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1、机电传动课程设计说明书姓名： 朱智炜 班级： 081412 学号： 17 专业：机械设计制造及其自动化组别： 14 日期：2010.12.202010.12.31指导教师： 王 伟 成绩： 目 录 前言 1摘要 1第一部分 PLC概述 2 设计任务书 5第二部分 主轴进给控制系统I/O口及地址分配 6 端子接线图 7 程序流程图 8 梯形图 10 总结 14前言PLC = Programmable logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作
2、等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分PLC = Programmable Logic Controller，可编程控制器另外PLC还有以下几个名称：PLC = Power Line Communication，电力线通信，即我们俗称的“电力线上网”。PLC = Public Limited Company，公共有限公司，股票上市公司。PLC = Power-line Carrier，输电线载波，电力线载波，电源线车。PLC = Power Loading Control，动力负载控制。PLC = Preparative Layer C
3、hromatography，制备层色谱法。PLC = Programming Language Committee，程序设计语言委员会美。摘要可编程序控制器简称PLC，是一种以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、通信技术和传统的继电器控制技术而发展起来的新型工业控制装置，具有编程容易、体积小、使用灵活方便、抗干扰能力强、可靠性高等一系列优点，是专门为工业控制应用而设计的一种通用控制器，近年来在工业生产的许多领域，如冶金、机械、电力、石油、煤炭、化工、轻纺、交通、食品、环保、轻工、建材等工业部门得到了广泛的应用，已经成为工业自动化的三大支柱之一。由于PLC的应用日益广泛，学习和掌握其
4、原理与应用设计对于工业领域的广大科技工作者以及大专院校电气和机电等有关专业的学生而言很有必要。第一部分PLC概述1、PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为 工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称P
5、LC,plc自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。 2、PLC的基本结构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，基本构成为：a、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 b. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、
6、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 c、存储器 存放系统软件的存储器称为
7、系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 d、输入输出接口电路 1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e、功能模块 如计数、定位等功能模块 f、通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等3、PLC的工作原理一. 扫描技术 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，
8、PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，
9、并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行
10、的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。 4、PLC内部运作方式虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实
11、体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下： 步骤一“输入状态检查”：PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更
12、新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。 此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。 5、PLC目前的主要品牌ABB，松下，西门子，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷等6、PLC的特点一、PLC的主要特点：1、 高可靠性（1） 所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2） 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。（3） 各模块均采
13、用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4） 采用性能优良的开关电源。（5） 对采用的器件进行严格的筛选。（6） 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7） 大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2、 丰富的I/O借口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了
14、组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。3、 采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4、 编程简单，维修方便PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5、 安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运
15、行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。二、PLC的功能：1、 逻辑控制2、 定时控制3、 计数控制4、 步进（顺序）控制5、 PID控制6、 数据控制：PLC具有数据处理能力7、 通信和联网8、 其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块设计任务书一、 课程设计题目：钻床主轴进给控制系统程序设计二、控制要求： 钻头从初始位置进行钻深孔工作，钻孔过程中，钻头向右钻一段距离后返回初始位置，然后再向右钻一段距离后返回初始位置，如此反
16、复，完成钻深孔工作过程。 钻头初始位置在原点（光电开关SQ1处），按下启动按钮SB1，钻头进给至SQ2光电开关处后返回原点，然后再进给至SQ3光电开关处后返回原点，依此类推，最后返回原点停止，至此完成钻床主轴进给控制系统全过程。第二部分1. 主轴进给控制系统I/O口及地址分配输入输出功能地址功能地址手动I0.0右行Q0.1单周期I0.1连续I0.2启动I0.3停止I0.4复位I0.5SQ1I0.6SQ2I0.7SQ3I1.0SQ4I1.1左行Q0.2SQ5I1.2SQ6I1.3SQ7I1.4SQ8I1.5右行I1.6左行I1.7I2.0I2.1I2.22. 端子接线图3. 程序流程图4.梯形图
17、5.总结这个学期开设了电气控制与PLC实训的课程，跟以前所有开设的课程有很大的区别，这门课程的灵活性很强，充分发挥自己的潜力；其实学习的过程当中并不一定要学到多少东西，个人觉得开散思维怎样去学习，这才是最重要的，而这门课程恰好体现了这一点。此次的实训以班级为主体，以个人为单位而开展的一次综合的实践，老师也给予我们足够的空间让我们完成此次的实训，这让我觉得压力不小。 这次的实训是我们第一次接触编程实践，以前上课的时候虽然老师也是总叫我们去编程和做作业，但是我们都不知道在实际中我们的程序能不能用，所以我们对PLC这门课业就没有发费太大心思。但是这次的实训让我有很大启发。刚开始接触时信心十足，觉得没
18、有什么大不了的，因为觉得以前编写的程序都很简单，也不用太多时间，所以很轻视。但是老师交给我们的任务，我却三天都没有想出来或者说都想错了，最后老师没有办法就开始和我们讲课，把第一个流程图交给我们，这样我们才有人使实训机器动起来。然后老师布置第二题，就开始做了，但是上机时就是不能动，总是程序错误很郁闷，就开始改。改后就觉得还是不行，只能慢慢查，最后知道是计数器用错了，不会用。说到这次实训最让人不知道怎么说的地方就是考试时了，考试的时候我去到那就拿到题目，有了上几次的经验，也很快把流程图和T型图做好，那么就等那些先用机的同学他们弄完就到我了，但是那个同学就是在最后一步总是出错，所以我和他说我先来。但
19、是我也一样，我们就拼命在程序里找和改，是不是程序错了，但是还是那样。弄了很久，还是不行。心情就很压抑就起来走走，突然看到有在试的同学，到达一个限位那，那限位的灯不亮，觉得很怪就走过去，用手把他掰正，居然那位同学的程序就可以用了，我就试试我的也可以用了，哎这让我不知道怎么说，和老师一说，老师说我还不够认真，没有经验。自己觉得也是这样，是自己检查不够，才会这样。通过这次对PLC控制，让我了解了plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。总之，这次的实训给予了我不同的学习方法和体验，让我深切的认识到实践的重要性。在以后的学习过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力，多与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境，相信在不久的将来，可以打造一片属于自己的天地。参考文献陈白宁，段智敏，刘文波，机电传动控制M，沈阳：东北大学出版社，2002