基于PLC的运料小车控制系统设计毕业设计（论文）word格式

1、分类号 单位代码 密 级 学 号 0705230150 学生毕业设计（论文）题 目基于plc的运料小车控制系统设计与实现作 者张汇江院 (系)能源工程学院专 业电气工程及其自动化指导教师张涛答辩日期2011 年 5 月 日榆 林 学 院毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人

2、毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 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。通信和数

3、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,i/o点abstractearly electric car control system of the transporter over the relay - contactor complex system

4、composed of the system 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 runni

5、ng costs of the system, plc control 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 t

6、o automatic, and gradually formed the 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 fx1n in volume, communica

7、tions and special function modules such 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 transp

8、orter in the application, has been in domestic 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 录摘 要iabs

9、tractii目 录iii1 绪 论11.1 课题的提出背景11.2 运料小车的发展概况21.3 课题的意义及应用31.4 本课题的主要工作32 可编程控制器(plc)的概述42.1 plc的定义42.2 plc的发展42.3 plc的特点52.4 plc的基本组成及各部分的作用62.5 plc的应用领域82.6 运料小车控制系统图92.7 plc选型112.7.1 选型分析112.7.2 系统的安装112.7.3 输入/输出模块选择112.7.4 开关量i/o点的节省和模拟量i/o模块的代用122.7.5 抗干扰措施122.8 系统资源分配132.8.1 i/o地址分配132.8.2 数字量

10、输入部分132.8.3 数字量输出部分132.8.4 内部继电器部分143 基于plc的运料小车控制系统的硬件设计153.1 系统工作原理分析153.1.1 运料小车的运动流程153.1.2设备控制要求153.2 系统硬件介绍163.3 系统硬件设计173.4 小车运动分析194 系统软件源程序设计224.1 小车行程开关224.2 小车启停辅助继电器224.3 呼叫按钮234.4 比较254.5 向左运动254.6 向右运动265 调试结果及工作小结275.1 控制系统的调试275.1.1编程软件275.1.2 程序的构成275.1.3 程序的下载安装和调试295.2 本文主要完成的工作及总

11、结305.3 工作展望31参考文献32致 谢331 绪 论1.1 课题的提出背景新中国成立特别是改革开放以来，我国社会主义现代化建设取得了举世瞩目的伟大成就。同时，必须清醒地看到，我国正处于并将长期处于社会主义初级阶段。全面建设小康社会，既面临难得的历史机遇，又面临一系列严峻的挑战。经济增长过度依赖能源资源消耗，环境污染严重；经济结构不合理，农业基础薄弱，高技术产业和现代服务业发展滞后；自主创新能力较弱，企业核心竞争力不强，经济效益有待提高。在扩大劳动就业、理顺分配关系、提供健康保障和确保国家安全等方面，有诸多困难和问题亟待解决。从国际上看，我国也将长期面临发达国家在经济、科技等方面占有优势的

12、巨大压力。为了抓住机遇、迎接挑战，我们需要进行多方面的努力，包括统筹全局发展，深化体制改革，健全民主法制，加强社会管理等。与此同时，我们比以往任何时候都更加需要紧紧依靠科技进步和创新，带动生产力质的飞跃，推动经济社会的全面、协调、可持续发展。进入21世纪，我国作为一个发展中大国，加快科学技术发展、缩小与发达国家的差距，还需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有利条件。中华民族拥有5000年的文明史，中华文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成独特的创新文化。只要我们增强民族自信心，贯彻落实科学发展观，深入实施科教兴国战略和人才强国战略，奋起直追、迎头赶上，经过15年乃至更长时间坚韧不拔的艰苦奋斗，

13、就一定能够创造出无愧于时代的辉煌科技成就。科技工作的指导方针是：自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展。支撑发展，就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术，支撑经济社会的持续协调发展。引领未来，就是着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求，培育新兴产业，引领未来经济社会的发展。这一方针是我国半个多世纪科技发展实践经验的概括总结，是面向未来、实现中华民族伟大复兴

14、的重要抉择。要把提高自主创新能力摆在全部科技工作的突出位置。在对外开放条件下推进社会主义现代化建设，必须认真学习和充分借鉴人类一切优秀文明成果。改革开放20多年来，我国引进了大量技术和装备，对提高产业技术水平、促进经济发展起到了重要作用。但是，必须清醒地看到，只引进而不注重技术的消化吸收和再创新，势必削弱自主研究开发的能力，拉大与世界先进水平的差距。总之，必须把提高自主创新能力作为国家战略，贯彻到现代化建设的各个方面，贯彻到各个产业、行业和地区，大幅度提高国家竞争力。我国科学技术发展的总体目标是：自主创新能力显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，为全面建设小康社会提供强有

15、力的支撑；基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果，进入创新型国家行列，为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础，形成比较完善的中国特色国家创新体系。企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得生产物的输送成为生产物流系统中的一个重要环节。运料小车自动控制正是用来实现输送生产物的控制系统，随着plc的发展，国外生产线上的运输控制系统非常广泛的采用该控制系统，而且有些制造厂还开发研制了出了专用的逻辑处理控制芯片，我国的大部分工控企业的运料小车自动控制系统都是从国外引进的，成本高，为了满足现代化生产流通的需要，让plc技术与自动化技术相结合，充分的利用到我国的工控

16、企业生产线上，让该系统在各种环境下都能够工作，而且成本低，易控制，安全可靠，效率高。1.2 运料小车的发展概况由于plc的不断发展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产率的不断提高，运料小车控制经历了以下几个阶段:（1）手动控制 ：在20世纪60年代末70年代初期，便有一些工业生产采用plc来实现运料小车的控制，但是由于当时的技术还不够成熟，只能够用手动的方式来控制机器，而且早期运料小车控制系统多为继电器一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。（2）自动控制 ：在20世纪80年代，由于计算机的价格下降，这

17、时的大型工控企业将plc充分的与计算机相结合，通过机器人技术，自动化设备终于实现了plc在运料小车控制系统在自动方面的应用。（3）全自动控制 ：现阶段，由于plc技术的向高性能 高速度、大容量发展大型plc大多采用多cpu结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。将plc运用到运料小车控制系统，可实现运料小车的全自动控制，降低系统的运行费用。plc运料小车自动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，维修和改造方便等优点。1.3 课题的意义及应用小车自动运料系统,由于其控制简单,成本低,因此广泛应用于车站、码头、仓库、矿井等生产场所。但传统的接触继电器控制系统，有着其自身的

18、缺点。例如：整个运行过程中，小车的速度很难设定，如果太快，启动和制动时由于存在小车惯性很容易造成物料的掉落、抛洒，这样就不能实现安全的启动。随着经济的不断发展，运料小车的应用也不断扩大到各个领域。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。现将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、设计施工调试周期短等优点。在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需

19、要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定时间的停留，以满足生产工艺要求。用plc程序实现运料小车自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，并且程序设计方法多样，便于不同层次的设计人员的理解和掌握。1.4 本课题的主要工作本文所做的工作就是通过plc控制运料小车在工作台上各呼叫站间运动，以达到生产实际之用。全文主体思路共分为6节，第一节概述运料小车问题的提出和意义，运料小车控制系统的发展概况，明确论文要解决的问题；第二节介绍了可编程序控制器（plc）。第三节详细介绍基于plc的运料小车的硬件设计，分析被控对象和明确系统控制要求。第四节详细阐述运料小车系统

20、的软件设计。第五节是调试结果和小结,分析系统的优缺点及对未来工作的展望。2 可编程控制器(plc)的概述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

21、各种类型的机械或生产过程。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由cpu(中央处理单元)存储器(ram和eprom),输入/输出模块(简称为i/o模块)、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。2.2 plc的发展1968年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的理念。在1969年，美国数字设备公司（dec）终于研制出世界上第一台plc。这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它

22、要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。这种控制系统首先在美国通用汽车的生产线上使用，并获得了令人满意的效果。plc在冶金和制造等其他工业部门相继得到了应用。1971年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的plc。1973年，欧洲一些国家也研制出了自己的plc。1974年，我国也开始仿照美国的plc技术研制自己的plc，终于在1977年研制出第一台具有实用价值的plc。大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得plc在问世后的发展极为迅速。现在，plc不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集的控制、pid调节、通信联网

23、、故障自诊断及dcs生产监控等功能。毫无疑问，plc将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。在20世纪80年代，美国的工业市场调查报告和1989年美国的一份分散控制系统(dcs)的调研报告中，都能看出plc在工业控制中的重要作用。2.3 plc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

24、电接触器系统相比，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。（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

25、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

26、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。2.4 plc的基本组成及各部分的作用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i/0扩展单元与主机配合使用。主机中，cpu是plc的核心，i/0单元是连接cpu与现场设备之间的接口

27、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i/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。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:(1) 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；(2) 诊断电源、plc内部电

28、路的工作状态和编程的语法错误;(3) 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;(4) 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;(5) 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:(1) 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。(2) 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。(3) 位片式微处

29、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:(1) 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

30、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.(2) 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。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.(3) 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

31、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、i/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

32、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

33、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通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的plc或计算机相连。当plc与打印机相连时，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

34、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

35、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

36、（analog）和数字量（digital）之间的a/d转换及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

37、一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。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、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)

38、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。2.6 运料小车控制系统图控制系统如图2-1所示（a）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)2-1 运料小车控制系统图plc框架配置图运料小车控制采用三菱的fx1n-24mr-001型号plc。它的i/o总数为24点。 2-2 fx1n-24mr-001图2.7 plc选型2.7.1 选型分析在工程中主要根据工艺要求、控制对象、

39、用户需要等方面选择合适的plc，以获得最佳的性能价格比。就一个控制系统而言，plc的选型原则和考虑因素如下:(1)plc一般用于开关量控制为主兼有模拟量控制的系统，尤其适合于动作频繁、逻辑关系复杂、程序多变的系统。应用于这样的系统，将会最大限度发挥技术经济效果。(2)是否与计算机连接，是否要求构成网络信息系统，以及对远程站的设置要求。是否需要中断输入、双机热备、位置控制、高速计数器等特殊模块和智能模块。(3)开关量i/o点数、模拟量i/o路数、电压等级及输出功率、内存容量。i/o点数直接关系到plc输入/输出模块的选择，i/0点数一般要考虑1-2个的余量，特别是开关量输入更应考虑多些余量;合适

40、的电压等级可提高plc的抗干扰能力:主机用户内存容量的大小对设备费的影响不大，故建议内存容量可选大一些。(4)其他考虑因素选择plc还要对其外型、结构、系统组成、设置条件、价格、技术服务、应用业绩等多项指标综合分析比较，然后才能确定理想的plc产品。2.7.2 系统的安装无远程功能的plc用在单机或控制范围不大的系统，有远程功能的plc则用于大范围的控制系统。远程系统中，本地站一般设在集中控制室，远程站一般设在低压配电室或仪表室，这样可使plc的外部接线最短。plc忌安装在高温、结凝、特别是有振动冲击的场所。2.7.3 输入/输出模块选择模块电源:在选择交流i/o模块时，宜采用隔离变压器为其供

41、电，这样可防止外部电路故障冲击模块。电源线采用双绞线，绞距1-2cm。隔离变压器的容量按plc电源组件容量的1.5-2倍选择。直流模块的外接电源，其波纹值应满足模块要求;若是模拟量直流模块，尚需用稳压电源。电压等级:在选择i/o模块时，电压等级是一个比较重要的参数，它要根据现场设备与模块之间的距离来选。当外部线路较长时，可选用ac220v模块;当外线短且控制相对集中时可选择优24v模块。输出电路:plc的模块输出方式一般有3种:晶体管输出、继电器输出、双向可控硅输出。确定负载类型根据plc输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及plc输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继

42、电器输出，还是晶体管输出，或晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行很重要。每个输出点、每组输出点、每个输出模块的负载电源不得超过额定电流。其中继电器输出模块的负载电流以不能太接近额定电流，当接近额定电流时，最好先带动一个小型中继，再通过中继扩展输出模块的输出容量。采用双向可控硅输出模块，其负载电流必须大于双向可控硅的维持电流，否则应在负载上并联电阻。对于动作频繁、电感性或功率因素低的负载，不宜选用继电器输出模块，而应该采用晶体管输出模块。如果plc输出带感性负载，负载断电时会对plc的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接

43、浪涌吸收电路，可有效保护plc。当频率为10次/min以下时，既可采用继电器输出方式;也可采用plc输出驱动中间继电器或者固态继电器(ssr)，再驱动负载;对于两个重要输出量不仅在plc内部互锁，建议在plc外部也进行硬件上的互锁，以加强plc系统运行的安全性、可靠性。输入电路:plc输入电路电源一般应采用dc24v，这对系统供电安全和plc安全至关重要，同时其带负载(接近开关等)时要注意容量，同时作好防短路措施(因为该电源的过载或短路都将影响plc的运行)，建议该电源的容量为输入电路功率的两倍，plc输入电路电源支路加装适宜熔丝，防止短路，以直流输入模板为例。2.7.4 开关量i/o点的节省

44、和模拟量i/o模块的代用相同控制作用且每个接点在编程中仅使用一次的若干个输入接点，可在外部电路进行串、并联后作为一个输入点处理，编程时用常开编程接点。如某个设备的多个故障信号接点可在外部电路串联后接在一个输入点上，而不必占用多个输入点。相同控制逻辑的输出，如集中联锁控制系统发往各现场的启动预告信号，可只用一个输出点，再用接线端子扩展至各现场设备。2.7.5 抗干扰措施由于产生干扰的因素是复杂而多样的，因此采取的抗干扰措施要根据情况而定。plc供电电源一般为ac85-240v，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:l隔离变压器等);隔离变压器也可以采用双隔离技术，

45、即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接plc输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。设置一个plc信号专用接地装置。该装置不能和防雷接地装置、电器设备接地装置有金属连接。接地电阻可参见使用说明书，一般小于100。即可。接地线进入plc控制柜中的信号接地端子排。当出现干扰时将plc的接线端子与信号接地端子排连。2.8 系统资源分配2.8.1 i/o地址分配由于cpu模块有14点数字量输入，10点数字量输出，所以不再需要输入/输出模块。采用i/o自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是x000-x015，输出端子对应的输出地址是y000-y011。2.8.2 数字量

46、输入部分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2-3所示。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号站行程开关 x0102号站行程开关 x0113号站行程开关 x0124号站行程开关 x0135号站行程开关表2-3 输入地址分配2.8.3 数字量输出部分这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相电动机。但是电机有正转和反转两种状态，分别对

47、应正转继电器和反转继电器，所以输出点有2个。具体的输出分配表如表2-4所示。输出地址对应外部设备y000电机反转继电器y001电机正转继电器表2-4输出地址分配2.8.4 内部继电器部分内部继电器地址分配如表2-5所示。内部继电器地址功能说明m0小车运行停止m11号站呼叫m22号站呼叫m33号站呼叫m44号站呼叫m55号站呼叫m6小车所在站编号呼叫编号m7小车所在站编号呼叫编号m8小车所在站编号呼叫编号表2-5 内部继电器地址分配 3 基于plc的运料小车控制系统的硬件设计3.1 系统工作原理分析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，运料小车由一台三相异步电

48、动机拖动，电机正转，小车向右行，电机反转，小车向左行。在生产线上有5个编码为1-5的站点供小车停靠，在每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5个呼叫按钮开关（hj1-hj5）分别与5个停靠站点相对应。图3-1 运料小车示意图3.1.2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扭hj的编码时，小车向右运行运行到按钮hj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扭hj的编码时，小车向左运行，运行到按钮

49、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扭hj的编码时，小车保持不动；呼叫按钮开关hj1-hj5应具有互锁功能，先按下者优先。3.2 系统硬件介绍(1)低压断路器图3-2 低压断路器图低压断路器也称为自动空气开关，用来接通和分断负载电路，也可以用来控制不频繁启动的电动机。(2)接触器图3-3 接触器图接触器是用于远距离频繁接通和分断交直流回路及大容量用电回路的低压控制电器。主要控制对象是电动机，实现启停、正反转、制动和调速等控制功能。(3)熔断器图3-4 熔断器图熔断器主要用于短路保护。(4)主令电器图3-5 主令电器图主令电器是一种专门发布命令的电器，用来接通和断

50、开控制电路，实现控制对象的启动、停止、急停等操作。只能用于控制电路，不允许分合主回路。3.3 系统硬件设计系统硬件接线图如图3-6、3-7所示，图3-6 主电路图图3-7 控制电路图图中km1 和km2 分别是控制电机正转运行（小车前进）和反转运行（小车后退）的交流接触器。用km1 和km2 的主触点改变进入电动机的三相电源的相序, 即可以改变电动机的旋转方向。图中km1 的线圈串联了km2 的辅助常闭触点,km2 的线圈串联了km1的辅助常闭触点,组成了硬件互锁电路。可以避免由于正反转（小车前进、后退）切换过程中电感的延时作用,导致原来接通的接触器的主触点还未断弧时, 另一个接触器的主触点已

51、经合上而造成交流电源瞬间短路的故障。通过主电路与plc 的控制电路的接线, 才能实现plc 对系统的控制。3.4 小车运动分析小车在呼叫按钮之间的运动如图3-8所示，图3-8 小车在呼叫按钮之间的运动根据生产工艺要求设计出小车在运料过程中的速度变化情况如图3-9所示，图3-9 小车在两呼叫按钮之间运料过程中速度变化情况根据料车运料过程中速度曲线图确定变频器的频率变化情况如图3-10所示，图3-10 变频器的频率变化情况根据系统控制要求，分析出如下系统控制流程图，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

52、车停止按动启动按钮结束是是是是否是否否是否否图 3-11控制系统流程图4 系统软件源程序设计4.1 小车行程开关在该程序中，5个站的行程开关分别用数字0-4来表示，当小车在1号站时，行程开关x007得电，将数字0传送到数据寄存器d0；当小车在2号站时，行程开关x010得电，将数字1传送到数据寄存器d0。依次类推，当小车在5号站时，行程开关x013得电，将数字4传送到数据寄存器d0。它的助记符程序为：ld x007mov k0 d0 ；小车在1号站ld x010mov k1 d0 ；小车在2号站ld x011mov k2 d0 ；小车在3号站ld x012mov k3 d0 ；小车在4号站ld x013mov k4 d0 ；小车在5号站4.2 小车启停辅助继电器当按下启动按钮时，小车开始运动，该辅助继电器m0得电；当按下停止按钮时，小车停止运动，该辅助继电器m0失电。它的助记符程序为：ld x000or m0ani x001out m0 ；小车启停辅助继电器4.3 呼叫按钮在该程序中，5个站的呼叫按钮分别用数字0-4来表示，而且由于5个呼叫按钮开关hj1hj5具有互锁功能，先按下者优先，所以需5个辅助继电器m1-m5。当按下1号站呼叫按钮开关时，行程开关x002得电，数字0传送到数据寄存器d1，同时1号按钮开关辅助继电器得电；当按下2号站呼叫按钮开关时，行程开关x003得电，数