電動運輸小車的PLC控制系統(tǒng)設計(共23頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上XXXXX學院課程設計說明書設計題目: 電動運輸小車的PLC控制系統(tǒng)設計 學生姓名： XXXXX 學 號： XXXXX 專業(yè)班級： XXXXX 指導教師： XXXXX 2012 年 12 月 7 日內(nèi)容摘要隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電動運輸小車在醫(yī)藥、冶金、建材、飼料加工等行業(yè)被廣泛地應用，不僅節(jié)省了人力和物力，而且也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，提高了生產(chǎn)率，同時也可以實現(xiàn)現(xiàn)代化科學管理。本設計介紹的是基于可編程控制器西門子S7-200的電動運輸小車的設計與實現(xiàn)，能夠指示小車的停車位和呼車功能、是否可以呼車及小車是否到位、能夠?qū)崿F(xiàn)電機正轉(zhuǎn)、電機反轉(zhuǎn)、可以緊急停車等功能。本文闡述了可編程控

2、制器西門子S7-200的功能特點以及操作。提出了系統(tǒng)的總體設計方案。本系統(tǒng)具有價格低廉、高可靠性、高性能和智能化的特點。通過該系統(tǒng)的成功研制和應用，生產(chǎn)效率將大幅提高，工人的勞動強度將大幅度降低，控制精度也將進一步提高。關鍵詞：可編程控制器；呼車；西門子S7-200；PLC目 錄專心-專注-專業(yè)第1章 引 言這篇論文是以西門子S7-200為主要載體，結(jié)合他對應的編程軟件來對運輸小車的控制進行編程，雖然沒有具體的見到他的硬件，但是也對這樣一個程序?qū)慕涌谧隽肆私狻LC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。據(jù)預測，在90年

3、代，美、日、德等發(fā)達國家的控制屏將完全由PLC所占據(jù)。由于PLC吸收了微電子技術和計算機技術的最新成果，發(fā)展十分迅速，使它已遠遠超出單純?nèi)〈^電器的應用領域，遠遠超出邏輯控制的范疇，在從單機自動化到整條生產(chǎn)線自動化，乃至整個工廠的生產(chǎn)自動化；從FMS、工業(yè)機器人到大型分散型控制系統(tǒng)中都擔當著重要角色。本次課程設計的主要內(nèi)容是用PLC控制電動運輸小車的運動。運輸小車在8個工位之間作有條件的運動。每個工位各有一個呼車按鈕，一個行程開關和一個指示燈。呼車按鈕用于呼車，當該工位需要呼車時，按下該工位的呼車按鈕，小車運動到該工位點。行程開關的作用在于使小車在當前停車工位與呼車工位相比較之后，自行運動至該

4、呼車工位后自動停止。若呼車工位大于停車工位，小車前進；若呼車工位小于停車工位，小車后退。指示燈是呼車的標志信號。指示燈亮，表示8個工位可以呼車；指示燈滅，表示已經(jīng)有工位呼車，其他工位不能呼車。本次設計的主電路非常簡單，僅需用PLC控制兩個接觸器實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)。電動機正轉(zhuǎn)，小車前進；電動機反轉(zhuǎn)；小車后退。此次設計的重點在于PLC控制設計的編程部分。要實現(xiàn)按下呼車工位后，小車自行運動并在到達呼車工位后小車自動停止的控制要求，需要將每個工位處的呼車工位與停車工位（由各工位的行程開關控制）分別從1開始依次編號，并存于CPU的寄存器中，通過呼車工位號與停車工位號的比較，控制小車的前進和后退。在此基礎

5、上，確定輸入輸出的點數(shù)，選擇適當?shù)腃PU型號，在軟件上編程調(diào)試，實現(xiàn)控制要求。第2章 系統(tǒng)總體方案設計2.1 總體方案選擇說明首先來分析下整個運輸小車的控制系統(tǒng)。（1）主電路實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)，每路中均安裝斷路器和熱繼電器，以保護電動機的正常運行。按下啟動按鈕SB八盞指示燈全亮某個行程開關閉合將該工位號VB0傳入系統(tǒng)(2）按下某個呼車按鈕系統(tǒng)得電并自鎖，八盞指示燈全滅將該呼車位號VB1傳入系統(tǒng)系統(tǒng)對VB0，VB1進行大小比較根據(jù)比較結(jié)果進行正，反轉(zhuǎn)或原位不動輔助繼電器M3得電，其動斷觸點M0.3斷開其他呼車按鈕呼車無效小車到達所呼車位時，定時器T37啟動30s后其動斷觸點斷開輔助繼電器M1失電

6、，八盞指示燈全亮，其他呼車按鈕呼車有效（3）假如小車停在3位，而3號工作臺呼叫，則小車原位不動。(4)安裝一個啟動和停止按鈕，用以總體控制小車的啟動與停止。(5)控制要求由PLC編程實現(xiàn)。2.2 控制方式選擇編程軟件采用西門子S7-200軟件可編程控制器。支持梯形圖、指令表等語言程序設計，網(wǎng)絡參數(shù)設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。梯形圖語言是在繼電器控制電路圖的基礎上發(fā)展而來的。最大的優(yōu)點就是直觀易懂，使用簡單方便。對來自電氣方面的用語，通過梯形圖很容易就能掌握，同時它也是PLC的主要編程語言。助記符語言與匯編語言類似，它使用字符來代表可編程控制器的某種操作，

7、這就要求用戶要有一定的計算機編程基礎。在我們編程之前要非常熟悉西門子S7-200軟件可編程控制器的指令語言，這樣我們才能夠設計出真確的控制程序 。將PLC應用到小車循環(huán)運動控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用。PLC小車循環(huán)運動控制系統(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。由于繼電器-接觸器控制系統(tǒng)電路復雜、接線繁瑣，且不易實現(xiàn)控制要求，所以本次設計選擇PLC控制系統(tǒng)。我們電動運輸小車的任務主要由兩大部分，其中最主要的就是運輸小車的PLC梯形圖設計，也就是程序設計；其次是三相異步電機的驅(qū)動主電路設計。為此我們采用了PLC控制系統(tǒng)。因為

8、PLC控制系統(tǒng)具有簡便的編程性。PLC相當于一個微型計算機，內(nèi)部有CPU可以用來處理一些普通指令和更多的特殊功能指令。還有許多的存儲器可以存放數(shù)據(jù)，在作為工業(yè)控制的情況下，我們可以把PLC當成是一個集成了許多繼電器的盒子，可以單純的把PLC當成是一個開關。因為此次的小車所需的輸入、輸出比較少，所以使用了西門子的S7-200-CPU226型號的PLC。這個型號的PLC提供了24個輸入和16個輸出口。根據(jù)任務書要求輸入只需要19個，輸出需要3個滿足設計要求。在硬件上需要實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，這利用了繼電器線圈通電常開點閉合、常閉點斷開的特點來改變電機的旋轉(zhuǎn)方向。2.3 系統(tǒng)可靠性設計由于采用的是PLC

9、控制系統(tǒng)，它具有以下優(yōu)點，完全滿足可靠性要求（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms.（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開關電源。（5）對采用的器件進行嚴格的篩選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構成冗余系統(tǒng)或有三CPU構成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。第章 PLC控制系統(tǒng)設計3.1 控制要求分析本次設計是運輸小車的控制設計，如圖3-1所示，其

10、中電動運輸車供8個加工點使用。控制要求如下：（1）PLC上電后，車停在某加工點（也稱工位），若沒有用車呼叫（也稱呼車）時，則各工位的指示燈亮，表示各工位可以呼車。（2）若某工位呼車時，工位的指示燈均滅，表示此后再呼車無效。（3）停車位呼車則小車不動。當呼車位號大于停車位號時，小車自動向高位行駛，當呼車位號小于停車位號時，小車自動向低位行駛。當小車到達呼車位時自動停車。（4）小車到達某工位時應停留30s供該工位使用，不應立即被其他工位呼走。（5）臨時停電后再復電，小車不會自動啟動。ST1SB1ST2SB2ST3SB3ST4SB4ST5SB5ST6SB6ST7SB7ST8SB8圖3-1 運輸小車控

11、制示意圖3.2 設計主電路根據(jù)控制要求可以對其設計。通過分析可知，本此設計的主電路只需實現(xiàn)小車的正反轉(zhuǎn)即可。因此可以通過兩個接觸器分別控制其正反轉(zhuǎn)，即只需兩相電源反接，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。主電路圖如圖3-2所示。L1L3L2QSKM1KM2FUFRM3圖3-2 主電路控制圖3.3 繪制控制流程圖 根據(jù)控制要求及電氣控制圖，可以繪出以下控制流程圖。如圖3-3所示。開始按啟動按鈕是否停車位呼車位停車位呼車位是是是是是是否否否是否否小車右行小車左行停車位=呼車位停車位=呼車位小車停止小車停止按呼叫按鈕結(jié)束圖3-3 運輸小車控制流程圖3.4 確定I/O信號數(shù)量，選擇PLC類型本次設計共有19個輸入信號。每

12、個工位處有一個呼叫開關，當需要呼車時按下相應的呼叫開關，小車開始向呼叫位行駛。每個呼叫位應有一個行程開關，使得當小車到達呼叫位時，自動停止。另外，還有一個啟動開關和停止開關，用以控制整個電路的啟閉。若臨時停電后再復電，小車也不會自動啟動。還有一個熱繼電器，保護主電路。共有3個輸出信號。其中控制電動機的正反轉(zhuǎn)需要2個信號，還有一個控制指示燈的亮滅。據(jù)此可選擇的S7-200系列PLC的CPU類型有226。CUP226共有24個輸入端口和16個輸出端口，可以滿足本此設計要求，并且也可滿足可靠性的要求。3.5 I/O點的分配與編號本設計中輸入信號需要1個啟動開關和1個停止開關，分別對應CPU226輸入

13、端口的I0.0和I0.1端口；小車運行中共有8個工位，每個工位對應1個呼叫開關，共8個呼叫開關，分別對應CPU226輸入端口的I1.0， I1.1， I1.2, I1.3，I1.4，I1.5，I1.6，I1.7；每個工位處還有一個行程開關，用于控制小車到達呼叫工位時自動停止，這8個行程開關分別對應輸入端口的I2.0，I2.1，I2.2，I2.3，I2.4，I2.5，I2.6，I2.7；還有1個保護電路的熱繼電器。輸出信號中，控制電源的正反轉(zhuǎn)信號需要2個輸出信號，分別是Q0.0和Q0.1；1個控制8個指示燈亮滅的信號，對應Q0.2。根據(jù)PLC控制系統(tǒng)所需控制信號及CPU226的輸入/輸出端口，本

14、此設計的I/O地址分配表如表3-1所示。表3-1 I/O地址分配表控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號輸入信號啟動信號啟動按鈕開關SBI0.0停止信號停止按鈕開關SB0I0.1工位1限位信號行程開關ST1I2.0工位2限位信號行程開關ST2I2.1工位3限位信號行程開關ST3I2.2工位4限位信號行程開關ST4I2.3工位5限位信號行程開關ST5I2.4工位6限位信號行程開關ST6I2.5工位7限位信號行程開關ST7I2.6工位8限位信號行程開關ST8I2.7工位1呼叫信號呼叫開關SB1I1.0工位2呼叫信號呼叫開關SB2I1.1工位3呼叫信號呼叫開關SB3I1.2工位4呼叫信號呼

15、叫開關SB4I1.3工位5呼叫信號呼叫開關SB5I1.4工位6呼叫信號呼叫開關SB6I1.5工位7呼叫信號呼叫開關SB7I1.6工位8呼叫信號呼叫開關SB8I1.7熱繼電器信號熱繼電器BBI0.2輸出信號前進信號電動機正轉(zhuǎn)控制接觸器KM1Q0.0后退信號電動機反轉(zhuǎn)控制接觸器KM2Q0.1指示燈信號指示燈HLQ0.23.6 I/O接線圖根據(jù)以上I/O分配表和CPU226的輸入輸出端口分布，可以進行系統(tǒng)接線圖設計，如圖3-3所示。圖3-3 運輸小車PLC控制系統(tǒng)的I/O接線圖3.7 控制程序編制1. 程序設計關鍵點（1）運輸小車的前進和后退小車經(jīng)過某工位時，碰觸該工位的行程開關，從而將該工位號，即

16、停車位號存于CPU寄存器VB1中。按下呼車按鈕，將該工位的工位號放入CPU另一寄存器VB0中。兩寄存器進行比較，若呼車工位號大于停車位號，小車前進；若呼車工位號小于停車位號，小車后退；若呼車工位號等于停車位號，小車自動停止。（2）保護電路主電路中，需要串入熱繼電器FR作為保護電路，熱繼電器FR的一個常閉觸點作為輸入信號，當主電路電流過大，熱繼電器控制信號發(fā)出信號，使熱繼電器常閉觸點斷開，使電動機停止工作。2. 編寫梯形圖根據(jù)控制要求及I/O分配表，在STEP 7Micro/WIN中作出梯形圖，如下所示（梯形圖為STEP 7-Micro/WIN編程軟件中的截圖）。3.8 語句表TITLE=PRO

17、GRAM COMMENTSNetwork 1 / Network Title/ 啟動、停止LD I0.0O M0.0AN I0.1= M0.0Network 2 / 可呼車標志LD M0.0AN M0.1= Q0.2Network 3 / 停車工位1號送VB0LD M0.0A I2.0MOVB 1, VB0Network 4 / 停車工位2號送VB0LD M0.0A I2.1MOVB 2, VB0Network 5 / 停車工位3號送VB0LD M0.0A I2.2MOVB 3, VB0Network 6 / 停車工位4號送VB0LD M0.0A I2.3MOVB 4, VB0Network

18、7 / 停車工位5號送VB0LD M0.0A I2.4MOVB 5, VB0Network 8 / 停車工位6號送VB0LD M0.0A I2.5MOVB 6, VB0Network 9 / 停車工位7號送VB0LD M0.0A I2.6MOVB 7, VB0Network 10 / 停車工位8號送VB0LD M0.0A I2.7MOVB 8, VB0Network 11 / 呼車工位1號送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.0MOVB 1, VB1Network 12 / 呼車工位2號送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.1MOVB 2, VB1Network 13 / 呼車

19、工位3號送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.2MOVB 3, VB1Network 14 / 呼車工位4號送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.3MOVB 4, VB1Network 15 / 呼車工位5號送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.4MOVB 5, VB1Network 16 / 呼車工位6號送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.5MOVB 6, VB1Network 17 / 呼車工位7號送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.6MOVB 7, VB1Network 18 / 呼車工位8號送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.7MO

20、VB 8, VB1Network 19 / 呼車標志LD I1.0O I1.1O I1.2O I1.3O I1.4O I1.5O I1.6O I1.7O M0.1A M0.0AN T37= M0.1Network 20 / 呼車位停車位比較，電動機啟動標志LD M0.0A M0.1AN M0.2LPSAB VB0, VB1AN Q0.0= Q0.1Network 21 / 到達呼車位定時30SLD M0.0AB= VB0, VB1AN T37= M0.2TON T37, 300Network 22 / 是否可呼車控制LD Q0.0O Q0.1O M0.2A M0.0A M0.1= M0.3結(jié)

21、論PLC控制運輸各工位運動是本次設計的主要內(nèi)容。通過對控制要求的分析，系統(tǒng)控制方案的確定，最后編程調(diào)試，最終實現(xiàn)了運輸小車的控制要求。本次設計中，行程開關的運用是一大特色。用各工位的行程開關記錄當前小車所在的工位號，與呼車工位號相比較，從而控制小車的前進、后退和自動停止。若沒有行程開關需要手動控制小車的運動及手支停車，難以實現(xiàn)控制要求。另一優(yōu)點是在PLC編程中運用中間繼電器進行邏輯控制，使程序更加清晰、簡潔，并且實現(xiàn)了多種控制要求。比如啟動、停止按鈕和呼車信號指示燈都是通過中間繼電器控制，以此達到控制要求。再者，安全保護措施也符合電氣控制的一般要求。過載保護，停電再復電后小車不運動，均在本次設

22、計中有所體現(xiàn)。本次設計也存在許多不足之處。第一，PLC控制運輸小車的輸入點有19個，而輸出點只有3個，所選226CPU雖然能夠滿足控制要求，但價格較高，且未能充分利用。若改選224CPU，另擴展一個有8位輸入的模塊，也可滿足設計需要，并且成本較低。第二，突然停電后再復電呼車時，不能保證小車當前停車的位置恰好在某一工位處。若小車處于兩工位之間的某一位置，按下任何一個呼車按鈕，小車均會先前進一段距離，直至行至一工位處時，才開始或前進或后退的向該呼車工位移動。當然，運輸小車的PLC控制系統(tǒng)還有許多有待改進之處。本次設計僅有8個加工工位，但使用的CPU輸入輸出點數(shù)卻達到了22個之多。在實際生產(chǎn)中，加工

23、工位遠遠多于8個，若還用這種控制方法顯然不太可能。但在此基礎上加以改進就可滿足多工位的控制要求。根據(jù)排列組合的原理，多個輸入共同控制輸出，可以得到多種結(jié)果。比如，本次設計，用3個輸入就可得到8種不同組合的輸出，從而控制8個工位的呼車信號，這樣可以大大減少CPU輸入輸出的點數(shù)，提高CPU利用率，降低成本，提高效率。設計總結(jié)本次課程設計系統(tǒng)地運用了機電傳動與控制中的知識，特別是PLC控制方面的知識。通過本次課程設計，加深了我對PLC控制的理解和掌握。剛開始學習PLC時，我僅僅認為PLC只是一個控制系統(tǒng)的硬件，但是，現(xiàn)在，我已經(jīng)非常清楚地知道了PLC原理及功能。PLC技術與數(shù)控技術和工業(yè)機器人已成為

24、工業(yè)自動化的三大支柱。要實現(xiàn)工業(yè)自動化，絕對離不開PLC技術的支持。在本次設計中，我們還需要大量的以前沒有學到過的知識，于是圖書館INTERNET成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學習的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領域，這方面的能力便會使我們受益非淺。在設計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。雖然自己所編的程序的相對比較簡單，但是通過的這次的自我學習，也學到了許多的知識，至少學到很多獨立解決問題的方法和培養(yǎng)了這樣的能力?？傮w而言，我的收獲還是很大的。課程設計結(jié)束之后，我已經(jīng)會編寫簡單的PLC控制程序，會運用STEP 7-Micro/WiN編程軟件等