基于PLC的運料小車的控制系統(tǒng)設(shè)計

1、電氣自動化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計設(shè)計課題：基于PLC的運料小車控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名： 陳博 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 吳麗麗 專 業(yè)： 電氣自動化技術(shù) 年 級： 11級 2014年6月3日摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，對自動化程度要求越來越高，原有的生產(chǎn)線已不能滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)中運料是一個非常重要的環(huán)節(jié)，但是其崗位對人體傷害較大或者是勞動負荷較大。所以運料小車在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，為企業(yè)節(jié)省了人力、物力等，節(jié)約了生產(chǎn)成本提高了經(jīng)濟效益。但是，相比傳統(tǒng)接觸器、繼電器控制的運料小車電氣控制線路比較復(fù)雜，不容易檢修及維護。基于PLC的自動運料小車控制系統(tǒng)可以解決上述問題，因此對它的設(shè)計具有了現(xiàn)實可能

2、性。關(guān)鍵詞：可編程控制器；三相異步電動機；運料小車目 錄引言11運料小車需求分析22運料小車控制系統(tǒng)的方案論證42.1運料小車控制系統(tǒng)的控制內(nèi)容與要求4運料小車的運動流程42.2 方案論證43運料小車控制系統(tǒng)的硬件配置64運料小車控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計84.1PLC I/O分配表85程序的運行調(diào)試與仿真136設(shè)計小結(jié)146.1小車的優(yōu)缺點分析146.2設(shè)計的改進及推廣14總 結(jié)15致謝16參考文獻17附 錄 一18引言可編程控制器是在計算機技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，最初叫做可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），即PLC，現(xiàn)已廣泛

3、應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)使得PLC在問世后的發(fā)展極為迅速。現(xiàn)在，PLC不僅能實現(xiàn)繼電器的邏輯控制功能，同時還具有數(shù)字量和模擬量的采集和控制、PID調(diào)節(jié)、通信聯(lián)網(wǎng)、故障自診斷及DCS生產(chǎn)監(jiān)控等功能。毫無疑問，PLC將在今后的工業(yè)生產(chǎn)中起到非常重要的作用。在20世紀80年代，美國的工業(yè)市場調(diào)查報告和1989年美國的一份分散控制系統(tǒng)（DCS）的調(diào)研報告中，都能看出PLC在工業(yè)控制中的重要作用。1運料小車需求分析運料小車專門用于粒料、粉料、片狀料、帶狀材料等產(chǎn)品的輸送。在各行業(yè)應(yīng)用都十分廣泛。當(dāng)今社會，越來越多的廠家采用機械化輸送，這種方式代替人力勞動將成為必然

4、，其具有較高的精確度，而且省時，省力還大大減少了勞動強度，降低勞動成本節(jié)約人力資源。真正的做到了低成本，高回報。在今飛速發(fā)展的年代這種自動化產(chǎn)品會受到越來越多行業(yè)的青睞與喜歡。制造業(yè)是現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展中占有關(guān)鍵地位，它的發(fā)展狀況主導(dǎo)著經(jīng)濟發(fā)展的前景，但是，在我國，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、私營企業(yè)，由于受資金管理等方面的限制，一般來說，送料絕大多數(shù)是采用人工手動送料，嚴重缺乏保護裝置，這造成“效率低，勞動強度大，事故發(fā)生率大”等特點。隨著信息科技迅猛、市場經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)、國際市場競爭日益激烈，產(chǎn)品更新更為迅速，近年來，由于PLC控制技術(shù)的發(fā)展，送料機構(gòu)自動化水平也需越來越高。提高自動化的水平不僅可以提高生

5、產(chǎn)效率，同時也能保證工人的人身安全。傳統(tǒng)的手工送料已經(jīng)不再滿足要求，這時運料小車應(yīng)運而生。運料小車專門用于粒料、粉料、片狀料、帶狀等材料的輸送，這無疑是輕、重工行業(yè)不可缺少的設(shè)備。從世界第一臺PLC被設(shè)計出來到現(xiàn)在，PLC歷經(jīng)幾次更新?lián)Q代，各方面的性能得到了很大完善，技術(shù)已經(jīng)完全成熟。其中運料小車控制系統(tǒng)隨著PLC的發(fā)展過程經(jīng)歷一下幾個發(fā)展階段:手動控制：上世界六十年代末七十年代初，是PLC發(fā)展的早期階段，那個時候便有一些工業(yè)過程運用了PLC控制系統(tǒng)控制運料小車，但是由于那是技術(shù)并不成熟，只能采用人工手動控制機器，初期的運料小車控制系統(tǒng)多采用繼電器和接觸器組成的復(fù)雜控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅體積龐

6、大，系統(tǒng)穩(wěn)定性也不高，故障率高，也沒有通信模塊，操作控制極為不便，控制效果也不佳。自動控制：至上世紀八十年代，電子科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，計算機的成本及價格變得越來越低，這種情況下，很多大型企業(yè)開始采用PC機與PLC通信控制方式，這種控制方式在控制方面更加靈活。全自動控制：本世紀開始科技迅猛發(fā)展，電子計算機的更新周期越來越短，電子設(shè)備的向著高性能，低成本發(fā)展。運用今天高性能PLC控制運料小車可以實現(xiàn)完全自動化，并且能滿足工業(yè)過程的各種要求，另外在設(shè)備維護也極為方便，維護成本大大降低。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化的實現(xiàn)水平在國民經(jīng)濟的發(fā)展中起著越來越重要的作用，尤其是對機械行業(yè)的生產(chǎn)效率、制造精度、以及

7、可靠性和安全性提出了更高的要求。對于自動運料裝置，目前的企業(yè)中多采用以下幾種運料方式：機械手加穿梭小車式自動化輸送方案：該自動化輸送系統(tǒng)也是自動沖壓生產(chǎn)線中最常用的系統(tǒng)，它主要是由自動上料，和取料機械手以及穿梭下車組成。目前沖壓車間里由不同廠商提供的各式自動化輸送系統(tǒng)的都是基于該機構(gòu)和原理進行設(shè)計制造的。一個取料機械手，帶有中置并按工件形狀排部的真空吸盤式端拾器：負責(zé)將工件從上一壓機取出安放在穿梭下車上。一個穿梭小車：它負責(zé)將工件由取料機械手的放置位置移送到上料機械手的取料位置。一個帶有中置端拾器的上料機械手：負責(zé)將工件由穿梭下車拾起送入到下一臺壓機。采用此種輸送方案工件將通過機械手簡單的“拾

8、取和“擺放”動作由前一臺壓機輸送到下一臺軋機，其穿梭下車的主要功用是通過它的穿梭運動縮短取料和上料機械手的輸送行程，從而提高整線的生產(chǎn)效率。其是優(yōu)點可使用于多數(shù)大中小型企業(yè)。缺點是裝置較復(fù)雜，物料的運送步驟繁多，增加了加工時間，操作不便。運用機械手進行送料方式：機械手與小車相連，然后通過鋼索與滑塊相連，滑塊再連接重物，重物的上升和下降控制著小車的前進與后退。保證了操作人的安全，同時提高了生產(chǎn)效率。優(yōu)點是可以進行連續(xù)生產(chǎn)，缺點是全部操作都需機械手，導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)過多，機械故障多。新型的多機連線自動搬運送料：這種方案是由四臺開式雙電2500KN壓力機驅(qū)動，生產(chǎn)線絕大多數(shù)零部件都已國產(chǎn)化，其送料精度及

9、生產(chǎn)效率達到國外生產(chǎn)線的同等水平，成本較國外生產(chǎn)線低廉，占用空間少。優(yōu)點是工作穩(wěn)定高，步進電機控制，精度高，布矩一樣大，消耗功耗低，所需電壓也低。氣缸傳動，生產(chǎn)效率以及送料準確性都比較低，無法滿足具體的生產(chǎn)需要，已經(jīng)面臨淘汰。綜上所述，本著保障人身安全、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約資金的科學(xué)人性化管理的方針下對運料小車進行自動化設(shè)計。此設(shè)計中運料小車控制系統(tǒng)是采用以PLC為核心的自動控制技術(shù)來實現(xiàn)的，這不僅大大提高了工作的效率，使整個過程安全可靠。2運料小車控制系統(tǒng)的方案論證2.1運料小車控制系統(tǒng)的控制內(nèi)容與要求2.1.1運料小車的運動流程某自動生產(chǎn)線上運料小車的運動如圖2.1所示：運料小車自動化生產(chǎn)線

10、運料小車1號站_2號站4號站3號站5號站圖2.1運料小車示意圖在生產(chǎn)線上有5個編號為l5的站點供小車停靠，在每一個停靠站安裝一個行程開關(guān)以監(jiān)測小車是否到達該站點。對小車的控制除了啟動按鈕和停止按鈕之外，還設(shè)有4個呼叫按鈕開關(guān)(SK2SK5）分別與4個停靠站點相對應(yīng)。2.1.2設(shè)備控制要求運料小車在自動化生產(chǎn)線上運動的控制要求如下：按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作；按下啟動按鈕后，小車在1號站停20S裝料，結(jié)束后若有呼叫按鈕按下，小車右行，到達呼叫按鈕對應(yīng)的?？空緯r小車停止并卸料，15S后卸料完畢小車右行，到達裝料?？奎c時小車停止。呼叫按鈕開關(guān)SK2SK5應(yīng)具有互鎖功能，先

11、按下者優(yōu)先。2.2 方案論證早期運料小車電氣控制系統(tǒng)多為繼電器.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。后來，單片機應(yīng)用到運料小車控制系統(tǒng)中。單片機有優(yōu)異的性能價格比、集成度高、體積小、有很高的可靠性、控制功能強、低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品，外部總線增加了IC及SPI，單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機編程方法復(fù)雜，不容易上手，使用于簡單應(yīng)用。將PLC應(yīng)用到運料小車電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用。PLC運料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度

12、快，精度高，可靠性和可維護性好，安裝、維修和改造方便等優(yōu)點。運料小車控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)構(gòu)成圖如2.3所示： 停止按鈕5個行程按鈕4個呼叫按鈕三相異步電動機啟動按鈕PLC 圖2.3運料小車控制系統(tǒng)圖、3運料小車控制系統(tǒng)的硬件配置3.1小車的硬件選擇 小車采用的是載重量1噸的小車，實用性高，運輸量大。3.2電機的選擇運料小車由一臺三相異步電動機拖動，與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種?；\式轉(zhuǎn)子的異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式三相異步電動機的轉(zhuǎn)子和定子

13、一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。所以本小車采用三相異步電動機電機正轉(zhuǎn)，小車向右行，電機反轉(zhuǎn)，小車向左行。電機采用Y100L-2。電動機正反轉(zhuǎn)圖如圖2.2所示： 圖2.2三項異步電動機正反轉(zhuǎn)主電路圖3.3 PLC的選擇西門子小型機有S7-200：處理速度0.81.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量248點；模擬量35路 。CPU采用CPU 226。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性。極豐富的指令集。易于掌握。便捷的操作。豐富的內(nèi)置集成功能。實時特性。強勁的通訊能力。豐富的擴展模塊。3.4行程開關(guān)采用常規(guī)

14、行程開關(guān)中LX19系列中的LX19-001/111，該產(chǎn)品有結(jié)構(gòu)簡單、功能實用、價格低廉，能降低成本的優(yōu)勢深受廣大使用者的青睞。4運料小車控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1PLC I/O分配表這個控制系統(tǒng)的輸入有啟動按鈕開關(guān)、停止按鈕開關(guān)、4個呼叫按鈕開關(guān)、5個行程開關(guān)共11輸入點。這個控制系統(tǒng)需要控制的外部設(shè)備只有控制小車運動的三相電動機一個。但是電機有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩個狀態(tài)，分別都應(yīng)正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器，所以輸出點應(yīng)該有2個。對應(yīng)的地址分配表如表4.1所示：地址對應(yīng)的外部設(shè)備I0.0啟動按鈕開關(guān)I0.1停止按鈕開關(guān)I0.22號站點呼叫按鈕開關(guān)I0.33號站點呼叫按鈕開關(guān)I0.44號站點呼叫按鈕開關(guān)I0

15、.55號站點呼叫按鈕開關(guān)I1.11號站點行程開關(guān)I1.22號站點行程開關(guān)I1.33號站點行程開關(guān)I1.44號站點行程開關(guān)I1.55號站點行程開關(guān) Q0.0電動機正轉(zhuǎn)（左行） Q0.1電動機反轉(zhuǎn)（右行） 表4.1地址分配表4.2外圍連接圖小車控制系統(tǒng)的輸入，輸出設(shè)備與PLC的I/O端對應(yīng)的外部接線圖如4.2所示： 圖4.2PLC外部接線圖4.3 PLC程序流程圖根據(jù)運料小車運動控制的要求， 按下啟動按鈕I0.0后，運料小車系統(tǒng)開始工作，并開始進行裝料，20S裝料結(jié)束后若有呼叫按鈕按下，小車右行。碰到呼叫按鈕對應(yīng)的行程開關(guān)后下車停止并卸料，15S后卸料完畢小車左行，碰到裝料點的行程開關(guān)時，小車停止

16、并裝料。根據(jù)整個運動過程，工作期間分為8步，分別用M0.1,M0.2,M0.3,M0.4,M0.5,M0.6,M0.7,M0.8來代表這8步，用M0.0來代表等待啟動的初始步。啟動按鈕I0.0,停止按鈕I0.1的常開觸點，呼叫按鈕的常開觸點，行程開關(guān)的常開觸點，定時器延時接通的常開觸點是各步之間的轉(zhuǎn)換條件。順序功能圖如4.3所示：圖4.3程序流程圖4.4系統(tǒng)梯形圖根據(jù)系統(tǒng)順序功能圖畫出運料小車控制系統(tǒng)的梯形圖如下圖所示：5程序的運行調(diào)試與仿真將系統(tǒng)梯形圖導(dǎo)入西門子仿真軟件進行仿真。選擇CPU型號為224后裝載程序。檢查程序無誤后將仿真軟件切換到運行狀態(tài)。按下輸入繼電器I0.0所對應(yīng)的按鈕，I0

17、.0所對應(yīng)的指示燈亮，計時器T37開始計時，20S后按下輸入繼電器I0.2所對應(yīng)的按鈕，I0.2所對應(yīng)的指示燈亮，輸出繼電器Q0.0對應(yīng)的指示燈也同時亮。按下輸入繼電器I1.2所對應(yīng)的按鈕，I1.2所對應(yīng)的指示燈亮，計時器T38開始計時，輸出繼電器Q0.0對應(yīng)指示燈同時也熄滅。15S后輸出繼電器Q0.1所對應(yīng)的指示燈亮，按下輸入繼電器I0.1或I1.1所對應(yīng)的按鈕，I0.1或I1.1所對應(yīng)的指示燈亮，輸出繼電器Q0.1所對應(yīng)的指示燈滅。滿足控制要求。反復(fù)運行此程序也均能達到控制要求。仿真如圖5.1所示： 圖5.1軟件仿真圖 將程序載入PLC中，調(diào)試程序并運行，均能達到控制要求。 6設(shè)計小結(jié)6.

18、1小車的優(yōu)缺點分析本設(shè)計運用的可編程控制器實現(xiàn)的自動運料小車控制器，避開了以往繼電器接觸不良、開關(guān)易損壞等缺點，可靠性和穩(wěn)定性都有所提高。在檢測小車是否到達呼叫?？奎c的時候，運用了行程開關(guān)，這樣的檢驗系統(tǒng)讓小車的?？课恢酶訙蚀_。 與此同時，由于輸入輸出很明顯，不需要好多額外的外接電路，讓設(shè)計更簡潔。這也是采用了成熟的可編程控制器帶來的好處。即使在出現(xiàn)故障、緊急停止等環(huán)節(jié)中都能快捷操作。但設(shè)計過程中，只是基本實現(xiàn)了設(shè)計的要求，沒有功能擴展，讓系統(tǒng)顯得比較簡單。6.2設(shè)計的改進及推廣在實際的運用過程中，為了便于智能化、無人化、遠程化的操作，該設(shè)計控制器還應(yīng)該聯(lián)網(wǎng)，讓多臺控制器組成局域網(wǎng)，構(gòu)成一套

19、網(wǎng)路系統(tǒng)，便于通訊和控制操作。如修改軟件設(shè)計中的一些參數(shù)，能適合在不同的場合都能適合。在具體的設(shè)計中，應(yīng)該還可以設(shè)計顯示功能，顯示運料小車到達指定的停靠站時所需時間；還可以在小車底部安裝一個傳感器，用來檢測小車中的料是否卸完。這樣就可更好地控制小車的運行，更加便于人們工作。此外，該運料小車控制器可以運用于大型的養(yǎng)殖行業(yè)，便于送料和喂養(yǎng)。這樣就可以節(jié)約時間，提高效率。6.3 常見故障及排除方法基于我實習(xí)多月來，對拋丸機常見電氣故障方面的了解。知道了運料小車可能出現(xiàn)的常見故障。（1） 行程開關(guān)的損壞及撞擊變形。優(yōu)點是可以選用接近開關(guān)代替行程開關(guān)（2） PLC的輸入 輸出口接觸不良。（3） 電器柜內(nèi)

20、熱保護器出現(xiàn)過載現(xiàn)象。（4） 控制回路的線路故障。 總 結(jié)畢業(yè)設(shè)計是在教學(xué)過程的最后階段采用的一種總結(jié)性的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設(shè)計，能使我們綜合應(yīng)用所學(xué)的各種理論知識和技能，進行全面、系統(tǒng)、嚴格的技術(shù)及基本能力的訓(xùn)練。早期運料小車電氣控制系統(tǒng)多為繼電器.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。將PLC應(yīng)用到運料小車電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用。PLC運料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，安裝、維修和改造方便等優(yōu)點。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，運料小車的應(yīng)用也不

21、斷擴大到各個領(lǐng)域，從手動到自動，逐漸形成了機械化、自動化。但是，傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制在工作中已經(jīng)暴露出種種弊端，因此，新的控制設(shè)計已成為社會發(fā)展的必然趨勢。本設(shè)計運用的可編程控制器實現(xiàn)的自動運料小車控制器，避開了以往繼電器接觸不良、開關(guān)易損壞等缺點，可靠性和穩(wěn)定性都有所提高。在檢測小車是否到達呼叫?？奎c的時候，運用了行程開關(guān)使小車的停靠位置更加準確。同時，由于輸入輸出很明顯，不需要好多額外的外接電路，讓設(shè)計更簡潔。這也是采用了成熟的可編程控制器帶來的好處。即使在出現(xiàn)故障、緊急停止等環(huán)節(jié)中都能快捷操作。致謝一路走來，兩年多的職院的生活，彈指之間，時光飛逝。帶著和夢想一樣多的依戀，就要離開廣廈，

22、離開熟悉的學(xué)校、老師、同學(xué)和朋友。在這里，有過歡笑有過痛苦，有過快樂也有過傷心，所有的都會成為我記憶中的曳影，但將終生不能忘懷，一切的一切，都是心靈的歸宿。感謝指導(dǎo)過我的吳麗麗老師。在老師們的指導(dǎo)和幫助下，讓我順利的完成了畢業(yè)論文的制作。感謝室友們在我制作論文的過程提供的無微不至的幫助。在大學(xué)生活即將結(jié)束的時候，我相信自己是幸運的，我相信自己會過得更好，也相信老師們、同學(xué)們會過的更好。我堅信我們每個人曾經(jīng)的努力都會得到回報。最后，再一次感謝含辛茹苦把養(yǎng)我的父母，我的老師，我的同學(xué)。祝你們生活幸福。參考文獻（1） 賀哲榮. 流行PLC實用程序及設(shè)計M. 西安電子科技大學(xué)出版社,2006年.（2） 胡學(xué)林. 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)M. 高等教育出版社, 2003年.（3） 洪志育. 例說PLCM. 人民郵電出版社,2006年.（4） 求是科技. PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐J. 人民郵電出版社,2005年.（5