机械滑台工艺流程控制系统设计

电气与自动化工程学院实训评分表 课程名称 PLC 控制技术实训 实训题目 机械滑台工艺流程控制系统设计 班级 电气 101 学号 姓名 陆敬博 项目评分比例得分 实训平时表现30 实训答辩50 实训报告20 实训总成绩 指导老师 许仙珍 2013 年 7 月 4 日 常 熟 理 工 学 院 电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院 PLC 控制技术实训控制技术实训 题目 机械滑台工艺流程控制系统设计 姓 名 陆敬博 学 号 班 级 电气 101 指导教师 许仙珍 起止日期 2013 6 24 2013 7 2 目目 录录 1 设计任务书 1 1 1 设计任务 1 2 设计目的及要求 1 3 设计内容及报告要求 2 基础实训项目一 2 2 1 I O 地址分配表 2 2 程序 3 基础实训项目二 5 3 1 I O 地址分配表 3 2 程序 4 综合型自主实训项目 10 1 总体设计方案 1 1 方案的确定 1 2 设计方案 2 I O 地址分配表 2 1 I O 模块的地址分配 3 顺序功能图 梯形图及指令表 3 1 顺序功能图 3 2 梯形图 3 3 程序说明 4 程序的调试运行及其结果 4 1 手动控制的调试运行及结果 4 2 单步控制的调试运行及结果 4 3 自动循环控制的调试运行及结果 5 个人小结 29 6 参考文献 30 PLC 控制技术实训报告 第 0 页 一 任务书 PLC PLC 控制技术控制技术 实训任务书实训任务书 题目 机械滑台工艺流程控制系统设计 三 题目 机械滑台工艺流程控制系统设计 三 实训学生需要完成 2 个基础实训项目和 1 个综合型自主实训项目的训练 一 基础实训项目一 一 基础实训项目一 霓虹灯的霓虹灯的 PLCPLC 控制系统的设计控制系统的设计 一 实训目的 1 进一步巩固掌握 PLC 基本指令功能的及其运用方法 2 根据实训设备 熟练掌握 PLC 的外围 I O 设备接线方法 3 初步掌握 PLC 程序设计方法 养成良好的设计习惯 培养基本的设计能力 二 实训设备 三相交流电源模块 直流电源模块 PLC 主机单元模块 数字量输入模块 霓虹灯显示模块 个 人计算机 PC PC MPI 编程电缆 三 工艺控制要求 按下启动按钮 灯 A 亮 1 秒 接着灯 B C D E F G H I 亮 1 秒 之后灯 J1 J2 K1 K2 L1 L2 M1 M2 N1 N2 O1 O2 也被点亮 1 秒后 灯 J1 J2 K1 K2 L1 L2 M1 M2 N1 N2 O1 O2 熄灭 再过 1 秒 灯 B C D E F G H I 熄灭 同样再过 1 秒后 灯 A 熄灭 紧接着过 1 秒灯 A 再次被点亮 重复以上过程 循环往复 按下停止按钮后 所有灯都熄灭 四 实训内容 1 进行 PLC 的 I O 地址分配 并画出霓虹灯的 PLC 控制系统的接线图 2 设计由 PLC 控制的霓虹灯梯形图程序 3 输入自编程序 上机调试 运行直至符合动作要求 二 基础实训项目二 模拟量采集与数据处理的综合应用二 基础实训项目二 模拟量采集与数据处理的综合应用 一 实训目的 1 掌握 PLC 中模拟量输入 输出的基本工作原理 2 掌握数据处理指令的运用方法 3 掌握功能 功能块的应用 中断组织块 OB35 用法 4 掌握 DB 块建立与数据访问方法 二 实训设备 三相交流电源模块 直流电源模块 PLC 主机单元模块 数字量输入模块 模拟量输入模块 模 拟量输出模块 个人计算机 PC PC MPI 编程电缆 三 实训项目原理与要求 1 用模拟量输入模块模拟温度测量变送器 假设当温度是 0 时 对应电位器输出 0V 电压 假 设当温度是 100 时 对应电位器输出电压 10V 电压 用 PLC 模拟量输入模块采集电位器电压 使用 OB35 实现采集温度数据 数据采集频率是 1 次 秒 进行标度变换 数据存储在共享数据块 DB2 相应 的存储单元中 并在触摸屏上显示出温度值 PLC 控制技术实训报告 第 1 页 2 用模拟量输出模块模拟电动执行器 电压为 0V 时 执行器开度为 0 电压为 10V 时执行器开 度为 100 用 PLC 模拟量输出模块控制执行器 控制量数据输出频率是 1 次 秒 用 OB35 块的方法控 制执行器 控制量多少采用触摸屏输入 四 实训项目的步骤 1 根据项目要求拟定 I O 地址分配表 画出外部接线图 并进行接线图线路连接 输 入 设 备 输 出 设 备 序 号名 称代 号地 址序 号名 称代 号地 址 1开关S1I0 01 电压表M1 或 M2QW272 2电位器10K IW272 2 33 A V A V 30822001 3082400130864002 30814008 30814009 L1 L2 L3 N PE L N PE 1L 2L L N L N 1L 2L MM 1L 2L 1L 2L 1L 2L M M M1 M2 10k CH0 CH0 AI AO 接线图 2 设计梯形图程序 调试并记录数据 输 入 输 出 电压 PIW 温度值执行器开度 PQW 电压 V 0V0 4V 40 6V60 8V 80 10V100 3 思考题 PLC 控制技术实训报告 第 2 页 1 整理出运行调试后的梯形图程序及注释说明 写出实验中的问题及分析 2 S7 300 的 PLC 模拟量模块的测量信号类型有几种 测量范围如何设定 3 S7 300 的 PLC 模拟量模块的模拟值用什么表示 三 综合型自主实训项目 机械滑台工艺流程控制系统设计 二 三 综合型自主实训项目 机械滑台工艺流程控制系统设计 二 一 实训项目工艺要求 采用 S7 300 设计机械滑台工艺流程控制系统 具体要求是 采用采用 S7 300 系列系列 PLC 和五层电梯模型完成控制任务和五层电梯模型完成控制任务 用电梯模型中的桥厢来模拟机械滑台的工 作台 工作台由三相异步电机拖动 电机转速和正反转运行由变频器控制 楼层接近限位开关用于工 作台的位置控制 工作台的工艺流程由任课老师指定 控制要求控制要求 工作台运行状态分为三种方式 手动 单步和自动循环三种控制方式 其中 运行方 式由开关 S1 S2 确定 S1 断开 手动 S1 合上 自动 在自动方式下 S2 断开 单步运行 S2 合 上 自动循环控制方式 运行方式切换时 滑台立即停止运行 手动控制手动控制 点动 手动控制指示灯 A 亮 按住 SB 二层 工作台前进 电梯上升 按住 SB 二层 工作台后退 电梯下降 松开按钮立即停止松开按钮立即停止 单步运行单步运行 单步运行指示灯 G 亮 滑台位于初始原点 1 层 按一下启动按钮 SB 二层 系 统转换到下一步 完成该步的任务后 自动停止工作并停留在该步 再按一下启动按钮 SB 二层 又往前走一步 按停止按钮 SB 五层 立即停止运行 自动循环控制自动循环控制 自动循环灯 D 亮 滑台位于初始原点 按动启动按钮 SB 二层 按工艺流程 自动循环运行 运行一周后回到原点后暂停 6 秒后再接着运行 按停止按钮 SB 五层 立即停止 运行 工艺流程中暂停延时需要用指示灯 报警灯 以工艺流程中暂停延时需要用指示灯 报警灯 以 1HZ 的频率闪烁指示 的频率闪烁指示 二 目的 通过本次实训使学生掌握 1 Step7 编程软件的使用方法和梯形图 SFC 图编程语言的运用 2 实际程序的设计及实现方法 3 程序的调试和运行操作技术 从而提高学生对 PLC 控制系统的设计和 调试能力 三 内容与要求 1 完成硬件选型 硬件接线图 2 滑台工艺流程控制系统设计 3 程序设计方法采用状态转移图 SFC 图进行设计或经验设计法 4 程序实现采用基于 M 的 SFC 转化梯形图实现或梯形图实现 5 程序清单 6 工艺流程为 此处放置指导老师指定的工艺流程 PLC 控制技术实训报告 第 3 页 四 实训报告要求四 实训报告要求 报告应采用统一的报告纸书写 应包括评分表 封面 目录 正文 收获 参考文献 并按此顺 序装订 报告中提供如下内容 1 目录 2 正文 1 实训任务书 2 实训内容 三个任务分别写 a 每个实训任务的总体设计方案 应有 PLC 的选型及依据 b I O 分配表 PLC 外部接线图 程序中使用的元件及功能表 c 程序控制的 SFC 图 梯形图或指令表清单 注释说明 d 调试 运行及其结果 3 收获 体会 4 参考文献 注意实训报告原则上手写 允许打印 但雷同者的零分处理 五 实训进度安排五 实训进度安排 周次工作日工作内容 1 布置实训任务 查找相关资料 熟悉实验台 2 完成两个基础实训项目 3 根据综合型实训任务 完成总体设计方案 硬件选型 分配 IO 点等 4 完成硬件接线 编写程序并调试 第 一 周 5 编写程序并调试 1 编写程序并调试 2 编写程序并调试 3 编写程序并调试及准备实训报告 4 完成报告并于下午两点之前上交 第 二 周 5 答辩 本实训共需两周时间 六 实训考核办法六 实训考核办法 本实训满分为 100 分 其中实训平时表现 含 2 个基础实训项目完成情况 30 综合型实训项目 答辩 50 实训报告 20 PLC 控制技术实训报告 第 0 页 2 2 基础实训项目一 基础实训项目一 总体设计方案 应有 PLC 的选型及依据 要点亮 16 盏灯 即用到 16 个输出端口 分别为 Q0 0 Q1 7 按键要用到启动和停止 两个输入端口 为 I0 0 I0 1 总计 18 个 IO 端口 此端口数属于中小型 所以选用西 门子的 S7 300 系类 模块要用数字量输入模块 数字量输出模块 因为要定时导通 要 用到定时器 因为要定时 6s 即六个定时器 IO 分配 输入设备输出设备 启动 I0 0AQ1 0 停止 I0 1B IQ1 1 Q1 7 J 02Q0 0 Q0 7 IO 接线图 顺序功能图 PLC 控制技术实训报告 第 1 页 T3 T4 I0 0 M0 1 M0 2 M0 3 M0 4 M0 0 M0 7 Q0 0 Q0 1 T1 Q0 0 T0 Q0 0 Q0 2 Q0 0 Q0 1 Q0 2 T2 T0 T1 I0 5 I0 0 T1 M0 5 Q0 0 T4 M0 6 T5 T2 I0 2 Q0 0 Q0 1 T3 T5 PLC 控制技术实训报告 第 2 页 元件及功能表 M0 0 通电保持状态标志位 T0 T5 接通延时定时器 常开触点由断开变为接通时计时 时间到时 该线圈通电 程序 注释 按下 I0 0 启动程序 M0 0 为通电状态保持位置 注释 按下 I0 0 启动程序 灯全灭 注释 各定时器分别定时 T5 用于循环 PLC 控制技术实训报告 第 3 页 注释 点亮 A 灯 注释 点亮 A B I 灯 注释 点亮 A B I 灯 J 02 灯 PLC 控制技术实训报告 第 4 页 注释 点亮 A B I 灯 熄灭 J 02 灯 注释 点亮 A 熄灭 B I 灯 J 02 灯 注释 熄灭 A B I 灯 J 02 灯 调试 运行及其结果 各灯按照指定运行 先灯 A 亮 1 秒 接着灯 B C D E F G H I 亮 1 秒 之后灯 J1 J2 K1 K2 L1 L2 M1 M2 N1 N2 O1 O2 也被点亮 1 秒后 灯 J1 J2 K1 K2 L1 L2 M1 M2 N1 N2 O1 O2 熄灭 再过 1 秒 灯 B C D E F G H I 熄灭 同样再过 1 秒 后 灯 A 熄灭 紧接着过 1 秒灯 A 再次被点亮 重复以上过程 循环往复 PLC 控制技术实训报告 第 5 页 3 3 基础实训项目 基础实训项目 总体设计方案 应有 PLC 的选型及依据 因为显示温度时间 采集的是模拟信号 所以用到模拟量输入模块 用到一个 IO 输 入端口 在输出电压时 要用到模拟量输出模块 占用一个模拟量输出端口 共计两个 IO 端 口 属于中小型可编程控制器 选用 S7 300 因为要在上位机上显示出来 还要用到触摸屏 在显示温度时 要将温度记录 用 到数据块 数据块分为两个 一个为采集数据块 用于调用显示温度 一个用于显示屏 的记录输入数据 用于调用后在电压表上显示电压 触摸屏因为编的程序较小 选用 MC1162 通信模式为 TCP PI 协议 PLC300 通过模拟量输入模块采集模拟信号 此时 IW288 输入的是经过换算的数字信号 经过 cpu 的程序的处理 即调用 FC1 功能 通过上位机显示出温度 在上位机上 手动输入数字 经过调用 FB1 功能块 再通过数字量输入模块 在电压表 上显示出来 途中要通过 OB35 进行一秒的信号的采集 开关用到一个 即 S1 在 OB1 里激活 OB35 IO 分配 输 入 设 备 输 出 设 备 序 号名 称代 号地 址序 号名 称代 号地 址 1开关S1I0 01 电压表M1 或 M2QW288 2电位器10K IW288 2 33 元件及功能表 MD26 用于存储 FC1 输出的温度数据 MD40 用于存储 FB1 输出的电压值 LD30 LD40 局部数据区 用于 FB1 FC1 中的临时数据存储 流程图 PLC 控制技术实训报告 第 6 页 程序 注释 在 OB1 里激活 OB35 OB1 OB35 注释 IW288 将信号输入 FC1 中 进行调用 PLC 控制技术实训报告 第 7 页 注释 将 FC1 中的结果存贮在 DB2 模块中 注释 将 DB3 中的数据通过调用 FB1 存贮在 MD40 中 在截取低 8 位输出 FB1 注释 将 DB3 中的的数字量转换成双整型 再乘以 27648 再除以 100 进行输出 FC1 注释 将 IW288 的数字量转换成双整型 再转换为浮点型 PLC 控制技术实训报告 第 8 页 注释 将浮点型数据先乘 100 再除 27648 DB2 DB3 调试 运行及其结果 在上位机的温度显示中 通过调节电位器 显示出温度的变化 精确到小数点后两位 在显示器的开度一栏里 输入数字 0 100 在电压表里显示出 0 10v 的电压 PLC 控制技术实训报告 第 9 页 4 综合型自主实训项目综合型自主实训项目 4 1 总体设计方案 应有 PLC 的选型及依据 采用电梯模型中的轿厢来模拟机械滑台 工作台由三相异步电动机拖动 电机转 速和正反转运行由变频器控制 正反转 及快速 慢速 用到共计四个 IO 输出口 工作台的位置由楼层的限位开关控制 要用到四个 IO 输入端口 滑台运行状态分为三种方式 手动方式 单步方式和自动循环三种控制方式 其中 运行方式是由外部开关 S1 S2 确定的 S1 断开时为手动方式 S1 合上时为自动方 式 S2 断开为单步运行方式 S2 合上为自动循环控制方式 此处为两个 IO 输入口 运行切换时 滑台立即停止运行 还有四个指示灯 综上 共计 19 个 IO 端口 属 于中小型可编程控制器 所以选用 S7 300 系类的 PLC 和四层电梯实现控制任务 4 2 设计方案 主电路设计方案工艺流程图如下图 1 所示 暂停 5 秒 快进 SQ4SQ3SQ2SQ1 暂停 6 秒 图 1 工艺流程图 工作台的快进由电机的正转和快速来控制 后退由电机反转和高速来控制 工进由 电机的正转和低速来控制 手动控制时用外部 LED 的 A 灯来指示 单步控制时用外部 LED 的 G 灯来指示 自动循环控制时用外部 LED 的 D 灯来指示 工作台启动按钮由二 层上呼按钮 SB2 来控制 后退按钮由二层下呼按钮 SB2 控制 停止按钮由五层下呼按 钮 SB5 控制 最后通过 PLC 程序代码来实现工艺流程的顺序控制 PLC 控制技术实训报告 第 10 页 I O 模块的地址分配模块的地址分配 输入设备输入设备输出设备输出设备 序号名称代号地址序号名称代号地址 1转换开关 1S1I1 01电机正转DIN1Q0 0 2转换开关 2S2I1 12电机反转DIN2Q0 1 3二层定位传感器SQ1I0 03电机低速DIN3Q0 2 4三层定位传感器 SQ2I0 14电机高速DIN4Q0 3 5四层定位传感器SQ3I0 25蜂鸣器PQ0 4 6五层定位传感器SQ4I0 36手动指示灯 AQ0 5 7二层上呼按钮SB2 I0 47单步指示灯 GQ0 6 8二层下呼按钮SB2 I0 58循环指示灯DQ0 7 9五层下呼 停止 按 钮 SB5 I0 69 2 工作方式开关的切换对照表 S1 I1 0 S2 I1 1 工作方式 0 x手动 10单步 11自动循环 I O 接线接线 PLC 控制技术实训报告 第 11 页 元件及功能表元件及功能表 M0 0 为 FC2 的激活位置 M1 为 FC3 激活位置 其余 M 全为活动步 T 为 SD 定时器 接通延时定时器 常开触点由断开变为接通时计时 时间到时 该线圈 通电 T0 在 SQ2 处延时 6S T1 为在原点处定时 5S 图 3 单步运行顺序功能图 图 4 单周期运行顺序功能图 PLC 控制技术实训报告 第 12 页 I0 0 I0 4 I0 2 I0 2 I0 4 I0 0 I0 4 I0 0 I0 4 I0 3 I0 3 I0 4 I0 1 I0 1 I0 4 I0 2 I0 4 I0 4 I0 2 I0 0 I0 4 图 3 M0 0 M0 1 M0 2 M0 3 M2 3 Q0 0 Q0 3 M0 4 M3 4 M2 1 M0 5 M0 6 M0 7 M2 0 M2 2 Q0 1 Q0 3 Q0 0 Q0 2 Q0 1 Q0 2 Q0 0 Q0 3 M2 4 M3 5 T0 6S Q0 1 Q0 2 T1 5S M2 5 PLC 控制技术实训报告 第 13 页 I0 0 I0 4 I0 2 I0 0 I0 3 I0 1 T1 I0 2 T0 I0 0 图 4 OB1 注释 松开 I1 0 消除各模块中的 M 位的记忆 M1 0 M1 1 M1 2 M1 3 M1 4 M1 5 M1 6 M1 7 M3 0 Q0 0 Q0 3 Q0 0 Q0 2 Q0 1 Q0 3 Q0 1 Q0 2 Q0 0 Q0 3 T0 Q0 1 Q0 2 T1 PLC 控制技术实训报告 第 14 页 注释 按下 I1 0 松开 I1 1 使各模块中的 M 位复位 并且使 M0 0 置位 PLC 控制技术实训报告 第 15 页 注释 按下 I1 0 和 I1 1 使各模块中的 M 位复位 并且使 M1 0 置位 PLC 控制技术实训报告 第 16 页 注释 松开 I1 0 调用 FC1 模块 A 灯亮 注释 按下 I1 0 松开 I1 1 调用 FC2 模块 G 灯亮 注释 按下 I1 0 和 I1 1 调用 FC3 模块 D 灯亮 PLC 控制技术实训报告 第 17 页 FC1 注释 按下 I0 4 前进 注释 按 I0 5 下后退 PLC 控制技术实训报告 第 18 页 FC2 PLC 控制技术实训报告 第 19 页 注释 到达第二层后再按下 I0 4 开始启动延时闪烁 PLC 控制技术实训报告 第 20 页 注释 到达第二层后再按下 I0 4 开始启动延时闪烁 PLC 控制技术实训报告 第 21 页 注释 停止 注释 输出 PLC 控制技术实训报告 第 22 页 注释 报警 闪烁 FC3 PLC 控制技术实训报告 第 23 页 PLC 控制技术实训报告 第 24 页 注释 按下停止按钮停止 M1 0 置位 注释 输出 PLC 控制技术实训报告 第 25 页 注释 报警 闪烁 4 3 程序说明程序说明 1 主程序的 主程序的 OB1 在主程序的 OB1 中 通过调用功能 FC 的方式来实现各种工作方式的切换 工作 方式的选择开关是由 S1 S2 的拨动开关选择 同时只能选择一种工作方式 选择手动工 作方式时断开 S1 合上 S2 手动指示灯 A 灯亮 调用手动程序 FC1 选择单步工作方式 时合上 S1 断开 S2 单步指示灯 G 灯亮 调用程序 FC1 选择自动循环工作方式时合上 S1 S2 循环指示灯 D 灯亮 调用程序 FC3 2 手动程序 手动程序 FC1 手动操作时 用 I0 4 和 I0 5 对应的 2 个按钮 SB2 SB2 控制滑台的上升与下降 为了保证系统的安全运行 在手动程序中设置了一些必要的联锁 用一楼和四楼的定位 传感器 I0 0 和 I0 3 的常闭触点限制滑台运动的上下极限位置 3 单步控制程序 单步控制程序 FC2 单步运行时 I1 1 为 1 状态 I1 2 为 0 状态 即 S1 闭合 S2 断开 根据顺序功能 PLC 控制技术实训报告 第 26 页 图先使工作台回到原点 然后每按下一次按钮 SB2 执行一步 在按下停止按钮 SB5 时 立即停止运行 4 自动循环工作程序 自动循环工作程序 FC3 循环工作方式时 I1 1 和 I1 2 为 1 状态 即 S1 S2 均闭合 在初始状态按下启动按 钮 I1 1 M1 0 变为 1 状态 滑台根据设计的工艺流程运行 当滑台在步 M3 0 返回 M1 1 原点时 I1 1 为 1 状态 系统将自动循环的工作下去 4 4 程序的调试运行及其结果程序的调试运行及其结果 4 4 1 手动控制的调试运行及结果 手动控制 点动 手动控制指示灯 A 灯亮 按住二层上呼按钮时 I0 4 滑台上升 当在任意位置 不超过四层 松开按钮时 滑台停止上升 当按住二层下呼按钮时 I0 5 滑台下降 当在任意位置 不低于一层 松开按钮时 滑台立即停止下降 为了安全考 虑所以设计了两个极限位置 当到达四层时 四层限位传感器 I0 3 检测到信号 立即 停止滑台上升 当达到一层时 一层限位传感器 I0 0 检测到信号 立即停止滑台下降 所 设计的程序可以完成控制的手动控制 4 4 2 单步控制的调试运行及结果 单步运行 单步控制指示灯 G 灯亮 滑台需位于原点 1 层 按动启动按钮 SB2 2 层 滑台立即高速上升到 3 楼 第二次按动启动按钮 SB2 2 层 低速回到 1 楼 第 三次按 SB2 2 层 之后滑台低速上升到 4 楼 第四次按 SB2 2 层 后高速下降到 2 楼 第五次按动启动按钮 SB2 2 层 后低速上升到 3 楼 第六次按 SB2 2 层 报警闪烁 6 秒 第七次按动 SB2 2 层 滑台高速下降回到 1 楼 最后一次按动 SB2 2 层 报警闪烁 5 秒 检测每一层是否到达是通过每一层的定位传感器来实现的 4 4 3 自动循环控制的调试运行及结果 自动循环控制 循环控制指示灯 D 灯亮 滑台需位于原点 1 层 按动启动按钮 SB2 2 层 滑台立即高速上升到 3