两处送料小车PLC控制系统设计毕业论文.doc
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1、第一章 引言1.1 PLC的基本结构 1、中央处理单元(CPU) 中央处理单元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系统程序赋予的功能:a. 接收并存储从用户程序和数据;b.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。 2、存储器 可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件(包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序)的存储器称为系统程序存储器;存放用户程序(用户程序存和数据)的存储器称为用户程序存储器,所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。 3输入接口电路 输入输出信号有开关量、模拟量、数
2、字量三种,在我们实际涉及到的信号当中,开关量最普遍。4输出接口电路:可编程序控制器的输出有:继电器输出(M)、晶体管输出(T)、晶闸管输出(SSR)三种输出形式。5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、可靠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。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。如FX1S额定电压AC100V240V,而电压允许范围在AC85V264V之间。允许瞬时停电在10ms以下,能继续工作。一般小型PLC的电源输出分为两部分:一部分供PLC内部电路工作;一部
3、分向外提供给现场传感器等的工作电源。 1.2 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。1输入刷新阶段在输入刷新阶段,CPU扫描全部输入端口,读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后,将关闭输入端口,转入
4、程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化,输入状态寄存器的内容也不会改变,而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。2程序执行阶段在程序执行阶段,根据用户输入的控制程序,从第一条开始逐步执行,并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后,即转入输入刷新阶段。3输出刷新阶段当所有指令执行完毕后,将输出状态寄存器中的内容,依次送到输出锁存电路(输出映像寄存器),并通过一定输出方式输出,驱动外部相应执行元件工作,这才形成PLC的实际输出。由此可见,输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期,由此循环往复,因此称为
5、循环扫描工作方式。 显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长,响应速度越慢。由于每个扫描周期只进行一次I/O刷新,即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次,所以系统存在输入输出滞后现象,这在一定程度上降低了系统的响应速度。但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次,并且只对有变化的进行刷新,这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的,不但不会造成影响,还会提高抗干扰能力。这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行,PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的,而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的,误动作将大大减小。但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象,这个一般P
6、LC都会采取高速模块。在自动化生产线上,有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动,并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留,以满足生产工艺要求。用PLC程序实现运料小车自动往返顺序控制,不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点,而且程序设计方法多样,便于不同层次设计人员的理解和掌握。本课设以西门子S7-200系列PLC为例,提出基于运料小车自动往返顺序控制的PLC程序设计方法。1.3 PLC的程序编制1、 编程元件 PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件,它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入映像寄存器、输出映像寄存器、位存储器、定时器、计
7、数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。 PLC内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似,也有“线圈”与“触点”,但它们不是“硬”继电器,而是PLC存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时,则表示相应继电器线圈得电,其动合触点闭合,动断触点断开。所以,内部的这些继电器称之为“软”继电器。2、编程语言 所谓程序编制,就是用户根据控制对象的要求,利用PLC厂家提供的程序编制语言,将一个控制要求描述出来的过程。PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言,且两者常常联合使用。1) 梯形图(语言)梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。它是借助类
8、似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号,根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形,直观易懂。梯形图中常用 图形符号分别表示PLC编程元件的动断和动合接点;用( )表示它们的线圈。梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。触点和线圈等组成的独立电路称为网络,用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号,允许以网络为单位给梯形图加注释。 梯形图的设计应注意到以下三点: 梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行(或称梯级)起始于左母线,然后是触点的串、并联接,最后是线圈。与能流的方向一致。 梯形图中每个梯级流过的不是物理电流,而是“概念
9、电流”,从左流向右,其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 输入寄存器用于接收外部输入信号,而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此,梯形图中只出现输入寄存器的触点,而不出现其线圈。输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备,当梯形图中的输出寄存器线圈得电时,就有信号输出,但不是直接驱动输出设备,而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出寄存器的触点也可供内部编程使用。2)指令语句表 指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言,它类似于计算机的汇编语言,但比汇编语言易懂易学,若干条指令组成的程序就是指令语句表。一条指令语
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