1、I摘 要近年来，随着科学技术的进步和微电子技术的迅速发展，可编程序控制技术已广泛应用于自动化控制领域，可编程序控制器（PLC）以其高可靠性和操作简便等特点，已经形成了一种工业趋势。可编程控制器是一种新型的通用控制装置，它将传统的继电器-接触器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计，这一新型的通用自动控制装置以其高可靠性、较强的工作环境适应性和极为方便的使用性能，深受自动化领域技术人员的普遍欢迎。本文设计了一种由 PLC 控制的运料小车，该小车能在装料站完成装料过程，然后根据 5 个卸料站点的呼叫信号运行到相应呼叫站点进行卸料，卸料完成之后返回装料站等待下一个呼叫信号。本文
2、对小车的控制系统经行了详细设计，其中包括硬件系统和软件系统，并结合三菱 PLC 编程软件 GX Developer ,对系统程序经行了仿真分析。关键词：PLC，运料小车，控制系统IIABSTRACTIn recent years, with the scientific and technological progress and rapid development of microelectronic technology, programmable control technology has been widely used in automation and control, prog
3、rammable logic controller (PLC) for its high reliability and simple operation, has been formation of an industry trend. Programmable controller is a new type of universal control devices, it will traditional relay - contactor control technology, computer technology and communication technology integ
4、ration, designed specifically for industrial control, this new automatic control device to the general its high reliability, strong work environment is very easy adaptability and performance, by the automation of technical staff in general. In this paper, a PLC control car transporter, the car in th
5、e loading station to complete the loading process, and then run according to the five discharge site call signal to the corresponding call site discharge, after the completion of the discharge Returning Assemblies feed station waits for the next call signal. The detailed design of the control system
6、 of the car line, including hardware and software systems, combined with Mitsubishi PLC programming software GX Developer, the system program line simulation analysis. Keywords: PLC，transporter cart，control systemIII目 录摘 要 -IABSTRACT-II目 录 -III第一章 绪 论 -11.1 课题的提出背景 -11.2 运料小车的发展概况 -11.2.1 手动控制 -11.2
7、.2 自动控制 -21.2.3 全自动控制 -21.3 本课题的主要工作 -2第二章 可编程控制器（PLC）概述 -32.1 可编程序控制器定义 -32.2 PLC 的特点 -32.2.1 编程方法简单易学 -32.2.2 硬件配套齐全，用户使用方便 -42.2.3 通用性强，适应性强 -42.2.4 可靠性高，抗干扰能力强 -42.2.5 系统的设计、安装、调试工作量少 -52.2.6 维修工作量小，维修方便 -52.2.7 体积小，能耗低 -62.3 PLC 的应用领域 -62.3.1 开关量逻辑控制 -62.3.2 运动控制 -62.3.3 闭环过程控制 -62.3.4 数据处理 -72
8、.3.5 通信 -72.4 PLC 的基本结构 -72.4.1 CPU 模块 -72.4.2 I/O 模块 -82.4.3 编程器 -92.4.4 电源 -9第三章 运料小车控制系统及硬件选型设计 -103.1 系统的运行方式 -103.2 控制系统的方案设计及论证 -103.2.1 控制系统的方案设计 -103.2.2 方案论证 -103.3 系统的控制原理 -113.4 PLC 选型 -133.4.1 选型分析 -133.4.2 系统的安装 -14IV3.4.3 输入/输出模块选择 -143.4.4 开关量 I/O 点的节省和模拟量 I/O 模块的代用 -153.4.5 抗干扰措施 -15
9、3.5 系统资源分配 -153.5.1 I/O 地址分配 -153.5.2 数字量输入部分 -153.5.3 数字量输出部分 -163.5.4 内部继电器部分 -163.6 工作台设计 -173.6.1 胶带输送机结构与工作过程 -173.6.2 简单计算及选用 -193.6.3 输送带 -233.6.4 驱动滚筒 -24第四章 基于 PLC 的运料小车控制系统的硬件设计 -254.1 系统工作原理分析 -254.1.1 运料小车的运动流程 -254.1.2 设备控制要求 -254.2 系统硬件介绍 -264.3 系统硬件设计 -274.4 系统控制流程 -29第五章 系统软件源程序设计 -3
10、15.1 小车行程开关 -315.2 呼叫按钮 -315.3 比较 -335.4 向左运动 -345.5 向右运动 -35第六章 系统程序仿真调试 -366.1 控制系统的调试 -366.1.1 编程软件 -366.1.2 程序的构成 -366.1.3 程序的下载安装和调试 -376.2 本章主要完成的工作及总结 -39致谢 -V参考文献 -VI1第一章 绪 论1.1 课题的提出背景新中国成立特别是改革开放以来，我国社会主义现代化建设取得了举世瞩目的伟大成就。同时，必须清醒地看到，我国正处于并将长期处于社会主义初级阶段。全面建设小康社会，既面临难得的历史机遇，又面临一系列严峻的挑战。经济增长过
11、度依赖能源资源消耗，环境污染严重；经济结构不合理，农业基础薄弱，高技术产业和现代服务业发展滞后；自主创新能力较弱，企业核心竞争力不强，经济效益有待提高。在扩大劳动就业、理顺分配关系、提供健康保障和确保国家安全等方面，有诸多困难和问题亟待解决。从国际上看，我国也将长期面临发达国家在经济、科技等方面占有优势的巨大压力。为了抓住机遇、迎接挑战，我们需要进行多方面的努力，包括统筹全局发展，深化体制改革，健全民主法制，加强社会管理等。与此同时，我们比以往任何时候都更加需要紧紧依靠科技进步和创新，带动生产力质的飞跃，推动经济社会的全面、协调、可持续发展 1。进入 21 世纪，我国作为一个发展中大国，加快科
12、学技术发展、缩小与发达国家的差距，还需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有利条件。中华民族拥有 5000 年的文明史，中华文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成独特的创新文化。只要我们增强民族自信心，贯彻落实科学发展观，深入实施科教兴国战略和人才强国战略，奋起直追、迎头赶上，经过 15 年乃至更长时间的艰苦奋斗，就一定能够创造出无愧于时代的辉煌科技成就 2。1.2 运料小车的发展概况由于 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:1.2.1 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 PL
13、C 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。21.2.2 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。1.2.3 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。
14、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。1.3 本课题的主要工作本文所做的工作就是通过 PLC 控制运料小车在工作台上各呼叫站间运动，以达到生产实际之用。全文主体思路共分为 6 节，第一节概述运料小车问题的提出和意义，运料小车控制系统的发展概况，明确论文要解决的问题；第二节介绍了可编程序控制器（PLC） 。第三节详细介绍基于 PLC 的运料小车的硬件设计，分析被控对象和明确系统控制要求。第四节详细阐述运料小车系统的软件设计。第五节是调试结果和小结,分
15、析系统的优缺点及对未来工作的展望。3第二章 可编程控制器（PLC）概述2.1 可编程序控制器定义现代的可编程序控制器是以微处理器为基础的新型工业控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的崭新产品。1985 年国家电工委员会（IEC）的可编程序控制器标准草案第三稿对可编程序控制器作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令 4，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械活生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，
16、易于扩充去功能的原则设计。 ”可编程序控制器从诞生至今，在短短的 30 年来里，得到了异常迅猛的发展，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。2.2 PLC 的特点2.2.1 编程方法简单易学考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的传统读图习惯，可编程序控制器配备了他们易于接受和掌握的梯形图语言。梯形图语言的电路符号和表达方式与继电器电路原理图相当接近，只用可编程序控制器的二十几条开关量逻辑控制指令就可以实现继电器电路的功能。通过阅读可编程序控制器的使用手册活接受短期培训，电气技术人员或技术工人只需要几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。简易编程器的操作和使用也很简单。上述特点是可编
17、程序控制器近年来获得迅速普及的原因之一。这种编程语言的出现，促进了一次新的社会分工，即由计算机专业人员研制可编程序控制器的硬件和编程语言，并用汇编语言设计可编程序控制器的系统程序，使可编程序控制器成为一种通用的控制装置；工厂的自控和电气人员根据被控设备的具体情况，用他们最容易掌握的梯形图语言编制用户程序。因此，即使不熟悉电子线路、不懂计算机原理和汇编语言的人，在自动化领域也大有用武之地，在计算机时代也可大显身手。梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，可编程序控制器在执行梯形图程序时，用解释程序将它“编译”成汇编语言后再去执行。与直接用汇编4语言编写的用户程序相比，执行时间要长一些，但是对于
18、大多数控制设备来说，这是微不足道的。2.2.2 硬件配套齐全，用户使用方便可编程序控制器配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户不必自己设计和制作硬件装置。用户在硬件方面的设计工作，只是确实可编程序控制器的硬件配置和设计外部接线图而已。可编程序控制器的安装接线也很方便，各种外部接线都有相应的接线端子。可编程序控制器的输入/输出端可以直接与 AC200V 或 DC24V 的强电信号相接，它还具有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器的线圈。2.2.3 通用性强，适应性强由于可编程序控制器的系列化和模块化，硬件配置相当灵活，可以组成能满足各种控制要求的控制系统。硬件配置确定后，
19、可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。2.2.4 可靠性高，抗干扰能力强绝大多数用户都将可靠性作为选择控制装置的首要条件。可编程序控制器采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。例如 FX 系列可编程序控制器在幅度为 1000V、宽度 1s 的脉冲干扰下能可靠地工作 5。从实际的使用情况来看，用户对可编程序控制器的可靠性都相当满意。可以说，可编程序控制器是可靠性最高的工业控制设备，可编程序控制器的平均无故障时间可达 30 万小时。如果使用冗余控制系统，可靠性还可以进一步提高。事实上，在可编程序控制器控制系统中发生的故障，绝大部分都是由可编程序控制器外
20、部的开关、传感器和执行元件引起的。可编程序控制器用软件取代了继电器系统中容易出现故障的大量触点和接线，这是可编程序控制器具有高可靠性的主要原因之一。除此之外，可编程序控制器还采取了一系列抗干扰、提高可靠性的措施。可编程序控制器的故障分为永久性故障和可以恢复的故障。由于外部或内部的原因，系统的某些元器件损坏或失效引起的不可恢复的故障称为永久性故5障。可编程序控制器周期性地检测系统的硬件，发现永久性故障时，查明故障的种类，自动地采取相应的措施，尽可能减轻故障对系统的影响，同时通知操作人员。可编程序控制器还有检查用于保持存储器中的信息的锂电池电压是否过低，交流电源是否掉电，输入、输出电路的电源电压是
21、否超过允许的范围等。在写入、编辑程序时，还要检查正在写入的用户程序的语法错误，发现问题后，可编程序控制器自动做出相应的反应，如报警、封锁输出等。可以恢复的故障有电磁干扰引起，干扰往往以窄脉冲的形式从电源线或I/O 引线进入可编程序控制器内部。瞬时出现的干扰脉冲可能使可编程序控制器偏离正常的程序执行路线，将内存空间中某一随机的区域中的内容当作程序来执行，一般不能自动返回正常的程序执行路线。从外部看，系统处于瘫痪状态。为了削弱和消除干扰对系统的影响，可编程序控制器采取了很多硬件措施，以切断干扰进入可编程序控制器的途径。滤波是最主要的措施之一，在电源电路和 I/O 模块中设置了大量的滤波电路，如 R
22、C,RL 和 形滤波电路，它们对高频干扰信号有良好的抑制作用。电源是干扰进入可编程序控制器的主要途径之一，对于微处理器用的直流 5V 电源 6，采取了多级滤波和稳压的措施。由于采取了以上抗干扰措施，可编程序控制器具有用户完全可以信赖的极高的可靠性。2.2.5 系统的设计、安装、调试工作量少可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。可编程序控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图所花的时间比设计继电器系统电路图花的时间要少很多。可编程序控制器的
23、用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，输出信号的状态可以观察可编程序控制器上有关的发光二极管，调试好后再将可编程序控制器安装在现场统调。调试过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，调试花费的时间比继电器系统少很多。2.2.6 维修工作量小，维修方便6可编程序控制器的故障率很低，并且有完善的诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除可编程序控制器的故障。2.2.7 体积小，能耗低以 OMRON 的 CPM1A 型超小型可编程序控制器（10 个 I
24、/O）点为例，其底部尺寸仅为 90mm67mm，功耗30VA。由于体积小，可编程序控制器很容易装入机械设备内部 7，是实现机电一体化的理想的控制设备。2.3 PLC 的应用领域在发达的工业国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，随着可编程序控制器的性能价格比的不断提高，过去许多使用专用计算机的场合也可以使用可编程序控制器。可编程序控制器的应用范围不断扩大，主要有以下几个方面：2.3.1 开关量逻辑控制这是可编程序控制器最基本最广泛的应用，可编程序控制器的输入信号和输出信号都是只有通/断状态的开关量信号 8，这种控制与继电器控制最为接近，可以用价格较低，仅有开关量控制功能的可编程序控
25、制器作为继电器控制系统的替代物。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动化生成线，如机床电气控制、冲压、铸造机械、运输带、包装机械的控制，电梯的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制，冶金系统的高炉上料系统、轧机、连铸机、飞剪的控制，电镀生产线、啤酒罐装生产线、汽车装配生产线、电视机和收音机生产线的控制等。2.3.2 运动控制可编程序控制器可用于对直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块，世界上各主要可编程序控制器厂家生产的可编程序控制器几乎都有运动控制功能。可编程序控制器的运动控制功能广泛地用于各种机械，如金属切割机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等。2.3.3 闭环过程控制
