基于PLC的机械小车运料自动控制系统设计论文说明

1、基于PLC的机械小车输送物料自动控制系统摘要早期机械手推车的电气控制系统大多是由继电器和接触器组成的复杂系统。该系统的缺点是设计周期长、体积大、成本高，几乎没有数据处理和通信功能，必须由专人操作。将PLC应用于机械小车的电气控制系统，可以实现机械小车的自动化控制，降低系统运行成本，节省人工。本PLC机械运输小车电气控制系统具有连接简单、控制速度快、精度高、可靠性和可维护性好、安装维修改造方便等优点。本设计以PLC控制技术为核心，采用德国西门子S7-200 PLC，探讨了机械物料运输小车控制系统的软硬件设计方案和控制原理，实现了机械物料运输小车的自动化控制。 .通过实际应用，表明所设计的控制系统

2、运行可靠，满足实际需要。关键词： 机械运输小车PLC自动控制目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc355599525 前言 PAGEREF _Toc355599525 h 1 HYPERLINK l _Toc355599526 1.1设计背景及意义 PAGEREF _Toc355599526 h 1 HYPERLINK l _Toc355599527 1.2设计成果 PAGEREF _Toc355599527 h 3 HYPERLINK l _Toc355599528 2 PLC概述 PAGEREF _Toc355599528 h 4 HYPERLINK l _T

3、oc355599529 2.1 PLC 4的产生与定义 PAGEREF _Toc355599529 h HYPERLINK l _Toc355599530 2.1.1 PLC 4代 PAGEREF _Toc355599530 h HYPERLINK l _Toc355599531 2.1.2 PLC PAGEREF _Toc355599531 h 4的定义 HYPERLINK l _Toc355599532 PLC的发展与趋势 PAGEREF _Toc355599532 h 5 HYPERLINK l _Toc355599533 2.3 PLC PAGEREF _Toc355599533 h

4、7的特点和功能 HYPERLINK l _Toc355599534 2.3.1 PLC PAGEREF _Toc355599534 h 7的基本特点 HYPERLINK l _Toc355599535 2.3.2 PLC PAGEREF _Toc355599535 h 8的功能 HYPERLINK l _Toc355599536 2.3.3 PLC和DCS 、工业PC PAGEREF _Toc355599536 h 8 HYPERLINK l _Toc355599537 2.4 PLC的基本组成及其功能 PAGEREF _Toc355599537 h 9 HYPERLINK l _Toc355

5、599538 PLC的工作原理 PAGEREF _Toc355599538 h 11 HYPERLINK l _Toc355599539 2.6 PLC 12的工作过程 PAGEREF _Toc355599539 h HYPERLINK l _Toc355599540 3原理图设计 PAGEREF _Toc355599540 h 13 HYPERLINK l _Toc355599541 3.1方案比较 PAGEREF _Toc355599541 h 13 HYPERLINK l _Toc355599542 3.2系统说明 PAGEREF _Toc355599542 h 14 HYPERLINK

6、 l _Toc355599543 3.3控制要求 PAGEREF _Toc355599543 h 14 HYPERLINK l _Toc355599544 3.4主要电气元件配置 PAGEREF _Toc355599544 h 15 HYPERLINK l _Toc355599545 3.5 PLC型号的选择 PAGEREF _Toc355599545 h 17 HYPERLINK l _Toc355599546 4 PLC控制系统硬件设计 PAGEREF _Toc355599546 h 19 HYPERLINK l _Toc355599547 4 . 1系统主回路和控制回路设计 PAGERE

7、F _Toc355599547 h 19 HYPERLINK l _Toc355599548 4.1.1硬件设计概述 PAGEREF _Toc355599548 h 19 HYPERLINK l _Toc355599549 4.1.2系统主回路设计 PAGEREF _Toc355599549 h 19 HYPERLINK l _Toc355599550 整体电路图 PAGEREF _Toc355599550 h 见附录1 20 HYPERLINK l _Toc355599551 4.2机械运输小车20控制系统的实现原理 PAGEREF _Toc355599551 h HYPERLINK l _

8、Toc355599552 4.2 PLC 22外部接线图 PAGEREF _Toc355599552 h HYPERLINK l _Toc355599553 根据机械搬运小车的工作原理和I/O地址分配表，画出PLC的外部接线图，如下： PAGEREF _Toc355599553 h 22 HYPERLINK l _Toc355599554 5 PLC控制系统软件设计 PAGEREF _Toc355599554 h 24 HYPERLINK l _Toc355599555 5.1 S7 编程的基本步骤 PAGEREF _Toc355599555 h 24 HYPERLINK l _Toc3555

9、99556 5.1控制系统时序功能图 PAGEREF _Toc355599556 h 24 HYPERLINK l _Toc355599557 5.2控制系统梯形图 PAGEREF _Toc355599557 h 25 HYPERLINK l _Toc355599558 7 STEP7-Micro/WIN编程软件的应用 PAGEREF _Toc355599558 h 27 HYPERLINK l _Toc355599559 结论 PAGEREF _Toc355599559 h 30 HYPERLINK l _Toc355599560 至 PAGEREF _Toc355599560 h 32 H

10、YPERLINK l _Toc355599561 参考文献 PAGEREF _Toc355599561 h 34 HYPERLINK l _Toc355599562 附录： PAGEREF _Toc355599562 h 35 HYPERLINK l _Toc355599563 外文资料和中文翻译 PAGEREF _Toc355599563 h 35前言1.1 设计背景及意义PLC控制系统的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的所有领域。在各种应用领域，特别是在生产过程和科研行业领域，电气控制技术的应用更为广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他控制方式更为普遍。长期以来，PLC一直是工业自动

11、化控制领域的主战场，为各种自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。可为自动化控制应用提供安全、可靠、相对完善的解决方案，适合当前工业企业对自动化设备的要求。由于计算机技术和微电子技术的飞速发展，极大地促进了PLC的发展，PLC的功能日益增强。例如PLC可以进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，很容易实现需求。柔性制造系统。远程通讯功能的实现使PLC功能更加强大。目前，PLC已成为工业控制的标准设备，其应用几乎涵盖了所有工业企业。 PLC 是一种固态电子设备，它使用存储的程序来控制机器的操作或一系列过程。 PLC 通过输入/输出 (I/O) 设备致控制信号和接收输入信号。由于PLC集计算机和自

12、动化技术于一体，它日新月异地发展，大大超过了它出现时的技术水平。它不仅可以轻松完成逻辑、时序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，还可以通过输入输出接口与各种生产机械的数字量和模拟量建立连接，从而实现生产过程的自动化控制。 .特别是超大规模集成电路的飞速发展和信息网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使其具备了强大的网络通信能力，从而在众多行业中得到了更广泛的应用。进入21世纪，中国是一个发展中国家。加快科技发展，缩小与发达国家的差距，还需要长期的努力，也有很多有利条件。中国企业现代生产规模的不断扩大和深化，使产品的运输成为生产物流系统中的重要环节。采用小车的自动控制来实现输送产品的控制系统。

13、随着PLC的发展，这种控制系统被广泛应用于国外生产线的输送控制系统，一些厂家还开发了专门的逻辑。加工控制芯片，我国工控企业的物料运输台车自控系统大部分是从国外进口，成本高。为适应现代生产流通的需要，将PLC技术与自动化技术相结合，充分利用我国工业控制企业的生产线，让系统在各种环境下工作，可以达到低成本的目的、维护方便、控制容易、安全可靠、效率高。传统的物料运输小车大多采用继电器控制，继电器控制存在接线多、故障率高、维修困难等缺点。例如，在整个作业过程中，物料运输小车的速度很难设定。如果太快，由于物料运输小车在启动和制动过程中的惯性难以控制的缺陷，物料容易下落和散落，不能达到安全性。开始停止。P

14、LC在技术和行业影响力方面发挥着重要作用。用PLC控制代替继电器控制已成为大势所趋。随着PLC的不断发展和创新，生产线的输送控制也不断完善，生产效率不断提高。物料运输小车的自动控制系统经历了以下几个阶段： （1）手动控制：但由于技术不够成熟，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高的缺陷，几乎没有数据处理和通讯功能，必须由专人操作。(2)自动控制：通过机器人技术，自动化设备最终实现了PLC在台车自动控制系统中的自动化应用。(3)全自动控制： PLC多采用CPU结构，向高性能、高速、大容量方向发展。为了提高生产车间的物流自动化水平，实现生产环节之间的运输自动化，实现车间物料搬运的全自动化，很多企业

15、在生产车间广泛使用无人小车，物料运输小车自动行走。在车间工作台或生产线之间来回装卸。由于物料运输小车自动来回的实际意义，可以实现物料运输小车的自动控制，降低系统的运行成本。1.2 设计成果介绍了一种基于西门子S7-200 PLC控制的自动控制物料运输小车系统的设计方案。将PLC应用到物料运输台车的自动控制系统中，可以实现台车的自动控制，降低系统的运行成本。本发明的物料运输小车PLC自动控制系统具有连接简单、控制速度快、精度高、可靠性和可维护性好、维修改造方便等优点。采用PLC控制技术，可实现物料运输小车的相关运动，一个周期的物料运输小车运动由4段组成。假设手推车最初位于左端。当按下启动按钮时，

16、小车将自动循环工作。如果按下停止按钮，则小车将在完成此循环工作后停止在初始位置。本设计的控制系统采用PLC编程语言梯形图。梯形图是可编程控制器中使用最广泛的语言，因为它在继电器的基础上增加了许多功能并使用了灵活的指令。逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，实现的功能也大大超越了传统的继电器控制电路。可编程控制器是一种以数字方式运行的电子系统，专为在恶劣的工业环境中使用而设计。它使用可编程存储器来存储用于执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算的指令，并使用模拟输入和输出来控制各种机械或生产过程。2 PLC 概述2.1 PLC的产生与定义2.1.1 P生成 LC最初的电气自动控制装置是继电器

17、-接触器控制系统，它是由继电器、接触器、按钮、开关等为主要部件组成的逻辑控制系统。结构简单，生产成本低，抗干扰能力强。具有故障排除功能强大、直观方便、应用广泛等特点。不仅可以实现生产设备和生产过程的自动化控制，而且可以满足大容量、远距离、集中控制的要求。因此，直到今天，“继电器-接触器控制系统”仍然是工业自动控制领域最基本的控制系统之一。但是，由于“继电器-接触器控制系统”的控制元件都是独立的元件，这就决定了系统的“逻辑控制”和“顺序控制”功能只能通过控制元件之间的不同连接来实现。因此，不可避免地存在以下缺点： 1）通用性和灵活性差； 2）运行成本高，噪音大； 3）体积大，耗材高； 4) 功能

18、限制； 5）可靠性低，使用寿命短； 6）没有现代工业控制系统所需的数据通讯、网络控制功能。为解决“继电接触器控制系统”通用性差、灵活性差、功能限制大、缺乏通讯和网络等问题。 1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）提出了一种新型控制器的十项技术要求，并向社会投标。于是，PLC应运而生。2.1.2 P信用证的定义1969年，美国GOULD公司首先将PLC技术商业化并推向市场； 1971年，日本引进美国技术后，研制出自己的第一台PLC； 1973年，德国SIEMENS公司研制出欧洲第一台PLC； 1974年，法国随后开发了PLC。到 1970 年代中期，PLC 开始使用微处理器。 19

19、80 年，美国国家电子制造协会 (NEMA) 对其可编程控制器的定义如下：可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是带有指令存储器的数字或模拟输入/输出接口；主要是基于位运算；可完成逻辑、时序、定时、定时和算术运算；面向机器或生产过程的自动控制装置。2.2 PLC的发展与趋势尽管PLC问世不到40年，但它具有使用灵活、编程方便、可靠性高、体积小、性价比高等优点，使其广泛应用于机械、冶金、化工、轻工等行业。 、纺织等行业。应用程序。同时，微电子技术和信息技术的飞速发展为PLC的发展提供了技术保障，使得PLC的结构和性能与传统意义上的PLC大不相同。P

20、LC的发展过程可以分为四个阶段。(1) 1970-1980：PLC结构定型阶段。在这个阶段，由于PLC的诞生，各种类型的顺序控制器不断产生，但很快就被淘汰了。最后，现有的以微处理器为核心的PLC结构得到了市场的认可，并得到了迅速的发展和推广。这一阶段是PLC的原理、结构、软硬件趋于成熟的阶段，PLC的应用领域也开始向机床和生产线领域扩展。(2) 1980-1990年：PLC推广和系列化阶段。现阶段PLC生产规模扩大，价格下降，PLC迅速普及。各PLC厂家产品的规格已形成固定I/O点型、基本单元加扩展模块型、模块化结构型的基本结构模式。现阶段，西门子主要专注于最早的S3系列PLC产品； 1978

21、年后逐渐被S5系列所取代。(3) 1990-2000：PLC高性能和小型化阶段。现阶段，随着微电子技术的发展，PLC的功能与日俱增，PLC的CPU运算速度越来越快，位数越来越多，从而不断开发出使用各种特殊控制功能的模块, PLC 由单个序列控制。发展到现场控制。现阶段，在性能提高的同时，PLC的体积也大大减小，各种小型化、小型化的PLC出现。 SIEMENS公司的PLC产品开始从S5系列过渡到S7系列。 1995年后推出S7-200/300/400等小、中、大型PLC系列产品。(4) 2000年至今：PLC功能开发和联网阶段。现阶段，为适应信息技术和工业自动化发展的需要，PLC的各种功能不断开

22、发和完善。一方面，PLC在不断提高速度和位数的同时，开发了适用于过程控制和运动控制的特殊功能和模块，使PLC的应用覆盖了工业自动化的各个领域。与此同时，PLC的网络和通讯功能也得到了迅速发展。 PLC不仅可以连接传统的编程和通用输入/输出设备，还可以通过各种总线形成网络系统，为工厂自动化奠定基础。现阶段，西门子的PLC产品仍以S7-200、S7-300、S7-400为主要产品，但性能不断提升和提升，新的CPU模块型号陆续推出。作为PLC的发展趋势，它仍然主要体现在两个方面：体积缩小和性能提升。(1) 体积小型化电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。与早期的PLC相比，现代PLC的部件

23、有很大的不同，PLC的体积大大减小。例如SIEMENS公司的S5-115、S7-300PLC在宽度、高度和厚度方面都有所减小。(2) 性能提升PLC的性能主要包括CPU性能和I/O性能。随着微处理器性能的不断提高，PLC CPU的基本性能也同步发展，体现在运算速度、数据处理能力、存储容量等方面。与S5系列相比，S7-300运算速度提升16倍，基础存储容量提升12倍，最大存储容量提升近200倍，多种编程方式均可用过的。在I/O性能方面，主要体现在可以通过PLC控制和连接专用PLC模块和系统的通讯端口，体现了PLC的集中控制和网络连接能力。网络连接能力是当代PLC的发展趋势。是信息技术发展对自动化

24、设备提出的新要求。它是实现工厂自动化和现代化管理的需要，是计算机集成制造的基础。并通过现场总线等形式，进行现场之间的通讯和连接，实现集中统一的控制和管理；通过网络连接，奠定工厂自动化和现代化管理的基础。此外，可靠性的提高和价格的不断下降，提高了PLC的性价比。2.3 PLC的特点和功能2.3.1 P液相色谱的基本特点(1) 高可靠性PLC作为通用工业控制器，必须在各种工业环境中正常工作。对工作环境要求低、抗干扰能力强、平均无故障工作时间长，是PLC广泛应用于各行业的重要原因之一。 PLC的可靠性与软硬件设计的设计制造密切相关。硬件设计在PLC的硬件设计中，采用光电隔离、开关电源、选用高可靠性器

25、件、有效抗干扰、电磁屏蔽等措施来提高PLC的可靠性。软件设计在软件设计中，采用了特殊的“循环扫描”方法和特殊的编程语言，采用了系统程序和用户程序相对独立的软件结构。(2) 易于使用由于大部分PLC采用基本单元加扩展或模块化结构，输入/输出信号的数量、形式和驱动能力可根据实际控制需要选择确定，并可随时更换或增加。减少I/O模块； PLC具有特殊的功能模块，可以满足不同的控制要求，使用灵活多变； PLC程序可现场通过个人电脑随时调整修改，系统信号及工作状态也可调整修改。动态监控、调整、维护等(3)功能完善，应用灵活。(4)环境要求低，适应性强。(5)体积小、重量轻、能耗低。(6)维护工作量小，维护

26、方便。(7)系统的设计、安装、调试工作量少。2.3.2 P液晶的功能(1) 基本控制功能。可对开关量进行逻辑运算和处理，实现定时、计数、代码转换、数据比较等功能；(2) 特殊控制功能。通过PLC的特殊功能模块，PLC可用于温度、电压、速度、位置等控制场合，对模拟量和数字量进行处理和控制。(3)通讯和网络功能，PLC可以与外围设备进行数据通讯，形成PLC网络系统和工厂自动化系统。2.3.3 PLC 和 DCS，工业 PC自微机问世以来，工业控制一直是一个重要的应用领域。在工业控制中，除了PLC，工业控制计算机（简称PC）和分布式控制系统（简称DCS）也是代表产品。PLC与工业PC和DCS的主要区

27、别在于：硬件方面，工控机采用通用计算机的结构，具有兼容性强、通讯方便等特点； DCS专注于模拟输入/输出的控制和回路调节功能的设计；而PLC则侧重于开关量逻辑控制。软件方面，工控机可以使用多种应用程序，满足复杂算法、实时性强的控制要求； DCS在模拟量处理和PID调节操作方面有其优势； PLC对基础应用人员采用简单的编程语言和特殊的程序执行模式（循环扫描），工控机和DCS在编程的方便性、直观性和操作可靠性方面与PLC不同。2.4 PLC的基本组成及其功能PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入接口电路、输出接口电路、通讯接口、电源等部分组成。PLC的软件主要是系统程序和应用程序。

28、PLC系统程序一般由管理程序、指令译码程序、标准程序块三部分组成； PLC用户程序是指PLC用户根据各种控制要求和控制条件编写的PLC用户程序，通常称为“用户程序”。程序”。(1) 中央处理器 (CPU)PLC的CPU在系统程序的控制下工作，主要功能是对PLC进行循环扫描处理，包括执行输入采样、执行PLC用户程序、内部诊断、通讯处理和输出刷新五个方面.(2) 内存PLC部分使用的存储器按用途分为：系统程序存储器、用户程序存储器、部分数据存储器。在 S7-200 中，系统存储器单独存储在 ROM 中。用户存储器采用EEPROM，分为“用户程序存储区”、“参数存储区”和“保持数据存储区”三个区域。

29、 “用户程序存储区”用于PLC用户程序； “参数存储区”用于存储PLC软硬件配置参数； “保留数据存储区”用于存放需要断电保存的部分数据存储器。数据存储器在 S7-200 中称为“数据存储区”，存储在动态 RAM 中。(3) 输入接口电路输入接口的作用是完成外部信号到PLC信号的转换。一般情况下，来自生产设备或控制现场的各种输入信号可以通过输入接口电路转换成PLC控制所需的TTL电平直接由CPU处理，模拟信号可以转换成PLC部分。所需数字等输入接口电路一般由信号连接器件（如端子、插头等）、输入电路（RC滤波器、限流电路、整流电路、稳压电路等）、信号隔离/电平转换电路（如如光耦器件、模拟开关等）

30、、输入信号寄存器电路等环节。(4) 输出接口电路输出接口的主要功能是完成PLC信号到外部信号的转换。通过输出接口电路，将CPU处理的逻辑运算结果转换为外部执行元件所需的控制信号，将处理后的数字信号转换为外部控制、显示等所需的模拟量。输出接口电路一般由信号连接器件（如端子、插头等）、输出驱动电路（如中间继电器、大功率晶体管、双向晶体管等）、信号隔离/电平转换电路（如光耦器件、模拟开关等）、输出信号寄存器电路等环节。(5) 通讯接口通讯接口的主要功能是实现PLC与外部设备之间的数据交换。最基本的通信接口包括RS-232、RS-422、RS-485等标准串行接口。(6) 电源PLC的外部输入电源有两

31、种：交流输入和直流输入。由于PLC部门一般采用开关电源，大部分PLC对输入电压要求不高。交流输入，一般为单相AC85-260V，50/60HZ；对于直流输入，需要DC15.6-31.3V，但有些PLC对“纹波”有一定的要求。PLC部分电源的作用主要是为PLC部分的TTL集成运放等元器件提供工作电源。因此需要将外部输入转换成DC5V、DC24V等不同电压。2.5 PLC的工作原理在PLC电路中，PLC可分为输入电路、部分控制、输出电路三部分。输入电路代表实际PLC的输入接口电路板、输入采样、输入缓冲器等部分；部分控制电路代表实际PLC的控制程序执行过程；输出电路代表实际PLC的输出接口电路、输出

32、刷新、输出缓冲器。等等。(1) 输入电路它由外部输入信号、PLC输入端子和等效输入继电器三部分组成。外部输入信号通过PLC的输入端子和输入继电器连接。每个输入继电器与输入信号一一对应。当外部输入为“1”时，输入继电器“线圈”得电，控制电路中相应的输入接点“吸合”。(2) 输出电路它由输出接点、PLC输出端子、输出执行器三部分组成。外部输出触点通过 PLC 的输出端子连接到输出执行器。每个输出触点与外部控制电路中的输出线圈一一对应。当输出线圈为“1 ”时，输出触点接通，每个输出线圈只能有一个触点用于驱动外部执行器。(3) 部分控制电路由PLC用户程序转换而来，将PLC程序中的顺序控制逻辑转换为普

33、通的继电器控制电路。在部分控制电路中，PLC的定时器和计数器可以等效为继电器控制电路的时间继电器和计数继电器。2.6 PLC的工作过程PLC投入运行时，主要工作过程可分为五个基本步骤：输入采样、程序执行、通讯处理、CPU诊断、输出刷新，循环不断地执行。如果不考虑PLC的公共处理过程，PLC对用户程序的正常执行分为三个步骤： 1、PLC一次性将所有输入端子的状态（输入信号）读入输入缓冲寄存器。生成“输入图像”的时间； 2、执行PLC 用户程序进行逻辑运算处理，运算结果立即写入指定的标志寄存器、数据寄存器、输出缓冲寄存器； 用户程序处理完成后，PLC将所有“输出图像”一次性输出到PLC的输出端。3

34、 方案设计3.1 方案比较方案一：当物料运输小车在初始位置时，按下启动按钮，电机正转，小车开始前进，到达右限位开关，电机停止，小车停止；按下电机反转启动按钮，小车向后移动并到达左侧限位开关，电机停止，小车停止，按下停止按钮，小车完成一个工作循环。方案二：当物料运输小车在初始位置时，按下正转启动按钮。如果物料运输小车处于停止状态，则立即向前运行，到达右限位开关后停止；等待10s加载后，电机会自动切换到反转，小车开始后退，直到到达左限位开关并停止。等待卸料5s后，运料台车返回原位，按下停止按钮，运料台车完成一个工作循环。针对这两种方案，进行了一些分析，得到方案3： KM2的辅助常闭触点与KM1的线

35、圈串联，KM1的辅助常闭触点与线圈串联KM2，形成硬件互锁电路。这样，由于在正反转（正反转）切换过程中电感的延时作用，使另一个接触器的主触点在闭合时出现交流电源瞬间短路引起的故障。 .在物料运输小车装卸过程中，通过指示灯L1和L2来显示物料运输小车的当前状态，也方便工作人员的监督。限位开关的作用是保证小车能停在准确的位置。3.2 系统说明本设计的控制对象是机械物料运输小车的电机。其目的是通过控制电机的正反转来控制机械物料运输小车在A、B点的自动往复运动，从而实现B点卸料和A点自动往复运动。 .机械物料运输小车的控制图和动作循环图如下：图3-1 物料运输小车控制图及动作循环图3.3 控制要求控制

36、系统各部分的工作过程如下：(1)当机械物料运输小车处于初始位置时，按下启动按钮SB1，电机正转，机械物料运输小车向前移动；(2)机械运料小车运行到右限位开关ST1，电机停止，运料小车停止，等待装载，装载指示灯L1灯亮；（3）延时10s后，指示灯灭，装料完成，电机反转，运料小车后退，直至运行到左限位开关ST2，电机停止，运料小车停止，等待卸货，卸货表示L2灯亮；(4)延时8s后，指示灯熄灭，卸料完成，完成一个工作循环。如果没有按下停止按钮，则可以循环该过程。3.4 主要电气元件配置根据系统的控制要求，选择设计所需的电气元件：（一）三相异步电动机的选择通过控制要求分析，控制系统需要一台三相异步电动

37、机M，为满足技术要求，电机功率选为1KW，型号： J 02-22-4， 1.5kw 1410转，380V ， 3.49A 。(2) 开关的选择系统主电路采用三级组合开关。电机最大容量为1KW，则三段式组合开关额定电流10A为HZ10-10。(3) 熔断器的选择在该系统中，需要一个熔断器来保护三相异步电动机，启动电流是额定电流的四到七倍。为防止启动时熔体吹出，熔体的额定电流一般为电机额定电流的1.52.5倍。则额定电流为： ，其中： ，则熔体的最大额定电流为11.375A。保险丝额定电压为AC380V，可选择RT14-20型保险丝。(4) 时间继电器（KT）在本系统中需要10S的延时，考虑到价格

38、和成本，可以选择空气阻尼时间继电器，也可以选择JS7-2A型空气阻尼时间继电器。接点额定电压为380V，接点额定电流5A满足要求。（5）热继电器（FR）的选择热继电器的额定电流应大于电机的额定电流。然后根据额定电流选择热继电器的类型。热继电器热敏元件的额定电流应略大于电机的额定电流。当电机启动电流为其额定电流的6倍且启动时间不超过5S时，调整热敏元件整定电流与电机额定电流相等。当电机启动时间较长时，拖动冲击负载或不内容停车时，将热敏元件整定电流调整为电机额定电流的1.1-1.15倍。电机额定电流为4.55AR20-16 ，3.6A热继电器16A额定电流5.4A为R20-16 4.5A。(6)

39、接触器的选择(KM)额定电流为使用的接触器要与继电器配套，所以选用CJ20型号的交流接触器。组件列表如下：表 3-2序列号代码姓名模型数量1米三相异步电动机02-22-412QS空气开关DZ47-3P33FR热继电器R20-1614中央处理器PLC处理器CPU22415公里交流接触器CJ2026某人按钮LAY837英石限位开关LXK228傅保险丝RT14-2019大号金属丝一些3.5 PLC机型的选择（一）CPU性能PLC的CPU性能主要涉及处理器的“位数”、运算速度、用户存储器的容量、编程能力、软件开发能力、通讯能力等。在CPU性能满足控制要求的前提下，还要考虑CPU的价格。(2) 输入输出

40、点数PLC的输入输出点数是PLC的基本参数之一。一般情况下，PLC的I/O点数可以适当预留，生产成本也要考虑在内。(3) 数字输入模块的选择选择三相交流输入电源AC380V，采用直流沉输入接线方式。(4) 开关量输出模块的选择该系统使用继电器。一般开关量输出模块的输出方式通常为继电器输出。(6) I/O地址分配方法采用I / O自动分配方式，地址连续有序。根据设计控制要求和对确定的硬件设备的分析，得出控制系统所需的外部设备只有控制机械物料运输小车运动的三相异步电动机。电机有正转和反转两种状态，分别对应正转KM1和反转KM2 ，电机M的正转启动按钮SB1 ，反转启动按钮SB2，电机停止按钮SB3

41、，常闭触点热继电器的FR，以及两个限位开关ST1和ST2。加载指示灯L1，卸载指示灯L2，输入为：SB1、SB2、SB3、ST1、ST2；输出为：KM1，KM2，L1，L2，上述PLC的输入输出可以摘要如下：PLC输入点总数：5个。所有输入点均为接点输入信号。PLC总输出点数：4。列出 I/O 地址分配汇总表如下：表 3-3进入输出地址象征功能地址象征功能I0.0SB1向前开始Q0.0公里1正向接触器I0.1SB2重新开始Q0.1公里2背接触器I0.2ST1限位开关Q0.2L1充电指示灯I0.3ST2B点限位开关Q0.3L2放电指示器I0.4SB3停止按钮基于上述，本设计选用S7-200PLC

42、的CPU224，其PLC结构类型为基本单元+扩展型，基本单元集成的I/O数量为24个（14个输入点，10个输出点），AC100- 230V供电，DC24V输入，继电器输出，无需输入输出扩展模块，满足一定余量要求。4 PLC控制系统硬件设计4.1 系统主回路和控制回路设计4.1.1硬件设计概述PLC控制系统的设计包括硬件设计和软件设计两部分。 PLC具有灵活性和通用性的特点，几乎所有的控制都由软件控制。但是，PLC 和 I/O 信号之间的硬件设计并不简单。连接，直接关系到控制系统的安全性、可靠性、生产成本等诸多问题，而且一旦硬件设计完成，就无法随时随地进行修改。因此，是决定控制系统设计成败的关键

43、问题。设计阶段应给予高度重视。4.1.2系统主电路设计(1) 主电路设计的容量在PLC控制系统中，主电路采用电动机主电路，主要由三相鼠笼式异步电动机M、热继电器FR、电动机保护熔断器FU、正向控制交流接触器KM1和反向交流接触器两者组成接触器KM2的几组主触头构成电机的正反向连接，空气隔离开关QS引入380V三相电源。(2) 主电源开关根据EN60204-1标记规定，为了将正控系统与电网隔离，机械设备的电气控制装置必须配备主电源开关。在本次设计的控制系统中，提供了一个空气开关作为主电源开关，可以断开。为回路中的所有消费者供电。(3) 保护装置的设计在主电路设计中，为了可靠、有效地保护设备，必须

44、包括具有足够分断能力的保护装置，在电路发生故障时能可靠地分断被保护电机。因此，在主电路中安装了熔断器，主要用于短路保护和严重过载保护；热继电器FR是一种实现自动断电功能的器件，主要用于过流、漏电、欠压、过热等故障保护。(4) 接地与抗干扰从安全角度考虑，控制系统中安装了通用接地母线，用于电位平衡和接地，主电路采用三相四线制，防止干扰，提高线路的可靠性。主控制电路见附录24.1.3系统控制回路设计机械运输小车的控制电路主要由通电延时继电器KT1、KT2组成；接触器 KM1、KM2；停止按钮、启动按钮、限位开关等。本次控制电路采用时间继电器，可根据时间继电器的延时闭合常开触点，实现电机从正转运行到

45、反转运行的自动切换.当电机正反转控制接触器同时动作时，可能会造成电源短路和机械部件损坏。为了保证控制系统的可靠性，在继电器-接触器控制系统中，通过触点进行电气“联锁” 。链路具有禁止功能，在线路中起到安全保护作用。实现联锁的具体方法： KM1线圈回路与KM2的常闭辅助触点串联，KM2线圈回路与KM1的常闭触点串联。当正向接触器的KM1线圈得电时，KM1的辅助常闭触点断开KM2线圈电路。如果KM1通电闭合，则KM2必须断电释放，其辅助常闭触点复位。防止KM1和KM2同时吸合引起的相间短路。该电路链接称为互锁链接。实现自锁的具体方法：正（反转）接触器的常开触点并联在正（反转）控制电路中。整体电路图

46、见附录14.2 机械运输小车控制系统的实现原理根据设计的整体电路图和机械式物料运输小车的控制要求可知，控制物料运输小车的电机有正转和反转两种工作方式。需要两个线圈KM1和KM2，通过改变相序可以改变电机的工作方式。 ，接触器KM1和KM2的主触头对应主电路图中的KM1和KM2。机械运输小车的实现原理如下：首先，闭合空气开关QS，接通三相电源。(1)按下电机正转启动按钮SB1，接触器线圈KM1得电，与SB1并联的KM1的辅助常开触点闭合，形成自锁，保证KM1线圈持续通电，同时串联在电机的主电路中。 KM1主触点闭合，电机M导通，电机正转，机械物料运输小车正转；(2)行驶至限位开关ST1时，ST1

47、的常开触点闭合，常闭触点断开，使KM1线圈断电，电机停止，机械物料运输小车停止，延时继电器 KT1 同时通电。线圈接通时，其辅助常开触点闭合，充电指示灯L1亮；(3)延时10S后，延时合闸常开触点KT1闭合，接触器KM2线圈得电自锁，两个常闭触点KM2断开，指示灯L1灭，KM1线圈被停用。通电，则电机反转，机械运输小车后退；(4)驱动到ST2时，其常开触点闭合，时间继电器KT2线圈充电，KT2常开触点闭合，放电指示灯L2亮；(5)延时8S后，线圈KT2的常开触点闭合，回到电机正转状态。电机反转的原理与正转相同。如果按下停止按钮 SB3，机械小车将停止工作。4.2 PLC外部接线图根据机械运输小

48、车的工作原理和I/O地址分配表，画出PLC的外部接线图，如下：图 4-2 PLC 外部接线图图中正反转启动按钮SB1、SB2分配输入信号地址I0.0、I0.1，停止按钮SB3：I0.2，两个限位开关ST1、ST2的输入信号地址分别为I0.3，I0.4。线圈KM1、KM2，指示灯L1、L2，输出信号地址为：Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3。继电器电路中时间继电器的功能由PLC部门的定时器完成。它们与PLC的输入位和输出位无关。 KTI和KT2分别使用T37和T38完成相应的延时功能。触点具有闭锁功能，在继电器电路中只出现一次，与PLC的负载串联。不必将其用作 PLC 的输入信号。它放置在P

49、LC的输出电路中，并与相应的外部负载串联。为防止正反两个接触器同时动作引起三相电源短路，可外设硬件互锁电路。如图所示，KM1和KM2不能同时通电，由KM1和KM2对应的输出线圈组成的联锁电路与动、断触头串联。5 PLC控制系统软件设计5.1 S7编程的基本步骤首先根据控制对象和选择的S7-200PLC型号CPU224，选择PLC程序框架进行程序设计。程序设计与控制系统的硬件设计和调试密切相关；而程序输入与编辑、程序检查、程序调试等工作均在此阶段完成。机械运输小车控制系统的程序设计是在STEP7-Micro/WIN32编程软件上完成的。 . STEP7-Micro/WIN 32编程软件主要基于S

50、7-200 PLC的用户程序编辑功能（包括符号表编辑），可用于PLC用户程序的开发、编辑和 HYPERLINK %20%20%20%20:/dianzi.28xl%20%20%20%20/list-18-1.htm t _blank 监控。它的使用和操作都比较简单，功能也比较简单。(1) 选择程序结构由于控制系统采用S7-200系列PLC，对收料小车的控制要求比较简单，所以程序采用线性结构编写，可以省去程序块和数据块的编写。(2) 创建程序文件通过编程软件的“符号编辑器”在“符号地址表”中定义的符号地址如图5-1所示，5.1 控制系统时序功能图图 6-1 顺序功能图由于初始步状态是由特殊继电器

51、 SM0.0 在 PLC 由 STOP 切换到 RUN 的瞬间产生初始脉冲启动的，所以应先添加由 SM0.0 设置初始步 S0.0 的程序在编程过程中。当系统处于初始步时，S0.0 为“1”，满足从步S0.0 到S0.1 的转移条件I0.0，系统从初始步变为S0.1，S0。 1 成为活动步。由于Q0.1的常闭触点，继电器Q0.0“得电”，物料运输小车向前运动，当它行驶到装载处时，ST1限位开关闭合，即I0.4为“1”，转换条件成立，S0 .2 成为激活步，S0.1 为系统程序复位“0”。物料运输小车停止，同时继电器T37开始计时，充电指示灯亮，控制程序逐步工作。为避免Q0.0和Q0.1同时开启

52、，除了在PLC外部接线中设置互锁外，还要在相应程序中设置互锁。5.2 控制系统梯形图物料运输小车流程图如图5-2所示。图 5-2 流程图根据控制系统时序功能图和物料运输小车流程图编写梯形图7 STEP7-Micro/WIN编程软件的应用7.1软件功能介绍 STEP7 编程软件是西门子公司 HYPERLINK %20%20%20%20:/lunwen.28xl%20%20%20%20/list-106-1.htm t _blank S7 系列 HYPERLINK %20%20%20%20:/gongkong.28xl%20%20%20%20/list-7-1.htm t _blank PLC的

53、HYPERLINK %20%20%20%20:/chuzhong.28xl%20%20%20%20/list-39-1.htm t _blank 工具软件，包括两个基本工具： S7-200 HYPERLINK %20%20%20%20:/gongkong.28xl%20%20%20%20/list-7-1.htm t _blank PLC的STEP7-Micro/WIN和S7-300/400 PLC软件的SIEP7 。 HYPERLINK %20%20%20%20:/chuzhong.28xl%20%20%20%20/list-39-1.htm t _blank STEP7-Micro/WIN

54、编程软件主要基于S7-200 PLC的用户程序编辑功能（包括符号表编辑），可用于PLC用户程序的开发、编辑和 HYPERLINK %20%20%20%20:/dianzi.28xl%20%20%20%20/list-18-1.htm t _blank 监控。它的使用和操作都比较简单，功能也比较简单。单身的。 STEP7-Micro/WIN编程软件有多种版本，常用版本为STEP7-Micro/WIN3.2（STEP7-Micro/WIN32），可以使用中文、英文、德文等多种语言。 STEP7-Micro/WIN软件具有参数设置、编程、调试、运行、在线诊断等功能。编程软件可用于集成S7-200的数

55、控系统 HYPERLINK %20%20%20%20:/shukong.28xl%20%20%20%20/ t _blank ，如SIEMENS SINUMERIK 802等。 S7-200用户程序中包含的 HYPERLINK %20%20%20%20:/lunwen.28xl%20%20%20%20/list-134-1.htm t _blank 逻辑运算指令、计数器、定时器、 HYPERLINK %20%20%20%20:/lunwen.28xl%20%20%20%20/list-55-1.htm t _blank 数学运算、 HYPERLINK %20%20%20%20:/youer.2

56、8xl%20%20%20%20/list-87-1.htm t _blank 智能模块 HYPERLINK %20%20%20%20:/dianzi.28xl%20%20%20%20/list-15-1.htm t _blank 通讯等指令与实现各种功能所需的程序编辑工具一起集成在STEP7中。 - 在 Micro/WIN 编程软件中。通过软件可以进行程序编辑、状态监控和强制改变输入输出状态，满足PLC控制系统在编程、调试、运行和在线诊断等方面的需要。 STEP7-Micro/WIN 软件可以使用SIMATIC 和IEC 61131-3 两种指令系统。其中，SIMATIC命令系统功能丰富，可以

57、使用非IEC 61131-3标准命令来实现 HYPERLINK %20%20%20%20:/youer.28xl%20%20%20%20/list-64-1.htm t _blank 特殊的PLC功能。使用SIMATIC指令系统时，STEP7-Micro/WIN软件可通过三种方式编程 HYPERLINK %20%20%20%20:/dianzi.28xl%20%20%20%20/list-14-1.htm t _blank 显示：梯形图（软件中简称Ladder）、指令列表（软件中简称STL）、 HYPERLINK %20%20%20%20:/lunwen.28xl%20%20%20%20/li

58、st-134-1.htm t _blank 逻辑功能框图（在软件中称为 FBD）。 ，这三种方式可以相互转换。使用IEC 61131-3指令系统时，STEP7-Micro/WIN软件只能使用梯形图和逻辑功能块图进行编程，不能转换成指令表。 HYPERLINK %20%20%20%20:/youer.28xl%20%20%20%20/list-64-1.htm t _blank 在命令系统时也很少使用它。即使使用SIMATIC命令系统，STEP7-Micro/WIN软件中包含的所有命令也不能用于S7-200系列的所有PLC。这与 HYPERLINK %20%20%20%20:/youer.28x

59、l%20%20%20%20/list-98-1.htm t _blank PLC的CPU模块的型号选择有关。在 CPU 模块中使用。针对以上两种情况，STEP7-Micro/WIN软件可以 HYPERLINK %20%20%20%20:/youer.28xl%20%20%20%20/list-98-1.htm t _blank 根据选择的命令系统和CPU模块的型号自动识别。无法使用的功能和命令在显示 HYPERLINK %20%20%20%20:/dianzi.28xl%20%20%20%20/list-14-1.htm t _blank 时会用红色的“+”标记。 2.安装并启动(1)软件配置

60、要求STEP7-Micro/WIN 编程软件可在 HYPERLINK %20%20%20%20:/fanwen.28xl%20%20%20%20/list-108-1.htm t _blank 个人电脑(PC) 或 HYPERLINK %20%20%20%20:/gongkong.28xl%20%20%20%20/list-2-1.htm t _blank 西门子专用编程器(PG) 上使用。软件运行的硬件要求如下： CPU：PII处理器，运行速度400MHz以上；存储要求：不低于32MB；硬盘空间要求：不低于100MB；操作系统：Windows95、Windows98、Windows ME、W