PLC气缸运动计数控制

学号：
课程设计
题目气缸运动计数控制
学院物流工程学院
专业
班级
姓名
指导教师
2013 年 1 月 2 日
本科生课程设计成绩评定表
指导教师签字：
2013年 01 月 18 日
课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导教师：工作单位：
题目: 气缸运动计数控制
一、初始条件
程序运行设备：西门子S7-300 PLC
二、要求完成的主要任务
1．控制要求：气缸连续往复运动20次便自动停止，如图：
2．设计要求：(1)绘制PLC接线图；
(2)给出符号定义表；
(3)编写控制程序；
(4)上机验证通过程序调试。

3．课程设计说明书应包括：(1)设计的目的及意义
(2)设计任务及要求
(3)设计方案比较及认证
(4)程序设计：软件思想，流程图，程序说明
(5)调试过程记录及结果分析
(6)参考资料
(7)总结
气缸运动计数控制
摘要
气动技术是一种易于推广和普及的实现工业自动化的应用技术。

近年来，气动技术在机械、化工、电子、电气、纺织、食品、包装、印刷、轻工、汽车等各个制造行业，尤其在各种自动化生产装备和生产线中得到了广泛的应用，极大地提高了制造业的生产效率和产品质量。

随着气动技术的飞速发展，特别是气动技术、液压技术、传感器技术、PLC技术、网络及通信技术等学科的相互渗透而形成的机电一体化技术被各个领域广泛应用后，气动技术已成为当今工业各级的重要组成部分。

各种自动机械或自动化生产线，大多是按程序工作的。

所谓程序控制，就是根据生产过程的要求，使被控制的执行元件，按预先规定的顺序协调东子的一种自动控制方式。

根据控制方式的不同程序控制可分为行程程序控制、时间程序控制、混合程序控制三种。

行程程序控制是一个闭环程序控制系统，它是由前一个执行元件动作完成并发出信号后，才允许下一个动作进行的自动控制方式。

其优点是结构简单、维修容易、动作稳定，特点是当程序中某节拍出现故障时，整个程序就停止进行而实现自动保护。

为此，行程控制方式在气动系统中被广泛采用。

而推拉式分拣系统中的双缸顺序动作控制是最为典型的顺序控制，通过PLC实现自动控制。

关键词：气动技术顺序控制 PLC
目录
1.课程设计目的 (1)
2.课程设计题目和要求 (1)
3.设计内容 (2)
3.1 PLC简介.选型及STEP 7介绍 (2)
3.1.1 PLC简介和选型 (2)
3.1.2 STEP 7介绍 (5)
3.2 I/O口分配及硬件电路设计 (6)
3.2.1 I/O口分配 (6)
3.2.2 硬件电路设计 (6)
3.3 气缸顺序动作程序设计 (7)
3.4 程序仿真结果 (9)
3.5 电路运行分析 (9)
4.课程设计小结 (10)
5.参考文献 (11)
1.课程设计目的
通过设计推拉式分拣系统，使学生系统掌握可编程序控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，使学生掌握一种至二种基本机型，掌握PLC控制技术的基本原理和应用，并学习PLC编程的多样性，和灵活性，使学生掌握PLC在实际应用中的控制作用、动作顺序与原理，为今后从事自动化控制领域的工作打下基础。

2.课程设计题目和要求
题名称：气缸运动计数控制
控制要求：气缸连续往复运动20次便自动停止。

其中气缸的电气控制回路见下图：
气缸电气控制回路
其中，1S1、1S2为两个限位开关，1Y1、1Y2为两个电磁感应线圈。

要求：（1）绘制PLC接线图；
（2）给出符号定义表；
（3）编写控制程序；
（4）上机验证通过程序调试。

3.设计内容
3.1 PLC 简介及选型
3.1.1 PLC 简介
1.PLC 的基本概念
国际电工委员会对PLC 做了定义为“可编程序控制器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、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器机器有关设备，都应该按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其能力的原则设计”。

从上述定义可以看出，PLC 是一种用于程序来改变控制功能的工业控制计算机，出来能完成各种各样的控制能力外，还有与其他计算机通行联网的功能。

2.PLC 的基本结构
如图3.1.1所示，PLC 主要由CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成。

PLC 的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。

PLC 主要由CPU 模块、I/O 模块、变成装置和电源组成。

根据硬件结构的不同，可以将PLC 分为整体式、模块式和混合式。

整体式PLC 又叫做单元式或箱体式，他的体积小、价格低、小型PLC 一般采用整体结构。

模块式PLC 一般用于大、中型PLC ，它由机架和模块组成。

可编程序控制器
接触器指示灯电磁阀电源
图3.1.1 PLC 基本组成
（1）输入部件
输入部件是PLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件，是现场信号进入PLC的桥梁。

该部件接收由主令元件、检测元件来的信号。

（2）输出部件
输出部件也是PLC与现场设备之间的连接部件，其功能是控制现场设备进行工作(如电机的启、停、正/反转，阀门的开、关，设备的转动、移动、升降等)。

对于PLC，希望它能直接驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触器、灯和音响等，因此，输出部件中的输出级常是一些大功率器件，如机械触点式继电器、无触点交流开关(如双向可控硅)及直流开关(如晶体三极管)等。

（3）CPU模块
CPU模块主要有微处理器和存储器组成。

在PLC控制系统中CPU模块相当于人的大脑和心脏，他不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来存储程序和数据。

（4）I/O模块
输入模块和输出模块简称I/O模块，他们想但与人的眼、耳、手、脚，是联系外部设备和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采用输入信号，开关量输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨号开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器、测速发电机和各种变送器提供的脸粗变化的模拟量电流电压信号。

（5）编程器
编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。

手持式编程器不能直接接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器，它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。

（6）电源
PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。

内部开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。

小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC 24V 电源，驱动PLC负载的直流电源一般有用户提供
3.PLC的工作原理
PLC通电后，需要对硬件和软件做一些初始化工作。

为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后PLC要反复不停地分段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

1、初始化过程：
与其它单片机运行一样，上电运行或复位时进行处理
（1）硬件初始化，复位输出输入模块，清零
（2）清除数据区
（3）输出输入地址分配
2、扫描过程
（1）扫描输入，将输入口状态读入至输入口映像区（2）时钟处理，特殊寄存器更新
（3）执行用户程序
（4）输出，将输出口映像区输出至输出端口刷新
（5）自诊断检查
3、出错处理
检查PLC内部电路
CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通讯异常致命错误，CPU强制STOP方式，所有扫描停止。

图3.1.2所示为一小型PLC的典型工作过程
图3.1.2 小型PLC的典型工作过程
由于学校实验仪器限制，本课程设计选用西门子S7－300型号PLC。

由题目要求可知，共有1个输入，12个输出，我们选用的CPU型号为314。

S7-300 CPU31X系列产品有：CPU313模块、CPU314模块、CPU313XM模块。

CPU314模块I/O总点数为24点（14/10点），可带7个扩展模块；用户程序存储器容量为4K字；内置高速计数器，具有PID控制的功能；有2个高速脉冲输出端和1个RS-485通讯口；具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由口协议的通讯能力。

3.1.2 STEP 7介绍
STEP 7软件开发系统是一款专门针对西门子公司的S7-300PLC的控制系统开发软件。

该软件操作简单，使用方便。

用户可以直接从工具栏中选择各种梯形图指令，可以通过在线帮助功能直接了解各种指令详细的使用说明。

程序编写完毕后，用户可以利用STEP 7软件提供的语法检测功能检测程序的错误，从而保证送入PLC的程序从语法的角度上来说是准确无误的。

编译后的程序可以送入PLC并执行，以完成预期的控制功能。

1. S7-300 PLC的组成
主要组成部分有导轨（RACK）、电源模块（PS）、中央处理单元CPU模块、接口模块（IM）、信号模块（SM）、功能模块（FM）等，通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7的PLC相连。

2.S7-300的扩展能力
CPU314一个机架上最多只能再安装八个信号模块或功能模块，最多可以扩展为四个机架。

中央处理单元总是在O机架的２号槽位上，1号槽安装电源模块，3号槽总是安装接口模块，槽号4至11，可自由分配信号模块、功能块。

（1）CPU负责执行程序和处理数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制。

（2）输入和输出是系统的控制点；输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及工业设备中的其他设备。

（3）电源像CPU及其所连接的任何模块提供电力。

（4）通讯端口允许将S7-300 CPU同编程器及其他设备连接起来。

（5）状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行或者停止），本机I/O的当前状态，以及检查出的系统化错误。

（6）通过扩展模块可增加CPU的I/O点数。

（7）通过扩展模块可提供其通讯性能。

（8）一些CPU具有内置的实时时钟，恰CPU需要实时时钟卡。

（9）EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序传送到另一个CPU中。

（10）通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间。

3.2 I/O口分配及硬件电路设计
3.2.1 I/O口分配
根据控制要求,I/O口的分配如表3.2.1所示其中的I/O分配如下表
表3.2.1 I/O口分配
3.2.2 硬件电路设计
根据控制要求和I/O分配，气缸顺序控制硬件电路如图3.2.2所示，共有4个输入2个输出。

图3.2.2 PLC控制硬件电路图
3.3 气缸顺序动作程序设计
根据气缸的动作要求，编写出双缸的顺序动作PLC程序如下：
3.4 程序仿真结果
将梯形图进行调试仿真，其结果如下图3.4.1和3.4.2
图3.4.1 组态图
图3.4.2 运行结果
3.5 电路运行分析
当按下启动按钮S0后，启动指示灯点亮，中间继电器M0得电并自锁，气缸推出到达1S1，1S1处限位开关I0.2得电，常开触点闭合，常闭触点断开，计数器得电，开始计数。

运动到右极限时触发限位开关I0.3，I0.3得电，常开触点闭合，常闭触点断开，I0.2和I0.3形成互锁。

再次触发限位开关时，实现往返功能，直到计数器的初值20减到0时停止。

4.课程设计小结
通过本次课程设计，加深了我对课堂所学知识的了解和掌握，并且学会了从整体考虑问题，把多学科的知识综合起来运用。

通过本次设计，使我掌握了通过PLC控制推拉式分拣系统中双缸顺序动作的原理，加深了对PLC结构和原理的认识，对PLC编程原理有了个系统的认识。

通过这次课程设计，掌握了定时器电路的设计，对PLC的执行过程有了深刻的认识。

在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。

有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。

自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。

为以后的工作积累了经验，增强了信心。

通过合作，我们的合作意识得到加强。

合作能力得到提高。

上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。

在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。

能过比较选出最好的方案。

在这过程也提高了我们的表过能力。

通过此次课设，让我对编写PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。

有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。

在这次设计中，学会了运用多学科综合去解决问题。

通过这次设计，为以后的学习与工作打下了坚实的基础，也锻炼了我对电子CAD的掌握能力，为马上就开始的毕业设计打下了基础。

参考文献
1、王永华，现代电气控制及PLC应用技术（第2版），北京：北京航天航空
大学出版社，2008
2、李长久，PLC原理及应用，北京：机械工业出版社，2006
3、张国德等，PLC原理及应用；北京：机械工业出版社,2010
4、SIEMENS公司，Step7 V5.4编程手册
5、徐世许可编程序控制器原理.应用.网络中国科技大学出版社 2004.06
6、廖常初 PLC应用技术问答中国自动化出版社 2006.01。