毕业设计（论文）自动传送带PLC电气控制系统设计.doc

渤海船舶职业学院毕业设计题 目：自动传送带PLC电气控制系统设计专业、班级：船舶电气技术学 号: 40学生 姓名: 指导 教师： 目录前言一、 总体设计.5 1、设计目的.5 2、设计任务分析及描述.5 3、系统I/O口设计.6二、 控制方案.6 1、控制要求.7 2、设计内容及步骤.7三、 控制过程分析.8 1、梯形图.8 2、语句表.10 2、原理分析.11四、 系统调试.11五、 个人总结.11参考文献.13前言 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算前、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。基本结构可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机， 其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 一、电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 二、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。三、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。四、输入输出接口电路 1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。 2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。五、功能模块 如计数、定位等功能模块。工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段， 即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 一、输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 二、用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 三、输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点： 一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。二、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。发展历史起源 1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求； 1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。 1969年，美国研制出世界第一台PDP-14； 1971年，日本研制出第一台DCS-8； 1973年，德国研制出第一台PLC； 1974年，中国研制出第一台PLC。 发展 20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。 一、 总体设计1、设计目的 通过对自动传送带PLC电气控制系统设计，使学生进一步熟悉有关PLC电气控制的理论知识，PLC的结构、组成、工作原理，掌握根据生产工艺过程和自动控制要求用PLC进行控制的PLC系统及控制程序设计方法和步骤，培养同学们的工程意识和工程实践能力。 学生初步掌握PLC电气控制系统的设计方法，编程技巧以及电气常用元器件的选型；初步具有控制系统主电路、控制程序的分析和设计方法；同时使学生掌握电气线路原理图的绘制方法，为今后走上工作岗位应用PLC电气控制基本理论知识奠定良好的基础。 2、设计任务分析及描述二、控制方案1、控制要求（1）产品在传送带上均匀放置，其中当带轮转一周，则产品依次从123456移动一个位置；另外接近开关1在带轮每转一周发一个脉冲。 （2）光电检出器负责检测是正品还是次品，当检出次品时会发出一个脉冲信号。 （3）接近开关2为正品计数器，当正品箱装满10产品时，它发出信号，让已经装满10个产品的小车走，再换一个小车。 （4）接近开关3作为次品的计数器，作用和接近开关2相似。 （5）机械手用来搬运次品，即当次品被运到6位置时，它负责的次品送到次品箱中。 （6） 把传送带上的次品检出并拿走，当正品箱或次品箱装满10个产品时，小车运走。 2、设计内容及步骤 （1）总体方案的确定 根据控制要求，确定总体方案。 （2）正确选用电气控制元件和PLC 根据选用的输入输出设备的数目和电气特性，选择合适的PLC，要求进行电气元件的选用说明。 （3）分配I/O点，画出I/O连线图 根据选用的输入输出设备，确定I/O端口。依据输入输出设备和PLC的I/O端口分配关系，画出I/O连线图。 （4）程序设计说明及过程分析 要求绘制控制系统流程图，详细进行程序设计过程的分析说明，设计简单、可靠的控制程序。 (5）对系统工作原理进行分析，最后审查控制实现的可靠性 检查系统功能，完善控制程序。3.硬件配置序 号名 称型号、规格数 量备 注1实验小车22导线3号若干3通讯编程电缆PC/PPI1三菱4实训指导书1份5计算机（带编程软件）1自备三、控制过程分析1、I/O分配功能：X001 总开关 Y006 机械手抓的电动机X002 正品脉冲信号 Y007 机械手的转动电动机 X003 次品脉冲信号 Y001 正品小车发动机Y002 继电器Y003 继电器 Y004 次品小车发动机 Y000 传送带发动机 C0 正品计数器C1 次品计数器C2 机械手抓东西的计数器T4 正品延时复位时间继电器T5 次品延时复位时间继电器T0 没抓物品机械手运动的时间继电器T1 抓了物品机械手运动的时间继电器T3 机械手转动延时复位时间继电器Y005 机械手抓电动机梯形图1、语句表2.设计构想：光电检出器的正品与次品信号分别由两个开关代替。初始状态的机械手水平垂直传送带，机械手将有一半真正执行夹紧工作，另一半将在下一次工作时才真正执行夹紧工作。机械手将停留1S后继续转动，且夹紧速度远大于旋转速度。小车运走物品时间为2S。3.原理分析物品每隔15S掉落一个，传送带有一个传感器，传感器由传送带的总重量决定信号；无物品时传感器为待机状态。物品从1位置到6位置时间为6S。物品接触传送带后，传感器发信号至开关X001，光电检出器与传送带电机同时工作；即光电检出器发出正品或次品信号，电机Y001得电。X002为发出正品脉冲信号，当计数器C0计10个后，正品汽车开走，延时复位时间继电器到两秒后C0清零，X003发出次品脉冲信号同时机械手转动，T0开始记时时间为5S，5S后延时断开，即机械手转动停止。当时间继电器T1计时到6秒后T1闭合计数器C2计数1，C2闭合机械手抓取物品，机械手也同时开始转动。机械手由电机Y005与Y006控制各一个，其中一个不抓取物品。当时间继电器T3计时到5S后，计数器C2获得信号计数清零，C2断开；机械手转动与抓取的电机同时失电，即转动停止物品在重力情况下脱落至小车。当次品计数器计到10个后次品汽车开走，延时复位时间继电器T5到两秒后C1清零。四、 运行PLC检测调试 闭合X1然后闭合X2，计数器C0计数为1；重复10次闭合X2，当计数满10后2S清零，小车运走物品。闭合X3，计数器C1计数为1，机械手能正常工作；重复闭合X3十次，计数器C2计数到10后将在2S后清零，小车运走物品。同时闭合X2与X3，电路不受影响；两个都不工作，闭合其中一个能保持回路的唯一性。通过调试能满足设计的要求，方案可进一步完善。 个人总结这次两周的实训是我们第一次接触编程实践.虽然以前也做过有关的的作业与实验，但是总觉得简单。也许是这次的设计比较难吧！当我们第一天拿到课题时，我看了很久也想了很久，但直到第二天才有个大概构想。第三天终于拿出了一个部分基础程序，但十分不理想。最后问了老师，感觉茅舍顿开；我十分惊讶，一些想起来很复杂的功能转换后就简单了。我的基础程序就很快完成了。当写入PLC后我又迷惑了，通过监视发现了很多问题被忽略了，不符合控制要求。第二周的第一天我又开始写梯形图，这次我感觉很完善。我很兴奋请来了老师帮我看看。老师指出了几处漏洞后，我又再次进入了假想模型当中。一次次修改，一次次验证，一次次讨论，在第七天方案终于形成了。我们这组总算完成了大半，作为组长我更高兴。因为我再也不会与他们为一个问题争论不修了，他们太厉害了。虽然我们争论很激烈，但同样很平静。我们只有一个目标，没完成只能再想。对于这次实训我收获很多，打破了坐井观天，学无止境在虚心，团结就是力量等。这次实训为以后积累不少设计经验，以后我将更有信心。路漫漫兮其修远兮，吾将上下而求索。参考文献19148 电工电子技术基础 申凤琴21506 电路与电子技术应用基础 谭维瑜13460电机与电气控制 谭维瑜13613可编程程序控制器技术及应用 第二版 戴一平