《電氣傳動(dòng)與可編程控制器》實(shí)習(xí)報(bào)告書

四川航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院《電氣傳動(dòng)與可編程控制器》實(shí)習(xí)報(bào)告書專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化準(zhǔn)考證號(hào)：***********填表日期：年月日四川航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院制《電氣傳動(dòng)與可編程控制器》實(shí)習(xí)報(bào)告書時(shí)間：年月日至月日學(xué)時(shí)：實(shí)習(xí)內(nèi)容：1.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則2.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟實(shí)習(xí)計(jì)劃：1.繪制系統(tǒng)的功能圖，設(shè)計(jì)梯形圖程序2．根據(jù)梯形圖程序?qū)懗鲋噶畋沓绦?，?duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試，直到滿足控制要求為止目標(biāo)：1.鞏固FX系列基本指令、步進(jìn)指令2．能正確選用PLC型號(hào)要求：1.了解PLC的基本組成、工作原理、特點(diǎn)、用途2．掌握PLC的指令系統(tǒng)和編程方法及應(yīng)用實(shí)例教師評(píng)語：成績(jī)考核：教師簽名：時(shí)間：年月日PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性，控制柔性，維修方便性，隨著PLC的普及和推廣，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。特別是在許多新建項(xiàng)目和設(shè)備的技術(shù)改造中，常常采用PLC作為控制裝置。一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求和工藝需要，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，在設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：1．充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。2．在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。3．保證控制系統(tǒng)安全可靠。4．應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC的型號(hào)、I／O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對(duì)象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號(hào)的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行。1．熟悉被控對(duì)象，制定控制方案分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求。2．確定I／O設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入(如按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等)由此確定PLC的I／O點(diǎn)數(shù)。3．選擇PLC選擇時(shí)主要包括PLC機(jī)型、容量、I／O模塊、電源的選擇。4．分配PLC的I／O地址根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要，確定控制按鈕，選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號(hào)列出輸入／輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對(duì)照表，以便繪制PLC外部I／O接線圖和編制程序。5．設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。由于程序與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短，而對(duì)于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電氣控制線路后才能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。6．聯(lián)機(jī)調(diào)試聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。開始時(shí)，先不帶上輸出設(shè)備（接觸器線圈、信號(hào)指示燈等負(fù)載）進(jìn)行調(diào)試。利用編程器的監(jiān)控功能，采分段調(diào)試的方法進(jìn)行。各部分都調(diào)試正常后，再帶上實(shí)際負(fù)載運(yùn)行。如不符合要求，則對(duì)硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部分程序即可，全部調(diào)試完畢后，交付試運(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，如果工作正常、程序不需要修改則應(yīng)將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。7．整理技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說明書、電氣安裝圖、電氣元件明細(xì)表及使用說明書等。三、PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟如下：1．對(duì)于較復(fù)雜系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)的功能圖；對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)也可省去這一步。2．設(shè)計(jì)梯形圖程序。3．根據(jù)梯形圖編寫指令表程序。4．對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試及修改，直到滿足控制要求為止。調(diào)試過程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。四、硬件設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工的步驟如下：1．設(shè)計(jì)控制柜及操作面板電器布置圖及安裝接線圖。2．控制系統(tǒng)各部分的電氣互連圖。3．根據(jù)圖樣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線，并檢查。五、PLC的選擇隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從德國(guó)、日本、美國(guó)等引進(jìn)的PLC產(chǎn)品和國(guó)內(nèi)廠家組裝自行開發(fā)的產(chǎn)品，已有幾十個(gè)、上百種型號(hào)。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式／性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。（一）PLC的機(jī)型選擇機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。1．合理的結(jié)構(gòu)型式整體式PLC的每一個(gè)I／O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小，所以一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便，I／O點(diǎn)數(shù)量、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I／O模塊的種類等方面，選擇余地較大。維修時(shí)只要更換模塊，判斷故障的范圍也很方便。因此，模塊式PLC一般適用于較復(fù)雜系統(tǒng)和環(huán)境差（維修量大）的場(chǎng)合。2．安裝方式的選擇根據(jù)PLC的安裝方式，系統(tǒng)分為集中式、遠(yuǎn)程I／O式和多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I／O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低。大型系統(tǒng)經(jīng)常采用遠(yuǎn)程I／O式，因?yàn)樗鼈兊难b置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I／O可以分散安裝在I／O裝置附近，I／O連線比集中式的短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程I／O電源。多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型PLC，但必須要附加通信模塊。3．相當(dāng)?shù)墓δ芤笠话阈⌒停ǖ蜋n）PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對(duì)于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A／D和D／A單元。具有加減算術(shù)運(yùn)算。數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般大型機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。4．響應(yīng)速度的要求PLC的掃描工作方式引起的延遲可達(dá)2－3個(gè)掃描周期。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來說，PLC的響應(yīng)速度都可以滿足要求，不是主要問題。然而對(duì)于某些個(gè)別場(chǎng)合，則要求考慮PLC的響應(yīng)速度。為了減少PLC的I／O響應(yīng)的延遲時(shí)間，可以選用掃描速度高的PLC，或選用具有高速I／O處理功能指令的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。5．系統(tǒng)可靠性的要求對(duì)于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。6．機(jī)型統(tǒng)一一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮以下三個(gè)方面的問題：（l）同一機(jī)型的PLC，其編程方法相同，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。（2）同一機(jī)型的PLC，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。（3）同一機(jī)型的PLC，其外圍設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。（二）PLC的容量選擇PLC的容量包括I／O點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)容量?jī)蓚€(gè)方面。1．I／O點(diǎn)數(shù)PLC的I／O點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I／O點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用I／O點(diǎn)最少，但必須留有一定的備用量。通常I／O點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上10％－15％的備用量來確定。2．用戶存儲(chǔ)容量用戶存儲(chǔ)容量是指PLC用于存儲(chǔ)用戶程序的存儲(chǔ)器容量。需要的用戶存儲(chǔ)容量的大小由用戶程序的長(zhǎng)短決定。一般可按下式估算，再按實(shí)際需要留適當(dāng)?shù)挠嗔浚?0％－30％）來選擇。存儲(chǔ)容量=開關(guān)量I／O點(diǎn)總數(shù)X10十模擬量通道數(shù)X100絕大部分PLC均能滿足上式要求。應(yīng)當(dāng)要注意的是：當(dāng)控制系統(tǒng)較復(fù)雜。數(shù)據(jù)處理量較大時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)存儲(chǔ)容量不夠的問題，這時(shí)應(yīng)特殊對(duì)待。六、I/O模塊的選擇一般I／O模塊的價(jià)格占PLC價(jià)格的一半以上。不同的I／O模塊，其電路及功能也不同，直接影響PLC的應(yīng)用范圍和價(jià)格。下面僅介紹有關(guān)開關(guān)量I／O模塊的選擇。（一）開關(guān)量輸入模塊的選擇PLC的輸入模塊是用來檢測(cè)接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的信號(hào)，并將輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部接受的低電壓信號(hào)。1．輸入信號(hào)的類型及電壓等級(jí)的選擇常用的開關(guān)量輸入模塊的信號(hào)類型有三種：直流輸入、交流輸入和交流／直流輸入。選擇時(shí)一般根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)及周圍環(huán)境來決定。交流輸入模塊接觸可靠，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用；直流輸入模塊的延遲時(shí)間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接。PLC的開關(guān)量輸入模塊按輸入信號(hào)的電壓大小分類有：直流5V、24V、48V、60V等；交流110V、220V等。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來決定。一般5V、12V、24V用于傳輸距離較近場(chǎng)合。如：5V的輸入模塊最遠(yuǎn)不得超過10m距離，較遠(yuǎn)的應(yīng)選用電壓等級(jí)較高的模塊。2．輸入接線方式選擇接輸入電路接線方式的不同，開關(guān)量輸入模塊可分為匯點(diǎn)式輸入和分組式輸入兩種。匯點(diǎn)式輸入模塊的輸入點(diǎn)只共用一個(gè)COM端；而分組式輸入模塊是將分成若干組，一組共用一個(gè)COM，每組之間是分隔的。分組式輸入模塊的每點(diǎn)價(jià)格教高，如果輸入信號(hào)之間不需要分開，應(yīng)選擇匯點(diǎn)式。3．同時(shí)接通的輸入點(diǎn)的數(shù)量對(duì)于選用高密度的輸入模塊（32點(diǎn)、48點(diǎn)），應(yīng)考慮該模塊同時(shí)接通的輸入點(diǎn)的數(shù)量一般不超過點(diǎn)數(shù)的60%。（二）開關(guān)量輸出模塊的選擇輸出模塊是將PLC內(nèi)部低電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部輸出設(shè)備所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。選擇時(shí)主要應(yīng)該考慮負(fù)載電壓的種類和大小、系統(tǒng)對(duì)延遲時(shí)間的要求、負(fù)載的狀態(tài)變化是否頻繁等。1．輸出方式的選擇開關(guān)量輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出。繼電器輸出的價(jià)格便宜，既可以用于驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時(shí)承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)。但它屬于有觸點(diǎn)元件，其動(dòng)作速度較慢、壽命短，可靠性較差，因此，只能適用于不頻繁通斷的場(chǎng)合。當(dāng)用于驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，其觸點(diǎn)動(dòng)作頻率不超過1Hz。對(duì)于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)該選用雙向晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點(diǎn)元件。但雙向晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，而晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。2．輸出接線方式的選擇按PLC的輸出接線方式的不同，一般有分組式輸出和分隔式輸出兩種。分組式輸出是幾個(gè)輸出點(diǎn)為一組，共用一個(gè)公共端，各組之間是分隔的，可分別使用不同的電源。而分隔式輸出的每一個(gè)輸出點(diǎn)有一個(gè)公共端，各輸出點(diǎn)之間相互隔離，每個(gè)輸出點(diǎn)可使用不同的電源。主要應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的電源種類的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。3．輸出電流的選擇輸出模塊的輸出電流（驅(qū)動(dòng)能力）必須大于負(fù)載的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載電流的大小選擇模塊的輸出電流。如果實(shí)際負(fù)載電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動(dòng)，可增加中間放大環(huán)節(jié)。4．同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量選擇輸出模塊時(shí)，還應(yīng)考慮能同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)量。同時(shí)接通輸出的累計(jì)電流值必須小于公共端所允許通過的電流值。如一個(gè)220V/2A的8點(diǎn)輸出模塊，每個(gè)輸出點(diǎn)可以通過2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流不是16A（8X2）通常要比此值小得多。一般來說，同時(shí)接通的點(diǎn)數(shù)不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的60％。5．輸出的最大負(fù)載電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素的關(guān)系表為FX系列PLC的輸出技術(shù)指標(biāo)，它與不同的負(fù)載密切相關(guān)。另外，雙向晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會(huì)降低，在實(shí)際使用中也應(yīng)注意。表-FX2系列PLC的輸出技術(shù)指標(biāo)（三）、電源模塊及其它外設(shè)的選擇1．電源模塊的選擇電源模塊的選擇較為簡(jiǎn)單，只需考慮電源的額定輸出電流就可以了。電源模塊的額定電流必須大于CPU模塊、I／O模塊、及其它模塊的總消耗電流。電源模塊選擇僅對(duì)于模塊式結(jié)構(gòu)的PLC而言，對(duì)于整體式