1、 毕业设计（论文）课题名称: 自动仓储 PLC 控制系统的设计 目录第一部分 任务书3第二部分 前言5第三部分 可编程控制器的概述7第四部分 可编程控制器的硬件设计14第五部分 自动仓储程序设计17第六部分 性能调试与分析35第七部分 总结36第八部分 参考文献37致谢38第一部分 毕业设计（论文）任务书目的：本设计的对自动仓储 PLC 控制 PLC 电气控制系统的设计，通过设计使学生系统的熟悉和掌握 PLC 控制系统设计方面的内容体系、开发流程和程序设计，培养学生具有综合运用所学的理论知识去开拓创新及解决实际问题的能力，培养学生掌握设计课题的思想和方法，树立严肃认真的作风、培养学生调查研究、
2、查阅技术文献、资料、手册以及编写文献的能力。课题内容：1. 仓储位货 33 共 9 位，另有一个进出仓位；2. 手动时，进出料平台、上下、进出单独控制；3. 自动控制时，要求按照键盘输入仓位号，进出料平台可自动对货物进行存放、提取动作；4. 自动要有必要的限位、定位保护。设计内容：1. 电路设计：根据控制要求，列出 PLC 控制 I/O 口（输入/输出）元件地址分配表；画出 PLC 输入/输出接线图和接触器的主电路图；（接触器等 线圈电压 220V）2. PLC 程序设计：根据控制要求将程序输入 PLC 可编程控制器，功能达到设计要求。3. 控制系统运行分析：根据控制要求，详细分析系统的工作过
3、程。设计成果：1、设计总说明2、系统原理图3、I/O 地址分配表4、PLC 工作流程图5、PLC I/O 硬件连接图6、控制系统梯形图控制程序7、控制系统运行分析8、设计总结，性能改进分析工作进度：1、结合设计内容复习功课，做好理论准备2、进行与设计有关的调研活动，收集工具书3、控制系统总体设计电路4、PLC 的选择5、系统原理图6、I/O 地址分配表7、PLC 工作流程图8、PLC I/O 硬件连接图9、控制系统梯形图控制程序10、 控制系统调试运行、性能分析11、 编制设备材料清单主要参考文献：1电气工程设备手册2PLC 编程及运用 3电气控制与编程控制器4深入浅出西门子自动化产品系列丛书
4、5电气控制技术6电机学第二部分 前言进 入 21 世 纪 ， PLC 会 有 大 的 发 展 。 从 技 术 上 看 ， 计 算 机 技 术 的 新 成 果会 更 多 地 应 用 于 可 编 程 控 制 器 的 设 计 和 制 造 上 ， 会 有 运 算 速 度 更 快 、 存 储 容量 更 大 、 智 能 更 强 的 品 种 出 现 ； 从 产 品 规 模 上 看 ， 会 进 一 步 向 超 小 型 及 超 大型 方 向 发 展 ； 从 产 品 的 配 套 性 上 看 ， 产 品 的 品 种 会 更 丰 富 、 规 格 更 齐 全 ， 完美 的 人 机 界 面 、 完 备 的 通 信 设 备
5、 会 更 好 地 适 应 各 种 工 业 控 制 场 合 的 需 求 ； 从市 场 上 看 ， 各 国 各 自 生 产 多 品 种 产 品 的 情 况 会 随 着 国 际 竞 争 的 加 剧 而 打 破 ，会 出 现 少 数 几 个 品 牌 垄 断 国 际 市 场 的 局 面 ， 会 出 现 国 际 通 用 的 编 程 语 言 ； 从网 络 的 发 展 情 况 来 看 ， 可 编 程 控 制 器 和 其 它 工 业 控 制 计 算 机 组 网 构 成 大 型 的控 制 系 统 是 可 编 程 控 制 器 技 术 的 发 展 方 向 。PLC 的发展历程在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制
6、，要求按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集等。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国GM（通用汽车）公司公开招标，提出研制能够取代继电器的控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（PC） 。上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 30-40%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网
7、络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，而且在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。现今，PLC 已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。在可预见的将来，PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。PLC 的发展趋势与动向一、 当代 PLC 技术的发展趋势 发展迅速，产品更新换代；开发各种智能化模块，不断增强过程功能；PLC与个人计算机（PC）结合；通信联网功能不断增强；发展新的编程语言，增强容错功能。 二、 当代 PLC 技术的发展动向 美国通用汽车以用户身份提出新一代控制器应具备十大条
8、件，这十大条件是： 1. 编程方便，可在现场修改程序； 2. 维修方便，最是插件式； 3. 可靠性高于继电器控制柜； 4. 体积小于继电器控制柜； 5. 可将数据直接送入管理计算机； 6. 在成本上可与继电器控制竞争； 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； 9. 在扩展时，原有系统只要很小变更； 10. 用户程序存储容量至少能扩展到 4K 字节。 1969 年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器 PDP-14，并在 GM 公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。接着美国 MODICON 公司也研制出 084 控制，从此，这项
9、新技术迅速在世界各国得到推广应用。1971 年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器 DSC-18。1973 年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从 1974 年开始研制，1977年开始工业推广应用。进入 20 世纪 70 年代，随着微电子技术的发展，尤其是PLC 采用通讯微处理器之后，这种控制器就不在不局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。进入 20 世纪 80 年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以 16 位和少数 32 位微处理器构成的微机化PLC，使 PLC 的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测
10、更为灵活，方便。第三部分 可编程控制器的概述3.1 PLC 的输入通过对继电器控制特点的介绍和最初通用汽车公司提出的要求分析。PLC要想取代继电器控制，首先要解决外部设备的直接输入问题。由于当时主要集中在开关量控制，也就是开关量（触点的开闭状态）如何直接接入 PLC 并被PLC 识别，对此就需要解决以下几个问题:有源接入，无源接入，绝缘问题，隔离问题和互相干扰问题。PLC 就是一个计算机控制系统，在其发展过程，人们曾将计算机直接用于工业控制，但是由于以下两大问题没有解决好而难以发展：一是 I/O 口（输入/输出）问题，计算机不能直接和工业现场设备连接应用；二是计算机的 I/O 功能，开放逻辑处
11、理不够丰富和强大。现在的 PLC 成功的解决了这两个方面的问题，可以让 PLC 和外部设备直接进行物理连接。计算机的内部提供了丰富的从位逻辑到双字运算的强大的运算功能，使其能够完成复杂的控制功能，这也是 PLC 能够迅速发展的原因。3.2 PLC 的输出输出问题主要是接点的驱动能力问题，或者说是带负载能力和输出方式问题。输出动作次数的限制，是保证 PLC 的输出接点能否驱动接触器、电磁阀这样的控制执行元器件的问题至少要能直接驱动中间继电器。现在的 PLC 产品已经完全有能力驱动这些元器件，并提供了多种输出方式且动作次数频繁而保证工作质量少故障的产品。3.3 PLC 的控制机制（1）输入寄存器输
12、入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反应了开关量的状态，其值的改变由相互的开关量驱动，并保持一个扫描周期。CPU 可以读其值不可以写或进行修改。（2）输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了 PLC 在下一个时间段的输出值，而程序循环执行开始时的输出寄存器的值，表明的是上一时间段的输出值，在程序执行过程中，CPU 可以读其值，并作为条件参加控制，还可以修改其值，而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。 （3）存储器存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发
13、好了的，用户不能修改，PLC 要在系统程序下的管理运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O 寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。（4）CPU 单元CPU 单元控制着 I/O 寄存器的读写、写时序，以及对存储器单元中的程序的解析执行工作，是 PLC 的大脑。（5）其它单元接口其它单元接口用户语提供 PLC 与其它设备和模块进行连接通信的物理条件。3.4 PLC 的组成输入端输入电路输入寄存器系 统 存 储 器用 户 存 储 器其 它 接 口 电 路C P U输出寄存器输出电路图 1 P L C 的 组 成3.5 可编程控制器 PLC 的定
14、义可编程控制器简称 PC（Programmable Controller） ，它经历了可编程序矩阵控制器 PMC、可编程序顺序控制器 PSC、可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）和可编程序控制器 PC 几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：“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。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执
15、行逻辑运算、顺序运算、计时、计数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。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ”3.6 PLC 的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采
16、用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）硬件配套
17、齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC 的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技
18、术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间
19、要少得多。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改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的 1/21/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3.7 PLC 的各组成元素的构成及功能：1、CPU 的构成及功能-CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，主
20、要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。对使用者来说，不必详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指
21、令、解释指令及执行指令，但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度，IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 2、I/O 模块- PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 种类有开关量输入（DI） ，开关量输出（DO） ，模拟量输入（AI） ，模拟量输出（AO）等。开关量是指只有开和关（或 1 和 0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA） 、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU
