倉庫運料小車的PLC控制自動系統(tǒng)設(shè)計

1、近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進步和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程邏輯控制器技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)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(shè)計簡易、方便、可靠性高等特點，而且程序設(shè)計方法多樣，便于不同層次設(shè)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(shè)計自動倉庫運料小車控制系統(tǒng)。本次課程設(shè)計中通過各倉庫行程開關(guān)的通斷情況判斷小車當(dāng)前位置，以便了解

2、呼叫位置和小車當(dāng)前位置的相對情況，從而控制電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，達到了對運料小車自動控制的設(shè)計要求關(guān)鍵詞：S7-200；運料小車；電動機；行程開關(guān)目 錄第1章 緒論1第2章 課程設(shè)計的方案2 概述2 方案設(shè)計2第3章 硬件設(shè)計3 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(shè)計7 程序設(shè)計流程7 程序設(shè)計內(nèi)容8第5章 系統(tǒng)測試與分析9第6章 課程設(shè)計總結(jié)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

3、，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(dāng)時的技術(shù)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(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)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(zé)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(jié)合，通過機器人技術(shù)，自動化設(shè)備終于實現(xiàn)了單片機、PLC在運料小車控制系統(tǒng)在自動方面的應(yīng)用。全自動控制：現(xiàn)階段由于單片機、PLC技術(shù)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(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速

4、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(shè)計運料小車自動控制系統(tǒng)，讓PLC技術(shù)與自動化技術(shù)相結(jié)合，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，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

5、程設(shè)計的方案2.1 概述本次設(shè)計主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)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(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“PLC”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握運料小車設(shè)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(dāng)前位置時，小車后退。呼叫位置大于小車當(dāng)前位置時小車前進；當(dāng)小車當(dāng)前位置與呼叫位置重合，小車停止，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(shè)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

6、控制器里的繼電器等電器開關(guān)的開通與閉合來控制運料小車的左行、右行和停止。本次設(shè)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(fù)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。小車前進電動機正轉(zhuǎn)小車停止PLC小車后退電動機反轉(zhuǎn)圖2.1 控制方案流程圖在圖2.1中，可以看到，本次設(shè)計的核心思想是：通過PLC控制電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)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

7、車的自動控制，滿足了工業(yè)生產(chǎn)的要求。第3章 硬件設(shè)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(guān)量進行采集，通過程序控制和相應(yīng)的算法CPU模塊對輸入信號進行處理，再將結(jié)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(shè)計的實際情況，對系統(tǒng)I/O點進行分配，具體分配情況見表3.1。表3.1 數(shù)字量輸入信號分配表倉庫1指示燈啟動按鈕倉庫2指示燈啟動按鈕倉庫3倉庫10指示燈啟動按鈕倉庫1行程開關(guān)倉庫2行程開關(guān)倉庫3倉庫10行程開關(guān)倉庫1呼叫按鈕倉庫2呼叫按鈕倉庫3倉庫10呼叫按鈕電動機啟動按鈕倉庫1指示燈倉庫2指示燈倉庫3倉庫10指示燈電動機KM1線圈

8、電動機KM2線圈3.2 模塊選型1. CPU模塊分類CPU22*系列PLC主機模塊按照I/O點數(shù)多少不同和效能不同而有五種不同結(jié)構(gòu)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(yīng)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

9、，它做多可以有7個擴展模塊，有內(nèi)置時鐘，有更強的模擬量和高速計數(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(fù)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

10、用于點數(shù)較多的小型或中型控制系統(tǒng)。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，S7-200PLC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/繼電器輸出的有三種，它們對應(yīng)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，

11、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。根據(jù)自動倉庫運料小車的設(shè)計要求，本次設(shè)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(shè)計的點數(shù)要求，又降低了模塊成本，性價比頗佳。3.3 模塊連接EM221DC24V16DIEM223DC24V16DI/DOCPU224DC24V 圖3.1 模塊連接方

12、式本設(shè)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(shè)備連接，構(gòu)成一個完整的控制系統(tǒng)。PLC與外設(shè)連接示意圖如圖3.2所示。KM1KM2圖3.2 PLC與外設(shè)連接圖 I2.4 LM指示燈本設(shè)計中的重點內(nèi)容之一是設(shè)計電動機的正反轉(zhuǎn)控制邏輯，電動機的正反轉(zhuǎn)決定運料小車的前進和后退，因此合理的設(shè)計電動機正反轉(zhuǎn)邏輯是一項必要并且非常重要的任務(wù)，本文設(shè)計的電動機正反轉(zhuǎn)的思想是把三相異步電動機的三相中的任意兩相調(diào)換，電機即可又正轉(zhuǎn)變成反轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)電氣原理圖如圖3.3所示。圖3.5 電動機正反轉(zhuǎn)電氣原理圖第4章 軟

13、件設(shè)計4.1 程序設(shè)計流程本次設(shè)計采用的程序設(shè)計方法是簡單設(shè)計法，簡單設(shè)計法適合初學(xué)者使用，設(shè)計思路邏輯清晰，便于理解。設(shè)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(dāng)前位置0=00小車前進小車后退小車停止30分鐘YN圖4.1 程序設(shè)計流程圖4.2 程序設(shè)計內(nèi)容 由于本次課程設(shè)計要求設(shè)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(shè)計較為復(fù)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(shè)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

14、，最終完成整個課程設(shè)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)檢查無誤后下載到PLC中，此時PLC置于STOP模式。3. 點擊監(jiān)控，并將PLC設(shè)置成RUN模式。4. 撥動倉庫指示燈啟動按鈕，再按下相應(yīng)的呼叫按鈕，觀察燈是否亮。由于實驗設(shè)備原因，本次課程設(shè)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(jié)果可知，本次設(shè)計的效果和控制任務(wù)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(shè)計目標(biāo)。第6章 課程設(shè)計總結(jié)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(shè)計中我采用了簡單設(shè)計法，使得設(shè)計的程序不但簡單易懂且清晰直觀。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的綜合素質(zhì)。整個設(shè)計的過程，同時也是專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，而且是更生動、更切實、更深