基于PLC的小車自動往返運動控制系統(tǒng)

1、摘要可編程控制器(PLC)是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 本設計是基于PLC編程的生產(chǎn)流水線小車循環(huán)運動控制設計。論述了小車控制系統(tǒng)的軟、硬件設計方案及其控制原理。采用的是步進指令，因而比較簡潔。關鍵詞：PLC 步進指令 循環(huán)控制目錄摘要.I第一章 概述.11.1設計背景及意義.1第二章 硬件設計.3 2.1主電路圖.3 2.2 I/O地址分配.4 2.3 I/O接線圖.4 2.4 元件列表.5第三章 軟件設

2、計.6 3.1 程序流程圖.6 3.2 梯形圖.7 3.3 STL指令.113.4 程序分析.12 第四章 程序調(diào)試.144.1 程序流程圖.14 設計感想.16 參考文獻.17第一章 概述1.1 設計背景及意義傳統(tǒng)的運料小車大都是繼電器控制，而繼電器控制有著接線繁多、故障率高且維修不易等缺點，PLC作為目前國內(nèi)市場的主流控制器，在技術、行業(yè)影響等方面有重要作用。利用PLC控制代替繼電器控制已經(jīng)是大勢所趨。由于PLC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，小車自動控制系統(tǒng)經(jīng)歷了以下幾個階段：（1）手動控制：但是由于當時的技術還不夠成熟，這種系統(tǒng)存在設計周期長

3、、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責操作。（2）自動控制：通過機器人技術，自動化設備終于實現(xiàn)了PLC在小車自動控制系統(tǒng)在自動方面的應用。（3）全自動控制：PLC大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展?，F(xiàn)代企業(yè)為提高生產(chǎn)車間物流自動化水平,實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)間的運輸自動化,使廠房內(nèi)的物料搬運全自動化,許多企業(yè)在生產(chǎn)車間廣泛使用無人小車,小車在車間工作臺或生產(chǎn)線之間自動往返裝料卸料。由于小車自動往返的實際意義,隨著不同企業(yè)不同的要求,控制的難度可以不同。本文介紹了一種基于西門子PLC控制的生產(chǎn)流水線自動控制小車系統(tǒng)設計方案。將PLC運用到小車自動控制系統(tǒng)，

4、可實現(xiàn)小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的運行費用。PLC小車自動控制系統(tǒng)具有連線簡單控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，維修和改造方便等優(yōu)點。利用PLC 控制技術，可實現(xiàn)小車相關運動，小車在一個周期內(nèi)的運動由4段組成。設小車最初在左端，當按下啟動按鈕，則小車自動循環(huán)地工作，若按下停止按鈕，則小車完成本次循環(huán)工作后，停止在最初位置。其運動路線示意圖如下圖1-1所示。如圖1-1 小車運動路線示意圖第二章 硬件設計2.1 主電路圖如圖2-1為小車循環(huán)控制的主電路原理圖。該電路圖利用兩個接觸器的主觸點KM1、KM2分別接至電機的三相電源進線中，其中相對電源的任意兩相對調(diào)，即可實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，也可達到小

5、車左右運行的目的。假設接通KM1為正轉(zhuǎn)（小車右行），則接通KM2為反轉(zhuǎn)（小車左行）。圖2-1小車循環(huán)控制的主電路原理2.2 I/O地址分配如表2-1為小車循環(huán)運動PLC控制的I/O分配表。在運行過程中，這些I/O口分別起到了控制各階段的輸入和輸出的作用，并且也使小車的控制過程更清晰明了，動作與結(jié)果顯示更加方便直接。表2-1輸入輸出I0.0行程開關SQ1Q0.0右行I0.1行程開關SQ2Q0.1左行I0.2行程開關SQ3I0.3行程開關SQ4I0.4過載FRI0.5啟動SB1I0.6停止SB22.3 I/O接線圖如圖2-2為小車循環(huán)運動PLC控制的I/O接線圖。在進行調(diào)試過程時，在PLC模塊上，

6、當I0.0有輸入信號，即按下SQ1；當I0.1有輸入信號，也即按下SQ2，以此類推，I/O接線圖就是把實際的開關信號變成調(diào)試時的輸入信號。同理，輸出信號也是利用PLC模塊把小車的實際運動用Q0.0、Q0.1的狀態(tài)表現(xiàn)出來。圖2-2小車循環(huán)運動PLC控制的I/O接線圖2.4 元件列表如表2-2為小車循環(huán)運動PLC控制的元件列表。在本次設計中就是利用這些元件，用若干導線連接起來組成了我們需要的原理圖、I/O接線圖。表2-2序號代號名稱型號數(shù)量1M三相異步電機J02-22-4,1.5kw 1410轉(zhuǎn)/分，380V，3.49安12QS空氣開關DZ47-3P33FR熱繼電器JR36-2014CPUPLC

7、處理器CPU22215KM交流接觸器CJX2-0926SB按鈕27SQ行程開關48FU熔斷器RT16-2049L導線若干第三章 軟件設計3.1 程序流程圖如圖3-1為小車循環(huán)運動PLC控制的程序流程圖。小車在一個周期內(nèi)的運動由4段組成。設小車最初在左端，當按下啟動按鈕，則小車自動循環(huán)地工作，若按下停止按鈕，則小車完成本次循環(huán)工作后，停止在最初位置。首先小車位于初始位置，按下SB1啟動后，小車向右行駛；當碰到行程開關SQ4，小車轉(zhuǎn)向，向左行駛；碰到行程開關SQ2，小車再一次轉(zhuǎn)向，向右行駛；碰到行程開關SQ3，小車又向左行駛，直到再次碰到SQ1，然后開始依次循環(huán)以上過程。若不按下停止按鈕SB2則小

8、車一直進行循環(huán)運動，若此時按下停止按鈕SB2，小車又碰到行程開關SQ1，則小車回到初始位置。圖3-1小車循環(huán)運動PLC控制的程序流程圖3.2 梯形圖如圖3-2為小車循環(huán)運動PLC控制的梯形圖，此設計按照以下程序運行，以實現(xiàn)在生產(chǎn)流水線上的一輛自動控制小車的運動。其中，小車在一個周期內(nèi)的運動有4段組成。設小車最初在左端，當按下啟動按鈕，則小車自動循環(huán)的工作，若按下停止按鈕，則小車完成本次循環(huán)工作后，停在初始位置。圖3-2 小車循環(huán)運動PLC控制梯形圖3.3 STL指令如下為圖3-2梯形圖對應的指令程序：Network 1 / 啟動LD I0.5O M0.0AN M1.0AN I0.4= M0.0

9、Network 2 / 左行LD I0.0O M0.1O M0.3AN I0.3AN M0.5= M0.1Network 3 / 右行LD I0.3O M0.2O M0.5AN M0.3AN I0.0= M0.2Network 4/ 循環(huán)LD M0.0LPSAN Q0.1AN M0.2A M0.1= Q0.0LPPAN Q0.0A M0.2AN M0.1= Q0.1Network 5 LD I0.1A M0.4= M0.3Network 6 LD I0.3O M0.4AN M0.3= M0.4Network 7 LD I0.2A M0.6= M0.5Network 8 LD I0.3O M0.

10、6AN I0.0= M0.6Network 9LD I0.6O M0.7AN M1.0= M0.7Network 10LD M0.7A I0.0= M1.03.4 程序分析運行過程：首先按下按下I0.5（即啟動按鈕SB1閉合），啟動程序，中間繼電器M0.0接通，常開觸點閉合且實現(xiàn)自鎖；接著按下I0.0(即小車碰到行程開關SQ1)，則網(wǎng)絡2中，中間繼電器M0.1接通，常開觸點閉合且實現(xiàn)自鎖，此時運行網(wǎng)絡4（循環(huán)），則此時Q0.0有輸出，狀態(tài)指示燈亮，即小車向右行駛，由于網(wǎng)絡4設置了互鎖，此時向左行駛的線路斷開；接著按下I0.3(即小車碰到行程開關SQ4)，則網(wǎng)絡3中，中間繼電器M0.2接通，常開

11、觸點閉合且實現(xiàn)自鎖，同時在網(wǎng)絡6里中間繼電器M0.4和網(wǎng)絡8里中間繼電器M0.6也得電，且都實現(xiàn)自鎖。此時運行網(wǎng)絡4（循環(huán)），則此時Q0.1有輸出，狀態(tài)指示燈亮，即小車向左行駛，由于網(wǎng)絡4設置了互鎖，此時向右行駛的線路斷開；這時按下I0.1（即小車碰到行程開關SQ2），中間繼電器M0.4的常開觸點已閉合，此時中間繼電器M0.3線圈帶電，常開觸點閉合，在網(wǎng)絡2中，使中間繼電器M0.1線圈再次得電且自鎖，再次運行至網(wǎng)絡4，則此時Q0.0有輸出（狀態(tài)燈亮），小車向右行駛；當按下I0.2（即小車碰到行程開關SQ3），中間繼電器M0.6常開觸點已閉合，則此時中間繼電器M0.5線圈帶電，常開觸點閉合，則程

12、序運行至網(wǎng)絡3，可再次實現(xiàn)中間繼電器M0.2線圈帶電且自鎖，則程序再次運行至循環(huán)網(wǎng)絡4，使Q0.1有輸出，實現(xiàn)小車左行。依次進行如上循環(huán)，實現(xiàn)小車的自動循環(huán)工作過程。若電機過載則熱繼電器的常閉觸點斷開，即I0.4斷開，此時程序中斷，電機立即停止。停止過程：當按下I0.6,即按下停止按鈕SB2，程序運行至網(wǎng)絡9，此時中間繼電器M0.7線圈得電，并實現(xiàn)自鎖，程序接著運行至網(wǎng)絡10，若此時不按下I0.0（即小車不碰到行程開關SQ1），則小車并不停止運動，且繼續(xù)之前的路線，只有按下I0.0（即小車碰到行程開關SQ1），才能實現(xiàn)本程序停止，即小車停止在初始位置。也即實現(xiàn)了本設計所要實現(xiàn)的功能，當按下停止

13、按鈕，小車完成本次循環(huán)工作后，停止在初始位置。第四章 程序調(diào)試4.1 程序調(diào)試先將系統(tǒng)梯形圖導入西門子仿真軟件進行仿真。首先將PLC主機的電源開關撥到關狀態(tài)，嚴格按圖2-2所示接線，注意12V和24V電源的正負不要短接，電路不要短路，否則會損壞PLC觸點。將電源線插進PLC主機表面的電源孔中，再將另一端插到220V電源插板。 將PLC主機上的電源開關撥到開狀態(tài)，并且必須將PLC串口置于STOP狀態(tài)，然后通過計算機或編程器將程序下載到PLC中，下載完后，再將PLC串口置于RUN狀態(tài)。此時可以開始進行程序的調(diào)試。在調(diào)試過程中我遇到了以下問題，但通過老師的指導，再經(jīng)過自己的反復思考和修改后，終于使程

14、序更加完善、完整，并且能夠順利運行和顯示。起初，我把編寫好的程序已經(jīng)導入PLC，并且按以上過程都已連接并準備好，但是當加上啟動信號后，運行的結(jié)果并不像設計本身那樣，結(jié)果紊亂，后來經(jīng)過自己又重新檢查梯形圖，發(fā)現(xiàn)原來是因為自己粗心，把幾個中間繼電器的序號編寫錯了，造成了剛才的程序紊亂。然后當我再次進行調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)在小車向右正常運行后，再向左運行時，Q0.0和Q0.1均有輸出，這次我自己檢查了，卻不知道到底是哪里錯了，結(jié)果就讓同學幫我檢查程序。原來，在循環(huán)程序段里我沒有設計輸出的互鎖，結(jié)果造成了同時輸出的錯誤。還有就是在停止時，當我按了停止鍵之后，小車立即就停止了。沒有像設計要求的那樣：若按下停止按

15、鈕，則小車完成本次循環(huán)工作后，停止初始位置。我認為這應該是我的程序設計的不夠完整，然后我就開始重新研究程序，仔細思考，發(fā)現(xiàn)在停止程序段里，如果再加一個I0.0的常開開關也許就可以實現(xiàn)設計要求了。所以，在修改完再次運行之后，我又重新按步驟調(diào)試、運行之后，結(jié)果就正確顯示了。到此，整個程序能夠正常運行，且結(jié)果正確。設計總結(jié)通過本次歷時二個星期的小車循環(huán)運動PLC控制的課程設計，讓我又一次溫習了我們學過的知識。在這個過程中，我發(fā)現(xiàn)自己在PLC方面的知識積累的還太少，并且上課學的也不夠扎實。過程中我也翻閱了許多關于PLC的書籍，也上網(wǎng)查閱了一些資料，發(fā)現(xiàn)PLC這個領域還很深奧很深奧，我們要學習的還很多很

16、多，并且也看到了PLC的發(fā)展前景。感謝老師的耐心的指導，同學的幫助。雖然過程挺艱難，不過在老師和同學的幫助下，我還是完成了本次設計。這次的課程設計讓我看到了團隊的力量，我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。而這份精神也將成為我以后工作時的動力?？傊?，在這次設計中讓我對PLC這門課有了更深入的了解，讓我不僅學到了以前從未接觸過的新知識，而且也學會了獨立的去發(fā)現(xiàn)、面對、分析、解決問題的能力。讓我知道理論要運用于實踐有多重要，使我受益匪淺。在此，再次的對老師和同學說聲謝謝！ 參考文獻【1】 陳建明.<<電氣控制與PLC應用>>.北京：電子工業(yè)出版社，2006【2】 謝克明，夏路易.<<可編程控制器原