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1、学 号 1322020312天津城建大学建筑设备电气控制课程设计设计说明书生产线自动装箱的电气控制系统设计 起止日期： 2015 年 12 月 28 日 至 2016 年 01 月 01 日学生姓名班级智能*班成绩指导教师(签字)控制与机械工程学院 2016年 01月 01日目 录第 1 章 可编程控制器基础知识 1 PLC（可编程控制器） 1第2章 生产线自动装箱系统设计介绍772.2 生产线自动装箱系统的PLC控制程序设计与调试设计要求72.3 生产线自动装箱系统的PLC控制程序的设计与调试设计思想7第3章 生产线自动装箱PLC控制系统的硬件电路设计93.1生产线自动装箱PLC控制系统运行
2、框图93.2生产线自动装箱PLC控制系统器件选择93.3生产线自动装箱PLC控制系统PLC选型 123.4 生产线自动装箱PLC控制系统I/O分配表12I/O接线图13控制系统主回路和控制回路接线图及控制箱内设备布置图14第4章 生产线自动装箱PLC控制系统的程序设计154.1生产线自动装箱PLC控制程序的梯形图1515结论16设计总结17参考资料18附录19第一章 可编程控制器（PLC）基础知识PLC的发展历程与定义：1968年，美国通用汽车公司要求用新的电器控制装置取代继电器控制装置，对外公开招标。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程逻辑控制器（PLC）。从此开创
3、了可编程逻辑控制器时代。最初，可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，只能进行计数、定时及开关量的逻辑控制，随着计算机技术的发展，可编程逻辑控制器的功能不断扩展和完善，变成实际意义上的一种工业控制计算机。1987年2月，国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计制造的计算机。显然它是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的语言编程，是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新型通用工业控制装置。PLC的构成：PLC虽然外观各异，但是其硬件结构却大体相同
4、。主要有中央处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM)、输入输出器件(I/O接口)，电源及外接编程器构成(如图2-1)。这些模块可以按照一定规则组合配置。1）中央处理器（CPU）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，去指挥有关控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器以及实现他们之间联
5、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，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。2) I/O接口输入输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接
6、的部分。输入输出接口用来接收生产过程的各种参数。输出接口用来可编程控制器运算后的控制信息，并通过机外的执行机构完成丁业现场的各种控制。生产现场对可编程控制器接口的要求一是要有较好的抗十忧能力，二是要能满足工业现场各类信号的匹配要求，因此厂家为可编程控制器设计了不同的接口单元。主要有以下几种： (1)开关量输入接口。 (2)开关量输出接口。 (3)模拟量输入接口。（4)模拟量输出接口。 (5)智能输入输出接口。3)电源可编程控制器的电源包括为可编程控制器各工作单元供电的开关电源以及掉电保护电路供电的后备电源，后备电源一般为电池。4)存储器存储器是可编程控制器存放系统程序，用户程序及运算的单元。和
7、计算机一样，位置都有严格的划分。由于可编程控制器是为了熟悉继电接触器系统的工程技术人员使用的，可编程控制器的数据单元都叫继电器。不同的用途的继电器在存储区中占有不同的区域。每个存储单元有不同的地址编号。5)外部设备编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，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，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，日前一般由计算机(运行编程软件)充当编程器。也就是我们系统的上位机。可编程控制器还配有其他的一些外部设备：盒式磁带机，打印机，EPROM写入器和高分辨率大屏幕彩色图形监控系统。PLC的工作原理：P
8、LC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或IO扫描力式，当有按键按下或IO动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。实际上，PLC扫描工作除了执行用户程厅外，
9、还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。如图2所示。用户输入设备用户输出设备程序执行输出端子输出寄存器输出映像寄存器输入端子输入锁存器输入映像寄存器 输入采样 程序执行 输出刷新 一个扫描周期 图2 PLC工作原理PLC的工作方式：1)自诊断每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括IO部分、存储器、CPU等，并通过CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，如果发现异常，则停机并显示出错。若自诊断正常，则继续向下扫描。2)通讯服务PLC检杏是否有与编程器、计算机等的通讯要求，若有则进行相应处理。3)输入处理PLC在输入
10、刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入缩存器中写入所有输入端子的状态或数据，并将其存入内存中为其专门开辟的暂存区输入状态映像区中，这一过程称为输入采样，或是如刷新，随后关闭输入端口，进入程序执行阶段，即使输入端有变化，输入映像区的内容也不会改变。变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。4)输出处理 同输入状态映像区一样，PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区。当程序的所有指令执行完毕，输出状态映像区中所有输出继电器的状态就在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器中，并通过一定的输出方式输出，推动外部的相应执行器件工作，这就是PLC输出刷新阶段。5)程序执行PLC在
11、程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令。从输入状态映像区读出输入信号的状态，经过相应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区。通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。输入刷新和输出刷新称为IO刷新。可以看出，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行，对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。这种方式称做集中采样、集中输出。PLC软件系统PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中，不能
12、直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序(也就是逻辑控制)用来实现各种控制。FXGPWIN是用于三菱可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用FXGPWIN来进行硬件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果的在线监视。PLC提供的编程语言PLC采用最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是指令表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用指令形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。虽然一些高档的PLC还具有与计算机兼容的c语言、BASIC语言、专用的高级语言(
13、如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP)，还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。1）编程指令指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是完全札同的。同时PLC也有编译系统，它叫以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字(可用多国文字)的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。2）指令系统一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然十分丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统。3）程序PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。4）梯形图梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后
