基于PLC的物料运送控制系统的设计

1、毕 业 设 计题目：基于PLC的物料运送控制系统的设计 姓 名： 学 号： 学 院： 专 业： 指 导 教 师： 协助指导教师： XX年X月 X日摘要可编程逻辑控制器，简称PLC，是一种工业控制微型计算机。它的编程方便、操作简单尤其是高通用性等优点，使它在工业生产过程中得到了广泛的应用。其中的一个应用便是运料小车的控制，主要用到的便是他的逻辑控制功能。本文主要介绍西门子的PLC产品以及其对应的软件，并且用它来进行五个控制台作业的运料小车的控制编程。关键词： PLC； 运料小车AbstractProgrammable Logic Controller，which used to be calle

2、d PLC for short ,as one kind of industries control microcomputer obtained the wide application in the industrial production process, for its easy programming, easy operation, and so on. One of which is the control of material-carried dolly, and the main function of which used is logic control. This

3、article mainly talks about the product of Twido plc and Twidosoft, and use this software to control the material-carried dolly, which has five flat.Key words: Twido PLC; material-carried dolly;目 录前 言 2第1章、可编程控制器（PLC）概况 4第1.1节PLC的定义 4第1.2节 PLC的发展 4第1.3节PLC的特点 5第1.4 节PLC的基本组成及各部分作用 5第1.4节 PLC的应用领域8第2章

4、、硬件介绍10第3章、西门子S7系列 PLC 12第3.1节 西门子可编程控制器一未找到图形项目表。体型控制器 12第3.2节 西门子可编程控制器软件的介绍 13第4章、运料小车的程序设计 16 第4.1节 I/O地址分配表16第4.2节PLC硬件电气连接图 16第4.3节 运料小车控制系统流程图17第4.4节 控制程序梯形图17第5.5节 梯形图对应的指令语句 20结束语23参考文献24致谢25前 言在中国，运料小车半自动化控制前景美好，在许多公司的装配车间得到广泛的运用。随着科技的发展，技术的不断更新，使得工业生产趋向于半自动化、自动化、无人工厂的方向发展，其中PLC技术的运用成为自动化技

5、术的主流之一。大学生涯就要以这篇毕业论文作为结局，将所学的东西融会贯通。恰好所做的毕业设计是课程开过的PLC，尽管不是同一个类型的，所编的程序也是不相同的，但是对应毕业设计的上手还是可以比较快的了。这论文的时候，自己还是写作前期还是一叶蔽目，毫无头绪。但是在查阅了相关的资料后也是对施耐德的硬件及其软件有了比较好的认识。这篇论文是以施耐德的Twido系列PLC为主要载体，结合他对应的Twidosoft来对运料小车的控制进行编程，虽然没有具体的见到他的硬件，但是也对这样一个程序对应的接口做了了解。本文主要是在对PLC进行系统的介绍后，进入具体施耐德的PLC，针对TWDLCDA24DRF这个型号进行

6、硬件及其软件的介绍，最后写出运料小车对应PLC的接口图及其对应的程序。由于个人或时间等因素，还不能将这篇论文写的完美，所以有错误的地方还请各位老师同学不吝指教。第一章可编程控制器（PLC）概况1.1PLC的定义国际电工委员会(International Electrical Committee- IEC),1987年的第三版对PLC作了如下的定义: 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、计算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，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器实际

7、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。1.2PLC的发展1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，并公开招标提出十项标准:(1)编程方便，现场可修改程序；(2)维修方便，采用模块化结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；(4)体积小于继电器控制装置；(

8、5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制装置竞争；(7)输入可以是交流115V；(8)输出为交流115V, 2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；(9)在扩展时，原系统只要很小变更；(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年，美国数字公司(DEC)研制出了第一台可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，很快在美国其它工业领域推广使用。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有了第五代PLC产品。1.3PLC的特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的:1)功能齐

9、全，它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；2)应用灵活， 其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；3)操作方便，维修容易，稳定可靠。尽管PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。1.4 PLC的基本组成及各部分作用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

10、主机。另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，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1/0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

11、。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

12、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

13、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.目前较先进的

14、PLC(如欧姆龙公司的CPMIA型PLC)采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。(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

15、，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、 1/0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

16、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

17、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

18、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，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。1.5PLC的应用领域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，同时日常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而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石

19、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，使用情况主要分为如下几类:(1)开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，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)工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广

20、泛的应用。(3)运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。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，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(4)数据处理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。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。(5)通信及联网PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，

21、其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。第二章 硬件介绍图2-1为送料小车的模拟图图2-1运料小车是工业逗料的主要设备之一。广泛应用于自动生产线 冶金、有色盒属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。本系统的结构工作原理图如图1-1，包括带导轨的运行工作台，DC24V电机，行程开关，起停按钮，PLC可编程控制器，DC24V继电器，DC12V直流电源等。图1-1是一个运料小车工作示意图，每个工作台设有一个到位开关(SQ)和一个呼 叫按钮(SB)。系统的设计要求为：（1）、按下启动按钮

22、,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钮的编码时，小车向右运行，运行到呼叫按钮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钮的编码时，小车向左行，运行到呼叫按钮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钮的编码时，小车保持不动；（5）、呼叫按钮开关应具有互锁功能，先按下者优先。图2-2为PLC输出的电压转换电路图1-2中采用2个DC24V继电器和1个12V直流电源来实现直流电机的正反转，2个继电器线圈直接接到可编程控制器的输出端。当继电器线圈1得电时继电器1的触点由k1转换到k2，而继电器线圈2

23、的触点状态不变，电流流向如I1所示，驱使DCI2V电机按一定方向运转：当继电器线圈2得电时，继电器线圈I触点状态不变，而继电器线圈2的触点由k3转换到k4，电流流向如I2所示驱使DC12V电机按相反的方向运转。图2-2第三章 西门子S7系列 PLC3.1 西门子可编程控制器一体型本体控制器图3-1为西门子S7-200型可编程本体控制器图3-11 两个铰接的接线端子盖板。2 一个门式盖板。3 一个 mini-DIN 型 RS 485 串口连接器 (可用于连接编程终端)。4 一个插槽 (由一个可拆卸式盖板保护) 用于安装数字诊断/维护显示器模块 TWDXCP ODC。5 一个螺钉端子块，用于传感器

24、的 24 V 直流电源以及输入传感器的连接。6 一个用于 I/O 扩展模块 TWD Dpp, TWD App 和 TWD NOI 10M3 (在 24个 I/O 的 图3-1本体控制器上最多为 4个模块，在 40个 I/O 的本体控制器上最多接 7 个模块) 的连接器。7 一个显示区域，显示:- 控制器状态 (PWR, RUN, ERR 和 STAT)，- 输入及输出状态 (INp 和 OUTp)。8 一个螺钉端子块，用于连接输出执行器。9 两个模拟电位器 (10 或 16个 I/O 的型号为一个电位器)。10 一个扩展连接器，用于增加第二个 RS 232C/RS 485 串口，该串口可以使用

25、 TWDNAC ppp 适配器(除 10个 I/O 的本体控制器外)。11 一个螺钉端子块，用于连接 100-240V 交流电源或 19.2-30V 直流电源。12 一个连接器 (位于控制器底部)，用于:- 安装存储卡插件 TWD XCP MFK32 或实时时钟插件 TWDXCP RTC，可用于本体控制器 TWDLCpAppDRF。- 安装存储卡插件 TWD XCP MFK64 或存储卡插件TWDXCPMFK32，可用于本体控制器 TWDLCAp40DRF (内置实时时钟)。13 一个 RJ45 连接器 (位于控制器底部)，用于连接到以太网、仅在 TWD LCAE40DRF 上配备。一体型本体

26、控制器不仅可以允许导轨安装，也可以通过安装面板 TWD XMT5 (5 件一包) 允许面板安装 (2 x Ø4.3 孔)。3.2 西门子可编程控制器软件STEP7-Micro/WIN介绍图3-2为STEP7-Micro/WIN的编程环境：图3-2STEP7-Micro/WIN是基于控制程序来读输入，写输出，并且解决逻辑问题，有以下三种方法来创建控制程序：1. 指令表：一个指令表程序是由布尔指令写成的一个逻辑表达序列。2. 梯形图：梯形图是图形方式的逻辑表达。3. 顺序功能图：顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，步、转换和动作是顺序功能图中的3种主要组件。4功能块图 功能图是一种类

27、似于数字逻辑电路的编辑语言，该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑与运算关系。5.结构文本 它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。 由于编程是用梯形图来编程，所以这里也就只介绍梯形图。梯形图编辑器是一个基于图形的程序编辑器，用来创建和编辑梯形图。如图3-3所示。图3-3梯级头用来说明这个梯级在梯形图中的用途梯形图编程可以相应的转换为指令程序，对应的如图3-4 图3-4由于没有实际的用到PLC，所以对这个软件的认识也只是停留在理论的阶段，它的一些I/O端口的链接并不是十分的清楚，不过对于它的编程语言有了很多的了解，本程序中用到的地址是%MW,用R0,R1标记。第四章 运料小车的程

28、序设计4.1 I/O地址分配表图4-14.2 PLC硬件电器连接图图4-2（每个图必须要有名称）TWIDIOPLC电源用的是220V？4.3 运料小车控制系统流程图图4-34.4 控制程序梯形图（1） 图4-4梯形图为小车起停的程序，按下启动按钮小车运动，M0得电并且保持，按下停止按钮，I0.1得电，M0失电。图4-4(2) 图4-5梯形图为五个行程开关梯形图，5个行程开关用数字04表示，当小车到达1号时，I0.2得电，将数字0传入MW0(用R0表示)中；以此类推。 图4-5(3)  图4-6梯形图为五个呼叫按钮梯形图，5个呼叫用数字04表示，当一号按钮被按下时，I0.7得电，将数字

29、0传入MW1（用R1表示）中，以此类推，M4是实现自锁功能的作用，将在下面的梯形图中讲到。图4-6（4） 图4-7梯形图用于实现自锁功能，当按下某个呼叫按钮时，同时触发M4，并保持，使获得优先权，按下别的按钮将无效，M2是当小车位置和按钮编码相同时触发，使M4失电，恢复到最初的情况。 图4-7(5) 图4-8梯形图为比较梯形图，当小车所处位置大于呼叫按钮的编码时，M1得电，小于时M3得电，等于时M 2得电，同时失M4失电。图4-8(6) 图4-9梯形图为小车控制运动梯形图，当M1得电时，Q0.0输出，小车左行，当M2得电时，Q0.1输出，小车向右行。图4-94.5 梯形图对应的指令语句(* 小

30、车起停 *)(* 按下启动按钮小车运动，M0得电并且保持，按下停止按钮，I0.1得电，M0失电 *)LD %I0.0OR %M0ANDN %I0.1ST %M0(* 五个行程开关梯形图 *)(* 5个行程开关用数字04表示，当小车到达1号时，I0.2得电，将数字0传入MW0中；以此类推 *)LD %I0.2AND %M0 %MW0 := 0 LD %I0.3AND %M0 %MW0 := 1 LD %I0.4AND %M0 %MW0 := 2 LD %I0.5AND %M0 %MW0 := 3 LD %I0.6AND %M0 %MW0 := 4 (* 五个呼叫按钮梯形图 *)(* 5个呼叫用数字04表示，当一号按钮被按下时，I0.7得电，将数字0传入MW1中，M4是实现自锁功能的作用；以此类推 *)LD %I0.7ANDN %M4AND %M0 %MW1 := 0 LD %I0.8ANDN %M4AND %M0 %MW1 := 1 LD %I0.9ANDN %M4AND %M0 %MW1 := 2 LD %I0.10ANDN %M4AND %M0 %MW1 := 3 L