毕业设计（论文）五工位随机送料器PLC控制系统

1、淮阴师范学院毕业论文(设计)毕 业 设 计学生姓名学 号学院物理与电子电气工程学院专 业电气工程及其自动化题 目五工位随机送料器plc控制系统 指导教师 教授/硕士摘要：本设计是设计五工位随机送料器plc控制系统，实现小车的可控制随机左右运行及装卸部件。设计报告对plc的特点、工作原理和发展趋势作了简要阐述；对西门子s7-200系统的部分重要指令做了扼要介绍。根据五工位送料器控制要求，通过工作过程分解，画出控制系统工作流程图，给出了i/o地址分配表；在系统软件上，采用位逻辑（标准触点ldaoldnanon、正负跳转eued、输出=i）指令，比较指令（awin1，in2）,定时计数指令（t37）

2、,传送指令（movw in,out）等指令和子程序调用、顺序控制等方法进行程序设计。通过对程序的编译和上载到cpu的pun模式下模拟运行验证后，本设计符合控制要求。另外，报告还对设计的五工位随机送料器plc控制系统的外围部件（如三相异步电动机、行程开关、继电器、定时计数器）的工作原理、使用参数与plc的外部电气连接图， 做了分析研究。关键词：五工位；送料器；西门子s7-200abstract: this design designs five location stochastic feeder plc control system, realizes the car to be possib

3、le to control the stochastic about movement and the loading and unloading part.the design reported to the plc characteristic, the principle of work and the trend of development has made the brief elaboration; system part important instruction has made the main introduction to simens the s7-200.accor

4、ding to five location feeder control request, decomposes through the work process, draws the control system work flow chart, has given the i/o address distribution list; on the system software, uses the position logic (standard electronic contact ld a o ldn an on, positive and negative skips eu ed,

5、outputs =i) the instruction, the comparison order (aw in1, in2), fixed time counts the instruction (t37), the transmission instruction (movw in, out) and so on methods and so on instructions and subroutine call, sequential control carry on the programming.through and uploads to the procedure transla

6、tion after under the cpu pun pattern the simulation run confirmation, this design conforms to the control requirement.moreover, reported also to design five location stochastic feeder plc control system periphery part (for example three-phase asynchronous motor, limit switch, relay, fixed time count

7、er) the principle of work, the operating parameter and the plc exterior electrical connection diagram, has done the analysis research. key word: five locations; feeders; simens s7-200目录1引言： 52 plc的应用领域和特点 52.1 plc的定义 52.2 plc的应用领域 52.3 plc的特点 62.3.1可靠性高，抗干扰能力强 62.3.2编程简单、易于掌握 62.3.3功能完善、灵活方便 62.3.4体

8、积小，质量轻，能耗低 73 plc的发展历程及趋势 73.1 plc的发展历程 73.2 plc发展趋势 84 plc的主要原理指令介绍 84.1 plc的组成 84.2 plc的基本工作原理 84.3 plc的主要指令 94.3.1定时计数指令 94.3.2比较指令 104.3.3传送指令 124.3.4顺序控制指令 135设计内容 155.1控制要求 155.1.1五工位送料器控制要求： 155.1.2外部设备要求： 155.2输入输出地址分配表和元件表 165.2.1 i/o地址分配 165.2.2内部继电器部分 175.3电气连线图 185.3.1电气连接原理介绍 185.3.2电气连

9、接图 195.4程序状态流程图 205.5应用程序和梯形图 215.5.1应用程序（stl）顺序1 215.5.2应用程序（stl）顺序2 215.5.3梯形图 245.6安装与布线事项 295.6.1 plc的安装 295.6.2外接感性负载 295.6.3灯负载设计 30结论 30参考文献 31致谢 321引言：随着plc功能的不断提高和完善，plc几乎可以完成工业生产领域的所有任务。plc的应用还有它最适合的场合，所以plc在接到一个控制任务后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制装备（如：plc，单片机，dcs或ipc）来完成该任务最合适，而plc最合适的控制对象是：工业环境

10、较差，而相对的安全性，可靠性要求较高，系统工艺复杂，输入/输出以开关量为主的工业制动控制系统或装置。其实，现在的可编程控制器不仅处理开关量，而且对模拟量的处理能力也是很强的。所以在很多情况下，也可以取代工业控制计算机（ipc）作为主控制器，来完成复杂的工业控制任务。一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器进行直接测量参数，控制逻辑复杂的部分都可由plc完成。2 plc的应用领域和特点2.1 plc的定义可编程逻辑控制器（programmable logic controller）,简称plc。美国电气制造商协会nema(national electrical manufacturers

11、 association)和国际电工委员会iec(international electro-technical commission)对可编程控制器分别定义。可编程控制器是一种专门用于工业环境的、以开关量逻辑控制为主的自动控制装置；它具有存储控制程序的存储器，能够按照控制程序，将输入的开关量（或模拟量）进行逻辑运算、定时、计数和算术运算等处理后，以开关量（或模拟量）的形式输出，控制各种型号的机械或生产过程。 2.2 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，使用情况大致可归纳为如下几类。1开关量的逻

12、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d/a转换。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

13、步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。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方法。5数据处理 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。2.3 plc的特点2.3.1可靠性高，抗干扰能力强用软件实现大量的开关量逻辑运算，克服了因继电器触头接触不良而造成的故障；输入采用直流低电压，更加可靠、安全；面向工业环境设计，采取了滤波、屏蔽、隔离等抗干扰措施，适用于各种恶劣的工业环境，

14、远远地超过了传统的继电气控制系统和一般的计算机控制系统。2.3.2编程简单、易于掌握 plc采用梯形图方式编写程序，与继电器控制逻辑的设计相似，具有直观简单容易掌握等优点。2.3.3功能完善、灵活方便随着plc技术的不断发展，其功能更加完善，不仅具有开关量逻辑控制功能和步进、技术功能，而且还具有模拟量处理、温度控制、位置控制、网络通信等功能。即可单机使用，也可联网使用；即可集中控制，也可分布控制或者集散控制。而且在运行过程中，可随时修改控制逻辑，增减系统的功能。2.3.4体积小，质量轻，能耗低由于采用了单片机等集成芯片，其体积小、质量轻、结构紧凑、功耗低。3 plc的发展历程及趋势3.1 pl

15、c的发展历程 1 1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。2 1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器pdp14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称programmable，是世界上公认的第一台plc。3 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。4 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠

16、的工业抗干扰设计、模拟量运算、pid功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。5 20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。6 20世纪80年代至90年代中期，是plc发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，plc在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，plc逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的dcs系统。7 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、

17、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。3.2 plc发展趋势1产品规模向大、小两个方向发展 大：i/o点数达14336点、32位为微处理器、多cpu并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。2 plc在闭环过程控制中应用日益广泛3不断加强通讯功能4新器件和模块不断推出 高档的plc除了主要采用cpu以提高处理速度外，还有带处理器的eprom或ram的智能i/o模块、高速计数模块、远程i/o模块等专用化模块。5编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标

18、准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的plc指令系统6发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。7追求软硬件的标准化4 plc的主要原理指令介绍4.1 plc的组成1 cpu运算和控制中心起“心脏”作用 cpu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。3输入/输出接口(1)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。(2)输出接口:plc的继电器输出接口电路4编程器 编程器分为两种，一

19、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。4.2 plc的基本工作原理plc采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。2输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的

20、现象，即输入/输出响应延迟。4.3 plc的主要指令4.3.1定时计数指令按照工作方式，定时器可以分通电延时器ton、有记忆的通电延时器tonr、断电延时器tof三种类型。这里主要介绍断电延时型定时器。断电延时定时器用于在输入断开后延时一段时间的断开输出。其使能端（）输入有效时，定时器输出状态位立即置，当前值复位（为）。使能端断开时，开始计时，当前值从递增，当前值达到预置值时，定时器状态位复位置，并停止计时，当前值保持。断电延时定时器（tof）指令操作数和应用程序如下表1和图1所示。表1 定时器指令的操作数定时器类型当前值=预设值使能端（）状态掉电后/首次扫描定时器位当前值=预设值，停止计时:

21、定时器位,当前值:发生到得跳变之后，定时器计数定时器位当前值0图1 simatic断开延时定时器4.3.2比较指令比较指令用于完成两个操作数按一定条件进行的比较。操作数可以是整数，也可以是实数（浮点数）。整数比较的数据范围为16#800016#7fff；双字比较的数据范围为16#8000000016#7fffffff。如下表2和图2为比较指令的有效操作数类型和应用实例。表2 比较指令的有效操作数输入/输出定时器类型操作数in1、in2byteintdintrealib、qb、vb、mb、smb、sb、lb、ac、*vd、*ld、常数iw、qw、vw、mw、smw、sw、lw、aw、*vd、*l

22、d、常数id、qd、vd、md、smd、sd、ld、ac、hc、*vd、*ld、常数id、qd、vd、md、smd、sd、ld、ac、*vd、*ld、常数outbooli、q、v、m、sm、s、t、c、l图2 比较指令4.3.3传送指令数据传送指令有字节、字、双字和实数的单个传送指令，还有以字节、字、双字为单位的数据块的成组传送指令，可以实现各存储单元之间数据的传送和复制。如下表3和图3为传送指令的有效操作数类型和应用实例。表3 传送指令的有效操作数输入/输出定时器类型操作数inbyteword、intdword、dintrealib、qb、vb、mb、smb、sb、lb、ac、*vd、*ld

23、、常数iw、qw、vw、mw、smw、sw、lw、aw、*vw、ac、*ld、常数id、qd、vd、md、smd、sd、ld、ac、hc、&ib、&qb、&vb、&mb、&smb、&sb、&iw、&qw、&vw、&mw、&smw、&sw、*vd、*ld、*vcid、qd、vd、md、smd、sd、ld、ac、*vd、*ld、*ac、常数outbyteword、intdword、dintrealib、qb、vb、mb、smb、sb、lb、aciw、qw、vw、mw、smw、sw、lw、t、c、ac、aqw*vd、*ld、*acid、qd、vd、md、smd、sd、ld、ac、*vd、*ld、*a

24、c图3 快传送指令4.3.4顺序控制指令顺序控制用三条指令描述程序：1顺序步开始指令（lscr）顺序控制继电器位sx.y时，该程序执行。2顺序步结束指令（scre）顺序步的处理程序在lscr和scre之间。3顺序步转移指令（scrt）使能输入有效，将本顺序步的顺序控制继电器位sx.y清零，下一步顺序控制继电器位置。如下表4和图4为顺序控制指令的有效操作数类型和应用实例。表4 顺序继电器指令的有效操作数输入/输出数据类型操作数s_bitbools图4顺控继电器指令5设计内容5.1控制要求5.1.1五工位送料器控制要求：1在在一条线上有五个工位送加工部件；2送料小车每车装100个部件；3每个工位呼

25、叫一次，每次在呼叫工位停20s，卸载五个部件；4小车中无加工部件，回到起点装货。送料小车可沿轨道左行或右行，在5个停车位置分别装有ls1ls5，对应这5个行程开关，分别有5个呼叫按钮pb1pb5，如图5所示。系统启动后，当所压按钮号大于小车停车位置的行程开关号时，小车向右运行，运行到所压按钮号对应的行程开关号时停止；当所压按钮号小于小车停车位置的行程开关号时，小车向左运行，运行到所压按钮号对应的行程开关号时停止。图5五工位送料器运动示意图5.1.2外部设备要求：根据送料小车随机运动控制的要求，可将5个行程开关赋予不同的值：ls1=1，ls2=2，ls3=3，ls4=4，ls5=5.同时，将5个

26、按钮也对应赋值：pb1=1，pb2=2，pb3=3，pb4=4，pb5=5.当小车碰到某个行程开关时，就将该行程开关的值送到内部辅助继电器通道020ch。当操作者压下某个按钮时，就将该按钮的值送到内部辅助继电器通道021ch。然后将两通道的值进行比较，根据比较的结果使小车作相应的运动，直到两通道的值相等时小车才停止。如图6所示为送料小车运动控制的plc外部连接。图6送料小车运动控制的plc外部连接5.2输入输出地址分配表和元件表5.2.1 i/o地址分配由于采用s7-200系列cpu224的型号，其有14点数字量输入和10点数字量输出，该控制系统的输入有启动、停止按钮，5个呼叫按钮，5个行程开

27、关，上料限位、满载开关共14个输入点;外部控制小车的三相电机输出量有三个，所以不需要输入/输出模块。i/o分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址为i0.0i1.5，输出端子对应的输出地址是q0.0q0.2，其分配如下表5。表5 输入/输出地址分配输入量符号输入地址对应的外部设备sb1i0.0开机按钮sb1pb1i0.11号站呼叫按钮pb1pb2i0.22号站呼叫按钮pb2pb3i0.33号站呼叫按钮pb3pb4i0.44号站呼叫按钮pb4pb5i0.55号站呼叫按钮pb5ls1i0.61号行程开关ls1ls2i0.72号行程开关ls2ls3i1.03号行程开关ls3ls4i1.1

28、4号行程开关ls4ls5i1.25号行程开关ls5sb2i1.3停用按钮sb2/i1.4上料限位开关/i1.5满载开关 输出量符号输出地址对应的外部设备hlq0.0小车停止指示km1q0.1小车左行km2q0.2小车右行5.2.2内部继电器部分1输入继电器i 输入继电器i是plc中专门用来接收从外部敏感元件或开关元件发来的信号，它与plc的输入端子连接，可以提供许多动合、动断触点，供编程时使用。2输出继电器q plc的输出端子是plc向外部负载发出控制命令的窗口。输出继电器的 外部输出点接到输出端子，以控制外部负载。3辅助继电器m 在逻辑运算中，经常用到一些中间继电器，这些继电器不直接驱动外部

29、负载，只起到中间状态的暂存作用。4特殊标志位sm特殊标志位sm是用户程序与系统程序之间的界面，为用户提供一些特殊的控制功能及系统信息，用户对操作的一些特殊要求也可通过sm通知系统。5.3电气连线图5.3.1电气连接原理介绍电机控制外部设备的电气连接原理如下:合上电源开关qs输入三相电源,如有半部分所示,按下启动按钮sb1,停止按钮处于常闭状态,内部辅助继电器m0.0得电并且自锁,其辅助常开触头m0.0闭合。m0.0闭合,按动任一呼叫按钮pb1pb5,在其他位卸货完毕（t37大于20s）,即断电延时计时器常闭无效,将呼叫站对应数字传送入存储器vw0中,而且设定五个行程开关ls1ls5对应数字量1

30、5,传送进入存储器vw2中,比较存储器vw0和vw2中的数值大小，当vw0 vw2时，继电器km1得电，辅助继电器km1的常闭触头断开，继电器km2掉电，小车向左行驶，而且辅助继电器km1自锁，直至条件不满足为止；当vw0=vw2时，辅助继电器m0.1得电，辅助继电器km1/km2的触头断开而掉电，同时启动延时继电器kt, 且常闭触头kt断开20s，小车停止运动，20s后自动复位；当vw0vw2时，继电器km2得电，辅助继电器km2的常闭触头断开，继电器km1掉电，小车右行。从而实现了小车的左行、右行、停止的功能且在各呼叫站停止20s,直至部件卸完为止 。5.3.2电气连接图图7电机控制外部设

31、备的电气连接图5.4程序状态流程图图8 简易程序流程图5.5应用程序和梯形图5.5.1应用程序（stl）顺序1ld sm0.0 /开始顺序置1，q0.1得电，送料车向左运行s s0.1, 1= q0.1lscr s0.1 /顺序1开始ld i1.4 / i1.4为上料限位开关i1.4接通，q0.0得电刹车，q0.1掉电，车位输入0= q0.0 （步开始）r q0.1, 1movw 0, vw2ld i1.5 /送料车载满货，人工按确认按钮，进入顺序2（步转移）scrt s0.2scre /顺序2结束(步结束)5.5.2应用程序（stl）顺序2ld i0.0 a i1.5o m0.0an i1.

32、3= m0.0 / i0.0为开机，i1.5为送料车满载按钮，i1.3为关机按钮ld i1.5movw 0, vw0movb 0, vb4 / i1.5为送料车满载，在vw0需求清零；vb4清零表示满载ld m0.0a i0.1an t37movw +1, vw0 / i0.1需求按钮，在其他位卸货完毕（t37大于20s），将1位需求信号输入vw0ld m0.0a i0.2an t37movw +2, vw0 / i0.2需求按钮，在其他位卸货完毕（t37大于20s），将2位需求信号输入vw0ld m0.0a i0.3an t37movw +3, vw0 /i0.3需求按钮，在其他位卸货完毕（

33、t37大于20s），将3位需求信号输入vw0ld m0.0a i0.4an t37movw +4, vw0 / i0.4需求按钮，在其他位卸货完毕（t37大于20s），将4位需求信号输入vw0ld m0.0a i0.5an t37movw +5, vw0 / i0.5需求按钮，在其他位卸货完毕（t37大于20s），将5位需求信号输入vw0ld m0.0a i0.6movw +1, vw2 / i0.6为限位开关，送料车在1位时，送1进vw2ld m0.0a i0.7movw +2, vw2 /送料车在2位时，送2进vw2ld m0.0a i1.0movw +3, vw2 /送料车在3位时，送3

34、进vw2ld m0.0a i1.1movw +4, vw2 /送料车在4位时，送4进vw2ld m0.0a i1.2movw +5, vw2 /送料车在5位时，送5进vw2ld m0.0aw= vw0, vw1= m0.1= q0.0 /如果需求和车位相同，m0.1得电，q0.0启动刹车，切断q0.1、0.2ld m0.1tof t37, 200 / m0.1计时20s，20s内t37使新的需求输入无效，大于20s解除对其他点封锁ld m0.0aw vw0, vw1an q0.0an q0.1= q0.2 /如果需求位大于现在送料车位，q0.2使送料车右移，直至满足网络13条件为止ld i0.

35、1o i0.2o i0.3o i0.4o i0.5an t37edincb vb4 /在t37未封锁时，五个工位，任何键按一次，下降沿vb4加1ld m0.0an t37ab= vb4, 20call 送料车装配件 /当vb4为20时，并t37大于20s（即送料车中部件用完），启动子程序5.5.3梯形图图9 梯形图55.6安装与布线事项5.6.1 plc的安装s7-200的设计便于安装,可以利用安装孔把模块固定在控制柜的背板上,或者利用设备上的背板上,或者利用设备上的din架子,把模块固定在一个标准的轨道上(既可以水平安装,也可以垂直安装),体积小巧的s7-200可以更方便有效地安排空间.重要

36、的要为接线和散热留出适当的空间, s7-200设备采用自然对流散热方式,在器件的上下方都必须留有至少25mm的空间，以便于正常的散热，前面板与背板的板间距离也保持至少75mm在安排s7-200设备时，应留出接线和连线通讯电缆的足够空间，当配置s7-200系统时，可以灵活地使用i/o扩展电缆。图10安装方式方向和间距5.6.2外接感性负载在使用感性负载时，要加入抑制电路来限制输出关断时电压的升高，抑制电路可以保护输出点不至于因为高感抗开关电流而过早的损毁。另外，抑制电路还可以限制感性负载开关产生的电子噪音。1直流输出和控制直流负载的继电器输出直流输出有内部保护，可以适应大多数场合，由于继电器型输出既可以连接直流负载，又可以连接交流负载，