1、常熟理工学院课程设计（说明书）目录第 1 章绪论11.1 可控编程的含义11.2 可控编程的发展1第 2 章 PLC 的结构、工作原理及系统设计32.1 PLC 的结构及工作原理32.2 PLC 的编程语言42.3 PLC 控制系统的构成、设计原则及步骤52.4 PLC 的应用领域及特点7第 3 章运料小车介绍9常熟理工学院课程设计（说明书）3.1 运料小车介绍与控制要求10第 4 章运料小车控制系统的方案论114.1 运料小车控制系统的控制内容与要求114.2 方案论证134.3 PLC 的选用144.4 PLC 外部接线图154.5 I/O 分配154.6 PLC 状态流程154.7 运料
2、小车控制系统梯形图16常熟理工学院课程设计（说明书）第 5 章小车的性能分析及结构进185.1 小车优缺点分析185.2 设计的改进及推广18致谢19参考文献20附录21第一章 绪 论1.1 可控编程的含义可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，最初叫做可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller） ，即 PLC，现已广泛应用于工业控制的各个领域。常熟理工学院课程设计（说明书）它以微处理器为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时、计数和算术运算等，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。20 世纪
3、 60 年代以前，汽车流水线的自动控制系统基本上都采用传统的继电器控制。在 60年代初，美国汽车制造业竞争越发激烈，而汽车的每一次更新的周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就越来越频繁，原来的继电器控制就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新间。所以人们就想能有一种通用性和灵活性较强的控制系统来替代原有的继电器控制系统。1.2 可编程控制器的发展1968 年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的概念。在 1969 年，美国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台 PLC。这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用
4、编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。这种控制系统首先在美国通用汽车的生产线上使用，并获得了令人满意的效果。PLC 在制造和冶金等其他工业部门相继得到了应用。1971 年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的 PLC。1973 年，欧洲一些国家也研制出了自己的 PLC。1974 年，我国也开始仿照美国的 PLC 技术研制自己的 PLC，终于在 1977 年研制出第一台具有实用价值的 PLC。大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得 PLC 在问世后的发展极为迅速。现在，PLC 不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID 调节、通信联网、故障自诊断及 DC
5、S 生产监控等功能。毫无疑问，PLC 将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。在 20 世纪 80 年代，美国的工业市场调查报告和 1989 年美国的一份分散控制系统（DCS）的调研报告中，都能看出 PLC 在工业控制中的重要作用。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。简要介绍 PLC 在运料小车自动。常熟理工学院课程设计（说明书）第 2 章 PLC 的结
6、构、工作原理及系统设计2.1 PLC 的结构及工作原理PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同，PLC 的基本结构分为整体式和模块式结构两类。整体式（又称箱体式）结构的 PLC 由中央处理器（CPU） 、存储器、输入/输出（I/O）常熟理工学院课程设计（说明书）单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，但灵活性较低。其基本结构框图如图 2-1 所示。图 2-1 整体式结构模块式（又称组合式）结构的 PLC 是将中央处理器（CPU） 、存储
7、器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。模块式的 PLC 安装完成后，需进行登记，以便 PLC 对安装在总线上的各模块进行地址确认，其特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的 PLC，但同时价格也较高。基本结构框图如图 2-2 所示。图 2-2 模块式结构PLC 与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而 PLC 则不同，它采用循环扫描技术，只
8、有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次电 源中 央处 理 器（ CPU）输 入 /输 出 单 元存 储 器系统总线编 程 器机 架编 程 器 现 场 设 备其 他 PLC或 上 位 机电 源模 块CPU模 块通 信模 块输 入模 块输 出模 块特 殊功 能模 块常熟理工学院课程设计（说明书）它只能执行一条指令，这也就是说 PLC 以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而 PLC 控制则需要输入传送、执行程序指令、输出 3 个阶段才能完成控制过程。
9、 PLC 采用循环扫描技术可以分为 3 个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状态传送到 PLC） 、执行程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备） 。扫描过程如图 2-3 所示。图 2-3 循环扫描在输入阶段中，PLC 先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。在执行阶段中，PLC 按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。在输出阶段中，PLC
10、将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部没备传送输出信号，开始控制外部设备。2.2 PLC 的编程语言可编程控制器的编程语言主要有梯形图语言、助记符语言及功能块图。2.2.1 梯形图语言梯形图语言是在继电器控制电路图的基础上发展而来的。最大的优点就是直观易懂，使用简单方便。对来自电气方面的用语，通过梯形图很容易就能掌握，同时它也是 PLC 的主要编程语言。例如，一个简单 PLC 控制系统，当常开按钮 SBFl 动作时，水一 个 扫 描 周 期程序执行阶段输出阶段输入阶段程序执行阶段输出阶段输入阶段程序执行阶段常熟理工学院课程设计（说明书）泵开启，当常闭按钮 SBSl
11、 动作时，水泵停止运行。用继电器控制和用 PLC 控制的梯形图如图 2-4 和图 2-5 所示。图 2-4 继电气控制电路图 2-5 PLC 控制梯形图2.2.2 助记符语言助记符语言与汇编语言类似，它使用字符来代表可编程控制器的某种操作，这就要求用户要有一定的计算机编程基础。用助记符语言编写上一个例子的程序如下：LD X0OR Y0 ANI X1OUT Y02.3 PLC 控制系统的构成、设计原则及步骤PLC 控制系统由硬件部分和软件部分组成。对于整个 PLC 控制系统来说，其硬件部分不仅包括选择符合控制要求的 PLC 机型、存储器容量、电源模块、输入/输出模块、通信模块、模拟量输入/输出模
12、块和特殊功能模块等，还应当包括选择合适的可编程控制器外围装置、设备与接口，如输入设备（控制按钮、开关、传感器等） 、执行装置（接触器、继电器等）和由执行装置控制的现场设备（水泵、鼓风机、阀门等） 。软件部分主要包括对 PLC 进行 I/O 点地址、内部继电器、定时器、计数器等的分配，PLC 控制程序的设计（梯形图、语句表、流程图等） ，还有一些技术文件等。PLC 控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好地实现工艺提出的控制要SB1KM1KM1SB2X0 X1 Y0Y0常熟理工学院课程设计（说明书）求。PLC 控制系统的设计应遵循以下原则。（1）根据工艺流程进行设计，力求控制系统能最大限度
13、地满足控制要求。（2）在满足控制要求的前提下，尽量减少 PLC 系统硬件费用。（3）考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑 PLC 的可扩展性。（3）控制系统使用和维护方便、安全可靠。 一般 PLC 控制系统的设计步骤如图 2-6 所示，具体操作如下。（1）控制要求分析在设计 PLC 控制系统之前，必须对工艺过程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己所要完成的任务，并更好地完成任务，设计出令人满意的控制系统。（2）确定输入/输出设备根据控制要求选择合适的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等） ，根据所选用的输入/输出设备的类型和
14、数量确定 PLC 的 I/0 点数。（3）选择合适 PLC确定 PLC 的 I/0 点数后，就根据 I/0 点数、控制要求等来进行 PLC 的选择。选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。（4）I/0 点数分配点数分配就是规定 PLC 的 I/0 端子和输入/输出设备。（5）PLC 程序设计首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的联系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。（6）模拟调试程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。（7）现场联机调试现场联机
15、调试就是将 PLC 与现场设备进行调试。在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。（8）整理技术文件常熟理工学院课程设计（说明书）这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O 接线原理图、程序清单和使用说明书等。图 2-6 设计步骤示意图2.4 PLC 的应用领域及特点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。控 制 要 求 分 析开 始 设 计设 计 结 束确 定 输 入 输 出 设现 场 模 拟 调 试选 择 合 适 的 PLCI/O点 数 分 配PLC 程 序 设 计模 拟 调 试整 理 技 术 文 件
