毕业设计（论文）-基于PLC控制的配料小车电动机控制系统.docx

学号：20140701110*成都* * *职业学院毕业论文论文题目基于PLC控制的配料小车电动机控制系统专业名称 电 气 自 动 化 指导教师 王 * 全 学生姓名 * 文 * 2016年12月目录摘要1前言11. 可编程逻辑控制器11.1可编程逻辑控制器的产生21.2可编程逻辑控制器的特点21.3可编程逻辑控制器的发展41.4可编程逻辑控制器的发展趋势42. 设计要领52.1设计工艺流程52.2控制要求53. 方案设计63.1设计要领63.2方案选择63.3 设计流程图74. 总体设计84.1 PLC的选择94.2软件选择94.3 按钮开关的选择104.4 电动机的选择105. 梯形图设计115.1 PLC主程序的设计115.2自动模块设计145.3急停模块设计146. 控制说明与I/O口分配156.1 I/O口分配156.2控制说明167. PLC外部输入、输出接线图168. 心得体会179. 参考文献171摘要：本毕业设计介绍了可编程序控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、特点、分类、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知识及PLC控制系统等相关知识。可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业生产所控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序的方式进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。关键字：PLC 密码锁 可编程控制器前言：可编程逻辑控制器，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器：电员、中央处理器、存储器、输入输出接口、功能模块、通信模块组成。在当今社会中发挥着重大作用！1、可编程逻辑控制器可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以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指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。1.1可编程逻辑控制器的产生20世纪60年代，美国的汽车生产技术相对成熟，汽车制造业竞争激烈，导致汽车产品不断更新，生产线也随之频繁改变。而当时的自动控制装置是继电接触器控制系统，要改变工艺十分困难，这不仅阻碍了产品更新换代周期，而且可靠性不高。1968年，美国通用汽车公司(GM)为适应这种工艺不断更新的需求，提出一种设想。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台PLC，应用于GM的汽车自动生产线，获得了极大的成功。这项新技术的成功使用，在工业界产生了巨大影响，从此，PLC在世界各地迅速发展起来。1.2可编程逻辑控制器的特点1.可靠性高，抗干扰能力强平均故障间隔时间长故障修复时间（平均修复时间）短任何电子设备产生的故障，通常为两种：偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。2 .通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3.功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4.编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。5.减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24128点。1.3可编程逻辑控制器的发展从1969年到20世纪70年代初期。主要特点：CPU由中、小规模数字集成电路组成，存储器为磁心存储器。20世纪70年代末期。主要特点：采用CPU微处理器，存储器也采用了半导体存储器，不仅使整机的体积减小，而且数据处理能力有很大提高，增加了数据运算、传送、比较等功能；实现了对模拟量的控制；软件上开发出自诊断程序，使PLC的可靠性进一步提高。20世纪70年代末期到20世纪80年代中期。主要特点：由于大规模集成电路的发展，PLC开始采用8位和16位微处理器，使数据处理能力和速度大大提高；PLC开始具有了一定的通信能力。20世纪80年代中期到20世纪90年代中期。主要特点：超大规模集成电路促使PLC完全计算机化，CPU已经开始采用32位微处理器；数学运算、数据处理能力大大提高，增加了运动控制、模拟量PID控制等，联网通信能力进一步加强；PLC功能在不断增加的同时，体积在减小，可靠性更高。在此期间，国际电工委员会( IEC)颁布了PLC标准，使PLC向标准化、系列化发展。20世纪90年代中期至今。主要特点：PLC使用16位和32位微处理器，运算速度更快、功能更强，具有更强的数值运算、函数运算和大批量数据处理能力；出现了智能化模块，可以实现对各种复杂系统的控制；编程语言除了传统的梯形图、助记符语言之外，还增加了高级编程语言。1.4可编程逻辑控制器的发展趋势PLC自问世以来，经过几十年的发展，PLC的功能越来越强大，应用范围也越来越广泛，其足迹已遍及国民经济的各个领域，但PLC的主要应用领域是自动化。不同的企业对自动化程度的要求都不相同。不仅需要发展适合于大、中型企业的高水准的PLC网络系统，而且也要发展适合小型企业、性能价格比高的小型PLC控制系统。所以PLC控制系统将朝着两个方向发展：一是向小型化、微型化方向发展，作为控制系统的关键设备，PLC将朝着体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的方向发展；二是向大型化、网络化、多功能方向发展。2、设计要领本次毕业设计在根据基于PLC控制的配料小车电动机控制系统的设计要求下，满足其设计要求。本次设计主要是通过PLC可编程逻辑控制器来控制小车进行装料与卸料。PLC的应用使得装料、卸料自动化，从而推动工业自动化！2.1设计工艺流程配料系统工艺流程示意图如图一所示。配料系统PLC控制系统设有自动工作与手动点动工作转换开关，自动工作时设有启动按钮，停止按钮和急停按钮。手动点动工作时设有运料小车正向点动按钮和反向点动按钮等。图一2.2控制要求1、在原位 SQ1 时，按下启动按钮时，配料小车甲料斗先装料 5 秒钟,然后乙料斗装料 2 秒钟。在配料小车装料运行过程中（包括前进与后退运行过程）,当配料小车到达相应行程开关 SQ3 或 SQ4 时停车装料。甲料斗装料由KM1 控制, 乙料斗装料由 KM2 控制。2、 当配料小车装料完毕后当配料小车到达相应行程开关 SQ2 时停车卸料。由 KM4 控制卸料 5秒钟。3、 卸料完成后，配料小车电动机先以驶向清洗阀处，当配料小车到达相应行程开关 SQ5 停车清洗。由KM3 控制清洗小车 6 秒钟。4、 小车清洗完毕，反向运行退回装料处,继续按照原有配料方式进行装料, 然后再卸料，清洗，如此不断自动循环工作。5、 按停止按钮后，配料小车在本次装料、卸料、清洗完成后，以反向运行驶向原点，当配料小车到达相应行程开关 SQ1 停车。6、 当按了急停按钮时，配料小车立即停在原处，由手动点动工作进行处理。在手动点动工作时，配料小车可通过正向点动按钮和反向点动按钮进行正向点动和反向点动以便对设备进行调整，检修和事故处理。3、方案设计在明确本次设计要求后,针对本次设计要求,给出设计方案。设计方案在满足设计要求的情况下既要做到节约成本，又要简洁、易懂。本设计在基于PLC的基础上对送料小车进行自动化控制或者手动控制。3.1设计要领本设计旨在基于PLC上操作，其设计要领主要有：1、 送料小车装设有自动与手动控制。2、 对于送料小车到达相应行程开关时的对应动作。3、 小车到达漏斗时漏斗的动作以及严密的漏斗动作计时。4、 小车装料完毕后后退控制以及小车到达卸料区的相应动作。5、 对于整个小车系统的停止控制、急停控制以及正反向控制。3.2方案选择本设计由于采用PLC控制，对于PLC编程语言来说其编程指令较多，可以通过步指令、顺序控制。本设计采用步指令来对PLC进行编程。步指令控制其要领主要是在满足设计要求的每一个点上编写对应的步指令梯形图来达到相应功能。3.3 设计流程图本次毕业设计在通过对毕业设计要求后，根据其设计的具体要求，将要求划分为诸多步，在每步的基础上进行设计，以达到设计要求。启动到达行程开关SQ4是计时5秒钟甲料斗动作是否计时2秒钟乙料斗动作是否否小车前行到达行程开关SQ3小车后退 到达卸料出SQ2卸料否计时2秒钟是小车前行否到达行程开关SQ5是清洗否计时6秒钟是结束4.总体设计总体设计在满足设计要求的情况下，通过不断优化设计方案达到设计最优化。总体设计将从以下几个方面进行设计选择其中包括对于PLC机型选择、外部设备开关选择、电动机的选择。4.1 PLC的选择本次设计采用的时三菱的PLC FN1N系列如图三所示，之所采用三菱FN1N系列旨在节约成本，三菱FN1N系列其共有40个点（24个输入端子、16个输出端子）。图三4.2软件选择三菱PLC采用GX Works2软件进行编程如图四所示。GX Works2是一款集编程与仿真为一体的综合编程软件。在软件上既可以对PLC进行编程也可以对模拟PLC进行调试。4.3 按钮开关的选择此设计的按钮开关选择的型号为LA38-11S自锁按钮开关，详情见图四。图四4.4 电动机的选择 此设计采用的电动机为三相交流异步电动机，其具体型号为YS6324。5.梯形图设计梯形图的设计与编写是重中之重，梯形图作为PLC可以识别的语言之一，其梯形图的编写直接影响设备工作要求以及工作稳定性。5.1 PLC主程序的设计图五 5.2自动模块设计图七5.3急停模块设计图八6. 控制说明与I/O口分配6.1 I/O口分配图十功能对应端子启动X1停止X6急停X7正向点动X10反向点动X11SQ1X0SQ2X4SQ3X2SQ4X3SQ5X5KM1Y1KM2Y2KM3Y5KM4Y4KM5Y0KM6Y36.2控制说明本设计在初次使用时PLC给一个M8002的脉冲信号，此脉冲信号对PLC的时间继电器进行清零。当小车在出发点时，通过按下启动按钮(行程开关)，PLC输出Y0后，小车在接受信号后向前行驶，在受到开关（行程开关）的影响下，小车停下来，此处通过PLC对小车前进进行复位，以达到小车停下来进行装料。在装料的过程中，我们通过PLC的内部时间继电器对整个小车进行装料并计时，在时间到达后，利用时间继电器的达到时间后常开触点变为常闭触点来小车继续向前行驶。在受到开关（行程开关）的影响下通过PLC进行禁止输出停下小车，在通过PLC的内部时间继电器对小车装料时间进行计时，通过装料并计后，用时间继电器常开常闭触点来控制小车进行下一道工序。在时间继电器触点常开变常闭后，小车通过输出Y3，使小车向着反方向行驶，在受到开关的影响下又进行卸料和计时，在时间达到后小车开关方向驶去，进行清洗，在清洗完毕后退回原点，并继续重复前面工作。在需要停止时通过停止按钮，小车在受到信号后完成一整套工序后停在原点停止。当按下急停开关后通过特殊信号M8034来禁止全部输出，在禁止输出后小车进行急停，在急停时通过点动开关对小车进行操作。7. PLC外部输入、输出接