自动生产线行驶小车的PLC控制系统设计

长 春 大 学 课程设计纸共 9 页 第 页装订线1目录第 1 章 引言 .11.1 设计目的 .11.2 设计要求 .1第 2 章 系统总体设计 .32.1 总体思路 .32.2 主电路设计 .3第 3 章 控制系统硬件设计 .53.1 PLC 选型 .53.2 系统变量定义及分配表 .53.3 PLC 系统接线图 .6第 4 章 系统软件设计 .7第 5 章 总结 .8参考文献 .9长 春 大 学 课程设计纸共 9 页 第 页装订线1第 1 章 引言在工业自动化生产早期，继电器接触器控制系统一直是电气控制的主流。目前国内仍有不少厂家应用继电器控制系统，其中输入单元为按键开关等主令电器，逻辑单元是支配控制系统的程序，它是由各种继电器的触点，通过导线连接，并具有一定的逻辑功能的控制线路。输出单元包括各种阀门的控制线圈，各类接触器控制线圈及信号指示等执行元件。这类控制系统的特点是：价格便宜，性能价格比低。由于存在继电器抖动，打弧，吸合不良等现象，因此控制系统寿命短，可靠性差，因为它的自动控制功能是靠继电器的辅助触点动作来实现，而触点动作一次需要几十毫秒，所以控制速度慢；由于需要改变控制逻辑就要改变各触点间的连线，故难度大，同时体积大，耗能高。20 世纪 70 年代以来，在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备，人们把它称为可编程控制器，简称为 PLC。早期出现的可编程控制器只是用来取代继电器控制，它只具备逻辑控制、计数等较少功能。随着微电子技术、大规模集成电路及微型计算机的发展，20 世纪 70 年代中期微处理器和微机技术应用到产品中。使 PLC 不仅具有逻辑控制功能，而且还增加了数据运算、传输与处理功能，成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置，进一步扩大了其工业控制领域。近年来，正是由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已广泛应用于自动生产线小车行驶控制中，小车通常采用电机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退 。1.1 设计目的为了进一步提高对所学知识的运用能力，以及对工厂电气控制技术一书的深入了解，会运用所学知识来解决实际问题。通过电路设计，了解 PLC 的工作特征，掌握 PLC 的工作原理，从而加深对课程知识的理解。通过本次课程设计，主要训练与培养学生一下能力：一方面掌握设计方法、技巧，另一方面加强理论结合实际及指导解决实际问题的途径，以期达到理论与实际的统一，从而提高同学们对科学实验的兴趣和能力。1.2 设计要求某自动生产线上，使用有轨小车来运转工序之间的物件，小车的驱动采用电动机拖动，其行驶示意图如图 1-1 所示。电机正转，小车前进；电机反转，小车后退。长 春 大 学 课程设计纸共 9 页 第 页装订线2图 1-1 行驶小车示意图控制过程为：（1） 小车从原位 A 出发驶向 1 号位，抵达后立即返回原位；（2） 接着直向 2 号位驶去，抵达后立即返回原位；（3） 第二次出发一直驶向 3 号位，到达后返回原位；（4） 必要时，像上述一样小车出发二次运行一个周期能停下来；（5） 根据需要小车也能重复上述过程，不停的运行下去，直到按下停止按钮为止。要求：画出主电路，PLC 外部接线图，梯形图长 春 大 学 课程设计纸共 9 页 第 页装订线3第 2 章 系统总体设计2.1 总体思路在自动行驶小车控制系统中以 PLC 为核心，通过各种输入端接收各种输入信号，处理后经输出端输出控制信号，通过控制器里的继电器等电器开关的开通与闭合来控制小车的左行、右行与停止。本次课程设计选用西门子公司的S7-200 系列的 PLC，SIMATIC S7-200 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化，S7-200 系列的功能强大，可实现复杂控制功能。S7-200 系列具有极高的性价比，可靠性，指令集丰富，易于掌握，操作便捷，内置集成功能丰富，具有定时特性，通讯能力强，扩展模块。根据控制任务和设计要求所设计的方案流程如图 2-1 所示电动机正转电动机反转小车前进小车后退小车停止P L C图 2-1 自动行驶小车控制系统方案流程图在图 2-1 中，可以看到，本次设计的核心思想：通过 PLC 控制电机的正转和反转达到小车的前进和后退，并在一定条件下停止运行，实现了对小车的自动控制，满足了工业生产的要求。2.2 主电路设计本设计重点内容之一是设计电动机的正反转控制逻辑，电动机的正反转决定了小车的前进后退，因此合理的设计电动机的正反转逻辑是一项必要并且非常重要的任务。本文设计的电动机正反转的思想是把三相异步电动机的三相中的任意两相互换，电机可由正转变成反转。为了保证两个接触器不能同时得电，提高可靠性，还需加入互锁电路，集合以上要求，该控制系统的主电路如图 2-2所示长 春 大 学 课程设计纸共 9 页 第 页装订线4图 2-2 控制系统的主电路图长 春 大 学 课程设计纸共 9 页 第 页装订线5第 3 章 控制系统硬件设计3.1 PLC 选型根据设计要求，系统的输入量有：启、停按钮信号；1 号位、2 号位、3 号位限位开关信号；连续运行开关信号和原位点限位开关信号，系统的输出信号有：运行指示和原位点指示输出信号；前进、后退控制电机接触器驱动信号，共需实际输入点数 7 个，输出点数 4 个。可选用西门子公司 S7-00 系列的 224PLC,其输入点数 14 个，输出点数 6 个，满足设计要求。3.2 系统变量定义及分配表可将控制系统所有输入和输出元件分别分配到 PLC 各个输入输出点上，如下表 3-1 所示：序号 符号 地址 名称1 SB1 X0 启动按钮2 SQ0 X1 原位点限位开关3 SQ1 X2 1 号位限位开关4 SQ2 X3 2 号位限位开关5 SQ3 X4 3 号位限位开关6 S X6 连续运行开关7 SB2 X7 停车按钮8 KM1 Y0 原点指示9 KM2 Y1 运行指示10 KM3 Y2 前进11 KM4 Y3 后退表 3-1 系统变量分配表长 春 大 学 课程设计纸共 9 页 第 页装订线63.3 PLC 系统接线图由 PLC 的分配表 3-1 可绘制出 PLC 的硬件接线图，如下图 3-2 所示2 2 4 P L CX 0X 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7C O MY 0Y 1Y 2Y 3C O M 1K M 1K M 2K M 3K M 4S B 1S Q 0S Q 1S Q 2S Q 3SS B 2A C图 3-2 PLC 的硬件接线图长 春 大 学 课程设计纸共 9 页 第 页装订线7第 4 章 系统软件设计小车 PLC 控制系统梯形图如图 4-1 所示O U TS F T M1 0 0R S TX 1Y 0X 1X 0 X 7Y 1Y 1Y 1 M 1 0 1 M 1 0 2 M 1 0 3 M 1 0 4 M 1 0 5 M 1 0 6M 1 0 0 X 2M 1 0 1X 1I NC PRM 1 0 2X 3M 1 0 3 X 1M 1 0 4 X 4M 1 0 5 X 1M 1 0 6X 1 X 6X 7连续停M 1 0 4 X 4M 1 0 2 X 3M 1 0 0 X 2M 1 0 1X 1X 7M 1 0 3M 1 0 5前 进后退( )( )( )( )Y 2Y 3X 7图 4-1 小车 PLC 控制系统梯形图长 春 大 学 课程设计纸共 9 页 第 页装订线8第 5 章 总结自动行驶小车的 PLC 控制系统，使小车具有自动启停的功能，设计中我采用了简单的设计方法，使得设计的程序不但简单易懂且清晰可观。通过这次课程设计使我明白了自己原来的知识还比较欠缺，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，努力提高自己的综合素质。整个课程设计，同时也是专业知识的学习过程，而且是更生动，更切实，更深入的专业知识的学习。首先，一个设计是把学习过的专业知识应用于实际，在理论和实际结合过程中进一步消化，加深和巩固所学的专业知识，并把所学的专业知识转化为分析和解决问题的能力，其次，在搜集材料，调查研究，接触实际的过程中，既可以印证学过的书本知识，又可以学到许多课堂和书本学不到的新知识。总之，这次课程设计对我也是一个很好的锻炼机会。长 春 大 学 课程设计纸共 9 页 第