自动送料车的plc控制系统设计_毕业论文(编辑修改稿)

自动送料车的plc控制系统设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

1)通用微处理器，如 8080, 8088, Z80A, 8085 等。 通用微处理器的价格便宜，通用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。 (2)单片机，如 8051 等。 单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型 PLC 上使用，也广泛地用于 PLC 的智能 UO模块。 (3)位片式微处理器，如 AMD2900 系列等。 位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。 它主要追求运算速度快，它以 4 位为一片。 用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。 改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。 位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。 这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合，很适合于以顺序扫描方式工作的 PLC使用。 存储器 根据存储器在系统中的作用 ，可以把它们分为以下 3种 : (1)系统程序存储器 :和各种计算机一样， PLC 也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了 PLC 的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。 系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器 ROM或 EPROM. (2)用户程序存储器 :用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。 由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的 RAM。 由于 RAM 掉电会丢失数据，因此使用 RAM作用户程序存储器的 PLC，都有后备 电池 (铿电池 )保护 RAM，以免电源掉电时，丢失用户程序。 当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入 PLC(如欧姆龙公司的 CPMIA型 PLC)采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。 (3)工作数据存储器 :工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。 这部分数据存储在 RAM 中，以适应随机存取的要求。 在 PLC 的工作数据存储区，开辟有元件映象寄存器和数据表。 元件映象寄存器用来存储 PLC 的开关量输入 /输出和定时器、计数器、辅助 继电器等内部继电器的 ON/OFF 状态。 数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。 它存储用户程序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。 它还用来存放 A/0 转换得到的数字和数学 专科生毕业设计（论文） 8 运算的结果等。 根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。 1/0 单元 I/0 单元也称为 I/0模块。 PLC 通过 I/0 单元与工业生产过程现场相联系。 输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。 通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能 够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。 运行时 CPU 从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。 输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件 . 电源部分 PLC 一般使用 220V 的交流电源，内部的开关电源为 PLC 的中央处理器、存储器等电路提供 5V, +12V, +24V 的直流电源，使 PLC 能正常工作。 电源部件的位置形式可有多种，对于整 体式结构的 CPU，通常电源封装到机壳内部。 对于模块式 PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与 CPU 封装到一个模块中。 扩展接口 扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使 PLC 的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。 通信接口 为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话， PLC 配有多种通信接口。 PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的 PLC 或计算机相连。 当 PLC 与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印。 当与监视器相连时 .可将过程图像显示出来。 当与其他 PLC 相连时，可以组成 多机系统或连成网路，实现更大规模的控制。 当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。 编程器 编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。 编程器有简易型和智能型两类。 简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后，才能输入。 它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。 智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有 LCD 或 CRL 图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。 还可以利用 PC 作为编程器， PLC 生产厂家 配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序， 专科生毕业设计（论文） 9 并可以实现不同编程语言的互相转换。 程序被下载到 PLC，也可以将 PLC 中的程序上传到计算机。 程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。 现在很多 PLC 已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。 PLC 的应用领域 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变 生产过程成为可能。 这特别适合多品种、小批量的生产场合。 目前， PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类 : (1)开关量逻辑控制 取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。 如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 (2)工业过程控制 在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量 (即模拟量 )， PLC采用相应的 A/D和 D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。 PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。 过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 (3)运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。 一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 (4)数据处理 PLC具有数学运算 (含矩阵运算、函数运算、逻辑运算 )、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据 的采集、分析及处理。 数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 (5)通信及联网 PLC通信包括 PLC间的通信及 PLC与其它智能设备间的通信。 随着工厂自动化网络的发展，现在的 PLC都具有通信接口，通信非常方便。 但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬 专科生毕业设计（论文） 10 件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 专科生毕业设计（论文） 11 第 3章 总体方案 方案论证 在设计时，我曾用到四个方案，由于数据输入、比较输出、小车运行及 显示方面的程序在调试时可以通过，因此，这四个方案都是基于数据移位来选择的。 方案一： 开始时，考虑的是一般较为习惯的继电器控制电机和利用限位开关等实物控制系统，系统可以实现我所需要的功能。 当时，考虑到经济性和系统更变较为不便。 因此，我放弃了该方案。 方案二： 抛弃了方案 1 后，我开始寻求一种软件更改方便的方法。 利用电子线路实现电机正、反转以及定位等。 此种方法的设计程序较为难点，结果把所用到的功能指令都接于主母线上，但在调试时，则出现了第三，第四个输入信号错位的现象。 方案三： 把该部分的程序改以步进方式执行 ，并使该步进不断循环执行。 但到了调试运行时，当输入一个数据时，便会使该数据连续执行次，在苦思不通后终于决定放弃该方案，而且也由于该方案的步数较多，所用语句也十分多，所以该方案就算能通过也不是最佳选择。 方案四： 接着，我尝试使用计数器来移位数据，而不使用数据寄存器，但用计数器则存在不能同时输入两个相同信号的问题，最后，由于想到这不能符合课题要求，所以，也放弃了该方案。 方案五： 最后，我综合上述方案的经验，使用类似于步进的方法，在主母线上分步执行。 并使用定时器制作脉 冲，不断使移位程序重复执行，并设置互锁，使输入按钮按一次只能输入一个信号，必须放开按钮后，再按才可再次输入。 改动后，经调试，证明该方案可行，所以我选择了该方案。 专科生毕业设计（论文） 12 总体 设计思想 设计本课题时，我计划采用如下思路： 首先，在设计功能这方面全部采用电子设备，通过 H型驱动电路和软件实现电机的正反转，取代以往的继电器，同时在定位和控制灯方面也采用电子设备和软件配合方法实现。 其次，各工位的输入和各个工位的指示都由软件实现，接着是数据的移位，以此来实现输入数据的优先级别。 跟着便是数据的比较输出，接下来便是各个工位的小车工 序。 最后，便是显示程序和手动及自动复位程序，以及组态王软件的监控显示系统完善，以提高整个系统的可视性和操作性能。 功率驱动电路 电机的正反转是同过软件部分输出的不同要求时实现，当输出（ =1）时，即 M1为低电平，电机正转（运动小车实现从左往右的运动）；当输出（ =1）时，即 M2为低电平，电机获反向电压而反转（运动小车实现从右往左的运动）。 具体 功率驱动电路 电气原理图，详见图 ： 图 该电气原理图的具体工作原理如以下介绍： 采用 24V直流电压，通过 LM317T进行电压调节后其输出电压大致在 7V，当软件输出（ =1）即 M1为低电平时，芯片 CD4011（ 四 2输入与非门应用电路 ）的 2脚都为低电平，其与非门输出为高电平并输出到芯片的 9脚和 H型功率驱动电路的三极管 1和三极管 4的基极， 此刻 M2没有电平输出即 2号与非门输出电平也是低电平，这样 3号与非门输出为高电平驱动三极管 9013， H型 功率驱动电路 获得电压，电机获电正传； 当软件输出（ =1）即 M2为低电平时，芯片 CD4011（ 四 2输入与 专科生毕业设计（论文） 13 非门应用电路 ）的 6脚都为低电平，其与非门输出为高电平并输出到芯片的 8脚和 H型功率驱动电路的三极管 2和三极管 3的基极， 此刻 M1没有电平输出即 1号与非门输出电平也是低电平，这样 3号与非门输出为高电平驱动三极管 9013， H型 功率驱动电路 获得电压，电机获电反传。 电子控制显示电路 可行性论证 通过该电路和软件实现了对运动小车的位置控制和位置指示灯控制，具体电路详见图 具体工作原理如以下介绍： 在该电路中发光二极管 D1,D2,D3,D4都一直处于发光状态。 现在以小车运动到S1处为列。 当小车运动到 S1处时，由于小车车身上携带有反光面板反射发光二极管的光束到光敏三极管上，致使光 敏三极管导通。 这样 24V电压经 270K欧姆和 100欧姆的电阻分压供给三极管 T1基极，三极管 T1导通。 此刻发光二极管 D11发光， S1获得低电平信号给软件部分，软件运行控制定位灯的发光时间。 图 工位输入 工位的输入不再是通过限位开关来实现，而是利用运料小车自身携带的反光面板进行光束反射后使光敏三极管通断来实现。 4个工位 S1,S2,S3,S4分别通过输入过程映像寄存器的 0字节 4位（即 ,）来进行检测输入信号。 数据的移位 数据移位是利用移位寄存器 SHRB进行移位，当进行第一次扫描后便移入一个 专科生毕业设计（论文） 14 高电平，并且通过。 小车的运行 这一步是把小车的程序分为 3个部分，分别对应每一种运行状态（正传、反转和中途方向改变），当比较输出时得出与哪个数字相等，则有选择性地执行某个小车程序。 控制面板的显示与复位 该步是利用发光二极管通电状态来进行控制，以 PLC的输入过程映像寄存器的0字节 4位（即 ,）对 4个工位 S1,S2,S3,S4位置分别进行 检测输入信号，还利用输出过程映像寄存器的 0字节 4位对定位控制的发光二极管进行控制显示。 通过软件对电机正、反转和复位进行控制。 控制系统设计 控制系统工作原理 运料车的工作流程 某自动生产线上运料小车的运动如图 所示，运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向右行，电机反转，小车向左行。 在生产线上有 5个编码为 1— 5 的站点供小车停靠，在每个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。 对小车的控制除了启动按钮和停止按钮。