钻孔动力头的PLC控制专业课程设计项目说明指导书.doc

目录

目录 1
一、控制任务 2
二、该动力头加工过程 2
三、I/O地址分配及接线图 3
1、PLC输入/输出点分配表 3
2、PLC控制接线图 3
四、电气控制电路图 4
五、程序步骤图....................................................................................4
六、设计过程 5
1、控制方案选择 5
2、PLC怎样选型 11
3、分析所编程序并叙述系统工作原理 15
 七、设计总结 17
八、参考资料 18
附录 19
1、梯形图设计 19
2、指令语句表 20

钻孔动力头PLC控制
一、控制任务
（1） 动力头在原位时开关SQ3受压，加开启命令后接通电磁阀YV1，动力头快进。
（2） 动力头碰到限位开关SQ1后，接通电磁阀YV1和YV2，动力头由快进转为工进,同时电力头电机转动(由KM1控制)。
（3） 动力头碰到限位开关SQ2后，停止进给，延时10S。
（4） 延时时间到，接通电磁阀YV3，动力头快速退回。
（5） 当原点限位开关SQ3接通时，动力头快速退回结束。
依据上述控制要求，用PLC编制程序实现对钻孔动力头控制。
二、该动力头加工过程

三、I/O地址分配及接线图
1、PLC输入/输出点分配表
输入信号
名称
代号
输入点编号
开启按钮
开启
X000

停止按钮
停止
X001
原点限位开关
SQ0
X002
快进限位开关
SQ1
X003
工进限位开关
SQ2
X004
输出信号
名称
代号
输出编号
正转接触器
KM1
Y000
正转接触器
KM2
Y001
反转接触器
KM3
Y002

2、PLC控制接线图

四、电气控制电路图

五、程序步骤图

六、设计过程
1、控制方案选择
（1）为何采取PLC控制
可编程序控制器PLC是微机技术和传统继电接触控制技术相结合产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差缺点，充足利用了微处理器优点，又照料到现场电气操作维修人员技能和习惯，尤其是PLC程序编制，不需要专门计算机编程语言知识，而是采取了一套以继电器梯形图为基础简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试和查错也全部很方便。用户在购到所需PLC后，只需按说明书提醒，做少许接线和简易用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

（2）控制继电器存在缺点
控制继电器存在缺点如作条件下进行,轻易损坏.而且继电器触点轻易产生电弧,甚至会熔在一起产生误操作,引绝大多数控制继电器全部是长久磨损和疲惫工起严重后果.再者,对一个具体使用装有上百个继电器设备,其控制箱将是庞大而粗笨.在全负荷运载情况下,大继电器将产生大量热及噪声,同时也消耗了大量电能.而且继电器控制系统必需是手工接线、安装,假如有简单改动,也需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试.今天继电器已应用到家庭及工业控制各个领域.她们比以往产品含有更高可靠性.不过,这也是随之带来部分问题.

固体继电器缺点

A、导通后管压降大，可控哇或双向控哇正向降压，可达1~2V，大功率晶体管饱和压降也在1~2之间，通常功率场效应管导通电阻也较机械触点接触电阻大。

B、半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安漏电流，所以不能实现理想电隔离。

C、因为管压降大，导通后功耗和发烧量也大，大功率固体继电器体积远远大于同容量电磁继电器，其输出功率和环境和外壳温度相关。

D、电子元、器件温度特征和电子路线抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效方法，则工作可靠性低。

E、通常固体继电器设计成单刀单掷形式，这么比较轻易实现，多组和多组转换结构需要用多个相互连接和合适连锁固体继电器，这些固体继电器基础上是积木式堆叠在一起，形成一个占地较大空间复杂装置。大功率固体继电器，因为需用散热片，就深入增加了全部空间和成本。

F、通常见于功率控制固体继电器是针对负载或设计成交流输出或设计成直流输出，而不设计成既和用于交流负载，又可用于支流负载。
（3）可编程序控制器优势、特点及功效
可编程控制器以体积小功效强大所著称,它不仅能够很轻易地完成次序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功效,而且能够经过输入输出接口建立和各类生产机械数字量和模拟量联络,从而实现生产过程自动控制.尤其是现在,因为信息、网络时代到来,扩展了PLC功效,使它含有很强联网通讯能力,从而更广泛地应用于众多行业.

A、生产过程监控和管理
PLC能够经过通迅接口和显示终端和打印机等外设相连.显示器作为人机界面(HMI)是一个内含微处理芯片智能化设备,它和PLC相结合可替换电控柜上众多控制按钮、选择开关、信号指示灯,及生产步骤模拟屏和电控柜内大量中间继电器和端子排.全部操作全部能够在显示器上操作元件上进行.PLC能够方便、快捷地对生产过程中数据进行采集、处理,并可对要显示参数以二进制、十进制、十六进制、ASCII字符等方法进行显示.在显示画面上,经过图标颜色改变反应现场设备运行状态,如阀门开和关,电机开启和停止,位置开关状态等.PID回路控制用数据、棒图等综合方法反应生产过程中量改变,操作人员经过参数设定可进行参数调整,经过数据查询可查找任一时刻数据统计,经过打印可保留相关生产数据,为以后生产管理和工艺参数分析带来便利.

B、闭环过程控制
以往对于过程控制模拟量均采取硬件电路组成PID模拟调整器来实现开、闭环控制.而现在完全能够采取PLC控制系统,选择模拟量控制模块,相关时间继电器用途,其功效由软件完成,系统精度由位数决定,不受元件影响,所以可靠性更高,轻易实现复杂控制和优异控制方法,能够同时控制多个控制回路和多个控制参数.比如生产过程中温度、流量、压力、速度等.

C、次序控制
次序控制是PLC最基础、应用最广泛领域.所谓次序控制,就是根据工艺步骤次序,在控制信号作用下,使得生产过程各个实施机构自动地根据次序动作.因为它还含有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点,所以在实现单机控制、多机群控制、生产步骤控制中能够完全替换传统继电器接触器控制系统.它关键是依据操作按扭、限位开关及其它现场给来指令信号和传感器信号,控制机械运动部件进行对应操作,从而达成了自动化生产线控制.比较经典应用在自动电梯控制、管道上电磁伐自动开启和关闭、皮带运输机次序开启等.比如我分厂原料混料系统就是利用了PLC次序控制功效.

D、运动位置控制
PLC能够支持数控机床控制和管理,在机械加工行业,可编程控制器和计算机数控(CNC)集成在一起,用以完成机床运动位置控制,它功效是接收输入装置输入加工信息,经处理和计算,发出对应脉冲给驱动装置,经过步进电机或伺服电机,使机床按预定轨道运动,以完成多轴伺服电机自控.现在以用于控制无心磨削、冲压、复杂零件分段冲裁、滚削摸削等应用中.

（4）PLC和继电器控制两种控制方法不一样之处
A、控制方法：
继电器控制是采取硬件接线实现，是利用继电器机械触点串联或并联延时继电器滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定逻辑控制。
PLC采取存放逻辑，其控制逻辑是以程序方法存放在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。

B、控制速度
继电器控制逻辑是依靠触点机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。
PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同时，无抖动。

C、延时控制
继电器控制系统是靠时间继电器滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。
PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。

（5）PLC(可编程控制器)和MC(微机)控制区分
微型计算机是在以往计算机和大规模集成电路基础上发展起来，其最大特点是运算速度快，功效强，应用范围广，在科学计算，科学管理和工业控制中全部得到广泛应用。所以说，MC是通用计算机。而PLC是一个为适应工业控制环境而设计专用计算机。但人工业控制角度来看，PLC又是一个通用机，只要选配对应模块便可适适用于多种工业控制系统，而用户只需改变用户程序即可满足工业控制系统具体控制要求。而MC就必需依据实际需要考虑抗干扰问题及硬件软件设计，以适应设备控制专门需要。所以说MC是通用专用机。

基于以上了解，便能够得出MC和PLC含有以下几点区分：
PLC抗干扰性能为MC高 。
PLC编程比MC编程简单 。
PLC设计调试周期短 。
PLCI/0响应速度慢，有较大滞后现象（MS），而MC响应速度快（US）。
PLC易于操作，人员培训时间短；而MC则较难人员培训时间长。
PLC易于维修，MC则较困难 。

伴随PLC技术发展，其功效越来越强；同时MC也逐步提升和改善二者之间将相互渗透，使PLC和MC差距越来越小，但在以后很长一段时间内，二者将继续共存。在一个控制系统中，PLC将集中于功效控制上，而MC将集中于信息处理上。
2、PLC怎样选型
在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺步骤特点和应用要求是设计选型关键依据。PLC及相关设备应是集成、标准，根据易于和工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功效标准选型所选择PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠系统，PLC系统硬件、软件配置及功效应和装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功效表图及相关编程语言有利于缩短编程时间，所以，工程设计选型和估算时，应具体分析工艺过程特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需操作和动作，然后依据控制要求，估算输入输出点数、所需存放器容量、确定PLC功效、外部设备特征等，最终选择有较高性能价格比PLC和设计对应控制系统。

（1）输入输出（I/O）点数估算
I/O点数估算时应考虑合适余量，通常依据统计输入输出点数，再增加10%～20%可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需依据制造厂商PLC产品特点，对输入输出点数进行圆整。

（2）存放器容量估算 
存放器容量是可编程序控制器本身能提供硬件存放单元大小，程序容量是存放器中用户应用项目使用存放单元大小，所以程序容量小于存放器容量。设计阶段，因为用户应用程序还未编制，所以，程序容量在设计阶段是未知，需在程序调试以后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采取存放器容量估算来替换。 
存放器内存容量估算没有固定公式，很多文件资料中给出了不一样公式，大致上全部是按数字量I/O点数10～15倍，加上模拟I/O点数100倍，以此数为内存总字数（16位为一个字），另外再按此数25%考虑余量。 
（3）控制功效选择 
该选择包含运算功效、控制功效、通信功效、编程功效、诊疗功效和处理速度等特征选择。 

A、运算功效 
简单PLC运算功效包含逻辑运算、计时和计数功效；一般PLC运算功效还包含数据移位、比较等运算功效；较复杂运算功效有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量PID运算和其它高级运算功效。伴随开放系统出现，现在在PLC中全部已含有通信功效，有些产品含有和下位机通信，有些产品含有和同位机或上位机通信，有些产品还含有和工厂或企业网进行数据通信功效。设计选型时应从实际应用要求出发，合理选择所需运算功效。大多数应用场所，只需要逻辑运算和计时计数功效，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 

B、控制功效 
控制功效包含PID控制运算、前馈赔偿控制运算、比值控制运算等，应依据控制要求确定。PLC关键用于次序逻辑控制，所以，大多数场所常采取单回路或多回路控制器处理模拟量控制，有时也采取专用智能输入输出单元完成所需控制功效，提升PLC处理速度和节省存放器容量。比如采取PID控制单元、高速计数器、带速度赔偿模拟单元、ASC码转换单元等。  

C、通信功效 
大中型PLC系统应支持多个现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能和工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放通信网络。
PLC系统通信接口应包含串行和并行通信接口（RS2232C/
422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常见DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。
PLC系统通信网络中，上级网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷小于60%。PLC系统通信网络关键形式有下列多个形式：
@、PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络；
@、1台PLC为主站，其它同型号PLC为从站，组成主从式PLC网络；
@、PLC网络经过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS子网；
@、专用PLC网络（各厂商专用PLC通信网络）。

为减轻CPU通信任务，依据网络组成实际需要，应选择含有不一样通信功效（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。

D、编程功效
离线编程方法：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方法可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方法：CPU和编程器有各自CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内和编程器进行数据交换，编程器把在线编制程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就依据新收到程序运行。这种方法成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采取。
五种标准化编程语言：次序功效图（SFC）、梯形图（LD）、功效模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选择编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多个语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场所控制要求。 

E、诊疗功效 
PLC诊疗功效包含硬件和软件诊疗。硬件诊疗经过硬件逻辑判定确定硬件故障位置，软件诊疗分内诊疗和外诊疗。经过软件对PLC内部性能和功效进行诊疗是内诊疗，经过软件对PLCCPU和外部输入输出等部件信息交换功效进行诊疗是外诊疗。
  PLC诊疗功效强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力要求，并影响平均维修时间。 

F、处理速度
PLC采取扫描方法工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，假如信号连续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据丢失。
处理速度和用户程序长度、CPU处理速度、软件质量等相关。现在，PLC接点响应快、速度高，每条二进制指令实施时间约0.2～0.4Ls，所以能适应控制要求高、对应要求快应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型PLC扫描时间小于0.5ms/K；大中型PLC扫描时间小于0.2ms/K。

（4）机型选择
PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功效或输入输出点数选型。
3、分析所编程序并叙述系统工作原理
（1）按下开启按钮，第一逻辑行中串联接触点X000闭合，M0置1，并联接触点M0闭合，M0自锁。同时第二逻辑行中串联接触点M0闭合，Y000置1，Y000常开触点KM1闭合，快速电机和慢速电机开启，且快速电机拖动慢速电机，钻孔动力头快速进给。
（2）动力头碰到限位开关SQ1后，第三逻辑行串联接触点X003闭合，M1置1，并联接触点M1闭合，M1自锁。同时第四逻辑行串联接触点M1闭合，Y001置1，Y001常闭触点KM2断开，快速电机停止，慢速电机继续，钻孔动力头工进。
（3）动力头碰到限位开关SQ2后，第五逻辑行串联接触点X004闭合，M2置1，并联接触点M2闭合，M2自锁，T0开始计时，同时第一、五逻辑行串联接触点M0断开，进给电机停转。延时开始。
（4）10s计时结束，第六逻辑行串联接触点T0闭合，Y002置1，Y002常开触点KM2闭合，快速电机和慢速电机反转，且快速电机拖动慢速电机，钻孔动力头快速退回。
（5）动力头碰到原点限位开关SQ3后，第五逻辑行串联接触点X002断开，Y002置0，Y002常开触点KM3断开，快速电机和慢速电机停转，钻孔动力头停止进给。

 七、设计总结
经过这次设计实践。我学会了PLC基础编程方法，对PLC工作原理和使用方法也有了更深刻了解。在对理论利用中，提升了我们工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道撑握全部是思想上，对部分细节不加重视，当我们把自己想出来程序和到PLC中时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行结果和要求结果不相符合。能过处理一个个在调试中出现问题，我们对PLC 了解得到加强，看到了实践和理论差距。只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提升自己实际动手能力和独立思索能力。在设计过程中碰到问题，能够说得是困难重重，难免会碰到过多种多样问题，同时在设计过程中发觉了自己不足之处，对以前所学过知识了解得不够深刻，掌握得不够牢靠，经过这次课程设计以后，一定把以前学知识重新温故一遍
八、参考资料
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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：中国家标准准出版社：1989
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[9]张海根.机电传动控制[M].北京：高等教育出版社..
[10]何存兴，张铁华.液压传动和气压传动[M].武汉：华中科技大学出版社.2

附录
1、梯形图设计
钻孔动力头梯形图

2、指令语句表
钻孔动力头语句表以下：