結(jié)束標(biāo)志， M3為 Y0置位標(biāo)志， M4為 Y1 置位標(biāo)志，M5為 Y2 置位標(biāo)志， M6為 Y3 置位標(biāo)志。.圖 2-11程序梯形圖.第三章 調(diào)試結(jié)果點(diǎn)擊如圖 3-1 所示的“梯形圖編輯”按鈕

19、，在如圖3-2 所示的梯形圖編輯界面輸入程序，輸入完成后點(diǎn)擊“轉(zhuǎn)換”按鈕，再點(diǎn)擊“文件”菜單下的“保存”保存工程。然后點(diǎn)擊圖 3-1 的“ PLC 寫入”按鈕使程序?qū)懭?PLC，完成后仿真自動(dòng)啟動(dòng)。圖 3-1圖 3-2 梯形圖編輯窗口點(diǎn)擊“開始”按鈕后， 蜂鳴器發(fā)出聲音， 5 秒后停止，臺(tái)幕打開，待臺(tái)幕完全打開后，舞臺(tái)上升，上升到舞臺(tái)上限后停止上升，完成自動(dòng)開始過程。點(diǎn)擊“結(jié)束”按鈕后，臺(tái)幕關(guān)閉，待臺(tái)幕完全關(guān)閉后，臺(tái)幕停止關(guān)閉，完成自動(dòng)結(jié)束過程。點(diǎn)擊“窗簾開”按鈕后，窗簾打開，松開按鈕或窗簾完全打開后窗簾停止打開。點(diǎn)擊.“窗簾關(guān)”按鈕后，窗簾關(guān)閉，松開按鈕或窗簾完全關(guān)閉后窗簾停止關(guān)閉。點(diǎn)擊“舞臺(tái)上升”按鈕后，舞臺(tái)上升，松開按鈕或舞臺(tái)上升到舞臺(tái)上限后舞臺(tái)停止上升。點(diǎn)擊“舞臺(tái)上降