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 PLC11.2 FX-TRN2第二章 方案設(shè)計32.1 設(shè)計要求32.2 硬件設(shè)計52

2、.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1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、可靠性高、靈活性強(qiáng)、硬件接線簡單、改變工藝方便等優(yōu)點(diǎn)。輸入信號開關(guān)電源ROMRAMCPU通信接口輸入接口IN輸出

3、接口OUTDC24VXDC12VDC5VY輸出執(zhí)行部件計算機(jī)、編程器圖1-1 PLC構(gòu)成框圖AC220VPLC的基本構(gòu)成見圖1-1,簡要說明如下：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、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

4、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)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

5、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

6、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?？梢岳斫鉃椋琍LC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MELSOFT FX-TRAINER，是日本三菱電機(jī)公司為FX系列PLC產(chǎn)品而專門設(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

7、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

8、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

9、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PLC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

10、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

11、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】（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)

12、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=0.512kwNmax=6*104*v/（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型號額定功率kw額定電壓V額定電流A額定轉(zhuǎn)速r/min啟動電流A啟動轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩J02-21-80.6220/3803.55/21.056705.51.51.8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

13、.05A 取值20A U=380V 型號為NC6-06。（2） 熔斷器選型：1.5*Imax1.5*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

14、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

15、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)外部接線圖，如圖2-3所示。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。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。 圖2-5 開始按鈕按下流程圖 圖2-6 結(jié)束按鈕按下流程圖 圖2-7 窗

16、簾關(guān)按鈕按下流程圖圖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3章 調(diào)試結(jié)果點(diǎn)擊如圖3-1所示的“梯形圖編輯”按鈕，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)懭隤LC，完成后仿真

17、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”按鈕后，舞臺下降，松開按鈕或舞臺下降到舞臺下限后舞臺停止下降。在臺幕打開時“窗簾開動作”指示燈亮，臺幕完全打開后“窗簾開完成”指示燈亮。在臺幕關(guān)閉時“窗簾關(guān)動作”指示燈亮，臺幕完全關(guān)閉后“窗簾關(guān)完成”指示燈亮。在舞臺上升時“平臺上升動作”指示燈亮，舞臺上升到舞臺上限后“平臺上升完成”指示燈亮。舞臺在下降時“平臺下降動作”指示燈亮，舞臺下降到舞臺下限后“平臺下降完成”指示燈亮。經(jīng)過測試，程序符合設(shè)計要求。第4章 結(jié)束語這次課程設(shè)計，跟以往的課程有很大的不同，靈活性很強(qiáng)，同時又注重動手編程與分析能力，是對以往所學(xué)知識的鞏固與提高，是一次綜合性的實(shí)踐。在實(shí)際編程中所遇到的問題都是在以往死學(xué)理論知識的時候所碰不到的，一旦轉(zhuǎn)換出現(xiàn)問題或者所編程序完成的動作達(dá)不到設(shè)