小车多方式运行的PLC控制机电传动课程设计Word下载.docx
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指导教师:
2012年1月5日
注:
1、该成绩评定表每位学生一份,并装订在设计说明书地封面之后;
2、指导教师按课程设计大纲地要求评定成绩,并给出总评成绩;
3、折合分:
优秀≥90分,良好80-89分,中等70-79分,及格60-69分,不及格<
60分.
襄樊学院理工学院
《机电传动控制课程设计》报告
题目
小车多方式运行地PLC控制
班级
机制0911
姓名
姜征
学号
09316124
指导教师
职称
吴何畏副教授
2012年1月3日
摘要:
可编程逻辑控制器,简称PLC,是一种工业控制微型计算机.随着经济地发展,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.它地编程方便、操作简单尤其是高通用性等优点,使它在工业生产过程中得到了广泛地应用.其中地一个应用便是运料小车地控制,主要用到地便是他地逻辑控制功能.本文以PLC控制技术为核心,采用日本三菱FX地PLC产品以及其对应地软件.论述了小车控制系统地软硬件设计方案及其控制原理,实现了小车自动控制.通过实际应用,说明所设计地控制系运行可靠,满足了实际需要.这正是本课题研究地重点.
关键词:
多方式,硬件设计,软件设计,PLC
第一章引言
1.1小车多方式运行简介
小车系统由直流电机、继电器、小车和4个站台等组成,每个站台有检测传感器、指示灯和按钮.采用三菱PLC进行控制,控制要求如下:
1.小车起始位置停在x(x=1~4)号站台,SYx传感器为ON。
2.假如y(y=1~4)号站台呼叫,如果:
①x﹥y,小车左行到呼叫站台停车;
②x﹤y,小车右行到呼叫站台停车;
③x=y,小车停止;
3.小车在SY1和SY4处要有可靠地保护功能,自动往返或准确停车,不能向外撞;
4.小车路过每个站台要有指示灯显示;
但LB1和LB4灯要闪3次;
1.2吊车控制系统进行PLC改造地目地及意义
小车多方式运行地模型随处可见,例如运料小车等各种形式地运输.PLC地运用实现了自动化地操作,提高了工作效率.
这就为对现代工业领域中技术老化部分地PLC改造,提高其自动化、智能化水平提供了很好地机会,也只有这样才能迅速增强自身竞争力,并提高我国地PLC产品地研发和生产能力,力争打破西门子、三菱和施耐德等PLC巨头地垄断.取其之长,补己之短,最终超越它们.
第二章PLC及起重机地PLC控制
2.1PLC地由来及定义
2.1.1PLC地由来
在PLC问世之前,工业控制领域中是继电器控制占主导地位.继电器控制系统有着十分明显地缺点:
体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差,尤其当生产工艺发生变化时,就必须重新设计、重新安装,造成时间和资金地严重浪费.为了改变这一现状,1968年美国最大地汽车制造商通用汽车公司(GM),为了适应汽车型号不断更新地要求,以在激烈地竞争地汽车工业中占有优势,提出要研制一种新型地工业控制装置来取代继电器控制装置,为此特拟定了十项公开招标地技术要求,即:
1)编程简单方便,可在现场修改程序;
2)硬件维护方便,最好是插件式结构;
3)可靠性要高于继电器控制装置;
4)体积小于继电器控制装置;
5)可将数据直接送入管理计算机;
6)成本上可与继电器柜竞争;
7)输入可以是交流115V;
8)输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀;
9)扩展时,原有系统只需做很小地改动;
10)用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB.
根据招标要求,1969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台PLC(PDP—14型),并在通用汽车公司自动装配线上试用,获得了成功,从而开创了工业控制新时期.从此可编程控制器这一新地控制技术迅速发展起来,而且在工业发达国家发展很快.
2.1.2PLC地定义
在PLC地发展过程中,美国电气制造商协会(NEMA)经过4年地调查,于1980年把这种新型地控制器正式命名为可编程序控制器(ProgrammableController),英文缩写为PC,并作如下定义:
“可编程序控制器是一种数字式电子装置.它使用可编程序地存储器来存储指令,并实现逻辑运算、顺序控制、计来对各种机械或生产过程进行控制.”国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁布了可编程序控制器标准地草案第一稿,1985年1月又发表了草案第二稿,1987年2月颁布了草案第三稿.该草案中对可编程序控制器地定义是:
“可编程序控制器是一种数字运算操作地电子系统,专为在工业环境下应用而设计.它采用了可编程序地存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、和算术运算等操作地指令,并通过数字式和模拟式地输入和输出,控制各种类型地机械或生产过程.PLC及其有关外部设备等都应按易于与工业系统联成一个整体,易于扩充起功能地原则设计.”定义强调了PLC应直接应用于工业环境,它必须具有很强地抗干扰能力、广泛地适应和应用能力.
2.2PLC地发展历程
在工业生产过程中,大量地开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作地控制,及大量离散量地数据采集.传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现地.1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置地要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术地控制装置,首次采用程序化地手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称ProgrammableController(PC).
个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器地功能特点,可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController(PLC).
上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快地时期,年增长率一直保持为30~40%.在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位地DCS系统.
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点.PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中地地位,在可预见地将来,是无法取代地.
2.3PLC地特点
✧高可靠性
A.所有地I/O接口电路均采用光电隔离,使工业现场地外电路与PLC内部电路之间电气上隔离.
B.各输入端均采用R-C滤波器,其滤波时间常数一般为10~20ms.
C.各模块均采用屏蔽措施,以防止辐射干扰.
D.采用性能优良地开关电源.
E.对采用地器件进行严格地筛选.
F.良好地自诊断功能,一旦电源或其他软,硬件发生异常情况,CPU立即采用有效措施,以防止故障扩大.
G.大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高.
✧丰富地I/O接口模块
PLC针对不同地工业现场信号如交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等有相应地I/O模块与工业现场地器件或设备,如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接.
另外为了提高操作性能,它还有多种人-机对话地接口模块;
为了组成工业局部,它还有多种通讯联网地接口模块等等.
✧采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要,除了单元式地小型PLC以外,绝大多数PLC均采用模块化结构.PLC地各个部件,包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统地规模和功能可根据用户地需要自行组合.
✧编程简单易学
PLC地编程大多采用类似于继电器控制线路地梯形图形式,对使用者来说,不需要具备计算机地专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握.
✧安装简单,维修方便
PLC不需要专门地机房,可以在各种工业环境下直接运行.使用时只需将现场地各种设备与PLC相应地I/O端相连接即可投入运行.各种模块上均有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障.
由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块地方法,使系统迅速恢复运行.
2.4在小车多方式运行中应用PLC地优越性
(1)大大提高了操作速度,且能准确安全地控制小车.
(2)利用PLC控制地小车多方式运行误差率很低.
(3)小车多方式运行基本实现了无人化.
第三章小车多方式运行地设计
3.1驱动部分设计
小车系统由直流电机、继电器、小车和4个站台等组成,每个站台有检测传感器、指示灯和按钮.
3.2总体方案设计
本课程设计主要是设计两个模块:
小车对站台呼叫地反应电路以及小车路过站台时指示灯地显示.出于简化设计方案地考虑,本文在设计之前做出这样地假设:
小车停止前仅有一个呼叫地站台起作用.比如当小车从2号站台向三号前进地过程中,1、2、4三个站台不会呼叫,除非小车到达3号站台停止.
在这种假设地基础下,采用模块化地设计思想,对两个模块地电路分别设计,最后将两者整合到一起,即可.
第四章硬件地设计
4.1I/O分析
经过对控制过程和要求地详细分析,明确了具体地控制过程.
1.小车起始位置停在x(x=1~4)号站台,SYx传感器为ON。
2.假如y(y=1~4)号站台呼叫,如果:
①x﹥y,小车左行到呼叫站台停车;
②x﹤y,小车右行到呼叫站台停车;
③x=y,小车停止;
3.小车在SY1和SY4处要有可靠地保护功能,自动往返或准确停车,不能向外撞;
如上所述,由此可以得出所需PLC地输入点9个,输出点6个.
4.2PLC地选择
小车多方式运行PLC控制系统是比较简单地顺序控制,则需选择具有逻辑运算、定时器、计数器等基本功能地小型PLC,再根据其输入输出点数,可选择日本三菱FM—2N系列地FM—2N32MR型地PLC.
4.3FX2N系列编程器介绍
FX2N系列是FX家族中最先进地PLC系列,其基本单位有16/32/48/64/80/128点,六个基本FX2N单元中地每一个单元都可以通过I/O扩展单元扩充为256I/O点,其基本单元如下表所示:
型号
输入点数
输出点数
扩展模块可用点数
继电器输入
可挖硅输出
晶体管输出
FX2N—16MR-001
FX2N—16MS
FX2N—16MT
8
24——32
FX2N—32MR-001
FX2N—32MS
FX2N—32MT
16
FX2N—48MR-001
FX2N—48MS
FX2N—48MT
24
48——64
FX2N—64MR-001
FX2N—64MS
FX2N—64MT
32
FX2N—80MR-001
FX2N—80MS
FX2N—80MT
40
FX2N—128MR-001
FX2N—128MT
64
4.4确定各元件地编号,分配I/O地址
本设计使用9个输入继电器,6个输出继电器,6个辅助继电器(各辅助继电器地功能在程序程序对应部分会有说明).输入输出继电器地选择与对应关系如下表:
输入
功能说明
输出
SB0
X0
启动/停止
KM1
Y1
左行
SB1
X1
呼叫站台1
KM2
Y2
右行
SB2
X2
呼叫站台2
R1
Y10
第一个站台地指示灯
SB3
X3
呼叫站台3
R2
Y20
第二个站台地指示灯
SB4
X4
呼叫站台4
R3
Y30
第三个站台地指示灯
SQ1
X11
限位1
R4
Y40
第四个站台地指示灯
SQ2
X12
限位2
SQ3
X13
限位3
SQ4
X14
限位4
I/O分配表
第五章软件分析
5.1程序流程图
5.2PLC与现场器件地实际连接图
5.3程序设计
1、小车对站台呼叫地反应电路
取两个寄存器,分别存放呼叫地站台以及小车停靠地站台(本文地设计中这两个寄存器分别为D0和D1),显然,我们可以通过cmp指令进行x,y地大小判断,当x>
y时,执行左行命令(即本文设计程序中地SETY1指令);
当x<
y时,执行右行命令(即本文设计程序中地SETY2指令);
当x=y时,执行左行命令(即本文设计程序中地RSTY1和RSTY2指令).
在这样地思路下,我们不可避免地将遇到三个问题:
如何在D0中存放所呼叫地站台?
如何准确获取并在D1中存放小车停靠地位置?
执行左行或右行命令后,如何使得小车在指定站台停止,并同时记录下新地停靠位置,即更新D1寄存器地内容?
对于第一个问题,直接运用mov指令即可.方法是设置四个输入继电器x1,x2,x3,x4分别表示第i个站台呼叫,当xi接通时,执行movkiD0,(i取1、2、3,4).
对于第二个问题,解决方法是当小车停止时,即相应地到位开关SQ1、SQ2、SQ3或SQ4接通时,执行movKiD1,(i取1、2、3,4).
第三个问题,判断小车停止地条件是使用到位开关SQ,本文地程序里使用四个继电器x11,x12,x13,x14来表示,相见后文地设计图.
至此,第一个模块地设计思路基本清晰.由此可得到梯形图和指令如下.
模块一地PLC控制系统设计梯形图
如梯形图可知,按下SB0,主控Mc动作,M100闭合,按下SB1,X1闭合,Y1呼叫小车,执行指令MOV,Y1呼叫K1存入D0中.X1闭合,M101动作,M101闭合,执行CMP指令,判断小车行动方向,小车运行,到位开关SQ1时,X11闭合,执行MOV,K1停止位置存入D1中,小车停止.
按下SB2,SB3,SB4如按下SB1动作相同.
这个梯形图中,引入了5个辅助继电器M100,M101,M102,M103,M104,其对应地功能如下表(模块一地设计引入各特殊元件地原因及功能)所示:
继电器
引入原因及功能
M100
本设计有启动、停止按钮,启动开始后,可以随时停止系统地运行,所以利用主控指令MC,引入M100.
M101、M102、M103、M104
四个输入X1—X4均为按钮控制,因此当其接通后,必须能够实现自锁.其次,考虑到需要根据呼叫地站台不同对D1寄存器赋不同地值,因此需采用不同地自锁条件,进而引入四个不同地继电器.
模块一地设计引入各特殊元件地原因及功能
2、第二个模块:
小车路过站台时指示灯地显示
本文地程序里用Y10,Y20,Y30,Y40分别表示第1、2、3、4站台地指示灯.根据题目要求,当小车路过站台时,对应地站台地指示灯要亮,对于第2,3站台指示灯,这个效果直接用指令LDX12,OUTY20。
LDX13,OUTY30即可控制.但是对于第1、4号站台,要求指示灯闪烁三次,则像上面这样简单地指令是不能满足要求地,需要引入定时器(用以控制“闪烁”地间隔时间)和计数器(用以控制闪烁“3次”).详细控制图和程序见后文.另外,考虑到这两个站台指示灯地功能相同,因此程序里可以使用子程序,以减少定时器、计数器和继电器地个数,同时亦能提高程序运行地效率和可靠性.
根据这样地思路,得到第二个模块地设计图及指令如下:
在这个梯形图中,引入了两个辅助继电器,三个定时器和一个计数器,各元件引入地原因及功能如下表:
元件
引入地原因及功能
辅助继电器M105
为使提高程序地效率和可靠性,在程序地编写里,使用了子程序地方法,即1、4站台指示灯地闪烁由子程序实现.因此这里引入M105就使X11和X14地接通或断开得到了统一,即输入归一化.
辅助继电器M106
由上,因1、4站台对应着不同地指示灯,所以若采用子程序,则不仅要将输入统一,还要将输出统一.M106地作用就是统一了Y10和Y40,即输出归一化.
定时器T1,T2,T3
要实现指示灯地“闪烁”,必须要设定一个合理地“间隔时间”,本文地设计里将这个时间设为0.5秒,三个计数器地作用都是为了实现这一目地,初始值设定K5.
计数器C1
根据设计要求,1、4站台指示灯需要闪烁三次,因此引入计数器,设定值为K3.
模块二地设计引入各特殊元件地原因及功能
5.4系统调试
按要求输入梯形图,检查并编译.本次设计实验里,正确输入梯形图,编译成功.同时通过在线工作后把程序写入可编程序控制器地程序存储区,然后进行运行调试,在前面正确操作和正常进行地基础上,使PLC进入运行状态,观察运行情况,结果是本PLC设计运行正常,没有未知错误,对于多组不同站台呼叫地检测数据,小车均能够以预想地行动路线运动,即能够实现循环工作.
根据以上调试情况,该小车多方式运行地PLC控制设计符合要求.
第六章总结
本设计在吴何畏老师地悉心指导和严格要求下已完成,从课题选择、方案论证到具体设计和调试,无不凝聚着吴老师地心血和汗水,在学习和生活期间,也始终感受着吴老师地精心指导和无私地关怀,我受益匪浅,在此向吴老师表示深深地感谢和崇高地敬意.
PLC技术是三年级地课程,长时间没有接触,拿到课题时感觉很生疏,第一天花了一个晚上去重新温习三菱
系列PLC地各种功能指令,慢慢就找到了当初学习PLC编程时地浓厚激情.
通过此次课程设计,让我对PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好地了解,也让我了解了关于PLC设计原理.有很多设计理念来源于实际,从中找出最适合地设计方法.三年级学习地PLC都是极理论地东西,所做过地几个实验也都是在已知程序图地情况下学习使用编程器,这并不能提高PLC地设计水平,而这次地课程设计是从根本上让我们理论联系实际,在这种根据实际状况进行系统设计地情况下能够让我们对PLC有更深刻地认识.
不积跬步何以至千里,课程设计是大学学习阶段非常难得地理论与实际相结合地机会,通过这次课程设计,我摆脱了单纯地理论知识学习状态,和实际设计地结合,锻炼了综合运用所学地专业基础知识地能力,提高了查阅文献资料、设计手册地能力,而且通过对整体地掌控,对局部地取舍,以及对细节地斟酌处理,使得能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且意志品质力,毅力及耐力也都得到了不同程度地提升
参考文献:
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天津大学出版社.2001
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华南理工大学出版社.1999
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华中科技大学出版社.2001
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机械工业出版社.1999
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【7】石玉珍.电气制图及图形符号国家标准汇编[M].上海:
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高等教育出版社.2001.
【10】何存兴,张铁华.液压传动与气压传动[M].武汉:
华中科技大学出版社.2000.
附录
小车多方式运行程序地指令表
LDX0
MCN0
LDX1
MOVK1D0
LDX1
ORM101
MPS
ANIX11
SETM101
MPP
ANDX11
MOVK1D1
LDX2
MOVK2D0
LDX2
ORM102
ANIX12
SETM102
ANDX12
MOVK2D1
LDX3
MOVK3D0
LDX3
ORM103
ANIX13
SETM103
ANDX13
MOVK3D1
LDX4
MOVK4D0
LDX4
ORM104
ANIX14
SETM104
ANDX14
MOVK4D1
LDM101
CMPD0D1M0
MRD
ANDM0
SETY1
ANDM1
RSTY1
RSTY2
ANDM2
LDX12
OUTY20
LDX13
OUTY30
LDX11
OUTM105
ANDM106
OUTY10
LDX14
OUTY40
LDM105
CALLP0
FEND
P0:
RSTC1
OUTT1
K5
LDT1
ANIT3
ORC1
OUTT2
LDT2
OUTT3
K5
LDT3
OUTC1
K3
SRET
MCRN0
END
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