PLC在運料小車控制系統(tǒng)中應用

1、一. 課程設計的性質與目的 本課程設計是自動化專業(yè)教學計劃中不可缺少的一個綜合性教學環(huán)節(jié)，是實現(xiàn) 理論與實踐相結合的重要手段。它的主要目的是培養(yǎng)學生綜合運用本課程所學知識 和技能去分析和解決本課程范圍內的一般工程技術問題，建立正確的設計思想，掌 握工程設計的一般程序和方法。通過課程設計使學生得到工程知識和工程技能的綜 合訓練，獲得應用本課程的知識和技術去解決工程實際問題的能力。 二. 課程設計的內容 1.根據(jù)控制對象的用途、基本結構、運動形式、工藝過程、工作環(huán)境和控制要求， 確定控制方案。 2.繪制運料小車控制系統(tǒng)的 PLC I/O 接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。 3.選擇電器元件，列出電

2、器元件明細表。 4.上機調試程序。 5.編寫設計說明書。 三. 課程設計的要求 1.所選控制方案應合理，所設計的控制系統(tǒng)應能夠滿足控制對象的工藝要求，并 且技術先進，安全可靠，操作方便。 2.所繪制的設計圖紙符合國家標準局頒布的 GB472884電氣圖用圖形符號 、 GB698887電氣制圖和 GB715987電氣技術中的文字符號制定通則的有 關規(guī)定。 3.所編寫的設計說明書應語句通順，用詞準確，層次清楚，條理分明，重點突出， 篇幅不少于 7000 字。 主要設計條件 1.PLC 實驗設備若干。 2.參考文獻若干。 設計說明書裝訂順序 1.課程設計說明書封面。 2.課程設計任務書。 3.說明書

3、目錄。 4.正文（按設計內容逐項書寫） 。 5.參考文獻。 6.附錄。 7.課程設計評分表。 計進度安排 1. 第一周星期一上午：課題內容介紹。 2. 第一周星期一下午：仔細閱讀設計任務書，明確設計任務與要求，收集設計 資料，準備設計工具。 3. 第一周星期二第一周星期五：確定控制方案。繪制運料小車控制系統(tǒng)電氣 控制系統(tǒng)的電氣原理圖、控制系統(tǒng)的 PLC I/O 接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。 選擇電器元件，列出電器元件明細表。 4. 第二周星期一：試驗調試 5. 第二周星期二第二周星期五：編寫設計說明書,答辯。 參考文獻 1廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應用M.重慶：重慶大學出版社

4、 2萬太福.可編程序控制器及其應用M. 重慶：重慶大學出版社 3劉祖潤.畢業(yè)設計指導.北京：機械工業(yè)出版社 4謝桂林.電力拖動與控制. 北京：中國礦業(yè)大學出版社 5工廠常用電氣設備手冊編寫組.工廠常用電氣設備手冊.北京：水利電力出版社 課題課題 PlC 在運料小車控制系統(tǒng)中應用在運料小車控制系統(tǒng)中應用 1.任務描述任務描述 某自動生產線上運料小車的運動如圖所示，運料小車由一臺三相異步電動機 拖動電動機正轉，小車右行，電機反轉，小車左行。在生產線上有 5 個編碼為 15 的站點供小車?？?，在每一個停靠站安裝一個行程開關以監(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，還設有 5

5、 個呼叫開關 （HJ1HJ5）分別與 5 個?？奎c相對應。 2.設備控制要求設備控制要求 運料小車在自動化生產線上的控制要求如下； （1）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； （2）當小車當前所處?？空镜木幋a小于呼叫按鈕 HJ 的編碼時，小車向右運 行，運行到呼叫按鈕 HJ 所對應的?？空緯r停止； （3）當小車當前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕 HJ 的編碼時，小車向左運 行，運行到呼叫按鈕 HJ 所對應的?？空緯r停止； （4）當小車當前所處停靠站的編碼等于呼叫按鈕 HJ 的編碼時，小車保持不 動； （5）呼叫按鈕開關 HJIHJ5 應具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 目錄 第第

6、 1 章章 可編程控制器（可編程控制器（PLC）概況）概況.1 1.1 PLC 的定義 .1 1.2 PLC 的發(fā)展 .1 1.3 PLC 的特點 .2 1.4 PLC 的基本組成.2 1.5 PLC 的應用領域 .2 第第 2 章章 運料小車的發(fā)展概況運料小車的發(fā)展概況.4 第第 3 章章 控制系統(tǒng)設計控制系統(tǒng)設計.5 3.1 運料小車的運動分析.5 3.2 設備控制要求.5 3.3 整體方案論證.6 3.4 系統(tǒng)資源分配.7 3.5 系統(tǒng)硬件設計.8 3.6 程序控制梯形圖與指令表.9 第第 4 章章 上機調試程序上機調試程序.13 4.1 呼叫按鈕.13 4.2 行程開關.13 4.3

7、比較.13 4.4 向左運動.13 4.5 向右運動.13 4.6 調試操作.14 第第 5 章章 心得與體會心得與體會.16 參考文獻參考文獻.17 第第 1 章章 可編程控制器（可編程控制器（PLC）概況）概況 1.1 PLC 的定義的定義 國際電工委員會(International Electrical Committee- IEC),1987年的第三版對 PLC作了如下的定義: PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操 作的電子裝置。它采用可以編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、 順序運算、計時、計算和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的 輸入和輸出，控

8、制各種類型的機械或生產過程。 可編程控制器實際上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結構與一般微機控 制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(中央處理單元)存儲 器(RAM和EPROM),輸入/輸出模塊(簡稱為I/O模塊)、編程器和電源五大部分組 成。近年來發(fā)展極為迅速、應用面極廣的工業(yè)控制裝置。它按照成熟而有效的 繼電器控制概念和設計思想，利用不斷發(fā)展的新技術、新電子器件，逐步形成 了具有特色的各種系列產品。 1.2 PLC 的發(fā)展的發(fā)展 1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，并公 開招標提出十項標準: (1)編程方便，現(xiàn)場可修改程序； (2)維修方便，采用

9、模塊化結構； (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； (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)字公司(DEC)研制出了第一臺可編程序控制器，滿足了GM 公司裝配線的要求。這種新型的工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便、可靠性高、 通用靈活、體積小、使用壽命長，很快在美國其它工業(yè)領域推廣使用。隨著集 成電路技術和計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代P

10、LC產品。 1.3 PLC 的特點的特點 PLC之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點分不開的: 1)功能齊全，它的適用性極強，幾乎所有的控制要求，它均能滿足； 2)應用靈活， 其標準的積木式硬件結構，以及模塊化的軟件設計，使得它 不僅可以適應大小不同、功能繁復的控制要求，而且可以適應各種工藝流程變 更較多的場合； 3)操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。盡管PLC有各種型號，但都可以適應 惡劣的工業(yè)應用環(huán)境，耐熱、防潮、抗震等性能也很好，一般平均無故障率可 達幾萬小時。 1.4 PLC 的基本組成的基本組成 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機系統(tǒng)基本相同。按 結構形式的不

11、同，PLC 可分為整體式和組合式兩類。 整體式 PLC 是將中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電 源、通信接口等組裝成一體，構成主機。另外還有獨立的 1/0 擴展單元與主機 配合使用。主機中，CPU 是 PLC 的核心，1/0 單元是連接 CPU 與現(xiàn)場設備之間 的接口電路，通信接口用于 PLC 與編程器和上位機等外部設備的連接。 組合式 PLC 將 CPU 單元、輸入單元、輸出單元、智能 1/0 單元、通信單元 等分別做成相應的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的 總線相互聯(lián)系。裝有 CPU 單元的底板稱為 CPU 底板，其它稱為擴展底板。 CPU 底板與擴

12、展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過 10m.無論哪種結構類 型的 PLC，都可以根據(jù)需要進行配置與組合。 1.5 PLC 的應用領域的應用領域 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，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是 使同一設備經過改變程序而改變生產過程成為可能。這特別適合多品種、小批 量的生產場合。目前，PLC在國內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)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用

13、于控制單 臺設備，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、包裝生產線、電鍍流水線等。 (2)工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產過程當中，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D/A轉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調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較 多的一種調節(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

14、、 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 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 PLC通信包括PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動 化網絡的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 但是，可編程控制器產品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其 硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制 第第 2 章章 運料小車的發(fā)展概況運料小車的發(fā)展概況 由于 PLC 的不

15、斷發(fā)展和革新，使得生產線的運輸控制也將得到不斷的改 善和生產率的不斷提高，運料小車控制經歷了以下幾個階段： （1）手動控制：在 20 世紀 60 年代末 70 年代初期，便有一些工業(yè)生產采 用 PLC 來實現(xiàn)運料小車的控制，但是由于當時的技術還不夠成熟，只能夠用手 動的方式來控制機器，而且早期運料小車控制系統(tǒng)多為繼電器一接觸器組成的 復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處 理和通信功能，必須有專人負責操作。 （2）自動控制：在 20 世紀 80 年代，由于計算機的價格下降，這時的大型 工控企業(yè)將 PLC 充分的與計算機相結合，通過機器人技術，自動化設備終于實 現(xiàn)了

16、 PLC 在運料小車控制系統(tǒng)在自動方面的應用。 （3）全自動控制：現(xiàn)階段，由于 PLC 技術的向高性能 高速度、大容量發(fā) 展大型 PLC 大多采用多 CPU 結構，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。 將 PLC 運用到運料小車控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的 運行費用。PLC 運料小車自動控制系統(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。 第第 3 章章 控制系統(tǒng)設計控制系統(tǒng)設計 3.1 運料小車的運動分析運料小車的運動分析 某自動生產線上運料小車的運動如圖所示，運料小車由一臺三相異步電動機 拖動電動機正轉，小車右行，電機反轉，小車左行。在

17、生產線上有 5 個編碼為 15 的站點供小車?？?，在每一個?？空景惭b一個行程開關以監(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，還設有 5 個呼叫開關 （HJ1HJ5）分別與 5 個?？奎c相對應。 圖 3-1 運料小車示意圖 3.2 設備控制要求設備控制要求 運料小車在自動化生產線上的控制要求如下； （1）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； （2）當小車當前所處?？空镜木幋a小于呼叫按鈕 HJ 的編碼時，小車向右運 行，運行到呼叫按鈕 HJ 所對應的?？空緯r停止； （3）當小車當前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕 HJ 的編碼時，小車向左運 行，運行到呼叫按

18、鈕 HJ 所對應的?？空緯r停止； （4）當小車當前所處?？空镜木幋a等于呼叫按鈕 HJ 的編碼時，小車保持不 動； （5）呼叫按鈕開關 HJIHJ5 應具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 3.3 整體方案論證整體方案論證 按照設計要求，只是控制小車正轉和反正，所以采用經驗設計法?？刂葡?統(tǒng)圖如圖 3-2 所示： 圖 3-2 運料小車控制系統(tǒng)圖 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，分析出如下系統(tǒng)控制流程圖： 圖 3-3 控制系統(tǒng)流程圖 3.4 系統(tǒng)資源分配系統(tǒng)資源分配 3.4.1 I O 地址分配 由于 CPU 模塊有 14 點數(shù)字量輸入，10 點數(shù)字量輸出，所以不再需要輸入 輸出模塊。采用 IO 自動分配方式，模塊上的

19、輸入端子對應的輸入地址是 I0.0I1.3，輸出端子對應的輸出地址是 Q0.0Q0.9 3.4.2 數(shù)字量輸入部分 這個控制系統(tǒng)的輸入有啟動按鈕開關、停止按鈕開關、5 個呼叫按鈕開關、 5 個行程開關共 12 點輸入。具體的輸入分配如表 3-4 所示： 輸入地址輸入地址對應的外部設備對應的外部設備 I0.0啟動按鈕開關 I0.1停止按鈕開關 I0.21 號站呼叫按鈕開關 I0.32 號站呼叫按鈕開關 I0.43 號站呼叫按鈕開關 I0.54 號站呼叫按鈕開關 I0.65 號站呼叫按鈕開關 I0.71 號站行程開關 I1.02 號站行程開關 I1.13 號站行程開關 I1.24 號站行程開關 I

20、1.35 號站行程開關 表 3-4 輸入地址分配 3.4.3 數(shù)字量輸出部分 這個控制系統(tǒng)需要控制的外部設備只有控制小車運動的三相電動機。但是 電機有正轉和反轉兩種狀態(tài)，分別對應正轉繼電器和反轉繼電器，所以輸出點 有 2 個。具體的輸出分配表如表 3-5 所示： 輸出地址輸出地址對應外部設備對應外部設備 Q0.0電機反轉繼電器 Q0.1電機正轉繼電器 表 3-5 輸出地址分配 3.5 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)硬件接線圖如圖 3-6、3-7 所示： M KM2 KM1 FR L1L2L3 QF 圖3-6 主電路 I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.

21、1I1.2I1.3M SB1 L1 L+M+ N1L KM1 SB7SB2 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SB3 SB4 SB5SB6 KM2HL Q0.0 Q0.2Q0.1 I1.4 FR LN AC220 S7-200 DC12V 圖 3-6 系統(tǒng)接線圖 圖中KM1 和KM2 分別是控制電機正轉運行（小車前進）和反轉運行（小 車后退）的交流接觸器。用KM1 和KM2 的主觸點改變進入電動機的三相電源 的相序, 即可以改變電動機的旋轉方向。圖中KM1 的線圈串聯(lián)了KM2 的輔助 常閉觸點,KM2 的線圈串聯(lián)了KM1的輔助常閉觸點,組成了硬件互鎖電路。可以 避免由于正反轉（小車前進、

22、后退）切換過程中電感的延時作用,導致原來接通 的接觸器的主觸點還未斷弧時, 另一個接觸器的主觸點已經合上而造成交流電 源瞬間短路的故障。通過主電路與PLC 的控制電路的接線, 才能實現(xiàn)PLC 對系 統(tǒng)的控制。 3.6 程序控制梯形圖與指令表程序控制梯形圖與指令表 3.6.1 梯形圖 寫出送料小車的梯形圖，如下圖所示： 3.6.2 指令表指令表 由系統(tǒng)總梯形圖，我們寫出送料小車的程序指令，如下圖所示： 第第 4 章章 上機調試程序上機調試程序 4.1 呼叫按鈕呼叫按鈕 在該程序中，5個站的呼叫按鈕分別用數(shù)字1-5來表示。當按下1號站呼叫按 鈕開關時，行程開關I0.2得電，數(shù)字1傳送到VB0；當按

23、下2號站呼叫按鈕開關時， 行程開關I0.3得電，數(shù)字2傳送到VB0；依次類推，當按下5號站呼叫按鈕開關時， 行程開關I0.6得電，數(shù)字5傳送到VB0。 4.2 行程開關行程開關 在該程序中，5個站的行程開關分別用數(shù)字1-5來表示。當小車在1號站時， 行程開關I0.7得電，將數(shù)字1傳送到VB0；當小車在2號站時，行程開關I1.0得電， 將數(shù)字2傳送到VB0。依次類推，當小車在5號站時，行程開關I1.3得電，將數(shù)字 5傳送到VB1。 4.3 比較比較 按下啟動按鈕和呼叫按鈕后，開始對行程開關VB0和呼叫按鈕VB1中的數(shù) 據(jù)進行比較。當VB1VB0時，即小車當前所處?？空镜木幋a大于呼叫按鈕的編 碼時

24、，小車向左運行；當VB1=VB0時，即小車當前所處?？空镜木幋a等于呼叫 按鈕的編碼時，小車不動；當VB1VB0時，即小車當前所處?？空镜木幋a小于 呼叫按鈕的編碼時,小車向右運行。 4.4 向左運動向左運動 小車當前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕的編碼時，小車向左運行，運行 到呼叫按鈕所對應的?？空緯r停止。 4.5 向右運動向右運動 小車當前所處?？空镜木幋a小于呼叫按鈕的編碼時，小車向右運行，運行 呼叫按鈕所對應的?？空緯r停止。 4.6 調試操作調試操作 先按接線圖接好線，打開電腦中的“PLC 在運料小車控制系統(tǒng)中應用”的程 序，在下載到 S7-200 中。開始調試： 按下啟動按鈕 I0.0，假定

25、小車初始位置在 1 號位置，按下行程開關 I0.7。 現(xiàn)在開始呼叫： 1 號位置呼叫，按下 I0.2，Q0.0 和 Q0.1 都不亮，說明電機不轉小車停止， 撥回 I0.2； 2 號位置呼叫，按下 I0.3，Q0.1 亮，說明電機正轉小車右行，撥回 I0.3； 3 號位置呼叫，按下 I0.4，Q0.1 亮，說明電機正轉小車右行，撥回 I0.4； 4 號位置呼叫，按下 I0.5，Q0.1 亮，說明電機正轉小車右行，撥回 I0.5； 5 號位置呼叫，按下 I0.6，Q0.1 亮，說明電機正轉小車右行，撥回 I0.6； 撥回 I0.7。 假定小車初始位置在 2 號位置，按下行程開關 I1.0?，F(xiàn)在開

26、始呼叫： 1 號位置呼叫，按下 I0.2，Q0.0 亮，說明電機反轉小車左行，撥回 I0.2； 2 號位置呼叫，按下 I0.3，Q0.0 和 Q0.1 都不亮，說明電機不轉小車停止， 撥回 I0.3； 3 號位置呼叫，按下 I0.4，Q0.1 亮，說明電機正轉小車右行，撥回 I0.4； 4 號位置呼叫，按下 I0.5，Q0.1 亮，說明電機正轉小車右行，撥回 I0.5； 5 號位置呼叫，按下 I0.6，Q0.1 亮，說明電機正轉小車右行，撥回 I0.6； 撥回 I1.0。 假定小車初始位置在 3 號位置，按下行程開關 I1.1?，F(xiàn)在開始呼叫： 1 號位置呼叫，按下 I0.2，Q0.0 亮，說明

27、電機反轉小車左行，撥回 I0.2； 2 號位置呼叫，按下 I0.3，Q0.0 亮，說明電機反轉小車左行，撥回 I0.3； 3 號位置呼叫，按下 I0.4，Q0.0 和 Q0.1 都不亮，說明電機不轉小車停止， 撥回 I0.4； 4 號位置呼叫，按下 I0.5，Q0.1 亮，說明電機正轉小車右行，撥回 I0.5； 5 號位置呼叫，按下 I0.6，Q0.1 亮，說明電機正轉小車右行，撥回 I0.6； 撥回 I1.1。 假定小車初始位置在 4 號位置，按下行程開關 I1.2?，F(xiàn)在開始呼叫： 1 號位置呼叫，按下 I0.2，Q0.0 亮，說明電機反轉小車左行，撥回 I0.2； 2 號位置呼叫，按下 I

28、0.3，Q0.0 亮，說明電機反轉小車左行，撥回 I0.3； 3 號位置呼叫，按下 I0.4，Q0.0 亮，說明電機反轉小車左行，撥回 I0.4； 4 號位置呼叫，按下 I0.5，Q0.0 和 Q0.1 都不亮，說明電機不轉小車停止， 撥回 I0.5； 5 號位置呼叫，按下 I0.6，Q0.1 亮，說明電機正轉小車右行，撥回 I0.6； 撥回 I1.2。 假定小車初始位置在 5 號位置，按下行程開關 I1.3?，F(xiàn)在開始呼叫： 1 號位置呼叫，按下 I0.2，Q0.0 亮，說明電機反轉小車左行，撥回 I0.2； 2 號位置呼叫，按下 I0.3，Q0.0 亮，說明電機反轉小車左行，撥回 I0.3； 3 號位置呼叫，按下 I0.4，Q0.0 亮，說明電機反轉小車左行，撥回 I0.4； 4 號位置呼叫，按下 I0.5，Q0.0 亮，說明電機反轉小車左行，撥回 I0.5； 5 號位置呼叫，按下 I0.6，Q0.0 和 Q0.1 都不亮，說明電機不轉小車停止， 撥回 I0.6； 撥回 I1.2。 按下停止按鈕 I0.1，撥回 I0.1，I0.0，調試結束。 備注:由于實