自動銑床PLC控制系統(tǒng)畢業(yè)設計.doc

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1、 畢 業(yè) 設 計 論 文題 目 自動銑床PLC控制系統(tǒng) （院）系 電氣與信息工程系 專業(yè) 自動化 班級 0102 學號 0101110230 學生姓名 導師姓名 完成日期 2005年6月17日 畢業(yè)設計（論文）任務書 設計（論文）題目： 自動銑床PLC控制系統(tǒng) 姓名 系別 電氣與信息工程系 專業(yè) 自動化 班級 學號 02 指導老師 教研室主任 一、 基本任務及要求： 以PLC為核心，配合智能儀表，實現(xiàn)對自動銑床的自動控制以及運行狀態(tài)的檢測功能和顯示功能。采用日本三菱公司FX2N PLC和速度控制模塊 完成銑床自動加工控制系統(tǒng)的設計，提高銑床自動加工控制系統(tǒng)的可靠性和加工精度。 設計的主要內容是

2、完成自動控制功能、狀態(tài)顯示和信息檢測所需要的硬件和傳感器等元器件的選擇。并完成控制軟件設計。 包括：1、總體方案的確定；2、PLC的選擇； 3、各模塊電路的設計；4、軟件設計；5、編寫設計說明書等。 控制系統(tǒng)概況見附件。 二、 進度安排及完成時間： 3月7日 布置任務、下達設計任務書、具體安排。 3月7日-3月26日 查閱資料、撰寫文獻綜述、撰寫開題報告, 上傳到FTP。 4月10日-5月30日 畢業(yè)設計： 4月10日-4月22日 主要完成系統(tǒng)硬件組建，總線與各節(jié)點的連接的初步設計。4月23日-5月10日 修改系統(tǒng)硬件組建，總線與各節(jié)點的連接的設計。5月11日-5月20日 組建系統(tǒng)的部分硬件，

3、總線與各節(jié)點的選型設計。5月21日-5月30日 完成系統(tǒng)的軟件設計。 6月1日-6 月14日 撰寫畢業(yè)設計說明書（論文）。 6月15日-6月17日 修改、裝訂畢業(yè)設計說明書、指導教師評閱。 6月20日 畢業(yè)設計答辯（公開答辯、分組答辯）。 6月27日-7月3日 畢業(yè)設計資料歸檔。 目 錄摘 要Abstract第1章 銑床的概述11.1自動銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀21.2 銑床的主要結構2第2章 可編程序控制器（PLC）的概況32.1 PLC的發(fā)展概念及發(fā)展32.2可編程序控制器的結構及工作原理82.3 PLC的應用領域92.4可編程序控制器與計算機之間的通信10第3章 系統(tǒng)的總體設計12第4章 硬件設

4、計144.1可編程程序控制器的選型144.1.1可編程序控制器的物理結構及控制方式選擇144.1.2 CPU的能力154.1.3 I/O點數的確定154.1.4 響應速度164.1.5 存儲器容量的選擇174.1.6 可編程序控制器的指令系統(tǒng)174.1.7 機型選擇的其它考慮因素184.2 電動機的選型 194.3 電動機的設計 204.4按鈕及保護裝置的選型 214.4.1 按鈕214.4.2 刀開關214.4.3 組合開關224.4.4 行程開關224.4.5接觸器234.4.6 熱繼電器234.4.7 中間繼電器244.4.8 熔斷器244.5系統(tǒng)的供電 254.6輸入/輸出接口電路 2

5、6第5章 軟件設計285.1 銑床電力拖動和控制要求 285.2 輸入/輸出地址分配285.3 控制系統(tǒng)的公共程序 295.4 銑床運行的自動程序 30第6章 控制面板的設計31第7章 PLC系統(tǒng)的抗干擾措施327.1 硬件抗干擾措施 327.1.1 抑制電源系統(tǒng)引入的干擾 327.1.2 抑制接地系統(tǒng)引入的干擾 327.1.3 抑制輸出輸入電路引入的干擾 337.1.4抑制外部配線干擾的措施 337.2 軟件抗干擾措施 33第8章 PLC系統(tǒng)的程序調試35第9章 銑床常見故障分析及處理38結束語 41致謝 42參考文獻 43附錄A 梯形圖44附錄B 程序清單45附錄C PLC外部接線圖 48

6、附錄D 電動機組啟動接線圖49歡迎下載計算機/單片/機械范文網()文檔. 今日已上傳64份范文 站長QQ: 844511071自動銑床PLC控制系統(tǒng)摘 要：本篇文章介紹了自動銑床PLC控制系統(tǒng)設計方案，并且敘述了銑床運行的基本原理、PLC的基本原理、PLC的工程設計步驟。該系統(tǒng)用三菱公司的FX2N系列PLC作為控制核心，整個系統(tǒng)采用了一臺PLC控制，整個控制系統(tǒng)設一個控制室。利用PLC控制銑床運行，實現(xiàn)了銑床啟動、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動控制和自動控制兩種控制方式， 從而實現(xiàn)了銑床運行的自動化功能。PLC控制的特點使原機床控制大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查。節(jié)省大量的繼

7、電器元件,使機床的工作效率更高。 關鍵詞：可編程序控制器； 銑床； 電氣控制系統(tǒng)；Automatic milling machine PLC control systemABSTRACT：This page has introduced the design plan of the automatic milling machine PLC control system, and has narrated the basic principles of the milling machines operation, the basic principles of PLC and the eng

8、ineering design step of PLC. This system uses FX2N series PLC of San Ling Company as the core of controlling, the whole system has adopted a PLC to control, the whole control system sets up a control room and utilize a PLC control milling machine to run. It realized the function of milling machines

9、start , stop , trouble stop , stop promptly. And it has two kinds of control methods the manually control and automatically control, thus realized the automatic function of the milling machines operation.KEYWORDS: PLC；milling machine；control system計算機畢業(yè)設計購買 www.LunWenDz.Com 工科畢業(yè)設計代做:www.LunWen168.Ne

10、t 開題:www.KtJia.Com歡迎下載計算機/單片/機械范文網()文檔. 今日已上傳64份范文 站長QQ: 844511071第1章 自動銑床的概述隨著電子技術的發(fā)展，可編程序控制器日益廣泛的應用于機械、電子加工與設備電氣改造中。 銑床作為機械加工的通用設備在內燃機配件的生產中一直起著不可替代的作用。自動銑床具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護方便，運轉費用低的特點，已成為現(xiàn)代生產中的主要設備。自動銑床控制系統(tǒng)的設計是一個很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，銑床控制的設計方案也越來越先進，越來越趨于完美，各種參考文獻也數不勝數。在我國7080年代大多數銑床中,大多數的開關量控制

11、系統(tǒng)都是采用繼電器控制,也有相當一部分輔機系統(tǒng)是采用繼電控制。因此,繼電器本身固有的缺陷,給銑床的安全和經濟運行帶來了不利影響,用PLC對銑床的繼電器式控制系統(tǒng)進行改造已是大勢所趨。1.1 自動銑床的發(fā)展及現(xiàn)狀從上世紀80 年代起銑床制造業(yè)的發(fā)展雖有起伏但對自動控制技術和自動銑床床一直給予較大的關注。經過九五自動車床和加工中心包括自動銑床的產業(yè)化生產基地的形成，所生產的中檔普及型自動銑床的功能性能和可靠性方面已具有較強的市場競爭力。但在中高檔自動銑床方面與國外一些先進產品相比仍存在較大差距。這是由于歐美日等先進工業(yè)國家于80 年代先后完成了自動機床產業(yè)進程，其中一些著名機床公司致力于科技創(chuàng)新和

12、新產品的研發(fā)引導著數控機床技術發(fā)展，如美國英格索爾公司和德國惠勒喜樂公司對用于汽車工業(yè)和航空工業(yè)高速數控銑床的發(fā)展日本牧野公司對高效精密加工中心所作的貢獻，德國瓦德里希公司在重型龍門五面加工銑床方面的開發(fā)以及日本馬扎克公司研發(fā)的車銑中心對高效復合加工的推進等等。相比之下，我國大部分數近代機床產品在技術處于跟蹤階段。表1以中擋銑床為例列出國內外先進產品主要技術指標，由此可以看到效率精度和可靠性等方面均有明顯差。表1 技術指標對比項目國內外國主軸最高轉速/r.min-16000 1000010000 40000快移速度/m.min-124 3060 90定位精度/mm(全行程)0.01 0.016

13、0.004 0.006重復定位精度/mm0.005 0.0080.002 0.003平均無故障運行時間MTBF/h500 6001000基于這一現(xiàn)實為了加速振興我國的機床制造業(yè)當前宜加強如下五方面的研究和發(fā)展工作(1)以高速化為先導提高數控機床的綜合性能(2)加快數控機床向高效柔性化和高精化發(fā)展的步伐推進mm 級精度機床工程的規(guī)劃和實施(3)加強發(fā)展多功能復合加工的數控機床來提高單件和中小批量生產的加工精度和高效柔性化(4)對于中大批量生產發(fā)展快速重組制造系統(tǒng)和可重構機床將是一個合理的解決(5)發(fā)展網絡制造單元以適應數字化企業(yè)的構建1.2 銑床的主要結構銑床主要由工作機構、傳動機構、和自動控制

14、系統(tǒng)三部分組成。工作機構的主要部件有底座、床身、主軸、懸梁、縱向工作臺、回轉盤、床鞍和升降臺組成。 傳動機構主要由主軸傳動系統(tǒng)和進給傳動系統(tǒng)構成。 主軸傳動是由一臺7.5KW、1450r/min的主電動機驅動，主軸旋轉方向的改變由主電動機正、反轉來實現(xiàn)。 進給傳動是由一臺1.5KW、1410r/min的進給電動機驅動，它主要用于工作臺縱向、橫向和垂直三個方向的進給運動和快速傳動。 自動控制系統(tǒng)主要以PLC為核心，配合智能儀表，實現(xiàn)對自動銑床的自動控制以及運行狀態(tài)的檢測功能和顯示功能。第2章 可編程序控制器（PLC）的概況2.1 PLC的概念及發(fā)展可編程控制器(Programmable Logi

15、c Controller，簡稱PLC)，是1種數字運算操作的電子系統(tǒng)，是在20世紀60年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器，其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，取代各種類型的機械或生產過程的繼電器控制系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴充其功能的原則設計的。2.1.1 PLC發(fā)展回顧現(xiàn)代社會要求生產廠家對市場的需求做出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求，迫使人們去尋找一種新的控制裝置取而代之。2.

16、1.2 PLC發(fā)展過程1968年，美國通用汽車公司(GM)為適應汽車型號的不斷翻新，想尋找一種能減少重新設計控制系統(tǒng)和接線、降低成本、縮短時間的措施，并設想把計算機功能的完備、靈活通用和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，制成一種通用控制裝置，并把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程，使不熟悉計算機的人也能方便地使用。1969年美國數字設備公司(DEC)研制出了世界上策1臺PLC，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用，獲得成功。從此，這項新技術便迅速發(fā)展起來。1971年日本從美國引進了該項新技術，很快就研制出了日本第1臺P

17、LC。19731974年，西德和法國也相繼研制出了自己的第1臺PLC。中國從1974年開始研制，1977年應用于工業(yè)生產。限于當時的元器件條件和計算技術的發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和小規(guī)模集成電路組成。19691973年是PLC的初創(chuàng)時期。在這個時期，PLC從有觸點不可編程的硬接線順序控制器發(fā)展成為小型機的無觸點可編程邏輯控制器，可靠性比以往的繼電器控制系統(tǒng)有較大提高，靈活性也有所增強。其主要功能限于邏輯運算、計時、計數和順序控制，CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器。19741977年是PLC的發(fā)展中期。在這個時期，由于8位單片CPU和集成存儲器芯片的出現(xiàn)，PLC得到了

18、迅速發(fā)展和完善，并逐步趨向系列化和實用化，普遍應用于工業(yè)生產過程控制。PLC除了原有功能外，又增加了數值運算、數據的傳遞和比較、模擬量的處理和控制等功能，可靠性進一步提高，開始具備自診斷功能。1978一1983年，PLC進入成熟階段。這個時期，微型計算機行業(yè)已出現(xiàn)了16位CPU，MCS5l系列單片機也由Intel公司推出，使PLC也開始朝著大規(guī)模、高速度和高性能方向發(fā)展，PLC的生產量在國際上每年以30的遞增量迅速增長。在結構上，PLC除了采用微處理器及EPROM，EEPROM，CMCSRAM等LSI電路外，還向多微處理器發(fā)展，使PLC的功能和處理速度大大提高；PLC的功能又增加了浮點運算、平

19、方、三角函數、相關數、查表、列表、脈寬調制變換等，初步形成了分布式可編程控制器的網絡系統(tǒng)，具有通訊功能和遠程I/O處理能力，編程語言較規(guī)范和標準化。此外自診斷功能及容錯技術發(fā)展迅速，使PLC系統(tǒng)的可靠性得到了進一步提高。2.1.3 PLC在中國的發(fā)展在中國，大約從1974年、1975年在北京和上海開始開發(fā)采用位片式微處理芯片的可編程順序控制器，并有所應用。但一直未能形成批量生產。在改革開放剛起步的1979年，在當時的機械部儀表局的推動下，開始從美國MODICON引進584的PLC，并首先在電站的輔機如輸煤、除灰除渣、水處理系統(tǒng)以及水泥廠等控制系統(tǒng)中成功應用，從而大大推動了PLC在我國工業(yè)的大規(guī)

20、模運用。遺憾的是，花了很大一筆外匯的這個項目并不曾形成良性的有后續(xù)的發(fā)展。自1985年開始，小型PLC首先是日本有關公司的產品進入中國市場。不到3、4年時間，小型PLC就形成了大面積的推廣應用局面。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它知名品牌開始大舉進入中國市場，占據中、大型的PLC的較大份額。1995年后形成了大型PLC以歐美為主、中型PLC歐美和日本平分秋色、小型PLC則以日本為主、Siemens也步步緊逼的格局。且至今沒有很大改變。PLC在中國已經形成了規(guī)模巨大的應用市場，但并末建立批量生產、有持續(xù)開發(fā)發(fā)展能力的PLC制造業(yè)。應指出的是：在國內，PLC的應用

21、水平還是不低的，自主設計、系統(tǒng)集成和現(xiàn)場投運的能力，可以說與國際主流水平同步；PLC的應用領域也很廣泛，覆蓋冶金、電力、化工、石油化工、機械、輕工、電子、電工、建材水泥等工業(yè)，以及現(xiàn)代農業(yè)機械和其它應用。近年來環(huán)保工業(yè)也有廣泛應用，發(fā)展勢頭很猛；在國內有一支龐大的PLC銷售、服務、應用、系統(tǒng)集成隊伍，遍布全國大部分地區(qū)。有充足的理由說,PLC在中國已成為工業(yè)控制的一種適用技術。因此，PLC以及PLC的國際標準IEC611313的發(fā)展，無可爭辯地成了十分令人關注的事情。2.1.4 PLC的現(xiàn)狀隨著PLC的國際標準IEC61131-3的正式頒布，推動了PLC在技術上發(fā)動新的突破：在系統(tǒng)體系結構上，

22、從傳統(tǒng)的單機向多CPU和分布式及遠程控制系統(tǒng)發(fā)展。在編程語言上，文本化和圖形化的語言多樣性，創(chuàng)造了更具表達控制要求、文字處理、通信能力的編程環(huán)境。從應用范圍和應用水平上，除了繼續(xù)發(fā)展機械加工自動生產線的控制系統(tǒng)外，則是發(fā)展以PLC為基礎的DCS系統(tǒng)、監(jiān)控和數據采集SCADA系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)FMS、安全聯(lián)鎖保護ESD系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)等，全方位地產提高PLC的應用范圍和水平。在應用領域方面，發(fā)達的工業(yè)國家，PLC已經廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)。隨著PLC性能價格比的不斷提高，一些過去使用專用計算機的場合，也轉向使用PLC。P

23、LC的應用范圍在不斷擴大，可歸納為如下幾個方面。1)開關量的邏輯控制 這是PLC最基本最廣泛的應用領域。PLC取代繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制。例如：機床電氣控制，汽車配裝線、電視機和收音機的生產線控制等。2)運動控制 PLC可用于對直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關量IO模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。世界上各主要PLC廠家生產的PLC幾乎都有運動控制功能。PLC的運動控制功能廣泛地用于各種機械。例如：金屬切削機床、金屬成型機械、配裝機械、機器人和電梯等。3)閉環(huán)過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I/O模

24、塊實現(xiàn)模擬量與數字量之間的A/D，D/A轉換，并對模擬量進行閉環(huán)PID控制，可用PID子程序來實現(xiàn)，也可使用專用的PID模塊。PLC的模擬量控制功能已經廣泛應用于塑料擠壓成型機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設備，還廣泛地應用于輕工、化工、機械、冶金、電力和建材等行業(yè)。4)數據處理 現(xiàn)代的PLC具有數學運算、數據傳遞、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。這些數據可以與存貯在存儲器中的參考值比較，也可以用通訊功能傳送到別的智能裝置，或將其打印制表。數據處理一般用在大、中型控制系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。5)機器人控制 機器人作為工業(yè)過程自動生產線中的重要設備，已成

25、為未來工業(yè)生產自動化的3大支校之一?，F(xiàn)在許多機器人制造公司，選用PLC作為機器人控制器來控制各種機械動作。隨著PLC體積進一步縮小，功能進一步增強，PLC在機器人控制中的應用必將更加普遍。6)通訊聯(lián)網 PLC的通訊包括PLC之間的通訊、PLC與上位計算機和其他智能設備之間的通訊。PLC和計算機具有接口，用雙絞線、同軸電纜或光纜將其聯(lián)成網絡，以實現(xiàn)信息的交換，并可構成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。目前PLC與PLC的通訊網絡是各廠家專用的。PLC與計算機之間的通訊，一些PLC生產廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏。2.1.5 PLC的發(fā)展趨勢傳統(tǒng)PLC的發(fā)展趨勢1)技術發(fā)展迅速

26、，產品更新?lián)Q代快 隨著微電子技術、計算機技術和通訊技術的不斷發(fā)展，PLC的結構和功能不斷改進，生產廠家不斷推出功能更強的PLC新產品，平均35a更新?lián)Q代1次。PLC的發(fā)展有2個重要趨勢：向體積更小、速度更快、功能更強、價格更低的微型化發(fā)展，以適應復雜單機、數控機床和工業(yè)機器人等領域的控制要求，實現(xiàn)機電一體化；向大型化、復雜化、多功能、分散型、多層分布式工廠全自動網絡化方向發(fā)展。例如：美國GE公司推出的Genettwo工廠全自動化網絡系統(tǒng)，不僅具有邏輯運算、計時、計數等功能，還具有數值運算、模擬量控制、監(jiān)控、計算機接口、數據傳遞等功能，而且還能進行中斷控制、智能控制、過程控制、遠程控制等。該系統(tǒng)

27、配置了GEBASIC語言，向上能與上位計算機進行數據通訊，向下不僅能直接控制CNC數控機床、機器人，還可通過下級PLC去控制執(zhí)行機構。在操作臺上如果配備該公司的Factory Master數據采集和分析系統(tǒng)，Viewaster彩色圖像系統(tǒng)，則管理、控制整個工廠十分方便。2)開發(fā)各種智能模塊，增強過程控制功能 智能I/O模塊是以微處理器為基礎的功能部件。它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主機CPU的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。智能模塊主要有模擬量I/O、PID回路控制、通信控制、機械運動控制等，高速計數、中斷輸入、BASIC和C語言組件等。智能I/O的應用，使過程控制功能增強

28、。某些PLC的過程控制還具有自適應、參數自整定功能，使調試時間減少，控制精度提高。3)與個人計算機相結合 目前，個人計算機主要用作PLC的編程器、操作站或人/機接口終端，其發(fā)展是使PLC具備計算機的功能。大型PLC采用功能很強的微處理器和大容量存貯器，將邏輯控制、模擬量控制、數學運算和通訊功能緊密結合在一起。這樣，PLC與個人計算機、工業(yè)控制計算機、集散控制系統(tǒng)在功能和應用方面相互滲透，使控制系統(tǒng)的性能價格比不斷提高。4)通訊聯(lián)網功能不斷增強 PLC的通訊聯(lián)網功能使PLC與PLC之間，PLC與計算機之間交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。5)發(fā)展新的編程語言，增加容錯功能 改善和發(fā)

29、展新的編程語言、高性能的外部設備和圖形監(jiān)控技術構成的人/機對話技術，除梯形圖、流程圖、專用語言指令外，還增加了BASIC語言的編程功能和容錯功能。如：雙機熱備、自動切換I/O、雙機表決(當輸入狀態(tài)與PLC邏輯狀態(tài)比較出錯時，自動斷開該輸出)、I/O三重表決(對I/O狀態(tài)進行軟硬件表決，取2臺相同的)等，以滿足極高可靠性要求。6)不斷規(guī)范化、標準化 PLC廠家在對硬件與編程工具不斷升級的同時，日益向制造自動化協(xié)議(MAP)靠攏，并使PLC的基本部件(如輸入輸出模塊、接線端子、通訊協(xié)議、編程語言和編程工具等)的技術規(guī)范化、標準化，使不同產品互相兼容、易于組網，以真正方便用戶，實現(xiàn)工廠生產的自動化。

30、2.1.6 軟PLC技術進入90年代后期，人們逐漸認識到，傳統(tǒng)PLC（也稱硬PLC)自身存在著這樣那樣的缺點：由于傳統(tǒng)PLC的生產廠商之間的產品互相不兼容，缺少明確一致的標準，造成難以構建開放的硬件體系結構；各廠商產品的編程方法差別很大，技術專有性較強，工作人員必須經過較長時間的專業(yè)培訓才能掌握某一種產品的編程方法；傳統(tǒng)PLC的生產被幾家廠商所壟斷，造成PLC的性價比增長很緩慢。這些問題都成了制約傳統(tǒng)PLC發(fā)展的因素，工控領域的研究人員也一直在尋求解決這些問題的途徑。近年來，隨著計算機技術的迅猛發(fā)展以及PLC方面的國際標準的制定，一項打破傳統(tǒng)PLC局限性的新興技術發(fā)展起來了，這項技術就是軟PL

31、C技術。于是PLC進入了其發(fā)展的第4階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網絡的體系結構，采用開放的通信接口，如以太網、高速串口等。采用各種相關的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準。全部用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能，這就是國際上出現(xiàn)的高新技術-軟PLC技術。2.2 可編程序控制器的結構及工作原理可編程序控制器(ProgrammableController)簡稱PC,是近代在集成電路、計算機技術基礎上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置,它是按照用戶控制要求編寫的程序來工作的。和繼電接觸器控制相比較,繼電接觸器控制是將各自獨立的器件及觸點以固定接線方式來實現(xiàn)控制要求,而PC將控

32、制要求以程序的形式(軟件編程)存儲在其內部。送入存儲器中的程序內容就相當于繼電接觸器控制的各種線圈、觸點和接線,這種存儲程序的控制,當需要改變控制要求時,只要改變程序,而不用改變接線。因而增加了控制的靈活性和通用性。1、可編程序控制器的基本結構可編程序控制器一般由中央處理器、存儲器、輸入輸出組件、編程器及電源五部分組成。存儲器是可編程序控制器的重要組成部分,有了它可編程序控制器才能有記憶功能,才能預先把待解決問題的一步步操作,用命令的形式即一條條指令保存起來。實現(xiàn)一定功能的若干條指令組成一個程序,根據程序作用的不同,可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩種。系統(tǒng)程序存儲器主

33、要存儲系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序,并能對用戶程序作編譯處理。其永久保留在可編程序控制器中,不因關機、停電或其他部分出現(xiàn)故障等而改變其內容。用戶程序存儲器用來存儲由編程器或磁帶輸入的用戶控制程序。用戶控制程序是根據生產過程和工藝要求編制的,可以通過編程器修改或增刪。中央處理器簡稱CPU,是PC的大腦。其主要的用途是處理和運行用戶程序,針對外部輸入信號作出正確的邏輯判斷,并將結果輸給有關部門,以控制生產機械按既定程序工作。另外CPU還對其內部工作進行自動檢測,并協(xié)調PC各部分工作,如有差錯,它立即停止運行。輸入、輸出部分是PC與被控設備連接起來的部件。用戶設備需要輸入PC的各種控制信號,如位置開關、按鈕、

34、傳感器等,通過輸入部件將這些信號轉換成中央處理器能接受和處理的數字信號。輸出部件將中央處理器送出的弱電信號轉換成現(xiàn)場所需要的強電信號并輸出,以驅動電磁閥、接觸器等被控設備的執(zhí)行元件。編程器是開發(fā)、維護PC自動控制系統(tǒng)不可缺少的外部設備。PC需要用編程器輸入、檢查、修改、調試用戶程序,也用以監(jiān)視PC的工作情況。2 可編程序控制器的工作原理可編程序控制器對用戶程序的執(zhí)行過程采用循環(huán)掃描的工作方式。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下,順次掃描各輸入點的狀態(tài),按用戶程序進行運算處理,然后順序向各輸出點發(fā)出相應的控制信號。為了提高運行的穩(wěn)定性和可靠性,并及時接收外來的控制命令,PC(在每次掃描期間,還進行故

35、障自診斷和處理與編程器的通訊,其工作主要分以下五個階段。（1）自診斷階段。PC在每次掃描用戶程序以前,都先執(zhí)行故障自診斷程序,一般包括輸入輸出、存儲器、CPU等部分的故障判斷。一旦發(fā)現(xiàn)異常,PC立即起動關機程序,保留現(xiàn)場的工作狀態(tài),把所有的輸出點置成“OFF&”狀態(tài)后停機,并發(fā)出報警信號和顯示出錯誤信號。若自診斷正常,則繼續(xù)向下掃描。（2）與編程器等通訊階段。自診斷后,如果沒有發(fā)現(xiàn)故障,PC即檢查是否有編程器等的通訊請求,若有則進行相應處理。（3）讀入現(xiàn)場信號階段。完成和外界通訊后,PC即開始掃描各輸入點,讀入各點的狀態(tài)和數據,并把這些數據按順序寫入到存儲器的狀態(tài)表中,供執(zhí)行用戶程序時使用。因

36、此該階段也稱輸入采樣階段。（4）執(zhí)行用戶程序階段。一般是從用戶程序存儲器的最低地址所存放的第一條程序指令開始執(zhí)行。在無中斷和跳轉控制的前提下,按存儲器地址遞增的方向依次執(zhí)行(掃描)用戶程序。直到用戶程序結束或用戶程序的末地址為止。在這種工作方式下工作,每掃描一次,所有的用戶程序都被執(zhí)行一次。（5）輸出控制信號階段。PC在執(zhí)行用戶程序的同時,更新輸出緩沖區(qū)的內容。程序執(zhí)行完畢,CPU即發(fā)出信號,把緩沖區(qū)的內容按規(guī)定的次序,通過輸出模塊把內部邏輯信號變換成與執(zhí)行機構相適應的電信號輸出,驅動生產現(xiàn)場的執(zhí)行機構完成控制任務。依次完成上述五步操作,稱為一個掃描周期,之后PC又從自診斷開始進行下一次掃描。

37、就這樣不斷反復循環(huán),完成生產的連續(xù)控制,直到收到停止操作命令、停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。由于PC,采用了反復掃描的工作方式,使之與工業(yè)現(xiàn)場的機器需要反復執(zhí)行一系列操作的工作方式相似。因此PC的程序可以與機器的動作一一對應,直觀明了,易于編寫和修改,所以成為現(xiàn)代工業(yè)電氣自動化的領先技術。2.3 PLC的應用領域隨著科學技術的不斷進步，PLC在自動控制技術中的應用越來越廣泛，主要（1）開關邏輯控制開關邏輯控制是PLC的基本控制功能，可用它來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制裝置，如機床的電氣控制、電動機的控制等；也可以取代順序控制和程序控制，如高爐上料系統(tǒng)、電梯控制、輸送貨物控制、自動化生產線作業(yè)流程控制等。

38、（2）閉環(huán)過程控制早期的PLC只具有簡單的邏輯控制功能，現(xiàn)代的PLC功能日益強大，大型PLC都具有模擬量控制單元，具有用于過程控制的各種專用模塊或子程序（如PID控制模塊等）。A-B公司的1771-CFM可組態(tài)流量計模塊，可用于電力管理、自動化、食品飲料和石油與天然氣中各種流量的測試和控制。此外，還有1771-QH力矩控制模塊、1771-TCM溫度控制模塊等。GE公司的PROLOOP過程控制器，可執(zhí)行PID控制、比例控制和級聯(lián)控制，且有單回路、多回路和自動調試的三種方式。（3）機械加工的數字控制 PLC和機械加工中的數字控制（NC）及計算機數控（CNC）組成一體，實現(xiàn)數值控制如著名的日本FAN

39、UC公司推出的SYSTEM10、11、12系列，已將CNC功能與PLC融為一體，專家預言，CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制與管理系統(tǒng)。（4）機器人控制隨著工廠自動化網絡的形成，工業(yè)機器人應用領域越來越廣，機器人的控制同樣可用PLC來實現(xiàn)，如美國JEEP公司焊接自動生產線上使用的29個機器人，每臺都用一個PLC控制。（5）構成多級分布式控制系統(tǒng)隨著計算機技術和網絡通信技術的發(fā)展，國外正在興起工廠自動化（FA）網絡系統(tǒng)，許多著名的PLC制造商都建立了自己的多級分布式控制系統(tǒng)，并開始逐步向制造自動化通信協(xié)議MAP靠攏。多級分布式控制系統(tǒng)一般分為四級：第一級為實時控制，主要是順序控制；第二級為協(xié)調

40、控制，用于協(xié)調各種機械的配合問題；第三極為PLC的裝入、管理數據的采集與之調度；第四極為數據處理，由上位計算機處理各種數據。2.4 可編程序控制器與計算機之間的通信確定了PLC的型號，還要考慮到PLC為計算機通信的問題。由于設計者的水平和設計要求等其他的原因，在此設計中并為牽涉PLC為計算機通信，只在此稍作敘述。在工程自動化中，計算機的通信功能作為各級之間接口是十分必要的?？删幊绦蚩刂破髋c計算機聯(lián)網構成的綜合系統(tǒng)，可使可編程序控制器與計算機互補功能的不足。對于控制，可編程序控制器對現(xiàn)場，對設備都極為方便，對打印圖表，圖形顯示，中文輸出就遜色一些，而這些功能正是計算機的特長。可編程序控制器與計算

41、機聯(lián)網時，計算機通常僅用于編程，修改參數，系統(tǒng)管理方面，而不直接參與控制過程，而可編程序控制器在第一線脫機運行，即使計算機發(fā)生故障，也不會影響生產過程的正常運行?？删幊绦蚩刂破髋c計算機之間的通信一般是通過RS485口和RS232C口進行的，信息交換的方式為字符串方式，運用RS485和RS232C通信，容易配置一個與計算機進行通信的系統(tǒng)。將所有軟元件的數據和狀態(tài)由可編程序控制器送入計算機，由計算機采集這些數據，進行分析及運行狀態(tài)監(jiān)測，用計算機改變可編程控制器設備的初始值和設定值，從而實現(xiàn)計算機對可編程控制器的直接控制，一旦確定了可編程控制器的控制指令格式就能很方便地與計算機聯(lián)機，可以這樣說，凡具

42、有RS232口并能輸入輸出字符串地計算機都可以用于通信。為了適應聯(lián)網，幾乎所有地PLC都開發(fā)了與計算機通信的接口，例如S7200系列PLC上都配備有專用于RS485通信的標準插座。可編程控制器與計算機通信的形式有多種多樣，如(1)PC/PPI網絡，利用西門子公司的PC/PPI電纜，將S7200系列PLC與裝有STEP 7 Micro/WIN軟件的計算機連接起來，可方便地組成PC/PPI網絡。（2）多主機網絡。（3）令牌網絡。它是多主機網絡的一種特殊情況。（4）DP網絡。在S7200系列PLC中，只有CPU215支持DP協(xié)議，且只能作從機使用。 第3章 系統(tǒng)總體設計 使用可編程序控制器構成控制系

43、統(tǒng)的設計步驟如圖所示，與常用的繼電器控制邏輯設計比較，組件的選擇代替了原來的部件選擇，程序設計代替了原來的硬件邏輯設計。在本設計中的銑床控制系統(tǒng)的設計中應考慮的因素有：（1）系統(tǒng)組成方案與網絡通信方式；（2）系統(tǒng)總的I/O點數。以此選擇PLC框架個數和I/O模塊數量；（3）控制系統(tǒng)的工藝流程，復雜程度。根據控制的復雜程度選定存儲器容量；（4）輸入/輸出設備規(guī)格。包括控制信號類型、大小，負載設備的性質。以此確定輸入/輸出模塊類型；（5）CPU選擇。由存儲器容量、輸入/輸出點數和模塊類型、運算功能和運算速度等因素選擇合適的PLC機型；（6）根據輸入信號和輸出控制設備類型，選擇合適的I/O模塊；（7

44、）按照模塊化、結構化設計方法設計系統(tǒng)程序；硬件設計分析控制要求軟件設計確定I/O設備選擇PLC分配I/O點數繪制流程圖I/O接線圖的設計控制面板的設計主電路的設計設計梯形圖繪制程序指令表輸入程序并檢測調試試試選擇外部設備在保證系統(tǒng)性能和可靠性的前提下，組成性能價格比高的控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)總體思路如圖（1）所示： 圖1控制系統(tǒng)設計步驟銑床生產流程及控制系統(tǒng)構成 普通銑床由銑刀盤、液壓泵、潤滑泵、冷卻泵、電磁閥和電控系統(tǒng)組成。自動操作過程是由按鈕和限位信號控制電機和電磁閥來完成。銑床工作流程見圖2，PLC控制系統(tǒng)框圖見圖3。圖2銑床工作流程圖 圖3 PLC控制系統(tǒng)圖第4章 硬件設計PLC工作可靠，抗

45、干擾能力強，各功能模塊配套方便，可減少大量的繼電器，實現(xiàn)傳統(tǒng)繼電器控制難以實現(xiàn)的復雜控制，可充分利用PLC軟件，使電器控制嚴格執(zhí)行互鎖，對許多涉及安全問題或比較重要的互鎖不易采用軟件互鎖而應盡量采用硬件互鎖，提高系統(tǒng)的可靠性。PLC硬件應用的要求：要應用好PLC，防止產生不應有的損壞，其硬件必須符合和滿足如下應用的要求：（1） 物理環(huán)境 1、環(huán)境溫度：060，最好40，在PLC安裝處，要安裝一個通風排氣扇散熱。2、環(huán)境濕度：一般在3585以下并無凝結現(xiàn)象。3、止空氣中含有金屬粉塵或腐蝕性氣體以及太陽紫外線直射，將控制柜進行封閉。4、免PLC主機直接受到震動或撞擊，遠離震動、沖擊源。（2）電氣環(huán)

46、境1、音措施：采取屏蔽電纜線、屏蔽層和遠離帶噪音的電磁開關等。2、磁波干擾：采取可靠接地和封閉方法。4.1 可編程序控制器PLC的選型從以上PLC的出現(xiàn)到PLC的發(fā)展過程，以及其自身的特點和與繼電器控制邏輯的比較，都充分體現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)代替繼電器控制的必然。在實際中適用于工程應用的可編程序控制器種類繁多，性能各異，可編程序控制器PLC的選用在應用設計的開始即可根據工藝提供的資料及控制要求等預先進行。一般可以從以下幾個方面來考慮：4.1.1 可編程序控制器物理結構及控制方式的選擇根據物理結構，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式。整體式每一I/O點的平均價格比比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一

47、般使用整體式可編程序控制器。模塊式的可編程序控制器的功能擴展方便靈活，I/O點數的多少、輸入點數與輸出點數的比例、I/O模塊的種類和塊數等的選擇，比整體式可編程序控制器靈活的多，模塊式可編程序控制器還具備多種特殊I/O模塊供用戶選用，可完成各種特殊的控制任務，在判斷故障范圍和維修時更換模塊等也很方便。因此較復雜，要求較高的系統(tǒng)一般采用模塊式可編程序控制器。系統(tǒng)如有模擬量閉環(huán)控制、快速響應、高速計數、通信聯(lián)網和運動控制等特殊要求，可以選用有相應特殊I/O模塊的可編程序控制器計數，也可以選用內置相應功能的整體式可編程序控制器。控制方式可分為獨立式、集中式和分布式等，而在本次輸煤系統(tǒng)的設計中采用了兩

48、臺PLC控制，按其所要完成的任務，設計中采用的是集中式控制方式。4.1.2 CPU的能力CPU的能力是可編程序控制器最重要的性能指標，也是機械選擇時首要考慮的問題。實際上I/O點數，響應速度和軟件功能都屬于CPU的能力，后面分點提出，這里只說明除此之外的CPU能力?？删幊绦蚩刂破鞯腃PU能力還應包括處理器的個數，根據處理器的個數和位數就可粗略了解該可編程序控制器的基本特征；CPU的存儲器的性能，存儲器是存放程序和數據的地方，從使用角度考慮存儲器的性能主要是可供用戶使用的存儲器能力。它應包括存儲器的最大容量，可擴展性，存儲器的種類。存儲器的容量選擇在下一點將單獨提出，存儲器擴展性和種類多少則體現(xiàn)

49、了系統(tǒng)構成的方便和靈活；中間標志，計時器和計數器的能力，這一性能實際上也體現(xiàn)了軟件功能。中間標志的多少和類型對系統(tǒng)的使用性能具有一定關系，如果構成的系統(tǒng)龐大，控制功能復雜，就需要較多的中間標志。對于計時器和計數器不但要知道它們的多少，還要知道它們的計時和計數范圍。其它的性能參數，包括電流消耗，工作環(huán)境要求，壽命時間等?？傊珻PU的能力是一種綜合的性能指標，而且要根據實際需要進行選擇，以滿足工作應用的要求。4.1.3 I/O點數的確定I/O點數是可編程序控制器的一個簡單明了的性能參數，也是應用計算機賽最直接的參數。在機型選擇時必須注意一下問題：產品手冊上給出的最大I/O點數的確卻含義，由于各公

50、司的習慣不同，所給出的最大I/O點數含義并不完全一樣，有的給出的時I/O總點數，即包括輸入也包括輸出，也就是手冊上給出的點數是輸入點數和輸出點數之和，有的則分別給出最大輸入點數和最大輸出點數。要分清模擬量I/O點數和數字量I/O點的關系。有的產品模擬量I/O點數要占數字量I/O點數，有的產品則分別獨立給出且互相并無影響。遠程I/O的考慮，對于較大的控制系統(tǒng)，控制對象較為分散，一般都要采用遠程I/O，在選擇機型時，要注意可編程序控制器是否具有遠程I/O的能力和能驅動遠程I/O點數。智能I/O的考慮，在機型選擇考慮I/O點數的同時，還要考慮智能I/O的能力，具有智能I/O模板可方便的解決高速計數，

51、閉環(huán)控制等特殊的控制功能。I/O點數的余量，無論如何，在系統(tǒng)硬件設計中要留有充分的I/O點數作為備用，這主要時基于二方面的考慮，一是系統(tǒng)設計的更改，如果不留有充分的余量，一旦系統(tǒng)設備調整，控制功能增加，就要全部推翻原有設計好的系統(tǒng)，造成不必要的損失；二是手冊上給出的最大I/O點數都是在理想情況下獲得的參數，一旦滿負荷運行，就要影響整個系統(tǒng)的響應速度和可靠性，給系統(tǒng)帶來不良的影響，為了保證所設計的控制系統(tǒng)的正常運行，在系統(tǒng)硬件設計時，建議根據實際I/O點數留有2030的余量。4.1.4 響應速度對于數字量控制為主的工程應用項目，可編程序控制器的響應速度都可滿足實際需要，不必給以特殊的考慮。對于模

52、擬量控制的系統(tǒng)，特別是具有較多閉環(huán)控制的系統(tǒng)則必須考慮可編程序控制器的響應速度?？紤]響應速度主要是從二個方面考慮。一是可編程序控制器程序的語句處理時間，另一個是可編程序控制器的掃描周期。一般手冊上都給出語句處理時間，而且是以處理1K的語句所需時間計算的。在實際應用中要注意邏輯處理指令和字處理主令所需時間是不同的，有的產品中給出每條指令的處理時間。在PLC中給出的掃描周期都是最大的掃描周期時間，而系統(tǒng)中實際運行的掃描周期則與系統(tǒng)所連接設備的多少和應用軟件的多少及復雜程序有關。在機型選擇時還應該注意最大的掃描周期是否可以重新設定，如果可以重新設定，適應性則更強。在有個特殊響應速度要求的情況下，還要

53、考慮系統(tǒng)中斷處理和直接控制I/O功能，這些功能可以隨時處理，而不變掃描周期的限制，當然這些功能都是有一定的具體要求的，有的也與系統(tǒng)硬件配置有關。整個系統(tǒng)的響應速度還與輸入輸出有關，因為任何輸入輸出模板都有一定的時間滯后?？傊?，不同的控制對象對響應速度有不同的要求，要根據實際需要選擇可編程序控制器，控制對象信號變化速度快，則要求響應速度快，控制對象信號變化速度慢，則要求響應的速度就不同。4.1.5 存儲器容量的選擇在初步估算時，對于僅需開關量控制的系統(tǒng)，將I/O點數乘以8，就是所需的存儲器的字數，這一要求一般都能滿足，在只有模擬量輸入，沒有模擬量輸出的系統(tǒng)中，一般要對模擬量信號作數據傳送，數據濾

54、波和比較運算等操作。估算時可為每路模擬量準備100個存儲器字，在既有模擬量輸入又有模擬量輸出的系統(tǒng)中，一般要對模擬量作閉環(huán)控制，涉及的運算相當復雜，需要的用戶存儲器比只有模擬量輸入時要多一些，估算時可為每路模擬量準備200個存儲器字，當模擬量路數較少時，應將系統(tǒng)適當增大，反之則應將系統(tǒng)適當減小。由于本人編程水平有限，在考慮存儲器的容量時，多留了一些裕量。在自動測量，自動存儲和對系統(tǒng)補償等正常場合，對存儲器的要求是很大的，有時甚至要求可編程序控制器有十幾K字的甚至幾十K字的存儲容量。在選擇可編程序控制器的型號是不應盲目追求過高的性能指標，在I/O點數和存儲器容量方面應留有一定的裕量。作為單機小規(guī)

55、?？刂剖褂玫膱龊希捎诠に嚭唵?、程序固定，多數使用EPROM存儲器或EPROM+RAM存儲器。對于大、中規(guī)模的可編程序控制器，往往用于工藝比較復雜且多變的場合，程序改變較多，因此一般都使用CMOS RAM存儲器，且有后備電池，以便關機時存儲信息。存儲器的選擇有兩種方法：一種是根據編程實際使用的節(jié)點數計算，這種方法可精確地計算出存儲器實際使用容量，缺點是要編完程序之后才能計算；另一種方法，也是我們常用的方法是估算法，用戶可根據控制規(guī)模和應用目的，按下面給出的公式進行估算。代替繼：M=Km(10*DI)+(5*DO) ( 4.1)模擬量控制：M=Km(10*DI)+(5*DO)+(100*AI)

56、(4.2)多路采樣控制：M=Km(10*DI)+(5*DO)+(100*AI)+1+采樣點*0.25 (4.3)需開關量控制：M=I/O點數*8 (4.4)式中，DI數字（開關量）輸入信號 DO數字（開關量）輸出信號 AI模擬量輸入信號 Km每個節(jié)點所占有存儲器字節(jié)數 M存儲器容量4.1.6 可編程序控制器的指令系統(tǒng)由于可編程序控制器應用的廣泛性，各種機型所具備的指令系統(tǒng)也不完全相同，現(xiàn)代的可編程序控制器的指令功能越來越強，內部元件的個數也越來越多。任何一種可編程序控制器都可以滿足開關量控制系統(tǒng)的要求，如果系統(tǒng)要求完成模擬量與數字量的轉換，PID閉環(huán)控制，運動控制等工作，可編程序控制器應有算術運算，數據傳送等功能，有時甚至要求有開方、對數運算和浮點數運算等功能。在機型選擇時，從指令系統(tǒng)方向應注意下述內容：指令系統(tǒng)的總語句數，這一點反映了整個指令所包括的全部功能；指令系統(tǒng)的種類，主要應包括邏輯指令，運算指令和控制指令，具體的要求則與實際要完成的控制功能有關；指令系統(tǒng)的表達方式，指令系統(tǒng)的表達方式有多種；應用軟件的程序結構圖，程序結構有模塊化的程序結構，有子程序式的程序結構；軟件開發(fā)手段。在考慮指令系統(tǒng)這一性能時，還要考慮到軟件的開發(fā)手段，一般的廠家對可編程序控制器都配有專用的編程器，提供較強的軟件開發(fā)手段