小車多方式運行

1、電氣控制技術課程設計說明書 小車多方式運行的PLC控制系統(tǒng)設計學生姓名： 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 指導教師： 職稱 完成時間： 湖南工學院電氣控制技術課程設計課題任務書學院：電氣與信息工程學院 專業(yè)： 指導教師 學生姓名 課題名稱小車多方式運行的PLC控制系統(tǒng)設計內(nèi)容及任務一、目標： 設計一個基于PLC的多方式運行的小車控制系統(tǒng)。二、任務：根據(jù)控制要求，明確設計任務，擬定設計方案與進度計劃，運用所學的理論知識，進行小車多方式運行的控制原理設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計、創(chuàng)新設計，提高理論知識工程應用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：1. 設計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

2、、接線圖、時序圖等；2. 系統(tǒng)有啟動、停止功能；3. 運用功能指令進行PLC控制程序設計，并有主程序、子程序和中斷程序；4. 程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設計；5. 用組態(tài)王監(jiān)控組態(tài)軟件，設計出上位監(jiān)控系統(tǒng)；6. 進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)小車多方式運行的控制要求。三、要求：小車系統(tǒng)由直流電機、繼電器、小車和4個站臺等組成，每個站臺有檢測傳感器、指示燈和按鈕。采用S7-200PLC進行控制，控制要求如下：1. 小車起始位置停在x（x=14）號站臺，SYx傳感器為ON;2. 假如y(y=14)號站臺呼叫，如果： xy，小車左行到呼叫站臺停車； xy，小車右行到呼叫站臺停車； x=y，小車停止；3. 小車在

3、SY1和SY4處要有可靠的保護功能，自動往返或準確停車，不能向外撞；4. 小車路過每個站臺要有指示燈顯示；但LB1和LB4燈要閃3次；主要參考資料1 可編程控制器教程M.王兆義機,械工業(yè)出版社.2 電氣控制與可編程控制器技術M.史國生.化學工業(yè)出版社.3 可編程控制器原理與應用M.趙燕,，周新建.北京大學出版社.4 GT培訓教程M.百度文庫. 5 PLC編程及應用M. 廖常初.北京：機械工業(yè)出版社,2005年.6 可編程控制器應用技術M.胡學林.北京：高等教育出版社,2001年.7 模擬電子技術基礎M. 沈任元.北京：機械工業(yè)出版,2000.6.8 三菱FX系列可編程序控制器編程手冊M.三菱公

4、司編,2001年.9 三菱可編程序控制器應用101例M.三菱公司編, 1994年.10 三菱可編程序控制器使用手冊M. 三菱公司編,1999年.教研室意見 教研室主任：（簽字）年 月 日摘 要PLC技術是綜合了計算機技術，自動控制技術和通訊技術的一門新興技術，是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，科學研究以及其他各個領域自動化的重要手段之一，應用十分廣泛。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。PLC技術代表了當今電氣程序控制的世界先進水平。它與數(shù)控技術，工業(yè)機器人技術已成為機械工業(yè)自動化和CIM的三大支柱。課程設計是通過以PLC技術為

5、核心，充分利用它的軟件及硬件系統(tǒng)對小車的運行狀態(tài)進行控制，已達到智能控制的結(jié)果。課程設計主要以三菱FX2N為載體，結(jié)合它對應的編程軟件來對運輸小車的控制進行編程。通過課程設計加強學生對PLC技術的硬件及軟件的認識與理解，實現(xiàn)了對課程的綜合應用技能，提高理論知識工程應用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。 關鍵詞:PLC技術；智能控制；三菱FX2N目 錄1 引言11.1 PLC技術的起源11.2 PLC技術的發(fā)展11.3 PLC技術的應用22 控制系統(tǒng)總體方案設計32.1 設計要求32.2 控制系統(tǒng)硬件設計4 2.2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成圖4 2.2.2 系統(tǒng)輸入輸出點分析4 2.2

6、.3 PLC選型4 2.2.4 硬件系統(tǒng)接線圖52.3 控制系統(tǒng)軟件設計6 2.3.1 系統(tǒng)變量定義及I/O分配表6 2.3.2 控制程序流程圖設計7 2.3.3 PIC控制程序設計83 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析113.1 PIC系統(tǒng)仿真調(diào)試11 3.1.1 仿真圖113.2 結(jié)果分析124 設計總結(jié)19參考文獻20致謝21附錄22附錄A 程序梯形圖22附錄B 程序指令表24I1 引言1.1 PLC技術的起源 1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求； 1969 年，美國數(shù)字設備公司研制出了第一臺可編程邏輯控制器PDP14 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應

7、用于電氣控制，這是第一代可編程邏輯控制器，稱Programmable Logic Controller，簡稱PLC，是世界上公認的第一臺PLC。 1969年，美國研制出世界第一臺PDP-14； 1971年，日本研制出第一臺DCS-8； 1973年，德國西門子公司（SIEMENS）研制出歐洲第一臺PLC，型號為SIMATIC S4；1974年，中國研制出第一臺PLC，1977年開始工業(yè)應用。1.2 PLC技術的發(fā)展20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為

8、微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。20世紀70年代中末期，可編程邏輯控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程邏輯控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀80年代至

9、90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。1.3 PLC技術的應用 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同

10、時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經(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)場合。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類: (1)開關量邏輯控制：取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。(2)工業(yè)過程控制：在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，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采用相應的A/D和

11、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、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。(3)運動控制:PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。(4)數(shù)據(jù)處理:PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、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通信含

12、PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2 控制系統(tǒng)總體方案設計2.1 設計要求小車系統(tǒng)由直流電機、繼電器、小車和4個站臺等組成，每個站臺有檢測傳感器、指示燈和按鈕。采用S7-200PLC進行控制，控制要求如下：(1)小車起始位置停在x（x=14）號站臺，SYx傳感器為ON;(2)假如y(y=14)號站臺呼叫，如果： xy，小車左行到呼叫站臺停車； xy，小車右行到呼叫站臺停車； x=y，小車停止；(3)小車在SY1和SY4處要有可靠的保護功能，自動往返或準確停車，不能向外撞； (4)小車路過每個站臺要有指示燈顯示；但L

13、B1和LB4燈要閃3次； 圖 2.2 控制系統(tǒng)硬件設計2.2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成圖小車系統(tǒng)由直流電機、繼電器、小車和4個站臺等組成，每個站臺有檢測傳感器、指示燈和按鈕。其模型圖如圖1所示。 圖1 模型圖2.2.2 系統(tǒng)輸入輸出點分析通過對設計要求分析可知：本次設計所需PLC的輸入點10個，輸出點6個。并需使用9個輸入繼電器，6個輸出繼電器，6個輔助繼電器。2.2.3 PLC選型小車多方式運行PLC控制系統(tǒng)是比較簡單的順序控制，則需選擇具有邏輯運算、定時器、計數(shù)器等基本功能的小型PLC，三菱公司的系列是一種小型化，高速，高性能的超小型PLC，且具有邏輯運算，定時器，計數(shù)器等功能。因此可選擇三

14、菱公司的系列。又由于課程設計的設計要求輸出既需要帶交流負載，又需要帶直流負載，故選著繼電器輸出方式的PLC。又估算可得最少需要10個輸入點，6個輸出點，9個輸入繼電器，6個輸出繼電器，6個輔助繼電器，故輸入點數(shù)應大于10，輸出點數(shù)應大于6，因此總輸入輸出點數(shù)應大于16，可選擇輸入輸出總點數(shù)為32點的PLC。綜上所述可選擇日本三菱系列的-32MR型的PLC。2.2.4 硬件系統(tǒng)接線圖硬件電路接線圖包括控制電路接線圖如圖2所示，主電路接線圖如圖3所示。圖2 控制電路接線圖圖3 主電路接線2.3 控制系統(tǒng)軟件設計2.3.1 系統(tǒng)變量定義及I/O分配表（1） 系統(tǒng)變量定義 經(jīng)分析可知，系統(tǒng)具有十個輸入

15、點，六個輸出點。十個輸入點中有六個按鈕及四個行程開關；六個輸出點中四個燈及兩個繼電器。（2） I/O分配表表1 I/O分配表輸入功能說明輸出功能說明SB0X0啟動KM1Y5左行SB1X10停止KM2Y6右行SB2X1呼叫站臺1L1Y1第一個站臺的指示燈SB3X2呼叫站臺2L2Y2第二個站臺的指示燈SB4X3呼叫站臺3L3Y3第三個站臺的指示燈SB5X4呼叫站臺4L4Y4第四個站臺的指示燈SQ1X11限位1SQ2X12限位2SQ3X13限位3SQ4X14限位42.3.2 控制程序流程圖設計圖4 程序流程圖2.3.3 PIC控制程序設計（1） 啟動程序主要用于啟動/關斷程序，其中X000為啟動按鈕

16、，X010為停止按鈕，M0為輔助繼電器，M8000為實時監(jiān)控繼電器。其程序梯形圖如圖5所示。（2） 站臺呼叫程序此段程序主要用于確定呼叫小車的站臺的位置。其中X001至X004為站臺呼叫的位置按鈕，M5至M8為輔助繼電器，D0，D1為寄存器用于存放數(shù)據(jù)。其程序梯形如圖6所示。（3） 限位程序 此段程序主要用于確定呼叫小車時小車所在位置以及小車經(jīng)過每個站臺時控制相應站臺指示燈的亮滅。其中X011至X014為站臺位置的行程開關，M9至M12為輔助繼電器，D1為寄存器用于存放小車位置數(shù)據(jù)。其程序梯形圖如圖7所示。（4） 指示程序此段程序主要用于控制小車經(jīng)過每個站臺是相應指示燈的亮滅。其中Y001至Y

17、004為每個站臺的指示燈，T0，T3為定時器用于定時三秒中，T1，T2為定時器用于定時一秒，M8013為特殊輔助繼電器，為1S時鐘脈沖觸點。其程序梯形圖如圖8所示。（5） 運動啟停程序此段程序主要用于確定小車運行的方向，以及確定小車停止的位置。其中Y005，Y006為電機正反轉(zhuǎn)輸出，M1至M4，M14為輔助繼電器，用于啟動/停止電機。其程序梯形圖如圖9所示。圖5 啟動程序圖6 站臺呼叫程序圖7 限位程序圖8 指示程序圖9 運動啟動程序3 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析3.1 PIC系統(tǒng)仿真調(diào)試在GX Developer編程軟件中，進行PLC程序的仿真調(diào)試。在GX Developer中編寫梯形圖語言。編寫完

18、成后把程序?qū)懭肟删幊绦蚩刂破鞯某绦虼鎯^(qū)，然后進行運行調(diào)試，在前面正確操作和正常進行的基礎上，使PLC進入運行狀態(tài)，觀察運行情況。3.1.1 仿真圖呼叫站臺在一號站臺，小車在四號站臺，仿真時序圖如圖11所示。（1） 啟動程序仿真圖按下按鈕X000，輔助繼電器M0得電，M0自鎖,程序啟動。其仿真圖如圖10所示。圖10 啟動程序仿真圖（2） 呼叫程序仿真圖按鈕X001按下，向寄存器D0送1，表示一站臺呼叫小車，且輔助繼電器M5得電。其仿真圖如圖11所示。 圖11 呼叫程序仿真圖（3） 限位程序仿真圖按鈕X014按下，向寄存器D1送4，表示小車此時在4號站臺等待呼叫。其輔助繼電器M12得電。同時步進

19、到S4。其仿真圖如圖12所示。圖12 限位程序仿真圖（4） 指示程序仿真圖按鈕X014按下，表示小車在4號站臺，根據(jù)設計要求小車在經(jīng)過1號和4號站臺是指示燈閃三次。Y004得電，表示4號站臺指示燈亮，其仿真圖如圖13所示。圖13 指示程序仿真圖（5） 運動程序仿真圖輔助繼電器M5與M12得電，使得輔助繼電器M1得電，從而比較呼叫站臺與小車位置站臺比較，確定小車的運動方向。Y006的得電表示小車向左運行。其程序仿真圖如圖14所示。圖14 運動程序仿真圖（6） 小車經(jīng)過2號站臺時顯示程序，運動程序仿真圖按鈕X013閉合，表示小車經(jīng)過3號站臺，Y003得電表示3號站臺指示燈亮，Y006得電表示小車繼

20、續(xù)向左運行。其仿真圖如圖15所示。圖15 小車經(jīng)過3號站臺仿真圖（7） 小車經(jīng)過2號站臺時顯示程序，運動程序仿真圖按鈕X012閉合，表示小車經(jīng)過2號站臺，Y002得電表示2號站臺指示燈亮，Y006得電表示小車繼續(xù)向左運行。其仿真圖如圖16所示。圖16 小車經(jīng)過3號站臺仿真圖（8） 小車經(jīng)過1號站臺時顯示程序，運動程序仿真圖按鈕X011閉合，表示小車抵達1號站臺，Y001得電表示1號站臺指示燈亮，Y006斷電表示小車停止。其仿真圖如圖17所示。圖17 小車抵達1號站臺仿真圖3.2 結(jié)果分析根據(jù)以上調(diào)試情況，該小車多方式運行的PLC控制設計符合課程設計要求。4 設計總結(jié)PLC課程設計其實是對PLC

21、的編程過程和操作過程進行熟悉、強化、理解，加強了對理論知識的理解與掌握，將課堂上學到知識運用在實踐中，與實際生活相結(jié)合增加了學生的實踐能力。雖然完成了課程設計任務書中的要求，但是在實際生活中還有很多方面欠缺考慮，要設計一個完整的程序，除了需要理論知識做基礎外，還需要有豐富的編程經(jīng)驗。在實際生活中的許多現(xiàn)實問題，學生都忽略掉了。比如接觸觸點的多選，這樣會給企業(yè)帶來額外的費用，這是由于學生經(jīng)驗跟思維都不夠完善的原因所導致的。要減少這些失誤，需要對實際問題進行全方面的分析。參考文獻1 可編程控制器教程M.王兆義機,械工業(yè)出版社.561242 電氣控制與可編程控制器技術M.史國生.化學工業(yè)出版社.882933 可編程控制器原理與應用M.趙燕,，周新建.北京大學出版社.731474 GT培訓教程M.百度文庫. 5 PLC編程及應用M.