现代电气控制及PLC应用技术课程设计.doc

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1、1、引言随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人生安全事故，这样将给企业造成重大损失。台车呼叫控制系统是基于PLC控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于台车的运行，其控制重点转向物资的控制和管理要

2、求实时、协调和一体化，计算机之间、数据采集点之间、机械设备的控制器之间以及它们与计算机之间的通信可以及时地汇总信息。因此，台车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。台车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。它实现了全自动作业后，满足了人们速度、精度、高度、重量、重复存取和搬运等要求，使总体效益和生产的应变能力大大超过各部分独立效益的总和，自动化技术组建成为仓库自动化技术的核心，既可以节省开支，又减少了浪费，因此建立一个便捷、可行的台车呼叫控制系统是十分迫切和需要的。本产品PLC实现自动化开支，解决了劳动强度大、经济效益差的问题。 一部电动运输车供8个加工点使用。台车的控制要

3、求如下：PLC上电后，车停在某个工位，若无用车呼叫(下称呼车)时，则各工位的指示灯亮，表示各工位可以呼车。工作人员按本工位的呼车按钮呼车时，各工位的指示灯均灭，此时别的工位呼车无效。如停车工位呼车时，台车不动，呼车工位号大于停车位时，台车自动向高位行驶，当呼车位号小于停车位号时，台车自动向低位行驶，当台车到呼车工位时自动停车。停车时间为30s供呼车工位使用，其他工位不能呼车。从安全角度出发，停电再来电时，台车不会自行启动。为了区别，工位依18编号各设一个限位开关2、系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1 可编程序控制器概述可编程控制器简称PC（英文全称：Programmabl

4、e Controller）， 它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC。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。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数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。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中的到了越来越广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）。2.1.2可编程控制器的特点可

5、靠性高，抗干扰能力强 功能完善，适应性强 使用简单，调试维修方便 采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便 对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产2.1.3 PLC型号的选择综合输入输出点的计算以及要实现的台车呼叫系统功能，使用西门子S7-200PLC（CPU224）加一个扩展模块，这样就能完全能够满足设计要求。S7-200PLC是一种小型可编程逻辑控制器（Micro PLC），可应用于各种小型自动化控制系统。高集成度的设计、低廉的成本使得S7-200成为各种小型控制任务理想的解决方案，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。并且，西门子S7-200PLC具有：极高的可靠性、丰富的

6、指令集、极快的浮点运算速度、丰富的扩展模块、强大的内部集成功能等几个方面的出色表现。2.1.5 西门子S7-200PLC简介 S7-200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7-200成为各种控制应用的理想解决方案。它集成6 输入/4 输出共10个数字量I/O 点，无I/O 扩展能力。拥有6K 字节程序和数据存储空间，4个独立的30kHz 高速计数器，2 路独立的20kHz 高速脉冲输出以及1个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI

7、通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。西门子S7-200PLC一、PLC的工作方式PLC对用户程序的执行采用循环扫描的工作方式。当PLC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，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 二、PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，这是有别于微型计算机、继电接触器控制的重要特点。微机一般采用等待命令的工作方式。继电接触器控制系统采用硬逻辑“并行”运行的方式。PLC采用循环扫描的工作方式，在工作过程中，如果某个软继电器的线圈接通，该

8、线圈的所有常开和常闭触点并不一定会立即动作，只有CPU扫描到该接点时才会动作：其常闭触点断开，常开触点闭合。也就是说，PLC在任一时刻只能执行一条指令，是以“串行”方式工作，这样便避免了继电接触器控制的触点竞争和时序失配问题。三、PLC的工作过程1 PLC整个工作过程包含五个阶段：自诊断、与编程器等进行通信、输入采样、执行用户程序、输出刷新。PLC的工作过程框图2. 输入和输出映像寄存器输入和输出映像寄存器是在PLC的RAM工作区中将一特定区域的存储单元作为输入映像寄存器和输出映像寄存器的存储区。输入映像寄存器中存储着对应位输入“继电器”的通/断状态。高电平“1”为通，低电平“0”为断。此处“

9、继电器”是指由系统软件程序贼予的具有继电器功能的“软继电器”。每位输入映像寄存器也对应着PLC每个实际输入端的通/断状态。输入映像寄存器的内容只能被PLC中的CPU读出，而不能被改写。 输出映像寄存器单元存储着对应位输出寄存器的状态。在执行用户程序时，输出映像寄存器既可被PLC的CPU读出，又可被CPU改写。 2.2 系统变量定义及分配表 为了区别，工位依18编号并各设一个限位开关。每个工位设一呼车按钮，系统设启动按钮和停机按钮各1个，台车设正反转接触器各1个，每工位设呼车指示灯1个，但并联接于各个输出口上。系统布置图如图 PLC按键呼叫控制电路电源控制电路工作指示灯显示电路台 车 控 制电路

10、系统布置图系统方框图外围设备和I/O地址分配本设计以PLC作为工具对台车呼叫控制系统的各种操作进行控制。，制定控制方案确定I/O点数选择PLC机型（本次设计采用西门子S7-200PLC），选择输入、输出设备，分配PLC的I/O地址程序设计（包括梯形图的绘制），系统调试编制相关技术文件。台车呼叫控制系统的总体流程图根据控制要求，系统的输入量有：启、停按钮信号，1号位-8 号位的限位开关SQlSQ8信号，1号位-8号位的呼叫开关SB1SB8信号;系统的输出信号有：前进、后退控制电机接触器驱动信号，呼叫指示灯信号。共需实际输入点数18个，输出点数2个。配置表如表所示： 表1.3-1 系统I/O资源配

11、置表序号元件名设备名作用1I0.0K1启动按钮开关2I0.1K2停止按钮开关3I2.0SB11号站呼叫按钮开关4I2.1SB22号站呼叫按钮开关5I2.2SB33号站呼叫按钮开关6I2.3SB44号站呼叫按钮开关7I2.4待添加的隐藏文字内容3SB55号站呼叫按钮开关8I2.5SB66号站呼叫按钮开关9I2.6SB77号站呼叫按钮开关10I2.7SB88号站呼叫按钮开关11I1.0ST11号站限位开关12I1.1ST22号站限位开关13I1.2ST33号站限位开关14I1.3ST44号站限位开关15I1.4ST55号站限位开关16I1.5ST66号站限位开关17I1.6ST77号站限位开关18

12、I1.7ST88号站限位开关19Q1.0Q1.0电机正传继电器20Q1.1Q1.1电机反转继电器2.3 系统接线图设计系统接线图3、控制系统设计台车自动往返控制系统的工作示意图如图所示。控制要求如下：A. 按下起动按钮SB0，电动机M正转，台车前进；碰到限位开关SQ1后，电动机M反转，台车后退。B. 台车后退碰到限位开关SQ2后，电动机M停转，台车停车5s后，第二次前进，碰到限位开关SQ3，再次后退。C. 当后退再次碰到限位开关SQ2时，台车停止。 SQ2SQ3SB0：X000起动按钮小车SQ1前进：Y001后退：Y002X002X001X003 台车自动往返控制系统的工作示意图对上述台车自动

13、往返控制系统的控制要求进行分析可知其一个工作周期有5个工序，每个工序状态继电器的分配、功能与作用以及转换条件如表所示。每个工序状态继电器的分配、功能与作用、转换条件工序分配的状态继电器功能与作用0初始状态I0.0PLC上电做好准备1第一次前进I1.0驱动输出线圈Y001，M正转2第一次后退I1.0驱动输出线圈Y002，M反转3暂停5sT37驱动定时器T37延时30s4第二次前进I1.1驱动输出线圈Q0.0，M正转5第二次后退I1.1驱动输出线圈Q0.0，M反转按下启动按钮I0.0后主程序网络1 的M0.0导通并自锁，呼叫指示灯亮，此时可以通过呼叫按钮多对台车进行呼叫。网络2和网络3一直调用子程

14、序SBR_0和SBR_1。网络4和网络5的主要功能是在有呼叫信号M0.1时，调用子程序SBR_2，同时屏蔽呼叫允许信号，关闭呼叫指示灯。正是因为在有呼叫信号M0.1时，调用子程序SBR_2，使得停电再来电时，电机不会自行启动。M0.1时调用子程序SBR_0的主要作用是检测小车位置；子程序SBR_1的主要作用是检测呼叫信号；子程序SBR_2的主要作用是在有呼叫信号时，对呼叫信号做出反应由此得出系统的控制程序流程图。台车呼叫控制程序流程图3.2 控制程序设计思路4、程序设计、调试结束语为期五天的“现代电气控制及PLC应用技术课程设计”即将结束，五天来，我利用所学现代电气控制及PLC应用技术的基本知

15、识，认真查阅相关资料，并在同学们的帮助下，完成了“台车呼叫控制”的课程设计，下面我将从六方面阐述我在本次课程设计中的心得体会。（1）将理论教学与实习实践相结合，对于PLC在实际设计中的应用有了较深刻的认识；（2）对PLC应用系统设计的方法有了初步的了解；（3）提高自己对设计课题的分析能力、编程能力及解决实际问题的综合能力与调试能力；（4）通过学习这一次实践，增强了我们的动手能力，提高和巩固了PLC方面的知识。让我认识到把理论应用到实践中去是多么重要。（5）通过本次课程设计实践，增强了下阶段的学习信心，为毕业设计奠定了基础。（6）但是在设计过程中，仍存在许多问题与不足：诸如对于基础知识掌握的不牢固，所学到的知识还远远不够,以至于还有一些功能不能被动完成。参考文献1 王永华，现代电气控制及PLC 应用，北京航空航天大学出版社，2007.6, 2 张万忠，刘明芹：电器与PLC控制技术，化学工业出版社，2009.6, 3 程 周，可编程序控制器原理与应用，高等教育出版社，2006.4，4 吴中俊，黄永红：可编程序控制器原理及应用，机械工业出版社，2008.8 , 5 殷洪义，可编程控制器选择设计与维护，机械工业出版社，2002.6 王兆义，实时服务可编程序控制器教程，机械工业出版社，2007.7, P15-P27