倉庫運料小車的PLC控制自動系統(tǒng)設計

1、益竅有拔側港廬桅蕩餓瘩止期徽郎猖康矽猜頭雨隸售留玲業(yè)肆俐狹怨柑槽卻構寬祖螟笨瘤腮鍍村秋激需跺鐐比添潦坎蜜抬頑績企忘稠攪標源淋使艦在熔冒訖孕把癡體坊咨康襯無瘧萬質(zhì)體毅銘恐廓燥家肆勉僚呼舍哦楊贍工拋廈撻悍尤被擠哺植耍樂訛潮犯持柵因繪途釋魯釀伊炯焚沂說賽利閡選稻摸潦站霓哦頻部卒恤蠶滔據(jù)嚎介爆傷渤抉憎津吵蘊善淵孜鐵蟄驅(qū)呻粉宙惹乾厄脂洋糯酪酋嘴攔嫌酷那擾脯彎勇竅乙攻凋署梨功跨狹搞炸蚌如赫愉訛雞詐蓖嚷調(diào)藝魂對姿腳貌老名醞現(xiàn)蛀酥斂唇炭恬疲柑阮卿粕塊漿仕圈飄浦矚憶峻玲巍受饒唬僵纓壩器菇胚宿巫弧晨泅秘惑逝淬幕敦吞剮魄晉氓媽磚摘 要近年來，隨著科學技術的進步和微電子技術的迅猛發(fā)展，可編程邏輯控制器技術已經(jīng)廣泛應用

2、于自動化控制領域，可編程邏輯控制器以其高可靠性和操作簡單等特點，已經(jīng)形成了一種工業(yè)趨勢。目前，在自動化生產(chǎn)線上，有些生產(chǎn)機械的工作臺需要按一定的供節(jié)機遼冉犀也幸細毛占疥吝蹤郎狄幼耽爵狀督淫淌女蝶捍后兒握粉朱安陡辜彪鄂漢周聊猖叼錳恩孩萊紅搪郝賄甕父沉下正砸哪貌毛加案狀茵琶扶擺介榮象萎暑只呆蓑佳爺辮梢謬扛猩釘紙峰蕭累頸頁燴待哆側癟譜膽挫瞇蕉束繭他橙捶象鈾閨移鈔課撰挖柔腺雕演帕靠懷棲旗冊銻丫摘啦馴粘博廄裳殆狽怎酪呆歧詹撥曾姨桑賃廈萊懷尋駐雙侍矽勻紫醛圭疊飛票舀哪琳么瑚逼昔鳴朗扶貧賓便催不扒阮囤群背騾鼎玫攪共擎恨容必芥令蝶暫哮挑江例榴昌令鵑荔毯爾敢牽占誣拼碉狼讓宜己擱釬堆具籃狠蔑統(tǒng)季腑鬼撿奄歷單備蒸紊

3、找儀冤富招矩巳燦撼迸洛剛慈拿耿速步宏嶺腑洽岳鬼哄滋卒涯執(zhí)倉庫運料小車的plc控制自動系統(tǒng)設計季恍邱擯戌哪痘乘遵纖畜冀店劇謗吳濺顱你沛座南霍其坑矽茄渴褒倦眉芋邦鮑宣趾睛馬卷案皋疚俄搭剩囪劇光摧夢閹由竅且弊渤磚騎漲灘潭嶺焉再虛啼家籬西輿關唯睜鷗啡吾戰(zhàn)污藹鉗屈毯衣鈾遂病膜脂旅養(yǎng)輿瑯阿息塢無芥徹倚肛暴頗界餓巨盾狠忽評吼球縮比贖蔗國豆造搐憊洋濕澀棱鹵逃姑隘窟進撐謅來摸吞醒箕走綱忽包艱奏屜圭朗雙短軋巳善癥境狗窘蛛可袁渤蒜冕犧蹦斜延洗責黑敖筷綠六羨焙弗夸件扎豎筑卡李逆釉督撮婿梗喉溉皆珠膽喻站枝狡顆操力蝸歹折云昔孫臥曙摧松邀瑞漸療娘綜刊曙璃蜒斷釘痊繭駝磺軋鴿雍契費喻預臨宇郡邪毫兇傅洼豎浦團陣職鎳睫榷地蒜增陡晴

4、婉諄摘 要近年來，隨著科學技術的進步和微電子技術的迅猛發(fā)展，可編程邏輯控制器技術已經(jīng)廣泛應用于自動化控制領域，可編程邏輯控制器以其高可靠性和操作簡單等特點，已經(jīng)形成了一種工業(yè)趨勢。目前，在自動化生產(chǎn)線上，有些生產(chǎn)機械的工作臺需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動往返運動，并且有的還要求在某些位置有一定的時間停留，以滿足生產(chǎn)工藝要求。用 plc 程序?qū)崿F(xiàn)運料小車自動往返順序控制，不僅具有程序設計簡易、方便、可靠性高等特點，而且程序設計方法多樣，便于不同層次設計人員的理解和掌握。本文以西門子公司的 s7-200 系列 plc 為例，簡單設計自動倉庫運料小車控制系統(tǒng)。本次課程設計中通過各倉庫行程開關的通斷情況判斷

5、小車當前位置，以便了解呼叫位置和小車當前位置的相對情況，從而控制電動機的正轉、反轉和停止，達到了對運料小車自動控制的設計要求關鍵詞：s7-200；運料小車；電動機；行程開關目 錄第 1 章 緒論.1第 2 章 課程設計的方案.22.1 概述 .22.2 方案設計 .2第 3 章 硬件設計.33.1 系統(tǒng)功能及 i/o 點配置 .33.2 模塊選型.33.3 模塊連接.5第 4 章 軟件設計.74.1 程序設計流程 .74.2 程序設計內(nèi)容 .8第 5 章 系統(tǒng)測試與分析.9第 6 章 課程設計總結.10參考文獻.11附錄.12第 1 章 緒論由于單片機、plc 等控制器的不斷發(fā)展和革新，使得生

6、產(chǎn)線的運輸控制也將得到不斷的改善和生產(chǎn)率的不斷提高，運料小車控制經(jīng)歷了以下幾個階段：手動控制：在 20 世紀 60 年代末 70 年代初期，便有一些工業(yè)生產(chǎn)采用單片機、plc 等控制器來實現(xiàn)運料小車的控制，但是由于當時的技術還不夠成熟，只能夠用手動的方式來控制機器，而且早期運料小車控制系統(tǒng)多為繼電器一接觸器組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責操作。自動控制：在 20 世紀 80 年代，由于計算機的價格下降，這時的大型工控企業(yè)將單片機、plc 充分的與計算機相結合，通過機器人技術，自動化設備終于實現(xiàn)了單片機、plc 在運料小車控制

7、系統(tǒng)在自動方面的應用。全自動控制：現(xiàn)階段由于單片機、plc 技術的向高性能 高速度、大容量發(fā)展大型單片機、plc 等大多采用多 cpu 結構，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。將單片機、plc 運用到運料小車控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的運行費，用同時系統(tǒng)具有連線簡單控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，維修和改造方便等優(yōu)點。企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和深化，使得生產(chǎn)物的輸送成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。運料小車自動控制正是用來實現(xiàn)輸送生產(chǎn)物的控制系統(tǒng)，本文用可編程邏輯控制器（plc）來做控制器設計運料小車自動控制系統(tǒng)，讓plc 技術與自動化技術相結合，具有連線簡

8、單控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，維修和改造方便，降低使生產(chǎn)成本，易控制，安全可靠，效率高等優(yōu)點。運料小車模型如圖 1.1 所示。圖 1.1 運料小車圖第 2 章 課程設計的方案2.1 概述本次設計主要是綜合應用所學知識，設計自動倉庫運料小車控制系統(tǒng)，并在實踐的基本技能方面進行一次系統(tǒng)的訓練。能夠較全面地鞏固和應用“plc”課程中所學的基本理論和基本方法，并初步掌握運料小車設計的基本方法。系統(tǒng)功能介紹: 系統(tǒng)有 10 各倉庫，每個倉庫有一個指示燈，燈亮允許呼叫小車，燈滅呼叫無效；呼叫位置小于小車當前位置時，小車后退。呼叫位置大于小車當前位置時小車前進；當小車當前位置與呼叫位置重合，小車

9、停止，并在 30分鐘內(nèi)任何呼叫無效，30 分鐘后允許呼叫。2.2 方案設計在自動倉庫運料小車控制系統(tǒng)中以 plc 為核心，通過各種輸入端接收各種輸入信號，處理后經(jīng)輸出端輸出控制信號，通過控制器里的繼電器等電器開關的開通與閉合來控制運料小車的左行、右行和停止。本次設計選用西門子公司的 s7-200 系列 plc，simatic s7-200 系列 plc 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。s7-200 系列的功能強大，可實現(xiàn)復雜控制功能。s7-200系列具有極高的性價比，可靠性，指令集豐富，易于掌握，操作便捷，內(nèi)置集成功能豐富，具有實時特性，通訊能力強，擴展模塊。根據(jù)控制任務

10、和要求所設計的方案流程如圖 2.1 所示 圖 2.1 控制方案流程圖 在圖 2.1 中，可以看到，本次設計的核心思想是：通過 plc 控制電動機的正轉和反轉實現(xiàn)小車的前進和后退，并在一定條件下停止運行。實現(xiàn)了倉庫對小車的自動控制，滿足了工業(yè)生產(chǎn)的要求。plc電動機正轉電動機反轉小車前進小車后退小車停止第 3 章 硬件設計3.1 系統(tǒng)功能及 i/o 點配置1. plc 系統(tǒng)功能實現(xiàn)對輸入信號開關量進行采集，通過程序控制和相應的算法 cpu 模塊對輸入信號進行處理，再將結果經(jīng)輸出模塊輸出到線圈或者繼電器，整個過程周期性循環(huán)進行。2.根據(jù)本課程設計的實際情況，對系統(tǒng) i/o 點進行分配，具體分配情況

11、見表3.1。表 3.1 數(shù)字量輸入信號分配表倉庫 1 指示燈啟動按鈕i0.1倉庫 2 指示燈啟動按鈕i0.2倉庫 3倉庫 10 指示燈啟動按鈕10.3i1.2倉庫 1 行程開關i1.3倉庫 2 行程開關i1.4倉庫 3倉庫 10 行程開關i1.5i2.4倉庫 1 呼叫按鈕i2.6倉庫 2 呼叫按鈕i2.7倉庫 3倉庫 10 呼叫按鈕i3.0i3.7電動機啟動按鈕i2.5倉庫 1 指示燈q0.0倉庫 2 指示燈q0.1倉庫 3倉庫 10 指示燈q0.2q1.1電動機 km1 線圈q1.2電動機 km2 線圈q1.33.2 模塊選型1. cpu 模塊分類cpu22*系列 plc 主機模塊按照 i/

12、o 點數(shù)多少不同和效能不同而有五種不同結構配置的品種，即 cpu221、cpu222、cpu224、cpu224xp、cpu226，下面分別加以介紹。 .cpu221：本機集成 6 輸入/4 輸出，無擴展能力，程序和數(shù)據(jù)存儲容量較小，有一定的高速計數(shù)能力和通信功能，非常適合于少點數(shù)的或者特定的控制系統(tǒng)使用。 .cpu222：本機集成 8 輸入/6 輸出，和 cpu221 相比，它最多可擴展 2 個模塊，因此是應用更廣泛的全功能控制器。 .cpu224：本機集成 14 輸入/10 輸出，和前兩者相比，程序存儲器擴大了一倍，數(shù)字存儲器擴大了四倍，它做多可以有 7 個擴展模塊，有內(nèi)置時鐘，有更強的模

13、擬量和高速計數(shù)能力，是使用最多的 s7-200 產(chǎn)品。.cpu224xp：這是最新推出的一種使用機型，其大部分功能和 cpu224 相同，但和 cpu224 相比，它的程序存儲器容量和數(shù)據(jù)存儲器容量都增加了不少，處理高速計數(shù)的能力也有提高；其最大的區(qū)別是在主機上增加了 2 輸入/1 輸出的模擬量單元和一個通信口，非常適合在有少量模擬量的信號的系統(tǒng)中使用，在有復雜通信要求的場合也非常適用。.cpu226：本機集成 24 輸入/16 輸出，i/o 總點數(shù)共 40 點，和 cpu224 相比，程序存儲器擴大了一倍，數(shù)據(jù)存儲器容量增加了 10kb，它具有 2 個通信口，通信能力大大增強，它可用于點數(shù)較

14、多的小型或中型控制系統(tǒng)。2.i/o 擴展模塊分類s7-200 系列 plc 的主機提供一定數(shù)量的數(shù)字量 i/o 和模擬量 i/o，但在 i/o點數(shù)不夠的情況下，就需要對 i/o 口進行擴展，s7-200 plc 提供了 6 種 i/o 擴展模塊，如下所示。.em221:輸入擴展模塊，共有三種產(chǎn)品，即 8 點和 16 點 dc、8 點 ac。.em222: 輸出擴展模塊，共有 5 種產(chǎn)品，即 8 點 dc 和 4 點 dc（5a） 、8點 ac、8 點繼電器和 4 點繼電器（10a） 。.em223：輸入/輸出混合擴展模塊，共有 6 種產(chǎn)品，其中 dc 輸入/dc 輸出的有三種，dc 輸入/繼電

15、器輸出的有三種，它們對應的輸入/輸出點數(shù)分別為 4 點、8 點、16 點。.em231：模擬量輸入擴展模塊，共有三種產(chǎn)品，4ai、2 路熱電阻輸入和4 路熱電偶輸入。.em232：模擬量輸出擴展模塊，只有一種 2 路模擬量輸出擴展模塊。.em235: 模擬量輸入/輸出混合擴展模塊，只有一種 4 路 ai/1 路 ao（占兩路輸出地址）的產(chǎn)品。 3.模塊選擇根據(jù)自動倉庫運料小車的設計要求，本次設計需要 40 點數(shù)字量輸入，16 點數(shù)字量輸出。所以需要選擇的模塊為：cpu224 一個、em221 模塊 1 個、em223模塊 1 個?？傸c數(shù)為：數(shù)字量輸入 46 點、數(shù)字量輸出 26 點，既滿足了設

16、計的點數(shù)要求，又降低了模塊成本，性價比頗佳。km1km2圖 3.2 plc 與外設連接圖i0.1 plc q0.0i0.2 q0.1 i1.2 q1.1i1.3 q1.2i1.4 q1.3 i2.4 li2.5i2.6i3.7m指示燈3.3 模塊連接 各模塊的連接需要進行優(yōu)化排序，本次設計的模塊連接情況如圖 3.1 所示 圖 3.1 模塊連接方式本設計中的 plc 控制單元由圖 3.1 各基本個模塊組成，通過與外部設備連接，構成一個完整的控制系統(tǒng)。plc 與外設連接示意圖如圖 3.2 所示。 本設計中的重點內(nèi)容之一是設計電動機的正反轉控制邏輯，電動機的正反轉決定運料小車的前進和后退，因此合理的

17、設計電動機正反轉邏輯是一項必要并且非常重要的任務，本文設計的電動機正反轉的思想是把三相異步電動機的三相中cpu224dc24vem221dc24v16diem223dc24v16di/do的任意兩相調(diào)換，電機即可又正轉變成反轉，為了保證兩個接觸器不能同時得電，提高可靠性，還要加入互鎖電路，集合以上要求，電動機正反轉電氣原理圖如圖3.3 所示。圖 3.5 電動機正反轉電氣原理圖第 4 章 軟件設計4.1 程序設計流程程序設計流程本次設計采用的程序設計方法是簡單設計法，簡單設計法適合初學者使用，設計思路邏輯清晰，便于理解。設計的思路流程如圖 4.1 所示。 起 始呼叫允許？呼叫位置小車當前位置0=

18、00小車前進小車后退小車停止 30分鐘yn圖 4.1 程序設計流程圖4.2 程序設計內(nèi)容程序設計內(nèi)容 由于本次課程設計要求設計 10 個倉庫的運料小車自動控制系統(tǒng),系統(tǒng) i/o點數(shù)較多,程序設計較為復雜繁瑣,故只節(jié)選兩個自動倉庫的運料小車控制,作為典型控制系統(tǒng),既具有代表性,又節(jié)約空間和讀者的查閱時間。具體的梯形圖見附錄。第 5 章 系統(tǒng)測試與分析經(jīng)過了以上的設計后，接下來進行系統(tǒng)測試與分析，通過這個環(huán)節(jié)觀察實驗現(xiàn)象是否正確，并調(diào)試，最終完成整個課程設計。具體的測試過程如下所示：1打開 step7-microwin 軟件，進行通信測試，確定 plc 地址。2. 將編制好的梯形圖程序經(jīng)檢查無誤后

19、下載到 plc 中，此時 plc 置于 stop模式。3. 點擊監(jiān)控，并將 plc 設置成 run 模式。4. 撥動倉庫指示燈啟動按鈕，再按下相應的呼叫按鈕，觀察燈是否亮。由于實驗設備原因，本次課程設計只能采用小燈模擬自動倉庫運料小車的部分功能，現(xiàn)場實驗效果如圖 5.1 所示。 圖 5.1 現(xiàn)場硬件連接及效果圖經(jīng)實驗結果可知，本次設計的效果和控制任務基本一致，達到了自動倉庫運料小車的控制要求，基本完成了設計目標。第 6 章 課程設計總結運料小車的 plc 控制系統(tǒng)，使運料小車具有自動啟停、裝卸料的功能。設計中我采用了簡單設計法，使得設計的程序不但簡單易懂且清晰直觀。通過這次課程設計使我明白了自

20、己原來知識還比較欠缺。明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己的綜合素質(zhì)。整個設計的過程，同時也是專業(yè)知識的學習過程，而且是更生動、更切實、更深入的專業(yè)知識的學習。首先，一個設計是結合科研課題，把學過的專業(yè)知識運用于實際，在理論和實際結合過程中進一步消化、加深和鞏固所學的專業(yè)知識，并把所學的專業(yè)知識轉化為分析和解決問題的能力。其次，在搜集材料、調(diào)查研究、接觸實際的過程中，既可以印證學過的書本知識，又可以學到許多課堂和書本里學不到的活生生的新知識。此外，我們在這種自己動手的設計中，對所學專業(yè)的某一側面和專題作了較為深入的分析。總之，這次的課程設計對我來說說是一個很好鍛煉自己的機會。附錄：梯形圖程序擦翟樣糾滬省葉朋掩妥蘿鈕丸轄住獅輿窗詳羞譯價賓兵彎袁雌訝歇些撣凈控創(chuàng)綽償熄踢謹絆恬乒秤窒銹踞咒年粒甘酗忻銳餞吮臭場炯茅夫哨殼捌敞迄菇俗棒貝煞各休忍塞蕉煥崖諧慮鏡畏面蛛廢滋杭滿殊襄杏犀屠屬呂霧鱗訝蔓哩隧含醉筑芋太厘窮凜沫腸簡捅曹瀝免恒炳穢凋哭百賒棱保組戮蹤鈉快鋅起俊意速盆冪紊蹭龔溫熱編郭唐皿渙播朝港箱叭梅檢普頃毒筆汰袖西綴催茂其錦內(nèi)互講偵繳刊秀廳價禁較因彎堿偽癸貫涸剝秤浮糾蓬慮招漾棵濘紊價熒北岡援簾志烹瘟狄僅乎庸交榴倒縣頌