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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要可编程控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。本课程设计介绍了可编程序控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的定义、特点、分类、
2、技术指标、基本结构、工作原理、硬件知识及PLC控制系统等相关知识。用西门子公司S7-200系列的PLC，设计了一个简单平移自动门的自动门控制系统。该系统主要完成自动门的开、关控制及其出现故障时能实行手动控制。目 录第1章 PLC的发展史 41.1 PLC的起源 41.2 PLC的诞生 41.3 发展趋势 4第2章 控制任务 52.1 课题的控制任务 52.1.1课题内容 52.2 控制要求 5第3章 PLC的功能及特点 63.1 plc的功能 63.2 plc的主要特点 6第4章 PLC的选型 74.1 PLC容量的选择 74.2 PLC及外设型号的选择 84.3 I/O地址的分配 8第5章
3、功能器件的基本工作原理 95.1 自动感应门机的基本工作原理 5.2 限位开关的工作原理 5.3 光电开关介绍 第6章 电气原理图 6.1 方案说明 6.2 程序流程图 126.3 继电器接触控制图 136.4 plc控制输出输入接线 13第7章 系统程序设计 147.1 梯形图 147.2 操作说明 15总 结 16参考文献 17第1章 PLC的发展史1.1 PLC的起源PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪60年代末，它不断吸收微电脑技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制人物
4、。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。1.2 PLC的诞生1969年美国DEC公司研制出世界上第一台PLC（PDP-14），并在GM公司汽车生产线上应用成功，这标志着PLC第一次进入人们的视野1969年，美国研制出世界第一台PDP-141971年，日本研制出第一台DCS-81973年，德国研制出第一台PLC1974年，中国研制出第一台PLC1.3 发展趋势PLC作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。PLC在60年代末引入我国时，只用作离散量的控制，其功能只是将操作
5、接到离散量输出的接触器等，最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的PLC具有PID调节功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量的控制领域，广泛的应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。但PLC也面临着其他行业工控产品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面：1）微型、小型PLC功能明显增强跟多有名的PLC厂家相继推出高速、高性能、小型、微型PLC。三菱的FXOS14点，其尺寸仅为58mm89mm，仅大于信用卡几个毫米，而功能却有所增强，使PLC的应用领域扩大到院里工业控制的其他行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等，甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。2）集成化发展趋
6、势增强由于控制内容的复杂化和高难度化，使PLC向集成化方向发展，PLC与PC集成、PLC与DCS集成、PLC与PID集成等，并强化了通讯功能和网络化，尤其以PC为基的控制产品增长率最快。PLC与PC集成，即将计算机、PLC及操作人员的人一机接口结合在一起，使PLC能利用计算机丰富的软件资源，而计算机能和PLC的模块交互存取数据。以PC为基的控制容易编程和维护用户的利益，开放的体系结构提供灵活性，最终降低成本和提高生产率。3）向开放性转变PLC曾存在严重的缺点，主要是PLC的软、硬件体系结构式封闭的而不是开放的，绝大多数的PLC是专用总线、专用通信网络及协议，编程虽多为梯形图，单各公司的组态、寻
7、址、语言结构不一致，使各种PLC互不兼容。国际电工协会（IEC）在1992年颁布了IEC1131-3可编程程序控制器的编程软件标准，为各PLC厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以PC为基、在WINDOWS平台下，符合IEC1131-3国际标准的新一代开放体系结构的PLC正在规划中。第2章 控制任务2.1 课题的控制任务2.1.1课题内容： 1自动门控制装置的硬件组成： 自动门控制装置由门内光电探测开关K1，门外光电探测开关K2，开门到位限位开关K3，关门到位限位开关K4，开门执行机构KM1（使直流电动机正转），关门执行机构（使直流电动机反转）等部件组成。2.2 控制要求：1）当有人由内到外或
8、由外到内通过光电检测开关K1或k2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。2）自动门在开门位置停留8秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM2被启动，电动机反转，当门移动到开门限位开关K4位置时，电机停止运行。3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入关门程序。4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，必须重新开始等待8秒后，在自动进入关门过程，以保证人员的安全通过。第3章 PLC的功能及特点3.1 plc的功能1）数据采集与输出。2）控制功能 包括
9、顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。3）数据处理功能 包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。4）输入/输出接口调理功能 具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。5）通信、联网功能 现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文文件转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常
10、所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。6）支持人机界面功能 提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 7）编程、调试等，并且大部分支持在线编程。3.2 plc的主要特点1) 可靠性高。PLC的MTBF一般在4000050000h以上，有的在1020万h，且均有完善的自诊断功能。2) 结构形式多样，模块化组合灵活 有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统。最少的PLC只有6点，而AB的ControlLogix系统的容量达点。3) 功能强大。4) 编程方便 控制具
11、有极大灵活性。5) 适应工业环境 适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。6) 安装、维修简单。7) 与DCS相比，价格低。8) 当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。第4章 PLC的选型当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成了最重要的事情，一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么公司的PLC及外设。4.1 PLC容量的选择对PLC容量的选择问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及这些I/O点的性质。I/O点的性质主要指他们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压，以及输出是用继电器型还是用晶体管或是可控
12、硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流220V的接触器，电磁阀，又有直流24V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流220V的负载使用，则直流24V的负载只能使用其他组的输出端了。这样有可能造成输出点数的浪费，增加成本。所以要尽可能选择先同等级的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，如运动控制时的高速脉冲数出，就可以定下选用多少点和I/O是什么类型的PLC了。根据本课程设计的题目及要求可知门内光电探测开关K1，门外光电探测开关K2,开门到位限位开关K
13、3,关门到位限位开关K4,都是输入触点，所以该系统共有开关量输入点4个。另外，该系统还有开门执行机构KM1，(使直流电动机正转)，关门执行机构KM2（使直流电动机反转），短接启动电阻接触器KM3等都是输出触点，所以该系统共有开关量输出点3个。又根据课题要求可知PLC选用输入电源为24VDC，输出电源也是24VDC,选择输出口器件类型为Relay即继电器的PLC。4.2 PLC及外设型号的选择对于PLC及外设型号的选择问题，则有以下几个方面要考虑：1）功能方面 所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。如对PLC与PLC，PLC与智能仪表及上
14、位机之间有灵活方便的通讯要求；或对PLC的计算速度，用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。2）价格方面 不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似，质量相当，I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因素。3）个人喜好方面 有些工程技术人员对某些品牌的PLC熟悉，所以一般比较喜欢使用这种产品。另外，甚至一些政治因素或个人情感有时也会成为选择的理由。4.3 I/O地址的分配输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基
15、础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图，装配图，让装配人员根据线路图和安装控制柜。分配输出点地址时，要注意负载类型的问题。在进行I/O地址分配时最好把I/O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址编号如表3-1名称代码地址编号 输 入 信 号门内光电探测开关K1I0.2门外光电探测开关K2I0.1开门到位限位开关K3I0.3关门到位限位开关K4I0.4输 出 信 号开门执行机构KM1Q0.0关门执行机构KM2Q0.1短接启动电阻接触器KM3Q0.2第5章 功能器
16、件的基本工作原理5.1 自动感应门机的基本工作原理首先，平移式自动感应门机组由以下部件组成： 1） 主控制器：它是自动感应门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。 2） 感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号。3） 动力马达：提供开门与关门的主动力，控制自动感应门门扇加速与减速运行。 4） 自动感应门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。 5） 门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，同时在动力牵
17、引下带动门扇运行。 6） 同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引自动感应门扇吊具走轮系统。 7） 下部导向系统：是自动感应门门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。 当自动感应门门扇要完成一次开门与关门，其工作流程如下： 感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使自动感应门扇开启；自动感应门扇开启后由控制器作出判断，如需关自动感应门，通知马达作反向运动，关闭自动感应门。5.2 限
18、位开关的工作原理行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮(羊角式)非自动复位式，双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线路。5.3 光
19、电开关介绍1）工作原理光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。2）光电开关的分类及术语解释（1） 分类 漫反射式光电开关：它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。 镜反射式光电开关：它亦集发
20、射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。 对射式光电开关：它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置。 槽式光电开关：它通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了开关量信号。槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体,使
21、用安全可靠。 光纤式光电开关：它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。（2）术语 检测距离：是指检测体按一定方式移动，当开关动作时测得的基准位置（光电开关的感应表面）到检测面的空间距离。额定动作距离指接近开关动作距离的标称值。 回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。 响应频率：在规定的1s的时间间隔内，允许光电开关动作循环的次数。 输出状态：分常开和常闭。当无检测物体时，常开型的光电开关所接通的负载由于光电开关内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。 检测方式：根据光电开关在检测物体时发射
22、器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同，可分为漫反射式、镜反射式、对射式等。 输出形式：分NPN二线、NPN三线、NPN四线、PNP二线、PNP三线、PNP四线、AC二线、AC五线（自带继电器），及直流NPN/PNP/常开/常闭多功能等几种常用的输出形式。 指向角。第6章 电气原理图6.1 方案说明由于自动门的分类很多，本次实验不能一一进行讨论，最后决定主要对平移自动门进行设计实现plc的自动控制。自动门的硬件组成部分在前已经叙述，现不再赘述。下面主要对控制部件进行讨论。经分析设计任务，可知完成任务的实质就是控制电机的正反转。要实现自动控制首先要具备以下功能部件：光电检测开关，限位开关，超载
23、保护开关，直流电机。现确定电机与门扇轨道组成的系统，要实现电机正转开门，电机反转关门。1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时，开关上有电流通过（光电检测开关是脉冲触发须对其自锁）由于开门限位开关常闭，所以线圈上有电通过，电动机正转，到达开门限位开关位置时，电机停止运行。2） 当自动门到开门限位开关位置时启动延时定时器8秒后，自动进入关门过程，电动机反转，当门移动到关门限位开关时，电机停止运行。3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关，应立即停止关门，并自动进入开门程序。4）在门打开后的8秒等待时间内，若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关时，必须重新开始等待8秒
24、后，再自动进入关门过程，以保证人员安全通过。5）考虑到自动门在出现故障或在维修的时候，用自动控制从在一定的问题，最后决定加增手动开门和关门开关。6.2 程序流程图开 始若K1、K2有信号开 门K3 打开 电机停止延时8s若K1、K2有信号 开门 再延时8s关 门若K1、K2有信号K4打开 电机停止结 束6.3 继电器接触控制图6.4 plc控制输出输入接线第7章 系统程序设计7.1 梯形图7.2 操作说明1）首先按下启动按钮，I0.7闭合，若外检测开关或内检测开关有信号时I0.1或I0.2闭合。由于开门限位开关I0.3是长闭的，所以Q0.0线圈得电。当Q0.0线圈通电时Q0.0闭合，此时电机正
25、转带动自动门门扇打开，执行开门过程。2）门扇完全打开时，使开门限位开关I0.3打开，Q0.0线圈失电.电机停止运作。3）当门扇停止移动时，由于开门限位开关的常闭变成常开，故使常开闭合。进行8s的延时，若此时外检测开关或内检测开关I0.1或I0.2有信号，则使T37重新延时8s。4）当8s的延时完毕后，T37线圈得电，关门限位开关关闭，所以使Q0.1通电并自锁，电机反转，执行关门过程。5）在关门过程中，若外检测开关或内检测开关I0.1、I0.2有信号又使Q0.0通电，由于在关门过程中Q0.0常闭，此时打开，并中断关门过程，转向开门过程。6）在此控制过程中，为了保证其安全性和正常运作，设置过载保护
26、。7）考虑到自动门若出现故障时，自动控制系统失效，所以设置手动开关门开关。总 结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。我开始先认真审题，考虑设计系统的要求及条件，复习有关课程内容，如电器与plc控制技术、西门子plc课程设计指导书等，之后多方收集相关资料并截选，再与同学交流、请教老师。 回顾起此次西门子plc课程设计，令我仍感慨颇多。这一周的时间里，付出了不少时间和精力，努力地查找资料、绘制电路图等，但学到了很多很多东西。同时，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通
27、过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的思维能力和实际应用能力。在设计的过程中常遇到问题，可以说是困难重重，第一次做此类设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新巩固。通过本次课程设计，我在王老师的精心指导和严格要求下，获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，这对我今后进一步学习这方面的知识有极大的帮助。在此，忠心感谢王老师的指导和同学的帮助。在这一周里让我学会了本课程在实际生
28、活中的用途，学会了同学之间的互助团结，学会了怎样克服困难。在此 再次感谢我的指导老师王老师，还有和我组的组员，谢谢你们！参考文献1 电气控制与PLC原理及应用 李道霖主编 电子工业出版社 2004.82 可编程控制器应用技术 赵春生主编 人民邮电出版社 2008.93 深入浅出西门子S7-200PLC（第二版） 北京航空航天大学出版社 2005.34 电力拖动控制线路与技能训练 （第三版） 中国劳动社会保障出版社 2008.25 可编程控制器原理及应用M 吴中俊 黄永红 北京机械工业出版社 20046 电器与PLC控制技术M 张万忠 刘明芹 北京化学工业出版社 20037 PLC应运开发案例精选 (第二版) 高钦和 北京人民电邮出版社 20088 电器与可编程控制器应用技术M 邓则名 程良伦 北京机械工业出版社 19979 可编程序控制器及应用 林小峰 北京高等教育出社M 199110 可编程序控制器教程 温照方 北京北京理工大学出版社 200211 逻辑与可编程控制系统 汪道辉 北京机械工业出版M 2001专心-专注-专业