小車多方式運行PLC

1、2012級課程設(shè)計說明書小車多方式運行的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計院 、 部： 電氣與信息工程學院 學生姓名： 凌 昇 指導(dǎo)教師： 羅雪蓮 職稱 教授 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 1201 完成時間： 2015年12月 湖南工學院電氣控制技術(shù)課程設(shè)計課題任務(wù)書學院：電氣與信息工程學院專業(yè)：電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師羅雪蓮學生姓名凌昇課題名稱小車多方式運行的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容及任務(wù)一、目標 設(shè)計一個基于PLC的多方式運行的小車控制系統(tǒng)。二、任務(wù)根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進度計劃，運用所學的理論知識，進行小車多方式運行的控制原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提

2、高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：1. 設(shè)計該系統(tǒng)電氣控制硬件系統(tǒng)；2PLC選擇及I/O及其它PLC元器件分配。3選擇電器元件，編制元件目錄表。4設(shè)計該系統(tǒng)PLC控制梯形圖。5用計算機繪制PLC控制電路圖。6進行系統(tǒng)仿真測試，實現(xiàn)小車多方式運行的控制要求。7. 編寫設(shè)計說明書。三、要求小車系統(tǒng)由直流電機、繼電器、小車和4個站臺等組成，每個站臺有檢測傳感器、指示燈和按鈕。采用S7-200PLC進行控制，控制要求如下：1. 小車起始位置停在x（x=14）號站臺，SYx傳感器為ON;2. 假如y(y=14)號站臺呼叫，如果： xy，小車左行到呼叫站臺停車；

3、 xy，小車右行到呼叫站臺停車； x=y，小車停止；3. 小車在SY1和SY4處要有可靠的保護功能，自動往返或準確停車，不能向外撞；4. 小車路過每個站臺要有指示燈顯示；但LB1和LB4燈要閃3次；圖1 小車運行示意圖主要參考資料1史國生主編，電氣控制與可編程控制器技術(shù)M。北京：化學工業(yè)出版社，2012。2于廣慶主編，可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計M。北京：清華大學出版社，2004。3 吳啟紅主編，變頻器、可編程控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù)實操指導(dǎo)書（第二版）M。北京：機械工業(yè)出版社，2010。4 史國生，鞠勇。電氣控制與可編程控制器技術(shù)實訓(xùn)教程M。北京：化學工業(yè)出版社，2010。5 于曉云，許連閣

4、。可編程控制技術(shù)應(yīng)用項目化教程M。北京：化學工業(yè)出版社，2011。6 廖常初。PLC編程及應(yīng)用M。北京：機械工業(yè)出版社，2005年。7 胡學林?？删幊炭刂破鲬?yīng)用技術(shù)M。北京：高等教育出版社，2001年。8 三菱FX系列可編程序控制器編程手冊M。三菱公司編，2001年。9 三菱可編程序控制器應(yīng)用101例M。三菱公司編, 1994年。10 史宜巧，孫業(yè)明，景紹學。PLC技術(shù)及應(yīng)用項目教程M。北京：機械工業(yè)出版社，2009。教研室意見教研室主任：（簽字）年月日摘 要現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，有許多場合需要自動控制車輛在指定道路上行駛，如柔性制造系統(tǒng)中物料小車的自動控制、自動化倉庫中物件存取小車的自動控制等。小

5、車多方式運行系統(tǒng)選用的是三菱FX2N作為系統(tǒng)的控制器，結(jié)合硬件原理圖使用相應(yīng)編程軟件對小車的運行進行控制。系統(tǒng)通過按鍵輸入呼叫小車。小車多方式運行的硬件系統(tǒng)包括：三菱FX2N實驗系統(tǒng)、小車工位檢測系統(tǒng)、按鍵和LED燈模塊等。利用Auto CAD完成電路原理圖的繪制，并完成系統(tǒng)的模擬運行，通過硬件、軟件的聯(lián)調(diào)、測試。小車多方式運行的功能和性能指標完全符合設(shè)計任務(wù)書的要求。系統(tǒng)具有成本低廉、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。關(guān)鍵字：小車運行；可編程控制器；硬件設(shè)計；軟件設(shè)計目錄1緒論11.1 課題的背景及意義11.2 設(shè)計的主要工作12設(shè)計方案23硬件系統(tǒng)的設(shè)計33.1PLC的選型33.2 系統(tǒng)I/O分配43.3

6、 系統(tǒng)硬件電路43.4系統(tǒng)元器件選型54 小車控制系統(tǒng)軟件設(shè)計84.1 PLC小車控制系統(tǒng)的介紹84.2系統(tǒng)程序設(shè)計85系統(tǒng)調(diào)試運行及結(jié)果分析115.1 系統(tǒng)的使用說明115.2系統(tǒng)運行結(jié)果115.3設(shè)計結(jié)論錯誤！未定義書簽。5.4設(shè)計體會12結(jié)束語13參考文獻14致謝15附錄A 元器件表16附錄B 程序清單171 緒論1.1 課題的背景及意義在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)效率，降低成本，減輕工人勞動負擔，要求整個工藝生產(chǎn)過程全盤自動化，這就離不開控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會各個領(lǐng)域，在工業(yè)方面，對于冶金、化工、機械制造等生產(chǎn)過程中遇到各個物理量，包括溫度、流量、壓力、厚度、

7、張力、速度等，有相應(yīng)的控制系統(tǒng)，再次基礎(chǔ)上通過數(shù)字計算機還建立起了控制性能更好和自動化程度更高的數(shù)字控制系統(tǒng)，以及具有控制與管理雙重功能的過程控制系統(tǒng)。 小車廣泛應(yīng)用于自動生產(chǎn)線冶金、有色金屬、煤礦、港口、碼頭等行業(yè)，各工序之間的物品常用與有軌小車來運轉(zhuǎn)。小車通常采用電動機驅(qū)動，電動機正轉(zhuǎn)小車前進，電動機反轉(zhuǎn)小車后退。1.2 設(shè)計的主要工作小車多方式運行設(shè)計采用三菱FX2N為核心控制器，由電源、按鍵模塊、三菱FX2N實驗系統(tǒng)等模塊組成。通過設(shè)計電路原理圖，將PLC（Programmable Logic Controller）和各個模塊連接。利用GX Developer開發(fā)軟件設(shè)計小車

8、運行系統(tǒng)程序，并把程序下載到PLC系統(tǒng)中進行調(diào)試。測試其運行結(jié)果。2 設(shè)計方案按照設(shè)計要求小車的運行傳動選擇直流電機，每個站臺都設(shè)置行程開關(guān)、LED指示燈、呼叫按鈕等器件。系統(tǒng)的運行框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)框圖小車多方式運行的PLC控制系統(tǒng)盡可能地考慮了設(shè)計的簡單、方便、容易實現(xiàn)、便于設(shè)計等方面。系統(tǒng)中共有10個輸入，6個輸出繼電器。根據(jù)輸入輸出繼電器的點數(shù)，和系統(tǒng)中軟元件使用情況可大致確定可編程控制器即PLC為FX2N-32MR?？刂破鬟x用三菱PLC相對于其他MCU（Microcontroller Unit）等控制器有較多的優(yōu)勢。三菱PLC的驅(qū)動能力強，可輸出24V的電壓，其他的MCU如5

9、1系列最多輸出5V電壓，想要驅(qū)動電機這樣的大功率設(shè)備需要外加驅(qū)動電路；三菱PLC易學易用，其他MCU至少需要熟悉C語言；三菱PLC體積小，維護方便，易于擴展實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，其他的MCU要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化則需要外加網(wǎng)絡(luò)通信芯片，并需要編寫驅(qū)動程序加大了編程難度，不易維護。綜上系統(tǒng)方案總控制器選用三菱小型PLC。小車多方式運行的PLC控制系統(tǒng)根據(jù)硬件電路設(shè)計程序梯形圖，在梯形圖程序設(shè)計時，考慮提高人機交互，方便用戶操作等因素。系統(tǒng)不斷檢測小車的位置和呼叫按鍵的狀態(tài)，保證小車的正常運行。同時小車在工位1和工位4時，程序會保證小車準確停車，不會向外撞相應(yīng)的指示燈會閃3次作為提示。3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計3.1 PLC

10、的選型小車多方式運行PLC控制系統(tǒng)是比較簡單的順序控制，則需選擇具有邏輯運算、定時器、計數(shù)器等基本功能的小型PLC，在選用PLC時主要考慮一下幾個方面。1. 規(guī)模適當小車多方式運行的PLC控制系統(tǒng)的輸入、輸出點數(shù)以及軟件對PLC功能指令的要求是選擇PLC的機型規(guī)模的重要依據(jù)。小車多方式運行的PLC控制系統(tǒng)一共包括有輸入繼電器10個、輸出繼電器6個。并要留有一定的余地，即10%的備用量。則可選擇小型PLC即可滿足要求。同時還應(yīng)確定用戶程序的存儲器的容量。一般的粗略估算的方法是：（輸入+輸出）*（1012）= 指令步數(shù)。系統(tǒng)中大概的步數(shù)為160192。2. 功能相當，結(jié)構(gòu)合理對于以開關(guān)量進行控制的

11、系統(tǒng)，一般的低檔機就能滿足要求。對于以開關(guān)量為主，帶少量的模擬量控制系統(tǒng)，可選帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換的低檔機。對于有模擬量控制的系統(tǒng)，特別是閉環(huán)系統(tǒng)可根據(jù)控制的實時性要求選擇高速PLC。小車多方式運行系統(tǒng)中都是開關(guān)量控制，則選用一般的低檔機即可。3. 輸入、輸出功能及負載能力的選擇為了提高抗干擾能力，輸入、輸出均應(yīng)選用具有光電隔離的模塊，輸出形式可分為無觸點和有觸點。無觸點輸出大多使用大功率三極管或雙向可控硅電路，其優(yōu)點是可靠性高、壽命長，缺點是價格高、過載能力差。有觸點輸出是使用繼電器觸點輸出，其優(yōu)點是使用電壓范圍寬、導(dǎo)通壓降損失小、價格便宜，缺點是壽命短、響應(yīng)速度慢。負載能力則要注意所承受的

12、電壓、電流值。由輸入、輸出設(shè)備確定。綜上所述，PLC可選用三菱FX2N-32MR。三菱FX2N-32MR一共有32個輸入、輸出點數(shù)。其中輸入有16個、輸出有16個滿足設(shè)計要求并留有一定余量。帶有輸入、輸出隔離，繼電器輸出的電壓范圍廣，帶負載能力強。在電子電路、機械結(jié)構(gòu)及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路：在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。三菱FX2N系列有如下特點：（1） 抗干擾能力強，可靠性好。（2） 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強。（3） 編程方便，易于使用。（4） 功能較為完善

13、，設(shè)計施工調(diào)試周期短。（5） 體積小，維護操作方便，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。（6） 擴展功能和監(jiān)視功能等。3.2 系統(tǒng)I/O分配小車多方式運行的PLC控制系統(tǒng)中，一共使用了10個輸入繼電器、6個輸出繼電器。系統(tǒng)的I/O分配表如表1所示。表1 I/O分配表輸入 功能說明 輸出 功能說明X0 SB0啟動按鈕 Y0 電機向左運行KA1X1 SB1停止按鈕 Y1 電機向右運行KA2X2 SY1工位1傳感器 Y2 LB1工位1指示燈X3 SY2工位2傳感器 Y3 LB2工位2指示燈X4 SY3工位3傳感器 Y4 LB3工位3指示燈X5 SY4工位4傳感器 Y5 LB4工位4指示燈X6 SB2工位1呼叫按鈕X7

14、SB3工位2呼叫按鈕X10 SB4工位3呼叫按鈕X11 SB5工位4呼叫按鈕3.3系統(tǒng)硬件電路小車多方式控制系統(tǒng)的啟動按鈕接在X0輸入上、X1接上停止按鈕、X2至X5依次接入工位1至4傳感器、X6至X11依次接入工位1至4呼叫按鈕。系統(tǒng)控制電機的向左運行時輸出Y0、向右運行則是Y1、Y2至Y5依次接入工位1至4指示燈。直流電機驅(qū)動電路圖如圖2所示，PLC的接線圖如圖3所示。圖2 直流電機驅(qū)動電路圖圖3PLC接線圖3.4 系統(tǒng)元器件選型1. 直流電機的選擇直流電機是驅(qū)動小車運行的主要器件，為了系統(tǒng)硬件電路的簡單選擇24V的直流電機驅(qū)動小車。偉盛的WS-50ZYT78-R系列電機常用于割草機等機械

15、設(shè)備中且功率較小為25W，可選擇它作為小車的電機，WS-50ZYT78-R額定電壓有12V和24V，轉(zhuǎn)速范圍從2000rpm到6000rpm，輸出扭矩范圍從480g.cm到885g.cm。在設(shè)計中選擇額定電壓為24V，空載轉(zhuǎn)速為2000rpm，輸出扭矩為528g.cm即可滿足小車的驅(qū)動要求。直流電機如圖4所示。圖4 直流電機2. 繼電器的選擇小車多方式運行的PLC控制系統(tǒng)中繼電器通過改變直流電源的極性來使得電機改變轉(zhuǎn)動方向，系統(tǒng)中選擇24V的直流繼電器，額定電流則要2A以上?？蛇x擇歐姆龍MY2N-J，歐姆龍MY2N-J額定電流有5A，一共有8個引腳2組常開觸點和2組常閉觸點且轉(zhuǎn)換帶電源指示燈。

16、繼電器如圖5所示。圖5 繼電器3. 低壓斷路器的選擇系統(tǒng)電路圖中斷路器起著保護電機等設(shè)備的作用。在設(shè)計中應(yīng)選擇額定電流為要保護的設(shè)備的電流的1.52倍左右?？蛇x擇正泰交直流斷路器NB1Z-2，其額定電流為2A，可作為斷開線路進行線路及設(shè)備維護的隔離開關(guān)使用。還具有紅綠安全指示，安全性更高等特點。斷路器如圖6所示。圖6斷路器4. 按鈕的選擇小車多方式運行控制系統(tǒng)中是由按鈕操作系統(tǒng)的啟動和停止，小車的呼叫等工作。按鈕可選擇展越LA38-11小型工業(yè)自復(fù)位按鈕。按鈕采用復(fù)合觸點保證電路安全，滑動式接觸設(shè)計，確保通路可靠。外殼是優(yōu)質(zhì)阻燃材料保證安全。按鈕如圖7所示。圖7 按鈕5. 行程開關(guān)的選擇行程開

17、關(guān)在系統(tǒng)中通過小車的運行碰撞到行程開關(guān)來檢測小車的工位。按設(shè)計要求則需要常開行程開關(guān)?？蛇x擇歐姆龍WLCA2-Q，其結(jié)構(gòu)為滾輪式，額定電流達10A，為常開觸點。工作行程有2個。行程開關(guān)如圖8所示。圖8 行程開關(guān)小車多方式控制系統(tǒng)元器件表詳見附錄A。4 小車控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1PLC控制系統(tǒng)的介紹小車多方式控制系統(tǒng)主要使用了10個輸入繼電器、6個輸出繼電器。PLC內(nèi)部資源使用了輔助繼電器和4個定時器、2個計數(shù)器。定時器和計數(shù)器組合使用組成了閃燈3次的效果。系統(tǒng)中主要使用了CMP比較命令來判斷小車的運行方式。4.2 系統(tǒng)程序設(shè)計小車多方式控制系統(tǒng)是通過不斷采集工位是否呼叫按鍵，與小車當前位置的工

18、位號做比較來判斷小車如何動作。小車在相應(yīng)的工位時，其相應(yīng)的指示燈會亮起，若是在1號位和4號位，則指示燈會閃3次后常亮。并會準確停車在1和4號位。系統(tǒng)程序流程圖如圖9所示。圖9 系統(tǒng)程序流程圖 系統(tǒng)的啟動和停止有SB0和SB1按鈕分別控制，按下SB0按鈕通過輔助繼電器M0的自鎖實現(xiàn)系統(tǒng)的啟動。停止則是用SB1斷開M0使系統(tǒng)停止運行。啟動和停止梯形圖如圖10所示。圖10 啟保停梯形圖系統(tǒng)不斷檢測小車的工位，當哪個工位為ON時，就將那個常數(shù)送入M1輔助繼電器中。從而判斷小車的在哪個工位。檢測工位梯形圖如圖11所示。圖11 檢測工位梯形圖系統(tǒng)也不斷檢測呼叫按鈕的狀態(tài)，一旦當有工位呼叫時，系統(tǒng)就將將相應(yīng)

19、的工位號常數(shù)送入M20中，同時置位M110，標志著系統(tǒng)開始比較小車目前所在的工位和呼叫的工位是否匹配。按鈕檢測梯形圖如圖12所示。圖12 按鈕檢測梯形圖系統(tǒng)開始比較小車工位和呼叫工位是否匹配，則使用CMP比較指令比較M1和M20中的常數(shù)是否相同來完成。若是小車當前工位號小于呼叫工位號，則系統(tǒng)控制小車向右運行。若是小車當前工位號大于呼叫工位號，則系統(tǒng)控制小車向左運行。若是兩者的工位號相等，則小車停止運行。比較工位號梯形圖如圖13所示。圖13 比較工位號梯形圖當小車運行到工位1或工位4時，小車準確停車并相應(yīng)的指示燈閃爍3次。指示燈閃爍3次則是由定時器和計數(shù)器的組合實現(xiàn)每秒的震蕩來完成指示燈每秒的亮

20、滅3次。震蕩梯形圖如圖14所示。圖14 震蕩梯形圖5 系統(tǒng)調(diào)試運行及結(jié)果分析5.1 系統(tǒng)的使用說明首先將硬件電路按照電路原理圖接線，組成小車多方式運行系統(tǒng)，在為系統(tǒng)提供電源。在由下載線把變換編譯無誤的程序?qū)懭隤LC中。對系統(tǒng)進行按鍵等操作檢測系統(tǒng)功能是否正常運行。系統(tǒng)上電后，按下啟動按鈕SB0系統(tǒng)開始運行，系統(tǒng)開始檢測小車的狀態(tài)，小車在哪個工位則相應(yīng)的指示燈會亮起。系統(tǒng)不斷檢測按鍵和小車的位置，當有按鍵呼叫小車時，系統(tǒng)判斷小車如何運行，當工位1呼叫小車時，若小車不在工位1，則馬上啟動向工位1處運行，中途經(jīng)過其他工位時，相應(yīng)的指示燈會亮起，到達工位1時，小車會準確停車，指示燈閃3次后常亮。若小車

21、在工位1，則不啟動。當工位2呼叫小車時，若小車不在工位2，則馬上啟動小車向工位2處運行，中途經(jīng)過其他工位相應(yīng)的指示燈會亮起，到達工位2時，小車會準確停車，指示燈亮起，若小車在工位2，則不啟動。其他工位呼叫同理。當按下停止按鈕SB1時，系統(tǒng)則停止運行。5.2 系統(tǒng)運行結(jié)果小車多方式控制系統(tǒng)的時序圖如圖15和圖16所示。圖15為系統(tǒng)運行中，小車起始位置在工位4，當按下工位1呼叫按鈕SB2時，小車開始向左運行，離開工位4后，進入工位3，指示燈亮起，離開工位3后，進入工位2，指示燈亮起，離開工位2后，進入工位1，小車停車運行，工位1指示燈閃爍3次后常亮。圖15 小車多方式控制系統(tǒng)時序圖圖16為系統(tǒng)運行

22、中，小車起始位置在工位1，當按下工位2呼叫按鈕SB3時，小車開始向右運行，離開工位1后，進入工位2，指示燈亮起，小車停止運行。其他情況同理。圖16 小車多方式控制系統(tǒng)時序圖5.3 設(shè)計結(jié)論小車多方式控制系統(tǒng)經(jīng)軟件邏輯測試、實驗箱驗證后，完成了小車多方式運行控制系統(tǒng)的設(shè)計，由上述運行結(jié)果分析得出，各項指標均到達設(shè)計任務(wù)書的要求。5.4 設(shè)計體會小車多方式控制系統(tǒng)的設(shè)計是對課堂學習效果的檢驗，同時也是對自學能力的一種檢驗。PLC課程設(shè)計是PLC課程一個重要的教學環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計使我們了解到一些實際與理論之間的差異。通過課程設(shè)計不僅可以鞏固專業(yè)知識，為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)，而其還可以培養(yǎng)和熟

23、練使用資料，運用工具書的能力，把我們所學的課本知識與實踐結(jié)合起來，起到溫故而知新的作用。課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門設(shè)計課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。結(jié)束語課題設(shè)計為小車多方式運行控制系統(tǒng)，從選題開始，構(gòu)思如何去實現(xiàn)小車運行的控制方式，嘗試過幾種實現(xiàn)方式。不斷調(diào)試，對程序的不斷修改、改進，一一完成了小車多方式運行控制系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計主要其實是對PLC的編程過程和操作過程進行熟悉、強化。相對于課程設(shè)計任務(wù)書上的要求，我所設(shè)計的程序已經(jīng)完全滿足了。雖然將課程設(shè)計要求完成了，但是還有很多方面欠缺考慮，在實際生活中的許多運用問題，我們都忽略掉了。比如接觸觸點的多選，這樣會給企業(yè)帶來額外的費用，這是我們的經(jīng)驗跟思維都不夠完善的地方。在今后的設(shè)計中我們應(yīng)該更多地去考慮一些面向現(xiàn)場和實際使用的問題。在小車多方式運行中應(yīng)用PLC的優(yōu)越性 ：大大提高了操作速度，且能準確安全的控制小車，利用PLC控制的小車多方式運行誤差率很低，小車多方式運行基本實現(xiàn)了無人化。參考文獻1史國生主編.電氣控制與可編程控制器技術(shù)M.北京