布料车PLC控制系统设计

武汉理工大学《机电传动与控制》课程设计说明书摘要随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。长期以来，PLC及其网络控制系统始终战斗在工业自动化控制行业的主战场，其提供的安全和完善的解决方案，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，在电力、冶金、化工、机械等行业发挥了重大作用，被公认为现代工业自动化三大支柱之一。PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动控制技术为一体的工业控制产品，是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的。通常把PLC认为是由等效的继电器、定时器、计数器等元件组成的装置。本文详细阐述了应用西门子公司的具有高性能价格比的微型可编程控制器S7-300系列PLC控制系统。利用该系统来进行布料车PLC控制系统设计，这一控制系统的实现和应用,充分体现了PLC系统在工业的应用,以及根据设计和不同的需求改变数据和状况,还可以使其应用的范围更加广泛。关键字：可编程控制器（PLC）；布料车往复运动；S7系列S7-300目录TOC\o"1-3"\h\u4921第一章前言 296141.1PLC的基本概念 2307581.2PLC的基本结构 2286771.3PLC的工作原理 321540第二章设计方案分析 5134462.1布料车PLC控制系统设计 5238922.2往复运动的实现要求 6298192.3设计系统要求 627652第三章系统设计 7146863.1PLC控制系统的开发步骤 7134713.2PLC的选型原则 7233933.3布料车程序设计元器件选择 85690第四章原理控制线路图 8118494.1电机主线路控制原理图 8190704.2PLCI/O分配表及接线原理图 9200064.2.1布料车控制系统I/O分配表 9271404.2.2接线图 9212044.3系统流程图 1141854.4状态转移图 11103354.5控制程序梯形图 131340第五章系统仿真与运行 18316895.1组态 18155875.2调用函数 18263085.3完成仿真 19202915.3.1单周期工作模式 1967395.3.2连续循环工作模式 2118090结论 241915参考文献 25结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。初期的PLC只是用于逻辑控制的场合,代替继电器控制系统。随着微电子技术的发展,PLC以微处理器为核心,适用于开关量、模拟量和数字量的控制,它已进入过程控制和位置控制等场合的控制领域。目前,可编程序控制器既保留了原来可编程序逻辑控制器的所有优点,又吸收和发展了其他控制装置的优点,包括计算机控制系统、过程仪表控制系统、集散系统、分散系统等。在许多场合,可编程序控制器可以构成各种综合控制系统,例如构成逻辑控制系统、过程控制系统、数据采集和控制系统、图形工作站等等。这次课程设计主要对超声波清洗机的原理和PLC应用作了简要的说明和概述。此次的课程设计我们设计的是布料车PLC自动控制。用型号为西门子公司S7系列的S7-300的PLC实现布料车车进行“进二退一”的运动过程。通过I/O地址的分配，画出PLC与控制对象的接线图，设计控制流程，按照模块化的方式设计程序，实现PLC与控制路线的接口连接。 第二章设计方案分析本设计的题目是布料车PLC控制系统设计，预期实现的主要功能如下：实现布料车的往复运动，根据站点的不同进行往复，布料车的工作行程按“进二退一”的方式往返于A、B、C、D四个工位之间。通过对电机的控制实现一定的循环，布料车可以实现单周期、连续两种操作方式。热继电器(FR)用于电动机的过载保护，断相及电流不平衡运行保护。(FU)熔断器起电机主回路短路保护作用,而自锁起零压保护作用。2.1布料车PLC控制系统设计图2-1所示为布料车输送系统。布料车的工作行程按“进二退一”的方式往返于A、B、C、D四个工位之间，使得物料在传送带上分布更加合理。布料车由三相异步电动机驱动。布料车可以实现单周期、连续两种操作方式。图2-1布料车输送系统示意图图2-2布料车工作流程2.2往复运动的实现要求1)单周期循环控制要求：按下单周期循环控制按钮SB1,如图2-2，布料车由起始位置A向右运行至C处，然后由C向左回到B处，再向右运行到D处，再向左运行到B处，然后向右运行到C处，最后向左回到开始位置A处停止，完成单周期循环控制过程。2)连续循环控制要求按下连续循环控制按钮SB2，布料车将反复执行单周期循环控制过程，按下停止按钮SB3后，布料车运行到开始位置A处停止。要求循环50次后终止循环，发出声光简短报警，按停止按钮终止报警。2.3设计系统要求1)PLC型号：西门子公司S7系列，S7-3002)编程环境：SIMATICManager/Step7V5.4或更高版本3)根据控制要求分配PLCI/O地址，画出PLC与控制对象的接线图，设计控制流程，按照模块化的方式设计程序，既可以采用LAD编程，也可以采用STL编程，还可以采用组合方式编程。4)编写的需要输入PLC，调试通过。第三章系统设计3.1PLC控制系统的开发步骤3.2PLC的选型原则在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。一般在选择PLC时考虑以下几方面：输入输出（I/O）点数的估算存储器容量的估算控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能和处理速度等特性的选择。3.3布料车程序设计元器件选择PLC主机：选择CPC313C-2DP作为布料车程序设计控制的主机。布料车程序设计总共7个输入点,4个输出点。启动：按下SB1用于布料车单周期工作状态。按下SB2用于布料车连续循环工作状态，减计数器开始工作。停止：按下SB3使布料车的停止工作,计数器复位，报警声和报警灯停止。3.4PLC设计思想首先应确定输入元件和输出元件，由此来选择PLC的总点数，以便于画出PLC本设计的I/O分配图。有以上小车流程图所知，小车需要往返于4个光电开关之间，其4个光电开关属于输入；右行和左行分别由电动机的正转和反转来控制，其电机的正传和反转属于输出；报警灯和报警声也属于输出。第四章原理控制线路图4.1电机主线路控制原理图根据要求画出的主控制线路图如图3-1所示,其中FR热继电器用于电动机的过载保护，断相及电流不平衡运行保护。FU熔断器起电机主回路短路保护作用。图4-1电机主控制线路图4.2PLCI/O分配表及接线原理图4.2.1布料车控制系统I/O分配表输入输出功能地址功能地址单周期按钮SB1I0.1电机正转Q4.0连续循环按钮SB2I0.2电机反转Q4.1停止按钮SB3I0.3报警声Q4.2光灯开关SQ1I0.4报警灯Q4.3光灯开关SQ2I0.5光灯开关SQ3I0.6光灯开关SQ4I0.74.2.2接线图该图采用西门子s7-300的PLC来实现控制，各个接口根据其不同的功能，有的已进行标识。接入FR热继电器用于电动机的过载保护，断相及电流不平衡运行保护。以此来保护装料、卸料、前进和后退的电机4-1I/O接线图4.3系统流程图4-3系统流程图4.4状态转移图如图4-4所示的状态转移图，其中I0.1是一个启动信号，当给予PLC一个I0.1的信号，光电开关SQ1闭合式，PLC就启动，沿着顺序一直往下执行,进行单周期工作模式，从原点A启动，一次进行“进二退一”的工作方式，最后回到原点A，电机自动停止。4-4单周期流程图如图4-5所示的状态转移图，其中I0.2是一个启动信号，当给予PLC一个I0.2的信号，光电开关SQ1闭合式，PLC就启动，沿着顺序一直往下执行,进行50次连续循环的工作模式。50次循环内按下停止按钮SB3，布料车继续完成本次循环，回到原点A，电机自动停止，减计数器C0复位。50次循环结束，电机自动停止在原点，自动就进行报警功能，按下停止按钮SB3，减计数器C0复位，报警停止。4-5连续循环流程图4.5控制程序梯形图第五章系统仿真与运行在对系统的仿真中，根据实际条件，进行组态，选择合适的电源和CPU。完成配置，进行梯形图的输入，最后仿真，检验结果是否正确。5.1组态根据PLC选择对应的地址和相应的电源、CPU、输入、输出等的型号，配置如下图3-1：图5-1系统的组态5.2调用函数对输入的梯形图进行调用，在OB1模块中调用FC1，下载程序，并进行仿真。图5-2函数调用图5.3完成仿真根据实际条件，对相应的输入进行控制，观察输出是否正确。并进行调试和修改。5.3.1单周期工作模式ACCBBDDBBCCA回到起点A5.3.2连续循环工作模式初试第一步：最后一个周期工作流程：ACCBBDDBBCCA循环结束，产生报警信号。按下停止按钮SB3，减计数器复位，中断报警信号。结论经过两周的努力工作，终于完成了自己的布料车设计。虽说忙碌了点，但我觉得这样的生活充实且有成就感，当然，也获益匪浅。本设计是采用西门子S7-300PLC为核心，完成相关控制模块等的模块化设计与制作；整个设计过程是硬件和软件相结合的，并采用梯形图语言编写实现。根据要求用PLC对其进行控制，取得了以下研究成果：（1）控制系统接线图（2）控制系统工作原理的阐述（3）硬件电路的完成至于软件设计与调试，我觉得它主要考验你的思维逻辑能力及你对指令的熟悉程度。此次设计又一次的学习了一些软件，而且也重新学了一下PLC的内容，从最基础的知识开始学习，重新理解和记忆一些与PLC有关的东西。例如对于梯形图中的命令的理解，如何根据梯形图写出语句表，又怎样根据语句表画出梯形图。只有对这些知识有一定的了解，才可能编出PLC程序。在整个课程设计过程我还掌握了一下几点：（1）掌握了PLC系统设计的流程，熟悉了软件编程方法。（2）熟练使用了各种计算机辅助设计工具完成设计，充分掌握了这些工具的使用。（3）学会了利用SIMATICManager对梯形图语言进行编译过程，进一步加深了对该软件的学习。还有，我还发现自身一些毛病。一，前期准备工作做的不够好，想的还算多