基于PLC控制的運(yùn)料小車設(shè)計(jì)

1、常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作 者： 學(xué) 號(hào)： 系 部： 專 業(yè)： 題 目： 基于PLC控制的運(yùn)料小車設(shè)計(jì)指導(dǎo)者：XXX評(píng)閱者：2012年 5月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要目錄引 言. 1第1章 可編程控制器（PLC）概況. 21.1 PLC的定義 . 21.2 PLC的發(fā)展 . 21.3 PLC的特點(diǎn) . 31.4 PLC的基本組成及各部分作用 . 31.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 . 6第2章 控制系統(tǒng)介紹和控制過程要求. 82.1 控制系統(tǒng)的作用與地位 . 82.2 控制系統(tǒng)介紹 . 8第3章 運(yùn)料小車系統(tǒng)方案的選擇. 103.1 可編程控制器 PLC的優(yōu)點(diǎn) . 103.2 小車運(yùn)料系統(tǒng)方

2、案的選擇 . 11第4章 硬件介紹. 12第5章 基于PLC的運(yùn)料小車接線圖及梯形圖. 145.1 運(yùn)料小車PLC的 I/O分配表 . 145.2 PLC端子接線圖 . 145.3 梯形圖分段設(shè)計(jì) . 165.4 程序運(yùn)行原理說明調(diào)試與完善 . 205.5 系統(tǒng)總梯形圖設(shè)計(jì) . 21結(jié)論. 26致謝. 27參考文獻(xiàn). 28引 言隨著社會(huì)迅速的發(fā)展，各機(jī)械產(chǎn)品層出不窮?？刂葡到y(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)很成熟，應(yīng)用范圍涉及各個(gè)領(lǐng)域，例如：機(jī)械、汽車制造、化工、交通、軍事、民用等。PLC專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，其顯著的特點(diǎn)之一就是可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。PLC的應(yīng)用不但大大地提高了電氣控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力

3、，而且大大地簡(jiǎn)化和減少了維修維護(hù)的工作量。PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便、控制程序可變、體積小、質(zhì)量輕、功能強(qiáng)和價(jià)格低廉等特點(diǎn) ，在機(jī)械制造、冶金等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。運(yùn)料小車控制系統(tǒng)采用了PLC控制。從運(yùn)料小車的工藝流程來看，其控制系統(tǒng)屬于自動(dòng)控制與手動(dòng)控制相結(jié)合的系統(tǒng)，因此，此運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式。我在程序設(shè)計(jì)上采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，這樣就省去了工作方式程序之間復(fù)雜的聯(lián)鎖關(guān)系，從而在設(shè)計(jì)和修改任何一種工作方式的程序時(shí)，不會(huì)對(duì)其它工作方式的程序造成影響，使得程序的設(shè)計(jì)、修改和故障查找工作大為簡(jiǎn)化。在設(shè)計(jì)該P(yáng)LC運(yùn)料小車設(shè)計(jì)程序的同時(shí)總結(jié)

4、了以往PLC運(yùn)料小車設(shè)計(jì)程序的一般方法、步驟，并且把以前學(xué)過的基礎(chǔ)課程融匯到本次設(shè)計(jì)當(dāng)中來，更加深入的了解了更多的PLC知識(shí)。1第1章 可編程控制器（PLC）概況1.1 PLC的定義國際電工委員會(huì)(International Electrical Committee- IEC),1987年的第三版對(duì)PLC作了如下的定義: PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破鲗?shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的

5、硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(中央處理單元)存儲(chǔ)器(RAM和EPROM),輸入/輸出模塊(簡(jiǎn)稱為I/O模塊)、編程器和電源五大部分組成。近年來發(fā)展極為迅速、應(yīng)用面極廣的工業(yè)控制裝置。它按照成熟而有效的繼電器控制概念和設(shè)計(jì)思想，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品。1.2 PLC的發(fā)展1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，并公開招標(biāo)提出十項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn):(1)編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序；(2)維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；(3)可靠性高于繼電器控制裝置；(4)體積小于繼電器控制裝置；(5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算

6、機(jī)；(6)成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；(7)輸入可以是交流115V；(8)輸出為交流115V, 2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等；(9)在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；(10)用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。1969年，美國數(shù)字公司(DEC)研制出了第一臺(tái)可編程序控制器，滿足了GM公 2司裝配線的要求。這種新型的工業(yè)控制裝置簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長(zhǎng)，很快在美國其它工業(yè)領(lǐng)域推廣使用。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代PLC產(chǎn)品。1.3 PLC的特點(diǎn)PLC之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開的:1)功能齊全，它的適用性極強(qiáng)，

7、幾乎所有的控制要求，它均能滿足；2)應(yīng)用靈活， 其標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使得它不僅可以適應(yīng)大小不同、功能繁復(fù)的控制要求，而且可以適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場(chǎng)合；3)操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。盡管PLC有各種型號(hào)，但都可以適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，耐熱、防潮、抗震等性能也很好，一般平均無故障率可達(dá)幾萬小時(shí)。1.4 PLC的基本組成及各部分作用PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式兩類。整體式PLC是將中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的

8、1/0擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU是PLC的核心，1/0單元是連接CPU與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能1/0單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴(kuò)展底板。CPU底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過10m.無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。1.中央處理單元(CPU)：CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運(yùn)算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦

9、予的功能，完成以下任務(wù):3(1)接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；(2)診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯(cuò)誤;(3)用掃描的方式接收輸入信號(hào)，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來;(4)PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作;(5)將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端?，F(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種:(1)通用微處理器，如8080, 8088, Z80A, 8085等。通用微處理器的價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)，還可以借用微機(jī)成熟的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。(2)單片機(jī)，如8051等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和

10、可擴(kuò)充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能UO模塊。(3)位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支。它主要追求運(yùn)算速度快，它以4位為一片。用幾個(gè)位片級(jí)聯(lián)，可以組成任意字長(zhǎng)的微處理器。改變微程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個(gè)微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個(gè)可以并行處理的部分，幾個(gè)微處理器同時(shí)進(jìn)行處理。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的PLC使用。2.存儲(chǔ)器根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種:(1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器:和各種計(jì)算機(jī)一樣，PLC也有其固定的監(jiān)

11、控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器ROM或EPROM(2)用戶程序存儲(chǔ)器:用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲(chǔ)器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶程序存儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫的RAM。由于RAM掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲(chǔ)器的PLC，都有后備電池(鏗電池)保護(hù)RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懭隕PROM.目前較先進(jìn)的PLC(如歐姆龍公司的CPMIA型PLC

12、)采用快閃存儲(chǔ)器作 4用戶程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不需用后備電池保護(hù)。(3)工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲(chǔ)PLC的開關(guān)量輸入/輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來存放A/0轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前

13、值，在停電時(shí)可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。3. I/0單元I/0單元也稱為I/0模塊。PLC通過I/0單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號(hào)，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號(hào)。通過接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識(shí)別和處理的信號(hào)，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí)CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件.4.電源部分PLC一般使用220V的交流電源，

14、內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5V, +12V, +24V的直流電源，使PLC能正常工作。電源部件的位置形式可有多種，對(duì)于整體式結(jié)構(gòu)的CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部;對(duì)于模塊式PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個(gè)模塊中。5.擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。6通信接口為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對(duì)話，PLC配有多種通信接口。PLC 5通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的PLC或計(jì)算機(jī)相連。當(dāng)PLC與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印;當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí).

15、可將過程圖像顯示出來;當(dāng)與其他PLC相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制;當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。7.編程器編程器的作用是提供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。編程器有簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡(jiǎn)易鍵盤和發(fā)光二級(jí)管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有LCD或CRL圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對(duì)話。還可以利用PC作為編程器，PLC生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕

16、上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。現(xiàn)在很多PLC已不再提供編程器，而是提供微機(jī)編程軟件了，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。1.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、

17、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類:(1)開關(guān)量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺(tái)設(shè)備，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。6(2)工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量)，PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。(3)運(yùn)動(dòng)控制PLC

18、可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。(4)數(shù)據(jù)處理PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。(5)通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信包括PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配

19、置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。7第2章 控制系統(tǒng)介紹和控制過程要求2.1 控制系統(tǒng)的作用與地位在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本，減輕工人的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，要求整個(gè)工藝生產(chǎn)過程全盤自動(dòng)化，這就離不開控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是整個(gè)生產(chǎn)線的靈魂，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線起著指揮的作用。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，輕者影響生產(chǎn)線的繼續(xù)進(jìn)行，重者甚至發(fā)生人身安全事故，這樣將給企業(yè)造成重大損失。運(yùn)料小車是基于PLC控制系統(tǒng)來設(shè)計(jì)的，控制系統(tǒng)的每一步動(dòng)作都直接作用于運(yùn)料小車的運(yùn)行，因此，運(yùn)料小車性能的好壞與控制系統(tǒng)性能的好壞有著直接的關(guān)系。運(yùn)料小車能否正常運(yùn)行、工作效率的高低都與控制系統(tǒng)密不可分。2.2 控制系統(tǒng)

20、介紹推車機(jī)圖2-1 運(yùn)料小車控制圖本控制系統(tǒng)主要是用于控制運(yùn)料小車的自動(dòng)運(yùn)料。它既能減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度又能自動(dòng)準(zhǔn)確到達(dá)人不能達(dá)到或很難到達(dá)的預(yù)定位置。(如圖2-1運(yùn)料小車控制 8 兩油缸推動(dòng)圖），推車機(jī)可以沿軌道上下移動(dòng)，到達(dá)預(yù)定位置。推車機(jī)上是一個(gè)小型泵站，通過控制電磁閥換向，使兩油缸伸出、縮回，頂出運(yùn)料小車，再由各個(gè)倉位控制要料。用PLC對(duì)運(yùn)料小車實(shí)現(xiàn)控制，其具體要求如下：(1) 運(yùn)料小車1動(dòng)作要求：運(yùn)料小車負(fù)責(zé)向四個(gè)料倉運(yùn)料，運(yùn)料路上從左向右共有4個(gè)料倉（位置開關(guān)SQ1，SQ2，SQ3，SQ4）分別受PLC的I0.0，I0.1，I0.2，I0.3檢測(cè)，當(dāng)信號(hào)狀態(tài)為1是，說明運(yùn)料小車到達(dá)該位

21、置。小車行走受兩個(gè)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)，Q0.4驅(qū)動(dòng)小車左行，Q0.5驅(qū)動(dòng)小車右行。料倉要料由4個(gè)手動(dòng)按鈕（SB1，SB2，SB3，SB4）發(fā)出(對(duì)應(yīng)于PLC為I0.4，I0.5，I0.6，I0.7)按鈕發(fā)出信號(hào)其相應(yīng)指示燈就亮（HL1-HL4），指示燈受PLC的Q0.0-Q0.3控制。運(yùn)料小車2動(dòng)作要求：運(yùn)料小車負(fù)責(zé)向四個(gè)料倉運(yùn)料，運(yùn)料路上從左向右共有4個(gè)料倉（位置開關(guān)SQ11，SQ12，SQ13，SQ14）分別受PLC的I1.0，I1.1，I1.2，I1.3檢測(cè)，當(dāng)信號(hào)狀態(tài)為1是，說明運(yùn)料小車到達(dá)該位置。小車行走受兩個(gè)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)，Q1.5驅(qū)動(dòng)小車左行，Q1.4驅(qū)動(dòng)小車右行。料倉要料由4個(gè)手動(dòng)按鈕（S

22、B11，SB12，SB13，SB14）發(fā)出(對(duì)應(yīng)于PLC為I1.4，I1.5，I1.6，I1.7)按鈕發(fā)出信號(hào)其相應(yīng)指示燈就亮（HL11-HL14），指示燈受PLC的Q1.0-Q1.3控制。(2)運(yùn)料小車行走條件：運(yùn)料小車右行條件：小車在1，2，3號(hào)倉位，4號(hào)倉要料；小車在1，2號(hào)倉位，3號(hào)倉要料；小車在1號(hào)倉位，2號(hào)倉要料。運(yùn)料小車左行條件：小車在4，3，2，0號(hào)倉位，1號(hào)倉要料；小車在4，3，0號(hào)倉位，2號(hào)倉要料；小車在4，0號(hào)倉位，3號(hào)倉要料；小車在0位，4號(hào)倉位要料。運(yùn)料小車停止條件：要料倉位與小車的車位相同時(shí)，應(yīng)該是小車的停止條件。 運(yùn)料小車的互鎖條件：小車右行時(shí)不允許左行啟動(dòng)，同樣

23、小車左行時(shí)也不允許右行啟動(dòng)。9第3章 運(yùn)料小車系統(tǒng)方案的選擇3.1 可編程控制器 PLC的優(yōu)點(diǎn)可編程控制器 PLC對(duì)用戶來說，是一種無觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的推廣應(yīng)用?？删幊炭刂破魇敲嫦蛴脩舻膶Ｓ霉I(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn)。1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如西門子公司生產(chǎn)的S7系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PL

24、C的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使P

25、LC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造10PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制

26、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。5.體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100 mm，重量小于150 g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小，很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.2 小車運(yùn)料系統(tǒng)方案的選擇實(shí)現(xiàn)小車運(yùn)料系統(tǒng)控制有很多方法來實(shí)現(xiàn)，可以用單片機(jī)、可編程控制器PLC等元器件來實(shí)現(xiàn)。但在單片機(jī)控制系統(tǒng)電路中需要加入A/D，D/A轉(zhuǎn)換器，線路復(fù)雜，還要分配大量的中斷口地址。而且單片機(jī)控制電路易受外界環(huán)境的干擾，也具有不穩(wěn)定性。另外控制程序需要

27、具有一定編程能力的人才能編譯出，在維修時(shí)也需要高技術(shù)的人員才能修復(fù)，所以在此也不易用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。而從上述第一節(jié)對(duì)PLC的特點(diǎn)了解可知，PLC具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此我們歸納出：可編程控制器PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時(shí)間都在30萬小時(shí)以上；安裝，操作和維護(hù)也較容易；編程簡(jiǎn)單，PLC的基本指令不多，編程器使用比較方便，程序設(shè)計(jì)和產(chǎn)品調(diào)試周期短，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。此外PLC內(nèi)部定時(shí)、計(jì)數(shù)資源豐富，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)料小車的控制。因此，最終我選擇了用可編程控制器PLC來實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車系統(tǒng)的控制，完成本次的設(shè)計(jì)題目。11第4章 硬件介紹圖4-1為運(yùn)料小車的模擬圖圖4-1運(yùn)料小車的模擬圖運(yùn)料小車

28、是工業(yè)運(yùn)料的主要設(shè)備之一。廣泛應(yīng)用于自動(dòng)生產(chǎn)線 冶金、有色盒屬、煤礦、港口、碼頭等行業(yè)，各工序之間的物品常用有軌小車來轉(zhuǎn)運(yùn)。小車通常采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)小車前進(jìn)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)小車后退。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工作原理圖如圖4-1，包括帶導(dǎo)軌的運(yùn)行工作臺(tái)，DC24V電機(jī)，行程開關(guān)，起停按鈕，Twido可編程控制器，DC24V繼電器，DC12V直流電源等。圖4-1是一個(gè)運(yùn)料小車工作示意圖，每個(gè)工作臺(tái)設(shè)有一個(gè)到位開關(guān)(SQ)和一個(gè)呼 叫按鈕(SB)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求為：（1）按下啟動(dòng)按鈕,系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作；（2）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a小于呼叫按鈕的編碼時(shí)，小車向右運(yùn)行，運(yùn)行到呼叫按

29、鈕所對(duì)應(yīng)的?？空緯r(shí)停止；（3）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a大于呼叫按鈕的編碼時(shí)，小車向左行，運(yùn)行到呼叫按鈕HJ所對(duì)應(yīng)的?？空緯r(shí)停止；（4）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a等于呼叫按鈕的編碼時(shí)，小車保持不動(dòng)；（5）呼叫按鈕開關(guān)應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。12圖4-2為PLC輸出的電壓轉(zhuǎn)換電路圖4-2中采用2個(gè)DC24V繼電器和1個(gè)12V直流電源來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，2個(gè)繼電器線圈直接接到可編程控制器的輸出端。當(dāng)繼電器線圈1得電時(shí)繼電器1的觸點(diǎn)由k1轉(zhuǎn)換到k2，而繼電器線圈2的觸點(diǎn)狀態(tài)不變，電流流向如I1所示，驅(qū)使DCI2V電機(jī)按一定方向運(yùn)轉(zhuǎn)：當(dāng)繼電器線圈2得電時(shí)，繼電器線圈I觸點(diǎn)狀態(tài)不變，而繼電器線

30、圈2的觸點(diǎn)由k3轉(zhuǎn)換到k4，電流流向如I2所示驅(qū)使DC12V電機(jī)按相反的方向運(yùn)轉(zhuǎn)。圖4-2 PLC輸出的電壓轉(zhuǎn)換電路13第5章 基于PLC的運(yùn)料小車接線圖及梯形圖5.1 運(yùn)料小車PLC的 I/O分配表根據(jù)控制要求，PLC控制運(yùn)料小車的輸入輸出(I0)地址編排如下表所示，其中SB5為啟動(dòng)開關(guān)，為SB6停止開關(guān)，SA6、SA7為手動(dòng)連續(xù)選擇開關(guān)，SA1、SA2為上下、左右轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA3、SA4、SA5為油缸單動(dòng)聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。Q0.0-Q0.3和Q1.0-Q1.3控制8個(gè)要料指示燈，Q0.4-Q0.5和Q1.4-Q1.5控制小車1、2左行右行，Q0.6-Q0.7和Q1.6-Q1.7。如表5-1所示

31、：5-1 I/O分配表5.2 PLC端子接線圖PLC型號(hào)的選擇：由于該系統(tǒng)是在原來CPU226的基礎(chǔ)上改進(jìn)的設(shè)備，而現(xiàn)在共用了31個(gè)輸入，用直流24V；18個(gè)輸出，用交流電220V，所以我選擇用S7-200系列CPU226，加一個(gè)EM223的擴(kuò)展模塊。CPU226的主要的技術(shù)參數(shù)：輸入24VDC，24點(diǎn)；輸出220VAC，16點(diǎn)；電源電壓為AC100240V 50/60Hz。14EM223的主要技術(shù)參數(shù)：輸入24VDC，8點(diǎn)；輸出220VAC，8點(diǎn)；電源電壓為AC100240V 50/60Hz。如圖5-2所示：圖5-2 端子接線圖155.3 梯形圖分段設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)運(yùn)料小車梯形圖，是分開來

32、畫的。由總程序結(jié)構(gòu)圖、自動(dòng)操作程序圖、手動(dòng)操作程序圖、小車1左右自動(dòng)運(yùn)料運(yùn)行程序圖、小車2左右自動(dòng)運(yùn)料運(yùn)行程序圖組成。圖5-3 總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1）程序的總結(jié)構(gòu)圖如圖5-3所示：因?yàn)樵谑謩?dòng)操作方式下，各種動(dòng)作都是用按鈕控制來實(shí)現(xiàn)的，其程序可獨(dú)立于自動(dòng)操作程序而另行設(shè)計(jì)。因此，總程序可分為兩段獨(dú)立的部分：手動(dòng)操作程序和自動(dòng)操作程序。當(dāng)選擇手動(dòng)操作時(shí)，則輸入點(diǎn)I3.0接通，其常閉觸點(diǎn)斷開，執(zhí)行手動(dòng)程序，并由于I3.1的常閉觸點(diǎn)為閉合，則跳過自動(dòng)程序。若選擇自動(dòng)操作方式，將跳過手動(dòng)程序段而執(zhí)行自動(dòng)程序。（2）自動(dòng)程序設(shè)計(jì)，自動(dòng)操作控制主要是由行程開關(guān)來控制推車機(jī)的上行、下行，兩缸的伸出、縮回。通過行程

33、開關(guān)的上限、下限、左限、右限準(zhǔn)確的控制推車機(jī)到達(dá)預(yù)定位置。自動(dòng)程序時(shí)，手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到連續(xù)檔SA7，按下啟動(dòng)按鈕SB6，推車機(jī)上行，碰到上位行車開關(guān)SQ6，上行停止；同時(shí)兩個(gè)油缸動(dòng)作，推動(dòng)兩小車向左移動(dòng)，小車1、2碰到左位行程開關(guān)SQ10、SQ5，說明兩小車到位，這時(shí)各個(gè)倉位可向小車要料；而且兩油缸縮回，碰到行程右位開關(guān)SQ8、SQ9停止收縮，推車機(jī)下行到行程開關(guān)位SQ7時(shí)停止。如圖5-4所示：16圖5-4 自動(dòng)操作程序圖（3）手動(dòng)操作程序的設(shè)計(jì)，手動(dòng)操作控制簡(jiǎn)單，可按照一般繼電器控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)法來設(shè)計(jì)。手動(dòng)程序時(shí)，手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到手動(dòng)檔SA6，上下、左右轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到上/下行檔時(shí)，

34、按啟動(dòng)按鈕SB5推車機(jī)上行，按停止按鈕SB6推車機(jī)下行；上下、左右轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到左/右檔時(shí)，撥動(dòng)單動(dòng)聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3（缸1動(dòng)作），按啟動(dòng)按鈕SB5，缸1伸出推動(dòng)小車1左行；按停止按鈕SB6，缸1縮回；撥動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)到SA5（缸2動(dòng)作），按啟動(dòng)按鈕SB5，缸2伸出推動(dòng)小車2左行，按停止按鈕SB6，缸2縮回；撥動(dòng)單動(dòng)聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)到SA4（兩缸同時(shí)動(dòng)作）按啟動(dòng)按鈕SB5，兩缸伸出推動(dòng)兩小車左行；按停止按鈕SB6，兩缸縮回。如圖5-5所示：17圖5-5 手動(dòng)操作程序圖（4）小車1自動(dòng)運(yùn)料運(yùn)行程序，把小車1送到指定位置后，四個(gè)倉位就可以向小車要料了，M0.0-M0.3分別代表小車1的1號(hào)料倉到4號(hào)料倉的要

35、料狀態(tài)，運(yùn)料小車1當(dāng)前所處位置由I0.0-I0.3，運(yùn)料小車1的右行，左行，停止控制由Q0.4、Q0.5。小車到位后，用上微分操作（P）來清除料倉要料狀態(tài)信號(hào)及控制小車停車。（上微分操作的注意事項(xiàng)，上微分脈沖只存在在一個(gè)掃描周期，接受這一脈沖控制的元件應(yīng)寫在這一脈沖出現(xiàn)的語句之后）。小車1自動(dòng)運(yùn)料圖如下圖5-6所示：18圖5-6 小車1左右自動(dòng)運(yùn)料運(yùn)行程序圖（5）小車2自動(dòng)運(yùn)料運(yùn)行程序，把小車2送到指定位置后，四個(gè)倉位就可以向小車要料了，M1.0-M1.3分別代表小車2的1號(hào)料倉到4號(hào)料倉的要料狀態(tài)。運(yùn)料小車2當(dāng)前所處位置由I1.0-I1.3，運(yùn)料小車2的右行，左行，停止控制由Q1.4、Q1.

36、5。小車到位后，用上微分操作（P）來清除料倉要料狀態(tài)信號(hào)及控制小車停車。19小車2自動(dòng)運(yùn)料圖5-7所示：圖5-7 小車2左右自動(dòng)運(yùn)料運(yùn)行程序圖5.4 程序運(yùn)行原理說明調(diào)試與完善本程序是用梯形圖所寫的。在運(yùn)行前，先選擇工作方式，手動(dòng)/自動(dòng)。選擇手動(dòng)SA6時(shí)，把上/下、左/右轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到上/下檔SA1，按下SB5起動(dòng)點(diǎn)動(dòng) 20按鈕，推車機(jī)上行，按下SB6停止點(diǎn)動(dòng)按鈕，推車機(jī)下行；把上/下、左/右轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到左/右檔SA2，再選擇小車的單動(dòng)、聯(lián)動(dòng)控制，小車1單動(dòng)時(shí)把單動(dòng)/聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到單動(dòng)檔SA3，兩小車聯(lián)動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)到聯(lián)動(dòng)檔SA4，小車2單動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)到單動(dòng)檔SA5，這時(shí)按下起動(dòng)按鈕SB5，油缸推動(dòng)小車左行，按下停止按鈕SB6，油缸縮回。選擇自動(dòng)SA7時(shí)，按下起動(dòng)按鈕SB5，推車機(jī)開始上行，碰到上限行程開關(guān)SQ6時(shí)停車，兩缸自動(dòng)推出小車，小車碰到左限行程開關(guān)SQ5、SQ10時(shí)，說明小車到位，各個(gè)倉位可以向小車要料，這時(shí)兩缸自動(dòng)縮回，碰到右限行程開關(guān)SQ8、SQ9時(shí)，推車機(jī)自動(dòng)下行，下行到位后（碰到SQ7）停車。只有再次按下起動(dòng)按鈕SB5，才能再次運(yùn)行。手動(dòng)程序