电气控制与可编程序控制器应用技术课程设计报告-x62w型卧式普通铣床plc的改造

电气控制与可编程序控制器应用技术课程设计报告-x62w型卧式普通铣床plc的改造内容摘要：

PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入 /输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。 PLC 的硬件系统结构如下图所示： （三） PLC 的工作原理 PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。 即在 PLC运行时， CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从 第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。 然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。 在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 PLC 的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。 随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。 PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，执行的结果再写入输出状态寄存 器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。 输入模块C P U模块输出模块可编程序控制器编程装置接触器电磁阀指示灯电源 电源 限位开关选择开关按钮 12 MCGS 系统介绍 （一）什么是 MCGS MCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统 )是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于 Microsoft 的各种 32 位 Windows 平台上运行， 通过对现场 数据的采集处理 ， 以 动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在工业控制领域有着广泛的应用。 MCGS 组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。 同时使用 MCGS 组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。 （二） MCGS 的构成 MCGS 系统包括组态环境和运行环境两个部分。 用户的所有组态配置过程都在组态环 境中进行，它相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。 用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。 运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。 运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。 一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。 支持软件不仅编制 PLC 程序需要，监控 PLC 运行，特别是监视 PLC 所控制的系统的工作状况也需要。 所以 ，多数支持编程的软件，也具有监视 PLC 工作的功能。 此外，也有专用于监控 PLC 工作的软件，它多与 PLC 的监视终端连用。 十字路口交通灯控制任务 信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。 当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 南北红灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20秒。 到 20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭。 在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2秒。 到 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。 东西红灯亮维持 30 秒。 南北绿灯亮维持 20 秒，然后闪亮 3秒后熄灭。 同时南北 13 黄灯亮，维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮，周而复始。 研究目的和意义 在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。 但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。 如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。 传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向 红绿灯的延时预先设置好。 然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。 即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。 这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。 目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。 由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时 间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。 为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。 可编程控制器交通灯控制 系统集 成 自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。 另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的 可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC 是必要的。 方案比较 采用数字 逻辑电路设计 工作原理 :选用十六进制计数器 74161和 3线 8线译码器 74LS138。 经过译码后，输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。 其中黄灯信号必须满足间歇闪耀；在夜间时黄灯一直闪耀，而绿、红灯灭。 基本组成 :主要由控制器部分和数字显示部分 ,秒脉冲发生器等 组成。 显示控制部分实际上是一个定时控制电路。 当绿灯亮时，使减 14 法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减 1，直到计数 器为 “0” 停止。 译码显示可用 74LS47 驱动 BCD 码七段译码器，计数器采用可预制加、减计数器，如 74LS16 74LS190、 74LS193 等 数字电路的特点 :数字电路的信号是不连续变化的数字信号，所以在数字电路中工作的器件多数工作在开关状态，即工作在饱和区和截止区，而放大区只是过渡状态。 数字电路的主要研究对象是电路的输入和输出之间的逻辑关系，因而在数字电路中就不能采用模拟电路的分析方法，例如，微变等效电路法等就不适用了。 这里的主要分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要用真值表，逻辑表达式及波形图等。 其 在任何时刻的输出，仅取决于电路此刻的输入状态，而与电路过去的状态无关，它们不具有记忆功能。 或者在任何时候的输出，不仅取决于电路此刻的输入状态，而且与电路过去的状态有关，它们具有记忆功能。 PLC 设计 采用计算机和 FX2N48M2 系列 PLC，在计算机上编译调试好交通灯控制程序，启动 PLC 写入程序，经过运行后， 输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。 其中黄灯信号必须满足间歇闪耀；在夜间时黄灯一直闪耀，而绿、红灯灭。 可编程控制器交通灯控制 系统的特点 ：编程简单，维修方便 ； 联机自动 就地工作；上机控 制的 单周期运行 方式；由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；自动启动、自动停机控制方式。 近年来 PLC 的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。 本系统采用 PLC 是基于以下四个原因： ① PLC 具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在 30 万小时以上； ② 编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现； ③ 抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC； ④安装简单维修方便， PLC 不需要专门的机 房，可以在各种工业环境下直接运行。 使用时只需要将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端连接，系统便可投入运行。 第二章 交通信号控制系统实况 十字路口交通灯控制实际情况描述 15 十字路口交通灯控制实验面板图： 实验面板图中，甲模拟东西向车辆行驶状况；乙模拟南北向车辆行驶状况。 东西南北四组红绿黄三色发光二极管模拟十字路口的交通灯 控制 任务 要求 信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。 当启动开关断开时，所有信号灯 都熄灭。 南北红灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20秒。 到 20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭。 在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2秒。 到 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。 东西红灯亮维持 30秒。 南北绿灯亮维持 20秒，然后闪亮 3 秒后熄灭。 同时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮，周而复始。 结合十字路口交通灯的路况画出模拟图 十字路口交通灯模拟控制时序图 交通指挥信号灯控制系统工作时， 对指挥灯的控制要求按一定时序进行，如图 618北 南 东 西 交通指挥灯示意图 绿 黄 红 绿 黄 红 红 黄 绿 绿 红 黄 16 所示。 交通灯控制流程图 根据交通灯的实际控制情况，可得出其流程图如下： 第三章 可编程控制器程序设计 启动 / 停止 南北红灯 东西绿灯 东西黄灯 东西红灯 南北绿灯 南北黄灯 交通信号 灯时序状态示意图 17 可编程控制器 I/O 端口分配 根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析，系统采用自动控制方式，输入有系统开启与停止按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号。 甲模拟东西向车辆行驶状况；乙模拟南北向车辆行驶状况 由此可知，该系统所需的输入点数为 1，输出点数为 8，全部是开关量，则可将 I//O 分配用 下表 表示。 输入元件 输入地址 输出元件 输出地址 开启 /停止 按钮 SB 南北绿灯 Y0 南北黄灯 Y1 南北红灯 Y2 东西绿灯 Y3 东西黄灯 Y4 东西红灯 Y5 甲 Y6 乙 Y7 交通指挥灯的 I/O 分配表 PLC 的外部接线图 /输出接线列表 PLC 外部接线原理图 根据上述 I/O 表可知， I/O 所需点数只有 9点，故选用 FX2N48MR 微型 PLC 即可。 则 PLC 外部输入输出的信号接线如 图 所示。 输入 接线 SD X0 输出 接线 南北 G 南北 Y 南北 R 东西 G 东西 Y。