毕业设计装卸料小车多方式运行的PLC控制系统设计.doc

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1、装卸料小车多方式运行的PLC控制系统设计【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，无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。通信和数据连接功能选项使得PLC在体积、通信和特殊功能

2、模块等重要的应用方面非常完美。本课题主要包括：分析被控对象和明确系统控制要求、PLC选型、确定系统的I/O设备的数量及种类、控制流程设计、控制程序设计。 PLC在运料小车控制系统中的应用，已经在国内外工程、工厂中得到实际应用，具有巨大的经济和社会价值，其智能化和自动化的思路值得以后继续深入研究和推广。关键词： PLC 运料小车 控制系统 I/O点Abstract：Early electric car control system of the transporter over the relay - contactor complex system composed of The system

3、 design cycle,there is a long,bulky,high cost,defects,no data processing and communications functions,must be hand operated,will be applied to transport materials car PLC electrical control system and can realize automatic control operation of the car,reducing the running costs of the system,PLC con

4、trol system for electric car transporter with a simple connection to control speed,reliability and maintainability is good,easy to install,repair and improvement and so on.With economic development,transport materials to various areas of growing car,from manual to automatic,and gradually formed the

5、mechanization and automation. PLC applied to transport materials to car electrical control system and can realize automatic control operation of the car and reduce system operating costs.Communications and data connectivity options make PLC in volume,communications and special function modules such

6、important applications perfectly. The topics include:analysis of plant and a clear system control requirements;PLC selection;determine the systems I / O device number and type;control process design;control programming. PLC control system in the car transporter in the application,has been in domesti

7、c and international projects has been applied in the factory,with huge economic and social value,the intelligence and automation beyond the idea worthy of further research and extension. Key words： PLC transporter cart control system I/O points目 录1控制系统介绍11.1控制系统在运输小车中的作用与地位11.2控制系统介绍12运输小车系统方案的选择32.

8、1可编程控制器 PLC的优点32.2小车运输系统方案的选择43运料小车控制系统的方案论证53.1运料小车控制系统的控制内容与要求53.1.1运料小车的运动流程53.1.2设备控制要求63.2方案论证64硬件的选择和程序设计74.1系统硬件设计74.1.1 PLC的选型74.1.2 S7-200 CPU 226简介74.2系统变量定义及分配表74.3系统接线图设计84.4控制系统程序设计94.4.1系统的起停控制94.4.2系统的呼车控制104.4.3系统的呼车反转控制124.4.4系统的呼车正转控制155系统调试及结果分析195.1系统调试及解决的问题195.2结果分析195.3小车的优缺点分

9、析195.4设计的改进及推广20结束语21谢 辞22文 献231控制系统介绍1.1控制系统在运输小车中的作用与地位在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人身安全事故，这样将给企业造成重大损失。运输小车是基于PLC控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于运输小车的运行，因此，运输小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。运输小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。1.

10、2控制系统介绍本控制系统主要是用于控制运输小车的自动运输。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。图1-1 各工位的限位开关和呼车按钮的布置确定输入、输出电器。每个工位应设置一个限位开关和一个呼车按钮，系统要有用于启动SB1和停止SB2的按钮，这些是PLC的输入元件(I2.0，I2.1)；小车要用一台电动机拖动，电动机正转时小车驶向高位，反转时小车驶向低位，电动机正转反转各需要一个接触器，是PLC的执行元件。另外各工位还要有指示灯作呼车显示。因为小车到达每个工位要停止，所以每个工位要装有限位开关，当小车到达各个工位碰撞限位开关，限位开关给PLC一个信号使电机停止转

11、动，小车失去动力停在这个呼车工位。电动机和指示灯是PLC的控制对象。各工位的限位开关和呼车按钮的布置如图1-1所示，图中ST和SB的编号也是各工位的编号。ST为滚轮式，可自动复位。 用PLC对运输小车实现控制，其具体要求如下：(1) PLC得电后，车停在1到8某个加工点(称为工位)，若没有用车呼叫（称为呼车)时，则呼车指示灯亮，表示1到8各工位可以呼车。(2) 若某工位呼车(按本位的呼车按钮)时，则呼车指示灯熄灭，表示此后呼车无效。(3) 系统停止时，呼车无效。系统启动后，当呼车位号大于停车位号时，小车自动向高位行驶；当呼车位号小于停车位号时，小车自动向低位行驶；当小车到达呼车位时，自动停车。

12、(4) 在小车到达呼车位的30s时间内(仅供本车位使用)，呼车操作无效。只有当30s延时时间到以后，小车才能重新响应呼车信号。(5) 临时停电后再复电，小车不会自行起动。 2运输小车系统方案的选择2.1可编程控制器 PLC的优点可编程控制器 PLC对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。（1） 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是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技术，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

13、很高的可靠性。例如西门子公司生产的S7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，和同等规模的继电器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编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。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（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

14、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

15、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，同时维护也变得容易起来。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为例，新近出产的品种底部尺寸小于100 mm，重量小于150 g，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。2.2小车运输系统方案的选择实现小车运输系统控制有很多方法来实现，可以用单片机、可编程控制器PLC等元器件来实现。但在单片机控

16、制系统电路中需要加入A/D，D/A转换器，线路复杂，还要分配大量的中断口地址。而且单片机控制电路易受外界环境的干扰，也具有不稳定性。另外控制程序需要具有一定编程能力的人才能编译出，在维修时也需要高技术的人员才能修复，所以在此也不易用单片机来实现。而从PLC的特点了解可知，PLC具有很多优点，因此我们归纳出：可编程控制器PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；安装，操作和维护也较容易；编程简单，PLC的基本指令不多，编程器使用比较方便，程序设计和产品调试周期短，具有很好的经济效益。此外PLC内部定时、计数资源丰富，可以方便地实现对运输小车的控制。因此，最终我选择了用可编程

17、控制器PLC来实现运输小车系统的控制，完成本次的设计题目。3运料小车控制系统的方案论证3.1运料小车控制系统的控制内容与要求3.1.1运料小车的运动流程某自动生产线上运料小车的运动如图3-1所示： 低位 高位图3-1运输小车示意图运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向高位行，电机反转，小车向低位行。电动机正反转主电路图如图3-2所示： 图3-2三项异步电动机正反转主电路图在生产线上有8个编号为l8的站点供小车停靠，在每一个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外，还设有8个呼叫按钮开关(SB1SB8）分别与8个停靠站点相对应。3.1.2

18、设备控制要求运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下：（1） 按下启动按钮，系统等待30秒开始工作，按下停止按钮，系统停止工作；（2 ）若某工位呼车(按本位的呼车按钮)时，则呼车指示灯熄灭，表示此后呼车无效。（3 ）系统停止时，呼车无效。系统启动后，当呼车位号大于停车位号时，小车自动向高位行驶；当呼车位号小于停车位号时，小车自动向低位行驶；当小车到达呼车位时，自动停车。（4） 在小车到达呼车位的30s时间内(仅供本车位使用)，呼车操作无效。只有当30s延时时间到以后，小车才能重新响应呼车信号。（5）临时停电后再复电，小车不会自行起动。3.2方案论证早期运输小车电气控制系统多为继电器-接触器组

19、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IC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，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

20、系统的控制系统构成图如3-3所示:启动按钮停止按钮8个呼叫按钮8个行程按钮PLC三相异步电动机图3-3运料小车控制系统图4硬件的选择和程序设计4.1系统硬件设计4.1.1 PLC的选型在PLC日益成为工厂自动化基本技术平台的时代，如何选用一部适合的PLC即满足技术要求，又能实现经济效益，是一项重要课题。PLC本身强调的特色为：体积小、功能强、操作简便、程序设计简易、模块扩充性好、通信方便等，针对上述要求选择PLC控制系统。西门子公司的S7-200系列PLC以其功能强、功能强大、性价比高等特点受到广泛青睐。因为该设计需要18个输入和11个输出故需要CPU有至少18个数字量输入PLC，故满足这一技

21、术要求的S7-200系列PLC的CPU类型有224、224XP、226等。PLC的选型不但要满足技术要求，还要考虑到经济性，因此这里选用S7-200系列的226PLC。4.1.2 S7-200 CPU 226简介CPU226集成24输入/24输出共48个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。16K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID 控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器

22、。4.2系统变量定义及分配表根据控制要求，PLC控制运输小车的输入输出(I0)地址编排如下表所示: 表4-1 I/O地址分配输入输出I2.0起始按钮SB9Q0.0电动机正传KM1I2.1停止按钮SB10Q0.1电动机反传KM2I0.01号工位呼车SB1Q0.2呼车指示灯HLI0.12号工位呼车SB2Q1.01号工位成功呼车指示灯I0.23号工位呼车SB3Q1.12号工位成功呼车指示灯I0.34号工位呼车SB4Q1.23号工位成功呼车指示灯I0.45号工位呼车SB5Q1.34号工位成功呼车指示灯I0.56号工位呼车SB6Q1.45号工位成功呼车指示灯I0.67号工位呼车SB6Q1.56号工位成功

23、呼车指示灯I0.78号工位呼车SB7Q1.67号工位成功呼车指示灯I1.01号工位限位开关SQ1Q1.78号工位成功呼车指示灯I1.12号工位限位开关SQ2I1.23号工位限位开关SQ3I1.34号工位限位开关SQ4I0.45号工位限位开关SQ5I1.56号工位限位开关SQ6I1.67号工位限位开关SQ7I1.78号工位限位开关SQ84.3系统接线图设计PLC型号的选择：由于该系统是在原来CPU226的基础上改进的设备，而现在共用了18个输入，用直流24V；11个输出，用交流电220V，所以我选择用S7-200系列CPU226。CPU226的主要的技术参数：输入24VDC，24点；输出220V

24、AC，16点；电源电压为220V 50Hz。图4-1 系统接线图4.4控制系统程序设计运料小车控制系统流程图如图4-2所示:系统启动传送停车位信号传送呼车位信号何处呼车车呼车信号封锁小车驶向高位小车驶向低位小车到达呼车位停30s有呼车解除呼叫信号封锁有无高位呼低位呼图4-2运料小车控制系统流程图根据运料小车控制系统流程图，可以确定本次设计的自动运输小车梯形图分别如下所示。4.4.1系统的起停控制按下启动按钮SB9则输入点I2.0接通，M0.0保持得电系统运行。 M0.0得电常开闭合定时器T37开始计时，计时器定时设置30秒，三十秒后T37的常开触点闭合。三十秒后T37的常开触点闭合工作指示灯Q

25、0.2点亮,可以呼车。4.4.2系统的呼车控制中间继电器M1.0-M1.7各代表1号工位到8号工位呼车状态，而Q1.0-Q1.7各代表呼车成功的状态，如果此工位呼车成功，本工位小灯就点亮直到小车运动至本工位熄灭。4.4.3系统的呼车反转控制当呼车位号小于停车位号时，电动机反转，小车自动向低位行驶；中间继电器M4.0-M4.6各代表1号工位到7号工位反转向低位行驶的状况 。4.4.4系统的呼车正转控制呼车位号大于停车位号时，电动机正传，小车自动向高位行车；中间继电器M3.0-M3.6各代表8号工位到2号工位反转向低位行驶的状况 。电动机反转，小车自动向低位行驶，中间继电器M4.0-M4.6并联输

26、出Q0.1。电动机正传，小车自动向高位行驶，中间继电器M3.0-M3.6并联输出Q0.0。5系统调试及结果分析5.1系统调试及解决的问题本程序是用梯形图所写的，在调试时由于涉及8工位呼车，非常复杂所以在编写编译时，选择各个击破的方式。（1）先考虑安装启停按钮，启动后呼车指示灯点亮。（2）然后考虑8工位呼车时，如有一方呼车，呼车指示灯熄灭，此后其它工位呼车无效。（3）再就考虑电动机反转时1到8工位呼车，怎么样的情况小车满足向低位行驶，还有就是电动机正传时1到8工位呼车，怎么样的情况小车满足向高位行驶，各个工位正反转分析。（4）最后考虑小车到达呼车位30秒后呼车才会有效。将系统梯形图导入西门子仿真

27、软件进行仿真。选择CPU型号为226后装载程序。检查程序无误后将仿真软件切换到运行状态。按下启动开关SB9，I2.0所对应的指示灯亮，计时器T37开始计时，30S后呼车指示灯Q0.2亮可以呼车，按下某工位呼车按钮I1.0-I1.7所对应的指示灯亮，根据小车停止的位置，判断小车即将是向高位行驶还是低位行驶，确定输出正反转继电器Q0.0或Q0.1对应的指示灯也同时亮。表明小车正向被呼的工位运行，此时手动按下对应的限位开关，I0.1-I0.7对应的灯也亮，表明小车到达被呼叫的工位，此时定时器清零，开始新一轮的定时30秒。接着按下停止开关SB10,I2.1对应指示灯点亮。满足控制要求。反复运行此程序也

28、均能达到控制要求。5.2结果分析经调试测试该设计满足以下要求：（1）开始小车停留在8个工位中任意一个的工位上，PLC上电后小车停在某工位30秒若没有呼车时则呼车指示灯亮，表示各工位可以呼车。（2）若某工位呼车时，该工位成功呼车灯点亮表示该工位呼车成功，呼车指示灯灭，表示此后呼车无效。（3）若小车所停工位号等于呼车号时小车原地不动；若小车所停工位号大于呼车号时，小车自动向高位行驶；若小车所停工位号小于呼车号时，小车自动向低位行驶；。当小车达到呼车位时自动停车。（4）小车到达呼车位时应停留30s供该工位使用。5.3小车的优缺点分析本设计运用的可编程控制器实现的自动运料小车控制器，避开了以往继电器接

29、触不良、开关易损坏等缺点，可靠性和稳定性都有所提高。在检测小车是否到达呼叫停靠点的时候，运用了行程开关，这样的检验系统让小车的停靠位置更加准确。 与此同时，由于输入输出很明显，不需要好多额外的外接电路，让设计更简洁。这也是采用了成熟的可编程控制器带来的好处。即使在出现故障、紧急停止等环节中都能快捷操作。但设计过程中，只是基本实现了设计的要求，没有功能扩展，让系统显得比较简单。5.4设计的改进及推广在实际的运用过程中，为了便于智能化、无人化、远程化的操作，该设计控制器还应该联网，让多台控制器组成局域网，构成一套网路系统，便于通讯和控制操作。如修改软件设计中的一些参数，能适合在不同的场合都能适合。

30、在具体的设计中，应该还可以设计显示功能，显示运输小车到达指定的停靠站时所需时间；还可以在小车底部安装一个传感器，用来检测小车中的料是否卸完。这样就可更好地控制小车的运行，更加便于人们工作。此外，该运输小车控制器可以运用于大型的养殖行业，便于送料和喂养。这样就可以节约时间，提高效率。 结束语 随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过两个月的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比

31、较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多，我基本学会了PLC设计的步聚和基本方法，在没有做实践设计以前，我知道的撑握的都是思想上的，对一些细节不加重视，当我把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了

32、，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。这次毕业设计使我受益匪浅，学到的知识让我终生受用。本设计也存在不足的地方，如果思考小车的行车和惯性带来的工位限位开关冲过，如果能加深研究将有更稳定和安全的使用价值。我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。谢 辞本论

33、文是在老师指导下完成的，老师在学业上给了我很大的帮助，使我在设计过程中避免了许多无为的工作。老师一丝不苟、治学态度，诲人不倦的学者风范，更让我明白许多做人的道理，在此我对老师表示衷心的感谢！本论文能够完成，要感谢自动化工程系的所有老师，是他们在这三年的时间里，教会我的专业知识。在我撰写论文期间，得到了我的指导老师的帮助，在忙碌的工作之余，给予我专业知识上的指导，而且教给我学习的方法和思路，使我在科研工作及论文设计过程中不断有新的认识和提高。老师为论文课题的研究提出了许多指导性的意见，为论文的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。多得他们的指导和帮助才使我能完成本论文。我会在以后的工作中为社会做

34、出贡献去回报他们对我的教导。希望每个人都和我一样，通过做毕业设计，能够学到很多的知识与道理，大家都能用一颗热诚的心去投身未来的工作，报效祖国、父母、老师。在本文结束之际，特向我敬爱的王老师和自动化工程系所有老师致以最崇高的敬礼和深深的感谢！文 献1 廖常初.PLC编程及应用M . 北京：机械工业出版社，2008.2 电气控制与PLC应用，机械工业出版社，2001。3 现代电气控制及PLC应用技术，北京航空航天大学出版社，20054可编程序控制器技术及应天京大学出版社,20085电器控制与PLC应用.北京:北京航空航天大学出版社,20076电气控制与可编程控制器.北京:机械工业出版社,20047电器控制与PLC.北京:机械工业出版社,2007