PLC控制运料小车1new.doc

1、山东华宇职业技术学院毕业论文I设计题目：基于 PLC 的自动送料小车系统设计姓 名： 刘继飞班 级： 09 自动化院 系 电气工程系学 号: 20092050124指导老师：高建 时 间：2011 年 10 月 17 日II摘要早期运料小车电气控制系统多为继电器接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎数据处理和通信功能，必须有专人负责操作，将 PLC 应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用，PLC 运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，可靠性和可维护性好，易于安装、维修和改造等优点。随着经济的发展，运料小车不断扩大到各

2、个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。将 PLC 应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。它功能强大，可扩展到多达 128I/O 点，且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据连接功能选项使得 FX1N 在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。PLC在运料小车控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。本文主要是对 PLC 进行系统介绍后，进入具体的介绍，最后写出运料小车对应PLC 的接口图及其对应的程序。由于个人因素，还不能将这篇论文写的完美，所以有错误的地方还请各位老师不吝指教。关键词：PLC，运料小车，控制系统，程序设计山东华宇职业

3、技术学院毕业论文III目 录摘要 第 1 章 可编程控制器（PLC）的概述 11.1 PLC 简介 .11.2 PLC 的特点 .11.3 PLC 构成 .21.4 PLC 的应用领域 .3第 2 章 运料小车系统的硬件介绍及方案论证 .52.1 硬件介绍 .52.2 控制系统介绍 .72.3 方案论证 .8第 3 章 基于 PLC 的运料小车接线图及梯形图 113.1 送料小车 PLC 的 I/0 分配表 113.2 PLC 端子接线图 .123.3 梯形图分段设计 .133.4 程序运行原理说明调试与完善 .173.5 系统总梯形图设计 .183.6 小车程序设计 .23总结 .27参考文

4、献 .28致谢 .29山东华宇职业技术学院毕业论文1第 1 章 可编程控制器（ PLC）的概述1.1 PLC 简介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，早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制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，所以将可编程序控制器简称 PLC,PLC 自 1966 年美国数

5、据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。1.2 PLC 的特点1、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性的电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路设计，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点意减少到数千分之一，故障也就大大降低。此处，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出

6、现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以输入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。2、配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通

7、用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的2功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也便得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5、体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC

8、 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.3 PLC 构成1、CPU 运算和控制中心 起 “心脏”作用 当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后 CPU 根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序） ，把用户程序翻译成 PLC 内部所认可的用户编译程序。 横：输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU 将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由 CPU 把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。 组成：C

9、PU 由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU 通过地址总线、数据总线与 I/O 接口电路相连接。2、存储器 具有记忆功能的半导体电路 分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM 组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为 35 年。3、输入/输出接口 输入接口： 光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。 发光二级管

10、：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。 光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。 输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成 PLC 内部所能接受的数字信号。 输出接口 PLC 的继电器输出接口电路 工作过程：当内部电路输出山东华宇职业技术学院毕业论文3数字信号 1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合

11、，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号 0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 三种类型： 继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载 晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载 晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载 4、编程器 编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过 PLC 的 RS232 口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过 NSTP-GR软件（或 WINDOWS 下软件）向 PLC 内部输入程序。1.4 PLC 的应用领域

12、目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1、开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2、模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital ）之间的 A/D 转换及

13、D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3、运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4、过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节

14、方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、4锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5、数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6、通信

15、及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。山东华宇职业技术学院毕业论文5第 2 章 运料小车系统的硬件介绍及方案论证2.1 硬件介绍运料小车是工业逗料的主要设备之一。广泛应用于自动生产线 冶金、有色盒属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。图 2-1本系统的结构工作原理图如图 2-1，包括带导轨的运行工作台

16、，DC24V 电机，行程开关，起停按钮，Twido 可编程控制器，DC24V 继电器， DC12V 直流电源等。图1-1 是一个运料小车工作示意图，每个工作台设有一个到位开关(SQ) 和一个呼叫按钮(SB)。系统的设计要求为：（1） 、按下启动按钮，系统开始工作，按下停止按钮，系统停止工作；（2） 、当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时，小车向右运行，运行到呼叫按钮所对应的停靠站时停止；（3） 、当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时，小车向左行，运行到呼叫按钮 HJ 所对应的停靠站时停止；（4） 、当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮的编码时，小车保持不动；（5） 、呼叫

17、按钮开关应具有互锁功能，先按下者优先。6图 2-2 PLC 输出的电压转换电路图 2-2 中采用 2 个 DC24V 继电器和 1 个 12V 直流电源来实现直流电机的正反转，2 个继电器线圈直接接到可编程控制器的输出端。当继电器线圈 1 得电时。继电器 1的触点由 k1 转换到 k2，而继电器线圈 2 的触点状态不变，电流流向如 I1 所示，驱使 DCI2V 电机按一定方向运转：当继电器线圈 2 得电时，继电器线圈 I 触点状态不变，而继电器线圈 2 的触点由 k3 转换到 k4，电流流向如 I2 所示。驱使 DC12V 电机按相反的方向运转。山东华宇职业技术学院毕业论文72.2 控制系统介

18、绍图 2-3本控制系统只要是用于控制送料小车的自动送料。它既能减轻人的劳动强度又能自动准确到达人不能达到或很难到达的预定位置。如图 2-3，推车机可以沿轨道上下移动，到达预定位置。推车机上是一个小型泵站，通过控制电磁阀换向，使两油缸伸出、缩回，顶出送料小车，再由各个仓位控制要料。用 PLC 对送料小车实现控制，其具体要求如下：（1）送料小车动作要求：送料小车 1 动作要求：送料小车负责向四个料仓送料，送料路上从左向右共有四个料仓（位置开关 SQ1，SQ2 ，SQ3 ，SQ4）分别受 PLC 的 I0.0，I0.1，I0.2，I0.3 检测，当信号状态为 1 是，说明运料小车到达该位置。小车行走

19、受两个信号的驱动，Q0.4驱动小车左行，Q0.5 驱动小车右行。料仓要料由 4 个手动按钮（SB1， SB2， SB3，SB4）发车（对应于 PLC 为 I0.4，I0.5 ，I0.6，I0.7）按钮发车信号其相应指示灯就亮（HL1 HL4） ，指示灯受 PLC 的 Q0.0Q0.3 控制。送料小车 2 动作要求：送料小车负责向四个料仓送料，送料路上从左向右共有4 个料仓（位置开关 SQ11，SQ12，SQ13 ，SQ14）分别受 PLC 的I1.0，I1.1，I1.2，I1.3 检测，当信号状态为 1 是，说明运料小车到达该位置。小车行走受两个信号的驱动，Q1.5 驱动小车左行，Q1.4 驱

20、动小车右行。料仓要料由 4 个手8动按钮（SB11，SB12 ，SB13 ，SB14 ）发出（对应于 PLC 为 I1.4，I1.5 ，I1.6，I1.7）按钮发出信号其相应指示灯就亮（HL11HL14 ） ，指示灯受 PLC 的 Q1.0Q1.3 控制。（2）运料小车行走条件：运料小车右行条件：小车在 1，2，3 号仓位，4 号仓要料；小车在 1，2 号仓位，3 号仓要料；小车在 1 号仓位，2 号仓要料。运料小车左行条件：小车在 4，3，2，0 号仓位，1 号仓要料；小车在 4，3，0号仓位，2 号仓要料；小车在 4，0 号仓位，3 号仓要料；小车在 0 位，4 号仓位要料。运料小车停止条

21、件：要料仓位与小车的车位相同时，应该是小车的停止条件。运料小车的互锁条件：小车右行时不允许左行启动，同样小车左行也不允许右行启动。2.3 方案论证早期运料小车电气控制系统多为继电器-接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。后来，单片机应用到运料小车控制系统中。单片机有优异的性能价格比、集成度高、体积小、有很高的可靠性、控制功能强、低功耗、低电压，便于生产便携式产品，外部总线增加了 I C 及 SPI，单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。单片机编程方法复杂，不容易上手，使用于简单应用。将 P

22、LC 应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。PLC 运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便等优点。运料小车控制系统的控制系统构成图如 2-4 所示：山东华宇职业技术学院毕业论文9停止按钮5 个行程按钮4 个呼叫按钮三相异步电动机启动按钮PLC图 2-4 运料小车控制系统图10运料小车控制系统流程图如图 2-5 所示否是否是否是否是小车装料按下呼叫按钮小车右行到达呼叫停靠点小车停止卸料小车左行到达装料停靠点小车停止按下停止按钮结束开始按下启动按钮图 2-5 控制系统流程图山东华宇职业技术学院毕业论文11

23、第 3 章 基于 PLC 的运料小车接线图及梯形图3.1 送料小车 PLC 的 I/0 分配表表 3-1根据控制要求，PLC 控制送料小车的输入 输出（I0）地址编排如下表所示，其中 SB5 为启动开关，SB6 为停止开关，SA6、SA7 为手动 连续选择开关，SA1、SA212为上下、左右转换开关，SA3、SA4、SA5 为油缸单动联动转换开关。Q0.0Q0.3和 Q1.0Q1.3 控制 8 个要料指示灯，Q0.4Q0.5 和 Q1.4Q1.5 控制小车 1、2 左行右行，Q0.6Q0.7 和 Q1.6Q1.7。如表 3-1 所示。3.2 PLC 端子接线图PLC 型号的选择：由于该系统是在

24、原来 CPU226 的基础上改进的设备，而现在共用了 31 个输入，用直流 24V；18 个输出，用交流电 220V，所以我选择用 S7-200 系列 CPU226，加一个 EM223 的扩展模块。CPU226 的主要的技术参数：输入24VDC，24 点；输出 220VAC，16 点；电源电压为 AC100240V 50/60Hz。EM223 的主要技术参数：输入 24VDC，8 点；输出 220VAC，8 点；电源电压为 AC100240V 50/60Hz。如图 3-1 所示：山东华宇职业技术学院毕业论文13图 3-1 端子接线图3.3 梯形图分段设计本次设计的自动化送料小车梯形图，是分开来

25、画的。由总程序结构图、自动操作程序图、手动操作程序图、小车 1 左右自动送料运行程序图、小车 2 左右自动送料运行程序图组成。14（1）程序的总结构图如图 3-2 所示：因为在手动操作方式下，各种动作都是用按钮控制来实现的，其程序可独立于自动操作程序而另行设计。因此，总程序可分为两段独立的部分：手动操作程序和自动操作程序。当选择手动操作时，则输入点I3.0 接通，其常闭触电断开，执行手动程序，并由于 I3.1 的常闭触电为闭合，则跳过自动程序。若选择自动操作方式，将跳过手动程序段而执行自动程序。（2）自动程序设计，自动操作控制主要是由行程开关控制推车机的上行、下行，两缸的伸出、缩回。通过行程开

26、关的上限、下限、左限、右限准确的控制推车机到达预定位置。自动程序时，手动自动转换开关拔到连续档 SA7，按下启动按钮SB6，推车机上行，碰到上位行车开关 SQ6，上行停止；同时两个油缸动作，推动两小车向左移动，小车 1、2 碰到左位行程开关 SQ10、SQ5，说明两小车到位，这时各个仓位可向小车要料；而且两油缸缩回，碰到行程右位开关 SQ8、SQ9 停止收缩，推车机下行到行程开关位 SQ7 时停止。如图 3-3 所示：（3）手动操作程序的设计，手动操作控制简单，可按照一般继电器控制系统的逻辑设计法莱设计。手动程序时，手动自动转换开关拔到手动档 SA6，上下、左右转换开关拔到上/下行档时，按启动

27、按钮 SB5 推车机上行，按停止按钮 SB6 推车机下行；上下、左右转换开关拔到左/右档时，拨动单动联动转换开关 SA3（缸 1 动作） ，按启动按钮 SB5，缸 1 伸出推动小车 1 左行；按停止按钮 SB6，缸 1 缩回；拨动转换开关到 SA5（缸 2 动作） ，按启动按钮 SB5，缸 2 伸出推动小车 2 左行，按停止按钮山东华宇职业技术学院毕业论文15SB6，缸 2 缩回；拔动单栋联动转换开关到 SA4（两缸同时动作）按启动按钮 SB5，两缸伸出推动两车左行；按停止按钮 SB6，两缸缩回。如图 3-4 所示：（4）小车 1 自动送料运行程序，把小车 1 送到指定位置后，四个仓位就可以像

28、小车要料了，M0.0M0.3 分别代表下车 1 的 1 号料仓到 4 号料仓的要料状态，运料小车 1 当前所处位置由 I0.0I0.3，运料小车 1 的右行，左行，停止控制由Q0.4、Q0.5。小车到位后，用上微分操作（P）来清除料仓要料状态信号及控制小车停车。 （上微分操作的注意事项，上微分脉冲只存在在一个扫描周期，接受这一脉冲控制的元件应写在这一脉冲出现的语句之后） 。小车 1 自动送料图如下图 3-5 所示：16（5）小车 2 自动送料运行程序，把小车 2 送到指定位置后，四个仓位就可以像小车要料了，M1.0M1.3 分别代表下车 2 的 1 号料仓到 4 号料仓的要料状态，运料小车 2

29、 当前所处位置由 I1.0I1.3，运料小车 2 的右行，左行，停止控制由Q1.4、Q1.5。小车到位后，用上微分操作（P）来清除料仓要料状态信号及控制小车停车。小车 2 自动送料图如下图 3-6 所示：山东华宇职业技术学院毕业论文173.4 程序运行原理说明调试与完善本程序是用梯形图所写的。在运行前，先选择工作方式，手动/自动。选择手动SA6 时，把上/ 下、左/右转换开关旋转到上/下档 SA1，按下 SB5 起动点动按钮，推车机上行，按下 SB6 停止点动按钮，推车机下行；把上/下、左/右转换开关旋转到左18/右档 SA2，再选择小车的单动、联动控制，小车 1 单动时把单动/ 联动转换开关

30、旋转到单动档 SA3，两下车联动时旋转到联动档 SA4，小车 2 单动时旋转到单动档SA5，这时按下起动按钮 SB5，油缸推动小车左行，按下停止按钮 SB6，油缸缩回。选择自动 SA7 时，按下起动按钮 SB5，推车机开始上行，碰到上限行程开关 SQ6 时停车，两缸自动退出小车，小车碰到左限行程开光 SQ5、SQ10 时，说明小车到位，各个仓位可以向小车要料，这时两缸自动缩回，碰到右限行程开关 SQ8、SQ9 时，推车机自动下行，下行到位后（碰到 SQ7）停车。只有再次按下起动按钮 SB5，才能在次运行。手动程序中设置了连锁和保护电路。如推车机的上行、下行常闭触点的连锁，推车机上下行行程有行程

31、开关 SQ6、SQ7 控制保护。自动程序是根据推车机的位置、油缸的位置来控制电路执行下一条指令的。油缸把小车推到位后，小车处于准备送料的初始位置，这时 1-4 号仓位都可以向小车要料。本设计中要料时刻不同时，先要料者优先，但是要料时刻相同时，却不知道小车向哪个仓位送料，需要改进。3.5 系统总梯形图设计由以上，我们画出送料小车系统的总梯形图，其中包括推车机的手动控制程序、自动控制程序、送料小车 1 控制程序、送料小车 2 控制程序。如下图 3-7 所示：2022山东华宇职业技术学院毕业论文2324山东华宇职业技术学院毕业论文253.6 小车程序设计由系统总梯形图，我们写出送料小车的程序指令，如下表 3-2 所示：26山东华宇职业技术学院毕业论文2728总结在做这个设计中，我学会了很多以前没学过的知识，也巩固了很多以前没学好的知识，使我的专业理论知识更加扎实。作完这个设计后，我得出几个结论如下：一、送料小车在硬件设计中，加入了扩展模块，可以在触点不够的情况下方便地实现该小车的系统控制；然后软件设计中，运用了上微分指令，简化了程序，还运用了互锁和联锁，确保了系统的正常运行，减少了系统的故障点。在送料小车的系统中加入了手动操作程序，便于设备的维修，方便操作人员操作。二、该小车系统在实施的情况下，其成本价格比较高。