PLC运料小车1.docx
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PLC运料小车1.docx
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PLC运料小车1
PLC在运料小车控制系统中的应用
摘要
早期运料小车电气控制系统多为继电器—接触器组成的复杂系统,这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷,无数据处理和通信功能,必须有专人负责操作,将PLC应用到运料小车电气控制系统,可实现运料小车的自动化控制,降低系统的运行费用,PLC运料小车电气控制系统具有连线简单,控制速度快,可靠性和可维护性好,易于安装、维修和改造等优点。
随着经济的发展,运料小车不断扩大到各个领域,从手动到自动,逐渐形成了机械化、自动化。
将PLC应用到运料小车电气控制系统,可实现运料小车的自动化控制,降低系统的运行费用。
它功能强大,可扩展到多达128I/O点,且能增加特殊功能模块或扩展板。
通信和数据连接功能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。
本课题主要包括:
分析被控对象和明确系统控制要求;PLC选型;确定系统的I/O设备的数量及种类;控制流程设计;控制程序设计。
PLC在运料小车控制系统中的应用,已经在国内外工程、工厂中得到实际应用,具有巨大的经济和社会价值,其智能化和自动化的思路值得以后继续深入研究和推广。
[关键词]PLC;运料小车控制系统
Abstract
Earlyelectriccarcontrolsystemofthetransporterovertherelay-contactorcomplexsystemcomposedofThesystemdesigncycle,thereisalong,bulky,highcost,defects,nodataprocessingandcommunicationsfunctions,mustbehandoperated,willbeappliedtotransportmaterialscarPLCelectricalcontrolsystemandcanrealizeautomaticcontroloperationofthecar,reducingtherunningcostsofthesystem,PLCcontrolsystemforelectriccartransporterwithasimpleconnectiontocontrolspeed,reliabilityandmaintainabilityisgood,easytoinstall,repairandimprovementandsoon.Witheconomicdevelopment,transportmaterialstovariousareasofgrowingcar,frommanualtoautomatic,andgraduallyformedthemechanizationandautomation.
PLCappliedtotransportmaterialstocarelectricalcontrolsystemandcanrealizeautomaticcontroloperationofthecarandreducesystemoperatingcosts.Itispowerful,canbeexpandedtoasmanyas128I/Opoints,andcanincreasethespecialfunctionmodulesorexpansionboards.CommunicationsanddataconnectivityoptionsmakeFX1Ninvolume,communicationsandspecialfunctionmodulessuchimportantapplicationsperfectly.Thetopicsinclude:
analysisofplantandaclearsystemcontrolrequirements;PLCselection;determinethesystem'sI/Odevicenumberandtype;controlprocessdesign;controlprogramming.
PLCcontrolsysteminthecartransporterintheapplication,hasbeenindomesticandinternationalprojectshasbeenappliedinthefactory,withhugeeconomicandsocialvalue,theintelligenceandautomationbeyondtheideaworthyoffurtherresearchandextension.
.Keywords:
PLC;controlsystemfortransportercart
第一章绪论
1.1课题的提出背景
随着我国社会经济的迅猛发展,人民物质文化生活水平日益提高,随着工业自动化的普及和发展,控制器的需求量逐年增大。
为了改变落后的生产状态,缓解日趋紧张的供求关系,我们研究了多功能天车。
新中国成立特别是改革开放以来,我国社会主义现代化建设取得了举世瞩目的伟大成就。
同时,必须清醒地看到,我国正处于并将长期处于社会主义初级阶段。
全面建设小康社会,既面临难得的历史机遇,又面临一系列严峻的挑战。
经济增长过度依赖能源资源消耗,环境污染严重;经济结构不合理,农业基础薄弱,高技术产业和现代服务业发展滞后;自主创新能力较弱,企业核心竞争力不强,经济效益有待提高。
在扩大劳动就业、理顺分配关系、提供健康保障和确保国家安全等方面,有诸多困难和问题亟待解决。
从国际上看,我国也将长期面临发达国家在经济、科技等方面占有优势的巨大压力。
为了抓住机遇、迎接挑战,我们需要进行多方面的努力,包括统筹全局发展,深化体制改革,健全民主法制,加强社会管理等。
与此同时,我们比以往任何时候都更加需要紧紧依靠科技进步和创新,带动生产力质的飞跃,推动经济社会的全面、协调、可持续发展。
进入21世纪,我国作为一个发展中大国,加快科学技术发展、缩小与发达国家的差距,还需要较长时期的艰苦努力,同时也有着诸多有利条件。
中华民族拥有5000年的文明史,中华文化博大精深、兼容并蓄,更有利于形成独特的创新文化。
只要我们增强民族自信心,贯彻落实科学发展观,深入实施科教兴国战略和人才强国战略,奋起直追、迎头赶上,经过15年乃至更长时间坚韧不拔的艰苦奋斗,就一定能够创造出无愧于时代的辉煌科技成就。
科技工作的指导方针是:
自主创新,重点跨越,支撑发展,引领未来。
自主创新,就是从增强国家创新能力出发,加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。
重点跨越,就是坚持有所为、有所不为,选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域,集中力量、重点突破,实现跨越式发展。
支撑发展,就是从现实的紧迫需求出发,着力突破重大关键、共性技术,支撑经济社会的持续协调发展。
引领未来,就是着眼长远,超前部署前沿技术和基础研究,创造新的市场需求,培育新兴产业,引领未来经济社会的发展。
这一方针是我国半个多世纪科技发展实践经验的概括总结,是面向未来、实现中华民族伟大复兴的重要抉择。
要把提高自主创新能力摆在全部科技工作的突出位置。
在对外开放条件下推进社会主义现代化建设,必须认真学习和充分借鉴人类一切优秀文明成果。
改革开放20多年来,我国引进了大量技术和装备,对提高产业技术水平、促进经济发展起到了重要作用。
但是,必须清醒地看到,只引进而不注重技术的消化吸收和再创新,势必削弱自主研究开发的能力,拉大与世界先进水平的差距。
总之,必须把提高自主创新能力作为国家战略,贯彻到现代化建设的各个方面,贯彻到各个产业、行业和地区,大幅度提高国家竞争力。
我国科学技术发展的总体目标是:
自主创新能力显著增强,科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强,为全面建设小康社会提供强有力的支撑;基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强,取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果,进入创新型国家行列,为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础,形成比较完善的中国特色国家创新体系。
企业现代化生产规模的不断扩大和深化,使得生产物的输送成为生产物流系统中的一个重要环节。
运料小车自动控制正是用来实现输送生产物的控制系统,随着PLC的发展,国外生产线上的运输控制系统非常广泛的采用该控制系统,而且有些制造厂还开发研制了出了专用的逻辑处理控制芯片,我国的大部分工控企业的运料小车自动控制系统都是从国外引进的,成本高,为了满足现代化生产流通的需要,让PLC技术与自动化技术相结合,充分的利用到我国的工控企业生产线上,让该系统在各种环境下都能够工作,而且成本低,易控制,安全可靠,效率高。
1.2运料小车的发展概况
由于PLC的不断发展和革新,使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产率的不断提高,运料小车控制经历了以下几个阶段:
(1)手动控制:
在20世纪60年代末70年代初期,便有一些工业生产采用PLC来实现运料小车的控制,但是由于当时的技术还不够成熟,只能够用手动的方式来控制机器,而且早期运料小车控制系统多为继电器一接触器组成的复杂系统,这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷,几乎无数据处理和通信功能,必须有专人负责操作。
(2)自动控制:
在20世纪80年代,由于计算机的价格下降,这时的大型工控企业将PLC充分的与计算机相结合,通过机器人技术,自动化设备终于实现了PLC在运料小车控制系统在自动方面的应用。
(3)全自动控制:
现阶段,由于PLC技术的向高性能高速度、大容量发展大型PLC大多采用多CPU结构,不断向高性能、高速度和大容量方向发展。
将PLC运用到运料小车控制系统,可实现运料小车的全自动控制,降低系统的运行费用。
PLC运料小车自动控制系统具有连线简单控制速度快,精度高,可靠性和可维护性好,维修和改造方便等优点。
1.3本课题研究的主要内容
通过PLC控制运料小车在工作台上各呼叫站间运动,以达到生产实际之用。
分析被控对象和明确系统控制要求;PLC选型;确定系统的I/O设备的数量及种类;控制流程设计;控制程序设计。
第二章可编程控制器(PLC)概述
2.1PLC的定义
PLC即可编程控制器(ProgrammablelogicController),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
”
2.2PLC的特点
(1)可靠性高,抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。
此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
(2)配套齐全,功能完善,适用性强
PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
(3)易学易用,深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
(4)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
(5)体积小,重量轻,能耗低
以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。
2.3PLC的结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同。
根据结构形式的不同,PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。
整体式(又称箱体式)结构的PLC由中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)单元、电源电路和通信端口等组成,并将这些组装在同一机体内。
这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定,但灵活性较低。
其基本结构框图如图2-1所示。
图2-1整体式结构
模块式(又称组合式)结构的PLC是将中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块,应用时将这些模块根据控制要求插在机架上,各模块间通过机架上的总线相互联系。
模块式的PLC安装完成后,需进行登记,以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认,其特点是系统构成的灵活性较高,可以构成不同控制规模和功能的PLC,但同时价格也较高。
基本结构框图如图2-2所示。
图1-2模块式结构
图2.2模块式结构
2.4PLC的工作原理
PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同,继电器控制是并行运行方式,即如果输出线圈通电或断电,该线圈的触点立即动作,只要形成电流通路,就有可能有几个电器同时动作。
而PLC则不同,它采用循环扫描技术,只有该线圈通电或断电,并且必须当程序扫描到该线圈时,该线圈触点才会动作,而且每次它只能执行一条指令,这也就是说PLC以“串行”方式工作的,这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。
也可以说,继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出,而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。
循环扫描技术
PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段:
输入阶段(将外部输入信号的状态传送到PLC)、执行程序和输出阶段(将输出信号传送到外部设备)。
扫描过程如2-3所示。
图2-3循环扫描
在输入阶段中,PLC先进行自我诊断,然后与编程器或计算机通信,同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据,并把它们存入相应的输入存储单元。
在执行阶段中,PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。
从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据,然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算,得到运算结果,并将这些结果存入相应的输出存储器单元。
在输出阶段中,PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上,并通过输出模块向外部没备传送输出信号,开始控制外部设备。
2.5PLC的编程语言
可编程控制器的编程语言主要有梯形图语言、助记符语言及功能块图。
2.5.1梯形图语言
梯形图语言是在继电器控制电路图的基础上发展而来的。
最大的优点就是直观易懂,使用简单方便。
对来自电气方面的用语,通过梯形图很容易就能掌握,同时它也是PLC的主要编程语言。
例如,一个简单PLC控制系统,当常开按钮SBFl动作时,水泵开启,当常闭按钮SBSl动作时,水泵停止运行。
用继电器控制和用PLC控制的梯形图如图2-4和图1-5所示。
图2-4继电器控制电气图
图2-5PLC控制梯形图
2.5.2助记符语言
助记符语言与汇编语言类似,它使用字符来代表可编程控制器的某种操作,这就要求用户要有一定的计算机编程基础。
用助记符语言编写上一个例子的程序如下:
LDI0
ORQ0
ANDNI1
OUTQ0
2.5.3功能块图语言
西门子公司的S7系列PLC除了可以用梯形图和助记符语言进行编程外,还可以用功能块图语言进行编程。
功能块图语言与数字电子技术的逻辑电路图类似,不同的功能块实现不同的功能,从而实现所需控制要求。
如图2-6所示:
图2-6PLC功能块图
2.6PLC的应用领域
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类。
(1)开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
(2)模拟量控制
在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。
(3)运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
(4)过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
(5)数据处理
现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
(6)通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
第三章控制系统设计
3.1控制系统工作原理
3.1.1运料小车的运动流程
某自动生产线上运料小车的运动如图3-1所示,运料小车由一台三相异步电动机拖动,电机正转,小车向右行,电机反转,小车向左行。
在生产线上有5个编码为1—5的站点供小车停靠,在每个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。
对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外,还设有5个呼叫按钮开关(HJ1--HJ5)分别与5个停靠站点相对应。
图3-1运料小车示意图
3.1.2设备控制要求
运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下:
(1)按下启动按钮,系统开始工作,按下停止按钮,系统停止工作;
(2)当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按扭HJ的编码时,小车向右运行运行到按钮HJ所对应的停靠站时停止;
(3)当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按扭HJ的编码时,小车向左运行,运行到按钮HJ所对应的停靠站时停止;
(4)当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按扭HJ的编码时,小车保持不动;呼叫按钮开关HJ1--HJ5应具有互锁功能,先按下者优先。
3.2小车运动分析
小车在呼叫按钮之间的运动如图3-2所示,
图3-2小车在呼叫按钮之间的运动
根据生产工艺要求设计出小车在运料过程中的速度变化情况如图3-3所示,
图3-3小车在两呼叫按钮之间运料过程中速度变化情况
根据料车运料过程中速度曲线图"确定变频器的频率变化情况如图3-4所示,
图3-4变频器的频率变化情况
根据系统控制要求,分析出如下系统控制流程图,
3.3运料小车控制系统的PLC选型和资源配置
3.3.1控制系统图
早期运料小车电气控制系统多为继电器-接触器组成的复杂系统,这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷,几乎无数据处理和通信功能,必须有专人负责操作。
后来,单片机应用到运料小车控制系统中。
单片机有优异的性能价格比、集成度高、体积小、有很高的可靠性、控制功能强、低功耗、低电压,便于生产便携式产品,外部总线增加了IC及SPI,单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。
单片机编程方法复杂,不容易上手,使用于简单应用。
将PLC应用到运料小车电气控制系统,可实现运料小车的自动化控制,降低系统的运行费用。
PLC运料小车电气控制系统具有连线简单,控制速度快,精度高,可靠性和可维护性好,安装、维修和改造方便等优点。
控制系统如图3-5所示
(a)
(b)
图3-6运料小车控制系统图
3.4PLC选型
3.4.1选型分析
在工程中主要根据工艺要求、控制对象、用户需要等方面选择合适的PLC,以获得最佳的性能价格比。
就一个控制系统而言,PLC的选型原则和考虑因素如下:
(1)PLC一般用于开关量控制为主兼有模拟量控制的系统,尤其适合于动作频繁、逻辑关系复杂、程序多变的系统。
应用于这样的系统,将会最大限度发挥技术经济效果。
(2)是否与计算机连接,是否要求构成网络信息系统,以及对远程站的设置要求。
是否需要中断输入、双机热备、位置控制、高速计数器等特殊模块和智能模块。
(3)开关量I/O点数、模拟量1/0路数、电压等级及输出功率、内存容量。
1/0点数直接关系到PLC输入/输出模块的选择,I/0点数一般要考虑1件一2既的余量,特别是开关量输入更应考虑多些余量;合适的电压等级可提高PLC的抗干扰能力:
主机用户内存容量的大小对设备费的影响不大,故建议内存容量可选大一些。
(4)其他考虑因素选择PLC还要对其外型、结构、系统组成、设置条件、价格、技术服务、应用业绩等多项指标综合分析比较,然后才能确定理想的PLC产品。
3.4.2系统的安装
无远程功能的PLC用在单机或控制范围不大的
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