自動化專業(yè)方向課程設(shè)計

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

2、32.2硬件設(shè)計 .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 .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、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。存儲器 ROM RAM存放程序和數(shù)據(jù)(1) 系統(tǒng)程序存儲器 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)讀寫存儲器 RAM存放隨機(jī)變化的數(shù)據(jù)。(3) 用戶程序存儲器 EPROM或 E2PROM存放用戶編寫的用戶程序。通信接口 與計算機(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)或傳感器的信號傳遞給PLC。輸出接口 OUT 將 PLC的控制信號輸出到接觸器、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)自動化的支柱。PLC的生產(chǎn)廠家和型號、種類繁多，不同型號自成體系，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 I/O 接線圖根據(jù)現(xiàn)場輸入條件和程序運(yùn)行結(jié)果等生產(chǎn)工藝要求， 設(shè)計 PLC的外圍元件接線圖， 作為現(xiàn)場接線的依據(jù)，也作為 PLC程序設(shè)計的重要依據(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、 計時器和計數(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、模擬人會走、汽車會跑、蜂鳴器會叫；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。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 PLC應(yīng)用的認(rèn)識。2. 虛擬工作場景。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，同時也免去了項目設(shè)計中的

9、接線安裝工作，使學(xué)習(xí)模式更加靈活。3. 生動有趣。 FX-TRN是一套兼具聲、光與動畫的“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 個基本操作單元、 4 個簡單練習(xí)單元和 19 個挑戰(zhàn)項目單元，每個單元都提供了標(biāo)準(zhǔn)程序以供學(xué)習(xí)者參考。5. 兼容性好，實(shí)用高效。該軟件能對自動控制場景模擬的同時， 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2.1 設(shè)計要求實(shí)驗面如圖 2-1 所示，通過圖 2-2 所示的控制按鈕控制， 實(shí)現(xiàn)舞臺的自動控制和手動控制。1. 自動控制1）當(dāng)操作面板上的【開始】 （x16） 按鈕被按下時，蜂鳴器（ Y5） 拉響 5 秒。僅僅當(dāng)臺幕關(guān)閉和舞臺降到最低點(diǎn)時， 【開始】（x16）可以被置為 ON.2) 當(dāng)警報器停止后， 窗簾打開指令（Y0）被置為 ON而且臺幕會被拉開到左右端 （X2和 X5）。3) 在臺幕被完

11、全拉開后， 在舞臺上升（Y2）為 ON時舞臺開始上升 在舞臺上限 （ X6）為 ON時舞臺停止上升。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.在臺幕完全關(guān)閉（左右兩片臺幕的最小距離限制為X2 和 X5）停止。2 手動控制規(guī)格1) 手動操作僅在以上自動操作停止時有效。2) 臺幕僅在操作面板上的【 窗簾開】（ x10）被按下時拉開。臺幕會在他們到達(dá)極限 （ X2 and X5 ）時停止打開。3) 臺幕僅在操作面板上的【 窗簾開】（ x11）被按下時關(guān)閉。臺幕會在他們到達(dá)極限 （X0 and X3 ）時停止關(guān)閉。4) 只有按下操作面板上的【舞臺上升】

12、 （ X12）以后舞臺開始上升。當(dāng)舞臺上升到達(dá)上升極限（ X6）后停止。5) 只有按下操作面板上的【舞臺下降】 （ X13）以后舞臺開始下降。當(dāng)舞臺到達(dá)下降極限（ X7）后停止。6) 根據(jù)臺幕和舞臺的動作，在操作面板上的指示燈點(diǎn)亮或熄滅。圖 2-1 舞臺示意圖圖 2-2 舞臺控制面板.2.2 硬件設(shè)計2.2.1電氣元件選型1.電動機(jī) M選擇：假設(shè)電動機(jī)轉(zhuǎn)動的加速度為0.5m/s ，1s 后穩(wěn)定勻速轉(zhuǎn)動； 舞臺半徑為1m，舞臺和人的質(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電動機(jī)各個參數(shù)如表2-1 所示。表 2-1型號額定功額定電額定電流額定轉(zhuǎn)啟動電啟動轉(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由電動機(jī)各個參數(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 型號為 NC6-06。（2）熔斷器選型： 1.5*Imax 1.5*5.58.25A取 9A 型號為 aM-6。2. 其他元器件參數(shù)如表2-2 所示。表 2-2序號名稱型號數(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舞臺上限舞臺上限位常開X7舞臺下限舞臺下限位常開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舞臺上升舞臺上升按鈕常開X13舞臺下降舞臺下降按鈕常開X16開始自動開始按鈕常開X17結(jié)束自動結(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接觸器舞臺上升Y3接觸器舞臺下降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作Y11指示燈提示窗簾開完成Y12指示燈提示窗簾關(guān)動作Y13指示燈提示窗簾關(guān)完成Y14指示燈提示舞臺上升動作Y15指示燈提示舞臺上升完成Y16指示燈提示舞臺下降動作Y17指示燈提示舞臺下降完成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窗簾開動作Y10X7窗簾開完成Y11X10Y12窗簾關(guān)動作X11窗簾關(guān)完成X12Y13X13Y14平臺上升動作X16Y15平臺上升完成X17Y16平臺下降動作COM平臺下降完成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 控制電動機(jī) M1正轉(zhuǎn)使窗簾打開；接觸器KM2 控制電動機(jī) M1 反轉(zhuǎn)使窗簾關(guān)閉。接觸器KM3 控制電動機(jī) M2 正轉(zhuǎn)使舞臺上升；接觸器KM4 使電動機(jī) M2 反轉(zhuǎn)使舞臺下降。L1L2L3QSKM1KM2KM

17、3KM4平臺窗簾窗簾上升平臺打開關(guān)閉下降FR1FR2M1M233窗簾控制電機(jī)平臺控制電機(jī)圖 2-42.3 軟件設(shè)計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。.按下開始按鈕臺幕關(guān)閉且舞否臺在最低點(diǎn)是啟動蜂鳴器定時器計時否定時時間到5S是關(guān)閉蜂鳴器打開臺幕否臺幕完全打開是舞臺上升舞臺上升到上否限是結(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)按鈕否自動操作停止是臺幕完全關(guān)閉否關(guān)閉臺幕松開按鈕否是結(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下降按鈕按下舞臺上升按鈕否否否自動操作停止

18、自動操作停止自動操作停止是是是臺幕完全打開舞臺下降到達(dá)舞臺上升到達(dá)極限極限否否否打開臺幕舞臺下降舞臺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為定時器 0 啟動標(biāo)志， M1為自動開始標(biāo)志， M2為自動結(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，完成后仿真自動啟動。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，臺幕打開，待臺幕完全打開后，舞臺上升，上升到舞臺上限后停止上升，完成自動開始過程。點(diǎn)擊“結(jié)束”按鈕后，臺幕關(guān)閉，待臺幕完全關(guān)閉后，臺幕停止關(guān)閉，完成自動結(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“舞臺上升”按鈕后，舞臺上升，松開按鈕或舞臺上升到舞臺上限后舞臺停止上升。點(diǎn)擊“舞臺上降