装卸料小车多方式运行的PLC控制系统设计

1、唐山工业职业技术学院 毕业设计（论文、创作）说明书 题目装卸料小车多方式运行的PLC控制系统设计 系别 自动化工程系 班级 10电气12 姓名 崔长远 学号 108993339 指导教师 石连文 2013年 04月 20日 目 录 摘要1关键字1一、概述21.1控制系统在运输小车中的作用与地位2 1.2运料小车的发展概况2 1.3 本课题研究的主要内容2 二、功能需求分析22.1控制系统介绍22.2可编程控制器 PLC的特点32.3运输小车系统方案的选择42.4运料小车控制系统的控制内容与要求42.5方案论证5 三、具体设计6 3.1 PLC的选择和程序设计63.2系统变量定义及分配表63.3

2、控制系统程序设计7 3.4系统接线图设计7 3.5系统调试及结果分析15 四、总结16 参考文献17装卸料小车多方式运行的PLC控制系统设计 10电气12崔长远摘 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

3、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点一、概述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

4、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 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

5、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

6、，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 本课题研究的主要内容通过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。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。二、功能需求分析2.1控制系统介绍本控制系统主要是用于控制运输小车的自动运输。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。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

7、钮，这些是PLC的输入元件(I2.0，I2.1)；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，电动机正转反转各需要一个接触器，是PLC的执行元件。另外各工位还要有指示灯作呼车显示。因为小车到达每个工位要停止，所以每个工位要装有限位开关，当小车到达各个工位碰撞限位开关，限位开关给PLC一个信号使电机停止转动，小车失去动力停在这个呼车工位。电动机和指示灯是PLC的控制对象。各工位的限位开关和呼车按钮的布置如图1-1所示， 图1-1 各工位的限位开关和呼车按钮的布置图中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：

8、(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(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，自动停车。(4) 在小车到达呼车位的30s时间内(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。2.2可编程控制器 PLC的特点可编程控制器 PLC对用

9、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，具有可靠性高，抗干扰能力强、配套齐全，功能完善，适用性强、易学易用、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造、体积小，重量轻，能耗低2.3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

10、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，因此我们归纳出：可编程控制器PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；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。2.4运料小车控制系统的控制内容与要求2.4.1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1-1所示：运料

11、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3-2三相异步电动机正反转主电路图在生产线上有8个编号为l8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。2.4.2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，系统等待30秒开始工作，按下停止按钮，系统停止工作；（2 ）若某工位呼车(按本位的呼车按钮)时，则呼车指示灯熄灭，表示此后呼车无效。（3 ）系统停止时，呼车

12、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，自动停车。（4） 在小车到达呼车位的30s时间内(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。2.5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。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、体积小、有很高的可靠性、控制功能强、低功耗、低电压，便

13、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:启动按钮停止按钮8个呼叫按钮8个行程按钮PLC三相异步电动机图3-3运料小车控制系统图三、具体设计3.1 PLC的选型和程序设计在PLC日益成为工厂自动化基本技术平台的时代，如何选用一部适合的PLC即

14、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。因为该设计需要18个输入和11个输出故需要CPU有至少18个数字量输入PLC，故满足这一技术要求的S7-200系列PLC的CPU类型有224、224XP、226等。PLC的选型不但要满足技术要求，还要考虑到经济性，因此这里选用S7-200系列的226PLC。3.1.1 S7-200 CPU 226简介CPU226集成24输入/16输出共40个数

15、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通讯协议和自由方式通讯能力。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。3.2系统变量定义及分配表根据控制要求，PLC控制运输小车的输入输出(I0)地址编排如下表所示: 表4-1 I/O地址分配输入输出I2.0起始按钮SB9Q0.0电动机正传KM1I2.1停止按钮SB10Q0.1电动机反传KM2I0.01号工位呼车SB1Q0

16、.2呼车指示灯HLI0.12号工位呼车SB2Q1.01号工位成功呼车指示灯I0.23号工位呼车SB3Q1.12号工位成功呼车指示灯I0.34号工位呼车SB4Q1.23号工位成功呼车指示灯I0.45号工位呼车SB5Q1.34号工位成功呼车指示灯I0.56号工位呼车SB6Q1.45号工位成功呼车指示灯I0.67号工位呼车SB6Q1.56号工位成功呼车指示灯I0.78号工位呼车SB7Q1.67号工位成功呼车指示灯I1.01号工位限位开关SQ1Q1.78号工位成功呼车指示灯I1.12号工位限位开关SQ2I1.23号工位限位开关SQ3I1.34号工位限位开关SQ4I0.45号工位限位开关SQ5I1.56

17、号工位限位开关SQ6I1.67号工位限位开关SQ7I1.78号工位限位开关SQ83.3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；输出220VAC，16点；电源电压为220V 50Hz。 图4-1 系统接线图3.4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: 系统启动传送停车位信号传送呼车位信号何处呼车车呼车信号封锁小车驶向高位小车驶向低位小车到达呼车位停30s有呼车解除呼叫信号封锁有

18、无高位呼低位呼 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，可以确定本次设计的自动运输小车梯形图分别如下3.4.1系统的起停控制按下启动按钮SB9则输入点I2.0接通，M0.0保持得电系统运行。 M0.0得电常开闭合定时器T37开始计时，计时器定时设置30秒，三十秒后T37的常触点闭合。 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。3.4.2系统的呼车控制中间继电器M1.0-M1.7各代表1号工位到8号工位呼车状态，而Q1.0-Q1.7各代表呼车成功的状态，如果此工位呼车成功，本工位小灯就点亮直到小车运动至本工位熄灭。 3.4.3系统的呼车反转控制当呼车位号小于

19、停车位号时，电动机反转，小车自动向低位行驶；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 。3.4.4系统的呼车正转控制呼车位号大于停车位号时，电动机正传，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 。电动机反转，小车自动向低位行驶，中间继电器M4.0-M4.6并联输出Q0.1。电动机正传，小车自动向高位行驶，中间继电器M3.0-M3.6并联输出Q0.0。3.5系统调试及结果分析3.5.1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

20、安装启停按钮，启动后呼车指示灯点亮。（2）然后考虑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，还有就是电动机正传时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，I2.0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I1.0-I1.7所对应的指示灯亮，根据小车停止的位置，判断小车即将是向高位行驶还是低位行驶，确定输出正反转继电器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，此时手动按下对应的限位开关，I0.1-I0.7对应的灯也亮，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,I2.1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要求。3.5.2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个工位中任意