发布时间 : 星期五 文章基于PLC的龙门刨床电气控制系统设计更新完毕开始阅读41d8e93410661ed9ad51f3fc
黑龙江工程学院本科生毕业设计
第 4 章 系统软件设计
4.1 STEP7-Micro/WIN软件功能及特点
STEP7-Micro/WIN是在WINDOWS平台上运行的S7-200系列PLC的专用编程软件，操作界面简单方便，能解决复杂的自动化任务，可快速进入，节省编程时间，其主要功能及特点如下。
程序结构简单，通过一个主程序调用其他子程序或中断程序，保证了程序结构的清晰；可以用语句表(STL)和梯型图(LAD)编程；可以进行符号编程；通过符号表分配符号和绝对地址，并可打印输出；支持三角函数，开方，对数运算功能；指令集易学，指令由容易记的缩写组成。相同的指令只需稍加修改就可用于不同的功能(例如指令MOVE根据传送的方式不同有不同的形式)；易于使用的组态向导，包括文本显示器，PID控制器，CPU间的数据传输的通讯功能，高速计数器；可用于CPU硬件设置，包括扩展模块设置，输入延时，实时时钟设置，口令分配，通讯系统的网络地址设置等；二进制运算功能，包括移位、循环移位、转换、与、或、异或等逻辑运算，计数器、定时器设置，16位、32位整数运算，浮点数运算，比较指令运算，数值转换等；可在线、离线编程；通过键盘的快捷键可编辑全部功能，语句和程序段可使用剪切、粘贴和插入功能，可取消上一次操作，在用户程序中还可以查找文字和操作等[16]。
4.2 程序设计步骤及要点
进行PLC控制逻辑程序设计应遵循以下几个基本步骤。 1.分解被控对象或机器
把要控制的对象或机器分解成相互独立的部分，这些分解将影响功能描述及资源的分配。
2.建立功能规范
写出被控对象或机器的每部分的描述，它包括输入/输出点(I/O)、操作的功能描述、每个执行器(线圈、电机、驱动器等)的允许状态(执行前要满足的状态)、操作接口的描述、与被控对象或机器的其他部分的接口。
3.安全电路的设计
控制设备在不安全的状态下出现故障，会造成不希望的启动或机器操作的变化。当不希望的或不正确的机器操作会造成人身伤害或严重的财产损失时，应该考虑采用
23
黑龙江工程学院本科生毕业设计
和CPU独立的机电冗余来防止不安全的操作。
在安全电路设计中应该考虑下面的任务：防止会造成危害的不适合的执行器操作；识别那些保证不危险操作的条件，并决定如何独立于CPU检测这些条件；当控制对象得电或断电时CPU和I/O如何影响控制对象；设计独立于CPU的手动或机电冗余来阻止危险的操作；向CPU提供独立电路的适当的状态信息，以便于程序员和操作界面得到所需要的信息；识别其它的和控制对象安全操作有关的安全要求。
4.详细说明操作站
根据功能描述的要求建立操作站的配置图，包括：与控制对象或机器有关的每个操作站的位置总图、操作站的设备机械图(显示、开关、指示灯等)、与CPU或扩展模块有关的电气图。
5.建立PLC配置图
根据功能描述的要求建立控制设备的配置图，包括控制对象或机器有关的每个CPU的位置图、CPU和扩展I/O模块的机械布局图(包括控制柜和其他设备)、每个CPU和扩展模块的电气图(包括设备型号，通讯地址和I/O地址)。
6.建立符号名表
如果选择了符号名寻址，需要对绝对地址建立一个符号名表。符号名表不仅包括物理输入输出信号，也包括程序中用到的其他元件。
为完成广泛的自动化任务，S7-200CPU提供许多类型的指令。在S7-200CPU中有两类基本指令:SIMATIC和IEC1131-3，当选用SIMATIC指令集时，用户可通过选择语句表(STL)编辑器、梯形图(LAD)编辑器、功能块图(FDB)编辑器来编辑程序。 IEC指令集不提供语句表编辑器[17]。
利用梯形图编辑器可以建立与电气接线图等价的类似程序。梯形图程序让CPU仿真来自电源的电流通过一系列的输入逻辑条件，根据结果决定逻辑输出的允许条件。逻辑通常被分解成小的，容易理解的片，这些片通常被称为“梯级”或“段”，程序一次执行一个段，从左到右，从上到下，一旦CPU执行到程序的结尾，又从上到下重新执行程序。梯形图用图形符号表示的指令包括三个基本形式：触点—代表逻辑“输入”条件，例如，开关，按钮，内部条件等；线圈—通常代表逻辑“输出”结果，例如，灯，电机启动器，中间继电器，内部输出条件等；盒—代表附加指令，例如，定时器，计数器或数学运算指令。
梯形图易于理解，世界通用，直观性好，调试程序时各触点通断及输出线圈状态均可通过程序一眼看出。
利用功能块图编辑器可以可以查看到像普通逻辑门图形的逻辑盒指令。它没有梯
24
黑龙江工程学院本科生毕业设计
形图编辑器中的触点和线圈，但是有与之等价的指令，这些指令是作为盒指令出现的。程序逻辑由这些盒指令之间的连接决定。也就是说，一个指令(例如AND盒)输出可以用来允许另一条指令(例如定时器)，这样可以建立所需要的控制逻辑[18]。图形逻辑门表示格式有利于程序流的跟踪。
4.3 系统流程图设计
系统的主控制程序流程图如图4.1所示 。
启动初始化是否故障？是故障处理否工作状态故障显示报警特殊情况位置有误位置调整一切正常自动循环加工选择停机停机工作台移动横梁移动刀架移动加工行程测算
图4.1 主控制程序流程图
电动机正反转控制电路，原电气控制线路图如图4.2所示。由PLC控制替代后，其梯形图如图4.3所示。
梯形图中I0.0为SB1，I0.1为SB2，I0.2为SB3，I0.3为KP，均接常开，Q0.1为KM1，Q0.2为KM2。
工作台自动循环工作时的前进换向控制原理图，如图4.4所示。
4.4 系统可靠性分析
采用接近开关取代原机械撞击式行程开关，利用PLC内部逻辑，实现了工作台的
25
黑龙江工程学院本科生毕业设计
零速换向，可消除原工作台非零速换向时产生的冲击现象，能很好地保护电机和传动机构，大大减少了维护成本和工作量。
I0.1SB1KM1I0.0Q0.2I0.3Q0.1SB2KM2KMKPQ0.1I0.2SB3KM1KM2KM2I0.0Q0.1I0.3Q0.2Q0.2
图4.2 电气控制线路图 图4.3 梯形图
自动循环工作工作台前进减速开关触发不为零前进换向为零速度为零?工作台减速
图4.4 换向控制原理图
采用工作可靠，编程灵活、方便的可编程控制器取代原系统众多的中间继电器和时间继电器，能准确无误地控制直流调速系统工作，且系统线路极少，电气原理图简单明了，维护方便。
数据窗口实时显示龙门刨床运行中的特征参数，直观性好，为操作及维护人员掌握刨床的工作状态提供了极大的方便[19]。
可靠性和可维修性高，不仅故障率低，且保护功能强，具有较强的故障诊断能力和显示功能，并容易维修和购买备件。本系统采用直流调速装置和PLC控制，可靠性高，软硬件多层保护，且直流调速器具有故障检测和诊断显示功能[20]。
4.5 本章小结
在设计中要注意模块之间的互相影响时、时序关系，以及联锁指令的使用条件。同一种控制功能可有不同的软件实现，应根据具体情况采用简单实用的方案，并充分利用不同机型所提供的编程指令，使程序尽量简洁。系统PLC控制程序梯形图见附录。
26