小車定位系統(tǒng)程序設(shè)計

課程設(shè)計（論文）任務(wù)書電氣與電子工程 院 自動化 教研室學(xué)號 學(xué)生姓名 專業(yè)（班級）題目 小車定位系統(tǒng)程序設(shè)計設(shè)計技術(shù)參數(shù) 1.采用OMRONSYSMACCPM2APLC 控制2.在應(yīng)用基礎(chǔ)實驗板 TS1上實現(xiàn)3.I/O地址分配任意4.用基本指令實現(xiàn)、用比較指定實現(xiàn)設(shè)計要求 小車可在4個光電開關(guān)位置間左右之間運動，用單刀四擲開關(guān)控制，實現(xiàn)自動選向、自動定位控制。單刀四擲開關(guān)的 4個編號位置與 4個光電開關(guān)編號位置相互對應(yīng)。當(dāng)單刀四擲開關(guān)撥至某一位置時，小車就運動到預(yù)期編號相對應(yīng)的位置停止。年 月 日前言目前人們已經(jīng)意識到以工業(yè)控制機為核心的PLC控制系統(tǒng)的重要性，紛紛將或準(zhǔn)備將組態(tài)控制技術(shù)類如自己的發(fā)展方向。本設(shè)計將在充分了解配料車控制系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際操作要求，充分利用PLC功能強大、操作簡單、界面人性化的特點采用模塊的形式，并立足現(xiàn)實制作出自動的動態(tài)控制。通過PLC直接控制配料車的運行，故該設(shè)計具有一定的理論研究和工程實用價值。目錄第一章引言1.1設(shè)計目的及意義-------------------------------------------------31.2設(shè)計背景-------------------------------------------------------31.3設(shè)計要求------------------------------------------------------4第二章PLC簡介2.1介紹PLC-------------------------------------------------------52.2PLC特點-------------------------------------------------------52.3PLC基礎(chǔ)知識---------------------------------------------------62.4PLC應(yīng)用領(lǐng)域---------------------------------------------------72.5PLC的國內(nèi)外狀況-----------------------------------------------82.6PLC構(gòu)成102.7PLC系統(tǒng)的其他設(shè)備112.8PLC未來展望13第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1PLC選型143.2試驗臺介紹-----------------------------------------------------3.316所用模塊關(guān)系163.4實驗板組成及使用方法17第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1設(shè)計軟件214.2編程操作224.3 器件與PLC內(nèi)部等繼電器地址編號的對照表-------------------------224.4 針對本次設(shè)計的程序---------------------------------------------234.5 指令表附錄-----------------------------------------------------24第一章 引言1.1 設(shè)計目的及意義了解常用電氣控制裝置的設(shè)計方法、步驟及設(shè)計原則；學(xué)以致用，鞏固書本知識。通過課程設(shè)計使學(xué)生初步具有設(shè)計電氣控制裝置的能力，從而培養(yǎng)和提高學(xué)生的獨立工作能力；進行一次工程技術(shù)設(shè)計的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生查閱書籍、參考資料、上網(wǎng)查詢信息的能力，運用計算機進行工程繪圖的能力，編制技術(shù)文件的能力等，從而提高學(xué)生解決實際工程技術(shù)問題的能力；加深對PLC原理與應(yīng)用、機電傳動控制等課程的理解；考察幾年來所學(xué)的知識綜合應(yīng)用水平；提高學(xué)生的實際操作和解決實際問題的能力。從理論到實踐，在整整半個月的日子里，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的內(nèi)容。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程遇到了各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計，重新溫故了以前所學(xué)過的知識。1.2 設(shè)計背景可編程控制器簡稱 PLC，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。 據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。 專家認為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一， PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。PLC是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，與3C(Computer、Control、Communication)技術(shù)相結(jié)合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域。自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型PLC，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的各單機設(shè)備上，雖然它們大多處在強電電路和強電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，但PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計的控制裝置，在設(shè)計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。由以上介紹可以看出PLC的應(yīng)用不盡為生產(chǎn)節(jié)約了人力物力，更重要的是，PLC使從事配料生產(chǎn)線的工廠和部門大大的提高了生產(chǎn)效率！1.3 設(shè)計要求認真閱讀本課程設(shè)設(shè)計任務(wù)書，分析本課題的控制要求。確定控制方案，設(shè)計電氣控制裝置的主電路。應(yīng)用PLC設(shè)計電氣控制裝置的控制程序。1）選擇PLC的機型及I/O模塊型號，進行系統(tǒng)配置；2）根據(jù)工藝流程圖，繪制順序功能圖；3）列寫PLC的I/O分配表，畫出PLC的I/O接線圖；4）設(shè)計梯形圖，并進行必要的注釋。第二章PLC簡介2.1PLC含義PLC即可編程控制器（ProgrammableLogicController），是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中做了如下定義：PLC英文全稱ProgrammableLogicController，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有PLC。國際電工委員會(IEC)在其標(biāo)準(zhǔn)中將PLC定義為：可程式邏輯控制器是一種數(shù)位運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？沙淌竭壿嬁刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。2.2PLC的特點 可靠性高高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)， 具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F系列PLC平均無故障時間高達 30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從 PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。 在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 易學(xué)易用PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。2.3PLC基礎(chǔ)知識PLC的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。2.4PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算） 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較， 完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.5PLC的國內(nèi)外狀況在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作， 并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable,是世界上公認的第一臺PLC。限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。 20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器， 使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。 為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC）。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30～40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。2.6PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4mA～20mA,0mA～20mA）、電壓型（0V～10V,0V～5V,-10V～10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。 底板或機架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。2.7PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。 人機界面最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。 的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC與PLC之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則：．最大限度的滿足被控對象的控制要求。2．在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用和維護方便。．保證控制系統(tǒng)安全可靠。．考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進在選擇PLC容量時應(yīng)適當(dāng)留有余量。軟件系統(tǒng)及常用編程語言PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機、將程序語言翻譯成機器語言，診斷機器故障。系統(tǒng)軟件由 PLC廠家提供并已固化在 EPROM中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求， 用PLC的程序語言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來實現(xiàn)各種控制。 STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用STEP7來進行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點：1．它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。2．梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是 PLC輸入點接的開關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。3．梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。4．內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。5．PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。6．語句表語言，類似于匯編語言。7．邏輯功能圖語言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來表達，一般一個運算框表示一個功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。2.8PLC未來展望21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1PLC選型PLC機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：(一) 合理的結(jié)構(gòu)型式PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴展靈活方便,在I/O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、 I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。(二) 安裝方式的選擇PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程 I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠程I/O電源；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。(三) 相應(yīng)的功能要求一般小型(低檔)PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔 PLC。對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。(四) 響應(yīng)速度要求PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。(五)系統(tǒng)可靠性的要求對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。綜上所述，結(jié)合本次設(shè)計要求需要大致4-5個輸入，2-4個輸出，根據(jù)實驗室的條件我們選擇PLC類型為： 三菱FX1N-60MR如圖所示圖3.1三菱FX1N-60MRFX1N系列是功能很強大的微PLC，可擴展到多達128I/O點，并且能增加特殊功能模塊或擴展板。通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項使得FX1N在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應(yīng)用方面非常完美。定位和脈沖輸出功，一個PLC單元能同時輸出2點100KHz脈沖，PLC配備有7條特殊的定位指令，包括零返回、絕對位置讀出、絕對或相對驅(qū)動以及特殊脈沖輸出控制.時鐘功能和小時表功能。在所有的FX1NPLC中都有實時時鐘標(biāo)準(zhǔn)。時間設(shè)置和比較指令易于操作。小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供了有價值的信息應(yīng)用范圍： 停車場行業(yè)等參數(shù)說明：用在三菱電機上的附件電壓：三相 AC200～230V/50頻率：60HZ控制方式：正弦波PWM控制、電流控制方式質(zhì)量： 0.8～2KG。3.3 所用模塊關(guān)系電源給其他所有模塊供電，可編程控制器SAC-PLC-TY9控制實驗基礎(chǔ)模塊，與試驗基礎(chǔ)模塊間相互作用達到實驗?zāi)康摹嶒灮A(chǔ)實驗板SAC-PLC-TS1實現(xiàn)設(shè)計功能滿足工作要求。圖3.3 模塊間的關(guān)系3.4 實驗板組成及使用方法TS1和TS2實驗板為225×300平方毫米的實驗板, 表面采用PVC材料及制作工藝,并印制有形象直觀的彩色工業(yè)現(xiàn)場模擬圖。實驗板正面裝有接線用的臺階插座、按鈕、開關(guān)以及聲光顯示和運動機構(gòu)等器件。背面為單面印刷電路板,裝有實驗所需的電氣元件。TS1實驗板有三個實驗區(qū)。分別為交通燈實驗區(qū)、旋轉(zhuǎn)運動實驗區(qū)、直線運動實驗區(qū)。TS2實驗板有兩個實驗區(qū)和兩個輔助信號實驗區(qū)，分別為輸料線實驗區(qū)、混料罐實驗區(qū)；現(xiàn)場電氣操作輔助信號實驗區(qū)、常用輔助信號實驗區(qū)。實驗時，該實驗板必須需配合電源板和PLC元件板一同配合使用。首先將電源板接通電源,再通過4號插座和實驗導(dǎo)線為可編程序控制器通電，根據(jù)實驗內(nèi)容,選擇好所需的輸入、輸出元件，并將信號通過2號臺階插座和實驗導(dǎo)線,引入到可編程序控制器的輸入、輸出端子區(qū)上。實驗板上輸入元件的公共端要接到24V電源的負極上（24G），PLC上輸入信號的公共端（COM）要接到24V電源的負極上（-24V），這樣可連接好輸入電路，工作時可通過設(shè)備上的φ3發(fā)光管顯示觀察到輸入元件的工作狀態(tài)。實驗板上輸出元件的公共端要接到5V電源的負極上5VG），PLC上輸出信號的公共端要接到5V電源的正極上（+5V），這樣可連接好輸出電路，工作時可通過設(shè)備上的電機動作和φ5發(fā)光管顯示觀察到輸出元件的工作狀態(tài)。打開電源板開關(guān) ,接通可編程序控制器電源 ,輸入并運行程序,觀察執(zhí)行情況,看是否滿足工藝要求,直到通過為止,達到學(xué)習(xí)的目的。操作時注意區(qū)別實驗板上的輸入和輸出信號元件,因電壓和電路不同,盡量不要接錯。直流開關(guān)電源具有短路保護作用。圖3.4 實驗接線原理圖實驗區(qū)TS1板分為三個實驗區(qū)。分別為：交通燈實驗區(qū)、旋轉(zhuǎn)運動實驗區(qū)、直線運動實驗區(qū)。TS2板分為三個實驗區(qū)。分別為：輸料線實驗區(qū)、混料罐實驗區(qū)；現(xiàn)場電氣操作輔助信號實驗區(qū)、常用輔助信號實驗區(qū)。1．交通信號燈實驗區(qū)該實驗區(qū)在TS1實驗板的上方。面板上示意十字路口交通信號燈,由三色發(fā)光二極管形象顯示。信號燈分東西和南北兩組,在印刷線路板上同組的相同顏色的信號燈相互并聯(lián)。用實驗導(dǎo)線將5VG連接到5V電源的負極，再將5V電源的正極接至發(fā)光二極管臺階插座,對應(yīng)的一組發(fā)光二極管就會發(fā)光。實驗時,將這些插座連接至可編程序控制器的輸出端子上(這些端子與直流5V正極連接),信號燈的工作狀態(tài)就受控于可編程序控制器的程序,顯示其控制功能。2．旋轉(zhuǎn)運動實驗區(qū)該實驗區(qū)在TS1實驗板的上方。主要由圓盤驅(qū)動電機、傳動機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)盤、光電開關(guān)元件等組成。電機采用三極管構(gòu)成的調(diào)速電路和正反轉(zhuǎn)控制電路 ,調(diào)速范圍較寬。有級調(diào)速分高、低兩擋,低速可由電位器調(diào)節(jié)。圓形轉(zhuǎn)盤處裝有光電開關(guān)和孔盤,構(gòu)成位置檢測電路,也可供旋轉(zhuǎn)計數(shù)時使用。實驗時,注意要將5VG連接到電源板5V電源的負極，還要將5V電源的正極接到電源板5V電源的正極，這樣輸出回路負載元件才能正常工作。24VG，要連接到電源板24V電源的負極上。5V電源還為光電開關(guān)輸入元件提供工作電壓。3．直線運動實驗區(qū)該實驗區(qū)在TS1實驗板的中間。正面板為電梯控制示意圖。 主要由按鈕、光電開關(guān)、發(fā)光二極管和直線行走機構(gòu)及驅(qū)動電機等元件組成。電梯樓層數(shù)為四層,滑塊為模擬轎箱。上方4個按鈕為轎箱內(nèi)選信號,下方6個按鈕為各層廳外呼梯信號,4個光電開關(guān)為樓層位置信號。樓層位置可由數(shù)碼顯示指示。電機速度也分高、低兩擋,使用時需與正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)端子配合連接。低速可由電位器調(diào)節(jié)。4．輸料線實驗區(qū)該實驗區(qū)在TS2實驗板的左上方。正面板為輸料生產(chǎn)線示意圖。上料倉底下有背景光顯示料位,下料倉背景光顯示料位的有無。下料倉料位的料滿和料欠傳感器信號由三位雙刀手動開關(guān)代替。卸料閥皮帶等工作狀態(tài)由發(fā)光二極管表示。輸料線起動和停止的順序應(yīng)以不積壓物料和節(jié)能等方面予以考慮。輸料線的起動和停止信號選用直線區(qū)的按鈕實現(xiàn)。自動起停時,撥動手動開關(guān)產(chǎn)生模擬的料滿或料欠信號,即可模擬實現(xiàn)輸料線各級皮帶的自動順序起停。5．混料罐實驗區(qū)該實驗區(qū)在TS2實驗板的右上方。正面板為混料罐設(shè)備示意。液體A和液體B的輸入和輸出混合液體C的工作狀態(tài)以及攪拌機的工作狀態(tài)均由發(fā)光二極管表示。液體的液面高低由可升降的背景光表示,液體A或液體B輸入時,料位上升；混合液體C輸出時,料位下降。液面的高中、低三個位置信號由三個光電開關(guān)產(chǎn)生,應(yīng)接至可編程序控制器的輸入端?；炝瞎薜目刂品绞娇煞譃槭謩?、自動、單周期和連續(xù)等控制方式,信號可選至輔助信號區(qū)的方式開關(guān)。起動和停止信號可選用直線區(qū)的按鈕產(chǎn)生。6．輔助信號實驗區(qū)在TS2實驗板的下方,有兩個輔助信號區(qū),上方為現(xiàn)場電氣操作輔助信號實驗區(qū),下方常用輔助信號實驗區(qū)。現(xiàn)場電氣操作輔助信號實驗區(qū)有電源來電指示信號燈、設(shè)備送電投入運行指示信號燈，有自動、單步、手動工作方式指示信號燈,有設(shè)備各個部分工作運行指示信號燈,有設(shè)備啟動和停止?fàn)顟B(tài)的信號燈，有設(shè)備暫停和急停信號燈?，F(xiàn)場電氣操作輔助信號實驗區(qū)還有電源控制啟、停按鈕，有控制工作方式開關(guān)，有手動操作按鈕，有設(shè)備運行啟、停按鈕，有設(shè)備暫停和急停按鈕。常用輔助信號實驗區(qū)提供了撥碼盤信號、方式選擇信號、開關(guān)信號;聲光顯示和數(shù)碼顯示。這些信號還可以作為現(xiàn)場電氣操作輔助信號的補充，例如聲光顯示可以作為設(shè)備故障