基于PLC電動機的組控設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計(論文)題 目： 基于PLC電動機的組控設(shè)計 姓 名： 指導(dǎo)教師： 專 業(yè)： 機械設(shè)計與制造 層 次： 專 科 成績評定表指導(dǎo)教師評語及評分基于PLC電動機的組控設(shè)計論文評分指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日評審教師評語及評分基于PLC電動機的組控設(shè)計評審評分組長（簽名） 年 月 日綜合評分成 績評定人簽名 年 月 日畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書題 目基于PLC電動機的組控設(shè)計學生姓名專業(yè)1指導(dǎo)教師概述：PLC是電子計算機，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電器控制。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理裝置實現(xiàn)控制，而主要靠運行存儲在PLC中的程序，進行輸入/輸出程序變換實現(xiàn)控制。要求閱讀

2、或檢索的參考資料及文獻（包括指定給學生閱讀的外文資料）：1 張志良編著.PLC原理與控制技術(shù).第2版. 機械工業(yè)出版社2 周立功編著.PLC基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書.第1版. 廣州工業(yè)出版社3 楊志忠編著.模擬電子技術(shù).第1版. 高等教育出版社出版4余雷聲，方宗達等編.電氣控制與PLC應(yīng)用. 北京：機械工業(yè)出版社，20065鄧則名. 電器與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社，20086韓服善，張石平. 工業(yè)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 J 家用電器.消費，20027宋德玉 可編程序控制器原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù). 北京：冶金工業(yè)出版社目錄前 言11 應(yīng)用背景與需求21.1 工業(yè)PLC控制電動機的現(xiàn)狀與發(fā)

3、展21.2 PLC研究的目的與意義21.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理32 控制任務(wù)分析521控制系統(tǒng)的運作要求52.2輸入/輸出設(shè)備點的分配52.3實驗元件63 選型及輸入輸出地址定義74程序設(shè)計84.1 PLC順序功能圖842 編程語言9結(jié) 論11致 謝12參考文獻13摘 要PLC可編程控制器：PLC英文全稱Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、技術(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸

4、出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是電子計算機控制系統(tǒng)，且它適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電器控制。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理裝置實現(xiàn)控制，而主要靠運行存儲在PLC中的程序，進行輸入/輸出程序變換實現(xiàn)控制。關(guān)鍵詞：PLC 可編程控制 繼電控制前 言我國工業(yè)企業(yè)的自動化程度普遍較低，PLC產(chǎn)品有很大的應(yīng)用空間，如機械行業(yè)80%以上的設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器進行控制。因此，PLC在我國的應(yīng)用潛力遠沒有得到充分發(fā)揮。 我國大中型企業(yè)普遍采用了先進的自動化系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行控制，但絕大部分小型企業(yè)尚未應(yīng)用自動化系統(tǒng)和產(chǎn)品對生產(chǎn)過程進行控制。隨著競爭的日益加劇，越來越多的小

5、型企業(yè)將采用經(jīng)濟、實用的自動化產(chǎn)品對生產(chǎn)過程進行控制，以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和競爭實力。 中國加入WTO后越來越多的國際公司把其制造基地轉(zhuǎn)移到中國。同時，中國的國有企業(yè)和民營企業(yè)也在利用難得的歷史機遇大力發(fā)展制造業(yè)。中國正在努力成為世界新的制造業(yè)基地。制造業(yè)的控制主要以離散控制為主，PLC是該領(lǐng)域控制系統(tǒng)的首選。制造企業(yè)為提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，必然會大量采用PLC，從而為PLC的應(yīng)用提供廣闊的應(yīng)用前景。 自2001年以來，作為基礎(chǔ)工業(yè)之一的機械工業(yè)成為我國工業(yè)發(fā)展新的增長點，年均增長率超過20%。與流程工業(yè)對模擬量的反饋調(diào)節(jié)不同，機械工業(yè)需對開關(guān)量進行連鎖及順序控制，因此PLC成為其控制產(chǎn)品

6、的首選。機械行業(yè)的高速增長和自動化現(xiàn)狀為PLC應(yīng)用提供了巨大的市場空間。1 應(yīng)用背景與需求1.1 工業(yè)PLC控制電動機的現(xiàn)狀與發(fā)展PLC始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用。其主要原因，在于它能夠為自動化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當前工業(yè)企業(yè)對自動化的需要。另一方面，PLC還必須依靠其他新技術(shù)來面對市場份額逐漸縮小所帶來的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。PLC需要解決的問題依然是新技術(shù)的采用、系統(tǒng)開放性和價格。為了使工業(yè)生產(chǎn)的過程控制更平穩(wěn)，更可靠，向優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗要效益，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機電一體化，即儀表、

7、電子、計算機綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程而設(shè)計的控制設(shè)備，具有體積小、功能強，抗干擾性好等優(yōu)點，它將機械與電氣部件有機地結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合集成在一起，因此，它已經(jīng)成為當今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機器人、離散制造和過程流程等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備，成為工業(yè)自動化三大支柱（PLC，機器人，CAD/CAM）之一。在工業(yè)控制領(lǐng)域，不僅不會逐漸推出，而且會不斷擴大他的市場份額。表面上看工控機的出現(xiàn)給PLC帶來了一定程度的沖擊，但如果我們仔細分析一下可以看到，工控機在某種程度上其實幫助了PLC的發(fā)展，因為PLC的可靠性高，易操作，但對與操作員站的一些功能，如曲

8、線處理，數(shù)據(jù)記錄等功能，遠不及工控機，而工控機的致命缺陷是可靠性差。所以目前來看工控機與PLC結(jié)合的控制系統(tǒng)更為完美。工控機的出現(xiàn)推動了PLC的發(fā)展。1.2 PLC研究的目的與意義我國工業(yè)企業(yè)的自動化程度普遍較低，PLC產(chǎn)品有很大的應(yīng)用空間，如機械行業(yè)80%以上的設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器進行控制。因此，PLC在我國的應(yīng)用潛力遠沒有得到充分發(fā)揮。我國大中型企業(yè)普遍采用了先進的自動化系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行控制，但絕大部分小型企業(yè)尚未應(yīng)用自動化系統(tǒng)和產(chǎn)品對生產(chǎn)過程進行控制。隨著競爭的日益加劇，越來越多的小型企業(yè)將采用經(jīng)濟、實用的自動化產(chǎn)品對生產(chǎn)過程進行控制，以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和競爭實力。中國正在

9、努力成為世界新的制造業(yè)基地。制造業(yè)的控制主要以離散控制為主，PLC是該領(lǐng)域控制系統(tǒng)的首選。制造企業(yè)為提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，必然會大量采用PLC，從而為PLC的應(yīng)用提供廣闊的應(yīng)用前景。1.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理由于PLC在不斷發(fā)展，因此，對它下一個確切的定義是困難的。在二十世紀七十年代PLC問世后，由美國電氣制造商協(xié)會(National ElectricManufacturer Association-NEMA)對PLC下過如下的定義：PLC是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)計時和算術(shù)運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。

10、1987年，國際電工委員會(International Electrical Committee-IEC)頒布了PLC標準草案，其第3版對PLC作了如下的定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設(shè)計?？删幊炭刂破鳎≒LC）的基本結(jié)構(gòu)，PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。1.CPU模塊在PLC系統(tǒng)中，CPU模塊相當于人的大腦，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。2.I/O模塊輸入（Input）模塊和輸出（

11、Output）模塊簡稱I/O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。數(shù)字量（或開關(guān)量）輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的數(shù)字輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器，測速發(fā)電機和各種變送提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。數(shù)字量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、批示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設(shè)備。模擬量輸出模塊用來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。CPU模塊的工作電壓一般是DC5V，而PLC的輸入/輸出信號電壓一般較高，如DC5V和AC220V。從外部引入的尖峰電壓和干

12、擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或影響PLC的正常工作。在I/O模塊中，用光電耦合器、小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和負載。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。3.編程裝置 編程裝置用來生成用戶程序，并對它進行編輯、檢查和修改。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它的體積小，價格便宜，一般用來給小型PLC編程，或者用來現(xiàn)場調(diào)試和維修。使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同的編程語言的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。 可以用編程軟件設(shè)置P

13、LC內(nèi)部的各種參數(shù)。通過通信，可以顯示梯形圖中觸點和線圈的通斷情況，以及運行時PLC內(nèi)部的各種參數(shù)，對于查找故障非常有用。4.電源PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供各種直流電源。小型PLC一般可以為輸入電路和外部的電子傳感器（如接近開關(guān)）提供24V直流電源，驅(qū)動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。可編程控制器（PLC）的工作原理當PLC運行時，用戶程序中眾多的操作需要執(zhí)行。但CPU是不能同時執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。由于CPU的運算處理速度較高，使得外部出現(xiàn)的結(jié)果從宏觀上來看幾乎是同時進行的，這種分時操作的過程叫做CPU對

14、程序的掃描。掃描叢0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，再無中轉(zhuǎn)或跳轉(zhuǎn)的情況下，按存儲地址遞增的方向順序逐條掃描用戶程序即執(zhí)行，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序，就構(gòu)成一個掃描周期。然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始地重復(fù)。順序掃描的工作方式簡單，簡化了程序設(shè)計，并為PLC的可靠運行提供了可靠的保障。一方面，所掃描的程序被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就可以被將要掃描到的指令所利用；另一方面，還可以利用CPU設(shè)置的定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時間，從而避免了由于CPU內(nèi)部故障使程序進入死循環(huán)而造成故障的影響。啟 動初始化處理輸入信號處理程序處理輸出信號處理：掃描輸出結(jié)果送入輸出鎖存電路進行輸入圖1

15、-1PLC運行流程圖2 控制任務(wù)分析PLC控制電動機群自起動是目前較為理想的自起動技術(shù)。它比繼電器控制可靠簡單，比計算機控制經(jīng)濟實用，所以得到越來越廣泛的應(yīng)用。 對電動機自起動控制的基本要求是可靠性和快速性，具體有以下幾點：1、嚴格按照定的順序控制各批次電動機的自起動，以滿足工藝連續(xù)的要求。2、各批次電動機總功率不大于確定的最大起動功率，防止起動電流過大使繼電保護動作，或電壓偏低使電動機起動困難。3、根據(jù)故障前的運行信息和整定的電壓、電流控制電動機的自起動。若某批內(nèi)沒有運行電動機，只要電壓、電流滿足要求，就直接起動下一批，以實現(xiàn)快速自起動。4、首批自起動有一定延時，以躲開電動機剩余電壓的影響，

16、防止對電動機的合閘沖擊。21控制系統(tǒng)的運作要求1.按下啟動按鈕X0，3號電動機開始轉(zhuǎn)動，延時10秒后，2號電動機也開始轉(zhuǎn)動，再次延時10秒后，1號電動機也開始轉(zhuǎn)動，此時三臺電動機同時轉(zhuǎn)動；2.當按下停止按鈕X1時，1號電動機先停止轉(zhuǎn)動，10秒后2號電動機也停止轉(zhuǎn)動，再次10秒后3號電動機也停止轉(zhuǎn)動，并準備下次啟動；3.當按下停止按鈕X4時,三臺電動機同時停止轉(zhuǎn)動，直到常閉觸點X4閉合時，才可以下次啟動；4.當按下停止按鈕X3時，1號和2號電動機停止轉(zhuǎn)動，10秒后3號電動機也停止轉(zhuǎn)動。2.2輸入/輸出設(shè)備點的分配表2-1PLCI/O分配圖表輸入地址輸出地址啟動按鈕X01號電動機Y0停止按鈕X12

17、號電動機Y1停止按鈕X33號電動機Y2停止按鈕X4X0啟動X1停止按鈕X4停止按鈕X3停止按鈕COM（x）COM(y)1號電動機2號電動機3號電動機圖2-1I/O接線圖根據(jù)前面的編號表和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分析而得三臺電動機的PLC控制系統(tǒng)程序工藝流程圖。由流程圖可知，實現(xiàn)自動控制要設(shè)置4個計時器T1-Y1延時10S后開始轉(zhuǎn)動，T0-Y0延時10S后開始轉(zhuǎn)動T2-Y2延時10后停止轉(zhuǎn)動，T3-Y1 Y2延時10S后停止轉(zhuǎn)動2.3實驗元件圖表2-2元件清單表序號名稱數(shù)量1電動機32交流接觸器43熱繼電器34電流繼電器35按鈕開關(guān)36開關(guān)27緊固件、連接導(dǎo)線若干3選型及輸入輸出地址定義PLC高性能小型可編程

18、控制器，具有較高的性價比，應(yīng)用廣泛。它不僅具備了以往的小型PLC所具有的功能，而且還可連接可編程控制終端,盡可能使安裝空間最小化，并實現(xiàn)了具有2點-7點輸入輸出點數(shù)的彈性構(gòu)成，為了節(jié)省節(jié)點的個數(shù)，它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。只有選擇了符合要求的產(chǎn)品才能達到既可靠又經(jīng)濟的要求，三菱公司FX系列的PLC適合本次實驗的要求，因此我們選擇三菱系列FX2N-2DA型號的可控制編程器。表3-1FX2N-2DA型號PLC的性能指標表項目輸出電壓輸出電流模擬量輸出范圍010V直流、05V直流 （外部負載電阻2千歐1兆歐）420Ma(外部負載電阻不超過500歐)數(shù)字輸出12位分辨率2.5mV(10

19、V/4000)1.25mV(5V/4000)4uA(204)mA/4000整體精度標定點±1（清量程0-10V）±（420mA）轉(zhuǎn)換速度4ms/通道（順空程序和同步）隔離在模擬和數(shù)字電路之間光電隔離。直流/直流變壓器隔離主單元電源在模擬通道之間沒有隔離。電源規(guī)格5V、30mA直流（基本單元提供的的內(nèi)部電源）24V±10/85mV直流（基本單元提供的內(nèi)部電源）占用的I/O點這個模塊占用8個輸入或輸出點（輸入或輸出均可）適用的控制器尺寸（寬）×(厚)×（高）43×87×90mm（1.69×3.43×3.54英

20、寸）0.2Kg重量4程序設(shè)計4.1 PLC順序功能圖圖4-1PLC順序功能圖42 編程語言0 LD M80021 SET S03 ZRST S21 S258 LD S09 ANI X310 ANI X411 AND X012 SET S2114 LD S2115 OUT Y216 OUT T1 K10019 AND T120 SET S2222 LD S2223 OUT Y224 OUT Y125 OUT T0 K10028 AND T029 SET S2331 LD S2332 OUT Y233 OUT Y134 OUT Y035 MPS36 AND X137 SET S2439 MRD40

21、 AND X341 SET S2543 MPP44 AND X445 SET S047 LD S2448 OUT Y249 OUT Y150 OUT T3 K10053 AND T354 SET S2556 LD S2557 OUT Y258 OUT T2 K10061 AND T262 SET S0結(jié) 論通過這次設(shè)計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在這次設(shè)計中也使我們的同學關(guān)系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。我的心得也就這么多了，總之，不管學會的還是學不