小車直線往返運動定位控制plc程序設(shè)計

1、本實驗運用PLC技術(shù)通過西門子S7-200儀器來實現(xiàn)的。具體是由四個傳感器、四個控制開關(guān)通過網(wǎng)絡(luò)程序完成的。實驗包括了PLC編程、西門子運用及現(xiàn)場操作等各方面知識。本設(shè)計是針對現(xiàn)代自動配貨、配料運輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)和商業(yè)運營的社會需求，設(shè)計一種小車直線定位控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)西門子PLC可編程控制程序網(wǎng)絡(luò)梯形圖""I1T選題背景及意義1.1 選題背景隨著智能機器人技術(shù)、汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于智能小車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究，可見其研究意義很大。智能小車,也成輪式機器人，是一種以

2、電子為背景，涵蓋智能控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子電氣、計算機、機械等多學(xué)科的科技創(chuàng)新性設(shè)計。一般主要由路徑識別、速度采集、角度控制及車速控制等模塊組成。本設(shè)計就是在這樣的背景下提出來的，設(shè)計的小車自動往返運動應(yīng)該能夠?qū)崟r循環(huán)運動和制動等功能。1.2 選題意義為了使設(shè)計更為貼近生活，里面囊括了兩個方面：一個是小車直線自動往返運行，這個設(shè)計在生活中一般被用在現(xiàn)代自動配貨、配料運輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)和善業(yè)運營中，目前已經(jīng)成為了生活生產(chǎn)中不可或缺的一個設(shè)計。我們正在逐漸的完善它使其效率更高。另一個設(shè)計是小車制動控制，這個課題本身也是與生活息息相關(guān)的，對工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)運營來說是非常重要的因素。在這里我們研究的

3、只是簡單地控制，是為我們以后的學(xué)習(xí)做個墊腳石。只有我們學(xué)好的基礎(chǔ)，以后工作中才可以不斷的改進和研發(fā)?；谶@些因素，這次設(shè)計課題是非常有意義的。PLC簡介PLC概述可編程控制器(ProgrammableController)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController),簡稱PLC,它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC但是為了避免與個人計算機(PersonalComputer)的簡稱混淆，所以將

4、可編程控制器簡稱PLC2.1.1PLC的由來在60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即：(1)編程方便，現(xiàn)場可修改程序；(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)可直接送入管理計算機；(

5、6)成本可與繼電器控制裝置競爭；(7)輸入可以是交流115V;(8)輸出為交流115V,2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；(9)在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；(10)用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC研制出第一臺PLC,在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快研

6、制出了日本第一臺PLG1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺PLC。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。2.1.2PLC的工作原理當(dāng)可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段,可編程邏輯控制器即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。輸入采樣階段在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/

7、O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映

8、象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I

9、/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。西門子S7-200西門子S7-200簡介西門子公司生產(chǎn)的S7-200小型PLC在我國工業(yè)控制方面有著廣泛的應(yīng)用，并受到廣大電氣工程人員的青睞，隨著可編程控制器在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，各種有關(guān)可編程控制器的書籍大量涌現(xiàn)，但是不少人在看了很多書之后，在真正進行編程的時候往往還是束手無策，不知從何下手，其原因是什么呢？那就是缺少一定數(shù)量的練習(xí)。如果只靠自己苦思冥想，則結(jié)果往往收效甚微，而學(xué)習(xí)和借鑒別人的編程方法不乏是一條學(xué)習(xí)的捷徑。筆者編寫這本書的目的就是，在讀者已經(jīng)掌握可編程控制器基

10、礎(chǔ)知識的前提條件下，為讀者提供一個快速掌握PLC編程方法的學(xué)習(xí)捷徑，達到拋磚引玉的目的。西門子S7-200的主要技術(shù)指標西門子S7-200的主要技術(shù)指標如表2-1所示表2-1西門子S7-200的主要技術(shù)指標技術(shù)規(guī)范CPU224CPU224XP集成的數(shù)字量輸入/輸出14入/10出14入/10出可連接的擴展模塊數(shù)量（最大）77最大可擴展的數(shù)字量輸入/輸出范圍168168最大可擴展的模擬量輸入/輸出范圍35:35用戶程序區(qū)8KB12KB數(shù)據(jù)存儲區(qū)8KB10KB數(shù)據(jù)后備時間（電容）100小時P100小時后備電池（選件）200天200天編程軟件Step7-Micro/WINStep7-Micro/WIN

11、布爾量運算執(zhí)行時間0.22ss0.22ss標志寄存器/計數(shù)器/定時器256/256/256P256/256/256高速計數(shù)器6個30KHz6個100KHz高速脈沖輸出2個20KHz2個100KHz通訊接口1個RS-485P2個RS-485外部硬件中斷44模擬電位器2個8位分辨率2個8位分辨率實時時鐘內(nèi)置時鐘內(nèi)置時鐘外形尺寸（長X寬X高，mm）120.5x80x62120.5x80x62小車自動往返運動主要任務(wù)當(dāng)按下第一站按鈕時，小車開始運行，所經(jīng)過指示燈亮，當(dāng)按下第四站按鈕，小車反向運行。當(dāng)小車經(jīng)過第一和第四個傳感器時，小車也要反向運行。當(dāng)按下第二站按鈕時，小車停止運行。在沒按停止按鈕時，小車

12、自動往返運行。3.2設(shè)計內(nèi)容小車運行模擬圖小車運行模擬圖如圖3-1所示圖3-1小車運行模擬圖位置傳感器：CMCHKJN5002A功能：檢測小車是否經(jīng)過某一站。繼電器：JZX-18FF,DC24V功能：根據(jù)輸入信號，來接通或斷開小電流控制電路，實現(xiàn)控制和保護的自動控制系統(tǒng)。電機：ZGA37F104iDC24V30rpm,帶減速器直流電機；功能：帶動小車主電路圖設(shè)計主電路圖如圖3-2所示PLC引腳接線表格引腳接線表格如表3-1所示表3-1引腳接線表格輸入信號輸出信口勺信號元件及作用PLC輸入口地址信號元件及作用PLC輸出口地址A站按鈕SB1I0.0A站指示燈LB1Q0.0第二站按鈕SB2I0.1第

13、二站指示燈LB2Q0.1第三站按鈕SB3I0.2第三站指示燈LB3Q0.2第四站按鈕SB4I0.3第四站指示燈LB4Q0.3電磁傳感器SY1I0.4左行指示燈LFQ0.4電磁傳感器SY2I0.5右行指示燈LZQ0.5電磁傳感器SY3I0.6電機右行繼電器MZQ0.6電磁傳感器SY4I0.7電機左行繼電器MFQ0.7接0VDC1M接24VDC1L、2LPLC接線圖設(shè)計所用PLC接線圖如圖3-3所示SB1)TO0nnn=LB1n?1011SB3/102q口2SE4/103如3104如4如SY2,夕1210.5Q0.5Q0.610.6METnq11二d1U5iQO.T,_1MF-l_11iTIt1H

14、lJL124V24V圖3-3PLC接線圖3.2.5設(shè)計梯形圖設(shè)計梯形圖如圖3-4至圖3-9所示網(wǎng)1網(wǎng)籍標題顏注釋停止按鈕i口.1設(shè)按下.第一站按鈕打.眼下，右行繼電器qQ碑通，第一站指示燈電.陳右行指示燈事.瞌,小車到第四站，qQ.蜀開小車停止右行.左行指示燈qU.磷時.小車停止右行.111IO.OQD.6QQ5叫口圖3-4小車直線往返運動網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)給2停止按赳汨.1沒按下.q匚遍通時，電機左行繼電招承了導(dǎo)通.左行指于燈q。.旃.按下第四站按團田3小車左；.q。.廉時小車停止左行.右行指示燈卓).匯，)車停止左行口圖3-5小車直線往返運動網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)給3到達第一站U曬指示燈加隰I0.4QOlDII(

15、)I到達第三站i口制指示燈m黨I0.6Q0,2TIC)網(wǎng)給6到達第四站祀砌指示燈qO浦一107QQ3II()圖3-9小車直線往返運動網(wǎng)絡(luò)6小車定位控制主要任務(wù)按下第一站按鈕，小車開始運行，同時在第二站和第三站之間做往返運動,計數(shù)器計數(shù)五次后，小車運行至第一站處。當(dāng)小車在第二站和第三站運行時，按下第四站按鈕，小車停止在其中任何位置。設(shè)計內(nèi)容.1PLC®線圖設(shè)計所用PLC接線圖如圖4-1所示圖4-1PLC接線圖4.2.2設(shè)計梯形圖設(shè)計梯形圖如圖4-2至圖4-5所示同絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)標題小車經(jīng)過第三站id時過時器討一次數(shù)口第一站按鈕Q,腹位討數(shù)器并使它開始計數(shù).IO.SC1舊一口CUCTURFV5

16、-同鼻2到達第四站口硒第四站指示燈q疾7I0.7003(圖4-2小車定位控制網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)給3按下板鈕口.3、車右行，軌法口口冬加I樹停止右行口到達印.1時.卜車繼續(xù)右行.i+費鼻7計數(shù)位廁小車倬止右行口10.2C0.31i10.0Q0.700.SQO.6圖4-3小車定位控制網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)篇4到達第三站q(J.時或日計數(shù)欹時或到達第四站qOlM，洋左行到達第一站q口.M小車停止左行.103Q0.600.7()網(wǎng)絡(luò)5到盛韜一站力婀第一站指示燈q麗匕10.4Q0,0網(wǎng)箱6到達第二站Q弼第二站指示燈1克.QD.1TIC)網(wǎng)籍7到達第三站iOL時第三湖旨示燈加畸口Q0,2IIC)圖4-5小車定位控制網(wǎng)絡(luò)4結(jié)論小車自動往返運動的這個設(shè)計是結(jié)合生活中常用的實例而來進行的。他的研究和設(shè)計不僅和生活息息相關(guān)，也是對我們掌握的知識的一個匯總，其中涉及PLC控制、西門子S7-200的應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)編程等各方面知識。小車自動往返的設(shè)計主要是通過網(wǎng)絡(luò)程序來控制小車完成自動循環(huán)往返運動，其中繼電器是反應(yīng)數(shù)據(jù)的根本依據(jù)。設(shè)計說明了小車可以在指定程序下完成自動直線循環(huán)往返運動，并且可以手動急停。小車制動控制的程序設(shè)計是通過計數(shù)器計數(shù)，使小車在完成指定任務(wù)后回到某一指定位置。該設(shè)計說明了小車在一定的程序下可以通過時間控制使其完成某一任務(wù)后按要求精確地回到指定位置，同時也可以手動急停。參考文獻方承遠.