PLC課程設(shè)計(jì)配料車控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

沈陽理工大學(xué)沈陽理工大學(xué).前言可編程序控制器（ProgrammableLogicController）是以微處理器為核心，綜合了微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的通用工業(yè)控制器。英文縮寫為PC或PLC。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。1968年，美國通用汽車公司（GM）為適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，提出一種設(shè)想：把計(jì)算機(jī)的功能完善、通用、靈活等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置。這種通用控制裝置把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，采用面向控制過程、面向?qū)ο蟮恼Z言編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的方便使用。美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)這一設(shè)想，于1969年研制成功了第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14，在汽車自動(dòng)裝配線上試用并獲得成功。該設(shè)備用計(jì)算機(jī)作為核心設(shè)備。其控制功能是通過存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的程序來實(shí)現(xiàn)的，這就是人們常說的存儲(chǔ)程序控制。由于當(dāng)時(shí)主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC）。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，也使得可編程序控制器逐步形成具有特色的多種系列產(chǎn)品。系統(tǒng)中不僅有大量的開關(guān)量，而且使用了模擬量，其功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出邏輯控制、順序控制的應(yīng)用范圍。故稱為可編程序控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PC）。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）混淆，所以人們還沿用PLC作為可編程控制器的英文縮寫。本課程設(shè)計(jì)是PLC課程課堂教學(xué)的延伸和發(fā)展，是理論知識與工程實(shí)踐之間的銜接。課程設(shè)計(jì)的主要目的是通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計(jì)方法。通過設(shè)計(jì)也有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往所學(xué)的知識，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。設(shè)計(jì)必須滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設(shè)計(jì)之前必須了解設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計(jì)工作的整體觀念。

1.課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求1.1課程設(shè)計(jì)的任務(wù)題目：配料車控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)控制要求：配料車完成“從配料罐出發(fā)，到A處取m車料，再到B處取n車料，送回配料罐進(jìn)行配料混合”的工作循環(huán)。配料車由三相交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)。工藝流程圖：圖1配料車工作示意圖1.2課程設(shè)計(jì)的基本要求（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容：1）完成《課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》所要求的控制循環(huán)。2）按停止按鈕，完成當(dāng)前循環(huán)后再停。3）按復(fù)位按鈕，立即返回原位停止。4）要求可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、單周期、連續(xù)控制。（2）設(shè)計(jì)要求：1）畫出端子分配圖和順序功能圖2）設(shè)計(jì)并調(diào)試PLC控制梯形圖3）設(shè)計(jì)說明書（3）進(jìn)度安排：1）理解題目要求，查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案1天2）PLC梯形圖設(shè)計(jì)與調(diào)試3天3）說明書撰寫0.5天4）答辯0.5天

2.總體設(shè)計(jì)2.1PLC選型本題目的設(shè)計(jì)為滿足設(shè)計(jì)要求共分配有22個(gè)I/O點(diǎn)，輸入16個(gè)，輸出6個(gè)。PLC儲(chǔ)存器內(nèi)存容量大體上是按I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/0點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)字為內(nèi)存總字?jǐn)?shù)。模擬點(diǎn)數(shù)是以比I/O點(diǎn)數(shù)富余出20%的點(diǎn)數(shù)，設(shè)置為25，因此計(jì)算PLC出儲(chǔ)存器容量為：22×15+25×100=2830為了保證PLC足夠的運(yùn)行空間，選用PLC容量為6KB。綜上所述，選擇西門子S7-200/CPU226作為配料車控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。2.2PLC端子接線2.2.1PLCI/O的確定根據(jù)題意確定配料車控制系統(tǒng)I/O及地址分配。表1.I/O地址分配表功能地址功能地址功能地址左限位SQ1I0.1手動(dòng)B裝料I1.1右行Q0.0中限位SQ2I0.2手動(dòng)混料I1.2A裝料Q0.1右限位SQ3I0.3手動(dòng)開關(guān)I1.3左行Q0.2手動(dòng)右行到AI0.4復(fù)位開關(guān)I1.4卸料Q0.3手動(dòng)A裝料I0.5單周期開關(guān)I1.5B裝料Q0.4手動(dòng)左行I0.6連續(xù)開關(guān)I1.6混料Q0.5手動(dòng)卸料I0.7啟動(dòng)按鈕I2.1手動(dòng)右行到BI1.0停止按鈕I2.22.2.2面板及端子分配圖根據(jù)設(shè)計(jì)題意，設(shè)計(jì)出控制面板及對應(yīng)的端子分配圖，其中有手動(dòng)、單周期、連續(xù)選擇旋鈕，手動(dòng)啟動(dòng)、停止、復(fù)位、A裝料、B裝料、左行、右行到A、右行到B、卸料、混料料按鈕。I1.5單周期I1.5單周期手動(dòng)I1.3復(fù)位I1.4I1.6連續(xù)復(fù)位I1.4I1.6連續(xù)右行到AI0.4停止I2.2卸料I0.7左行I0.6A裝料I0.5負(fù)載電源啟動(dòng)I2.1右行到AI0.4停止I2.2卸料I0.7左行I0.6A裝料I0.5負(fù)載電源啟動(dòng)I2.1緊急停車緊急停車混料I1.2B裝料混料I1.2B裝料I1.1右行到BI1.0圖2操作面板示意圖圖3端子分配圖

3.PLC程序設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)思想小車?？吭赟Q1，開啟啟動(dòng)按鈕，小車右行至A，A裝料，停留10秒；小車裝完A料，自動(dòng)左行至SQ1，卸料A，停留10秒；如此往返3次；往返3次結(jié)束后，小車右行至B，B裝料，停留10秒；小車裝完B料，自動(dòng)左行至SQ1，卸料B，停留10秒；如此往返3次；往返3次結(jié)束后，混料。按連續(xù)按鈕，小車完成上述一個(gè)周期的工作后又開始下一個(gè)周期，小車反復(fù)連續(xù)的工作。按單周期按鈕，小車完成一個(gè)周期的工作后，停止。按手動(dòng)按鈕，按對應(yīng)的按鈕分別獨(dú)立控制小車對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。按停止按鈕，完成當(dāng)前循環(huán)后再停止。按復(fù)位按鈕，立即返回原位停止。在進(jìn)入單周期、連續(xù)工作方式之前，小車的初始狀態(tài)應(yīng)為：小車在最左邊，無卸料，無混料。如果不滿足這一條件，可以選擇回原點(diǎn)工作方式，然后按啟動(dòng)按鈕，使系統(tǒng)自動(dòng)返回原點(diǎn)狀態(tài)。在原點(diǎn)狀態(tài)，順序功能圖中的初始步M0.0為ON，為進(jìn)入單周期、連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。

3.2順序功能圖M0.5(I1.3+I2.4)M0.5(I1.3+I2.4)M0.0C1復(fù)位C0復(fù)位M0.0C1復(fù)位C0復(fù)位I2.1·M0.5M2.0Q0.0I2.1·M0.5M2.0Q0.0I0.2I0.2T37Q0.1M2.1T37Q0.1M2.1M2.2T37Q0.2M2.2T37Q0.2I0.1I0.1T38Q0.3T38M2.3T38Q0.3T38M2.3C0加1M2.4C0加1M2.4C0C0C0C0C0復(fù)位eQ0.0M2.5C0復(fù)位eQ0.0M2.5I0.3T39Q0.4M2.6I0.3T39Q0.4M2.6T39T39Q0.2M2.7Q0.2M2.7I0.1I0.1T40Q0.3M3.0T40T40Q0.3M3.0T40C1加1M3.1C1加1M3.1C1復(fù)位T41Q0.5C1C1M3.2C1復(fù)位T41Q0.5C1C1M3.2圖4自動(dòng)程序的順序功能圖M0.7·T41M0.7圖4自動(dòng)程序的順序功能圖M0.7·T41M0.7·T413.3PLC梯形圖圖5主程序圖6公用程序圖7手動(dòng)程序圖8自動(dòng)程序的梯形圖

I1.4I2.1I1.4I2.1RQ0.0M1.0RQ0.0M1.0RQ0.1RQ0.1RQ0.4RQ0.4Q0.2Q0.2I0.1I0.1復(fù)位M1.0和Q0.3復(fù)位M1.0和Q0.3M0.0為后續(xù)部M0.0為后續(xù)部圖9自動(dòng)返回原點(diǎn)順序功能圖圖10自動(dòng)返回原點(diǎn)梯形圖4.程序調(diào)試說明4.1主程序圖5是主程序，SM0.0的常開觸點(diǎn)一直閉合，公用程序是無條件執(zhí)行的。在手動(dòng)方式下，I1.3為ON，執(zhí)行“手動(dòng)”子程序。在自動(dòng)回原點(diǎn)方式下，I1.4為ON，執(zhí)行“回原點(diǎn)”子程序。其他兩種工作方式下執(zhí)行“自動(dòng)”子程序。4.2公用程序圖6為公用程序，公用程序用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及處理不用工作方式之間的相互切換。小車原點(diǎn)條件為：左限位開關(guān)I0.1的常開觸點(diǎn)閉合，表示小車卸料的Q0.3、混料Q0.5的常閉觸點(diǎn)閉合，此時(shí)“原點(diǎn)條件”M0.5為ON。開始執(zhí)行用戶程序（SM0.1為ON），或者系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)或自動(dòng)回原點(diǎn)狀態(tài)（I1.2或I1.4為ON）時(shí)，初始步對應(yīng)的M0.0將被置位，為進(jìn)入單周期和連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果此時(shí)M0.5為OFF狀態(tài)。M0.0將被復(fù)位，初始步不為活動(dòng)步，無法進(jìn)入單周期和連續(xù)的工作方式。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將圖中除初始步以外的各步對應(yīng)的存儲(chǔ)器位（M2.0—M3.2）復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后又返回自動(dòng)方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，引起錯(cuò)誤的動(dòng)作。在非連續(xù)方式下，I1.6的常閉觸點(diǎn)閉合，則啟動(dòng)后表示連續(xù)工作狀態(tài)的標(biāo)志M0.7復(fù)位。4.3手動(dòng)程序圖7為手動(dòng)程序。在手動(dòng)工作方式下，按右行到A按鈕I0.4，Q0.0線圈“通電”，小車右行，右行到A，中限位開關(guān)I0.2的常閉觸點(diǎn)斷開，停止運(yùn)行；按右行到B按鈕I1.0，Q0.0線圈“通電”，小車右行，右行到B，右限位開關(guān)I0.3的常閉觸點(diǎn)斷開，停止運(yùn)行；當(dāng)小車停止在A點(diǎn)時(shí)，中限位開關(guān)I0.2的常開觸點(diǎn)閉合，按A裝料按鈕I0.5，小車開始A裝料；按左行按鈕I0.6，小車開始左行，左行到左限位，左限位開關(guān)I0.1的常閉觸點(diǎn)斷開，停止左行；當(dāng)小車停止在左限位時(shí)，左限位開關(guān)I0.1的常開觸點(diǎn)閉合，按卸料按鈕I0.7，小車開始卸料；當(dāng)小車停止在右限位時(shí)，右限位開關(guān)I0.3的常開觸點(diǎn)閉合，按B裝料按鈕I0.4，小車開始B裝料；按混料按鈕I1.2，開始混料。4.4自動(dòng)程序圖4是處理單周期、連續(xù)工作方式的順序功能圖，圖8是用啟保停電路設(shè)計(jì)的程序，M0.0和M2.0～M3.2用典型的啟保停電路控制。單周期和連續(xù)這兩種工作方式主要是用“連續(xù)”標(biāo)志M0.7來區(qū)分。4.4.1單周期與連續(xù)的區(qū)分在連續(xù)工作方式下，I1.6為1狀態(tài)。在初始步為活動(dòng)步是按下啟動(dòng)按鈕I2.1，M2.0變?yōu)?，小車右行。與此同時(shí)，控制連續(xù)工作的M0.7的線圈“通電”并自保持。當(dāng)步M3.2混料完成，T41為1狀態(tài)，因?yàn)檫B續(xù)標(biāo)志位M0.7為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件滿足，系統(tǒng)將返回步M2.0，反復(fù)連續(xù)的工作下去。按停止按鈕I2.2后，M0.7變?yōu)?狀態(tài)，但是小車不會(huì)立即停止工作，在完成當(dāng)前工作周期的全部操作后，小車回到最左邊，左限位開關(guān)I0.1為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件滿足，系統(tǒng)才從步M3.2返回并停留在初始步。在單周期工作方式下，M0.7一直處于0狀態(tài)。當(dāng)小車在最后一步M3.2返回最左邊時(shí)，左限位開關(guān)I0.1為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件滿足，系統(tǒng)返回并停留在初始步。按一次啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)只工作一個(gè)周期。4.4.2單周期工作過程單周期工作方式下，初始步時(shí)按下啟動(dòng)按鈕I2.1，在M2.0的啟動(dòng)電路中，M0.0、I2.1、M0.5（原點(diǎn)條件）的常開觸點(diǎn)均接通，使M2.0的線圈“通電”，系統(tǒng)進(jìn)入右行步，Q0.0的線圈“通電”，小車右行；碰到中限位開關(guān)I0.2時(shí)，轉(zhuǎn)換到A裝料步M2.1，Q0.1的線圈“通電”，小車A裝料。同時(shí)接通延時(shí)定時(shí)器T37開始定時(shí)，10s后定時(shí)時(shí)間到，A裝料完成，轉(zhuǎn)換條件T37滿足，轉(zhuǎn)換到步M2.2。以后系統(tǒng)將這樣一步一步地工作下去。在混料步M3.2，定時(shí)器T41開始定時(shí)，10s后混料完成，T41變位1狀態(tài)，因連續(xù)工作標(biāo)志M0.7為0狀態(tài)，將返回初始步M0.0，小車停止運(yùn)動(dòng)。4.4.3連續(xù)工作過程連續(xù)工作方式下，初始步時(shí)按下啟動(dòng)按鈕I2.1，在M2.0的啟動(dòng)電路中，M0.0、I2.1、M0.5（原點(diǎn)條件）的常開觸點(diǎn)均接通，使M2.0的線圈“通電”，系統(tǒng)進(jìn)入右行步，Q0.0的線圈“通電”，小車右行；碰到中限位開關(guān)I0.2時(shí)，轉(zhuǎn)換到A裝料步M2.1，Q0.1的線圈“通電”，小車A裝料。同時(shí)接通延時(shí)定時(shí)器T37開始定時(shí)，10s后定時(shí)時(shí)間到，A裝料完成，轉(zhuǎn)換條件T37滿足，轉(zhuǎn)換到步M2.2。以后系統(tǒng)將這樣一步一步地工作下去。在混料步M3.2，定時(shí)器T41開始定時(shí)，10s后混料完成，T41變位1狀態(tài)，因連續(xù)工作標(biāo)志M0.7為1狀態(tài)，小車將進(jìn)入下一個(gè)周期重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)。4.4.4自動(dòng)回原點(diǎn)程序圖9、10分別是自動(dòng)回原點(diǎn)程序的順序功能圖、用啟保停電路設(shè)計(jì)的梯形圖。在回原點(diǎn)工作方式下，I1.4為ON。按下啟動(dòng)按鈕I2.1，M1.0變位ON，小車左行。左行到左限位開關(guān)時(shí)，I0.1變?yōu)镺N，將步M1.0復(fù)位，同時(shí)將混料Q0.5、卸料Q0.3復(fù)位。這時(shí)原點(diǎn)條件滿足，M0.5為ON，在公用程序中，初始步M0.0被置位，為進(jìn)入單周期、連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備，因此可以認(rèn)為步M0.0是步M1.0的后續(xù)步。

5總結(jié)雖然1周的課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，但是這次課程設(shè)計(jì)使我學(xué)到很多的的東西，不僅鞏固了我以前所學(xué)過的知識，而且也學(xué)到了許多在課本上學(xué)不到的知識，例如最基本的PLC的選型。通過到圖書館及上網(wǎng)搜索資料，我進(jìn)一步的掌握了該領(lǐng)域的好多知識。通過理論分析與實(shí)踐的相互論證，許多問題都有了更好的解決方案。我在此次課程設(shè)計(jì)實(shí)踐學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。設(shè)計(jì)系統(tǒng)前，要做一個(gè)統(tǒng)籌規(guī)劃，要明確的知道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟：1.明確控制對象及控制要求；2.制定相應(yīng)的方案；3.確定輸入及輸出設(shè)備；4選擇硬件；5.設(shè)計(jì)控制程序；6調(diào)試；7.整理文檔。在理論的運(yùn)用過程中，我們提高了工程素質(zhì)。在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對知識的理解都是思想上的，對一些細(xì)節(jié)并不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序下載到PLC時(shí)，問題就出現(xiàn)了，