PLC控制运料小车的设计.doc

PLC控制运料小车的设计 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途Anhui Vocactional Technical College of Industry & Trade毕 业 论 文小车自动装卸料运行PLC控制系统设计Automatic car loading and unloading operation of the PLC control system design所在系院： 电气与信息工程系 专业班级： 机 电 一 体 化 学生学号: 2010350217 学生姓名： 姜 玉 娟 指导教师： 刘 明 年 月 日Anhui Vocactional & Technical College of Industry Trade毕业设计说明书小车自动装卸料运行PLC控制系统设计Automatic car loading and unloading operation of the PLC control system design所在系院： 电气与信息工程系 专业班级： 机 电 一 体 化学生学号： 2010350217 学生姓名: 姜 玉 娟 指导教师: 刘 明 年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）任务书系（院） 电气与信息工程系 专业 机电一体化 班级 机电二班 学生姓名 姜玉娟 学号 2010350217 一、题 目： 小车自动装卸料运行PLC控制系统设计 二、内容与要求：三、设计(论文)起止日期：任务下达日期： 年 月 日完成日期： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日四、教研室审查意见：教研室负责人签名： 年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）指导教师、评阅人评语专业、班级 机电一体化 学生姓名 姜玉娟 完成日期 题 目： 小车自动装卸料运行PLC控制系统设计 毕业设计（论文)共 页，其中：图 幅，表 个指导教师评语： 建议成绩 指导教师(签名）: 年 月 日评阅人评语： 建议成绩 评阅人（签名）: 年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）成绩评定专业、班级 机电一体化 学生姓名 姜玉娟 完成日期 题 目： 小车自动装卸料运行PLC控制系统设计 毕业设计（论文）共 页，其中：图 幅，表 个毕业设计（论文)指导小组评定意见： 毕业论文成绩的评定:指导教师审阅成绩(70%)评阅教师评阅成绩(30%）总 分系(院)负责人签名： 年 月 日 小车自动装卸料运行PLC控制系统设计摘 要 可编程逻辑控制器，简称PLC,是一种工业控制微型计算机。它的编程方便、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的应用。其中的一个应用便是运料小车的控制,主要用到的便是他的逻辑控制功能。本文主要介绍Twido系列的PLC产品以及其对应的软件,并且用它来进行五个控制台作业的运料小车的控制编程。关键词：Twido PLC 运料小车；Automatic car loading and unloading operation of the PLC control system designAbstract Programmable Logic Controller，which used to be called PLC for short ,as one kind of industries control microcomputer obtained the wide application in the industrial production process， for its easy programming， easy operation， and so on. One of which is the control of material-carried dolly， and the main function of which used is logic control. This article mainly talks about the product of Twido plc and Twidosoft， and use this software to control the materialcarried dolly, which has five flat.文档为个人收集整理，来源于网络本文为互联网收集，请勿用作商业用途Key words： Twido PLC materialcarried dolly目 录第1章 可编程控制器(PLC）概况11.1 PLC的定义11。2 PLC的发展11.3 PLC的特点21.4 PLC的基本组成及各部分作用21.5 PLC的应用领域5第2章 硬件介绍72。1 送料小车的模拟图72.2 PLC输出的电压转换电路8第三章 PLC的选型和软件的介绍93.1 PLC 的选型93。2 Twido 可编程控制器软件Twidosoft介绍10第四章 运料小车的程序设计124。1 I/O地址分配表124.2 PLC硬件电器连接图124。3 运料小车控制系统流程图134.4 控制程序梯形图134。5 梯形图对应的指令语句16结 论19参考文献20致 谢2121 第1章 可编程控制器（PLC）概况1。1 PLC的定义 国际电工委员会(International Electrical Committee- IEC）,1987年的第三版对PLC作了如下的定义: 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、计算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。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机,它的硬件结构与一般微机控制系统相似,甚至与之无异.可编程序控制器主要由CPU（中央处理单元）存储器（RAM和EPROM）,输入/输出模块（简称为I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品.1.2 PLC的发展1968年美国GM（通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，并公开招标提出十项标准:（1）编程方便，现场可修改程序；（2)维修方便，采用模块化结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；（4）体积小于继电器控制装置;(5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制装置竞争；（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，接触器等;（9)在扩展时，原系统只要很小变更；（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年,美国数字公司（DEC)研制出了第一台可编程序控制器,满足了GM公司装配线的要求。这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，很快在美国其它工业领域推广使用。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有了第五代PLC产品.1.3 PLC的特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视,是和它的优点分不开的:(1）功能齐全,它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；(2）应用灵活， 其标准的积木式硬件结构,以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求,而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合;(3)操作方便，维修容易，稳定可靠.尽管PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境,耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。1。4 PLC的基本组成及各部分作用PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC是将中央处理单元（CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。主机中,CPU是PLC的核心，1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路,通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块,各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系.装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板.CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接,距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC,都可以根据需要进行配置与组合。1 中央处理单元(CPU）：CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能,完成以下任务：（1) 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；（2) 诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;（3） 用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来；（4） PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序,进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作;(5） 将用户程序的执行结果送至输出端.现代PLC使用的CPU主要有以下几种:（1） 通用微处理器，如8080, 8088, Z80A， 8085等。通用微处理器的价格便宜，通用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。（2） 单片机，如8051等.单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛地用于PLC的智能UO模块。(3) 位片式微处理器,如AMD2900系列等。位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快，它以4位为一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。改变微程序存储器的内容,可以改变计算机的指令系统。位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分,几个微处理器同时进行处理.这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合,很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。2 存储器根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种:(1） 系统程序存储器：和各种计算机一样，PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM。（2） 用户程序存储器:用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的RAM.由于RAM掉电会丢失数据，因此使用RAM作用户程序存储器的PLC，都有后备电池（铿电池）保护RAM，以免电源掉电时，丢失用户程序。当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC（如欧姆龙公司的CPMIA型PLC)采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失,不需用后备电池保护。（3) 工作数据存储器：工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。这部分数据存储在RAM中,以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储区，开辟有元件映象寄存器和数据表.元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态.数据表用来存放各种数据,它的标准格式是每一个数据占一个字。它存储用户程序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值.它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。3 1/0单元I/0单元也称为I/0模块。PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系.输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理,将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.4 电源部分PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V, +12V， +24V的直流电源，使PLC能正常工作.电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的CPU，通常电源封装到机壳内部;对于模块式PLC，有的采用单独电源模块,有的将电源与CPU封装到一个模块中。5 扩展接口扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。6 通信接口为了实现“人一机或“机一机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器相连时。可将过程图像显示出来；当与其他PLC相连时,可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制;当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。7 编程器编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视.编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后，才能输入。它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程,也可以脱机编程，具有LCD或CRL图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。还可以利用PC作为编程器，PLC生产厂家配有相应的编程软件,使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换.程序被下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送.现在很多PLC已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆.1.5 PLC的应用领域 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，同时日常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而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。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，使用情况主要分为如下几类：（1） 开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备,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）工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。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。（3） 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。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，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合.（4 ）数据处理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。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（5)通信及联网 PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信.随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便.但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时,其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。第2章 硬件介绍2。1 送料小车的模拟图 运料小车是工业逗料的主要设备之一。广泛应用于自动生产线 冶金、有色盒属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进,电动机反转小车后退。本系统的结构工作原理图如图11,包括带导轨的运行工作台，DC24V电机,行程开关,起停按钮，Twido可编程控制器，DC24V继电器，DC12V直流电源等。图21是一个运料小车工作示意图,图21 送料小车的模拟图每个工作台设有一个到位开关（SQ)和一个呼 叫按钮（SB)。系统的设计要求为:（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钮的编码时，小车向右运行，运行到呼叫按钮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钮的编码时，小车向左行,运行到呼叫按钮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钮的编码时，小车保持不动；（5）、呼叫按钮开关应具有互锁功能，先按下者优先。2.2 PLC输出的电压转换电路图22中采用2个DC24V继电器和1个12V直流电源来实现直流电机的正反转，2个继电器线圈直接接到可编程控制器的输出端。当继电器线圈1得电时继电器1的触点由k1转换到k2，而继电器线圈2的触点状态不变，电流流向如I1所示,驱使DC12V电机按一定方向运转：当继电器线圈2得电时，继电器线圈I触点状态不变，而继电器线圈2的触点由k3转换到k4，电流流向如I2所示驱使DC12V电机按相反的方向运转。图22 PLC输出的电压转换电路第3章 PLC的选型和软件的介绍3.1 PLC 的选型 在此次的运料小车的设计中主要根据工艺要求、控制对象、设备控制要求等方面选择合适的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，尤其适合与动作频繁、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、双机设备、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I/O点数、电压等级及输出功率、内存容量，I/O点数直接关系到PLC输入/输出模块的选择，I/O点数一般要考虑12G的余量,特别是开关量输入更应考虑多些余量；适合的电压等级可提高PLC的抗干扰能力；主机用户内存容量的大小对设备费用的影响不大，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。 (5）综合以上的参考和计算需要，最终选择施耐德Twido系列的PLC，此PLC在各方面都能达到要求而且性价比比较高。 3.2 Twido 可编程控制器软件Twidosoft介绍图3-2为Twidosoft的编程环境：图3-2图3-2 Twidosoft的编程环境Twidosoft是基于控制程序来读输入，写输出，并且解决逻辑问题，有以下三种方法来创建Twido控制程序：(1) 指令语言列表：一个指令列表程序是由布尔指令写成的一个逻辑表达序列。(2）梯形图：梯形图是图形方式的逻辑表达。（3） Grafcet语言：Grafcet语言由一系列的步和转换组成。Twido支持Grafcet指令系统,但不支持图形Grafcet. 由于编程是用梯形图来编程,所以这里也就只介绍梯形图。梯形图编辑器是一个基于图形的程序编辑器,用来创建和编辑梯形图。如图3-3所示。图33 梯形图编辑器梯级头用来说明这个梯级在梯形图中的用途梯形图编程可以相应的转换为指令程序，对应的如图34图34 指令程序第4章 运料小车的程序设计4。1 I/O地址分配表图4-1 I/O地址分配表4。2 PLC硬件电器连接图图42 PLC硬件电器连接图(TWIDIOPLC电源用的是220V)4。3 运料小车控制系统流程图图4-3 运料小车控制系统流程图4.4 控制程序梯形图（1） 图44梯形图为小车起停的程序，按下启动按钮小车运动,M0得电并且保持，按下停止按钮,I0。1得电，M0失电.图4-4 小车起停的程序梯形图 （2）图4-5梯形图为五个行程开关梯形图，5个行程开关用数字04表示，当小车到达1号时，I0.2得电，将数字0传入MW0（用R0表示)中;以此类推. 图45 行程开关梯形图（3) 图4-6梯形图为五个呼叫按钮梯形图,5个呼叫用数字04表示，当一号按钮被按下时，I0.7得电,将数字0传入MW1（用R1表示）中，以此类推，M4是实现自锁功能的作用，将在下面的梯形图中讲到。图46 呼叫按钮梯形图（4） 图47梯形图用于实现自锁功能，当按下某个呼叫按钮时，同时触发M4，并保持,使获得优先权,按下别的按钮将无效,M2是当小车位置和按钮编码相同时触发，使M4失电，恢复到最初的情况。 图47 自锁功能梯形图(5） 图4-8梯形图为比较梯形图，当小车所处位置大于呼叫按钮的编码时，M1得电，小于时M3得电，等于时M 2得电,同时失M4失电。图48 比较梯形图（6） 图49梯形图为小车控制运动梯形图,当M1得电时，Q0。0输出，小车左行，当M2得电时，Q0。1输出,小车向右行。图49 控制运动梯形图4。5 梯形图对应的指令语句(* 小车起停 ）（ 按下启动按钮小车运动，M0得电并且保持，按下停止按钮，I0.1得电，M0失电 ）LD %I0。0OR M0ANDN %I0。1ST M0（ 五个行程开关梯形图 *）( 5个行程开关用数字04表示，当小车到达1号时，I0。2得电，将数字0传入MW0中；以此类推 *)LD %I0.2AND %M0 %MW0 ：= 0 LD I0。3AND %M0 %MW0 := 1 LD %I0。4AND %M0 MW0 ：= 2 LD I0。5AND M0 %MW0 := 3 LD %I0。6AND M0 %MW0 := 4 （ 五个呼叫按钮梯形图 *）（* 5个呼叫用数字04表示，当一号按钮被按下时，I0.7得电，将数字0传入MW1中，M4是实现自锁功能的作用；以此类推 ）LD I0。7ANDN %M4AND %M0 %MW1 := 0 LD I0。8ANDN M4AND %M0 %MW1 ：= 1 LD %I0.9ANDN %M4AND %M0 MW1 ：= 2 LD %I0.10ANDN %M4AND %M0 MW1 := 3 LD I0.11ANDN %M4AND M0 %MW1 ：= 4 ( 用于实现自锁功能 ）（ 当按下某个呼叫按钮时,同时触发M4，获得优先权，按下别的按钮将无效 ；M2是当小车位置和按钮编码相同时触发,使M4失电 ）LD %I0。7OR I0。8OR %I0。9OR I0。10OR %I0。11OR M4ANDN %M2ST %M4（* 比较梯形图 *)( 当小车所处位置大于呼叫按钮的编码时，M1得电；小于时M3得电 ;等于时M 2得电，同时失M4失电 *）LD M0AND MW0 MW1 ST %M1LD %M0AND %MW0 %MW1 ST %M3LD M0AND MW0 = %MW1 ST %M2（* 向左运动梯形图 *)( 当M1得电时，Q0。0输出,小车左行 )LD %M1ANDN Q0.1ST Q0。0( 向右运动梯形图 ）（* 当M2得电时,Q0.1输出,小车向右行 *）LD %M2ANDN Q0。0ST %Q0.1结 论 本文主要介绍了运料小车的发展过程，PLC的选型及该PLC所连接的控制系统的设计过程。顺带的介绍了现代社会对运料小车的功能要求，以及运料小车以后的发展趋势。随着现代工业的发展，工业自动化程度越来越高，运料小车应用前景可观，在老师的开导以及同学的帮助下，我在本文中解决了如下问题：了解了一些关于施耐德Twidosoft PLC的控制系统知识；控制系统硬件电路的正确设计及连接;节约了成本，优化了配置；实现了生产工作台呼叫站的呼叫要求，小车能正确无误的应答各呼叫站的呼叫；软件编程调试方面,通过Twidosoft PLC编程软件正确调试了设计程序。送料小车在设计中，加入了梯形图和指令语句表，方便实现该小车的系统控制;确保了系统的正常运行，减少了系统的故障点。在送料小车的系统中加入了手动操作程序,便于设备的维修，方便操作人员操作。 这次毕业设计培养了我们的设计能力以及全面的考虑问题的能力。学习的过程是痛苦的，但是收获成功的喜悦更是让人激动.相信这次毕业设计对我以后的学习和工作都会产生积极的影响。参考文献1 齐占庆等，电气控制技术，机械工业出版社，2002。2 余雷声等，电气控制与PLC应用,机械工业出版社，2001.3 现代电气控制及PLC应用技术,北京航空航天大学出版社，2005。4 PLC应用开发技术与工程实践,人民邮电出版社5 施耐德可编程控制器操作手册。6 高钟毓，机电控制工程（第二版），清华大学出版社，2002。致 谢 在这里,我要感谢老师亲切的关怀，感谢我的同学和朋友给我极大的鼓励和参谋，感谢我所参考的文献、著作的作者，给我学习的渠道。最后，感谢安徽工贸职业技术学院，感谢机电系,我在这里走向了成熟。谨以此结束全文，感谢所有关心帮助我的人。