基于PLC技术的送料小车控制系统设计与制作

1、基于PLC技术的送料小车控制系统设计与制作 王震随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术不断的发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。PLC的应用不但大大地提高了电气控制系统的可靠性和抗干扰能力，而且大大地简化和减少了维修维护的工作量。在现代工业生产中，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，就离不开控制系统。控制系统是整个工艺生产线的灵魂，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

2、续进行，重着甚至发生人身安全事故，这将给企业造成重大的损失。PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点 ，在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。送料小车控制系统采用了PLC控制。从送料小车的工艺流程看来，其控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统，因此，在送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式。我在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间复杂的联锁关系，从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时，不会对其它工作方式的程序造成影响，使得程序的设计、修改和故障找工作大为简单。采用基于PLC的控制系统

3、来取代原来由单片机、继电器等构成的控制系统，采用模块化结构，具有良好的可移植性和可维护性。对提高企业生产和管理自动水平有很大的帮助，同时又提高了生产线的效率、使用寿命和质量，减少了企业产品质量的波动，因此具有广阔的市场前景。在设计该PLC送料小车设计程序的同时总结了以往PLC送料小车设计程序的一般方法、步骤，并且把以前学过的基础课程融汇到本次设计当中来，更加深入的了解了更多的PLC知识。一、送料小车控制系统介绍和设计（一）控制系统在送料小车中的地位与作用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

4、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。送料小车是基于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送料小车的运行，因此，送料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。送料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。（二）方案设计设计原则主要包括：工程对电气控制线路提供的具体资料。系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实

5、现由一到多而且更加趋于完善。对于本课题来说，如果送料小车系统部分是一个较大规模工业控制系统的改造升级，新控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量。要实现整个送料小车系统的设计，需要从怎样实现各继电器的吸合断开以及电动机正反转的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。(三)方案的介绍就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统，可编程序控制器控制。1.

6、继电器控制系统继电器控制系统，其逻辑功能由传统的继电器来完成的，比如控制时间，就有相应的时间继电器。继电器的动作一般与电磁有关继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。2.可编程序控制器控制可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬茧配制和设计外部接线图，同时采

7、用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。可编程序控制器它可靠性高,采用固态器件，输入和输出均经光电耦合与继电器隔离,有较高的抗干扰能力,能在环境恶劣的生产现场使用，并有停电保护和自诊断等功能；输入输出模块化，具有多种输入和输出类型，可直接驱动近百瓦交直流负载；有独立的编程器，大多数可编程序控制器沿用了过去继电器顺序控制的设计方法，采用继电器梯形图符编程，且有字符或图形显示。只要修改程序，即可对不同的控制对象进行控制；有较强的控制功能和较大的控制规模。综上两个控制系统的比较我选择了可编程控制系统。二、软件电路的设计（一）程序流程图根据设计方案，为

8、了分析问题方便，我们首先作出了系统的动作过程流程图。流程图说明：启动系统并判断目前小车停车位，确定小车的停车位之后看是否现在能进行呼车，若能呼车，则呼车等待30S，接着呼车信号开始封锁，判断何处呼车是高于停车位还是低于停车位，小车到达呼车位，停留30S，并且开始清除呼车信号。流程图如图1所示。图1 送料小车控制系统流程图(二）程序梯形图分段设计1.选择PLC指令并编写程序根据系统的控制要求，一般会想用到MOV传送指令和CMP比较指令，即先把小车所在的工位号传送到一个通道中，再把呼车的工作位号传送到另一个通道中，然后将这两个通道的内容进行比较。若呼车的位号大于停车的位号，则小车向高位行驶；若呼车

9、的位号小于停车的位号，则小车向低位行驶。对小车的这种控制，是送料小车系统程序设计的主线。2.编写其他控制要求的程序PLC上电后，车停在某加工点，若没有用车呼叫时，则各工位的指示灯亮，表示各工位可以呼车。若某工位呼车时，各位的指示灯均灭，表示此后再呼车无效。停车位呼车则小车不动。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时，小车自动向低位行驶。当小车到达呼车位时自动停车。给位号高的加工位以优先用车的机会，6号位优先权最高，小车呼叫等待30s,就是到达某位时应停留30s供该工位使用，不会立即被其他工位呼走。临时停电后再复电，小车不会自行启动。启动与停止按钮的PLC梯形图如图

10、2所示。 图2 启动与停止按钮的PLC梯形图传送停车工位编号 ，小车运行到停车位时自动停止，PLC梯形图表示小车当前停车的位置如图3所示。 图3 传送停车工位编号的PLC梯形图呼车位指示灯，当有呼车的时候灯灭，当车到达送料点后灯开启，PLC梯形图如图4所示。图4 呼车指示的PLC梯形图传送呼车工位编号 ，按钮控制呼车，按下指定呼车位，小车自动运行到相应的停车位，PLC梯形图表示当前呼车的位置如图5所示。 图5 传送呼车工位编号的PLC梯形图当X011-X016任意一个位接通时，SET指令接通并保持其常闭M1断开。即将X011-X016封锁，此时无法再传送数据到M1。当M0定时时间到SET指令置

11、位的PLC梯形图如图6所示。图6 复位的PLC梯形图复位指令的PLC梯形图如图7所示。 图7复位指令的PLC梯形图当有呼车信号传送过来时，比较呼车位号与停车位号，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时，小车自动向低位行驶。当小车到达呼车位时自动停车，并且进行呼叫等待30s。当其开始工作时比较器的PLC梯形图将如下图8所示。图8 比较器与定时器的PLC的梯形图(三）程序功能分析用置位指令进行呼车封锁和解除封锁的控制。SET指令称为置位指令。其功能是：驱动线圈，使其具有自锁功能，维持接通状态。RST指令称为复位指令。其功能是使线圈复位。用MOV指令分别向M0通道传送车

12、位信号，向M1通道传送各位的呼车信号。当无呼车信号时，指示灯亮，示意可以呼车。执行CMP可以判别呼车位号比停车位号大还是小，从而决定小车的行驶方向。若呼车位号比停车位号大，则Y000为ON，小车向高位行驶。在途中经由各位时必然要压动每一个呼车位置的限位开关，即在途中000通道的内容随时改变，但由于其位号都比呼车位号小（001中的呼车位号不变），故可继续行驶直至到达呼车位。若呼车位号比停车位号小，则小车向低位行驶。在行车途中要压动各位的限位开关，但其位号都比呼车位号大，故可继续行驶直至到达呼车位。当小车到达呼车位时，使Y000或Y001为OFF，小车停在呼车位；立即启动T开始定时，使小车在呼车位

13、停留30s。30s后，使按钮复位，呼车指示灯亮并解除呼车封锁，此后各工作位又可以开始呼车。若系统运行过程中掉电再复电时，不按下启动按钮程序是不会执行的。另外，在PLC外部设置失压保措施，所以掉电再复电时，小车不会自行启动。 三、硬件电路的设计（一）总体结构每个工位应该设置一个限位开关和一个呼车按钮，系统要有用于启动和停止的按钮，这些是PLC的输入元件。小车要用一台电动机拖动，电动机正转时小车驶向高位，反转时小车驶向低位，电动机正转和反转各需要一个接触器，是PLC的执行元件。另外，各工作位还要有指示灯作呼车显示。电动机和指示灯是PLC的控制对象。各工位的限位开关和呼车按钮如图 9所示，图中SQ和

14、SB的编号也是各工作位的编号，SQ可以自动复位。 图9 各工作位的限位开关和呼出按钮的布置图 1.初始状态小车是静止的，其中限位开关SQ2为ON其余为OFF，呼车按钮SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、均为OFF，电动机M为OFF。2.启动停止操作按下启动按扭，系统上电。各工位可呼车，高于当前工位呼车小车驶向高位，低于当前位呼车小车驶向低位，无呼车小车原地不动。按下停止按钮，系统断电，各工位无法呼车，小车不在运行。（二）硬件各类设备的选择1.限位传感器的选择选用LJC12A3-4-Z/BX传感器，其中LJ表示公司设计代号，C表示感应方式（电容式），12表示感应头大小（外形直径），A

15、表示结构形式（圆柱形），3表示材质（金属外壳），4表示动作距离（检测距离为4mm），Z表示工作电压（DC6-36V），B表示输出形式（三线制常开），X表示输出电流（NPN200MA）。集成电路接近开关,也叫做无触点接近开关,它是由振荡器和整形放大器组成，振荡器起振后在开关的感应头上产生一个交变的磁场,当金属体接近感应区的时候，在金属体内产生了涡流,从而吸收了振荡的能量,使振荡幅度减弱以至于停振使接近开关达到反转的目的,由整形放大器换成二进制的开关电信号,从而达到检测目的。本系列接近开关为高频振荡型,它以无接触、无压力、无火花，迅速地发出检测信号，用以驱动继电器或逻辑门，它具有灵敏度高，频率响应

16、快，重复定位精度高，舜变过程短，输出功率大，抗干扰性能好，工作稳定性可靠，使用寿命长等优点，开关内充以树脂，使其全封闭，具有耐振、耐腐蚀及防水等特点。1.电动机的选择选用R775型电动机，相关参数如下：型号：R775；额定电压：DC12V；空载转速：4600r/min；额定电流：3A；空载电流：0.5A；重量：0.35KG；外形尺寸：外径44mm,长66.5mm。2.继电器的选择选用G2R-1-DC12V，其参数如下：类型：功率继电器；系列：G2R系列；型号：G2R-1-DC12V；重量：17g；外形尺寸（mm）：29.0×13.0×22.5mm（L×W×

17、;H）；吸合电压：DC 9V；额定电流：10A；额定电压：DC 12V；工作温度：-40+70。3.PLC的选择输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。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。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。可编程控制器及其有关设备，都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。传统的控制方法是采用继电器接触器控制。这种控制系统较复杂，并且大量的硬件接线使系统可靠性降低，也间接地降低了设备的工作效率。采用可编程控制器较好地

18、解决了这一问题，可编程控制器是一种将计算机技术、自动控制技术和通信技术结合在一起的新型工业自动控制设备，不仅能实现对开关量信号的逻辑控制。还能实现与上位计算机等智能设备之间的通信。因此，将可编程控制器应用于小车送料控制，完全能满足控制要求。且具有操作简单、运行可靠、工艺参数修改方便、自动化程度高等优点。在本控制系统中，所需的开关量输入为14点，开关量输出为3点，考虑到系统的可扩展性和维修的方便性，选择模块式PLC。由于本系统的控制是顺序控制，选用欧姆龙生产的CPM2* PLC作控制单元来控制整个系统。（三）PLC输入，输出口的分配主要程序可用欧姆龙的CPM2A-40CDR-A来编写，如表1所示

19、。表1 送料小车控制系统的I/O地址分配表输入控制输出控制启动按钮SB0X000正转Y000停止按钮SB10X010反转Y0011号位行程开关ST1X001呼车指示灯Y0022号位行程开关ST2X0023号位行程开关ST3X0034号位行程开关ST4X0045号位行程开关ST5X0056号位行程开关ST6X0061号位呼车按钮SB1X0112号位呼车按钮SB2X0123号位呼车按钮SB3X0134号位呼车按钮SB4X0145号位呼车按钮SB5X0156号位呼车按钮SB6X016（四）送料小车控制系统设计内容目的及要求课题的主要设计内容有：确定送料小车控制系统的总体设计方案；确定送料小车控制PL

20、C的型号规格，确定PLC I/O元件分配表；设计送料小车控制系统PLC I/O接线图；PLC程序的总体结构图和梯形图。设计目的：能使用三菱FX-2N软件编程；熟练掌握PLC的指令系统，学会一些特殊设备在生产实际中的应用；通过设计牢固掌握用功能标图设计梯形图的方法、步骤及绘制梯形图所遵循的规则和设计技巧。学会控制系统的设计和调试方法；学会PLC输入/输出点的分配、接线。对PLC有系统的了解。输入/输出接线图如图10所示。图10 送料小车控制系统的I/O接线图设计要求： 送料小车由电动机拖动，电动机正转，小车前进；电动机反转，小车后退，对送料小车的控制要求为： PLC上电后，车停在某加工点，若没有

21、用车呼叫时，则各工位的指示灯亮，表示各工位可以呼车。 停车位呼车则小车不动。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时，小车自动向低位行驶。当小车到达呼车位时自动停车。 给位号高的加工位以优先用车的机会，6号位优先权最高，小车呼叫等待30s,就是到达某位时应停留30s供该工位使用，不会立即被其他工位呼走。当停止30s后即可被呼走。四、PLC的故障分析和维修为了延长PLC控制系统的寿命，在系统设计和生产使用中要对该系统的设备消耗、元器件设备故障发生点有较明白的估计，也就是说，要知道整个系统哪些部件最容易出故障，以便采取措施，希望能对PLC过程控制系统的系统设计和维护有所

22、帮助。能更好的使用PLC。（一）系统故障分析与处理1.PLC主机系统PLC主机系统最容易发生故障的地方一般在电源系统，电源在连续工作、散热中，电压和电流的波动冲击是不可避免的。系统总线的损坏主要由于现在PLC多为插件结构，长期使用插拔模块会造成局部印刷板或底板、接插件接口等处的总线损坏，在空气温度变化、湿度变化的影响下，总线的塑料老化、印刷线路的老化、接触点的氧化等都是系统总线损耗的原因。所以在系统设计和处理系统故障的时候要考虑到空气、尘埃、紫外线等因素对设备的破坏。2.PLC的IO端口PLC最大的薄弱环节在IO端口。要减少IO模块的故障就要减少外部各种干扰对其影响，首先要按照其使用的要求进行

23、使用，不可随意减少其外部保护设备，其次分析主要的干扰因素，对主要干扰源要进行隔离或处理。3.现场控制设备在整个过程控制系统中最容易发生故障地点在现场，现场中最容易出故障的有以下几个方面。 第1类故障点是在继电器、接触器。PLC控制系统的日常维护中，电气备件消耗量最大的为各类继电器或空气开关。 第2类故障多发点在阀门等设备上。因为这类设备的关键执行部位，利用电动执行机构推拉阀门或闸板的位置转换，机械、电气、液压等各环节稍有不到位就会产生误差或故障。（二）系统抗干扰性的分析与维修由于可编程控制器是专门为工业生产环境设计的装置，因此一般不需要再采取特殊措施就能直接用于工业环境中。但如果工作环境过于恶劣，就不能保证控制系统正常、安全运行。因此为提高控制系统的可靠性，采取相应有效的抗干扰措施是非常重要的。外界干扰的主要来源有： 电源的干扰供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。 感应电压的干扰PLC周围邻近的大容量设备启动和停止时，因电磁感应引起的干扰;其它设备或空中强电场通过分布电容串入PLC引起的干扰。 输入输出信号的干扰输入设备的输入信号线间寄生电容引起的差 模干扰和输入信号线与大地间的共模干扰;在感性负载的场合，输出信号由断开一闭合时产生的突变电流和由闭合一断开的反向感应电势以