机电一体化毕业设计（论文）-基于PLC的运料小车控制.doc

编号： 毕业设计说明书课 题： 基于plc的运料小车控制 院 系： 机电工程学院 专 业： 机电一体化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 桂林航天工业高等专科学校 姓 名： 职 称： 副教授 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2012年 4 月 20 日摘 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。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。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plc control car movement designed to transport matreialsabstracttraditional transport materials are mostly car relay control, relay control wiring has numerous shortcomings of the high failure rate, and the repair is not easy to maintain the shortcoming. as a control of the current domestic market, the mainstream controller, plc in the market, technology, industry has an important role in the impact of the use of plc control to replace the relay control has become a trend.the rapid development of plc in the international situation, the majority of our plc manufacturers do not have independent intellectual property rights, to participate in international competition plc products, one of which is the development of strength is not enough. although the capital investment, production and quality management and other factors also account for a very large proportion, but the quality of the product plays a decisive role in the r & d investment, research and development products and production of crafts. the technology is a part of each of which runs through, plc core technology development, product follow-up development and production process is to determine the product quality and technical level of the premise, how to further enhance their technical strength,domestic brands gain market will be the key to competitive advantage.based on obtained samples for analysis and preliminary results are being used in many brands in the plc, siemens, mitsubishi and omron take absolute advantage, 60% of the users of these brands of plc products, rockwell / ab, ge-fanuc, and fuji and other brands also has a considerable market share.keywords：transport materials car, mitsubishi plc, coil, travel switch目 录1 引言11.1 问题的提出及研究意义11.2 国内外研究现状11.2.1 国内现状11.2.2 国外现状11.3 本文研究的主要内容22 plc技术概述42.1 plc的定义42.2 plc的发展历史与趋势42.3 plc的主要特点52.4 plc的基本组成及各部分作用72.5 plc的应用领域103 控制系统的设计123.1 控制系统的工作原理123.2 小车运动流程图133.3 运料小车控制系统的plc选型143.3.1 控制系统图143.3.2 plc框架配置图153.3.3 plc的选型153.4 i o地址分配173.5 系统硬件设计183.6 控制程序梯形图203.7 梯形图对应的指令语句214 输入程序及调试监控254.1 程序的输入254.1.1 启动swopc-fxgp/win-c编程软件254.1.2 编辑梯形图264.1.3 转换274.1.4 写入程序284.2 通电调试、监控系统304.2.1 运行程序304.2.2 监控304.2.3 调试305 结论31 谢辞32 参考文献33 致谢34 第 1 页 共 36 页1 引言1.1 问题的提出及研究意义传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多，故障率高的缺点，且维护维修不易等缺点。作为目前国内控制市场上的主流控制器，plc在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用plc控制来代替继电器控制已是大势所趋。在国际上plc迅速发展的形势下，我国多数plc厂家还没有拥有自主知识产权，能够参与国际竞争的plc产品，其中之一就是研发实力不够。虽然资金投入、生产和质量管理等因素也占有非常大的比重，但对产品的质量起着决定性作用的是研发投入、研发成果产品化以及生产工艺等。而技术则是贯穿着其中每一个环节，plc核心技术的开发、产品的后续开发、生产工艺的技术水平是决定产品质量的前提，如何在技术上进一步增强自己的实力，将是国产品牌取得市场竞争优势的关键。依据得到的样本分析，初步得出正在使用的众多plc的品牌中，西门子、三菱及omron占据绝对的优势，60%左右的用户使用了这些品牌的plc产品，而rockwell/ab、ge-fanuc和富士等品牌也占有相当的市场份额。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内现状我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了plc的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的cf系列、杭州机床电器厂生产的dkk及d系列、大连组合机床研究所生产的s系列、苏州电子计算机厂生产的yz系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的plc生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，plc在我国将有更广阔的应用天地。1.2.2 国外现状在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按 第 2 页 共36 页照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国gm（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（dec）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称programmable ,是世界上公认的第一台plc.限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的plc主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使plc增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。、 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。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。本文以plc控制技术为核心,采用日本三菱fx1s-20mr的plc,论述了运料小车控制系统的软硬件设计方案及其控制原理,实现了运料小车装料、卸料过程的自动控制.通过实际应用,说明所设计的控制系运行可靠,满足了实际需要。这正是本课题研究的重点。1. 3 本文研究的主要内容 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。本系统的结构工作原理图如下图，包括带导轨的运行工作台，dc12v电机，行程开关，起停按钮，可编程控制器，dc24v继电器，dc12v直流电源等。图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)。本系统的设计要求为：（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； 第3 页 共 36 页（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）呼叫按钮开关应具有互锁功能，先按下者优先。图1运料小车往返运动 第 4 页 共 36 页2 plc技术概述2.1 plc的定义plc即可编程控制器（programmable logic controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（international electrical committee）颁布的plc标准草案中对plc做了如下定义：“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。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数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。plc及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”图2-1 plc三菱fx系列2.2 plc的发展历史与趋势可编程序控制器的英文为programmablecontroller，在二十实际七十至八十年代一直简称为pc。由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为pc；加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国ab公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（plc，programmablelogiccontroller），为了方便，仍简称plc为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为pcs可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。 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，第二年美国数字公司研制出了第一土改可编程序控制器，满足了gm公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代plc产品了。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开 第 5 页 共 36 页环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作；另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制；以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以plc发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。在多年的生产实践中，逐渐形成了plc、dcs与ipc三足鼎立之势，如表1，还有其它的单回路智能式调节器等在市场上占有一定的百分比。 在八十年代至九十年代中期，是plc发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。由于plc人机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分dcs的市场（过程控制）并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业pc（ipc）的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，ipc和fcs也挤占了一部分plc市场，所以近年来plc增长速度总的说是渐缓。目前全世界有200多厂家生产300多品种plc产品，主要应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。 国内plc生产厂约三十家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产，因此可以说plc在我国未形成制造产业。作为原理、技术和工艺均无尖端技术难度的产品，只要努力，是能形成制造产业的。 2.3 plc的主要特点plc基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普通计算机进行入出信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而plc则要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题,入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是plc实现控制的两个基本要点。plc可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电控制装置多的多、强的多。plc有丰富的指令系统，有各种各样的i/o接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：逻辑处理功能；数据运算功能；准确定时功能；高速计数功能；中断处理（可以实现各种内外中断）功能；程序与数据存储功能； 第 6 页 共 36 页联网通信功能；自检测、自诊断功能。可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，plc几乎也都可以做到。同时简单的归纳，plc有着以下几个特点：（1）高可靠性：所有的i/o接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与plc内部电路之间电汽上隔离。各输入端均采用r-c滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，cpu立即采用有效措施，以防止故障扩大。大型plc还可以采用由双cpu构成冗余系统或有三cpu构成表决系统,使可靠性更进一步提高。（2）丰富的i/o接口模块：plc针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的i/o模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。（3）采用模块化结构：为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型plc以外，绝大多数plc均采用模块化结构。plc的各个部件，包括cpu，电源，i/o等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。（4）编程简单易学：plc的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 第 7 页 共 36 页（5）安装简单，维修方便：plc不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与plc相应的i/o端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。（6）plc可以实现的功能众多：1、逻辑控制2、定时控制3、计数控制4、步进(顺序)控制5、pid控制6、数据控制：plc具有数据处理能力。7、通信和联网8、其它：plc还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，数字、模拟量转换模块、高速计数模块等像plc这样。集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统的继电控制电路所无法比拟的。丰富的功能为plc的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化及智能化创造了条件。2.4 plc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。 第 8 页 共 36 页（1）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: 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据； 诊断电源、plc内部电路的工作状态和编程的语法错误; 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; 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; 将用户程序的执行结果送至输出端。现代plc使用的cpu主要有以下几种: 通用微处理器，如8080, 8088, z80a, 8085等。通用微处理器的价格便宜，通用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。 单片机，如8051等。单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型plc上使用，也广泛地用于plc的智能uo模块。 位片式微处理器，如amd2900系列等。位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快，它以4位为一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合，很适合于以顺序扫描方式工作的plc使用。（2）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: 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. 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。 第9 页 共 36 页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cpmia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。 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。（3）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.（4）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。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plc，有的采用单独电源模块，有的将电源与cpu封装到一个模块中。（5）扩展接口:扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使plc的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。（6）通信接口: 第 10 页 共 36 页为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话，plc配有多种通信接口。plc通连时，可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;当与其他plc相连时，可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制;当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。(7)编程器编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后，才能输入。它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有lcd或crl图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。还可以利用pc作为编程器，plc生产厂家配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换。程序被下载到plc，也可以将plc中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。现在很多plc已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。2.5 plc的应用领域目前，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，使用情况主要分为如下几类：开关量逻辑控制 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。 工业过程控制 在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），plc采用相应的a/d和d/a转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。运动控制 plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。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，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 第 11 页 共 36 页数据处理 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。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 通信及联网 plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的plc都具有通信接口，通信非常方便。 第 12 页 共 36 页3 控制系统的设计3.1 控制系统的工作原理本系统的结构工作原理图如下3-1图，包括带导轨的运行工作台，dc12v电机，行程开关，起停按钮，可编程控制器，dc24v继电器，dc12v直流电源等。图2-1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）呼叫按钮开关应具有互锁功能，先按下者优先。 图3-1 第 13 页 共 36 页3.2小车运动流程图小车运动流程如图3-2所示开始按动启动按钮停靠站编码呼叫按钮编码到达呼叫按钮对应的停靠站到达呼叫按钮对应的停靠站小车右行小车左行停靠站编码呼叫按钮编码小车停止小车停止按动停止按钮结束是是是是否是否否是否否图3-2 第 14 页 共 36 页3.3运料小车控制系统的plc选型3.3.1 控制系统图控制系统如图3-3-1所示(a)3-3-1 运料小车控制系统外部接线图启动按钮停止按钮5个呼叫按钮5个行程开关三菱 p l c三相异步电动机变频器(b)3-3-1 运料小车控制系统图 第 15 页 共 36 页3.3.2 plc框架配置图运料小车控制采用三菱的fx2n系列整体式plc。plc框架配置如图3-3-2所示。cpu模块fx2n-24mr-001 3-3-2 plc框架配置图3.3.3 plc的选型在plc系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是plc工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定plc的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的plc和设计相应的控制系统。（1） 输入输出（i/o）点数的估算i/o点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商plc的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的i/o点数为输入40点，输出21点。（2） 存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量i/o点数的1015倍，加上模拟i/o点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。因此本课题的plc内存容量选择应能存储5000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。（3） 控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 第 16 页 共 36 页根据本课题所设计的自动门控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择： 控制功能plc主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高plc的处理速度和节省存储器容量。 编程功能离线编程方式：plc和编程器公用一个cpu，编程器在编程模式时，cpu只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，cpu对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：cpu和编程器有各自的cpu，主机cpu负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型plc中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（sfc）、梯形图（ld）、功能模块图（fbd）三种图形化语言和语句表（il）、结构文本（st）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（iec6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如c，basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。 诊断功能plc的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对plc内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对plc的cpu与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。plc的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。（4）机型的选择 plc的类型fx2n系列可编程控制器主机分为16、24、32、64、80、128点六档，还有各种输入和输出扩展单元，这样在增加i/o点数时，不必改变机型，可以通过扩展模块实现，降低了经济投入。本课题设计的立体仓库控制系统有输入信号40个，输出信号21个。其中，外部输入元件包括：检测元件、按钮、取、送、急停、限位开关、超限位保护等等；输出有三个步进电机的正反向、动作指示、错误显示等等。按照上述配置，所选i/o点不得低于61点，结合实际情况，所选i/o点为80点。因此我所选型号为fx2n-80mr。 经济性的考虑 第17 页 共36 页选择plc时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量相应增加，因此，点数的增加对cpu选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。本课题所设计的立体仓库属于小型控制系统，结合经济性的考虑因此选择整体型plc。3.4 i o地址分配这个控制系统的输入有启动按钮开关、停止按钮开关、5个呼叫按钮开关、5个行程开关共12点输入。具体的输入分配如表3-4-1所示。表3-4-1输入地址分配输入地址对应的外部设备 x000启动按钮开关 x001停止按钮开关 x0021号站呼叫按钮开关 x0032号站呼叫按钮开关 x0043号站呼叫按钮开关 x0054号站呼叫按钮开关 x0065号站呼叫按钮开关 x0071号站