PLC在大小球分类控制中的应用

PLC在大小球分类控制中的应用 前言 可编程控制器(PLC)是以一种微处理器为基础的新型工业控制装置，它集技算机技术、自动控制技术、通讯技术于一体，具有结构简单，性能优越，维护方便等优点。因此，PLC已广泛应用于电力、机械制造、化工、汽车、钢铁、建筑、水泥、石油、广告、及娱乐等各行各业。应用PLC已成为世界潮流，学好、用好PLC已显得越来越重要。 最初负责控制大小球的机械手大都采用继电器接触逻辑控制系统进行控制。它的接线复杂，抗扰性差且不方便维修。所以它的工作寿命受到很大的影响。本采用最新推出的日本三菱最新推出的FX1N-40MR型PLC控制系统代替继电器接触逻辑控制系统对机械手的控制。通过改进后的系统具有可靠性高、抗干扰能力强、便于维护等优点。 本设计由郑厚亮完成，感谢刘耀元教授的热心指导。因本人知识面的局限性以及实践经验有所欠缺。设计中如有不足之处，恳请批评指正。 目录 前言 内容摘要 第一章 工作概况及过程.......................5 第二章 论证.............................7 第三章 单元分述.............................10 第四章 程序设计.............................14 第五章 系统设计.............................22 第六章 调试说明书...........................29 小结.........................................31 参考文献.....................................32 内容摘要 本设计首先介绍了大小球分类的工作示意图和工作流程图，分析了控制系统的要 求。紧接着对大小球分类控制系统提出了三种不同的，通过比较并结合控 制系统的要求，决定选用PLC状态编程方案。然后根据工作流程图，对各个工作环 节作了详细的描述，并给出了相应的操作程序。根据本设计的控制特点:选择性分 支，分别对分支状态和汇合状态作了描述，再综合起来得到系统状态转移图，由此 得出对应的梯形图程序和系统指令表。根据控制要求，结合程序设计，得到系统电 路图和系统接线图，列出了所需要的元器件表。接着是调试部分，列出了相应的操 作步骤。最后是对本设计的总结 The design of the first ball on the size of the work of classification diagram and work flow chart of the control system. Immediately after the ball on the size classification system to control the three different design options, by comparison with control system and the requirements of state decided to choose PLC programming programme. Then the basis of the flow chart of the various aspects of the detailed description, and gives the corresponding procedures. According to the design of the control features: selective branches, respectively, and the convergence of the state branch of state described, to be integrated with state of the transfer system plans, which come to the corresponding ladder procedures and systems command table. Under the control requirements, the combination of programming, system by system and circuit wiring diagram, the list of the necessary components table. Followed by the commissioning of the list of the corresponding steps. Finally, there is a summary of the design 关键词:控制系统 可编程控制器(PLC) 选择性分支 程序设计 系统设计 第一章 工作概况及过程 一、概况 如图1所示，大小球分类传送装置的主要功能是将大球吸住送到大容器中，将小球 吸住送到小容器中，实现大、小球分类。 大小球分类传送装置原理图1--1 二、生产过程 1、初始状态 如图1所示，左上为原点位置，上限位SQ1开关和左限位SQ3开关 压合动作，原点指示灯HL亮。装置必须停在原点位置时才能启动。若初始时不在原 点位置，可通过手动方式调整到原点位置后再启动。 2、大小球判断 当电磁铁碰到小球时，下限位开关SQ2动作压合;当电磁铁碰到 大球时，SQ2不动作。 3、工作过程 按下启动按钮SB，装置按以下规律工作(下降时间为2秒，吸球放球时间为1秒): 图1--2 第二章 方案论证 方案一: 采用继电接触器控制。 此方案主要是继 电接触器控制，由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，按一定的控制要求用电气连接线连接而成，通过对电动机的启动、制动、反向的控制，来实现对大小球分类传送的自动化。 其优点是价格低，设计安装方便。但因为继电器接触控制采用固定接线，其缺点有: 1、继电控制的电路复杂，若要想改变逻辑关系就要改变接线关系。 2、继电控制的所有触点的动作是它的通电或断电同时发生的，因而工作效率低。 3、继电控制器的器件体积大。 4、可靠性差。 方案二: PLC的梯形图方案 梯形图沿袭了继电器控制电路的形式。也可以说是，梯形图是在电器控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变而来的。它利用基本指令的互锁、自锁等连接实现控制要求。因此，梯形图具有形象、直观、实用，电器技术人 员容易接受等特点。是目前用的较多的一种PLC编程语言。 梯形图是形象化的语言，很容易让广大的电器技术人员接受，但对于一个复杂的控制系统，尤其是顺序控制程序，由于内部的连锁、互动关系复杂，其梯形图往往长达数百页，通常要由熟悉的电气工程师才能编制出这样的程序。另外，如果在梯形图上不加上注释，则这种梯形图的可读性会大大的降低。 方案三: 采用PLC状态编程的方案。 近年来，许多新生产的PLC在梯形图语言之外加上了采用IECSFC语言，用于编制复杂的顺序控制程序。利用这种先进的编程方法，初学者也很容易编出复杂的顺控程序，即便是熟练的电气工程师用这种方法后也能大大的提高工作效率。另外这种方法也为调试、试运行带来许多难以言传的方便。 利用该方案设计控制大小球分类传送的系统。状态转移图如下: 状态转移图 图2--1 说明表2--1 X1 上限位开关 Y4 左移操作程序 X2 下限位开关 Y5 下降操作程序 X3 左限位开关 Y6 放球操作程序 X4 小球限位开关 Y7 上升操作程序 X5 大球限位开关 Y8 左移操作程序 Y1 下降操作程序 M0 辅助开关 Y2 吸球操作程序 T1 2S定时器 Y3 上升操作程序 T2 1S定时器 备注:由于整个设计中牵涉的开关按扭特别多，为了使整个设计过程有一个明确、清晰的结构。使参阅者能够快速的看懂整个设计思路，本工序图中的限位开关和输出信号以及其他的章节中的开关是独立的，没有共同作用。 通过上面的状态转移图可以发现利用该方案有以下优点: (1)具有方案2的全部优点，整个方案可以分解，各工序状态及任务都很明确，编程简单明了。 (2)各工序之间的联系清楚，工序的转换条件直观。 (3)可读性强、易理解、清晰的反映了整个工序的控制过程。 通过以上三种方案的比较，得出以下结论: 方案三采用了PLC状态编程方法的方案最优。PLC的状态编程是根据状态转移图进行的编程，而状态转移图是描述控制过程和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具，顺序控制功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的技术语言。可以进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流之用，所以方案三才是最佳的方案。 第三章 单元分述 分析控制要求，确定输入输出设备 1、分析控制要求 根据步进状态编程的思想，首先将系统的工作过程进行分解，其流程如图3所示。 2、确定输入设备 系统的输入设备要有五个行程开关和一只按钮，因此PLC需要6个输入点分别和它们的常开触头相接。 3、确定输出设备 系统由电动机M1拖动分拣臂左移或右移，电动机M2拖动分拣 臂上升或下降，电磁铁YA吸、放球，原点位置由指示灯HL显示。由此确定，系统的输出设备有四只接触器、一只电磁铁和一只指示灯，PLC需要用6个输出点分别驱动控制两台电动机正反转的接触器线圈、电磁铁和指示灯。 二、I/O点分配 根据确定的输入输出点数，分配I/O点见表3—1 --1 分配I/O表3 输入 输出 元件代号 功能 输入点 元件代号 功能 输出点 SB 系统启动 X0 KM1 上升 Y0 SQ1 上限位 X1 KM1 下降 Y1 SQ2 下限位 X2 KM1 左移 Y2 SQ3 左限位 X3 KM1 右移 Y3 SQ4 小球限位 X4 YA 吸球 Y4 SQ5 大球限位 X5 HL 原点显示 Y10 三、用PLC控制后，机械臂的动作要求如下: 1、上限位开关SQ1(X001)和左限位开关SQ3(X003)压合动作，机械臂到达原点位置，原点指示灯亮。其操作程序如下: 2、按下启动按钮SB(X000)，机械臂开始下降，经过定时器(T1)2秒延时，下限位开关SQ2(X002)压合(不压合)，下降动作结束。其操作程序如下: 3、机械臂上的吸球电磁铁开始吸球，经过定时器(T2)1秒延时，吸球动作结束。其操作程序如下: 4、机械臂开始上升，到达上限位开关SQ1(X001)时，SQ1(X001)压合，上升动作结束。其操作程序如下: 5、机械臂开始右移，若到达小球限位开关SQ4(X004)时，SQ4(X004)压合;若到达大球限位开关SQ5(X005)时，SQ5(X005)压合右移动作结束。其操作程序如下: &nbs p; 6、机械臂开始下降，到达下限位开关SQ2(X002)时，SQ2(X002)压合，下降动作结束。其操作程序如下: 7、机械臂上的吸球电磁铁开始放球，经过定时器(T4)1秒延时，放球动作结束。其操作程序如: 8、机械臂开始上升，到达上限位开关SQ1(X001)时，SQ1(X001)压合，上升动作结束。其操作程序如: 9、机械臂开始左移，到达左限位开关SQ3(X003)时，SQ3(X003)压合，左移动作结束。其操作程序如下: 10、一个工作循环过程完毕，机械臂的工作方式为单步循环。 第四章 程序设计 根据大小球的分类装置的工作过程，以吸引球的大小作为选择条件。SQ2压合时，系统执行小球分支，反之，系统执行大球分支。 一、根据工作流程图可知，S21为分支状态，S21状态是分支流程的起点。在分支状态S21下，系统根据不同的转移条件，选择执行不同的分支，但不能同时成立，只能有一个为NO。若X002已动作，当T1动作时，执行小球分支A;若X002未动作，T1动作时，执行大球分支B。其状态转移图(图4--1)和指令表(表4--1)如下: 分支状态转移图4--1 S21分支状态编程采用:先进行分支状态的驱动处理，再依次转移的方法进行编程。 分支状态S21的指令表4--1 编程状态 指令 元件号 指令功能 备注 第一步: 分支状态的驱动处理 STL S21 激活分支状态S21 OUT T1 K20 驱动负载 LDI T1 OUT Y001 第二步: 依次转移 LD T1 第一分支转移条件 向第一分支转移 AND X002 SET S22 第一分支转移方向 LD T1 第二分支转移条件 向第二分支转移 AN1 X002 SET S32 第二分支转移方向 二、S25为汇合状态。S25状态是分支程序的汇合点，称其回合状态。汇合状态S25 由S24，S34中的任一状态驱动。其状态转移 图4--2和指令表4—2如下: 汇合状态S25的状态转移图4--2 S25汇合状态编程采用的方法是:依次进行汇合前所有状态的驱动处理，再依次 向汇合状态转移 汇合状态S25的编程指令表4—2 编程步骤 指令 元件号 指令功能 备注 第一步: 依次进行汇合前所有状态的驱动处理 第一分支 STL S22 激活S22状态 S22状态的驱动处理 OUT T2 K10 驱动负载 SET Y004 LD T2 转移条件 SET S23 转移方向 STL S23 激活S23状态 OUT Y000 驱动负载 LD X001 转移条件 SET S24 转移方向 STL S24 激活S24状态 S24状态的驱动处理 LDI X004 驱动负载 OUT Y003 第二分支 STL S32 激活S32状态 S32状态的驱动处理 OUT T3 K10 驱动负载 SET Y004 LD T3 转移条件 SET S33 转移方向 第一步: 依次进行汇合前所有状态的驱动处理 第二分支 STL S33 激活S33状态 S33状态的 驱动处理 OUT Y000 驱动负载 LD X001 转移条件 SET S34 转移方向 STL S34 激活S24状态 S34状态的驱动处理 LDI X004 驱动负载 OUT Y003 第一步: 依次向汇合状态转移 STL S24 再次激活S24状态 第一分支向汇合状态转移 LD X004 转移条件 SET S25 转移方向 STL S34 再次激活S34状态 第二分支向汇合状态转移 LD X005 转移条件 SET S25 转移方向 三、根据工作流程图与状态转移图的转换方法，将图2--1转换成状态转移图，如 图4--2所示。 状态转移图4--2 状态转移图所对应的程序梯形图如图4--3所示。 图4--3 根据单流程的编程方法和选择性分支的编程方法，对照状态转移图 图4—2。写出 系统指令表 表4—3。 系统指令表 表4--3 程序步 指令 元件号 程序步 指令 元件号 0 LD M8002 4 LD X001 1 SET S0 5 AND X003 3 STL S0 6 SET S20 (续) 程序步 指令 元件号 程序步 指令 元件号 8 STL S20 35 STL S23 9 OUT Y010 36 OUT X000 10 LD X000 37 LD X001 11 SET S21 38 SET S24 13 STL S21 40 STL S24 14 OUT TI K20 41 LDI X004 17 LDI T1 42 OUT Y003 18 OUT Y001 43 STL S32 19 LD T1 44 OUT T3 K10 20 AND X002 47 SET Y004 21 SET S22 48 LD T3 23 LD T1 49 SET S33 24 ANI X002 51 STL S33 25 SET S32 52 OUT Y000 27 STL S22 53 LD X001 28 OUT T2 K10 54 SET S34 31 SET Y004 56 STL S34 32 LD T2 57 LDI X004 33 SET S23 58 OUT Y003 (续) 程序步 指令 元件号 程序步 指令 元件号 59 STL S24 77 LD T4 60 LD X004 78 SET S27 61 SET S25 80 STL S27 63 STL S34 81 OUT Y000 64 LD X005 82 LD X001 65 SET S25 83 SET S28 67 STL S25 85 STL S28 68 OUT Y001 86 OUT Y002 69 LD X004 87 LD X003 70 SET S26 88 SET S20 72 STL S26 90 RET 73 OUT T4 K10 91 END 76 RST Y004 第五章 系统设计 本章的主要内容是设计本系统的电路系统。 一、硬件接线 大小球分类传送控制系统电路主要由执行电路 图5--1和PLC输入输出电路 图 5--2组成。 执行电路 图5--1 PLC输入输出电路 图5--2 根据输入输出设备及I/O点分配表，把执行电路图(8)和PLC电路图(9)连接 起来，完成大小球分类传送控制系统电路图(10) 大小球分类传送控制系 统电路图5--3 其电路组成及元件功能见表5—1 电路组成及元件功能见表 表5--1 序号 电路名称 电路组成 元件功能 备注 1 电源电路 QF 电源开关 2 FU3 作变压器短路保护用 3 TC 给PLC及PLC输出设备提供电源 4 主电路 FU1 作电动机M1的电源短路保护用 5 KM1主触头 控制电动机M1的正转 6 KM2主触头 控制电动机M1的反转 7 FR1 作电动机M1的过载保护用 8 M1 升降电动机 9 FU2 作电动机M2的电源短路保护用 10 KM3主触头 控制电动机M2的正转 11 KM4主触头 控制电动机M2的反转 12 FR2 作电动机M2的过载保护用 13 M2 水平移动电动机 14 控制电路 PLC输入电路 FU4 作PLC电源电路短路保护用 15 SB 启动按钮 16 SQ1 上限位 17 SQ2 下限位 18 SQ3 左限位 19 SQ4 小球限位 20 SQ5 大球限位 (续) 21 控制电路 PLC输出电路 FU5 作PLC输出电路短路保护用 安装时，YA用接触器KM代替 22 KM1线圈 控制KM1的吸合与释放 23 KM2线圈 控制KM2的吸合与释放 24 KM3线圈 控制KM3的吸合与释放 25 KM4线圈 控制KM4的吸合与释放 26 YA 吸球 27 KM1常闭触头 M1正反转联锁保护 28 KM1常闭触头 M1正反转联锁保护 29 KM1常闭触头 M2正反转联锁保护 30 KM1常闭触头 M2正反转联锁保护 31 FU6 PLC输出电路短路保护 32 HL 原点显示 备注: 二、安装接线图 根据大小球分类传送控制系统电路图5--3绘制系统接线图5--4 图5—4 大小球分类传送控制系统接线图 三、器件清单 系统的输入设备要有五个行程开关和一只按钮，因此PLC需要6个输入点分别和它们的常开触头相接。系统由电动机M1拖动分拣臂左移或右移，电动机M2拖动分拣臂上升或下降，电磁铁YV吸、放球，原点位置由指示灯HL显示。由此确定，系统的输出设备有四只接触器、一只电磁铁和一只指示灯，PLC需要用6个输出点分别驱动控制两台电动机正反转的接触器线圈、电磁铁和指示灯。确定本设计所用到的器件类型、型号及规格数量如表5—2 器件清单 表5--2 序号 分类 名称 型号规格 数量 单位 备注 1 工具 常用电工工具 1 套 2 万能表 MF47 1 只 3 设备 PLC FX1n-40MR 1 只 4 小型三级熔断器 DZ47-63 1 只 5 控制变压器 BK100,380/220，24V 1 只 6 三相电源插头 16A 1 只 7 熔断器底座 RT18-32 10 只 8 熔管 2A 4 只 9 6A 6 只 10 交流接触器 CJX1-9，220V 5 只 11 指示灯 24V 1 只 按钮 LA4-3H 1 只 12 13 行程开关 JLXKI-111 5 只 14 三相笼型异步电动机 380V，0.75KW，Y形联结 2 台 15 & nbsp;端子板 TD-1520 1 只 16 安装铁板 600mm*700mm 1 块 17 导轨 35mm 0.5 m 18 走线槽 TC3025 若干 m (续) 19 消耗材料 铜导线 BVR-1.5 8 m 20 BVR-1.5 4 m 双色 21 BVR-1.5 5 m 22 紧固件 M4x20mm螺钉 若干 只 23 紧固件 M4螺母 若干 只 24 Ф4mm垫圈 若干 只 25 编码管 Ф1.5mm 若干 m 26 编码笔 小号 1 支 大小球分类传送控制系统安装板图(12) 第六章 调试说明书 大小球分类传送装置的主要功能是将大球吸住送到大容器中，将小球吸住送到小容器中，实现大、小球分类。 一、 安装电路 1、检查元器件，根据表5--2配起元器件，检查元件的规格是否符合要求并检测元件的质量是否完好。 2、根据接线图5--4，固定元器件。 3、根据配线原则及工艺要求，对照元件的接线图进行配线安装。 4、板上元件及外围设备的配线安装。 二、 自检 1、检查布线。对照接线图5--4检查是否掉线，错线，是否漏编，错编，接线是否牢固等。 2、使用万能表检测安装的电路，测量相应阻值与正确阻值是否相符。根据线路 图检查是否有错线、掉线、错位、短路等。 3、通电观察PLC的指示LED经自检，确认电路正确且无安全隐患。 三、输入指令表 启动SWOPC-FXGP/WLN-C编程软件。如图6--1，执行[视图]—[指令表]命令，将视图切换至指令表窗口。在光标处直接用键盘输入“LD M8002”。回车即可。依次输入指令表4--3。 指令表窗口图6--1 四、 通电调试、监控系统 1、连接计算机与PLC，用SC-09编程线缆连接计算机COM1串行口与PLC的编程接口。 2、进行端口设置后，写入程序 3、调试系统。将PLC的RUN/STOP开关拔至RUN位置后，观察系统的远行情况。如出现故障，立即断电。重新分析原因，检查电路或梯形图后重新调试，直至系统实现功能。 小结 毕业设计是综合检验大学所学知识应用能力的重要环节，也是使理论知识系统化、强化实践能力的有效手段，它能巩固所学知识、加强系统设计能力，起到启发思想的效果。 本设计为大小球分类传送装置PLC控制系统的设计，是可编程控制器在工业上的重要应用。随着电子技术、计算机及自动化技术的迅猛发展，PLC技术懂得发展也越 来越快，PLC的功能也越来越强大，PLC在工业上的应用也越来越广泛。 大小球分类传送装置PLC控制系统使用了简单明了的机械动作。它能精确、快速的实现大小球的分类。而且有效工作时间长，维护方便。应用起来相当的方便。 感谢刘耀元老师及同组同学的大力支持和帮助，通过本次毕业设计制作，使我对自己所学的知识有一个新的提高。在查询资料和收集有关材料期间，经历了不少的艰辛，但收获同样是巨大的。在整个设计过程中，使我所学的知识得到了一定程度的融会贯穿。也培养了我独立工作的能力;树立了对自己工作能力的信心;大大提高了动手能力。通过本次的设计，相信对今后的学习工作有着重要的影响。 最后，再次感谢老师刘耀元，在他的细心指导下，让我解开了许许多多的疑问和难提。也在次感谢我的同组同学，在这次设计中，更体现出真诚、合作的团队精神，而这种精神也是当今社会所需要的。 参考文献 [1] 刘耀元主编. 可编程控制器原理及应用教程 ，北京大学出版社，2007. [2] 张万忠主编. 可编程控制器应用技术. 第3版. 化学工业出版社. [3] 齐从谦主编. PLC技术应用. 机械工业出班社， 2000. [4] 高钦和主编. 可编程控制器应用技术与设计. 人民邮电出版社. 2004. [5] 史国生主编. 电气控制与可编程控制器技术. 化学工业出版社. 2005.