小车多方式运行的PLC控制iaoiskd.docx
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小车多方式运行的PLC控制iaoiskd
1绪论
1.1PLC的概述
可编程控制器(PROGRAMMAB血TROLLE简称P。
。
与个人计算机的PC相区别,用PLC表示。
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置,目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能,建立柔性的程控系统。
国际电工委员会(IEC)颁布了对PLC的规定:
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
1.2PLC的特点
(1)编程方法简单易学
梯形图是使用的最多的PLC编程语言,其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似,梯形图语言形象直观,易学易懂,熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花集天地的时间就可以熟悉梯形图语言,并用来编制用户程序。
梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言,PLC在执行梯形图程序时,将它“翻译”成汇编语言后在执行。
(2)功能强,性能价格比较强
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程软件,可以实现非常复杂的控制功能与相同功能的继电器系统相比,具有很高的性能价格比。
PLC还可以通过通信联网实现分散控制。
(3)硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强
PLC产品已经标准化、系列化、模块化,配备有平准齐全的各种硬件装置供用户选择,用户能灵活方便的进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。
PLC的安装接
线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。
PLC由较强的带负载能力,可以直接驱动
一般的电磁阀和中小型交流接触器。
硬件配置确定后,通过修改用户程序,就可以方便、快速的适应工艺条件的变化。
(4)可靠性高、抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。
由于触点接触不良,容易出现故障。
PLC用软件代替中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件,接线可以减少到继电器控制系统的十分之一甚至百分之一。
PLC使用了一系列的硬件和软件抗干扰措施,具有很强的抗干扰能力,平均无故障时间达到数万小时以上,可以直接用于由强烈干扰的工业生产现场,已被公认为做可靠的工业控制设备之一。
(5)系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,是控制柜的设计、安装、接线工作量大大减小。
(6)维修工作量小、维修方便
PLC的故障率很低,具有完善的自诊断功能。
(7)体积小、能耗低
1/2
对于复杂的控制系统,使用PLC后,可以减少大量的中间继电器和时间继电器,型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小,因此可以将开关柜的体积缩小到原来的甚至1/10。
2PLC基础知识
2.1PLC的发展历程
自20世纪60年代末期世界第一台PLC问世以来,PLC发展十分迅速,特别是近些年来。
随着微电子技术和计算机技术的不断发展,PLC在处理速度、控制功能、
通信能力及控制领域等方面都有新的突破。
PLC将传统的继电一一接触器的控制技
术和现代计算机信息处理技术的优点有机结合起来,成为工业自动化领域中最重要、应用最广的控制设备之一,并已成为现代工业生产自动化的重要支柱。
2.2PLC的应用领域
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,使用情况大致可归纳为如下几类。
1开关量逻辑控制
2运动控制
3闭环过程控制
4数据处理
5通信联网
2.3PLC的构成
从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。
固定式PLC包括CPU
板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。
2.3.1CPU的构成
CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU它按PLC
的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部
电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。
在使用者看来,不必要详细分析CPU的内部电路,但对各部分的工作机制还
是应有足够的理解。
CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。
寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,10数
量及软件容量等,因此限制着控制规模。
2.3.2I/O模块
PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状
态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。
I/O分为开
关量输入(DI),开关量输出(DO,模拟量输入(AI),模拟量输出(AO等
㈤®
常用的I/O分类如下:
开关量:
按电压水平分,有220VAC110VAG24VDC按隔离方式分,有继电
器隔离和晶体管隔离。
模拟量:
按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO夕卜,还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理
的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。
2.4
PLC的工作原理
PLC的结构图
PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。
即在PLC运行时,CPU艮
据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束。
然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。
在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程
序执行和输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段:
首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入。
随即关闭输入端口,进入程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段:
按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段:
当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出,驱动相应输出设备工作。
2.4.1PLC的工作过程及运行方式
最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置,但这两者的运行方式是不相同的:
(1)继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式,即如果这个继电器的线圈通电或断电,该继电器所有的触点(包括其常开或常闭触点)在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。
(2)PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式,即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开,该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作,必须等扫描到该触点时才会动作。
因此,PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。
这样在对于I/O响应要求不高的场合,PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。
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
输入采样阶段:
在输入采样阶段,PLC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映象区中的相应得单元内。
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。
用户程序执行阶段:
在用户程序执行阶段,PLC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。
输出刷新阶段:
当扫描用户程序结束后,PLC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PLC的真正输出。
2.5PLC的外部设备及通信联网
(1)外部设备
外部设备是PLC系统不可分割的一部分,它有四大类
1、编程设备:
有简易编程器和智能图形编程器,用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。
编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,但它不直接参与现场控制运行。
2、监控设备:
有数据监视器和图形监视器。
直接监视数据或通过画面监视数据。
3、存储设备:
有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器,用于永久性地存储用户数
据,使用户程序不丢失,如EPRO、EEPRO写入器等。
4、输入输出设备:
用于接收信号或输出信号,一般有条码读人器,输入模拟量的电位
器,打印机等。
(2)通信联网
PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。
现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能,它和计算机一样具有RS-232接口,通过双绞线、同轴电缆或光缆,可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。
当然,PLC之间的通讯网络是各厂家专用的,PLC与计算机之间的通讯,一些生产厂家采用工业标准总线,并向标准通讯协议靠拢,这将使不同机型的PLC之间、PLC与
计算机之间可以方便地进行通讯与联网。
了解了PLC的基本结构,我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念,做到既经济又合理,尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。
2.6PLC的未来展望
21世纪,PLC会有更大的发展。
从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看,各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
目前的计算机集散控制系统DCS(Distributed
ControlSystem)中已有大量的可编程控制器应用。
伴随着计算机网络的发展,可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
3PLC课程设计
3.1小车多方式控制系统的工作原理
3.1.1小车的运动流程
某自动生产线上的运料小车系统由直流电机、继电器、小车和4个站台组成,每个
站台有检测传感器(行程开关)、指示灯和按钮。
运料小车由直流电机拖动,电动机正转,小车右行,电动机左转,小车左行,在生产线上有4个编码为1-4个站点供小车停
靠,在每个停靠站安装一个行程开关以检测小车是否到达该站,如果小车到站,该站的指示灯会亮,另外还设有4个呼叫按钮(SB—SB4分别与4个停靠站点对应。
3.1.2小车控制系统的控制要求
控制要求如下:
1.小车起始位置停在x(x=1〜4)号站台,SYx传感器为ON;
2•假如y(y=1〜4)号站台呼叫,如果:
1x>y,小车左行到呼叫站台停车;
2x 3x=y,小车停止; 3.小车在SY1和SY4处要有可靠的保护功能,自动往返或准确停车,不能向外撞; 4.小车路过每个站台要有指示灯显示;但LB1和LB4灯要闪3次; oooooooooo 3.2系统资源分配 3.2.1数字量输入部分 这个控制系统的输入有停止按钮开关、4个呼叫按钮开关、4个行程开关共9点输入。 具体分配如下: 输入地址 对应的外部设备 X000 停止按钮开关 X001 1号站台呼叫按钮 X002 2号站台呼叫按钮 X003 3号站台呼叫按钮 X004 4号站台呼叫按钮 X005 1号站台行程开关 X006 2号站台行程开关 X007 3号站台行程开关 X010 4号站台行程开关 3.2.2数字量输出部分 输出地址 对应外部设备 Y000 电动机反转继电器 Y001 电动机正转继电器 Y002 LB1灯亮 Y003 LB2灯亮 Y004 LB3灯亮 Y005 LB4灯亮 3.2.3内部继电器部分 内部继电器地址 功能说明 M0 小车运行停止 M1 1号站台呼叫 M2 1号站台呼叫 M3 1号站台呼叫 M4 1号站台呼叫 M5 小车所在站编号〉呼叫站编号 M6 小车所在站编号V呼叫站编号 M7 小车所在站编号=呼叫站编号 3.3系统硬件设计 系统主电路如下所示: 图中KM1和KM2分别是控制电机正转运行(小车前进)和反转运行(小车后退)的 交流接触器。 用KM1和KM2的主触点改变进入电动机的三相电源的相序,既可以改变电动机的旋转方向。 图中KM1的线圈串联了KM2的辅助常闭触点,KM2的线圈串联了KM1的辅助常闭触点,组成了硬件互锁电路。 可以避免由于正反转(小车前进、后退)切换过程中电感的延时作用,导致原来接通的接触器的主触点还未断弧时,另一个接触器的主触点已经合上而造成电源瞬间短路的故障。 通过主电路与PLC的控制电路接线,才能 实现PLC对系统的控制。 PLC外部接线图如下: SBO SB SB 1 SB 2 SB 3 SB 4 XI 耳u Y( 辽 'M Y1 YJ : 汀 Yj ^10 COMIf4 K>12KM1 LB1 0— LB2 0— LB3 0— LE斗 0— SGk AC220V g9— 3.4系统软件设计 3.4.1行程开关 在该程序中,4个站的的行程开关分别用1-4来表示,当小车在一号时,行程开关X006得电,将数字1传送到数据寄存器D0;当小车在2号站时,行程开关X007得电,将数字2传送到数据寄存器D(。 以此类推,当小车在4号站时,行程开关X011得电,将数字4传送到数据寄存器D(。 它的助记符程序: LD X006 MOV K0D0; 小车在1号站 LD X007 MOV K1D0; 小车在2号I LD X010 MOV K2D0 ;小车在3号站 LD X011 MOV K3D0 ;小车在四号站 3.4.2小车启停辅助继电器 当按下启动按钮时,小车开始运动,该辅助继电器M0得电;当按下停止按钮时,小车停止运动,该辅助继电器M0失电。 它的助记符程序为: LDX000 ORM0 ANIX001 OUTM0;小车启停辅助继电器 3.4.3呼叫按钮 在该程序中,4个站的呼叫按钮分别用数字1-4来表示,而且由于4个呼叫按钮开关SQ1-SQ4具有互锁功能,先按下者优先,所以需4个辅助继电器,M1-M4当按下1号站呼叫按钮开关时,行程开关X002得电,数字0传送到数据寄存器D1,同时1号按钮开关辅助继电器得电;当按下2号站呼叫按钮开关时,行程开关X003得电,数字1传送到数据寄存器D1,同时2号按钮开关辅助继电器得电;依此类推,当按下4号站呼叫按钮开关时,行程开关X006得电,数字4传送到数据寄存器D1,同时4号按钮开关辅助继电器得电;它的助记符程序为: LDIM2 ANIM3 ANIM4 ANIX006 ANDM0 LDX002 ORM1 ANB 1号呼叫按钮开关 号站呼叫按钮开关辅助继电器 号站呼叫按钮开关 号站呼叫按钮开关辅助继电器 MOVK0D1 OUTM1;1 LDIM1 ANIM3 ANIM4 ANIX007 ANDM0 LDX003 ORM2 ANB MOVK1D1;2 OUTM2;2 LDIM1 ANIM2 ANIM4 ANIM5 ANI X010 AND M0 LD X004 OR M3 ANB MOV K2D1;3 号站呼叫按钮开关 OUT M3;3 号站呼叫按钮开关辅助继电器 LDI M1 ANI M2 ANI M3 ANI M5 ANI X011 AND M0 LD X005 OR M4 ANB MOV K3D1;4 号站呼叫按钮开关 OUT M4;4 号站呼叫按钮开关辅助继电器 3.4.4比较 按下启动按钮和呼叫按钮后,开始对行程开关数据寄存器DO和呼叫按钮数据寄 存器D1中的数据进行比较,当(DO)>(D1)时,即小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时,M6得电,小车向左运行;当DO)=(D1)时,即小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮的编码时,M7得电,小车不动;当(D0)<(D1)时,即小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时,M8得电,小车向右运行。 它的助记符程序为: LDM0 CMPD0D1M6 3.4.5向左运行 小车的当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时,小车向左运行,运行到呼叫按钮所对应的停靠站时停止。 它的助记符程序为: LDM5 LDM1 ANIX006 LDM2 ANIX007 ORB LDM3 ANIX010 ORB LDM4 ANIX011 ANB OUTY000;小车向左运行 3.4.6向右运行 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,运行呼叫按钮所对应的停靠站时停止。 它的助记符程序: LDM6 LDM1 ANIXOO6 LDM2 ANIX007 ORB LDM3 ANIX010 ORB LDM4 ANIX011 ANB OUTY001;小车向右运行
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