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PLC控制送料小车的设计.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.93M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    PLC的一个扫描周期可分为五个阶段,即内部处理阶段，通信服务阶段，输入处理阶段，程序执行阶段，输出处
    PLC在内部处理阶段阶段：PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的
    PLC在通信服务阶段：PLC与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程设备键入的命令，更新编程设备的显
    1 PLC 概述 1.1 PLC 结构特点 图 1.1 PLC 的基本结构 中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收 并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的 状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式 接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器 中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的 各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止 运行。为了进一步提高 PLC 的可靠性，近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系 统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正 常运行。 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为 用户程序存储器。 PLC 常用的存储器类型：RAM（Random Assess Memory）这是一种读/写存储器， 其存取速度最快，由锂电池支持；EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory） 1
    这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在 紫外线连续照射下可擦除存储器内容)；EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其 所存储的内容进行修改。 PLC 存储空间的分配：虽然各种 PLC 的 CPU 的最大寻址空间各不相同，但是根 据 PLC 的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域；系统程序存储区；系统 RAM 存储区（包括 I/O 映象区和系统软设备等）；用户程序存储区系统程序存储区：在系 统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、 命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在 EPROM 中， 用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该 PLC 的性能。 系统 RAM 存储区：系统 RAM 存储区包括 I/O 映象区以及各类软设备，如：逻辑 线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器；I/O 映象区： 由于 PLC 投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出 刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元 (RAM)以存放 I/O 的状态和数据，这些单元称作 I/O 映象区。一个开关量 I/O 占用存 储单元中的一个位（bit），一个模拟量 I/O 占用存储单元中的一个字（16bit）。因此整 个 I/O 映象区可看作两个部分组成：开关量 I/O 映象区；模拟量 I/O 映象区；系统软 设备存储区 ：除了 I/O 映象区区以外，系统 RAM 存储区还包括 PLC 内部各类软设 备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分 为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在 PLC 断电时，由内部 的锂电池供电，数据不会遗失；后者当 PLC 断电时，数据被清零。1.逻辑线圈与开关 输出一样，每个逻辑线圈占用系统 RAM 存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只 供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。 另外，不同的 PLC 还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。2.数据寄存器与模拟量 I/O 一样， 每个数据寄存器占用系统 RAM 存储区中的一个字(16 bits)。 另外，PLC 还提供数量 不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。3.计时器 4.计数器。 用户程序存储区：用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的 PLC， 其存储容量各不相同。 电源：PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可 得电源系统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。 2
    一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到 交流电网上去。 1.2 PLC 的工作原理 PLC 是采用周而复始的工作方式即扫描工作方式进行工作的。即在 PLC 上电后， 在系统的程序的监控下，周而复始的按一定的顺序对系统内部的各种任务进行检查、 判断和执行，即 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 的一个扫描周期可分为五个阶段,即内部处理阶段，通信服务阶段，输入处 理阶段，程序执行阶段，输出处理阶段。 PLC 在内部处理阶段阶段：PLC 检查 CPU 模块内部的硬件是否正常，将监控定 时器复位，以及完成一些别的内部工作。 PLC 在通信服务阶段：PLC 与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程设备 键入的命令，更新编程设备的显示内容。 PLC 在输入处理阶段：PLC 把所有的外部电路的接通／断开状态读入输入映像 寄存器。外部的输入电路接通是，对应的映像寄存器为 1 状态，梯形图中对应的输入 继电器的常开触点接通，常闭触点断开。外接的输入触点电路断开是 ，对应的输入 映像寄存器为 0 态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。 PLC 在程序执行阶段：即使外部输入电路的状态发生了变化，输入映像寄存器的 状态也不会随之而改变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶 段才被读入。 PLC 在输出处理阶段：CPU 将输出映像寄存器的 0，1 状态送入到输出锁存器。 梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为 1 态。信号经 输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其 常闭触点闭合，使外部的负载工作。 3
    1.3 FX2N 系列介绍 FX2N 系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于 FX 系列中最高档 次的超小形程序装置。除输入出 16--25 点的独立用途外，还可以适用于在多个基本 组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 PLC。 系统配置既固定又灵活 在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行 16--256 点的灵活输入输出组合。 备有可自由选择，丰富的品种 可选用 16/32/48/64/80/128 点的主机，可以采用最小 8 点的扩展模块进行扩展。 可根据电源及输出形式，自由选择。 令人放心的高性能 程序容量：内置 800 步 RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至 16K 步。 丰富的软元件,编程简单 。 应用指令中有多个可使用的简单指令： 1、高速处理指令，输入过滤器常数可变，中断输入处理，直接输出等。 2、便利指令，数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器 输出等。 3、数据处理，数据检索，数据排列，三角函数运算，平方根，浮点小数运算等。 4、特殊用途，脉冲输出（20KHZ/DC5V，10KHZ/DC12V--24V），脉宽调制，PID 控 制指令等。 5、外部设备相互通信，串行数据传送，ASCII code 印刷，HEX<-->ASCII 变换，校 验码等。 6、时计控制，内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。 4
    2 送料小车模型的 PLC 控制 2.1 试验面板简介 在此试验中所用的试验面板如下图所示： 图 2.1 （TKPLC—C）基本指令 图 2.2 （TKPLC—C）基本指令 编程练习的试验面板图 编程练习的试验面板图 上述图 2.1 中，下面两排接线孔，通过防转叠插锁紧线与 PLC 的主机相应的输入 输出插孔相接。Xi 为输入点，Yi 为输出点。图中中间两排 X0～X13 为输入按键，模 拟开关量的输入；图 2.2 中，八路一排 Y0～Y7 是 LED 指示灯，接继电器输出用以 模拟输出负载的通与断。 5
    2.2 送料小车简介 送料小车具有手动和自动两种工作方式。它只是提供给逻辑控制试验的一个试验 模型，只要是逻辑控制器件都可以实现对其控制，因此继电—接触控制、单片机、可 编程逻辑控制器件（PLD）、可编程控制器（PLC）都可以对它进行控制。这里我们 采用可编程控制器（PLC）对它进行控制。这里以三菱 FX2N 为例对它进行控制设计， 如果要求小车按某种要求完成某种动作，可按要求对 PLC 进行编程，将 PLC 的输出 点按要求进行连接，再经过必要的程序调试，当执行该程序时，小车即可通过 PLC 的控制完成预定动作。 2.3 小车动作顺序 在手动工作方式下，小车的左行、右行、快行、慢行、装料、卸料能单独运行； 在自动工作方式下，小车按照如下工艺进行循环：循环过程开始时，小车处于最左端， 此时，装料电磁阀 YC1 得电，延时 20 秒；装料结束，接触器 KM3、KM5 得电，向 右快行；碰到限位开关 SQ2 后，KM5 失电，小车慢行；碰到 SQ4 时，KM3 失电， 小车停，电磁阀 YC2 得电，卸料开始，延时 15 秒；卸料结束后，接触器 KM4、KM5 得电 ，小车向左快行；碰到限位开关 SQ1，KM5 失电，小车慢行；碰到 SQ3，KM4 失电，小车停，装料开始……如此周而复始。整个过程分为装料、右快行、右慢行、 卸料、左快行、左慢行六个状态。整个流程循环往复。如果按下停止按钮，小车如在 运行，则立即停止；小车如在装卸料，则等装卸料完成后停止。如果按下自动起动按 钮，如小车不在原位，则需要将小车先返回原位，再进行自动循环。小车大概动作路 线如下： 装料 YC1 KT1 KM4 左行 右行 KM3 KT2 卸料 YC2 KM5 KM5 KM5 KM5 KM5 SQ3 SQ1 SQ2 SQ4 图 2.3 小车送料示意图 6
    装 料 右快行 右慢行 左慢行 左快行 卸 料 图 2.4 小车送料自动循环流程 2.4 送料小车的总体结构图 为了满足生产的需要，很多工业设备都需要设置几种不同的工作方式，常见的有 手动、单步、单周期和连续等 4 中工作方式。其中后 3 种属于自动工作方式。现以该 送料小车为例，实现自动工作方式与手动工作方式的转变，其梯形总体结构图如图 2.4 所示，选择手动工作方式时 X10 为 1 状态，将跳过自动程序，执行公用程序和手 动程序。选择自动工作方式时 X10 为 0 状态，将跳过手动程序，执行公用程序和自 动程序。 图 2.5 梯形图的总体结构图 送料小车的外部接线图如图 2.6 所示，在 PLC 开始运行时，应按下“电源”按 钮，使 KM 线圈得电自锁，KM 的主触点接通，给 PLC 的负载提供交流电源。出现 紧急情况时，用“紧急停车”按钮断开 PLC 的负载电源。因编程需要，其中外部接 线图中的 KM3'、KM4'、KM5'分别表示该送料小车技术参数中的 KM3、KM4、KM5。 7
    X0 表示启动，X1 表示停止。X10 表示对工作方式的选择。X2、X3、X4、X5、X6、 X7 分别表示 YC1、YC2、SQ1、SQ2、SQ3、SQ4。Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5 分 别表示装料、右快行、右慢行、卸料、左快行、左慢行。 图 2.6 外部接线图 8
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