plc控制运料小车设计

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目录摘要…………………………………………………………1前言…………………………………………………………2第1章、可编程控制器（PLC）概况…………………………4第1.1节PLC的定义…………………………………………4第1.2节PLC的发展…………………………………………4第1.3节PLC的特点…………………………………………5第1.4节PLC的基本组成及各部分作用……………………5第1.4节PLC的应用领域……………………………………8第2章、硬件介绍……………………………………………10第3章、施耐德Twido系列PLC……………………………12第3.1节Twido可编程控制器一体型控制器………………12第3.2节Twido可编程控制器软件的介绍…………………13第4章、运料小车的程序设计………………………………16第4.1节I/O地址分配表……………………………………16第4.2节PLC硬件电气连接图………………………………16第4.3节运料小车控制系统流程图…………………………17第4.4节控制程序梯形图……………………………………17第5.5节梯形图对应的指令语句……………………………20结束语………………………………………………………………23参考文献…………………………………………………………24致谢………………………………………………………………25 摘要可编程逻辑控制器，简称PLC，是一种工业控制微型计算机。它的编程方便、操作简单尤其是高通用性等优点，使它在工业生产过程中得到了广泛的应用。其中的一个应用便是运料小车的控制，主要用到的便是他的逻辑控制功能。本文主要介绍施耐德Twido的PLC产品以及其对应的软件，并且用它来进行五个控制台作业的运料小车的控制编程。关键词：TwidoPLC；运料小车；AbstractProgrammableLogicController，whichusedtobecalledPLCforshort,asonekindofindustriescontrolmicrocomputerobtainedthewideapplicationintheindustrialproductionprocess,foritseasyprogramming,easyoperation,andsoon.Oneofwhichisthecontrolofmaterial-carrieddolly,andthemainfunctionofwhichusedislogiccontrol.ThisarticlemainlytalksabouttheproductofTwidoplcandTwidosoft,andusethissoftwaretocontrolthematerial-carrieddolly,whichhasfiveflat.Keywords:TwidoPLC;material-carrieddolly; 前言大学生涯就要以这篇毕业论文作为结局，将所学的东西融会贯通。恰好所做的毕业设计是课程开过的PLC，尽管不是同一个类型的，所编的程序也是不相同的，但是对应毕业设计的上手还是可以比较快的了。这论文的时候，自己还是写作前期还是一叶蔽目，毫无头绪。但是在查阅了相关的资料后也是对施耐德的硬件及其软件有了比较好的认识。这篇论文是以施耐德的Twido系列PLC为主要载体，结合他对应的Twidosoft来对运料小车的控制进行编程，虽然没有具体的见到他的硬件，但是也对这样一个程序对应的接口做了了解。本文主要是在对PLC进行系统的介绍后，进入具体施耐德的PLC，针对TWDLCDA24DRF这个型号进行硬件及其软件的介绍，最后写出运料小车对应PLC的接口图及其对应的程序。由于个人或时间等因素，还不能将这篇论文写的完美，所以有错误的地方还请各位老师同学不吝指教。 第一章　可编程控制器（PLC）概况1.1PLC的定义国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee-IEC),1987年的第三版对PLC作了如下的定义:PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)存储器(RAM和EPROM),输入/输出模块(简称为I/O模块)、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。1.2PLC的发展1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，并公开招标提出十项标准:(1)编程方便，现场可修改程序；(2)维修方便，采用模块化结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；(4)体积小于继电器控制装置；(5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制装置竞争；(7)输入可以是交流115V；(8)输出为交流115V,2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；(9)在扩展时，原系统只要很小变更；(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年，美国数字公司(DEC)研制出了第一台可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，很快在美国其它工业领域推广使用。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有了第五代PLC产品。 1.3PLC的特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的:1)功能齐全，它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；2)应用灵活，其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；3)操作方便，维修容易，稳定可靠。尽管PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。1.4PLC的基本组成及各部分作用PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。1、中央处理单元(CPU)：CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务:(1)接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；(2)诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;(3)用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来;(4)PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作;(5)将用户程序的执行结果送至输出端。 现代PLC使用的CPU主要有以下几种:(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。2、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EPROM.目前较先进的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。3、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.4、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。5、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。6．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。7、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，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。1.5PLC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。 第二章硬件介绍图2-1为送料小车的模拟图图2-1运料小车是工业逗料的主要设备之一。广泛应用于自动生产线冶金、有色盒属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。本系统的结构工作原理图如图1-1，包括带导轨的运行工作台，DC24V电机，行程开关，起停按钮，Twido可编程控制器，DC24V继电器，DC12V直流电源等。图1-1是一个运料小车工作示意图，每个工作台设有一个到位开关(SQ)和一个呼叫按钮(SB)。系统的设计要求为：（1）、按下启动按钮,系统开始工作，按下停止按钮，系统停止工作；（2）、当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时，小车向右运行，运行到呼叫按钮所对应的停靠站时停止；（3）、当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时，小车向左行，运行到呼叫按钮HJ所对应的停靠站时停止；（4）、当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮的编码时，小车保持不动；（5）、呼叫按钮开关应具有互锁功能，先按下者优先。图2-2为PLC输出的电压转换电路图1-2中采用2个DC24V继电器和1个12V直流电源来实现直流电机的正反转，2 个继电器线圈直接接到可编程控制器的输出端。当继电器线圈1得电时．继电器1的触点由k1转换到k2，而继电器线圈2的触点状态不变，电流流向如I1所示，驱使DCI2V电机按一定方向运转：当继电器线圈2得电时，继电器线圈I触点状态不变，而继电器线圈2的触点由k3转换到k4，电流流向如I2所示．驱使DC12V电机按相反的方向运转。图2-2 第三章施耐德Twido系列PLC3.1Twido可编程控制器一体型本体控制器图3-1为TwidoTWDLCAp40DRF一型可编程本体控制器1两个铰接的接线端子盖板。2一个门式盖板。3一个mini-DIN型RS485串口连接器(可用于连接编程终端)。4一个插槽(由一个可拆卸式盖板保护)用于安装数字诊断/维护显示器模块TWDXCPODC。5一个螺钉端子块，用于传感器的24V直流电源以及输入传感器的连接。6一个用于I/O扩展模块TWDDpp,TWDApp和TWDNOI10M3(在24个I/O的图3-1本体控制器上最多为4个模块，在40个I/O的本体控制器上最多接7个模块)的连接器。7一个显示区域，显示:-控制器状态(PWR,RUN,ERR和STAT)，-输入及输出状态(INp和OUTp)。8一个螺钉端子块，用于连接输出执行器。9两个模拟电位器(10或16个I/O的型号为一个电位器)。10一个扩展连接器，用于增加第二个RS232C/RS485串口，该串口可以使用TWDNACppp适配器(除10个I/O的本体控制器外)。11一个螺钉端子块，用于连接100-240V交流电源或19.2-30V直流电源。12一个连接器(位于控制器底部)，用于:-安装存储卡插件TWDXCPMFK32或实时时钟插件TWDXCPRTC，可用于本体控制器TWDLCpAppDRF。-安装存储卡插件TWDXCPMFK64或存储卡插件TWDXCPMFK32，可用于本体控制器TWDLCAp40DRF(内置实时时钟)。13一个RJ45连接器(位于控制器底部)，用于连接到以太网、仅在TWDLCAE40DRF上配备。一体型本体控制器不仅可以允许导轨安装，也可以通过安装面板TWDXMT5(5 件一包)允许面板安装(2xØ4.3孔)。3.2Twido可编程控制器软件Twidosoft介绍图3-2为Twidosoft的编程环境：图3-2Twidosoft是基于控制程序来读输入，写输出，并且解决逻辑问题，有以下三种方法来创建Twido控制程序：1.指令语言列表：一个指令列表程序是由布尔指令写成的一个逻辑表达序列。2.梯形图：梯形图是图形方式的逻辑表达。3.Grafcet语言：Grafcet语言由一系列的步和转换组成。Twido支持Grafcet指令系统，但不支持图形Grafcet。 由于编程是用梯形图来编程，所以这里也就只介绍梯形图。梯形图编辑器是一个基于图形的程序编辑器，用来创建和编辑梯形图。如图3-3所示。图3-3梯级头用来说明这个梯级在梯形图中的用途梯形图编程可以相应的转换为指令程序，对应的如图3-4 图3-4由于没有实际的用到PLC，所以对这个软件的认识也只是停留在理论的阶段，它的一些I/O端口的链接并不是十分的清楚，不过对于它的编程语言有了很多的了解，本程序中用到的地址是%MW,用R0,R1标记。 第四章运料小车的程序设计4.1I/O地址分配表图4-14.2PLC硬件电器连接图图4-2（每个图必须要有名称）TWIDIOPLC电源用的是220V？ 4.3运料小车控制系统流程图图4-34.4控制程序梯形图（1）图4-4梯形图为小车起停的程序，按下启动按钮小车运动，M0得电并且保持，按下停止按钮，I0.1得电，M0失电。图4-4 (1)图4-5梯形图为五个行程开关梯形图，5个行程开关用数字0－4表示，当小车到达1号时，I0.2得电，将数字0传入MW0(用R0表示)中；以此类推。图4-5(2) 图4-6梯形图为五个呼叫按钮梯形图，5个呼叫用数字0－4表示，当一号按钮被按下时，I0.7得电，将数字0传入MW1（用R1表示）中，以此类推，M4是实现自锁功能的作用，将在下面的梯形图中讲到。图4-6 （4）图4-7梯形图用于实现自锁功能，当按下某个呼叫按钮时，同时触发M4，并保持，使获得优先权，按下别的按钮将无效，M2是当小车位置和按钮编码相同时触发，使M4失电，恢复到最初的情况。图4-7(5)图4-8梯形图为比较梯形图，当小车所处位置大于呼叫按钮的编码时，M1得电，小于时M3得电，等于时M2得电，同时失M4失电。图4-8(6)图4-9梯形图为小车控制运动梯形图，当M1得电时，Q0.0输出，小车左行，当M2得电时，Q0.1输出，小车向右行。图4-9 4.5梯形图对应的指令语句(*小车起停*)(*按下启动按钮小车运动，M0得电并且保持，按下停止按钮，I0.1得电，M0失电*)LD%I0.0OR%M0ANDN%I0.1ST%M0(*五个行程开关梯形图*)(*5个行程开关用数字0－4表示，当小车到达1号时，I0.2得电，将数字0传入MW0中；以此类推*)LD%I0.2AND%M0[%MW0:=0]LD%I0.3AND%M0[%MW0:=1]LD%I0.4AND%M0[%MW0:=2]LD%I0.5AND%M0[%MW0:=3]LD%I0.6AND%M0[%MW0:=4](*五个呼叫按钮梯形图*)(*5个呼叫用数字0－4表示，当一号按钮被按下时，I0.7得电，将数字0传入MW1中，M4是实现自锁功能的作用；以此类推*)LD%I0.7 ANDN%M4AND%M0[%MW1:=0]LD%I0.8ANDN%M4AND%M0[%MW1:=1]LD%I0.9ANDN%M4AND%M0[%MW1:=2]LD%I0.10ANDN%M4AND%M0[%MW1:=3]LD%I0.11ANDN%M4AND%M0[%MW1:=4](*用于实现自锁功能*)(*当按下某个呼叫按钮时，同时触发M4，获得优先权，按下别的按钮将无效;M2是当小车位置和按钮编码相同时触发，使M4失电*)LD%I0.7OR%I0.8OR%I0.9OR%I0.10OR%I0.11OR%M4ANDN%M2ST%M4(*比较梯形图*) (*当小车所处位置大于呼叫按钮的编码时，M1得电；小于时M3得电；等于时M2得电，同时失M4失电*)LD%M0AND[％MW0>%MW1]ST%M1LD%M0AND[％MW0<%MW1]ST%M3LD%M0AND[％MW0=%MW1]ST%M2(*向左运动梯形图*)(*当M1得电时，Q0.0输出，小车左行*)LD%M1ANDN%Q0.1ST%Q0.0(*向右运动梯形图*)(*当M2得电时，Q0.1输出，小车向右行*)LD%M2ANDN%Q0.0ST%Q0.1 结束语经过几个月的奋斗，论文终于完成了，时常保持着前进的同时思考一路过来的沉淀。欢欣喜悦辛劳愁苦是瞬时，留在记忆里的总是深刻的。这次毕业设计，我感受到一项自我工程的努力过程。对于PLC的学习，Twido软件的摸索，到认识，当然由于自己所编的程序的相对比较简单，所以对这个软件的认识也不是十分的深入，但是通过的这次的自我学习，也学到了许多的知识，至少学到很多独立解决问题的方法和培养了这样的能力。论文我尽我的能力做好了，我想肯定有很多不恰当不完善的地方，希望老师能够指正！ 参考文献[1]齐占庆等，电气控制技术，机械工业出版社，2002。[2]余雷声等，电气控制与PLC应用，机械工业出版社，2001。[3]现代电气控制及PLC应用技术，北京航空航天大学出版社，2005。[4]PLC应用开发技术与工程实践，人民邮电出版社[5]施耐德可编程控制器操作手册。[6]高钟毓，机电控制工程（第二版），清华大学出版社，2002。 致谢感谢高育芳老师亲切的关怀，感谢我的同学和朋友给我极大的鼓励和参谋，感谢我所参考的文献、著作的作者，给我学习的渠道。最后，感谢苏州大学，感谢机电学院，我在这里走向了成熟。谨以此结束全文，感谢所有关心帮助我的人。张立2008、5 苏州大学本科生毕业论文（设计）任务书学院：机电工程学院论文（设计）题目：PLC在运料小车控制系统中的应用指导教师：高育芳职称：讲师类别：毕业设计学生：张立学号：0429402035论文（设计）类型：应用专业：电气工程与自动化班级：04级是否隶属科研项目：否1、论文（设计）的主要任务及目标要求采用施耐德公司PLC，设计一个应用PLC对运料小车模型进行控制的实际系统。要求按照实际的应用系统对模型系统进行原理设计与结构设计，实现基本动作。通过本次设计对PLC的基本功能、高级功能与应用技术有全面的掌握与理解。2、论文（设计）的主要内容查阅与课题有关的技术参考资料，了解与此有关的应用技术与发展现状。学习掌握PLC的编程调试方法与技术。设计完成该题目要求的硬件和软件，给出系统硬件的原理图、以及整体设计的说明。给出软件的总体设计构思，并编写相应的梯形图软件。对软件进行运行调试。对所做的工作进行总结，给出结论和进一步的改进与完善方案。 3、论文（设计）的基本要求完成模型的制作、电路设计和软件设计。编写和调试系统的应用软件。翻译规定的外语技术资料。要求提交：系统设计说明、程序流程框图与源程序清单。完整的毕业设计论文及相应的资料。4、主要参考文献[1]齐占庆等，电气控制技术，机械工业出版社，2002。[2]余雷声等，电气控制与PLC应用，机械工业出版社，2001。[3]现代电气控制及PLC应用技术，北京航空航天大学出版社，2005。[4]PLC应用开发技术与工程实践，人民邮电出版社[4]施耐德可编程控制器操作手册。[5]高钟毓，机电控制工程（第二版），清华大学出版社，2002。5、进度安排论文（设计）各阶段任务起止日期1收集资料、方案论证、完成文献综述3-4周2总体方案设计，完成外文翻译5-6周3方案实施，完成硬件电路的制作和系统软件的编写7-10周4系统总统调试、改进完善11-14周5撰写论文、准备答辩15-18周6注：1、此表一式三份，学院、指导老师、学生各一份。2、类别是指毕业论文或毕业设计，类型指应用型、理论研究型和其他。 文献综述随着PLC技术的不断发展，它的应用也越来越广泛了，这次的毕业设计要求做的是其在运料小车中的应用，这个在工业生产过程中起着很重要的作用，他是向工业自动化迈出的很重要的一步，运料小车通过PLC的控制，达到能自动装卸运料以及及时响应呼叫的请求。对于这样一个PLC程序的设计，我先了解施耐德的Twido系列PLC的编程方法以及其相应的软件。在这个基础上，确定小车运料站点的数目，重而确定I/O接口的数目以确定PLC的具体选型，然后熟悉其他运料小车的PLC设计程序，再结合自己所学的将程序达到设计所要求的。可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术计算等，并通过数字量和模拟量的输入输出来控制机械设备或生产过程。如今，PLC在我国各个工业控制领域中的应用越来越广泛。在就业竞争日趋激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。PLC的学习比一般编程学习困难的地方就在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合理的PLC的型号，然后进行资源配置，并以此为基础，设计控制系统。PLC的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”PLC的特点：PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的:1)功能齐全，它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；2)应用灵活， 其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；3)操作方便，维修容易，稳定可靠。尽管PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。由于自己所学的水平有限，所以我参考了许多的数目，主要的有：[1]电气控制与PLC应用，机械工业出版社，2001。[2]现代电气控制及PLC应用技术，北京航空航天大学出版社，2005。[3]PLC应用开发技术与工程实践，人民邮电出版社[4]施耐德可编程控制器操作手册。施耐德的Twido系列PLC有比较多的型号，由于设计要求只要设置5个站台，所以选用一体型本体控制器中的16个I/O端口的PLC一体型本体控制器具有以下特点:1.尺寸小巧，但提供了有效的I/O数量(多达40个)，因此减小了应用中控制台或面板的尺寸，在有些应用里其所占空间是一个很重要的因素。2.多种扩展模块和可选插件为用户提供了很高的灵活度，这种特性通常只有更高级别的自动化平台才能拥有。3.显示模块和存储可选模块插件允许对应用程序进行方便的调整、传输和备份。本论文就是以施耐德一体型的本体控制器为基础，结合它所提供的编程软件，介绍它在运料小车中的应用，以及PLC的编程方法。 PROGRAMMABLELOGICCONTROLLERSTopics:.PLCHistory.LadderLogicandRelays.PLCProgramming.PLCConnectionsObjectives:.KnowgeneralPLCissues.Tobeabletowritesimpleladderlogicprograms.UnderstandtheoperationofaPLCINTRODUCTIONControlengineeringhasevolvedovertime.Inthepasthumanswerethemainlymethodforcontrollingasystem.Morerecentlyelectricityhasbeenusedforcontrolandearlyelectricalcontrolwasbasedonrelays.Theserelaysallowpowertobeswitchedonandoffwithoutamechanicalswitch.Itiscommontouserelaystomakesimplelogicalcontroldecisions.Thedevelopmentoflowcostcomputerhasbroughtthemostrecentrevolution,theProgrammableLogicController(PLC).TheadventofthePLCbeganinthe1970s,andhasbecomethemostcommonchoiceformanufacturingcontrols.PLCshavebeengainingpopularityonthefactoryfloorandwillprobablyremainpredominantforsometimetocome.Mostofthisisbecauseoftheadvantagestheyoffer:.Costeffectiveforcontrollingcomplexsystems..Flexibleandcanbereappliedtocontrolothersystemsquicklyandeasily..Computationalabilitiesallowmoresophisticatedcontrol..Troubleshootingaidsmakeprogrammingeasierandreducedowntime..Reliablecomponentsmaketheselikelytooperateforyearsbeforefailure.LadderLogicLadderlogicisthemainprogrammingmethodusedforPLCs.Asmentionedbefore,ladderlogichasbeendevelopedtomimicrelaylogic.Thedecisiontousetherelaylogicdiagramswasastrategicone.Byselectingladderlogicasthemainprogrammingmethod,theamountofretrainingneededforengineersandtrades-peoplewasgreatlyreduced.Moderncontrolsystemsstillincluderelays,butthesearerarelyusedforlogic.Arelayisasimpledevicethatusesamagneticfieldtocontrolaswitch,whenavoltageisappliedtotheinputcoil,theresultingcurrentcreatesamagneticfield.The magneticfieldpullsametalswitch(orreed)towardsitandthecontactstouch,closingtheswitch.Thecontactthatcloseswhenthecoilisenergizediscallednormallyopen.Thenormallyclosedcontactstouchwhentheinputcoilisnotenergized.Relaysarenormallydrawninschematicformusingacircletorepresenttheinputcoil.Theoutputcontactsareshownwithtwoparallellines.Normallyopencontactsareshownastwolines,andwillbeopen(non-conducting)whentheinputisnotenergized.Normallyclosedcontactsareshownwithtwolineswithadiagonallinethroughthem.Whentheinputcoilisnotenergizedthenormallyclosedcontactswillbeclosed(conducting).Relaysareusedtoletonepowersourcecloseaswitchforanother(oftenhighcurrent)powersource,whilekeepingthemisolated.AnexampleofarelayinasimplecontrolapplicationisshowninFigure2.2.Inthissystemthefirstrelayontheleftisusedasnormallyclosed,andwillallowcurrenttoflowuntilavoltageisappliedtotheinputA.ThesecondrelayisnormallyopenandwillnotallowcurrenttoflowuntilavoltageisappliedtotheinputB.Ifcurrentisflowingthroughthefirsttworelaysthencurrentwillflowthroughthecoilinthethirdrelay,andclosetheswitchforoutputC.Thiscircuitwouldnormallybedrawnintheladderlogicform.ThiscanbereadlogicallyasCwillbeonifAisoffandBison. TheexampleinFigure2.2doesnotshowtheentirecontrolsystem,butonlythelogic.WhenweconsideraPLCthereareinputs,outputs,andthelogic.Figure2.3showsamorecompleterepresentationofthePLC.Heretherearetwoinputsfrompushbuttons.Wecanimaginetheinputsasactivating24VDCrelaycoilsinthePLC.Thisinturndrivesanoutputrelaythatswitches115VAC,whichwillturnonalight.Note,inactualPLCsinputsareneverrelays,butoutputsareoftenrelays.TheladderlogicinthePLCisactuallyacomputerprogramthattheusercanenterandchange.Noticethatbothoftheinputpushbuttonsarenormallyopen,buttheladderlogicinsidethePLChasonenormallyopencontact,andonenormallyclosedcontact.DonotthinkthattheladderlogicinthePLCneedstomatchtheinputsoroutputs.Manybeginnerswillgetcaughttryingtomaketheladderlogicmatchtheinputtypes. Manyrelaysalsohavemultipleoutputs(throws)andthisallowsanoutputrelaytoalsobeaninputsimultaneously.ThecircuitshowninFigure2.4isanexampleofthis,itiscalledasealincircuit.Inthiscircuitthecurrentcanflowthrougheitherbranchofthecircuit,throughthecontactslabeledAorB.TheinputBwillonlybeonwhentheoutputBison.IfBisoff,andAisenergized,thenBwillturnon.IfBturnsonthentheinputBwillturnon,andkeepoutputBonevenifinputAgoesoff.AfterBisturnedontheoutputBwillnotturnoff.ProgrammingThefirstPLCswereprogrammedwithatechniquethatwasbasedonrelaylogicwiringschematics.Thiseliminatedtheneedtoteachtheelectricians,techniciansandengineershowtoprogramacomputer-but,thismethodhasstuckanditisthemostcommontechniqueforprogrammingPLCstoday.AnexampleofladderlogiccanbeseeninFigure2.5.Tointerpretthisdiagramimagine,whichthepowerisontheverticallineonthelefthandside,wecallthisthehotrail.Ontherighthandsideistheneutralrail.Inthefiguretherearetworungs,andoneachrungtherearecombinationsofinputs(twoverticallines)andoutputs(circles).Iftheinputsareopenedorclosedintherightcombinationthepowercanflowfromthehotrail,throughtheinputs,topowertheoutputs,andfinallytotheneutralrail.Aninputcancomefromasensor,switch,oranyothertypeofsensor.AnoutputwillbesomedeviceoutsidethePLCthatisswitchedonoroff,suchaslightsormotors.Inthetoprungthecontactsarenormallyopenandnormallyclosed,whichmeansifinputAisonandinputBisoff,thepowerwillflowthroughtheoutputandactivateit.AnyothercombinationofinputvalueswillresultintheoutputXbeingoff. ThesecondrungofFigure2.5ismorecomplex,thereareactuallymultiplecombinationofinputsthatwillresultintheoutputYturningon.Ontheleftmostpartoftherung,powercouldflowthroughthetopifCisoffandDison.Powercouldalso(andsimultaneously)flowthroughthebottomifbothEandFaretrue.Thiswouldgetpowerhalfwayacrosstherung,andthenifGorHistruethepowerwillbedeliveredtooutputY.Inlaterchapterswewillexaminehowtointerpretandconstructthesediagrams.ThereareothermethodsforprogrammingPLCs.Oneoftheearliesttechniquesinvolvedmnemonicinstructions.TheseinstructionscanbederiveddirectlyfromtheladderlogicdiagramsandenteredintothePLCthroughasimpleprogrammingterminal.AnexampleofmnemonicsisshowninFigure2.6.Inthisexampletheinstructionsarereadonelineatatimefromtoptobottom.Thefirstline00000hastheinstructionLDN(inputloadandnot)forinput00001.ThiswillexaminetheinputtothePLCandifitisoffitwillremembera1(ortrue),ifitisonitwillremembera0(orfalse).ThenextlineusesanLD(inputload)statementtolookattheinput.Iftheinputisoffitremembersa0,iftheinputisonitremembersa1(note:thisisthereverseoftheLD).TheANDstatementrecallsthelasttwonumbersrememberedandifthearebothtruetheresultisa1,otherwisetheresultisa0.Thisresultnowreplacesthetwonumbersthatwererecalled,andthereisonlyonenumberremembered.Theprocessisrepeatedforlines00003and00004,butwhenthesearedonetherearenowthreenumbersremembered.TheoldestnumberisfromtheAND,thenewernumbersarefromthetwoLDinstructions.TheANDinline00005combinestheresultsfromthelastLDinstructionsandnowtherearetwonumbersremembered.TheORinstructiontakesthetwonumbersnowremainingandifeither oneisa1theresultisa1,otherwisetheresultisa0.Thisresultreplacesthetwonumbers,andthereisnowasinglenumberthere.ThelastinstructionistheST(storeoutput)thatwilllookatthelastvaluestoredandifitis1,theoutputwillbeturnedon,ifitis0theoutputwillbeturnedoff.TheladderlogicprograminFigure2.6isequivalenttothemnemonicprogram.EvenifyouhaveprogrammedaPLCwithladderlogic,itwillbeconvertedtomnemonicformbeforebeingusedbythePLC.Inthepastmnemonicprogrammingwasthemostcommon,butnowitisuncommonforuserstoevenseemnemonicprograms.PLCConnectionsWhenaprocessiscontrolledbyaPLCitusesinputsfromsensorstomakedecisionsandupdateoutputstodriveactuators,asshowninFigure2.9.Theprocessisarealprocessthatwillchangeovertime.Actuatorswilldrivethesystemtonewstates(ormodesofoperation).Thismeansthatthecontrollerislimitedbythesensorsavailable,ifaninputisnotavailable,thecontrollerwillhavenowaytodetectacondition. ThecontrolloopisacontinuouscycleofthePLCreadinginputs,solvingtheladderlogic,andthenchangingtheoutputs.Likeanycomputerthisdoesnothappeninstantly.Figure2.10showsthebasicoperationcycleofaPLC.WhenpoweristurnedoninitiallythePLCdoesaquicksanitychecktoensurethatthehardwareisworkingproperly.IfthereisaproblemthePLCwillhaltandindicatethereisanerror.Forexample,ifthePLCbackupbatteryislowandpowerwaslost,thememorywillbecorruptandthiswillresultinafault.IfthePLCpassesthesanitycheck,itwillthenscan(read)alltheinputs.Aftertheinputsvaluesarestoredinmemorytheladderlogicwillbescanned(solved)usingthestoredvalues-notthecurrentvalues.Thisisdonetopreventlogicproblemswheninputschangeduringtheladderlogicscan.Whentheladderlogicscaniscompletetheoutputswillbescanned(theoutputvalueswillbechanged).Afterthisthesystemgoesbacktodoasanitycheck,andtheloopcontinuesindefinitely.Unlikenormalcomputers,theentireprogramwillberuneveryscan.Typicaltimesforeachofthestagesareintheorderofmilliseconds. 可编程逻辑控制器提纲：.可编程逻辑控制器的介绍.梯形逻辑结构及其继电器.可编程逻辑控制器的编程.可编程控制器的连接目标：.了解可编程逻辑控制器.能过写简单的梯形结构程序.知道可编程逻辑控制器的运行，操作可编程逻辑控制器的简介随着时间的推移，控制工程学也在不断的发展，以前是通过人力来控制一个系统，渐渐的电力控制应用到了系统控制中，早期的控制是通过继电器来控制的，他能不通过机械的器件使能量流通和阻止。继电器已经应用于简单的逻辑控制中。低成本的计算机的发展带来的一个新的产品的产生－可编程逻辑控制器。他产生于70年代，现在以广泛用于工业的控制中。可编程逻辑控制器在工业生产中越来越受到重视，并且起了很重要的作用，主要的原因是他有如下的优势：.能有效的控制复杂的系统.灵活，能够简单快速的再应用于其他的系统.于计算机相联系的能力能应用于更复杂的系统.故障帮助系统能够使编程更加容易，节省时间.可靠的各个部件能够使其有效的使用很多年梯形图梯形图编程广泛应用于可编程逻辑控制器的编程中，梯形图逻辑发展成为了模拟继电器逻辑控制，这个发明具有战略意义。通过选用梯形图编程，可以大大缩短对工程师及编程人员的培训时间。 现在控制系统中仍然有继电器，但是他们不是用于逻辑的控制，而是作为简单的装置，配合磁场装置控制开关的开阖。当电压加在输入端磁圈时，产生的电流便产生了磁场，他推动金属弹片与触点结合。当给电压时触点闭合就称常开触点，而没给电压开的触点便是常闭触点。继电器中一般用一个圈来表示输入端的磁圈，输出就用两根平行的线表示。一般常开触点用两根平行线表示，常闭触点就用两根平行线中间加条斜线表示。继电器常用于用一个电源关闭另一个电源的开关器，同时保持他们的独立运行。图2－2显示了继电器在简单控制中的应用，左边的这个继电器是常闭触点，它允许电流通过直到在A端施加电压，第二个继电器是常开触点，只有电压施加与B端时才允许电流通过，如果电流通过前两个继电器，他将通过第三个继电器，并且闭合开关在C口输出。这个电路便是能够用梯形图表示出来，逻辑上可以这样表示成，如果A关闭而B打开那么C便开通了。图2－2的例子没有表示整个的控制系统，而只是个逻辑控制，当我们讲到可编程逻辑控制时，包括输入，输出，还有逻辑控制。图2－3显示了一个比较完整的可编程逻辑控制，这里通过两个开关分出了两个输入，我们把它可以想象成一个24V直流继电器，通过它来闭合115V交流电的开关，使电灯亮。注意：在实际的可编程逻辑控制中，输入端是没有继电器的，而输出端是有继电器，梯形图程序在可编程逻辑控制中是计算机的一个程序，它是可以修改和输入的。注意用于输入的开关是常开的，而在梯形图中有常开和常闭触点，不要认为梯形图逻辑要符合输出和输入的逻辑，许多初学者会进入误区认为梯形图的逻辑要和输入的逻辑一致。许多的继电器有多个输出，这就能够使用于输出的继电器同时用于输入。图2－4的电路就是这样的一个例子，这叫自我保持电路。在这个电路中，电流可以通过A或B的任何一支电路上，只有到输出B接通的时候输入B才能接通。如果B关断，A被接通的时候，输出B接通，这样输入B也接通，并且可以保持输出B接通，即使A关断。可编程逻辑控制器的编程第一类的可编程控制器的编程是基于 继电器逻辑接线图。这就节省了花时间去教电工，技师以及工程师的编程，这种方法在如今已经被广泛的使用。图2－5表示的就是梯形图的编程，左边的垂线表示的是电源端，我们叫他火线。在右边的就叫做零线。在图中有两条边线，这两线之间就是用输入（两条平行线）和输出（两个圈）来连接。在右边的连接中，通过输入继电器关闭或闭合，电流通过火线，输入，输出，最后通过零线。一个输入可以是来自传感器，开关或是任何别的类型的感应器。一个输出可以是控制器外的一个装置，通过可编程控制器来控制它的闭合，比如灯泡，电机等。在上面的这个连接中，这些触点都是常开或是常闭的，这就意味着如果输入A是闭合，输入B是打开的，电流就会通过输出激活它。任何一个在这条线路上的变化都会影响到最终的输出X。而图2－5的下半线路就要相对复杂，这里有双重的输入来影响输出Y。在C打开，D闭合情况下电流可以通过上半部分，同时在E,F都闭合的情况下电流也可以通过最下面的线，这只是电流流过的一半部分，当G，H都闭合时，电流就通过输出Y。也可以用别的方法来编程PLC，最早的技术包括记忆指令。这些指令可以直接从梯形图中得到，并且通过编程终端传到PLC中。图2－6就举了记忆指令类的例子，这个例子中，指令是一行行从上往下读。第一行中，00000有LDN指令作为输入00001，这条指令用来检查PLC的输入，如果没有输入那么就记作1（1表示true，0表示false），如果有输入就记作0。第二行LD语句用来监视输入，如果没有输入就记作0，相反就记作1。AND语句是将最后两个记忆的数字结合起来，如果都是1，那么结果就是1，否则结果就是0。这条语句就是将两个记忆的数字变成一个记忆数字。00003和00004记忆方式和上面相同，这样就有三个记忆的数字了，一个是AND记忆的数，还有两个是00003和00004的LD语句，00005的AND语句结合了上两句的逻辑，这样就只有两个记忆的数字了。OR保留两个数字，表示只有当两个都是0时，结果才为0，否者为1。这个结果用一个数字取代了原先的两个数字。最后一个语句ST表示存储最后的结果，如果最后结果是1，输出就接通。图2－6的梯形图的与记忆编程效果一样的，即使你用梯形图编程，最终输入到PLC执行时也是转换成记忆编程语句的形式，过去这种编程很普遍，但是现在基本不用这种编程写语句的方法了。可编程逻辑控制器的连接当一个过程受可编程逻辑控制器控制时， 它是通过传感器作为输入来并且用电机等作为输出来完成整个的过程，就如图2－9所示的过程。一个真实的程序是不断的变化的，也在不断的工作中完善。这也就是意味着控制器是要受输入传感器的限制的，如果输入不起作用，那么控制器也就不能控制现在的状态。控制器读取输入数据，执行梯形图程序，改变输出都是一个不断循环的过程。就像计算机一样，这不是一下子就发生的。图2－10表示了一个可编程逻辑控制器的基本操作循环。当上电时，可编程逻辑控制器会自我检查硬件的情况，如果有问题，它就会终止程序并且报警。比如说，如果PLC的后备电池电量低并且在失的情况下，内存就会被破坏产生故障。如果PLC通过自检测试，他就会读入所有的输入，当这些输入被存储到内存后它开始扫描读取梯形图程序，而所用的数据是存在内存的输入数据，而不是实时的数据。这样就可以避免在扫描程序时因为输入的改变而产生的逻辑问题。当读完程序后，输出端将会被扫描（输出值将改变）。整个执行完后，系统会再回来进行初始扫描，这样循环就不断执行下去，与计算机不同，每次循环扫描，程序都会被执行一次，每次循环时间是毫秒级。