基于PLC的自動(dòng)上料機(jī)設(shè)計(jì)

1、基于PLC的自動(dòng)上料機(jī)設(shè)計(jì)摘要電器控制技術(shù)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，電氣控制技術(shù)的發(fā)展，是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)和電器控制的日新月異而迅速發(fā)展。從簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)發(fā)展到以計(jì)算機(jī)為中心的上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的控制。越來(lái)越多的實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械的控制。上料機(jī)是在日常生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的設(shè)備，自動(dòng)控制能夠減輕人的勞動(dòng)，使人從中解放出來(lái)。自動(dòng)上料是常見(jiàn)的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，因?yàn)樗欧妱?dòng)機(jī)的各種優(yōu)點(diǎn)所以自動(dòng)送料機(jī)的馬達(dá)選用伺服電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樗欧姍C(jī)不需要AD轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為位移，所以被認(rèn)為是理想的執(zhí)行元件。隨著伺服電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，伺服電動(dòng)機(jī)已經(jīng)能夠單獨(dú)在系統(tǒng)上進(jìn)行使用，成為不可替代的執(zhí)行元件。伺服電機(jī)的

2、抗干擾能力強(qiáng)，它工作的可靠性高，同時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)構(gòu)成十分靈活，便于在線(xiàn)修改，產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)。本課題采用PLC控制伺服電機(jī)來(lái)控制小車(chē)的自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料功能，完成要求的運(yùn)行狀態(tài)。本文以為燃煤鍋爐為研究背景進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：(1)建立了基本模型，確定了控制要求。(2)確定了系統(tǒng)控制方式，選定了PLC，制定了設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)了能夠?qū)崿F(xiàn)完整功能的程序。(3)進(jìn)行了部分硬件接線(xiàn)的設(shè)計(jì)，能夠完成部分接線(xiàn)任務(wù)。關(guān)鍵詞：PLC；自動(dòng)上料；控制系統(tǒng)目錄摘要I第1章 緒論11.1 課題背景11.2 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義11.3 主要研究?jī)?nèi)容2第2章 上料系統(tǒng)32.1 上料系統(tǒng)圖32.2 控制要求4

3、2.3 本章小結(jié)4第3章 硬件及連接53.1 硬件的選擇53.1.1 電機(jī)53.1.2 傳感器63.1.3 接觸器73.2 線(xiàn)路接線(xiàn)93.2.1 PLC的連接93.2.2 電機(jī)接線(xiàn)93.3 本章小結(jié)9第4章 系統(tǒng)控制確定104.1 PLC的結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)104.1.1 PLC的結(jié)構(gòu)104.1.2 PLC的控制的優(yōu)點(diǎn)114.2 PLC的主要功能和應(yīng)用134.3 設(shè)計(jì)過(guò)程134.3.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的基本步驟134.3.2 確定IO接口144.3.3 PLC的選型144.4 梯形圖154.5 本章小結(jié)19結(jié)論20參考文獻(xiàn)21致謝22千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然

4、后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒論1.1 課題背景人類(lèi)逐漸發(fā)展向機(jī)械化時(shí)代，越來(lái)越多的自動(dòng)化產(chǎn)品代替手工勞動(dòng)，使人類(lèi)得到解放，自動(dòng)化控制是時(shí)代的需求，面對(duì)未來(lái)的需求，本課題研究就是實(shí)現(xiàn)日常中上料小車(chē)的自動(dòng)控制。產(chǎn)業(yè)中已不在是僅僅要求單機(jī)自動(dòng)化，而是要求能實(shí)現(xiàn)一條產(chǎn)線(xiàn)甚至更大規(guī)模的全盤(pán)自動(dòng)化。因此將機(jī)械、電子等聯(lián)系起來(lái)實(shí)現(xiàn)整體的自動(dòng)化控制是很有必要的。本次課題就是實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)上料小車(chē)的自動(dòng)控制，PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算

5、術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。并使其完成人為規(guī)定其需要完成的動(dòng)作，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)要求，實(shí)現(xiàn)一定的規(guī)律和順序運(yùn)動(dòng)。1PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作

6、的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?？煽啃愿撸垢蓴_能力強(qiáng)。配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造體積小，重量輕，能耗低。因此進(jìn)行伺服電機(jī)的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以推動(dòng)與伺服電機(jī)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。1.2 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義自動(dòng)送料系統(tǒng)是當(dāng)今常見(jiàn)的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展，使得伺服電機(jī)獲得了廣泛的應(yīng)用和普及，在許多領(lǐng)域的到應(yīng)用。伴隨著不同數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及伺服

7、電機(jī)本身技術(shù)的提高，使得其應(yīng)用領(lǐng)域更廣，故自動(dòng)上料控制有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。目前比較典型的控制方法是用單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖來(lái)控制電機(jī)。但采用單片機(jī)控制，不僅要設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制程序和IO接口電路，實(shí)現(xiàn)比較麻煩，而且工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境適應(yīng)性差，可靠性不高?；赑LC控制具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便、定位精度高、參數(shù)設(shè)靈活的優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)過(guò)程控制中使用可靠性高，監(jiān)控方便。因此用PLC來(lái)控制伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，非常有實(shí)際價(jià)值。1.3 主要研究?jī)?nèi)容課題主要研究的是如何實(shí)現(xiàn)要求的功能，在完成硬件接線(xiàn)的前提下，安全穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)控制功能。(1)通過(guò)編程，控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行，主要研究對(duì)象是程序，認(rèn)真仔細(xì)的編寫(xiě)程序。(2)通過(guò)編

8、程軟件的自檢測(cè)功能檢測(cè)程序是否能正常運(yùn)行，保證程序的準(zhǔn)確性，在實(shí)現(xiàn)功能的前提下盡可能是程序精簡(jiǎn)，保證程序高效運(yùn)行，減少運(yùn)行時(shí)間，使系統(tǒng)高效工作，達(dá)到最節(jié)能最高效的工作。第2章 上料系統(tǒng)以燃燒爐為背景進(jìn)行建模，設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行自動(dòng)上料的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料的目的，通過(guò)PLC的控制來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過(guò)上料小車(chē)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)靠控制小車(chē)的前進(jìn)與后退，爐門(mén)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制爐門(mén)的開(kāi)關(guān)，通過(guò)行程開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)小車(chē)的位置，PLC的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)上料的控制，滿(mǎn)足要求的功能，進(jìn)行了如圖2-1的建模。2.1 上料系統(tǒng)圖上料小車(chē)爐門(mén)導(dǎo)軌小車(chē)電機(jī)爐門(mén)電機(jī)圖 2-1系統(tǒng)圖2.2 控制要求通過(guò)系統(tǒng)圖模擬要實(shí)現(xiàn)的功能列出如下控制

9、要求：(1)按啟動(dòng)按鈕 爐門(mén)電機(jī)正轉(zhuǎn) 爐門(mén)開(kāi)；(2)壓下?tīng)t門(mén)上限位開(kāi)關(guān) 爐門(mén)電機(jī)停止；推料機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn) 推料機(jī)進(jìn)，送料入爐到料位；(3)壓限位開(kāi)關(guān) 推料機(jī)電機(jī)停止；延時(shí)3秒后，推料機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn) 推料機(jī)退到原位；(4)壓限位開(kāi)關(guān) 推料機(jī)電機(jī)停止；爐門(mén)電機(jī)反轉(zhuǎn) 爐門(mén)閉；(5)壓限位開(kāi)關(guān) 爐門(mén)電機(jī)停止；常閉觸點(diǎn)閉合，為下次循環(huán)作準(zhǔn)備；(6)完成4次上料后，系統(tǒng)自動(dòng)停止；(7)若按下停止按鈕，則完成當(dāng)前工作后，才能停止工作。2.3 本章小結(jié)(1) 建立并繪制上料系統(tǒng)圖，明確系統(tǒng)中的主要硬件部分，(2) 編寫(xiě)系統(tǒng)控制要求。對(duì)小車(chē)工作過(guò)程進(jìn)行介紹，明確程序編寫(xiě)需要實(shí)現(xiàn)的功能。第3章 硬件及連接3.1 硬件的選

10、擇3.1.1 電機(jī)伺服電機(jī)（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線(xiàn)性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)。伺服電機(jī)：伺服電機(jī)有轉(zhuǎn)矩、慣量、轉(zhuǎn)速三大要素組成。根據(jù)負(fù)載的控制精度要求選擇步距角大小，根據(jù)負(fù)載的大小確定靜力矩，靜力矩一經(jīng)確定根據(jù)電機(jī)距頻特性曲線(xiàn)來(lái)判斷電機(jī)的電流。一旦三大要

11、素確定，伺服電機(jī)的型號(hào)變確定下來(lái)。圖 4-1伺服電機(jī)3.1.2 傳感器物位是指貯存容器或工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備里的液體、粉粒壯固體、氣體之間的分界面位置，也可以是互不相溶的兩種液體間由于密度不等而形成的界面位置。根據(jù)具體用途分為液位、料位、界位傳感器或變送器。物位不僅是物料耗量或產(chǎn)量計(jì)量的參數(shù)，也是保證連續(xù)生產(chǎn)和設(shè)備安全的重要參數(shù)。特別是在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)規(guī)模大，速度高，且常有高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性或易燃易爆物料，對(duì)于物位的監(jiān)視和自動(dòng)控制更是至關(guān)重要。物位測(cè)量可用于計(jì)算物料儲(chǔ)量。對(duì)于粉粒體，必須考慮到顆粒間有空隙，應(yīng)區(qū)分密度和容重。密度是指不含空隙的物料每單位體積的質(zhì)量，即通常的質(zhì)量密度，如果乘以重力加速

12、度g，就成為重力密度r，簡(jiǎn)稱(chēng)為重度。容重是包含空隙在內(nèi)的每單位體積的重量v，也就是視在重度或宏觀(guān)重度，它總要比顆粒物質(zhì)本身的重度小，其差額決定于空隙率。而空隙率又取決與許多因素。例如顆粒形狀、尺寸的一致程度、是否受外力壓實(shí)、是否經(jīng)受過(guò)振動(dòng)、有無(wú)黏結(jié)性等，所以粉粒體物料的體積儲(chǔ)量和質(zhì)量?jī)?chǔ)量之間不易精確換算，這是需要注意的6?，F(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。(1)靈敏度的選擇通

13、常，在傳感器的線(xiàn)性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡員減少?gòu)耐饨缫氲膹S(chǎng)擾信號(hào)。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。(2)線(xiàn)性范圍傳感器的線(xiàn)形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線(xiàn)性范圍越寬，則其量程越大，并且能

14、保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類(lèi)確定以后首先要看其量程是否滿(mǎn)足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線(xiàn)性，其線(xiàn)性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線(xiàn)性誤差較小的傳感器近似看作線(xiàn)性的，這會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的方便。(3)精度精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)7。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿(mǎn)足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過(guò)高。這樣就可以在滿(mǎn)足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。如果測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的

15、；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿(mǎn)足要求的傳感器。對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無(wú)法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿(mǎn)足使用要求。圖 4-2傳感器3.1.3 接觸器接觸器是用來(lái)遠(yuǎn)距離頻繁地接通和斷開(kāi)交直流主電路和大容量控制電流的電器。具有動(dòng)作迅速控制容量大使用安全方便，能頻繁操作和遠(yuǎn)距離操作等優(yōu)點(diǎn)。主要用作電動(dòng)機(jī)的主控開(kāi)關(guān)；小型發(fā)電機(jī)；電熱設(shè)備；電焊機(jī)和電容器組等各種設(shè)備的主控開(kāi)關(guān)。能接通和斷開(kāi)負(fù)載電流，但不能切斷短路電流，因此常與熔斷器和熱繼電器等配合使用。主要由觸頭系統(tǒng)；電磁機(jī)構(gòu)和滅弧裝置等組成6。線(xiàn)圈和靜觸頭是固定不動(dòng)的，當(dāng)線(xiàn)圈通電后，產(chǎn)生

16、的電磁力克服彈簧的反作用力，將銜鐵吸合并使動(dòng)；靜觸頭接觸，從而接通主電路。當(dāng)線(xiàn)圈斷電時(shí)，由于電磁吸力消失，銜鐵依靠彈簧的反作用力而跳開(kāi)，動(dòng)觸頭和靜觸頭也隨之分離，切斷主電路8。交流接觸器主要由四部分組成：(1)電磁系統(tǒng),包括吸引線(xiàn)圈、動(dòng)鐵芯和靜鐵芯；(2)觸頭系統(tǒng),包括三副主觸頭和兩個(gè)常開(kāi)、兩個(gè)常閉輔助觸頭,它和動(dòng)鐵芯是連在一起互相聯(lián)動(dòng)的；(3)滅弧裝置,一般容量較大的交流接觸器都設(shè)有滅弧裝置,以便迅速切斷電弧,免于燒壞主觸頭；(4)絕緣外殼及附件,各種彈簧、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、短路環(huán)、接線(xiàn)柱等。交流接觸器的工作原理：當(dāng)線(xiàn)圈通電時(shí)，靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力，將動(dòng)鐵芯吸合，由于觸頭系統(tǒng)是與動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)的,因此動(dòng)鐵

17、芯帶動(dòng)三條動(dòng)觸片同時(shí)運(yùn)行,觸點(diǎn)閉合,從而接通電源。當(dāng)線(xiàn)圈斷電時(shí),吸力消失,動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)部分依靠彈簧的反作用力而分離,使主觸頭斷開(kāi),切斷電源。圖 4-3接觸器3.2 線(xiàn)路接線(xiàn)3.2.1 PLC的連接本設(shè)計(jì)的PLC外部接線(xiàn)如圖所示.CPU224CN的傳感器電源24V(DC)可以輸出600mA電流，通過(guò)核算在本設(shè)計(jì)中PLC容量完全滿(mǎn)足要求，CPU224CN的輸出繼電器觸點(diǎn)容量為2A，電壓范圍為530V（DC）或5250V（AC）。 PLC的接線(xiàn)盡可能清晰明了。便于檢查。3.2.2 電機(jī)接線(xiàn)簡(jiǎn)單繪制電機(jī)接線(xiàn)圖，完成電機(jī)的接線(xiàn)。M3KM2KM1UVW圖 4-5電路接線(xiàn)圖3.3 本章小結(jié)本章對(duì)部分硬件設(shè)備進(jìn)

18、行了研究和分析如下：(1)闡述了電機(jī)的特點(diǎn)，以及確定的要素。詳細(xì)的介紹了電機(jī)的具體要素對(duì)做出選擇提供了基礎(chǔ)。(2)分析了傳感器的應(yīng)用和其選擇原則。對(duì)幾個(gè)要素做了具體介紹，對(duì)本設(shè)計(jì)特別關(guān)心的精度等做了說(shuō)明。(3)討論了接觸器的特點(diǎn)和它的組成。對(duì)于部分線(xiàn)路通過(guò)接觸器可以起到更好保護(hù)最用，通過(guò)他的工作可是使設(shè)計(jì)更好的完成要求實(shí)現(xiàn)的功能，更安全更可靠。(4)研究了部分線(xiàn)路的接線(xiàn)，確定其接線(xiàn)順序，為安裝提供方便。接線(xiàn)要仔細(xì)，這是能成功運(yùn)行的前提條件，所以線(xiàn)路圖是很重要的。第4章 系統(tǒng)控制確定4.1 PLC的結(jié)構(gòu)及優(yōu)點(diǎn)4.1.1 PLC的結(jié)構(gòu)S7-200系列PLC系統(tǒng)由主機(jī)（基本單元）、IO擴(kuò)展單元、功能

19、單元和外部設(shè)備等組成。S7-200PLC主機(jī)的結(jié)構(gòu)形式為整體式結(jié)構(gòu)2。(1)電源 PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。(2)中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的

20、狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來(lái)對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。(3)存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。(4)輸入輸出接口電路 現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路

21、，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道；現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。4.1.2 PLC的控制的優(yōu)點(diǎn)PLC能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計(jì)算機(jī)所不及的一些下列特點(diǎn)：(1)可靠性可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。PLC的可靠性高，表現(xiàn)如下：與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因：PLC不需要大量的活動(dòng)部件和電子元器件，它的接線(xiàn)也大大減少。與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單、維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高。PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)、掉電保護(hù)、故障診斷

22、和信息保護(hù)及恢復(fù)等，使可靠性得到提高。PLC有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單、操作方便、維修容易等特點(diǎn)，因?qū)Σ僮骱途S修人員的技能要求降低，容易學(xué)習(xí)和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高3。(2)易操作性操作方便對(duì)PLC的操作包括程序輸人的操作和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行程序輸人和更改的操作。編程器至少提供了輸人信息的顯示，對(duì)大中型的PLC，編程器采用CRT屏幕顯示，因此，程序的輸人直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需的地址編號(hào)、繼電器編號(hào)或觸點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上顯示。所以PLC具有操作方便的特點(diǎn)。編程方便PLC有多種程

23、序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可供使用。對(duì)電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，梯形圖由于與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的編寫(xiě)和學(xué)習(xí)。采用布爾助記符編程語(yǔ)言時(shí)，由于符號(hào)是功能的簡(jiǎn)單縮寫(xiě)，十分有利于編程人員的編程。為便于維修工作的開(kāi)展，有些PLC的制造企業(yè)提供了維修用的專(zhuān)用儀表或設(shè)備，提供了故障樹(shù)等維修用的資料。有些廠(chǎng)商還提供維修用的智能卡件或插件板，使維修工作變得十分方便。(3)靈活性PLC采用的編程語(yǔ)言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖和語(yǔ)句描述編程語(yǔ)言，只要掌握其中一種語(yǔ)言就可以進(jìn)行編程。編程方法的多樣性使編程方便，應(yīng)用面拓展。由于采用軟連接的方法，在生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備更換時(shí)，可以不必改變

24、PLC的硬設(shè)備，通過(guò)程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)所不能比擬的。正是由于編程的柔性特點(diǎn)，使PLC能大量地替代繼電器順序控制系統(tǒng)，成為當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備。在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)和計(jì)算機(jī)集成過(guò)程控制系統(tǒng)(CIPS)中，PLC正成為主要的控制設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用。操作的靈活性，操作的靈活性是指設(shè)計(jì)的工作量大大減少，編程的工作量和安裝施工的工作量大大減少，操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作可以簡(jiǎn)化，不同的生產(chǎn)過(guò)程可采用相同的控制臺(tái)或控制屏等。(4)機(jī)電

25、一體化為了使得工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制更平穩(wěn)、更可靠，向優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低耗要效益，對(duì)過(guò)程控制設(shè)備和裝置提出了機(jī)電一體化儀表、電子、計(jì)算機(jī)綜合的要求，而PLC正是這一要求的產(chǎn)物，它是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)過(guò)程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備，它的體積大大減小，功能不斷完善，抗干擾性能增強(qiáng)、機(jī)械與電氣部件被有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起。因此，它已成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、過(guò)程流程控制等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備4。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，可編程邏輯控制器。即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU

26、以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。輸入采樣階段：可編程邏輯控制器以?huà)呙璺绞揭来蔚刈x入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。用戶(hù)程序執(zhí)行階段：可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路

27、進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線(xiàn)圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線(xiàn)圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。輸出刷新階段：當(dāng)掃描用戶(hù)程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。4.2 PLC的主要功能和應(yīng)用PLC的主要功能和應(yīng)用如下：(1)開(kāi)關(guān)邏輯和順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛、最基本的場(chǎng)合。它的主要功能是完成開(kāi)關(guān)邏輯運(yùn)算和進(jìn)行順序邏輯控制，從而可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單或十分復(fù)雜的控制要

28、求。(2)模擬控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由許多連續(xù)變化的物理量需要進(jìn)行控制，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域?qū)δM量控制的廣泛要求，目前大部分PLC產(chǎn)品都具備處理這類(lèi)模擬量的功能。特別是在系統(tǒng)中模擬量控制點(diǎn)數(shù)不多，同時(shí)混有較多的開(kāi)關(guān)量時(shí)，PLC具有其他控制裝置所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。另外某些PLC產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如PID模塊，從而可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的PID等反饋或其他模擬量的控制運(yùn)算。(3)定時(shí)控制PLC具有很強(qiáng)的定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶(hù)提供數(shù)十甚至上百個(gè)定時(shí)與計(jì)數(shù)器。其定時(shí)時(shí)間間隔可以由用戶(hù)加以設(shè)定。對(duì)于計(jì)數(shù)器，如果需要對(duì)于頻率較高的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，可以選擇高速

29、計(jì)數(shù)器。(4)數(shù)據(jù)處理新型PLC都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)傳送，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些PLC還可以進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算。(5)通信把PLC作為下位機(jī)，與上位機(jī)或同級(jí)的可編程序控制器進(jìn)行通信，成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的信息控制和管理，因此PLC是實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)自動(dòng)化的理想工業(yè)控制器5。4.3 設(shè)計(jì)過(guò)程4.3.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的基本步驟(1)深入了解和分析控制要求。(2)確定IO設(shè)備。根據(jù)需要，確定系統(tǒng)所需的用戶(hù)輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、開(kāi)關(guān)燈，常用輸出設(shè)備有指示燈等。(3)根據(jù)IO點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類(lèi)型。(4)

30、設(shè)計(jì)自動(dòng)上料系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)周密的梯形圖程序，這是核心工作。(5)將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測(cè)試。4.3.2 確定IO接口表3-1 IO口分配表序號(hào)名稱(chēng)地址1啟動(dòng)按鈕I0.02門(mén)上限位開(kāi)關(guān)I0.13料車(chē)到位限位開(kāi)關(guān)I0.24料車(chē)原位限位開(kāi)關(guān)I0.35門(mén)下限位開(kāi)關(guān)I0.46停止按鈕I0.57爐門(mén)開(kāi)Q0.08料車(chē)前進(jìn)Q0.19料車(chē)后退Q0.210爐門(mén)關(guān)Q0.34.3.3 PLC的選型對(duì)輸入輸出點(diǎn)的選擇盲目選擇多點(diǎn)數(shù)的機(jī)型會(huì)造成一定浪費(fèi)。按實(shí)際所需總點(diǎn)1520%留出備用量后確定所需PLC的點(diǎn)數(shù)。對(duì)PLC結(jié)構(gòu)形式的選擇在相同功能和相同IO點(diǎn)數(shù)的情況下，整體式比模塊式價(jià)格低。但模塊式具有

31、功能拓展靈活。維修方便，容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選擇結(jié)構(gòu)形式。最大限度地滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求；保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠；力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便；適應(yīng)發(fā)展的需要。綜合輸入輸出點(diǎn)的計(jì)算以及要實(shí)現(xiàn)的電梯控制功能和現(xiàn)有PLC，使用西門(mén)子s7-200PLC（CPU224）加一個(gè)16輸出擴(kuò)展模塊和一個(gè)8輸入擴(kuò)展模塊，這樣就能完全能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。S7-200PLC是一種小型可編程邏輯控制器（Micro PLC），可應(yīng)用于各種小型自動(dòng)化控制系統(tǒng)。高集成度的設(shè)計(jì)、低廉的成本使得s7-200成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。并且，西門(mén)子

32、s7-200PLC具有：極高的可靠性、豐富的指令集、極快的浮點(diǎn)運(yùn)算速度、豐富的擴(kuò)展模塊、強(qiáng)大的內(nèi)部集成功能等幾個(gè)方面的出色表現(xiàn)。圖 3-1 西門(mén)子PLC4.4 梯形圖4.5 本章小結(jié)在本章對(duì)PLC和程序進(jìn)行了研究和編寫(xiě)。(1)對(duì)PLC的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行介紹，解釋了它的運(yùn)行過(guò)程，對(duì)更好的理解PLC提供了理論依據(jù)。為PLC的選擇提供基礎(chǔ)，對(duì)控制要求的實(shí)現(xiàn)有明確的理解。(2)確定了程序的編寫(xiě)過(guò)程，詳細(xì)的分析了控制要求，確定了接口的分配。(3)通過(guò)對(duì)PLC特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)的研究，對(duì)滿(mǎn)足要求的PLC進(jìn)行了選擇。為更好的完成功能要求提供可靠保證。(4)通過(guò)軟件的自檢測(cè)功能編寫(xiě)了正確的程序，通過(guò)完整的程序，可以實(shí)現(xiàn)完整的功能要求。千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫(xiě)在此行之前。結(jié)論本設(shè)計(jì)的自動(dòng)上料車(chē)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)手動(dòng)操作按鈕實(shí)現(xiàn)控制要求，在其今后發(fā)展中