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1、. . . . 海洋大学职业技术学院电气控制与PLC课程设计 题 目： 运料小车控制与交通信号灯控制系统 指 导 教 师： 秀玲 姓 名： 段一平 2010 年 12 月14日 / 课程设计成绩评定专 业应用电子技术班 级电子08班姓 名段一平学 号20081229教研室主任秀玲指导教师秀玲指导教师评语： 签字： 年 月 日 设计成绩： 签字： 年 月 日 前 言PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC存中的程序，进行入出信息变换实现控制。PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。
2、普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以与信息的使用等问题。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。随着电子技术的飞速发展， 人们对于生产过程提出了更高的要求，然而由于控制过程与对象越加复杂，因此要实现生产加工过程的理想控制就更加困难。可编程控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。它是20世纪70年代以来，随着社会生产的发展和技术进步，工业生产自动化水平的日益提高与微电子技术的飞速发展， PLC的功能和性能已经有了很大的提高，从当初用于逻辑控制和顺序
3、控制领域，扩展到运动控制和过程控制领域。现在的可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。它以其功能强大、可靠性高、编程简单、使用方便以与体积小、功耗低等突出的优越性，迅速普与并成为当代工业自动化的支柱设备之一。 这次课程设计服从于电气控制与PLC课程设计指导书与任务书的要求，编写时力求结合编程与调试实际过程、突出PLC应用与特点。其中可编程控制器为松下FP1系列，包括PLC硬件组成、工作原理、基本指令，PLC实例两项，并通过在网上和图书馆查阅相关文献以与对老师进行咨询，并且亲自进行编程调试
4、达到控制的要求和目的。由于现代化工行业的发展都离不开物料的混合和加热处理，且严格要求精度和时间；交通等的出现不仅减少了交通事故，使人们的出行安全有了一定的保障，而且现代化社会建设也已经少不了交通等的的支持，因此这次课程设计以这两项为主题进行编写。设计的第一部分主要对PLC的定义与产生、特点与应用、工作原理、结构组成、主要性能和指标技术、编程语言进行简要介绍。本次课程设计在编写过程中参考了有关文献资料，在此，对文献资料的编写者表示衷心意。由于学生水平有限，难免有错误和疏漏，恳请老师提出宝贵意见。目 录第一部分 PLC的基本知识11.1PLC的概述11.2.PLC的产生与定义11.3.PLC的特点
5、与应用21.3.1.PLC的特点21.3.2.PLC的应用21.4.PLC的工作原理2第二部分小车运送物料的总体设计32.1控制要求：32.2系统硬件设备配置42.2.1运料小车控制的主回路设计42.2.2、分析控制要求，确定输入、输出设备52.2.3 分配I/O接口62.2.4I/O外围接线图62.2.5 PLC的选型7第三部分控制系统设计83.1控制功能图以与逻辑表达式83.1.1功能图表达式83.1.2逻辑表达式103.1.3根据逻辑表达式画出梯形图10第四部分系统调试结果分析114.1 结果分析114.2系统调试与解决的问题114.2.1调试114.2.2检查电路11第五部分交通信号灯
6、系统控制125.1.设计目的125.2.设计要求125.3.I/O分配表135.4.梯形图135.5时序图145.6.I/O硬件连接图143.7.指令表15心得体会16参考文献17第一部分 PLC的基本知识1.1PLC的概述可编程控制器（Programmable Logical Controller）是一种将计算机技术用于自动控制领域的新型工业控制装置。它以微处理器为核心，通过数字量或模拟量的输入、输出来控制机械设备和生产过程。它把计算机的编程灵活、功能齐全的优点与继电器系统的控制简单、使用方便、价格便宜等优点结合起来，已成为21世纪工业自动化的主流控制系统。1.2.PLC的产生与定义早期工业
7、生产中广泛使用的电器自动控制系统是继电器-接触器控制系统，简称继电器控制系统，但这种系统体积大、耗电多、可靠性差。随着20世纪工业生产的迅速发展，市场竞争越来越激烈，工业产品更新换代的周期日趋缩短，新产品不断涌现，传统的继电器控制系统难以满足现代社会小批量、多品种、低成本、高质量生产方式的生产控制要求，为了改变这一现状，在1968年美国通用汽车公司（GM公司）为适应生茶需要，提出要用新型控制装置取代继电器-接触器控制，要求新一代控制系统应具备10项技术指标，即： 1、编程方便，现场可修改程序；2、维修方便，采用模块化结构；3、可靠性高于继电器控制装置；4、体积小于继电器控制装置；5、数据可直接
8、送入管理计算机；6、成本可与继电器控制装置竞争；7、输入可以是交流115V；8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9、在扩展时，原系统只要很小变更；10、用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。 根据这些需要，美国设备公司（DEC公司）于1969年研制成了第一名可编程序控制器，型号为PDP-14，并成功地应用于GM公司的汽车生产线控制，取得满意得效果。随后，日本、德国等也相继研发出自己的PLC。从此开创了PLC开发和应用的新纪元。PLC自问世以来，发展迅速，在工业控制领域得到十分广泛的应用。为了规PLC的 生产和发展，统一PLC的标准，国际电工委员会（IEC）在1987年
9、2月颁布的第三稿中给PLC做了如下定义：“PLC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。它采用可编程的存储器，用来其部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算操作等面向用户的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC与其有关设备都应该按易于与工业控制系统联成一体、易于扩充其功能的原则设计。 1.3.PLC的特点与应用1.3.1.PLC的特点1.可靠性高、抗干扰能力强2.功能完善、扩展方便、组合灵活、实用性强3.编程简单、使用方便4.体积小、质量轻，是实现“机电一体化“的理想产品5.性价比高1.3.2.PLC的应用根据PLC在工业控制中的
10、特点，可将其应用形式归纳为以下几个类型：1. 开关量逻辑控制2. 机械运动控制3. 过程控制与构成集散控制系统（DCS）4. 数据处理5. 通信和联网1.4.PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式。从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序，直至遇到结束符，完成一次扫描，然后再返回第一条指令，开始心意乱扫描，这样周而复始地反复进行。在PLC的一个扫描周期中主要有输入采样、程序执行和输出处理三个阶段：1. 输入采样阶段（输入刷新阶段）PLC在系统程序控制下以扫描方式顺序读取输入端口的状态（如开关的接通或断开），并写入输入状态寄存器（输入映像寄存器），此时输入状态寄存器被刷新。然后转入程序执
11、行阶段，在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的容也不会改变，只能等到下一扫描周期输入采样到来时，才能从新读入。2. 程序执行阶段PLC按照“先左后右，先上后下“的顺序扫描执行每一条用户程序。执行程序时所用的输入输出变量，从相应的输入输出状态寄存器中取用，并将运算结果写入输出状态寄存器（输出映像寄存器）。3. 输出处理阶段（输出刷新阶段）CPU在执行完所有的指令后，把输出状态寄存器中的容转存到输出锁存器中，并通过输出接口电路将其输出，来驱动PLC的外部负载，控制设备的相应动作，形成PLC的实际输出。第二部分 小车运送物料的总体设计小车自动运料系统，由于其控制简单，成本低，因此广泛
12、应用与车站、码头、仓库、矿井等生产场所。但传统的接触继电器控制系统，有着其自身的缺点。例如：整个运行过程中，小车的速度很难设定，如果太快，启动和制动时由于存在小车惯性很容易造成物料的掉落、抛洒，这样就不能实现安全的启动。随着经济的不断发展，运料小车的应用也不断扩大到各个领域。早期运料小车电气控制系统多为继电器-接触器组成的复杂系统,这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷,几乎无数据处理和通信功能,必须有专人负责操作。现将PLC应用到运料小车电气控制系统,可实现运料小车的自动化控制,降低系统的运行费用。PLC运料小车电气控制系统具有连线简单,控制速度快,精度高,可靠性和可维护性好,安装、维
13、修和改造方便、设计施工调试周期短等优点。在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。用PLC程序实现运料小车自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。本文以松下电工FP0系列PLC为例，提出基于运料小车自动往返顺序控制的五种PLC程序设计方法。松下电工可编程控制器-FPO有以下特点：1. 富的指令操作2. 快速的CPU处理速度3. 大程序容量4. 功能强大的编程工具5. 强大的网络通信功能这些都使松下系列的PLC得到了市场的认可，
14、即使其电工产品进入中国市场较晚，但由于其强大的功能还有不少独到之处所以一经推出就备受用户关注。2.1控制要求：运料小车自动往返顺序控制系统示意图，如图1所示，小车在启动前位于原位后限位开关SQ1处，一个工作周期的流程控制要求如下：1） 按下启动按钮SB1时，按下启动按钮SB，小车从原位出发当到达前限位开关SQ2处，停止。2） 小车在SQ2处停留8秒装料，8秒后小车后退前进驶向后限位开关SQ1处，到达后停6秒卸料并再次前进，然后开始下一轮循环工作。3） 若按下停止按钮SB，则小车运动过程中顺时停止工作。4） 如此循环往复。运料小车自动往返顺序控制系统示意图2.2系统硬件设备配置程序的经验设计法是根据被控对象的要求，在典型单元程序的基础上，做一定的修改和完善。适用于简单梯形图程序的设计。主要的特点是：程序的设计质量和耗费的时间与设计者的经验有很大关系，同时梯形图的可读性差。2.2.1运料小车控制的主回路
