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1、专业综合设计与实践报告书2011 /2012 第 2 学期 专 业 电气工程及其自动化 班 级 08电Y1 学 号 姓 名 二级学院：电子信息与电气工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：08电Y1学生姓名指导老师史建平职称副教授课题名称现代物流模拟系统设计与实践课 题 工 作 内 容一、.根据指导书的要求完成所选模块电气原理图的测绘与设计：a) 主回路电路图b) PLC的接线图c) 模块中各类电机的驱动电路图d) 阀门的控制电路图二、根据测绘与设计给出PLC输入输出分配表。三、编制模块的PLC梯形图，并连机调试。四、撰写报告书。五、考核（注：现代物流模拟系统分为四个模块，每个学生根据任务分
2、配，选择其中一个模块，在二周内完成上述内容。四个模块的名称如下，请在所选模块的方框内打。）1装配单元 2缓冲单元 3堆垛单元 4仓储单元 指标（目标）要求1、 设计的控制程序能达到控制要求并上机调试通过。2、图纸符合规范。进程安排第1天：布置任务，熟悉课题及系统。第23天：电气原理与测绘设计。第4天：绘制各类电气原理图 。第57天：PLC梯形图的设计。第89天：调试。第10天：撰写报告、考核。主要参考文献可编程序控制器应用技术李建兴 机械工业出版社电气控制与可编程控制技术史国生 化学工业出版社可编程控制器应用技术实训指导李俊秀 化工工业出版社地点1院士楼2院机房起止日期2012.2.20-20
3、12.3.2 指导教师： 200 年 月 日目 录第一章 概 述51.1 PLC的起源51.2 三菱PLC分类与特点51.3 三菱PLC的内部结构与工作原理61.4 FX-2N系列PLC的指令系统91.5 FX-2N系列编程软件简介11第二章 系统总体方案132.1 模拟物流生产线简介132.2 模拟物流系统总设备清单14第三章 基于三菱PLC堆垛单元实训153.1 堆垛单元认知153.1.1 实训目的153.1.2 实训要求153.1.3 实训器材153.1.4 实训操作要点153.1.5 实训内容163.2 二次堆垛193.2.1 实训目的193.2.2 实训要求193.2.3 实训器材1
4、93.2.4 实训操作要点193.2.5 实训内容193.2.6 实训步骤21第四章 小结22附录一23附录二24附录三25第一章 概 述1.1 PLC的起源可编程控制器简称PLC（Programmable Logic Controller），在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：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
5、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。1.2 三菱PLC分类与特点 三菱PLC以其高性能，低价格迎合了中国工控行业的需要，在国内得到了广泛的应用。三菱PLC产品系列丰富，可以广泛满足不同用户的需要。（一）三菱PLC按系列分类可分为以下7个种类1、FX1S系列此种系列属于一种集成型小型单元式PLC。且具有完整的性能和通讯功能等扩展性。如果考虑安装空间和成本是一种细想的选择。2、FX1N系列是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用提供最大的灵活性和控制能力。
6、3、FX2N系列是三菱PLC家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 4、FX3U系列是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC，可能称得上是小型至尊产品。基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了三轴独立最高100KHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。5、FX1NC FX2NC FX3UC系列在保持了原有强大功能的基础上实现了极为可观的规模缩小I/O型接线借口降低了接线成本，并大大节省了时间。6、Q系列三菱电机公司推出的大型PLC，CPU类型有基本型CPU，
7、高性能型CPU，过程控制CPU，运动控制CPU等。可以满足各种复杂的控制需求。7、A系列使用三菱专用顺控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC。（二）如果按型号大小分类，可分为以下3个种类：1、小型三菱PLC小型PLC目前正代表着整个PLC的一种发展方向，各大PLC生产商正瞄准了这个趋势，使得小型三菱PLC正占据着时代优势。小型三菱PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小，结构紧凑，整个硬件融为一体，出了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。小型三菱PLC能执行包括逻辑运算、计时、计数、算数运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。2、中型
8、三菱PLC此种PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O的处理方式出了采用一般PLC通用的扫描处理方式以外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。3、大型三菱PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型三菱PLC。大型三菱PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型三菱PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。1.3 三菱PLC的内部结构与工
9、作原理（一）PLC的内部结构 PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。1、CPU的构成 PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台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
10、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，与通用计算机一样，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，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 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。 CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。 CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也
11、是在控制器指挥下工作。 CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。2、I/
12、O模块 PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，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。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。3、电源模块 有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。4、底板或机架大多数模块式PLC使用
13、底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。（二）PLC的工作原理 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根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的扫描一个周期必经输入采样、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
14、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，执行的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。（三）三菱PLC的外部结构三菱公司的FX系列PLC是比较具有代表性的微型PLC，除具有基本的指令表编程以外，还可以采用梯形图编程及对应机械动作流程进行顺序设计的SFC（Sequential Function Chart)顺序功能图编程，并且这些程序可以互相转换。在FX系列PLC中设置了告诉计数器扩大了PLC的应用领域。图1.3.1为FX2N-64MR的主机外形图。其面板部件如图中注视。详细接线端子图见图1.3.2。采用继电器输出，输出侧左端4个点公用一个COM端，右边多输出点公用一个COM端。输出的COM比输入端要多，
