自動裝車送料控制系統(tǒng)設計論文

1、中文摘要早期運料小車電氣控制系統(tǒng)多為繼電器接觸器組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責操作，將PLC應用到運料小車電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用，PLC運料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，可靠性和可維護性好，易于安裝、維修和改造等優(yōu)點。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，運料小車不斷擴大到各個領域，從手動到自動，逐漸形成了機械化、自動化。 將PLC應用到運料小車電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用。它功能強大，可擴展到多達128I/O點，且能增加特殊功能模塊或擴展板。通信和數(shù)據(jù)連接功能選項使

2、得FX1N在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應用方面非常完美。本課題主要包括：分析被控對象和明確系統(tǒng)控制要求；PLC選型；確定系統(tǒng)的I/O設備的數(shù)量及種類；控制流程設計；控制程序設計。PLC在運料小車控制系統(tǒng)中的應用，已經(jīng)在國內(nèi)外工程、工廠中得到實際應用，具有巨大的經(jīng)濟和社會價值，其智能化和自動化的思路值得以后繼續(xù)深入研究和推廣。關鍵詞：PLC，送料小車，控制，程序設計 ABSTRACTEarly electric car control system of the transporter over the relay - contactor complex system composed o

3、f The system design cycle, there is a long, bulky, high cost, defects, no data processing and communications functions, must be hand operated, will be applied to transport materials car PLC electrical control system and can realize automatic control operation of the car, reducing the running costs o

4、f the system, PLC control system for electric car transporter with a simple connection to control speed, reliability and maintainability is good, easy to install, repair and improvement and so on. With economic development, transport materials to various areas of growing car, from manual to automati

5、c, and gradually formed the mechanization and automation.PLC applied to transport materials to car electrical control system and can realize automatic control operation of the car and reduce system operating costs. It is powerful, can be expanded to as many as 128I / O points, and can increase the s

6、pecial function modules or expansion boards. Communications and data connectivity options make FX1N in volume, communications and special function modules such important applications perfectly. The topics include: analysis of plant and a clear system control requirements; PLC selection; determine th

7、e system's I / O device number and type; control process design; control programming.PLC control system in the car transporter in the application, has been in domestic and international projects has been applied in the factory, with huge economic and social value, the intelligence and automation

8、 beyond the idea worthy of further research and extensionKeywords: PLC ，F(xiàn)eeding car，Control，Program design 目 錄中文摘要1ABSTRACT2目 錄3第一章 緒 論51.1課題的提出背景51.2自動送料裝車系統(tǒng)的發(fā)展狀61.3本課題研究的主要內(nèi)容7設計要求7設計目的71.3.3 運料小車控制系統(tǒng)的控制方案選擇8第二章 可編程控制器的概述102.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢102.2 PLC的定義112.3 PLC的特點112.4 PLC的結構112.5 PLC的主要功能132.6 PLC的應

9、用132.7 FX系列PLC的特點13第三章 PLC控制系統(tǒng)的設計與分析153.1 設計要求153.2 系統(tǒng)控制框圖163.3 I/O分配表163.4 系統(tǒng)設備的選擇173.5 系統(tǒng)外部接線19第四章 程序的設計204.1 梯形圖的設計204.2調(diào)試分析24結論25文獻26致謝27附錄A控制系統(tǒng)總體梯形圖28附錄B系統(tǒng)主電路圖29附錄C 元件清單30第一章 緒 論1.1課題的提出背景隨著我國社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活水平日益提高，隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展,控制器的需求量逐年增大。為了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài),緩解日趨緊張的供求關系,我們研究了多功能天車。新中國成立特別是改革開放以來，我國

10、社會主義現(xiàn)代化建設取得了舉世矚目的偉大成就。同時，必須清醒地看到，我國正處于并將長期處于社會主義初級階段。全面建設小康社會，既面臨難得的歷史機遇，又面臨一系列嚴峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟增長過度依賴能源資源消耗，環(huán)境污染嚴重；經(jīng)濟結構不合理，農(nóng)業(yè)基礎薄弱，高技術產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)發(fā)展滯后；自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè)核心競爭力不強，經(jīng)濟效益有待提高。在擴大勞動就業(yè)、理順分配關系、提供健康保障和確保國家安全等方面，有諸多困難和問題亟待解決。從國際上看，我國也將長期面臨發(fā)達國家在經(jīng)濟、科技等方面占有優(yōu)勢的巨大壓力。為了抓住機遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要進行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加強社會

11、管理等。與此同時，我們比以往任何時候都更加需要緊緊依靠科技進步和創(chuàng)新，帶動生產(chǎn)力質(zhì)的飛躍，推動經(jīng)濟社會的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。進入21世紀，我國作為一個發(fā)展中大國，加快科學技術發(fā)展、縮小與發(fā)達國家的差距，還需要較長時期的艱苦努力，同時也有著諸多有利條件。中華民族擁有5000年的文明史，中華文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成獨特的創(chuàng)新文化。只要我們增強民族自信心，貫徹落實科學發(fā)展觀，深入實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，奮起直追、迎頭趕上，經(jīng)過15年乃至更長時間堅韌不拔的艱苦奮斗，就一定能夠創(chuàng)造出無愧于時代的輝煌科技成就?？萍脊ぷ鞯闹笇Х结樖牵鹤灾鲃?chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領未來。自主創(chuàng)新，

12、就是從增強國家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新。重點跨越，就是堅持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎和優(yōu)勢、關系國計民生和國家安全的關鍵領域，集中力量、重點突破，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展，就是從現(xiàn)實的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關鍵、共性技術，支撐經(jīng)濟社會的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。引領未來，就是著眼長遠，超前部署前沿技術和基礎研究，創(chuàng)造新的市場需求，培育新興產(chǎn)業(yè)，引領未來經(jīng)濟社會的發(fā)展。這一方針是我國半個多世紀科技發(fā)展實踐經(jīng)驗的概括總結，是面向未來、實現(xiàn)中華民族偉大復興的重要抉擇。要把提高自主創(chuàng)新能力擺在全部科技工作的突出位置。在對外開放條件下推進社會主義現(xiàn)代化建設，必須認真學習和

13、充分借鑒人類一切優(yōu)秀文明成果。改革開放20多年來，我國引進了大量技術和裝備，對提高產(chǎn)業(yè)技術水平、促進經(jīng)濟發(fā)展起到了重要作用。但是，必須清醒地看到，只引進而不注重技術的消化吸收和再創(chuàng)新，勢必削弱自主研究開發(fā)的能力，拉大與世界先進水平的差距。總之，必須把提高自主創(chuàng)新能力作為國家戰(zhàn)略，貫徹到現(xiàn)代化建設的各個方面，貫徹到各個產(chǎn)業(yè)、行業(yè)和地區(qū)，大幅度提高國家競爭力。我國科學技術發(fā)展的總體目標是：自主創(chuàng)新能力顯著增強，科技促進經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的能力顯著增強，為全面建設小康社會提供強有力的支撐；基礎科學和前沿技術研究綜合實力顯著增強，取得一批在世界具有重大影響的科學技術成果，進入創(chuàng)新型國家行列，為

14、在本世紀中葉成為世界科技強國奠定基礎，形成比較完善的中國特色國家創(chuàng)新體系。企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和深化，使得生產(chǎn)物的輸送成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。運料小車自動控制正是用來實現(xiàn)輸送生產(chǎn)物的控制系統(tǒng)，隨著PLC的發(fā)展，國外生產(chǎn)線上的運輸控制系統(tǒng)非常廣泛的采用該控制系統(tǒng)，而且有些制造廠還開發(fā)研制了出了專用的邏輯處理控制芯片，我國的大部分工控企業(yè)的運料小車自動控制系統(tǒng)都是從國外引進的，成本高，為了滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)流通的需要，讓PLC技術與自動化技術相結合，充分的利用到我國的工控企業(yè)生產(chǎn)線上，讓該系統(tǒng)在各種環(huán)境下都能夠工作，而且成本低，易控制，安全可靠，效率高。隨著社會迅速的發(fā)展，各機械產(chǎn)品

15、層出不窮?？刂葡到y(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)很成熟，應用范圍涉及各個領域，例如：機械、汽車制造、化工、交通、軍事、民用等。PLC專為工業(yè)環(huán)境應用而設計，其顯著的特點之一就是可靠性高，抗干擾能力強。PLC的應用不但大大地提高了電氣控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，而且大大地簡化和減少了維修維護的工作量。PLC以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、控制程序可變、體積小、質(zhì)量輕、功能強和價格低廉等特點 ，在機械制造、冶金等領域得到了廣泛的應用。送料小車控制系統(tǒng)采用了PLC控制。從送料小車的工藝流程來看，其控制系統(tǒng)屬于自動控制與手動控制相結合的系統(tǒng)，因此，此送料小車電氣控制系統(tǒng)設計具有手動和自動兩種工作方式。我

16、在程序設計上采用了模塊化的設計方法，這樣就省去了工作方式程序之間復雜的聯(lián)鎖關系，從而在設計和修改任何一種工作方式的程序時，不會對其它工作方式的程序造成影響，使得程序的設計、修改和故障查找工作大為簡化。在設計該PLC送料小車設計程序的同時總結了以往PLC送料小車設計程序的一般方法、步驟，并且把以前學過的基礎課程融匯到本次設計當中來，更加深入的了解了更多的PLC知識。1.2自動送料裝車系統(tǒng)的發(fā)展狀 送料裝車控制系統(tǒng)在冶金、采礦運輸、和生產(chǎn)制造等許多領域中都得到了普遍的應用，它通過自動輸送設備實現(xiàn)物料的傳輸、接收、裝運、處理、裝配和存儲的自動化，把工廠的各個生產(chǎn)部門、各個儲存點聯(lián)系起來。送

17、料裝車控制系統(tǒng)的工作環(huán)境通常比較惡劣，設備所處環(huán)境一般粉塵較大、操作分散，所以對送料裝車控制系統(tǒng)工作的安全性、可靠性、維護簡便性要求比較高。用可編程控制器（PLC）控制的自動送料裝車動作穩(wěn)定，具備連續(xù)可靠的工作的能力。本文以日本三菱FX2N系列PLC為主控制器控制運料小車的自動往返順序的控制，實現(xiàn)了送料車的裝料、送料、卸料的功能。次系統(tǒng)主要是由基本設備、運料存儲裝置和控制系統(tǒng)三大部分組成，重點研究自動化生產(chǎn)線的控制送料裝車設備廣泛地應用于建材、冶金、煤炭、電力、化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)部門。老式送料裝車設備因為沒有計量而存在多裝、少裝的問題。特別是在運輸?shù)倪^程中，不允許車輛超載，多裝了，得卸掉，少

18、裝了，得進行二次裝車，使得裝車工作進行非常緩慢。 隨著當今社會科學技術的發(fā)展，各類物料輸送的生產(chǎn)線對自動化程度的要求越來越高，原有的生產(chǎn)送裝料設備已經(jīng)遠遠的不能滿足當前高度自動化的需要。由于控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展和革新，使得生產(chǎn)線的運輸控制也將得到不斷的改善和生產(chǎn)效率的不斷提高，送料裝車的控制經(jīng)歷了以下幾個階段： 1.手動控制：在20世紀60年代末70年代初期，便有一些工業(yè)生產(chǎn)采用PLC來實現(xiàn)送料裝車的控制，但是限于當時的技術還不夠成熟，只能采用手動的控制方式來控制機器設備，而且早期送料裝車控制系統(tǒng)多為繼電器和接觸器所組成的復雜控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等

19、缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須要有專人負責操作。 2.自動控制：在20世紀80年代，由于計算機的價格普遍下降，這時的大型工控企業(yè)將PLC充分的與計算機相結合，通過機器人技術，自動化設備終于實現(xiàn)了PLC在送料裝車控制系統(tǒng)中自動控制方面的應用。 3.全自動控制：現(xiàn)階段，由于PLC技術向高性能、高速度、大容量發(fā)展，大型PLC大多數(shù)采用多CPU結構，不斷向高性能、高速度、大容量方向發(fā)展。將PLC運用到送料裝車控制系統(tǒng)中，可實現(xiàn)送料裝車的全自動控制，降低了系統(tǒng)的運行費用。PLC控制的送料裝車自動控制系統(tǒng)具有連線簡單、控制速度快、精度高、可靠性和可維護性好、維修和改造方便等優(yōu)點在

20、國內(nèi)，大多數(shù)還是還是人工管理，智能控制及需普及，國外工程機械產(chǎn)品以電子、信息技術為先導，開發(fā)出各種工程機械相匹配的軟、硬件系統(tǒng)，使工程機械向信息化、智能化前進。 國外大多數(shù)PLC品牌都有與之相應的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟件和硬件的相互結合使系統(tǒng)的性能大幅度的提高，人機界面更加的友好。通訊技術的發(fā)展、現(xiàn)場總線的發(fā)展及以太網(wǎng)的發(fā)展時通訊能力大大加強。 在國外的送料裝車控制系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛的應用PLC控制系統(tǒng)，而采用可靠性比較高的 FX2N系列 PLC軟件來控制該系統(tǒng),實現(xiàn)送料裝車系統(tǒng)的自動控制過程,滿足了系統(tǒng)可靠性、 穩(wěn)定性和實時性的要求。1.3本課題

21、研究的主要內(nèi)容1.3.1設計要求1、 PLC的I/O分配表；2、 設計控制系統(tǒng)流程圖2、梯形圖程序；3、指令表程序；4、PLC外部接線電路圖（CAD制圖）及實際線路板。應完成的技術資料設計說明書（論文）及所選課題要求的圖紙及線路板設計目的1、通過設計鞏固和加深學生對本專業(yè)課程有關內(nèi)容的理解與掌握。使學生建立正確的設計思路，掌握PLC工程設計的主要內(nèi)容、一般程序及基本原則、設計步驟和方法。2、提高學生使用技術資料、進行計算和繪圖以及編寫技術文件的技能。3、培養(yǎng)和提高學生綜合運用所學的基礎理論、專業(yè)知識和基本技能去分析和解決本專業(yè)范圍內(nèi)工程實際問題的能力和進行科學研究的初步能力。4、培養(yǎng)學生獨立工

22、作的能力、創(chuàng)新能力，以及理論聯(lián)系實際和嚴謹求實的工作作風。 運料小車控制系統(tǒng)的控制方案選擇實現(xiàn)小車送料系統(tǒng)控制有很多方法來實現(xiàn)，可以用單片機、可編程控制器PLC等元器件來實現(xiàn)，下面對于單片機和可編程控制器的特點比較。可編程控制器特點可編程控制器是繼電器和計算機控制的基礎上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業(yè)化自動控制裝置；是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，它采用可編程序的存儲器，是用在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計算和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程2。

23、可編程控制器主要由以下優(yōu)點：1）可靠性高，抗干擾能力強；2） 配套齊全，功能完善，適用性強；3）易學易用，深受工程技術人員歡迎4）系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造5）體積小，重量輕，能耗低。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。單片機的特點單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有

24、數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)3。目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以

25、及各種智能機械了，因此，單片機的學習、開發(fā)與應用將將造就一批計算機應用與智能化控制的科學家、工程師。單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大；但是單片機對環(huán)境要求較高，不適合在惡略環(huán)境下工作。單片機主要應用于測試和控制領域，在國際上，多把單片機稱為微控制器。方案確定單片機控制系統(tǒng)電路中需要加入A/D，D/A轉換器，線路復雜，還要分配大

26、量的中斷口地址。而且單片機控制電路易受外界環(huán)境的干擾，也具有不穩(wěn)定性。另外控制程序需要具有一定編程能力的人才能編譯出，在維修時也需要高技術的人員才能修復，所以在此也不易用單片機來實現(xiàn)。由于可編程控制器PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間都在30萬小時以上；安裝，操作和維護也較容易；編程簡單，PLC的基本指令不多，編程器使用比較方便，程序設計和產(chǎn)品調(diào)試周期短，具有很好的經(jīng)濟效益。此外PLC內(nèi)部定時、計數(shù)資源豐富，可以方便地實現(xiàn)對送料小車的控制。比較單片機和可編程控制器的特點得到如下結論：1）因為體積小而且廉價所以單片機方案適合大批量重復生產(chǎn)的民用消費品。特別是儀器儀表以及小型控制系統(tǒng)。2

27、 ）PLC比單片機更適合于工作母機控制和工業(yè)過程控制。3）對于單項工程或者重復數(shù)極少的項目，采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高、可靠性好。但成本較高。4 ）對于量大的配套項目采用單片機系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點但這要有相當?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運行。5 在單片機方案和PLC方案都適用的前提下若控制系統(tǒng)對于穩(wěn)定性和抗干擾性要求很高，即使設計成本較高也應采用PLC方案。因此，最終我選擇了用可編程控制器PLC來實現(xiàn)送料小車系統(tǒng)的控制，完成本次的設計題目。第二章 可編程控制器的概述可編程控制器（簡稱PLC或PC）是隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展和技術進步，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的日益

28、提高及微電子技術的飛速發(fā)展，在繼電器控制的基礎上產(chǎn)生的一種新型的工業(yè)控制裝置，是將微型計算機技術、自動化技術及通信技術融為一體，應用到工業(yè)領域的一種高可靠性控制器，是當代工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要支柱2.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展趨勢一種新型的控制裝置和先進的應用技術，總是根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實際需要而產(chǎn)生的。1968年，美國通用汽車公司（GM）為改造汽車生產(chǎn)設備的傳統(tǒng)控制方式，解決因汽車不斷改型而重新設計汽車裝配線上各種繼電器的控制線路問題，提出了著名的十條技術指標在社會上招標，要求制造商為其裝配線提供一種新型的通用控制器，它應具有以下特點（十條技術指標）：1. 編程方便，可在現(xiàn)場修改程序； 2. 維修方便

29、，最好是插件式； 3. 可靠性高于繼電器控制柜； 4. 體積小于繼電器控制柜； 5. 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機； 6. 在成本上可與繼電器控制競爭； 7. 輸入可以是交流115V； 8. 輸出為交流115V/2A以上，能直接驅動電磁閥； 9. 在擴展時，原有系統(tǒng)只要很小變更； 10. 用戶程序存儲容量至少能擴展到4K字節(jié)。于是可編程控制器應運而生。1969年，美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)上述要求成功研制世界第一臺可編程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。接著美國MODICON公司也研制出084控制，從此，這項新技術迅速在世界各國得到推廣應用。1971年，

30、日本從美國引進這項技術，很快研制出第一臺可編程序控制器DSC-18。1973年，西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)推廣應用。進入20世紀70年代，隨著微電子技術的發(fā)展，尤其是PLC采用通訊微處理器之后，這種控制器就不再局限于當初的邏輯運算了，功能得到更進一步增強。進入20世紀80年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅猛發(fā)展，以16位和少數(shù)32位微處理器構成的微機化PLC，使PLC的功能增強，工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測更為靈活，方便。PLC的發(fā)展也是與計算機技術、控制技術、數(shù)字技術、通信網(wǎng)絡技術等高新

31、技術的發(fā)展息息相關，正是這些高新技術的發(fā)展推動了可編程控制器的發(fā)展?？删幊炭刂破鞔笾掠幸韵聨讉€發(fā)展趨勢：1. 系列化、模板（塊）化2. 小型機功能強化3. 中、大型機高速度、高功能、大容量4. 低成本5. 多功能2.2 PLC的定義1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生

32、產(chǎn)過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。”該定義強調(diào)了可編程控制器是數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，它是一種計算機，是專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的工業(yè)控制計算機。2.3 PLC的特點PLC的種類雖然千差萬別，但為了在工業(yè)環(huán)境中使用，它們都有許多共同的特點。1.抗干擾能力強，可靠性提高2.編程方便3.使用方便4.維護方便5.設計、施工、調(diào)試周期短6.易于實現(xiàn)機電一體化2.4 PLC的結構可編程控制器其本質(zhì)是工業(yè)控制專用計算機。它的軟、硬件配置與計算機極為類似。PLC的硬件主要由中央處理單元（CPU模塊），存儲器，輸入/輸出單元，電源組成。其結構框圖如

33、圖2-1編程器中央處理單元（CPU）輸入單元系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器輸出單元，電路電源 圖2-1 PLC結構簡化框圖 一、PLC的硬件1. 中央處理單元（CPU模塊）CPU模塊是PLC的控制中樞，是核心部件，其性能決定了PLC的性能。組成：由微處理器和寄存器組成，這些電路都集中在一塊芯片上，通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲器的輸入、輸出接口電路相連。常用芯片：通用微處理器、單片機、位片式微處理器。作用：處理和運行用戶程序；進行邏輯和數(shù)學運算；控制整個系統(tǒng)，使之協(xié)調(diào)的工作。2. 存儲器存儲器是具有記憶功能的半導體電路。組成：由多個寄存器組成。將一個寄存器作為一個存儲單元，使用N個寄存器

34、可構成N個存儲單元。1位寄存器只能存放一位1位數(shù)字。常用存儲器類型：RAM(隨機存取存儲器)、ROM(只讀存儲器)、EPROM(可擦除只讀存儲器)、EEPROM(可電擦除只讀存儲器)。作用：存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其它一些信息。3. 輸入/輸出單元（I/O模塊）I/O模塊是PLC與工業(yè)生產(chǎn)設備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。（1）輸入模塊作用：用來接收和采集輸入信號（輸入信號有開關量輸入信號和模擬量信號兩類）。還需將這些各式各樣的電平信號轉換成CPU能夠接收和處理的數(shù)字信號。輸入類型：直流輸入，交流輸入，交直流輸入。輸入接口采用光電耦合電路，目的是把PLC

35、與現(xiàn)場電路隔離，提高PLC的抗干擾能力。接口電路內(nèi)部有濾波，電平轉移，信號鎖存電路。各PLC生產(chǎn)廠家都提供了多種形式的I/O部件或模塊供用戶選用。（2）輸出模塊作用：接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉換成現(xiàn)場的執(zhí)行部件能夠接收的信號。輸出類型：繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。輸出接口電路也采用光電耦合，每一點輸出都有一個內(nèi)部電路，由指示電路，隔離電路，繼電器組成。輸出接口電路也有輸出狀態(tài)鎖存、顯示、電平轉移和輸出接線端子排，輸出部件或模塊也有多種類型供選用。4電源作用：將交流電轉換成PLC內(nèi)部所需的直流電源。類型：目前大部分PLC采用開關式穩(wěn)壓電源供電。二、PLC的軟件PLC的軟件分

36、為兩大部分： 1系統(tǒng)監(jiān)控程序用于控制可編程控制器本身的運行。主要有管理程序、用戶指令解釋程序和標準程序模塊，系統(tǒng)調(diào)用。由PLC生產(chǎn)廠家編寫，并固化到只讀式存儲器ROM中，用戶不能訪問。2. 用戶程序用于控制被控裝置的運行。用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的程序。由用戶啟動運行。通過編程器輸入到PLC的隨機存儲器RAM中，允許修改。隨著PLC在工業(yè)控制中的廣泛應用發(fā)展，為了增強PLC的功能，擴大其應用范圍。生產(chǎn)廠家開發(fā)了許多供用戶選用的特殊功能模塊。（1） 模擬量輸入輸出模塊（2） 高速計數(shù)器模塊（3） PID過程控制功能模塊（4） 中斷輸入模塊與快速響應模塊（5） 運動控制模

37、塊（6） 通信模塊2.5 PLC的主要功能可編程控制器是采用微電子技術來完成各種控制功能的自動化設備，可以在現(xiàn)場的輸入信號作用下，按照預先輸入的程序，控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構，按照一定規(guī)律進行動作。其主要功能有：1.順序邏輯控制2.運動控制3.定時控制4.計數(shù)控制5.數(shù)據(jù)處理6.模 /數(shù)和數(shù) /模轉換2.6 PLC的應用PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它可用于幾乎所有的工業(yè)領域。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個領域。PLC已成為工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎設備，它與CADCAM(計算機輔助設計計算機輔助制造)、工業(yè)機

38、器人并列為工業(yè)自動化的三大支柱。2.7 FX系列PLC的特點（1）體積極小的PLC（2）先進美觀的外部結構（3）提供多種子系列供用戶選用（4）靈活多變的系統(tǒng)配置（5）功能強,使用方便. FX系列PLC的命名FX 系列可編程控制器型號命名的基本格式如上: 系列名稱:如 0 , 2 , ON , OS , 2C , 2NC , 1N , 1S ,即 FX 0 , FX 2 , FX 0N , FX 0S , FX 2C , FX 2N , FX 2NC , FX 1N 和 FX 1S . 輸入輸出的總點數(shù): 4 128 點 單元類型: M-基本單元;E-輸入輸出混合擴展單元及擴展模塊;EX-輸入專

39、用擴展模塊;EY-輸出專用擴展模塊. 輸出形式(其中輸入專用無記號): R-繼電器輸出;T-晶體管輸出;S-晶閘管輸出 特殊物品的區(qū)別 D:DC電源,DC輸入 A1:AC電源,AC輸入(AC100-120V)或AC輸入模塊 H:大電流輸出擴展模塊 V:立式端子排的擴展模式 C:接插口輸入輸出方式 F:輸入濾波器1ms的擴展模塊 L:TTL輸入型模塊 S:獨立端子(無公共端)擴展模塊電動機的功率選定為1KW 根據(jù)設備及工藝要求，包裝輸送系統(tǒng)采用上位機和下位機組成，上位機使用兩臺PLC機：一臺作為操作站實現(xiàn)整個系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)檢測；另一臺作為組態(tài)軟件的設計與開發(fā)，PLC程序的開發(fā)以及將軟件通過總線

40、傳送到PLC的CPU單元。下位機采用功能強大，可能性高，維護方便且抗干擾能力強的可編程器系列PLC完成對設備的控制功能。其具體組成如下：（1） 中央控制單元中央控制單元選用CPU 315-2DP<3>作為PLC的核心部件，進行邏輯和數(shù)字運算，協(xié)調(diào)整個控制系統(tǒng)各部件的工作。（2） 電源單元電源單元采用1：1隔離變壓器進行時PLC的380V交流開關量輸入卡件進行供電，采用24V對開關量輸出卡進行供電。自帶的PS-307/5A直流電源對CPU和部分卡件進行供電。第三章 PLC控制系統(tǒng)的設計與分析3.1 設計要求初始狀態(tài)：紅燈L1滅，綠燈L2亮，表示允許汽車開進裝料，料斗K2，電動機M1，

41、M2，M3皆為OFF。當汽車到來時（S2接通表示），L1亮，L2滅，M3運行，電動機M2在M3通2S后運行，M1在M2通2S后運行，K2在M1通2S后打開出料。當物料滿后（用S2斷開表示），料斗K2關閉，電動機M1延時2S后關斷，M2在M1停2S后停止，M3在M2停2S后停止，L2亮，L1滅，表示汽車可以開走。設計要求：當料不滿（S1為OFF，燈滅），料斗開關K2關閉（OFF），燈滅，不出料，進料開關K1打開（K1為ON）進料，否則不進料。當汽車到來時M3運行，電機M2在M3運行2S后運行，M1在M2運行2S后運行，K2在M1運行2S后打開出料，當料滿后（用S2斷開表示），電動機M1延遲2S后

42、關斷，M2在M1停2S后停止，M3在M2停2S后停止，而且具有每日裝車數(shù)的統(tǒng)計功能 圖3-1自動送料裝車系統(tǒng)簡圖 3.2 系統(tǒng)控制框圖 圖3-2系統(tǒng)控制框圖3.3 I/O分配表表3-3 I/O分配表 輸入（I）輸出（O）檢測開關是S1檢測料是否滿X000進料開關K1Y000稱重開關S2X001料斗K2Y001啟動按鈕S3檢測車是否達到X002允許汽車開走L2Y002允許汽車開來L1Y003送料電動機M1Y004送料電動機M1Y005送料電動機M1Y006故障報警信號燈Y007 3.4 系統(tǒng)設備的選擇一、PLC的選型在PLC控制系統(tǒng)設計時，應遵循以下基本原則：（1）最大限度地滿足被控對象或生產(chǎn)過

43、程的控制要求。設計前，應深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜索資料，并與機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設計中出現(xiàn)的各種問題。（2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全可靠。（4）考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應適當留有余量。在該系統(tǒng)中，輸入點數(shù)為3，輸出點數(shù)為8，為繼電器輸出，則我可以選擇機型，由于此設計的系統(tǒng)要求不復雜，則可以選用小型控制系統(tǒng)中采用整體式PLC。二、開關輸入/輸出模塊的選擇1、 開關量輸入模塊的選擇選擇三相交流輸入電源AC380V，采用共點式輸入接線方式，即三個電動機共用一個

44、電源。2 、 開關量輸出模塊的選擇該系統(tǒng)中開關輸出模塊的輸出方式為繼電器輸出。三、開關的選擇在該系統(tǒng)的主電路中，采用三級的組合開關。電動機的最大容量為1KW，則三臺電動機的最大容量為3KW，則三級組合開關的額定電流為10A，型號為HZ10-10。四、熔斷器的選擇在本系統(tǒng)中，熔斷器保護三臺異步電動機，且此三臺電動機不同時啟動，則繼電器的額定電流為，其中： ，則 ，所以 熔斷器的額定電壓為AC380V，則可選擇型號為RT14-32的熔斷器。五、繼電器的選擇采用具有掉電保持功能的繼電器，防止因電源故障造成數(shù)據(jù)的丟失。時間繼電器（KT） 本系統(tǒng)中只需延時2S，并考慮到價格費用方面，可選用空氣阻尼式時間

45、繼電器，可選用JS7-2A型號的空氣阻尼式時間繼電器，其觸點額定電壓為380V，觸點額定電流為5A均能符合要求。熱繼電器的選擇（FR）一臺電動機的額定電流為4.55A，由于是3臺電動機總額定電流為13.65A，可以用電流調(diào)節(jié)范圍為10.0A16A,則熱繼電器的型號為JR16-20/3，此額定電流為20A。293 接觸器的選擇（KM） 額定電流為則可以選擇CJ10-5型號的交流接觸器。 式中：電動機的額定功率 經(jīng)驗系數(shù)，一般取11.4 電動機的額定電壓 3.5 系統(tǒng)外部接線圖3-5外部接線圖第四章 程序的設計4.1 梯形圖的設計1、汽車啟動，到S2處停止，此時紅燈L1亮，綠燈L2滅。 此時的梯形

46、圖為：所對應的程序為： LD X002 OUT Y003 OR Y003 LDI Y003 ANI X001 OUT Y002當按下啟動按鈕S3（X002接通）時，Y003得電，即紅燈L1亮，常閉觸點Y003斷開，Y002失電即綠燈L2滅，此時汽車允許開進裝料，而且此時汽車已在稱重開關S2處停止2、 啟動按鈕S3接通后，傳送電動機M3運行，延時2S送料電動機M2運行。此時的梯形圖為：所對應的程序為：LD X002 LD M0 OR Y006 OUT T0 ANI X001 K20 OUT Y006 LD T0 LD Y006 OUT Y005 OUT M0當按下啟動按鈕S3（X002得電），傳

47、送電動機M3（Y006）得電，再運用置守的方法。Y006得電，輔助繼電器M0得電，則延時繼電器T0得電，延時2S后，送料電動機M2（Y005）得電，則M2電動機運行。3、送料電動機M2運行后延時2S送料電動機M1運行；送料電動機M1運行后延時2S料斗K2打開出料此時的梯形圖為：所對應的程序為：LD Y005 AND Y005 OUT T2 OR M1 AND Y006 K20 ANI X001 OUT Y004 LD T2 OUT M1 LD Y004 OR Y001 LD M1 OR M2 AND Y006 OUT T1 ANI X001 AND Y005 K20 OUT M2 AND Y0

48、04 LD T1 LD M2 OUT Y001 OR Y004當Y005（即送料電動機M2）得電，輔助繼電器M1得電，延時繼電器T1得電，延時2S后送料電動機M1（即Y004）得電，輔助繼電器M2得電，延時繼電器T2得電，延時2S。T2得電后，Y001得電，料斗K2打開出料4、汽車被裝滿料，同時稱重開關S2斷開，料斗K2關閉，送料電動機M1延時2S關斷。此時的梯形圖為：所對應的程序為：LDI X001 OUT Y001 OR Y004 OR Y001 LD Y001 ANI T3 AND Y006 OR M3 OUT Y004 AND Y005 OUT M3 ANI Y004 AND Y004

49、 LD M3 OUT T3 K20當稱重開關S2斷開（即PLC梯形圖中點動X001），Y001失電，即料斗K2關閉，則Y001為常閉觸點，則輔助繼電器M3得電，延時繼電器T3從而也得電，延時2S，2S后送料電動機M1停止。5、送料電動機M2延時M1電動機2S停止；傳送電動機M3延時M2電動機2S停止，L2燈亮，L1燈滅，此時表示汽車可以開走此時的梯形圖為：所對應的程序為：LD Y004 ANI M4 OR Y006 OR M4 OUT T4 OUT Y006 OUT M4 K20 LD X002 LD M4 LD Y005 OR Y002 OR Y005 OR M5 LD Y004 ANI T4 OUT M5 OR Y006 OUT Y005 LD M5 ANB LDI X002 ANI Y002