自动送料车PLC控制系统设计Word下载.docx

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【摘要】

可编程序控制器（Programmablecontroller）简称PLC，由于PLC的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，所以PLC的应用领域在迅速扩大。

对早期的PLC，凡是有继电器的地方，都可采用。

而对当今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。

尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不段增强，所以，目前PLC在国内外已被广泛应用于各个行业。

本设计是为了实现送料小车的手动和自动化的转化，改变以往小车的单纯手动送料，减少了劳动力，提高了生产效率，实现了自动化生产！

而且本送料小车的设计是由于工作环境恶劣，不允许人进入工作环境的情况下孕育而成的。

本文从第一章送料小车的系统方案的确定为切入点，介绍了为什么选用PLC控制小车；

第二章介绍了送料小车的应达到的控制要求；

第三章根据控制要求进行了小车系统的具体设计，包括端子接线图、梯形图（分段设计说明和系统总梯形图）和程序指令设计；

最后得出结论。

【关键词】：

PLC送料小车控制程序设计

【ABSTRACT】

ProgrammablelogiccontrollerreferredtoPLC，becauseofthehighreliabilityPLCadaptability，flexibility，environment，useconvenient，simplemaintenance，sotheapplicationofPLCintherapidlyexpanding.InearlyPLC，alwayshaverelaysplace，canuse.Butintoday'

sPLCtocontrolsystemthatalmostsaythereisneedofplaceofPLC.Especiallyinrecentyears，thecostofPLC，functionandnotincrease，so，atthemoment，PLCathomeandabroad，hasbeenwidelyusedinvariousindustries.

Inordertoachievethedesignofthecarfeedthetransformationofmanualandautomated，simpletochangethepast，carmanualfeed，areductionoftheworkforce，increasedproductivity，automatedproduction!

Feedingandthecarisdesignedtobeasaresultofbadworkingconditionsarenotallowedtoentertheworkingenvironmentofthecircumstancesformed.ThisarticlefromthefirstchapterofthefeedsystemofthecaridentifiedasanentrypointtointroduceacarWhychoosePLCcontrol;

ChapterIIintroducedthecarfeedthecontrolrequirementstobemet;

ChapterIIIunderthecontrolofthecarsystemtocarryoutthespecificdesign，includingtheterminalwiringdiagram，ladderdiagram（Sub-totalsystemdesigndescriptionsandladder）andproceduresforinstructiondesign;

thefinalconclusion.

【KEYWORDS】：

PLCFeedingcarControlProgramdesign

第一章绪论

1课题背景

随着近代工厂的发展，在生活，工业上用电都日益显著。

伴着我国的改革开放逐步深入，国民经济日益增长，尤其在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是生产中必不可少工序，搅拌器是其生产过程中十分重要的组组成设备。

但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致现场工作环境十分恶劣，不适合人工操作。

另外，生产要求该系统要具有配料精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。

2研究目的和意义

搅拌器是工业生产中必不可少的生产设备，它的发明和应用使工人工作时变的省时又安全，很好地缓解了企业的生产压力。

而在工业设备市场竞争日益激烈和利润下降的今天，各个生产厂商均致力于开发出能满足企业各种要求的产品，并努力降低生产成本以致增强竞争力。

对于搅拌器的PLC控制系统设计进行深入研究，可使我们掌握搅拌器这种重要企业生产设备的工作原理和控制系统，进一步了解PLC在不同领域的应用方法，同时也为将来从事电子信息行业打下一定基础，所以本题课具有重大的意义。

由于本人所学知识及经验有限，设计中存在一定的疏漏，殷切希望老师和同学批评，提出宝贵建议及意见。

第二章可编程序控制器的基础知识

第一节PLC的概述

一、什么是PLC

可编程序控制器（ProgrammableController）简称PC，为了不与计算机（也称PC））混淆，通常将可编程序控制器成为PLC。

它是电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐步发展成为以微机处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。

目前，PLC已被广泛用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。

国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程序控制器标准草稿第三稿。

在草案中对可编程序控制器定义如下：

“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专业在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存储器，用于在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，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外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。

定义强调了PLC应直接应用于工业环境，必须具有很强得抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围，这是区别于微机控制系统的重要特征。

同时，也强调了PLC用软件方式实现的“可编程”与传统控制装置中通过硬件或硬接线的变更来改变程序有本质区别。

PLC的产生。

20世纪20年代起，人们把各种继电器。

定时器。

接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。

容易掌握。

价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：

设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。

20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：

（1）编程方便，可现场修改程序。

（2）维修方便，采用插件式结构。

（3）可靠性高于继电器控制装置。

（4）体积小于继电器控制盘。

（5）数据可直接送入管理计算机。

（6）成本可与继电器控制盘竞争。

（7）输入可以是交流150V以上。

（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等。

（9）扩展时原系统改变最小。

（10）用户存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车装配过程的需要）。

十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。

二、PLC的发展趋势

PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。

具体表现在以下几个方面。

1.向小型化、专用化、低成本方向发展

随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使PLC结构更为简单，相当与一本精装本书的大小，操作使用十分方便。

PLC的功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。

2.向大容量、高速度方向发展

大型PLC采用多微处理器系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。

另外，存储容量大大增加。

3.智能型我/O模块的发展

智能型我/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的CPU与PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。

4.基于PC的编程软件取代编程器

随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。

编程软件可以对PLC控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。

5.PLC编程语言的标准化

与个人计算机相比，PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。

在硬件方面，各厂家的CPU模块和我/O模块互不通用。

PLC的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可遍程序控制器互不兼容。

为了解决这一问题，IEC制定了可遍程序控制器标准。

标准中共有5种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。

6.PLC通信的易用化

PLC的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。

7.组态软件与PLC的软件化

个人计算机（PC）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。

8.PLC与现场总线相结合

现场总线我/O与PLC可以组成功能强大的、廉价的DCS系统。

9.开发新型特殊功能模块

I/O组件可以提高PLC的智能化、高密集度和增大处理能力。

10.CPU的处理速度进一步加快

目前，PLC的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的CPU也不过80486，将来会全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使PLC的处理速度达到纳秒级。

三、PLC的特点

1.抗干扰能力强，可靠性好

PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。

我/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；

在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。

具体措施主要有以下几个方面：

（1）隔离：

这是抗干扰的主要措施之一。

PLC的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。

这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于PLC的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。

（2）滤波：

这是抗干扰的另一个主要措施。

在PLC的电源电路和输入∕输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。

（3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。

另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。

（4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、看守人（“看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（WDT）规定时间（预示程序进入了死循环），立即报警，以保证CPU可靠运行。

（5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。

（6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。

（7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。

以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。

而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。

2.控制系统结构简单，通用性强

PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。

3.编程方便，易于使用

PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。

梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。

4.功能完善

PLC的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入∕输出。

在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。

由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制我/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。

5.设计、施工、调试、的周期短

用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。

而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。

6.体积小，维护操作方便

PLC体积小，质量轻，便于安装。

PLC的输入∕输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。

7.易于实现网络化

PLC可连成功能很强的网络系统。

8.可实现三电一体化

PLC将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。

四、PLC的主要功能

1.条件控制功能

条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。

2.定时/记数控制功能

定时/记数控制功能指用PLC提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。

3.数据处理功能

数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。

4.步进控制功能

步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。

5.A/D与D/A转换功能

A/D与D/A转换功能是指通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。

6.动控制功能

运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。

7.过程控制功能

过程控制功能是指通过PLC的PID控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。

8.扩展功能

扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制功能。

9.远程I/O功能

远程I/O功能是指通过I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。

10.通信联网功能

通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位机的链接等，实现远程I/O控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。

11.监控功能

监控功能是指PLC能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；

也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制I/O状态。

第二节PLC的基本组成

一、PLC的硬件组成

PLC是微机技术和控制技术相合的产物，是一种以微机处理器为核心的用于控制的特殊计算机，因此PLC的基础组成与一般的微机系统类似。

目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。

主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。

其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。

如图2-1所示，PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。

由此可见，PLC的基本结构有控制部分输入和输出组成。

尽管整体于模块式PLC的结构不太一样，但各部分的功能作用是相同的，下面对PLC主要组成部分进行简单介绍。

1.中央处理单元（CPU）

CPU是PLC的核心，是由控制器和运算器组成的。

运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。

控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。

他的重要功能如下：

1、接收从编程器输入的用户程序和数据。

2、诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编制程序中的语法错误等。

3、通过输入接口接现场的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器中。

4、从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。

5、根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。

有些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。

2.存储器

存储器主要有两种：

一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、EPROM和EEPROM。

在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。

系统程序是由PLC的制造厂家编写的，和PLC的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC运行的平台。

用户程序是随PLC的控制对象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要求而编程的应用程序。

工作数据是PLC运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。

存放在RAM中，以适应随机存取的要求。

3.输入∕输出单元

输入∕输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。

PLC通过输入接口可以检测被控对象进行控制的依据;

同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。

4.通信接口

PLC配有各种通信接口一般都带有通信处理器。

PLC通过这些接口可与监视器、打印机、其他PLC、计算机等设备实现通信。

5.智能接口模块

智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。

它作为PLC系统的一个模块，通过总线与PLC相连，进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。

6.编程装置

编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态忽然参数，与PLC进行人机对话。

它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。

7.电源

PLC配有开关电源，以提内部电源使用。

与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。

对电网提供的电源稳定要求不高，一般允许电源电压在其额定值5%的范围内波动。

许多PLC还向为提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。

二、PLC的软件组成

PLC的软件由系统程序和用户程序组成。

系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。

系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。

PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。

在PLC的应用中，最重要的是PLC的编程语言写用户程序，以实现控制目的。

由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专门的语言。

PLC编程语言是多种多样的，对于不同生产厂商、不同系列的PLC产品采用的编程语言的表达也不同，但基本上可归纳两种类型：

一是采用字符表达方式的编程语言，如语句表等；

二是采用图形符号表达方式的编程语言，如梯形图等。

第三节PLC的基本工作原理

一、扫描工作原理

当PLC运行是，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，但只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。

由于CPU的运行处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（运行）完成。

这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。

用扫描工作的方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储器顺序的先后，逐条执行演化成需知道程序结束。

然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。

PLC的扫描工作凡是与电气控制的工作原理明显不同。

电器控制装置采用硬逻辑的并行工作方式，如果某个继电器的线圈通电或断电，那么该继电器的所有常开或常闭触点不论处在控制线路的哪个位置上，都会立即同时动作；

而PLC采用扫描工作方式（串行工作方式），如果某个软继电器的线圈被接通或断开，其所有的触点不会立即动作，必须等扫描到该时才会动作。

但由于PLC的扫描速度快。

通常PLC与电器控制装置在I/O的处理结果上并没有什么差别。

二

、PLC扫描工作过程

PLC的扫描工作过程除了执行用户程序外，在每次扫描工作过程中还要完成内部处理、通信服务工作。

如图3-1所示，整