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大连交通大学专业课程实践训练摘要随着电子技术的发展，可编程控制器不断更新、发展，可编程控制器在中低频电器开关控制领域应用十分广泛。这是因为,它与传统的继电器控制相比具有不可比拟的优点:它结构紧凑,编程容易,强弱电并用,控制速度快,抗干忧性能强,故障率低,与外围电路的连接简单等。PLC控制是自动控制中最常见控制方式之一，小车自动往返与定位控制就是控制应用的一个典型例子，由于可编程控制器具有很好的处理小车自动往返与定位控制以及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此运用PLC来设计小车自动往返与定位运动越来越普遍。本设计是基于PLC的小车运动控制系统的设计，在设计中是利用西门子S7-200系列PLC编程语言来设计的，系统中运用继电器、位置传感器相互作用来完成控制，并且PLC根据开关信号来控制电机的启停、左行和右行的转换，再由传动装置带动小车运动，最后运用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行仿真调试，进而来满足设计的要求。关键词：小车循环往返运动PLCCPU226CN大连交通大学专业课程实践训练目录1选题背景及意义..................................12系统简介........................................23PLC简介........................................43.1PLC的定义.......................................43.2PLC的发展.......................................43.3PLC的特点.......................................53.4PLC的基本组成及各部分作用.......................54直线自动往返控制...............................114.1I/O地址分配....................................114.2PLC外部接线图..................................114.3程序梯形图......................................125小车定位控制...................................145.1I/O地址分配....................................145.2PLC外部接线图..................................145.3程序梯形图......................................14结论............................................17参考文献............................................18大连交通大学专业课程实践训练11选题背景及意义编程控制器是一种为工业机械控制所设计的专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，它是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC。随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。长期以来，PLC及其网络控制系统始终战斗在工业自动化控制行业的主战场，其提供的安全和完善的解决方案，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，在电力、冶金、化工、机械等行业发挥了重大作用，被公认为现代工业自动化三大支柱之一。本设计针对现代自动配货，配料运输等工业生产和商业运营的社会需求，设计一种小车直线定位控制系统。通过本次设计使学生掌握PLC控制的小车直线定位系统的构成及设计方法；掌握PLC控制程序设计，调试方法；培养学生综合设计能力，创新能力，分析问题与解决问题的能力。大连交通大学专业课程实践训练22系统简介小车直线运动系统图如图2-1所示：图2.1小车直线系统图直流电机主接线图如图2-2所示：图2.2直流电机主接线图A-+MOTORBT?24vMZMFMZMF大连交通大学专业课程实践训练3如图所示在小车运动系统中所用到的有如下的元件：SB1：第一站开关按钮SY1:第一站电磁感应器LB1：第一站指示灯SB2：第二站开关按钮SY2：第二站电磁感应器LB2：第二站指示灯SB3：第三站开关按钮SY3:第三站电磁感应器LB3：第三站指示灯SB4:第四站开关按钮SY4:第四站电磁感应器LB4:第四站指示灯MZ:电机右行继电器LZ:右行指示灯MF:电机左行继电器LF:左行指示灯图中电机继电器有信号时小车开始运动，并且所对应的方向指示灯（左行指示灯，右行指示灯）亮，在通过任何一站时电池感应器会得到一个脉冲信号，使所对应的站台灯亮起来，图中的开关按钮用于控制小车的启动和停止或者是运动方向。PLC:S7-200CPU226CNDC\DC\DC位置传感器：OMCHKJN5002A继电器：JZX-18FF24VDC电机：ZGA37F104iDC24V30rpm大连交通大学专业课程实践训练43PLC简介3.1PLC的定义委员会(InternationalElectricalCommittee-IEC),1987年的第三版对PLC作了如下的定义: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。它采用可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算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。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)存储器(RAM和EPROM),输入/输出模块(简称为I/O模块)、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。3.2PLC的发展1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，并公开招标提出十项标准:(1)编程方便，现场可修改程序；(2)维修方便，采用模块化结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；(4)体积小于继电器控制装置；(5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制装置竞争；(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，接触器等；大连交通大学专业课程实践训练5(9)在扩展时，原系统只要很小变更；(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年，美国数字公司(DEC)研制出了第一台可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，很快在美国其它工业领域推广使用。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有了第五代PLC产品。3.3PLC的特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的:（1)功能齐全，它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；（2)应用灵活，其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；（3)操作方便，维修容易，稳定可靠。尽管PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。3.4PLC的基本组成及各部分作用PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU单元的底板大连交通大学专业课程实践训练6称为CPU底板，其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。（一）中央处理单元(CPU)：CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务:(1)接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；(2)诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;(3)用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来;(4)PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作;(5)将用户程序的执行结果送至输出端。（二）存储器根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种:：（1）系统程序存储器:和各种计算机一样，PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM.（2）用户程序存储器:用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。由于RAM掉电会丢失数据，因此使用RAM作用户程序存储器的PLC，都有后备电池(铿电池)保护RAM，以免电源掉电时，丢失用户程序。当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC(如欧姆龙公司的大连交通大学专业课程实践训练7CPMIA型PLC)采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。（3）工作数据存储器:工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。这部分数据存储在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储区，开辟有元件映象寄存器和数据表。元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。它存储用户程序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。（三）1/0单元I/0单元也称为I/0模块。PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.（四）电源部分PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V,+12V,+24V的直流电源，使PLC能正常工作。大连交通大学专业课程实践训练8电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的CPU，通常电源封装到机壳内部;对于模块式