-【优秀文档】毕业设计装卸料小车多方式运行的PLC控制系统设计（整理版）

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，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，从手动到口动，逐渐形成了机械化、口动化。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

2、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 处和推广。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

3、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 running costs of the sy

4、stem，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 to automatic, and grad

5、ually 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 plc in volume, communications and special func

6、tion modules such important applica tions perfectly. the to pics include:analysis of plant and a clear system control requirements;plc selection; determine the systen/ s 1/0 device number and type;control process design;control programming.plc control system in the car transporter in the application

7、, has been in domestic and international projects has been applied in the factory, with huge economic and social value,the intelligence and autonidtion beyond the idea worthy of further research and extension. key words： plc transporter cart control system i/o points1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

8、制系统介绍12运输小车系统方案的选择32. 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

9、制.755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

10、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。1.2控制系统介绍本控制系统主耍是用于控制运输小车的h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。000000o0o-*00o00sb1 sb2 sb3 sb4 sb5 sb6 sb7 sb8图1-1各工位的限位开关和呼午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(12.0, 12. 1)；小 车要用一台电动机拖动，电动机正传时小车驶向高位，反转时小车驶向低

11、位，电 动机正转反转齐需要一个接触器，是plc的执行元件。另外齐工位述要有指示灯 作呼车显示。因为小车到达每个工位要停止，所以每个工位要装冇限位开关，当 小车到达各个工位碰撞限位开关，限位开关给plc个信号使电机停止传动，小 车失去动力停在这个呼车工位。电动机和指示灯是plc的控制对彖。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(

12、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吋，小 车自动向高位行驶；当呼车位号小于停车位号吋，小车自动向低位行驶；当小车 到达呼车位时，口动停车。(4) 在小车到达呼车位的30s吋间内(仅供本车位使用)，呼车操作无效。只 有当30s延吋吋间到以后，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

13、。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曲于采用现代人规模集成屯路技 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 口j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，和同等规模的继屯器系统相比，屯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，岀现故障时可及时发岀警报信息。在应用软件中，应用者

14、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，

15、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屯器 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屯器 电路的功能。为不熟悉电子屯路、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人为缩短，同时维护也变得容易起來。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）体枳小，垂量轻，能耗低以超小型plc为例，新近出

16、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，因此我们归纳曲 可编程控 制器plc

17、具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30刀小时以上；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。高位0000p0oo 0-*0g-*o00sb! sb2 sb3 sb4 sb5 sb6 sb7 sb8l2 l3l1km23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

18、示: 低位图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3-2三项界步电动机正反转主电路图在生产线上有8个编号为18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设备控制要求运料小车在口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 丁作（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

19、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，门动停车。（4）在小车到达呼车位的30s吋间内（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-接触器组成的复杂系统，这种系统 存在设计周期长、体积大、成木高等缺陷，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

20、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。运料小车控制系统的 控制系统构成图如3-3所示：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

21、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。因为该设计需耍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-技术要求的s7-200系列plc 的cpu类型冇224、224xp、226等。plc的选型不但要满足技术要求，述要考虑 到经济性，因此这里选用s7-200系列的226plco4. 1.2 s7-200 cpu 226

22、 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通讯协议和口由 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。4. 2系统变量定义及分配表根据控制耍求，plc控制运输小车的输入输出（10）地址编排如卜-表所示：表4-11/0地址分配输入输出12.0起始按钮sb9q0. 0电动机正传km112. 1停止按钮s

23、b10q0. 1电动机反传km210.01号工位呼车sb1q0. 2呼车指示灯iilto. 12号工位呼车sb2q1.01号工位成功呼车指示灯10.23号工位呼车sb3q1. 12号工位成功呼不指不灯10.34号工位呼车sb4q1.23号工位成功呼不指不灯10.45号工位呼车sb5q1.34号工位成功呼车指不灯to. 56号工位呼车sb6q1.45号工位成功呼车指示灯10.67号工位呼车sb6q1.56号工位成功呼车指不灯to. 78号工位呼车sb7q1.67号工位成功呼车指示灯11.01号工位限位开关sq1q1.78号工位成功呼车指不灯11.12号工位限位开关sq211.23号工位限位开关s

24、q311.34号工位限位开关sq410.45号工位限位开关sq511.56号工位限位开关sq611.67号工位限位开关sq711.78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;输岀220vac, 16高工位低工位呼车指示灯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: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

25、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t2. 0接通，m0. 0保持得电系统运行。冋络1 网络标题起始程序m0.0()m0.0得电常开闭合定时器t37 jt-始计时，计时器定时设置30秒，三十秒 后t37的常开触点闭合。|网络2|定时3c®q0.1m0.0 1qo.o t3711 fintam1 1 / 11 uin300-pt100 ms三十秒后t37的常开触点闭合工作指示灯q0. 2点亮，可以呼车。网络27i工作指示灯qo.oq0.1t37mo.oq0.2p 1 i1 ic )4. 4. 2系统的呼车控制屮间继电器ml. 0-m1

26、. 7各代表1号工位到8号工位呼车状态，而qi. 0-q1. 7 各代表呼车成功的状态，如果此工位呼车成功，木工位小灯就点亮直到小车运动 至木工位熄灭。|网络311号工位呼车mo.oiii0.0m1.1m1.2m1.3m1.4i 3 ii ，ii ，ii ，im1.0tlpipii im1.6m1.7m1.511.0t37m1.0m1.6m1.7m1.511.1t37m1.1冋络5i泻工位呼车m0.0ii0.2i i11nm1.6m1.3m1.4m1.5m1.7ii.2t37m1.2斗)冋络6i 4号工位呼车m1.5m1.6t37m1.3m1.7 ()网络8i泻工位呼车im1.4m1.6m1.

27、7t3711.5m1.5冋络10i得工位呼车m0.0i0.7m1.0m1.1m1.3m1.2i iiii / ii丿丨i丿ii丿it ni z ii z ii / ii / il_|m1'7|j4. 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，小车口动向低位行驶；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。冋络11i反转1号工位情况m1.0m4.0i i()1.61.51.31.2网络13反转泻工位情况m1.2m4.2m4.2m1.3m4.3冋络15反转捋工位情况m1.411.711.4m4.4i / ir 、11.6i / i丿

28、11.5m4.4m4.3m1.611.6m4.6m4.6网络16反转雳工位情况m4.54. 4. 4系统的呼车正转控制呼车位号大于停车位号时，屯动机正传，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。网络18|正转泻工位情况m1.7m3.0i i()网络19正转7号工位情況11.6m1.611.011.5m3.2m1.511.0网路21|正转泻工位情浣m1.411.0m3.3冋络22m1.311.0111.1i11.2m3.4|正转4吕工位情況m1.2m3.511.111.0 11.2m3.5网络24正转泻工位情况m1.1iim3.6ii1

29、1.0t 11.1ph)im3.6()电动机反转,小车自动向低位行驶，中间继电器m4.0m4.6并联输岀q0.1。网络25i反转输出m4.0q0.1i ii()m4.1m4.2m4.3m4.5m4.6m4.4电动机止传，小车口动向高位行驶，中间继电器m3. 0-m3. 6并联输出q0.0。冋络26|正转输出q0.0()m3.0m3.1i pm3.2i im3.3i 1m3.5m3.6m3.45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

30、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，还冇就是电动机正传时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, t2.0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ii. 0-11. 7所对应的指示灯亮，根据小车停止的位置，判断

31、小 车即将是向高位行驶还是低位行驶，确定输岀正反转继屯器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，此吋手动按下对应的限位开关, 10. 1-10. 7 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, t2. 1对应指示灯点亮。满足控制 要求。反复运行此程序也均能达到控制耍求。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个工位屮任意一个的工位上，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

32、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小车的优缺点分析木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

33、的可编程控制器带來的好处。即使在出现故障、紧急停止 等坏节中都能快捷操作。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 制器述应该联网，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。在具休 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

34、 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。经过两个刀的奋战我的毕 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儿年来所学知 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 毕业设计使我明口了口己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前 老是觉得口己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计, 我才明口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， 努力提高口己知识和综合素质。在此要感