1、 电气控制技术课程设计说明书小车多方式运行的 PLC 控制系统设计 学 院： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称 高级实验师 专 业： 自动化 班 级： 1403 学 号： 1430740317 完成时间： 2017 年 06 月 湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院 专业： 自动化 指导教师 学生姓名课题名称 小车多方式运行的 PLC 控制系统设计内容及任务一、目标设计一个基于 PLC 的多方式运行的小车控制系统。二、任务根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行小车多方式运行的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设
2、计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1. 设计该系统电气控制硬件系统；2PLC 及其它电器元件选型及 PLC 的 I/O 分配。3设计该系统 PLC 控制梯形图。4用计算机绘制 PLC 控制电路图。5进行系统仿真测试，实现小车多方式运行的控制要求。6. 编写设计说明书。三、要求小车系统由直流电机、继电器、小车和 4 个站台等组成，每个站台有检测传感器、指示灯和按钮。采用 S7-200PLC 进行控制，控制要求如下：1. 小车起始位置停在 x（x=14）号站台，SYx 传感器为 ON;2. 假如 y(y=14)号站台呼叫，如果： xy，小
3、车左行到呼叫站台停车； xy，小车右行到呼叫站台停车； x=y，小车停止；3. 小车在 SY1 和 SY4 处要有可靠的保护功能，自动往返或准确停车，不能向外撞；4. 小车路过每个站台要有指示灯显示；但 LB1 和 LB4 灯要闪 3 次；图 1 小车运行示意图主要参考资料1史国生主编，电气控制与可编程控制器技术M。北京：化学工业出版社，2012。2于广庆主编，可编程控制器原理及系统设计M。北京：清华大学出版社，2004。3 吴启红主编，变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书（第二版）M。北京：机械工业出版社，2010。4 史国生，鞠勇。电气控制与可编程控制器技术实训教程M。北京：
4、化学工业出版社，2010。5 于晓云，许连阁。可编程控制技术应用项目化教程M。北京：化学工业出版社，2011。 6 廖常初。PLC 编程及应用M。北京：机械工业出版社，2005 年。7 胡学林。可编程控制器应用技术M。北京：高等教育出版社，2001 年。8 三菱 FX 系列可编程序控制器编程手册M。三菱公司编，2001 年。9 三菱可编程序控制器应用 101 例M。三菱公司编, 1994 年。10 史宜巧，孙业明，景绍学。PLC 技术及应用项目教程M。北京：机械工业出版社，2009。教研室意见教研室主任：（签字）年 月 日摘 要 运料小车普遍被使用于生产生活的各个方面。在工业生产中，各工位、各
5、流水线之间的物料常常使用有轨小车来运送。随着现代化的发展，送料小车也开始自动化。通过使用可编程控制器（简称 PLC）、交流接触器、热继电器、限位行程开关、指示灯等来设计自动送料小车电气控制系统。通过限位行程开关将小车的位置信息转换成电信号送入PLC 中，PLC 实时按不同的优先级呼叫控制送料小车的左右行与装卸料，从而实现送料小车的自动化。自动送料小车电气控制系统不仅改变了以往小车的纯手动送料的历史，减少了劳动力，节约能源，并且具有自动截断和最短运行距离功能，自动化程度比较高。自动送料小车电气控制系统使劳动者的生产效率得到了提高，降低了管理难度，简化了操作要求，提高了生产生活水平,实现了送料小车
6、自动化的转化。在系统的软件设计方面，采用了 GX Developer 软件对程序进行梯形图设计和对程序的调试，共设计了手动模式和自动模式，其中自动模式又由呼叫记忆程序模块、小车左右行程序模块、装卸料延时程序模块、自动装卸料模块等组成。其次使用仿真调试软件GX simulator 软件对整个系统进行仿真。仿真调试后实现了送料小车的点动及系统要求的小车自动运行及截断等功能。关键词：可编程控制器（PLC）；梯形图设计；自动送料小车；电气控制目 录1 绪论 .11.1 小车多方式运行控制的现状和背景意义 .11.2 电气控制与可编程控制器技术的优点 .22 小车多方式运行的 PLC 控制系统硬件设计
7、.32.1 工作原理及控制要求 .32.2 I/O 点统计及 PLC 选型 .32.2.1 输入点统计 .32.2.2 输出点统计 .42.2.3 PLC 选型 .42.2.4 元器件选择 .52.3 I/O 分配及 PLC 外部接线图设计 .52.3.1 I/O 分配表 .52.3.2 内部辅助继电器 .62.3.2 PLC 外部接线图设计 .63 小车多方式运行的 PLC 控制系统的软件设计 .73.1 控制程序设计思路 .73.2 控制程序流程图 .73.3 控制程序状态转移图 .84 仿真调试 .104.1 可编程控制器软件介绍 .104.2 控制程序梯形图 .104.3 控制程序仿真
8、图 .12结束语 .14参考文献 .15致 谢 .16附 录 .17附录 A 梯形图 .1701 绪论1.1 小车多方式运行控制的现状和背景意义 由于 PLC 的不断发展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产率的不断提高，运料小车控制经历了以下几个阶段： （1）手动控制：在 20 世纪 60 年代末 70 年代初期，便有一些工业生产采用 PLC 来实现运料小车的控制，但是由于当时的技术还不够成熟，只能够用手动的方式来控制机器，而且早期运料小车控制系统多为继电器一接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。（2）
9、自动控制：在 20 世纪 80 年代，由于计算机的价格下降，这时的大型工控企业将PLC 充分的与计算机相结合，通过机器人技术，自动化设备终于实现了 PLC 在运料小车控制系统在自动方面的应用。 （3）全自动控制：现阶段，由于 PLC 技术的向高性能 高速度、大容量发展大型 PLC 大多采用多 CPU 结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。将 PLC 运用到运料小车控制系统，可实现运料小车的全自动控制，降低系统的运行费用。PLC 运料小车自动控制系统具有连线简单控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，维修和改造方便等优点。20 世纪 60 年代以前，汽车流水线的自动控制系统基本上都采用传统
10、的继电器控制。在 60 年代初，美国汽车制造业竞争越发激烈，而汽车的每一次更新的周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就越来越频繁，原来的继电器控制就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新间。所以人们就想能有一种通用性和灵活性较强的控制系统来替代原有的继电器控制系统。1968 年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的概念。在 1969 年，美国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台 PLC。这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。这种控制系统首先在美国通用汽车的生产线上
11、使用，并获得了令人满意的效果。PLC 在制造和冶金等其他工业部门相继得到了应用。1971 年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的 PLC。1973 年，欧洲一些国家也研制出了自己的 PLC。1974 年，我国也开始仿照美国的 PLC 技术研制自己的 PLC，终于在 1977 年研制出第一台具有实用价值的 PLC。大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得 PLC 在问世后的发展极为迅速。现在，PLC 不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID 调节、通信联网、故障自诊断及 DCS 生产监控等功能。毫无疑问，PLC 将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。在
12、20 世纪 80 年代，美国的工业市场调查报告和1989 年美国的一份分散控制系统（DCS）的调研报告中，都能看出 PLC 在工业控制中的重1要作用。1.2 电气控制与可编程控制器技术的优点（1）可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及
13、开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。 （2）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技
14、术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 （5）体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
