軋鋼機plc控制系統(tǒng)設(shè)計(課程設(shè)計)_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  摘要</b></p><p>  可編程控制器是一種為工業(yè)機械控制所設(shè)計的專用計算機,在各種自動控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用,它是在繼電器控制和計算機控制基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)品,逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心,把自動化技術(shù)、計算機技術(shù),通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只能進行邏輯控制,因而稱為可編程程序邏輯控制器(Programmable

2、Logic Controller)簡稱PLC。</p><p>  PLC廣泛用于自動化生產(chǎn)線上,不僅節(jié)約了人力資源,而且很大程度上提高了生產(chǎn)效率,又進一步促進了生產(chǎn)力的快速發(fā)展,并不斷改變著人們的生活。有些生產(chǎn)機械工作臺需要按一定順序?qū)崿F(xiàn)自動往返運動,有還要求某些位置有一定時間停留,以滿足生產(chǎn)工藝要求。PLC自動控制可以輕松實現(xiàn)這些要求,因此PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域扮演著重要的角色。</p><

3、p>  本次的課程設(shè)計要求設(shè)計的是軋鋼機的PLC自動控制。使用型號為西門子公司S7系列的S7-300的PLC實現(xiàn)在軋制中前進、后退、鍛壓的往復(fù)運動過程。當(dāng)按下啟動按鈕,M1、M2運行,待加工鋼板存儲區(qū)中的鋼板自動往傳送帶上運送。若S1檢測到有鋼板在傳送帶上時,M3電動機正轉(zhuǎn),指示燈M3F亮。當(dāng)傳送帶上的鋼板已過S1檢測信號且S2檢測到鋼板到位時,電磁閥YV動作,M3電動機反轉(zhuǎn),指示燈M3R亮。Y1鍛壓機向鋼板沖壓一次,S2信號消失

4、。當(dāng)S1再次檢測到有信號時,M3電動機正轉(zhuǎn),如此重復(fù)3次,停機1分鐘,將已加工好的鋼板放入加工后鋼板存儲區(qū)。并通過I/O地址的分配,實現(xiàn)PLC與控制路線的接口連接,經(jīng)過調(diào)試仿真,達到設(shè)計要求。</p><p>  關(guān)鍵詞:可編程控制器(PLC),軋鋼機設(shè)計,S7系列S7-300,控制仿真</p><p><b>  目錄</b></p><p>

5、;<b>  摘要1</b></p><p>  第1章 PLC概述3</p><p>  1.1 PLC的歷史3</p><p>  1.2 PLC基本結(jié)構(gòu)3</p><p>  1.3 PLC的特點4</p><p>  1.4 PLC的功能5</p><

6、;p>  1.5 PLC的網(wǎng)絡(luò)通信6</p><p>  第2章 軋鋼機控制設(shè)計7</p><p>  2.1 設(shè)計任務(wù)7</p><p>  2.2 設(shè)計要求7</p><p>  第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計8</p><p>  3.1 總體設(shè)計8</p><p>  3

7、.2 電機主電路8</p><p>  3.3 PLC軋鋼機I/O分配表9</p><p>  3.4 PLC軋鋼機I/O外部接線圖9</p><p>  第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計10</p><p>  4.1 程序流程圖10</p><p>  4.2 LAD程序設(shè)計11</p>&

8、lt;p>  第5章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真14</p><p>  5.1 硬件組態(tài)調(diào)試14</p><p>  5.2 系統(tǒng)仿真14</p><p><b>  第6章 總結(jié)18</b></p><p><b>  參考文獻18</b></p><p>  

9、附錄:STL程序語句19</p><p><b>  第1章 PLC概述</b></p><p>  可編程邏輯控制器PLC (Programmable Logic Controller),一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),是以微機處理器為基礎(chǔ),綜合了計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制技術(shù),它采用一類可編程的存儲

10、器,用于其內(nèi)部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算,順序控制,定時,計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高,成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一。</p><p>  1.1 PLC的歷史</p><p>  在PLC問世之前,工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制站主導(dǎo)地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點:

11、體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應(yīng)性差等,而PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自1836年繼電器問世,人們就開始用導(dǎo)線將它同開關(guān)器件巧妙地連接,構(gòu)成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀(jì)60年代末,它不斷吸收微計算機技術(shù)使之功能不斷增強,逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù) 。隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn),以及流程加工行業(yè)(如汽車制造業(yè))對生產(chǎn)流程迅速、頻繁變更的需求,PLC技術(shù)出現(xiàn)并快

12、速發(fā)展。目前,PLC在小型化、大型化、大容量、強功能等方面有了質(zhì)的飛躍,使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制,發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。但是,仍然沿用著順序掃描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本結(jié)構(gòu)。PLC之所以有生命力,在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求:高可靠性、強抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場

13、設(shè)備,不需添加太多的中間部件或</p><p>  1.2 PLC基本結(jié)構(gòu)</p><p><b>  圖1 PLC結(jié)構(gòu)</b></p><p>  1.中央處理單元(CPU) 中央處理單元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能:a. 接收并存儲從用戶程序和數(shù)據(jù);b.檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài),并

14、能診斷用戶程序中的語法錯誤。 </p><p>  2.存儲器 可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件(包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序)的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器;存放用戶程序(用戶程序存和數(shù)據(jù))的存儲器稱為用戶程序存儲器,所以又分為用戶存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分。 </p><p>  3.輸入接口電路

15、 輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種,在我們實際涉及到的信號當(dāng)中,開關(guān)量最普遍。 </p><p>  4.輸出接口電路 可編程序控制器的輸出有:繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘管輸出(SSR)三種輸出形式。</p><p>  5.電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的,因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和

16、制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi),可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。如FX1S額定電壓AC100V—240V,而電壓允許范圍在AC85V—264V之間。允許瞬時停電在10ms以下,能繼續(xù)工作。一般小型PLC的電源輸出分為兩部分:一部分供PLC內(nèi)部電路工作;一部分向外提供給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。 </p><p>  1.3 PLC的特點</p>&l

17、t;p>  1.結(jié)構(gòu)形式多樣,模塊化組合靈活。有固定式適于小型系統(tǒng)或機床,組合式適于集控制系統(tǒng)。最少的PLC只有6點,而AB的ControlLogix系統(tǒng)的容量達128000點。</p><p>  2.可靠性高。PLC的MTBF一般在40000~50000h以上,有的在10-20萬h,</p><p>  且均有完善的自診斷功能。</p><p>  3.編

18、程方便??刂凭哂袠O大靈活性。PLC作為通用工業(yè)控制計算機,是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易,編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 </p><p>  4.功能強大。PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)

19、模的系列化產(chǎn)品??梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外,現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn),使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。</p><p>  5.適應(yīng)工業(yè)環(huán)境。適應(yīng)高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境以及電磁干擾環(huán)境。 </

20、p><p>  6.安裝、維修簡單。與DCS相比,價格低。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,</p><p>  大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短,同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可</p><p>  能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。</p><p>  1.4 PLC

21、的功能 </p><p>  1.控制功能。包括順序控制、邏輯控制、定時、計數(shù)等。</p><p>  2.數(shù)據(jù)采集與輸出。 </p><p>  3.輸入/輸出接口調(diào)理功能。具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能,通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié),具有溫度、運動等測量接口。 </p><p>  4.數(shù)據(jù)處理功能。包括基本數(shù)學(xué)運算、比較、對字節(jié)的

22、運算、PID運算、濾波等。 </p><p>  5.支持人機界面功能。提供操作者以監(jiān)視機器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用,以便作決策和調(diào)整,實現(xiàn)工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。 </p><p>  6.通信、聯(lián)網(wǎng)功能?,F(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),有RS232或RS485接口,可進行遠程I/O控制,多臺 PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信,外部器件

23、與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間,實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換,如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。在系統(tǒng)構(gòu)成時,可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò),以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng),現(xiàn)場端和遠程端也可以采用PLC作現(xiàn)場機。 </p><p>  7.編程、調(diào)試等,并且大部分支持在線編程。 </p><p>  1.5 PLC的網(wǎng)絡(luò)

24、通信 </p><p>  PLC的通信包括PLC之間、PLC與上位計算機之間以及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。PLC系統(tǒng)與通用計算機可以直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)接器相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),以實現(xiàn)信息的交換,并可構(gòu)成"集中管理、分散控制"的分布式控制系統(tǒng),滿足工廠自動化(FA)系統(tǒng)發(fā)展的需要,各PLC系統(tǒng)或遠程I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場分散控制,然后采用網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成集中管理的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

25、。 </p><p>  目前各廠商都主推各自的總線標(biāo)準(zhǔn),如西門子Profibus、A-B ControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其構(gòu)成的“集中管理、分散控制”分布式控制方式是十分類似的。如ROCKWELL(A-B)推出了“全方位自動化”的理念,推薦三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),即1)設(shè)備層(DeviceNet為代表);2)控制層(ControlNet為代表);3)管理層(EtheNet)。<

26、/p><p>  第2章 軋鋼機控制設(shè)計</p><p><b>  2.1 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>  本設(shè)計是實現(xiàn)在軋鋼機在生產(chǎn)過程中的控制,其模擬圖如圖所示。圖中S1為檢測傳送帶上有無鋼板傳感器,S2為檢測傳送帶上鋼板是否到位傳感器。M1、M2為傳送帶電動機;M3F和M3R為傳送帶電動機M3的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)指示燈;Y1為鍛壓機。<

27、;/p><p><b>  圖2 軋鋼機控制</b></p><p>  1.按下啟動按鈕,M1、M2運行,待加工鋼板存儲區(qū)中的鋼板自動往傳送帶上運送。 </p><p>  2.若S1檢測到有鋼板在傳送帶上時,M3電動機正轉(zhuǎn),指示燈M3F亮。</p><p>  3.當(dāng)傳送帶上的鋼板已過S1檢測信號且S2檢測到鋼板到位時

28、,電磁閥YV動作,M3電動機反轉(zhuǎn),指示燈M3R亮。Y1鍛壓機向鋼板沖壓一次,S2信號消失。</p><p>  4.當(dāng)S1再次檢測到有信號時,M3電動機正轉(zhuǎn)。</p><p>  5.如此重復(fù)3次,停機1分鐘,將已加工好的鋼板放入加工后鋼板存儲區(qū)。</p><p><b>  2.2 設(shè)計要求</b></p><p>

29、  1.PLC型號:西門子公司S7系列,S7-300。</p><p>  2.編程環(huán)境:SIMATIC Manager /Step7 V5.4或更高版本。</p><p>  3.根據(jù)控制要求分配PLC I/O地址,畫出PLC與控制對象的接線圖,設(shè)計控制流程,按照模塊化的方式設(shè)計程序,既可以采用LAD編程,也可以采用STL編程,還可以采用組合方式編程。</p><p&

30、gt;  4.編寫的需要輸入PLC,調(diào)試通過。</p><p>  第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>  根據(jù)控制要求,本設(shè)計有2個檢測信號,S1用于檢測待加工鋼板是否已在傳輸帶上,S2用于檢測待加工鋼板是否到達加工點。S1有效時,M1、M2工作,M3正轉(zhuǎn)。S2有效時,M3反轉(zhuǎn),Y1動作。軋鋼機需要重復(fù)三次,停機一分鐘,將加工好的鋼板放入加工后鋼板存儲區(qū),因此需要計數(shù)器和定時器,并且計

31、數(shù)達到預(yù)定值后還要復(fù)位。</p><p><b>  3.1 總體設(shè)計</b></p><p><b>  圖3 PLC控制</b></p><p>  3.2 電機主電路</p><p>  根據(jù)要求畫出的主控制線路圖,其中FR熱繼電器用于電動機的過載保護,斷相及電流不平衡運行保護。FU熔斷

32、器起電機主回路短路保護作用。</p><p><b>  圖4 電機主電路</b></p><p>  3.3 PLC軋鋼機I/O分配表</p><p>  圖5 I/O地址分配表</p><p>  3.4 PLC軋鋼機I/O外部接線圖</p><p>  圖6 I/O口外部接線圖&

33、lt;/p><p>  第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>  4.1 程序流程圖</p><p><b>  圖7 系統(tǒng)流程圖</b></p><p>  4.2 LAD程序設(shè)計</p><p>  根據(jù)系統(tǒng)控制要求按下啟動按鈕I0.0后,電機M1和M2轉(zhuǎn)動。檢測傳送帶上是否有鋼板的傳感器I0

34、.2開始檢測,若有則電動機M3正轉(zhuǎn),然后是檢測是否到位的傳感器I0.3開始檢測,若到位則電動機M3反轉(zhuǎn)且鍛壓Y1下壓一次,在開啟I0.2檢測,如此重復(fù)三次。</p><p>  為了實現(xiàn)重復(fù)三次的操作,在程序中設(shè)置減計數(shù)器C0,在完成一個周期的操作后需停機1分鐘,為實現(xiàn)此功能,在程序中添加了定時時間為1分鐘的定時器T0。</p><p>  第5章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真</p>

35、<p>  5.1 硬件組態(tài)調(diào)試</p><p>  根據(jù)PLC選擇對應(yīng)的地址和相應(yīng)的電源、CPU、輸入、輸出等的型號,配置如下:</p><p><b>  圖8 硬件組態(tài)</b></p><p><b>  5.2 系統(tǒng)仿真</b></p><p>  將程序編寫好、保存以后,打開

36、仿真S7-PLCSIM軟件,將程序下載到PLC中,對程序進行仿真。</p><p>  圖9 按下SB1啟動時的仿真效果</p><p>  圖10 按下S1時的仿真效果</p><p>  圖11 按下S2時的仿真效果</p><p>  圖12 定時停機1分鐘的仿真效果</p><p>  圖13 按下SB2停

37、止時的仿真效果</p><p>  軟件程序由STEP-7軟件編寫,可以對程序網(wǎng)絡(luò)框圖進行標(biāo)注,程序編寫完成后,對程序進行編譯連接,若有程序錯誤,在進行修改,直到?jīng)]有錯誤為止, </p><p>  連好相應(yīng)電路,PLC程序編譯結(jié)束以后,下載到PLC中,運行程序,打開PLC編程軟件監(jiān)視,啟動Step7 V5.5軟件,當(dāng)按I0.0時,此時可以在仿真窗口中看到表示電機M1和M2的線圈運行,當(dāng)按

38、下I0.2時,可以看到在表示M3正轉(zhuǎn)的線圈和電機M1、M2的線圈運行,當(dāng)按下I0.3時,可以看到在表示M3反轉(zhuǎn)的線圈和電機M1、M2的線圈下運行,同時可以看到計數(shù)器的計數(shù)值減少了1,重復(fù)按下I0.2和I0.3,當(dāng)計數(shù)器的值減小到0時,定時器自動啟動,定時時間1分鐘。定時時間到以后,將已加工好的鋼板放入加工后鋼板存儲區(qū)。</p><p><b>  第6章 總結(jié)</b></p>

39、<p>  本次課程設(shè)計我對軋鋼機PLC控制系統(tǒng)進行了設(shè)計。通過這次的設(shè)計我對如電工學(xué)、PLC、機電傳動控制等相關(guān)課程也有了一個新的認(rèn)識,靈活的應(yīng)用STEP 7軟件畫圖,對前面所學(xué)知識有了很好的回顧與應(yīng)用。通過這門課的設(shè)計我還有以下幾點收獲:提升了自己的動手能力和思考能力,在設(shè)計過程中也查閱了很多資料和書籍,豐富了我對所學(xué)知識的認(rèn)識,擴寬了自己的知識面,培養(yǎng)了良好的分析和解決問題的能力,還懂得了合作精神的重要性,對自身以后的成

40、長有很大的幫助。</p><p>  同時,我也深知由于時間的限制和個人能力有限此次課程設(shè)計存在許多缺陷和問題,比如一些資料收集得不夠齊全,致使對設(shè)計的理解上造成了一定的誤差。程序編寫時不夠完善,有些地方仍不能完全滿足要求,仍有進一步創(chuàng)新的可能。</p><p>  不管怎樣,此次課程設(shè)計讓我獲益匪淺,在此非常感謝xx老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助,謝謝你們!</p><p&

41、gt;<b>  參考文獻</b></p><p>  [1] 王永華.現(xiàn)代電器控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007 </p><p>  [2] 李嵐,梅麗鳳. 電力拖動與控制. 北京:機械工業(yè)出版社,2011 </p><p>  [3] 陳立定等. 電氣控制與可編程程序控制器[M]. 廣州:華

42、南理工大學(xué)出版社,2001</p><p>  [4] 廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù). 北京:機械工業(yè)出版社,2005. </p><p>  [5] 吳中俊.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004</p><p>  [6] 胡健.西門子S7-300PLC應(yīng)用教程[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2007</

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