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10附录.......................................................14
江西理工大学应用科学学院PLC课程设计
1.1PLC的简介
随着微处理器.计算机和数字通信技术的飞速发展,计算机控制已扩展到所有的控制领域。
现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应,生产出小批量.多品种.多规格.低成本和高质量的产品。
为了满足这一需求,生产设备的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性,可编程控制器就顺应而生。
PLC的特点:
(1)可靠性高,抗干扰能力强;
(2)通用性,使用方便;
(3)采用模块化结构,系统组合灵活方便;
(4)编程语言简单,易学,便于掌握;
(5)系统设计周期短;
(6)对生产工艺改变适应性强;
(7)安装简单,调试方便,维护工作量小。
PLC的发展趋势:
为了适应市场的各方面的需求,各生产厂对PLC不断进行改,推进功能更强,结构更完善的新产品。
这些新产品总体的发展趋势一方面是向超小型,专用化和低价格的方向发展,以进行单机控制;
另一方面是向大型,高速,多功能和分布式全自动网络化发展,以适应现代化的大型工厂,企业自动化的需要。
随着PLC技术的推广和应用,PLC将进一步向以下几个方向发展:
(1)系统化,模块化;
(2)小型机功能强化;
(3)中,大型机高速度,高功能,大容量;
(4)低成本;
(5)多功能。
目前PLC常用的编程语言有梯形图编程,指令语句表编程语言,功能图编程语言,高级编程功能语言四种。
但是因为梯形图编程语言形象直观,类似电气控制系统中继电器控制电路图,逻辑关系明显;
指令语言表编程语言虽然不如梯形图编程语言直观,但有键入方便的特点;
功能图编程和高级编程语言需要比较多的硬件设备。
但总体来说,本次课程设计我门运用梯形图的编程语言。
PLC的梯形图是形象化的编程语言,梯形图左右两边的母线是不接任何电源的。
梯形图中并没有真实的物理电流流动,而仅仅是概念电流(虚电流),或称为遐想电流。
把PLC梯形中左边母线遐想为电源相线,而把右边母线遐想为电源地线。
遐想电流只能从左向右流动,层次改变只能先上后下。
遐想电流是执行用户程序时满足输出执行条件的形象理解。
指令表这种编程语言是一种与计算机编程语言相类似的助记符编程方式,用一系列操作指令组成的语句表将控制流程描叙出来,并通过编程器送到PLC中去。
需要指出的是,不同的厂家的PLC指令语句表使用的助记符并不相同,因此,一个相同功能的梯形图,书写的语句表并不相同。
1
…:
1.2MCGS的简介
MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件,它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行,通过对现场数据的采集处理,以动画显示,报警处理,流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案,在自动化领域有着广泛的应用。
MCGS有如下的功能和主要特性:
(1)简单灵活的可视化操作界面。
(2)实时性强,良好的并行处理性能。
(3)丰富,生动地多媒体画面。
(4)开放式结构,广泛的数据获取和强大的数据处理功能。
(5)完善的安全机制
(6)强大的网络功能。
(7)多样化的报警功能。
(8)实时数据库为用户分布组态提供极大方便。
(9)支持多种硬件设备实现“设备无关”。
(10)方便控制复杂的运行流程。
(11)良好的可维护性和可扩充性。
(12)用数据库来管理数据存储,系统可靠性高。
(13)设立对象元件库,组态工作简单方便。
(14)实现对工控系统的分布式控制和管理。
总之,MCGS组态软件功能强大,操作简单,易学易用,普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握工程项目的设计和运行操作。
同时使用
MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软,硬件问题,集中精力去解决工程问题本身,根据工程作业的需要和特点,姿态配置出高性能,高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。
1.MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。
用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行,组态环境相当于一套完整的工具软件,它帮助用户设计和构造自己的应用系统那个。
用户组态生产的结果是一个数据库文件,称为组态结果数据库。
运行环境是一个独立的运行系统,它按早组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理,完成用户组态设计的目标和功能。
运行环境本身没有任何意义,必须与组态结果数据库一起工作为一个整体,才能构成用户应用系统。
一旦组态工作完成,运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。
组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡。
由MCGS生成的用户应用系统,其结构由主控窗口,设备窗口,用户窗口,实时数据库和运行策略五个部分构成。
窗口是屏幕中的一块空白,是一个“容器”,直接提供给用户使用。
在窗口内,用户可以放置不同的构件,创建图形对象并调整画面的布局,组态配置不同的参数以完成不同的功能。
2
在MCGS的单机版中,每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口,但可以有多个用户窗口和多个运行策略,实时数据库中也可以由多个数据对象。
MCGS用主控
窗口,设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统得人机交互图形界面,组态配置各种不同类型和功能的对象或构件,同时可以对实时数据进行可视化处理。
2.实时数据库是MCGS的核心
实时数据库相当于一个数据处理中心,同时也起到公用数据交换区的作用.MCGS用实时数据库来管理所有实时数据。
从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库系统其他部分操作的数据也来自于实时数据库。
3.主控窗口构造了应用系统的主框架
主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓,以及运行流程,菜单命令,特性参数和启动特性等项内容,是应用系统的主框架。
4.设备窗口式MCGS系统与外部设备联系的媒介
一个应用系统只有一个设备窗口,运行时,系统自动打开设备窗口,管理和调度所有设备构件正常工作,并在后台独立运行。
注意,对用户来说,设备窗口在运行时时不可见的。
5.用户窗口实现了数据和流程的“可视化”
用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象:
图元,图符和动画构件。
图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画的方法。
动画构件对应于不同的动画功能,它们是从工程实践经验中总结出的常用的动画显示与操作模块,用户可以直接使用。
通过在永和窗口内放置不同的图形对象,搭制多个用户窗口,用户可以构造各种复杂的图形界面,用不同的方式实现数据和流程的“可视化”。
6.运行策略是对系统运行流程实现有效控制的手段
运行策略本身是系统提供的一个框架,其里面放置有策略条件和策略构件组成的“策略行”,通过对运行策略的定义,使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库,控制用户窗口的打开,关闭并确定设备构件的
工作状态等,从而实现对外部设备工作过程的精确控制。
综上所述,一个应用系统由主控窗口,设备窗口,用户窗口,实时数据库和运行策略五个部分组成。
组态工作开始时,系统只为用户搭建了一个能够独立运行的空框架,提供了丰富的动画部件鱼功能部件。
如果要完成一个实际的应用系统,应主要完成以下工作:
首先,在组态环境中庸系统提供的或用户扩展的构件构造应用系统,配置各种参数,形成一个有丰富功能可实际应用的工程;
然后,把组态环境中的组态结果提交给运行环境。
运行环境和组态结果一起就构成了用户自己的应用系统。
3
2课程设计目的
课程设计的目的:
了解PLC各种设计方法.步骤及设计原则;
学以致用,巩固书本知识。
通过课程设计使学生初步具有设计PLC烟丝储存生产线控制系统的能力以及团
结合作的的精神;
进行一次工程技术设计的基本训练,培养学生查阅书籍,参考资料。
上网查寻信息的能力,运用计算机进行工程绘图的能力,编制技术文件的能力等,从
而提高学生解决实际工程技术问题的能力。
3课程设计题目
烟丝储存生产线控制系统设计(示意图如下):
图3烟丝储存生产线示意图
4设计内容及控制要求
设计内容及控制要求:
经过前道工序加工的烟丝从送料皮带送到分配行车上,分配行车上的输送皮带将烟丝送到储丝柜上的铺料行车上,铺料行车上的输送皮带再将烟丝铺到储丝柜中。
如图,分配行车可以左右运行,并根据指令停在指定的储丝柜上方;
铺料行车在储丝柜的两端反复运行,将烟丝均匀铺在储丝柜中。
设定两种运行方式:
①自动方式:
按下启动按钮后,分配行车先运行到1号柜,再运行到2号柜,依次将两个储丝柜装满,如此反复工作;
1号柜装丝时,铺料行车从上端运行到下端,如此往复3次,1号柜满,铺料行车停,分配行车运行到2号柜装丝。
②手动方式:
指定要装的储丝柜,装满后系统停止
利用PLC可编程控制器进行烟丝储存生产线的PLC控制的编程。
4
5I/O口分配
5.1输入:
表5-1:
输入点的说明
序号
名称
输入点
系统启动
X0
系统停止
X1
1号柜上限触点
X2
1号柜下限触点
X3
2号柜上限触点
X4
5
2号柜下限触点
X5
6
分配行车左限触点
X6
7
分配行车右险触点
X7
8
手动方式选择按钮
X10
9
自动方式选择按钮
X11
10
手动1号柜装烟丝
X12
11
手动2号柜装烟丝
X13
5.2输出:
表5-2:
输出点说明
输出点
皮带驱动
Y0
分配行车左行
Y1
分配行车有行
Y2
1号行车上行
Y3
1号行车下行
Y4
2号行车上行
Y5
2号行车下行
Y6
分配行车转动
Y10
1号行车转动
Y11
2号行车转动
Y12
6系统程序流程
系统内部操作与显示的PLC程序:
(1)系统内部有4个按钮,指定要选择的运行方式,按下不同的按钮时,就能完成不
同的运行方式。
首先,以启动系统的程序为例,所得到的程序如下所示:
图6-1启动系统程序梯形图
按下X0按钮后,系统开始运行,X1为停止运行按钮。
开始后Y10得电,开始输出,这里的Y10表示分配行车转动,就是在系统开始运行的时候,分配行车就开始转动。
然后是分配行车左行,到左限位后行车停止,送料车和铺料车都开始转动,开是送烟丝,当烟丝到达铺料行车1的时候铺料行车1就开始上行。
再次,以选择运行方式的程序为例,所得到的程序如下所示:
图6-2选择运行方式程序梯形图
当按下X10后,系统开始执行手动运行方式,再按下X12后,系统开始手动给1好柜装烟丝。
其运行过程和前面自动方式的运行过程大致一样。
(2)每种运行方式有不同的控制要求,要完成不同的运行方式,所以程序也不一样。
首先,以选择自动方式的程序为例,所得到的程序如下:
图6-3自动运行方式程序梯形图
系统开始运行后,分配行车开始转(就是Y10动作),按下自动运行按钮后,分配行车开始左行,到达左限(就是X6动作)的时候,送料车和铺料行车1都开始转动,其中送料车转动是送烟丝,并开始计时,当烟丝刚好到达铺料行车1上的时候计时结束,同时铺料行车1也开始上行,让后就是反复装满1号柜。
装2号柜的时候过程大致相同。
其次,以选择手动方式装1号柜的程序为例,所得程序如下:
图6-4手动方式装1号柜程序梯形图
系统开始运行后,分配行车开始转动,按下手动运行方式装1号柜的按钮X11后,分配行车开始左行,达到限位后开始的动作和上面的自动方式一样的。
7监控系统设计与开发
烟丝储存生产线组态的设计:
我们通过MCGS对烟丝储存生产线进行监控处理。
7.1建立工程
(1)在文件菜单里面单击“新建工程”选项。
(2)选择菜单文件菜单中的“工程另存为”菜单项,弹出文件保存窗口。
(3)在文件名一栏内输入“烟丝储存生产线的模拟控制系统”,点击“保存”按钮,工程创建完毕。
7.2制作工程画面
(1)在用户窗口中单击“新建窗口”,建立“窗口0”。
(2)选中“窗口0”,单击“窗口属性”,进入“用户窗口属性设置”。
(3)将窗口名改为:
烟丝储存控制系统;
窗口标题改为:
窗口位置选中“最大化显示”,其他不变,单击“确认”。
(4)在“用户窗口”中,选中“烟丝储存控制系统”,点击右键,选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项,将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。
(5)本控制系统的模拟用到以下元件:
控制启动方式按钮,传送带,送料车,分配行车等等。
综合效果如下:
图7-1综合效果示意图
7.3定义数据对象
数据对象是构成实时数据库的基本单元,建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。
定义数据对象的内容主要包括:
(1)指定数据变量的名称,类型,初始植和数值范围。
(2)确定与数据变量存盘相关的参数,如存盘的周期,存盘的时间范围和保存期限等等。
表7-1数据对象的定义
类型
注释
开关型
启动按钮
停止按钮
分配行车右行
手动方式按钮
自动方式按钮
储存1号柜按钮
分配行车
数值型
分配行车位移变化
储存2号柜按钮
铺料行车1
铺料行车1位移变化
铺料行车2
铺料行车2位移变化
7.4动画连接
由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的,需要对这些图形对象进行动画设计,真实的描述外界对象的状态变化,达到过程实时监控的目的。
MCGS实现图形动画设计的主要办法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接,并设置相应的动画属性。
在系统运行过程中,图形对象的外观和状态特征,由数据对象的实时采集值驱动,从而实现了图形的动画效果。
以下是分配行车左右行驶的动画连接设置:
图7-2分配行车左右行驶的动画连接设置
以下是铺料行车1上下行驶的动画连接设置:
图7-3铺料行车1上下行驶的动画连接设置
以下是铺料行车2上下行驶的动画连接设置:
图7-4铺料行车2上下行驶的动画连接设置
7.5设备连接
本设备构件用于MCGS读写三菱FX系列中支持232通信协议的PLC设备。
MCGS通过上位机中的串行口设备和PLC上的通讯单元(编程口)建立串行通讯连接,从而达到操作PLC设备的目的。
FX-232设备必须挂接在串口父设备下,串口父设备在通用设备构件中。
串口父设备用来设置通信参数和通信端口。
通信参数必须设置成与PLC的设置一样。
否则就无法通信。
以下是父设备属性设置:
图7-5父设备属性设置图
以下是子设备通道连接:
表7-2子设备通道连接
通道
对应数据对象
通道类型
周期
通信状态标志
读X12
读X0
12
读X13
读X1
13
读Y0
读X2
14
读Y1
读X3
15
读Y2
读X4
16
读Y3
读X5
17
读Y4
读X6
18
读Y5
读X7
19
读Y6
读X10
20
读Y10
读X11
21
读Y11
22
读Y12
7.6编写控制程序
用户脚本程序是由拥护编制的,用来完成特定操作和处理的程序,脚本程序的编程语
法非常类似与普通的BASIC语言,但在概念和使用上更简单直观,力求做到使大多数普通
用户都能正确,快速的掌握和使用。
对于大多数简单的应用系统,MCGS的简单组态就可完成。
只有比较复杂的系统才需要使用脚本程序,但正确的编写脚本程序,可简化组态过程大大提高工作效率,优化控制过程。
下面是自动方式储存烟丝的脚本程序:
ifY1=1and分配行车<
210then
分配行车=分配行车+10
endif
ifY4=1and铺料行车1<
200then
铺料行车1=铺料行车1+10
ifY3=1and铺料行车1>
0then
铺料行车1=铺料行车1-10
ifY2=1and分配行车>
0then
分配行车=分配行车-10
ifY6=1and铺料行车2<
200then
铺料行车2=铺料行车2+10
ifY5=1and铺料行车2>
铺料行车2=铺料行车2-10
对上面的脚本程序的解释:
当Y1动作并且分配行车的移动位移小于210的时候,分配行车开始移动,每次移动的量为10,当分配行车的位移量达到210的时候,就停止移动。
后面的+10表示行车的移动方向为水平向左。
其他的程序解释都一样,只是铺料行车的移动方向不是左右,而是上下,并且+10表示的是向下移动。
8心得体会
通过PLC课程设计,我们知道:
烟丝储存生产线控制系统的某些动作功能,用以按固定程序出料,分配行车移动或铺料行车移动的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,大量减少了工人的劳动量,因而广泛应用于工厂加工装箱方面。
烟丝储存生产线主要由送料皮带、分配行车、铺料行车三大部分组成。
送料皮带主要用于将烟丝传送到分配行车上,而分配行车的水平移动来选择装箱的位置,铺料行车的来回往复运动使箱均匀的装满烟丝。
在学完PLC理论课程后我们做了课程设计,此次设计以分组的方式进行,每组有一个题目。
我们做的是烟丝储存生产线控制系统。
由于平时大家都是学理论,没有过实际开发设计的经验,拿到的时候都不知道怎么做。
但通过各方面的查资料并学习。
我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。
分组工作的方式给了我与同学合作的机会,提高了与人合作的意识与能力。
通过合作,我们的合作意识得到加强。
合作能力得到提高。
在设计的过程中,我们用了分工与合作的方式,每个人负责一定的部分,同时在一定的阶段共同讨论,以解决分工中个人不能解决的问题,在交流中大家积极发言,和提出意见,同时我们还向别的同学请教。
在此过程中,每个人都想自己的方案得到实现,积极向同学说明自己的想法。
通过比较选出最好的方案。
在这过程中也提高了我们的表答能力。
通过这次设计实践。
我巩固了PLC的基本编程方法,对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中,提高了我们的工程素质,在没有做实践设计以前,我们对知道的撑握都是思想上的,对一些细节不加重视,当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候,问题出现了,不是不能运行,就是运行的结果和要求的结果不相符合。
通过解决一个个在调试中出现的问题,我们对PLC的理解得到加强,看到了实践与理论的差距.通过此次课设,让我了解了plc梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解,也让我了解了关于PLC设计原理。
有很多设计理念来源于实际,从中找出最
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