PLC課程設計配料車控制系統(tǒng)程序設計

沈陽理工大學沈陽理工大學.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)、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(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器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(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械或生產(chǎn)過程。1968年，美國通用汽車公司（GM）為適應生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，提出一種設想：把計算機的功能完善、通用、靈活等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置。這種通用控制裝置把計算機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，使不熟悉計算機的方便使用。美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)這一設想，于1969年研制成功了第一臺可編程序控制器PDP-14，在汽車自動裝配線上試用并獲得成功。該設備用計算機作為核心設備。其控制功能是通過存儲在計算機中的程序來實現(xiàn)的，這就是人們常說的存儲程序控制。由于當時主要用于順序控制，只能進行邏輯運算，故稱為可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC）。進入20世紀80年代，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(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)遠遠超出邏輯控制、順序控制的應用范圍。故稱為可編程序控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PC）。但由于PC容易和個人計算機（PersonalComputer）混淆，所以人們還沿用PLC作為可編程控制器的英文縮寫。本課程設計是PLC課程課堂教學的延伸和發(fā)展，是理論知識與工程實踐之間的銜接。課程設計的主要目的是通過設計實踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設計過程、設計要求、應完成的工作內(nèi)容和具體設計方法。通過設計也有助于復習、鞏固以往所學的知識，達到靈活應用的目的。設計必須滿足生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設計之前必須了解設備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設計工作的整體觀念。

1.課程設計的任務和要求1.1課程設計的任務題目：配料車控制系統(tǒng)程序設計控制要求：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，送回配料罐進行配料混合”的工作循環(huán)。配料車由三相交流異步電機驅(qū)動。工藝流程圖：圖1配料車工作示意圖1.2課程設計的基本要求（1）設計內(nèi)容：1）完成《課程設計指導書》所要求的控制循環(huán)。2）按停止按鈕，完成當前循環(huán)后再停。3）按復位按鈕，立即返回原位停止。4）要求可以實現(xiàn)手動、單周期、連續(xù)控制。（2）設計要求：1）畫出端子分配圖和順序功能圖2）設計并調(diào)試PLC控制梯形圖3）設計說明書（3）進度安排：1）理解題目要求，查閱資料，確定設計方案1天2）PLC梯形圖設計與調(diào)試3天3）說明書撰寫0.5天4）答辯0.5天

2.總體設計2.1PLC選型本題目的設計為滿足設計要求共分配有22個I/O點，輸入16個，輸出6個。PLC儲存器內(nèi)存容量大體上是按I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/0點數(shù)的100倍，以此數(shù)字為內(nèi)存總字數(shù)。模擬點數(shù)是以比I/O點數(shù)富余出20%的點數(shù)，設置為25，因此計算PLC出儲存器容量為：22×15+25×100=2830為了保證PLC足夠的運行空間，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。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B裝料I1.1右行Q0.0中限位SQ2I0.2手動混料I1.2A裝料Q0.1右限位SQ3I0.3手動開關(guān)I1.3左行Q0.2手動右行到AI0.4復位開關(guān)I1.4卸料Q0.3手動A裝料I0.5單周期開關(guān)I1.5B裝料Q0.4手動左行I0.6連續(xù)開關(guān)I1.6混料Q0.5手動卸料I0.7啟動按鈕I2.1手動右行到BI1.0停止按鈕I2.22.2.2面板及端子分配圖根據(jù)設計題意，設計出控制面板及對應的端子分配圖，其中有手動、單周期、連續(xù)選擇旋鈕，手動啟動、停止、復位、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I1.3復位I1.4I1.6連續(xù)復位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負載電源啟動I2.1右行到AI0.4停止I2.2卸料I0.7左行I0.6A裝料I0.5負載電源啟動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程序設計3.1設計思想小車停靠在SQ1，開啟啟動按鈕，小車右行至A，A裝料，停留10秒；小車裝完A料，自動左行至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，小車完成上述一個周期的工作后又開始下一個周期，小車反復連續(xù)的工作。按單周期按鈕，小車完成一個周期的工作后，停止。按手動按鈕，按對應的按鈕分別獨立控制小車對應的運動。按停止按鈕，完成當前循環(huán)后再停止。按復位按鈕，立即返回原位停止。在進入單周期、連續(xù)工作方式之前，小車的初始狀態(tài)應為：小車在最左邊，無卸料，無混料。如果不滿足這一條件，可以選擇回原點工作方式，然后按啟動按鈕，使系統(tǒng)自動返回原點狀態(tài)。在原點狀態(tài)，順序功能圖中的初始步M0.0為ON，為進入單周期、連續(xù)工作方式做好準備。

3.2順序功能圖M0.5(I1.3+I2.4)M0.5(I1.3+I2.4)M0.0C1復位C0復位M0.0C1復位C0復位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復位eQ0.0M2.5C0復位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復位T41Q0.5C1C1M3.2C1復位T41Q0.5C1C1M3.2圖4自動程序的順序功能圖M0.7·T41M0.7圖4自動程序的順序功能圖M0.7·T41M0.7·T413.3PLC梯形圖圖5主程序圖6公用程序圖7手動程序圖8自動程序的梯形圖

I1.4I2.1I1.4I2.1RQ0.0M1.0RQ0.0M1.0RQ0.1RQ0.1RQ0.4RQ0.4Q0.2Q0.2I0.1I0.1復位M1.0和Q0.3復位M1.0和Q0.3M0.0為后續(xù)部M0.0為后續(xù)部圖9自動返回原點順序功能圖圖10自動返回原點梯形圖4.程序調(diào)試說明4.1主程序圖5是主程序，SM0.0的常開觸點一直閉合，公用程序是無條件執(zhí)行的。在手動方式下，I1.3為ON，執(zhí)行“手動”子程序。在自動回原點方式下，I1.4為ON，執(zhí)行“回原點”子程序。其他兩種工作方式下執(zhí)行“自動”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，以及處理不用工作方式之間的相互切換。小車原點條件為：左限位開關(guān)I0.1的常開觸點閉合，表示小車卸料的Q0.3、混料Q0.5的常閉觸點閉合，此時“原點條件”M0.5為ON。開始執(zhí)行用戶程序（SM0.1為ON），或者系統(tǒng)處于手動狀態(tài)或自動回原點狀態(tài)（I1.2或I1.4為ON）時，初始步對應的M0.0將被置位，為進入單周期和連續(xù)工作方式做好準備。如果此時M0.5為OFF狀態(tài)。M0.0將被復位，初始步不為活動步，無法進入單周期和連續(xù)的工作方式。當系統(tǒng)處于手動工作方式時，必須將圖中除初始步以外的各步對應的存儲器位（M2.0—M3.2）復位，否則當系統(tǒng)從自動工作方式切換到手動工作方式，然后又返回自動方式時，可能會出現(xiàn)同時有兩個活動步的異常情況，引起錯誤的動作。在非連續(xù)方式下，I1.6的常閉觸點閉合，則啟動后表示連續(xù)工作狀態(tài)的標志M0.7復位。4.3手動程序圖7為手動程序。在手動工作方式下，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的常閉觸點斷開，停止運行；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的常閉觸點斷開，停止運行；當小車停止在A點時，中限位開關(guān)I0.2的常開觸點閉合，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的常閉觸點斷開，停止左行；當小車停止在左限位時，左限位開關(guān)I0.1的常開觸點閉合，按卸料按鈕I0.7，小車開始卸料；當小車停止在右限位時，右限位開關(guān)I0.3的常開觸點閉合，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是用啟保停電路設計的程序，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)。在初始步為活動步是按下啟動按鈕I2.1，M2.0變?yōu)?，小車右行。與此同時，控制連續(xù)工作的M0.7的線圈“通電”并自保持。當步M3.2混料完成，T41為1狀態(tài)，因為連續(xù)標志位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)，但是小車不會立即停止工作，在完成當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)。當小車在最后一步M3.2返回最左邊時，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。按一次啟動按鈕，系統(tǒng)只工作一個周期。4.4.2單周期工作過程單周期工作方式下，初始步時按下啟動按鈕I2.1，在M2.0的啟動電路中，M0.0、I2.1、M0.5（原點條件）的常開觸點均接通，使M2.0的線圈“通電”，系統(tǒng)進入右行步，Q0.0的線圈“通電”，小車右行；碰到中限位開關(guān)I0.2時，轉(zhuǎn)換到A裝料步M2.1，Q0.1的線圈“通電”，小車A裝料。同時接通延時定時器T37開始定時，10s后定時時間到，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，定時器T41開始定時，10s后混料完成，T41變位1狀態(tài)，因連續(xù)工作標志M0.7為0狀態(tài)，將返回初始步M0.0，小車停止運動。4.4.3連續(xù)工作過程連續(xù)工作方式下，初始步時按下啟動按鈕I2.1，在M2.0的啟動電路中，M0.0、I2.1、M0.5（原點條件）的常開觸點均接通，使M2.0的線圈“通電”，系統(tǒng)進入右行步，Q0.0的線圈“通電”，小車右行；碰到中限位開關(guān)I0.2時，轉(zhuǎn)換到A裝料步M2.1，Q0.1的線圈“通電”，小車A裝料。同時接通延時定時器T37開始定時，10s后定時時間到，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，定時器T41開始定時，10s后混料完成，T41變位1狀態(tài)，因連續(xù)工作標志M0.7為1狀態(tài)，小車將進入下一個周期重復上述運動。4.4.4自動回原點程序圖9、10分別是自動回原點程序的順序功能圖、用啟保停電路設計的梯形圖。在回原點工作方式下，I1.4為ON。按下啟動按鈕I2.1，M1.0變位ON，小車左行。左行到左限位開關(guān)時，I0.1變?yōu)镺N，將步M1.0復位，同時將混料Q0.5、卸料Q0.3復位。這時原點條件滿足，M0.5為ON，在公用程序中，初始步M0.0被置位，為進入單周期、連續(xù)工作方式做好準備，因此可以認為步M0.0是步M1.0的后續(xù)步。

5總結(jié)雖然1周的課程設計就要結(jié)束了，但是這次課程設計使我學到很多的的東西，不僅鞏固了我以前所學過的知識，而且也學到了許多在課本上學不到的知識，例如最基本的PLC的選型。通過到圖書館及上網(wǎng)搜索資料，我進一步的掌握了該領(lǐng)域的好多知識。通過理論分析與實踐的相互論證，許多問題都有了更好的解決方案。我在此次課程設計實踐學會了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。設計系統(tǒng)前，要做一個統(tǒng)籌規(guī)劃，要明確的知道系統(tǒng)設計的步驟：1.明確控制對象及控制要求；2.制定相應的方案；3.確定輸入及輸出設備；4選擇硬件；5.設計控制程序；6調(diào)試；7.整理文檔。在理論的運用過程中，我們提高了工程素質(zhì)。在沒有做實踐設計以前，我們對知識的理解都是思想上的，對一些細節(jié)并不加重視，當我們把自己想出來的程序下載到PLC時，問題就出現(xiàn)了，