鉆孔動力頭的PLC控制課程設(shè)計說明書

年4月19日鉆孔動力頭的PLC控制課程設(shè)計說明書文檔僅供參考，不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正。目錄TOC\o"1-2"\h\u25930目錄 14479一、控制任務(wù) 217044二、該動力頭的加工過程 22029三、I/O地址的分配及接線圖 32651、PLC的輸入/輸出點分配表 33642、PLC控制接線圖 310125四、電氣控制電路圖 4五、程序流程圖416385六、設(shè)計過程 551371、控制方案的選擇 5178692、PLC如何選型 11215693、分析所編的程序并闡述系統(tǒng)的工作原理 1530103

七、設(shè)計總結(jié) 1713435八、參考資料 1812027附錄 19323561、梯形圖設(shè)計 19141762、指令語句表 20鉆孔動力頭的PLC控制一、控制任務(wù)動力頭在原位時開關(guān)SQ3受壓，加啟動命令后接通電磁閥YV1，動力頭快進。動力頭碰到限位開關(guān)SQ1后，接通電磁閥YV1和YV2，動力頭由快進轉(zhuǎn)為工進,同時電力頭電機轉(zhuǎn)動(由KM1控制)。動力頭碰到限位開關(guān)SQ2后，停止進給，延時10S。延時時間到，接通電磁閥YV3，動力頭快速退回。當(dāng)原點限位開關(guān)SQ3接通時，動力頭快速退回結(jié)束。根據(jù)上述控制要求，用PLC編制程序?qū)崿F(xiàn)對鉆孔動力頭的控制。二、該動力頭的加工過程三、I/O地址的分配及接線圖1、PLC的輸入/輸出點分配表輸入信號名稱代號輸入點編號啟動按鈕啟動X000停止按鈕停止X001原點限位開關(guān)SQ0X002快進限位開關(guān)SQ1X003工進限位開關(guān)SQ2X004輸出信號名稱代號輸出編號正轉(zhuǎn)接觸器KM1Y000正轉(zhuǎn)接觸器KM2Y001反轉(zhuǎn)接觸器KM3Y0022、PLC控制接線圖四、電氣控制電路圖五、程序流程圖六、設(shè)計過程1、控制方案的選擇（1）為何采用PLC控制可編程序控制器PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。（2）控制繼電器存在的缺點控制繼電器存在的缺點如作條件下進行的,容易損壞.而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧,甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作,引絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工起嚴重的后果.再者,對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設(shè)備,其控制箱將是龐大而笨重的.在全負荷運載的情況下,大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲,同時也消耗了大量的電能.而且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝,如果有簡單的改動,也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試.今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域.她們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性.可是,這也是隨之帶來的一些問題.固體繼電器的缺點A、導(dǎo)通后的管壓降大，可控哇或雙向控哇的正向降壓，可達1~2V，大功率晶體管的飽和壓降也在1~2之間，一般功率場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻也較機械觸點的接觸電阻大。B、半導(dǎo)體器件關(guān)斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流，因此不能實現(xiàn)理想的電隔離。C、由于管壓降大，導(dǎo)通后的功耗和發(fā)熱量也大，大功率固體繼電器的體積遠遠大于同容量的電磁繼電器，其輸出功率與環(huán)境和外殼溫度有關(guān)。D、電子元、器件的溫度特性和電子路線的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。E、一般固體繼電器設(shè)計成單刀單擲形式，這樣比較容易實現(xiàn)，多組和多組轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)需要用幾個相互連接和適當(dāng)連鎖的固體繼電器，這些固體繼電器基本上是積木式堆疊在一起，形成一個占地較大空間的復(fù)雜裝置。大功率固體繼電器，由于需用散熱片，就進一步增加了所有空間和成本。F、一般見于功率控制的固體繼電器是針對負載或設(shè)計成交流輸出或設(shè)計成直流輸出，而不設(shè)計成既和用于交流負載，又可用于支流負載。（3）可編程序控制器的優(yōu)勢、特點及功能可編程控制器以體積小功能強大所著稱,它不但能夠很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能,而且能夠經(jīng)過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系,從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制.特別是現(xiàn)在,由于信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來,擴展了PLC的功能,使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力,從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè).A、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理PLC能夠經(jīng)過通迅接口與顯示終端和打印機等外設(shè)相連.顯示器作為人機界面(HMI)是一種內(nèi)含微處理芯片的智能化設(shè)備,它與PLC相結(jié)合可取代電控柜上眾多的控制按鈕、選擇開關(guān)、信號指示燈,及生產(chǎn)流程模擬屏和電控柜內(nèi)大量的中間繼電器和端子排.所有操作都能夠在顯示屏上的操作元件上進行.PLC能夠方便、快捷地對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行采集、處理,并可對要顯示的參數(shù)以二進制、十進制、十六進制、ASCII字符等方式進行顯示.在顯示畫面上,經(jīng)過圖標的顏色變化反應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài),如閥門的開與關(guān),電機的啟動與停止,位置開關(guān)的狀態(tài)等.PID回路控制用數(shù)據(jù)、棒圖等綜合方法反映生產(chǎn)過程中量的變化,操作人員經(jīng)過參數(shù)設(shè)定可進行參數(shù)調(diào)整,經(jīng)過數(shù)據(jù)查詢可查找任一時刻的數(shù)據(jù)記錄,經(jīng)過打印可保存相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù),為今后的生產(chǎn)管理和工藝參數(shù)的分析帶來便利.B、閉環(huán)過程控制以往對于過程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的PID模擬調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)開、閉環(huán)控制.而現(xiàn)在完全能夠采用PLC控制系統(tǒng),選用模擬量控制模塊,關(guān)于時間繼電器的用途,其功能由軟件完成,系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定,不受元件影響,因而可靠性更高,容易實現(xiàn)復(fù)雜的控制和先進的控制方法,能夠同時控制多個控制回路和多個控制參數(shù).例如生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力、速度等.C、順序控制順序控制是PLC最基本、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域.所謂的順序控制,就是按照工藝流程的順序,在控制信號的作用下,使得生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機構(gòu)自動地按照順序動作.由于它還具有編程設(shè)計靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護等優(yōu)點,因此在實現(xiàn)單機控制、多機群控制、生產(chǎn)流程控制中能夠完全取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng).它主要是根據(jù)操作按扭、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場給來的指令信號和傳感器信號,控制機械運動部件進行相應(yīng)的操作,從而達到了自動化生產(chǎn)線控制.比較典型應(yīng)用在自動電梯的控制、管道上電磁伐的自動開啟和關(guān)閉、皮帶運輸機的順序啟動等.例如我分廠的原料混料系統(tǒng)就是利用了PLC的順序控制功能.D、運動位置控制PLC能夠支持數(shù)控機床的控制和管理,在機械加工行業(yè),可編程控制器與計算機數(shù)控(CNC)集成在一起,用以完成機床的運動位置控制,它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息,經(jīng)處理與計算,發(fā)出相應(yīng)的脈沖給驅(qū)動裝置,經(jīng)過步進電機或伺服電機,使機床按預(yù)定的軌道運動,以完成多軸伺服電機的自控.當(dāng)前以用于控制無心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削摸削等應(yīng)用中.（4）PLC與繼電器控制兩種控制方法的不同之處

A、控制方式：

繼電器的控制是采用硬件接線實現(xiàn)的，是利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。

PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。

B、控制速度繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現(xiàn)象。

PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴格同步，無抖動。

C、延時控制

繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實現(xiàn)延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時間困難。

PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時間方便，不受環(huán)境影響。

（5）PLC(可編程控制器)與MC(微機)控制的區(qū)別微型計算機是在以往計算機與大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其最大特點是運算速度快，功能強，應(yīng)用范圍廣，在科學(xué)計算，科學(xué)管理和工業(yè)控制中都得到廣泛應(yīng)用。因此說，MC是通用計算機。而PLC是一種為適應(yīng)工業(yè)控制環(huán)境而設(shè)計的專用計算機。但人工業(yè)控制的角度來看，PLC又是一種通用機，只要選配對應(yīng)的模塊便可適用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)，而用戶只需改變用戶程序即可滿足工業(yè)控制系統(tǒng)的具體控制要求。而MC就必須根據(jù)實際需要考慮抗干擾問題及硬件軟件的設(shè)計，以適應(yīng)設(shè)備控制的專門需要。因此說MC是通用的專用機?；谝陨侠斫猓隳軌虻贸鯩C與PLC具有以下幾點區(qū)別：PLC抗干擾性能為MC高。PLC編程比MC編程簡單。PLC設(shè)計調(diào)試周期短。PLC的I/0響應(yīng)速度慢，有較大的滯后現(xiàn)象（MS），而MC的響應(yīng)速度快（US）。PLC易于操作，人員培訓(xùn)時間短；而MC則較難人員培訓(xùn)時間長。PLC易于維修，MC則較困難。隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其功能越來越強；同時MC也逐漸提高和改進兩者之間將相互滲透，使PLC與MC的差距越來越小，但在今后很長一段時間內(nèi)，兩者將繼續(xù)共存。在一個控制系統(tǒng)中，PLC將集中于功能控制上，而MC將集中于信息處理上。2、PLC如何選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

（1）輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算

I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，一般根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。

（2）存儲器容量的估算

存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，一般采用存儲器容量的估算來替代。

存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大致上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。

（3）控制功能的選擇

該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

A、運算功能

簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通PLC的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運算和其它高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，當(dāng)前在PLC中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。

B、控制功能

控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。

C、通信功能

大中型PLC系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標準，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。

PLC系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常見DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標準，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。

PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負荷不大于60%。PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：@、PC為主站，多臺同型號PLC為從站，組成簡易PLC網(wǎng)絡(luò)；@、1臺PLC為主站，其它同型號PLC為從站，構(gòu)成主從式PLC網(wǎng)絡(luò)；@、PLC網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)；@、專用PLC網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用PLC通信網(wǎng)絡(luò)）。

為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。

D、編程功能

離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。

五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標準（IEC6113123），同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。

E、診斷功能

PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷經(jīng)過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。經(jīng)過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，經(jīng)過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。

PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。

F、處理速度

PLC采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。當(dāng)前，PLC接點的響應(yīng)快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.2～0.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型PLC的掃描時間不大于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時間不大于0.2ms/K。

（4）機型的選擇PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，一般可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型。3、分析所編的程序并闡述系統(tǒng)的工作原理（1）按下啟動按鈕，第一邏輯行中的串聯(lián)接觸點X000閉合，M0置1，并聯(lián)接觸點M0閉合，M0自鎖。同時第二邏輯行中的串聯(lián)接觸點M0閉合，Y000置1，Y000的常開觸點KM1閉合，快速電機和慢速電機啟動，且快速電機拖動慢速電機，鉆孔動力頭快速進給。（2）動力頭碰到限位開關(guān)SQ1后，第三邏輯行的串聯(lián)接觸點X003閉合，M1置1，并聯(lián)接觸點M1閉合，M1自鎖。同時第四邏輯行的串聯(lián)接觸點M1閉合，Y001置1，Y001的常閉觸點KM2斷開，快速電機停止，慢速電機繼續(xù)，鉆孔動力頭工進。（3）動力頭碰到限位開關(guān)SQ2后，第五邏輯行的串聯(lián)接觸點X004閉合，M2置1，并聯(lián)接觸點M2閉合，M2自鎖，T0開始計時，同時第一、五邏輯行的串聯(lián)接觸點M0斷開，進給電機停轉(zhuǎn)。延時開始。（4）10s計時結(jié)束，第六邏輯行的串聯(lián)接觸點T0閉合，Y002置1，Y002的常開觸點KM2閉合，快速電機和慢速電機反轉(zhuǎn)，且快速電機拖動慢速電機，鉆孔動力頭快速退回。（5）動力頭碰到原點限位開關(guān)SQ3后，第五邏輯行的串聯(lián)接觸點X0