桥式起重机的PLC控制系统设计(毕业设计)

1、甘肃机电自己也技术学院 G103402毕业设计PLC 在桥式起重机检测控制中的应用 在桥式起重机检测控制中的应用设计进度要求:摘要本论文通过采用 PLC(可编程控制器 来控制桥式起重机的运行, 使起重机在现场的检测可以 高效率地完成, 可以充分的体现出 PLC 所具有的功能强, 可靠性高、 编程简单、 使用方便、 体积小巧等优点。 本论文运用学到的可编程控制器的梯形图语言将程序编写完成后, 再通过 实际测试,来实现桥式起重机的相关检测。起重机采用 PLC 控制,还能解决传统控制方式 下在操作方面的许多麻烦,同时,通过采用 PLC 控制可以减轻工人的劳动强度,提高桥式 起重机的工作性能。因此,

2、PLC 在该方面的应用具有重要的实用意义和推广价值。目录第一章绪论 . 1 1.1 课题来源 . 1 1.2 世界上 PLC 产品的三大流派 . 1 1.2.1 美国 PLC 产品 . 1 1.2.2 欧州 PLC 产品 . 2 1.2.3 日本 PLC 产品 . 2 1.3 PLC 与桥式起重机的发展状 况 . 4 1.3.1 PLC 的发展状况 . 4 1.3.2 起重机控制技术发展状况 . 5 1.4 本课题主要任务、意义 . 6 1.4.1 任务 . 6 1.4.2 主要 意义 . 7 第二章 总体方案设计 . 8 2.1 如何选购 PLC 产品 . 8 2.2 PLC 的选型标准 .

3、 9 2.3 PLC 程序设计的基本步骤 . 10 2.4 程序设计编程基本原则与注意问题 . 11 2.4.1 程序设计(梯形图编程基本原则 . 11 2.4.2 程序设计注意问题 . 11 2.4.3 所用编程软件特点及界面操 作 . 12 2.5 硬件部分简述 . 14 2.5.1 PLC 一般的硬件设计 . 14 2.5.2 所用的硬件类型 . 15 第三章 具体方案设计与实现 . 15 3.1 PLC 桥式起重机检测中的 I/O 定义 . 15 3.2 桥式起重机检测的PLC 控制梯形图设计 . 16 3.2.1 进退机构工作的控制梯形图设计与分析、 调试 . 16 3.2.2 左、

4、右运行机构工作的控制梯形图与分析、调试 . 18 3.2.3 升降机构工作的控制梯形图设计与分析、调试 . 20II3.2.4 声光指示的控制梯形图与调试 . 21 3.3 本章小结 . 22 结论 . 错误!未定义 书签。 错误!未定义书签。 参考文献 . 23 致谢 . 24第一章 绪论1.1 课题来源桥式起重机 (天车 是一种用来起吊、放下和搬运重物、并使重物在一定距离内水平移动的起 重、搬运设备,在生产过程中有着重要应用。桥式起重机由于工作环境差 , 粉尘和有害气体 对电机的集电环、 电刷和接触器腐蚀性大, 加上工作任务重 , 实际过载率高 , 由于冲击电流偏 大 , 容易造成电动机触

5、头烧损、电刷冒火、电动机及转子 所串电阻烧损和断裂等故障 , 影响 现场生产和安全 , 工人维修量和产生的维修费用也很 高, 本论文就是研究起重机采用先进的 可编程控制技术(PLC ,以程序控制取代继电器 -接触器控制,进而实现了起重机的 半自动化控制。1.2 世界上 PLC 产品的三大流派1.2.1 美国 PLC 产品美国是 PLC 生产大国,有 100 多家 PLC 厂商,著名的有 A-B 公司、通用电气(GE 公 司、莫迪康(MODICON 公司、德州仪器(TI 公司、西屋公司等。其中 A-B 公司是 美国 最大的 PLC 制造商,其产品约占美国 PLC 市场的一半。 A-B 公司产品规

6、格齐全、 种类丰富,其主推的大、中型 PLC 产品是 PLC-5 系列。该系 列为模块式结构, CPU 模 块为 PLC-5/10、 PLC-5/12、 PLC-5/15、 PLC-5/25 时, 属于中型 PLC , I/O 点配置范围为 256 1024 点; 当 CPU 模块为 PLC-5/11、 PLC-5/20、 PLC-5/30、 PLC-5/40、 PLC-5/60、 PLC-5/40L、 PLC-5/60L 时,属于大型 PLC , I/O 点最多可配置到 3072 点。该系列中 PLC-5/250 功能 最强, 最多可配置到 4096 个 I/O 点, 具有强大的控制和信 息

7、管理功能。 大型机 PLC-3 最 多可配置到 8096 个 I/O 点。 公司的小型 PLC 产品有 SLC500 A-B 系列等。 GE 公司 的代表产品是:小型机 GE-1、 GE-1/J、 GE-1/P 等,除 GE-1/J 外,均采用模块 结构。 GE-l 用于开关量控制系统, 最多可配置到 112 个 I/O 点。 GE-1/J 是更小型化的产 品, I/O 点最多可配置到 96 点。 其 GE-1/P 是 GE-1 的增强型产品, 增加了部分功能指令 (数 据操作指令 、功能模块(A/D、 D/A 等 、远程 I/O 功能等,其 I/O 点最多可配置到 168 点。 中型机 GE

8、-,它比 GE-1/P 增加了中断、故障诊断等功能,最多可配置到 400 个 I/O 点。 大型机 GE-,它比 GE-增加了部分数据处理、表格处理、子程序控制等 功能,并具有 较强的通信功能,最多可配置到 2048 个 I/O 点。 GE- /P 最多可配置到 4000 个 I/O 点。德州仪器(TI 公司的小型 PLC 新产品有 510、 520 和 TI100 等,中型 PLC 新产品有 TI300、 5TI 等, 大型 PLC 产品有 PM550、 530、 560、 565 等系列。 除 TI100 和 TI300 无 联 网功能外,其它 PLC 都可实现通信,构成分布式控制系统。

9、莫迪康(MODICON 公 司有 M84 系列 PLC 。其中 M84 是小型机,具有模拟量控制、与上 位机通信功能,最多 I/O 点为 112 点。 M484 是中型机, 其运算功能较强, 可与上位机通信, 也可与多台联网, 最多可扩展 I/O 点为 512 点。 M584 是大型机,其容量大、数据处理和网 络能力强,最 多可扩展 I/O 点为 8192。 M884 增强型中型机,它具有小型机的结构、大型机的控制功能,主机模块配置 2 个 RS-232C 接口,可方便地进行组网通信。1.2.2 欧州 PLC 产品德国的西门子 (SIEMENS 公司、 AEG 公司、 法国的 TE 公司是欧洲

10、著名的 PLC 制造商。 德国的西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。 在中、 大型 PLC 产品领域与美国的 A-B 公司齐名。 西门子 PLC 主要产品是 S5、 S7 系列。在 S5 系列中, S5-90U 、 S-95U 属于 微型整体式 PLC ; S5-100U 是小型模块式 PLC , 最多可配置到 256 个 I/O 点; S5-115U 是 中型 PLC ,最 多可配置到 1024 个 I/O 点; S5-115UH 是中型机,它是由两台 SS -115U 组成的双机冗余系 统; S5-155U 为大型机,最多可配置到 4096 个 I/O 点,模拟量可达 300 多路; S

11、S -155H 是大型机,它是由两台 S5-155U 组成的双机冗余系统。而 S7 系列 是西门子公司在 S5 系列 PLC 基础上近年推出的新产品,其性能价格比高,其中 S7-200 系列属于微型 PLC 、 S7-300 系列属于于中小型 PLC 、 S7-400 系列属于于中高性能的大型 PLC 。1.2.3 日本 PLC 产品日本的小型 PLC 最具特色,在小型机领域中颇具盛名,某些用欧美的中型机或大型机 才 能实现的控制,日本的小型机就可以解决。在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美 的小型机,所以格外受用户欢迎。日本有许多 PLC 制造商,如三菱、欧姆龙、松下、富士、 日立、 东芝

12、等, 在世界小型 PLC 市场上, 日本产品约占有 70%的份额。 三菱公司的 PLC 是较早进入中国市场的产品。其小型机 F1/F2 系列是 F 系列的升级产 品,早期在我国的 销量也不小。 F1/F2 系列加强了指令系统, 增加了特殊功能单元和通信 功能, 比 F 系列有 了更强的控制能力。继 F1/F2 系列之后, 20 世纪 80 年代末三菱公司又 推出 FX 系列, 在容量、速度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。 FX2 系列是 在 90 年代开 发的整体式高功能小型机,它配有各种通信适配器和特殊功能单元。 FX2N 几 年推出的高 功能整体式小型机,它是 FX2 的换代产

13、品,各种功能都有了全面的提升。近年 来还不断 推出满足不同要求的微型 PLC ,如 FXOS 、 FX1S 、 FX0N 、 FX1N 及 系列等产品。三菱公司的大中型机有 A 系列、 QnA 系列、 Q 系列,具有丰富的网络功能, I/O 点 数可 达 8192 点。其中 Q 系列具有超小的体积、丰富的机型、灵活的安装方式、双 CPU 协同处 理、多存储器、远程口令等特点,是三菱公司现有 PLC 中最高性能的 PLC 。 欧 姆龙(OMRON 公司的 PLC 产品,大、中、小、微型规格齐全。微型机以 SP 系列为 代 表, 其体积极小, 速度极快。 小型机有 P 型、 H 型、 CPM1A

14、系列、 CPM2A 系列、 CPM2C 、 CQM1 等。 型机现已被性价比更高的 CPM1A 系列所取代, P CPM2A/2C、 CQM1 系列 内置 RS-232C 接口和实时时钟, 并具有软 PID 功能, CQM1H 是 CQM1 的升级产品。 中 型机有 C200H 、 C200HS 、 C200HX 、 C200HG 、 C200HE 、 CS1 系列。 C200H 是前些年 畅销的高性能中型机,配置齐全的 I/O 模块和高功能模块,具有较强的通信和网络功能。 C200HS 是 C200H 的升级产品,指令 系统更丰富、网络功能更强。 C200HX/HG/HE 是 C200HS

15、的升级产品,有 1148 个 I/O 点,其 容量是 C200HS 的 2 倍,速度是 C200HS 的 3. 75 倍,有品种齐全的通信模块,是适应信息 化的 PLC 产品。 CS1 系列具有中型 机的规模、大型机的功能,是一种极具推广价值的新机 型。大型机有 C1000H 、 C2000H 、 CV (CV500/CV1000/CV2000/CVM1 等。 C1000H 、 C2000H 可单机或双机热备运行, 安装带电插拔模块, C2000H 可在线更换 I/O 模块; CV 系列中除 CVM1 外, 均可采用结 构化编程,易读、易调试,并具有更强大的通信功能。 松下公司的 PLC 产品

16、中, 为微型 机, 为整体式小型机, 为中型机, FPO FP1 FP3 FP5/FP10、 FP10S (FP10 的改进型 、 FP20 为大型机,其中 FP20 是最新产品。松下公司近几年 PLC 产 品的主要特点是:指 令系统功能强; 有的机型还提供可以用 FP-BASIC 语言编程的 CPU 及 多种智能模块, 为 复杂系统的开发提供了软件手段; FP 系列各种 PLC 都配置通信机制, 由 于它们使用的应用层通信协议具有一致性,这给构成多级 PLC 网络和开发 PLC 网络应用程 序带来方便 . 日本松下电工公司的 FP 系列 PLC 产品有 FP0、 FP1、 FP2、 FP3、

17、 FP5、 FP10 等多个系 列, 其中较早进入中国市场的是整体式结构的小型机 FP1 和模块式结构的中型机 FP3 系列。 FP 系列是 PLC 市场上被称为一匹黑马的后起之秀,虽然进入中国市场较晚,但由于设计 上 的独到之处和优良的控制功能,一经推出,就备受用户欢迎。其产品有以下特点:1、 丰富的指令系统 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1.3 PLC 与桥式起重机的发展状况1.3.1 PLC 的发展状况可编程控制器(Programmable Logic Controller,简称 PLC 是一种工作可靠, 编程简单, 使用方

18、便, 控制完备的控制设备。 它能在恶劣的工作环境下工作, 容易实现 “ 机电一体化 ” 。 可编程控制器把自动化技术,计算机技术,通信技术融为一体,有利于 实现工厂自动化的 集散式控制。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器取代传 统继电器控制装置以 来, PLC 得到了快速发展, 在世界各地得到了广泛应用。 同时, PLC 的功能也不断完 善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和 用户需求的不断提 高, PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。 今天的 PLC 不再局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也 发挥着十分重要的作 用。因此,可编

19、程控制器自诞生以来,得到了迅速发展,成为工业控制的主流。 1968 年美国通用汽车公司 (G.M 为了适应汽车型号的不断更新, 生产工艺不断变化的需要, 实现小批 量、 多品种生产,希望能有一种新型工业控制器,它能做到尽可能减少重新设计和更换 电器控 制系统及接线,以降低成本,缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、 通用性好 等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来,制成一种通用控 制装置,而 且这种装置采用面向控制过程、面向问题的 “ 自然语言 ” 进行编程,使不熟 悉计算机的人也 能很快掌握使用。 1969 年美国数字设备公司(DEC 根据美国通用汽车公司的这种要求, 研

20、制成功了 世界上第一台可编程控制器,并在通用汽车公司的自动装配线上试用,取得很 好的效果。 从此这项技术迅速发展起来。 早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数 等顺序控制功能,只是用来取代传统的 继电器控制 , 通常称为可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller 。 随着微 电子技术和计算机技术的发展, 20 世纪 70 年 代中期微处理器技术应用到 PLC 中, 使 PLC 不仅具有逻辑控制功能, 还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。 20 世纪 80 年代以后, 随着大规模、 超大规模集成电路等微 电子技术的迅速发展, 16 位和 32 位微

21、处理器应用于 PLC 中,使 PLC 得到迅速发展。 PLC 不仅控制功能增强,同 时可靠性提高,功耗、体积减小,成本降低,编程和故障检测 更加灵活方便,而且具有通信和联网、 数据处理和图象显示等功能, 使 PLC 真正成为具有逻辑控制、 过程控制、 运 动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。 自从第一台 PLC 出现 以后,日本、德国、法国等也相继开始研制 PLC ,并得到了迅速的 发展。目前,世界上有 200 多家 PLC 厂商, 400 多品种的 PLC 产品,按地域可分成美国、 欧洲、 和日本等三 个流派产品, 各流派 PLC 产品都各具特色, 如日本主要发展中小型

22、 PLC , 其小型 PLC 性能先进,结构紧凑,价格便宜,在世界市场上占用重要地位。著名的 PLC 生产厂家主要 有美国的 A-B (Allen-Bradly 公司、 GE (General Electric 公司, 日 本的三菱电机 (Mitsubishi Electric 公司、欧姆龙(OMRON 公司,德国的 AEG 公司、 西门子(Siemens 公司, 法国的 TE (Telemecanique 公司等。 我国的 PLC 研制、生产和应用也发展很快,尤其 在应用方面更为突出。在 20 世纪 70 年代末和 80 年代初,我国随国外成套设备、 专用设备引进了不少国外的 PLC 。 此

23、后, 在传统设备改造和新设备设 计中, PLC 的应用逐年增多, 并取得显著的经济效益, PLC 在 我国的应用越来越广泛, 对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。目前,我国不 少科研单位和工厂在研制和 生产 PLC , 如辽宁无线电二厂、 无锡华光电子公司、 上海香 岛电机制造公司、 厦门 A-B 公 司等。 从近年的统计数据看,在世界范围内 PLC 产品的产量、销量、用量高居工业控制 装 置榜首,而且市场需求量一直以每年 15%的比率上升。 PLC 已成为工业自动化控制领 域中 占主导地位的通用工业控制装置。我国许多引进的重大工程项目,列入宝钢,中原制 药 厂等都使用很多可编程控制器,

24、取得了明显效益。推广利用可编程控制器是一项很有意 义的工作。1.3.2 起重机控制技术发展状况桥式起重机 (天车 是一种用来起吊、放下和搬运重物、并使重物在一定距离内水平 移动的 起重、搬运设备,在生产过程中有着重要应用。 5 吨桥式起重机,电气驱动系统 分为起重 机升降、小车、大车三部份。其中起重机升降由一台 13kW 的绕线式异步电动 机驱动,大 车由两台 4 kW 绕线式异步电动机、小车由一台 2.5 kW 绕线式异步电动机驱 动。在原传 动控制中,采用转子串接电阻的调速方式 . 由于工作环境差 , 粉尘和有害气体对 电机的集电 环、电刷和接触器腐蚀性大,加上工作任务重 , 实际过载率高

25、 , 由于冲击电流偏 大 , 容易造成电动机触头烧损、电刷冒火、电动机及转子所串电阻烧损和断裂等故障 , 影 响现场生产和 安全 , 工人维修量和产生的维修费用也很高 . 并且原调速方式机械特性较差 ,调速不够平滑, 所串电阻长期发热浪费能量。 综上所述设备存在的主要缺点如下:(1 拖 动电动机容量大,起动时电流对电网冲击大,电能浪费严重。 (2 起重机升降、小车、 大车起动、 停止速度过快,而且都是惯性负载,机械冲 击也较大, 机械设备使用寿命缩短, 操作人员的安全系数较差,设备运行可靠性较低。 (3 由于电动机一直在额定转矩下工 作,而每次升降的负载是变化的,因此容易 造成比较大的电能浪费

26、。 (4 起重机每天需 进行大量的装卸操作,由于绕线式电机调速是通过电气驱动系 统中的主要控制元件 -交流 接触器来接入和断开电动机转子上串接的电阻,切换十分频 繁,在电流比较大的状态下, 容易烧坏触头。同时因工作环境恶劣,转子回路串接的铜 电阻因灰尘、设备振动等原因经 常烧坏、断裂。因而设备故障率比较高,维修工作量比 较大。同样小车、大车的运转也存 在上述问题。 (5 在起重机起升的瞬间, 升降电动机有时会受力不均匀, 易过载, 直接造成电 机损坏或者钢丝绳断裂。 (6 为适应起重机的工况,起重机的操作人员经常性的反复操作,起重机的电器 元件和 电动机始终处于大电流工作状态,降低了电器元件和

27、电动机的使用寿命。 (7 起重机工 作的协调性主要靠操作人员的熟练程度。由于升降、大车、小车三 个凸轮控制器之间没有 固定的联系,在起重机工作时操作人员劳动强度比较大, 容易疲 劳,易产生误操作。 针对 上述现有技术存在的不足, 所以越来越多的国内外厂商生产的起重机采用先进 的可编程控 制技术(PLC 和变频器技术,以程序控制取代继电器 -接触器控制,进而 实现了起重机 的半自动化控制。1.4 本课题主要任务、意义1.4.1 任务本论文是研究利用松下 FP1 系列的可编程控制器及外围电路继电器、开关的连接在桥 式 起重机质量检测控制中实现半自动化,以克服原设备的诸多缺点。1.4.2 主要意义本

28、论文是利用松下 FP1 系列可编程控制器对桥式起重机进行编程、调试,进而实现 了桥 式起重机的半自动化。解决了以往所使用的起重机容易造成电动机触头烧损、电刷 冒火、 电动机及转子所串电阻烧损和断裂等故障,并且降低了工人维修量和产生的维修 费用 . ,也 详细介绍其系统配置,兼顾介绍其指令系统、编程方法和控制系统设计方法。 从而能更多 了解松下 PLC 和更好的使用它。 。第二章 总体方案设计2.1 如何选购 PLC 产品在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例如电机的起 停,电 磁阀的开闭,产品的计数,温度、压力、流量的设定与控制等,工业现场中的这 些自动控 制问题,若采

29、用可编程序控制器(PLC 来解决自动控制问题已成为最有效的工 具之一, 本文叙述 PLC 控制系统设计时应该注意的问题。 硬件选购目前市场上的 PLC 产品众多, 除国产品牌外, 国外有:日本的 OMRON 、 MITSUBISHI 、 FUJJ 、 anasonic, 德国的 SIEMENS , 韩国的 LG 等。近几年, PLC 产品的价格 有较大的下降,其性价比越来越高,这是众多 技术人员选用 PLC 的重要原因。那么,如 何选购 PLC 产品呢 ? 1、 系统规模首先应确定 系统用 PLC 单机控制, 还是用 PLC 形成网络, 由此计算 PLC 输入、 输出点。数,并 且在选购 PL

30、C 时要在实际需要点数的基础上留有一定余量(10% 。 2、 、 确定负载 类型根据 PLC 输出端所带的负载是直流型还是交流型, 是大电流还是小电流, 以及 PLC 输出点动作的频率等, 从而确定输出端采用继电器输出, 还是晶体管输出, 或 品闸管输出。 不同的负载选用不同的输出方式,对系统的稳定运行是很重要的。 3、 存储容量与速度尽管国外各厂家的 PLC 产品大体相同, 但也有 一定的区别。目前还未 发现各公司之间完全兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同, 而用户程序的存储容 量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快 的 PLC 价格就越高, 但应该根据系统的大小合

31、理选用 PLC 产品。 4、 编程器的选购 PLC 编程可采用三种方式:是用一般的手持编程器编程,它只能用商家规定语句表中的语句编 程。这种方式效率低, 但对于系统容量小,用量小的产品比较适宜,并且体积小,易于现 场调试,造价也较低。 是用图形编程器编程,该编程器采用梯形图编程,方便直观,一般 的电气人员短期内就 可应用自如,但该编程器价格较高。 是用 IBM 个人计算机加 PLC 软件包编程,这种方式是效率最高的一种方式,但大部分公 司的 PLC 开发软件包价格昂 贵,并且该方式不易于现场调试。 因此,应根据系统的大小与难易,开发周期的长短以及 资金的情况合理选购 PLC 产品。 5、 尽量

32、选用大公司的产品其质量有保障, 且技术支持好, 一般售后服务也较好,还有利于产品扩展与软件升级。2.2 PLC 的选型标准世界上有很多厂商生产 PLC, 如德国的西门子、日本的三菱、松下,美国 GE 公司等, 由 于松下 FP 系列相比较有体积小、 功能较多、 编程方便, 稳定性, 此外还开发了 A/D 和 D/A 转换单元, 主控单元通过 I/O 扩展单元扩展 I/O 点数, 以适应不同的需要, PLC 系统是以I/O 点数为核心的控制系统,系统包括 PLC 和输入输出设备。完成系统的设计 主要是选 型和程序设计。但是由于 PLC 应用在不同场合,有不同的工艺流程,对控制功 能 有不同 的要

33、求,由于各程序难易程度不一样,因此有一定的选择标准:(1 PLC 机型选择主要 考虑 I/O 点数。根据控制系统所需要的输入设备(如按钮、 限位开关、转换开关等 、 输出设备(如接触器、电磁阀、信号指示灯等以及 A/D、 D/A 转换的个数。确定 I/O 的 点数。 一般要留有一定裕量 (约占 10% , 满足生产发展和工艺 的改进。 (2 随着 PLC 功能日益完善,很多小型机也具有中、大型机的功能。对于 PLC 的功 能选择, 一般只要 满足 I/O 点数, 大多数机型也能满足。 目前大多数 PLC 机型都具有 I/O 扩展模块、 A/D、 D/A 转换模块,以及高级指令、中断能力与外设通

34、信能力。 (3 PLC 一般根据 I/O 点数 的不同,内存容量会有相应的差别。在选择内存容量时 同样应留有一定余量,一般时实际 程序的 25%。不应单纯追求大容量,以够用为原则。 (4在 PLC 机型选取上要考虑控 制系统与 PLC 结构功能的合理性。如果是单机系统 控制, I/O 点数不多,不涉及 PLC 之间的通信,但又要求功 能更强,要求有处理模拟信 号的能力,可选择整体式机,如松下 FP0、 FP1、 FP-M 系列, 以及 OMRON C200H 系列等。 如果仅有开关量控制,可选择 OMRON C 系列 P 型机、 西门子 S7-200, 三菱 F1、 FX 系列等。 (5一个企

35、业尽量选择同一类型的 PLC 同一机型 PLC 模块可互为利用,便于采购管理。 同一机型 PLC 的功能、编程方法相同,有利于技 术人员水平的提高。 同一机型 PLC ,其外围设备通用,资源共享,易于联网通信,与上位 计算机配合可 形成多级分布式的控制系统。 由于松下 FP 系列相比较有体积小、功能较 多、编程方便,稳定性,此外还开发了 A/D 和 D/A 转换单元, 主控单元通过 I/O 扩展 单元扩展 I/O 点数, 本课题将选择松下 PLC 进行程序设计。2.3 PLC 程序设计的基本步骤(1 对桥式起重机工作现场的调查。 程序设计要首先对现场进行调查以适 应不同的工作环 境, 可编程控

36、制器是专门为工业环境下应用而设计的, 因此, 可编程控制器一般都能满 足工业场合的要求。但在一些特殊场合下,可编程 控制器不能满足要求时,应对可编程控 制器采取适当防护措施。现场的调查 包括以下内容:环境温度和环境湿度。 可编程控制器机构的振动和冲击情况。 环境内的电磁干扰情况。 工 作环境内有无腐蚀性气体和过量粉尘。 供电电源情况(2 确定桥式起重机系统运行方案。 根据桥式起重机工作要求详细了解系统完成哪些动作, 动作的先后顺序以及各动 作之间的相互制约关系等。 各种物理量的检测手段, 如温度、 压力、速度、位移、位置等物理量的检测。 设备及人生安全的保障措施。 (3统计输入设 备和输出设备

37、的数量,规格和型号。确定该系统输入点和输出点的数量 及其性质(直流量 或交流量、数字量或模拟量 。 (4根据以上三项的要求,选择满足上述要求的可编程 控制器的规格和型号。 (5输入输出定义。输入输出定义又叫 I/O 分配,就是把输入量 分配给可编程控制器的 输入点 I ,把输出量分配给可编程控制器的输出点 O 。 (6编辑 梯形图。根据系统流程的要求和 I/O 分配,编辑满足系统要求的梯形图。首先 要合理的划 分功能模块,这样做的目的是使程序层次清楚,便于检查、单块调试和系统 总调。其次是 合理利用指令, 提高内存的利用率, 减少内存投资,缩短运行周期,提高 系统的研制周期。 (7详细地对所设

38、计的梯形图进行检查和修改,以缩短系统的研制周期。 (8程序的试 运行。程序的试运行可以分两个阶段进行,即模拟运行和现场运行。编好梯形图并输入到可编程控制器的内存中,在离线状态下, 利用编程器的 OP-10,11 强制 I/O 的 ON/OFF 功能,接通某些输入点 I, 观察输出点 O 的 指示灯,检查是否满足系统规定 的要求。模拟运行工作无误后,就可编程控制器安装到现 场并与系统相连接,进行现场 试运行。 在实际工作中以上 8 个步骤,不是决然分开的, 往往相互穿插进行,直至程序满足 系统要求为止。2.4 程序设计编程基本原则与注意问题2.4.1 程序设计(梯形图编程基本原则 (1梯形图按自

39、上而下,从左到右的顺序排列。 每个继电器线圈为以逻辑行,又称为一个梯级。每个梯形图由多层逻辑行组成。每一逻辑行起于左母线,经触电、线圈终止 于 右母线。 (2触电不能放在线圈的右边,即线圈与右母线之间不能有任何触电。 (3线 圈不能直接与左母线相接,如果需要,可通过一个没有使用的常闭触电或特殊继 电器 R9010 相连接。 (4触电可以任意串联、并联,而且同一触点可以无限次使用。 (5 输出线圈可以并联不能串联,同一输出线圈在同一程序中避免重复使用。2.4.2 程序设计注意问题1. PLC 和上位机 (或触摸屏 组成监控系统时 , 在画面上很多时候需要有 " 手动 ",&q

40、uot; 自动 " 等控 制模式 (一般都是多个只能一个时 . 在程序里面可以用 "MOV" 指令 . 如 :当选择 " 手动 " 就将 常数 1 存储到一个寄存器里面 , 当选择 " 自动 " 就将 2 存储到 同一寄存器 . 只要判 断寄 存器的数据是多少 , 就知道系统是那种控制方式 . 这样的思路好处是容易理解 , 不需 要互锁 之类的麻烦程序 . 2. 程序有模拟量控制时 , 如果读取的模拟量基本上没误差 , 可以采取时间 滤波的方式 , 延时一段时间 (我做过一个系统 , 基本上能正常反映实际情况 , 但是偶尔会

41、出现 一次很大跳动 , 由于没有加滤波 , 引起了系统停机 , 其实不算故障 . 如果读取的数据误差很大 , 就 需要 采取其它的滤波方式 . 如算平均值等 . 可以查阅相关的资料 . 3. 在程序调试过程中 (特别是设 备改造时 , 你的程序是加入到原来设备的程序中时 , 当程序语句中出现 条件满足 , 而 输出 线圈不接通 时 , 可以检查你的这段程序是否是在这样的语句之间 , 还有一种可能就是在中断程序之后 . 条件满足而没输出不接通 , 一 般都 是这段的程序不被扫描 . 4. 在设计程序的时候 , 当出现工艺上的故障 (非控制系统控制 , 最 好将故障现象保持 , 并有灯光声音报警

42、. 知道操作工 复位 , 以让其知道系统出现了故障 . 不 然停机了 , 别人还认为你的程序问题 . 一般都是在设计一个新系统时 , 要注意到这些 . 5. 当检 查所设计的程序无误后,对所输入的程序进行调试和检测。2.4.3所用编程软件特点及界面操作针对该课题地总体设计要求, 我们应用的编程软件是松下 FPWIN GR2.0。 该软件的主要特 点是 1. 三种编程模式;即符号梯形编辑模式、布尔梯形图模式、布尔非梯形图模式 2. 注 释功能;可以为各个继电器即输出指令添加注释文字,便于对程序进行修改 3. 查找功能; 可以查找程序中使用的继电器或寄存器,也可以对注释即指令进行修改 4. 调试功

43、能;可以 在在线模式下对程序的语法错误进行检查及进行在线测试 5. 监控功能; 可以使生成的程序 动作,在显示画面中对梯形图中的继电器,寄存器, 输入状态等进行监控。 6. 系统寄存 器的置位、复位;可以对 PLC 内部的系统寄存器进行置位,复位。 7. I/O 分配;可以通 过本软件进行 I/O 单元进行分配,也可以读出登陆在 PLC 中的 I/O 映射表。 8. 程序传 输; 可以将编辑完成的程序传输到 PLC 中, 也可以有 PLC 读出其中的程序。 如果创 建了 FP10 或 FP10S 的程序,还可以向 IC 卡中传输程序。如果使用 ROM 写 入器,还 可以向 ROM 中写入程序。

44、 9. 在线编辑;可以在画面中显示 PLC 内部程序的同时,进行 程序编辑。 10. 打印功能;可以打印输出的梯形图,布尔形式助记符等程序清单、系统寄 存器等设置内容、 I/O 列表等, 在执行打印之前, 也可以预览实际的打印效果。 松下 FPWIN GR 编程软件操作 标题栏:显示当前打开的文件名称。 工具栏 :将本软件中被认为是经常 使用的功能制成按钮的形式, 利用这些按钮可以更加 快速的进行操作。 当光标移至功能栏 上按钮时, 画面中将显示与按钮相对应的功能内 容 编辑画面:显示程序的画面。 将此画面 激活,进行创建、编辑或进行输入说明、监控 等操作。图 2-1FPWIN GR 基本界面

45、对话框功能键栏:显示输入程序时所使用的编辑元素的快捷键、 各项功能的快捷键。 通过单击视 图中的功能栏,可以选择显示或隐藏。通过单击功能栏形式,可以改变显示的段数。图 2-2 FPWIN符号梯形图模式下的功能键栏 GR 的使用:GR启动 FPWIN(1创建新程序:创建新程序时在菜单栏中选择文件下的创建。13(2编写程序:(3保存编写的程序图 2-3 FPWIN GR 启动对话框 然后保存所编写的程序图 2-4 选择 PLC 机型的对话框2.5 硬件部分简述2.5.1 PLC 一般的硬件设计 PLC 硬件设计包括:及外围线路的设计、 PLC 电气线路的设 计和抗干扰措施的设计等。 选定 PLC

46、的机型和分配 I/O 点后,硬件设计的主要内容就是 电气控制系统的原理图的设 计,电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统的 原理图包括主电路和控制 电路。控制电路中包括 PLC 的 I/O 接线和自动、手动部分的详细连接等。电器元件的选 择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传 感器、保护电器、接触器、指示灯、电磁阀 等。据本论题所用到的是导线,继电器,开关 等。2.5.2 所用的硬件类型开关主要用到常开和常闭开关,指示灯是用 LED 指示灯显示,还要用到计数器、定 时器 等结论硬件部分是软件编程与试验结果的连接,只有连接正确的硬件部分,才可以得到准 确、正 确的结果,才能对设计的程序

47、进行检测和实行。第三章 具体方案设计与实现3.1 PLC 桥式起重机检测中的 I/O 定义本文选择松下 PLC 进行程序设计和编程,选择适应的 I/O 点数进行程序设计。根据 上述 对桥式起重机检测过程的控制要求, PLC 控制系统的输入包括:自动运行开关的输 入信号, 手动前进, 后退开关信号, 手动上升, 下降开关信号; 共计 7 个开关量输入信 号。 PLC 控 制系统的输出包括:前进,后退接触器驱动信号,左行,右行接触器驱动信 号,上升,下 降接触器驱动信号,电铃和指示灯驱动信号;共计 8 个开关量输出信号。 根据系统的 I/O 点数,并考虑富裕量,其 I/O 点数为:24 点输入、

48、16 点输出。系统 I/O 地址定义表如表3.1 所示。表 3-1 序号 1 2PLC 的 I/O 定义表 输入元件 自动运行开关 S1 手动前进开关 S2 输入地址 X0 X1 输出 元件 指示灯 前进接触器 KM1 输出地址 Y0 Y13手动后退开关 S3X2后退接触器 KM2Y24手动左行开关 S4X3左行接触器 KM3Y35手动右行开关 S5X4右行接触器 KM4Y46手动上升开关 S6X5上升接触器 KM5Y57手动下降开关 S7X6下降接触器 KM6Y68电铃 BY73.2 桥式起重机检测的 PLC 控制梯形图设计3.2.1 进退机构工作的控制梯形图设计与分析、调试进退机构的梯形图

49、程序设计如图 3-2-1 所示。运行时有手动和自动操作两种,自动 运行过 程如下。16图 3-2-1 进退机构工作的控制梯形图过程分析:. 当 PLC 开机工作时, 通过内部继电器 R9013 产生初始化脉冲, 使各个计数器(C100-C103 复位。 . 当自动运行开关 S1 合上后, X0 的常开接点闭合, Y1 线圈接通 进退机构执行元件前进, 接触器通电,起重机开始前进;同时,所有的定时器、计数器开 始工作, 定时器 T0 每 5s 产生一个脉冲, 脉冲的保持时间为一个扫描周期, 为计数器提供 计数信号。 . 当 C100 计到 6 时(即延时 30s , C100 的常闭接点断开,使

50、 Y1 线圈断 电进退机构停止 前进。. 再过 45s 后, C101 计数器计到 15, C101 的常开接点闭合, Y2 线圈接通,起重机开始 后 退;工作 30s 后 C102 计数器到 21, C102 的常闭接点断开, Y2 的线圈断开,使后退 停止。 . 休息 45s , C103计数到 30, C103 的常开接点闭合,使所有计数器复位,又重新计数, 进入第二次循 环。 除了上述自动控制方式外, 根据需要也可以进行手动操作。 从图 3.2.1 所示的梯形图 可 知, Y1 有两条控制支路, X1 的常开接点和 X0 的常闭接点串联构成手动操作支路。 当 S2 合上时, Y1 有输

51、出, KM1 接通,前进运行;当 S2 断开时,停止前进。 S3 手动后 退的 使用与 S2 类同。程序的调试:首先核对所输程序是否和自己所编写的一致, 启动总体检查时, 利用菜单栏选择 调 试 总 体检查 ,选择 执行 后,开始总体检查,检查无误后,检测程序运行(主要时 计数器与计 时器所记录的时间是否正确,能否正常工作运行 ,可以采用但不执行程序, 即每执行一 条指令暂停一次, 逐条检查程序的显示结果是否与所要求的相一致 (可以先 选择输出状态, 或者断点指令有效或者无效进行判断 , 如果相一致就表示程序正确, 否 则就要对程序相 加修改。3.2.2 左、右运行机构工作的控制梯形图与分析、

52、调试左右运行机构的控制梯形图如图 3-2-2 所示18图 3-2-2 左右运行机构的控制梯形图分析:C104 表示左行 14s 计时, C105 表示间隔 23s 计时, C1xxx 表示右行 14s 计时, C107 表 示间隔 23s 计时, Y3 表示自动 /手动左行工作, Y4 表示自动 /手动右行工作。程序的调试:首先核对所输程序是否和自己所编写的一致, 启动总体检查时, 利用菜单栏选择 调 试 总 体检查 ,选择 执行 后,开始总体检查,检查无误后,检测程序运行(定时、 计数器所记 录的时间是否正确 ,可以采用但不执行程序,即每执行一条指令暂停一次, 逐条检查程 序的显示结果是否与

53、所要求的相一致(可以先选择输出状态,或者断点指令 有效或者无效 进行判断 ,如果相一致就表示程序正确,否则就要对程序相加修改。3.2.3 升降机构工作的控制梯形图设计与分析、调试升降机构的控制梯形图如图 3-2-3 所示图 3-2-3 升降机构工作的控制梯形图分析:C108 表示上升 15s 计时, C109 表示间隔 19s 计时, C110 表示下降 10s 计时, C111 表 示间隔 10s 计时, Y5 表示自动 /手动上升工作, Y6 表示自动 /手动下降工作。程序的调试:首先核对所输程序是否和自己所编写的一致, 启动总体检查时, 利用菜单栏选择 调 试 总 体检查 ,选择 执行

54、后,开始总体检查,检查无误后,检测程序运行(计数器、定时器的送 记录时间是否正确 ,可以采用但不执行程序,即每执行一条指令暂停一次, 逐条检查程 序的显示结果是否与所要求的相一致(可以先选择输出状态,或者断点指令 有效或者无效 进行判断 ,如果相一致就表示程序正确,否则就要对程序相加修改。3.2.4 声光指示的控制梯形图与调试当加载并按控制要求反复运行 1h 后, 若需要声光信号, 并停止运行, 可增加如图 3-2-4 所 示的梯形图。当起重机工作时,与 C113 的计数输出端连接的 T0 的常开接点每 5s 通断 一次, C113 计到 720(即延时 1h ,串联在前进、后退、左行、右行、上升、下 降工作 自动运行控制支路的 C113 常闭接点断开,使 Y1、 Y2、 Y3、 Y4、 Y5、 Y6 均断开而 停止 工作。同时 C113 常开接点接通, Y0、 Y7 线圈得电