1、本科毕业论文（20 届）基于 PLC 运料小车电气控制系统设计所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期基 于 PLC 运 料 小 车 的 控 制 系 统 设 计摘 要 ： 本设计的目的是为了实现运料小车的手动和自动化的转化，改变以往小车的单纯手动送料，从而减少劳动力，提高生产效率，实现自动化生产。而且本送料小车的设计是在考虑到无人操作的情况下设计而成的。本课题主要完成的部分包括：分析被控对象和明确系统控制要求，PLC 的比较和选型，根据控制要求确定系统的I/O 口的输入和输出，绘制系统流程图并编写梯形图，最后进行模拟仿真，使其达到要求。本设计使用西门子 S7-200PLC 控制软
2、件代替传统的人工控制。通过传感器接收信号，然后由 PLC 控制电动机的转速，从而达到控制运料小车行进的目的。当设备出现故障时，系统能自动急停。 关键词：S7-200 PLC，运料小车，控制，程序设计Haul PLC control system based on car designAbstract：The purpose of this design is to achieve haul the car manual and automated transformation, manually change the past, simply feeding the car , thereby
3、 reducing labor , increase productivity , automate production . And this car is designed to feed designed for unattended operation , taking into account the situation made . The main topic of the finished part include : analysis of the controlled object and clear system control requirements , compar
4、ison and selection of the PLC to determine the system s I / O port input and output under the control requirements , rendering the system flow chart and write ladder , finally simulation performed to meet the requirements.This design uses the Siemens S7-200PLC control software instead of the traditi
5、onal manual control . Receiving signals through sensors , and control the motor speed by the PLC, so as to control the car haul travel purposes. When a device fails, the system can automatically scram .Key words: S7-200PLC, Feeding Car,Control, Program DesignI目 录1.绪 论 .11.1 课题提出的背景 .11.2 国内外的研究现状 .1
6、1.2.1 国内的现状 .11.2.2 国外的现状 .21.3 课题的意义及应用 .22.控制系统的工作原理 .42.1 运料小车的运动流程 .42.2 系统设备要求 .43.控制系统硬件设计 .53.1 PLC 的选型 .53.1.1 PLC 的选择 .53.1.2 输入/输出模块选择 .83.1.3 抗干扰措施 .83.1.4 系统的安装 .93.2 系统硬件介绍 .93.2.1 传感器 .93.2.2 电动机 .113.3 系统硬件设计 .143.3.1 PLC 地址分配 .143.3.2 PLC 的接线电路设计 .154.控制系统的软件设计 .174.1 STEP7-Micro/WIN
7、32 编程软件介绍及功能 .174.1.1 STEP7-Micro/WIN32 编程软件的基本介绍 .174.1.2 基本功能 .174.2 系统的流程图 .174.3 控制系统的梯形图 .195 系统仿真 .21结 论 .252参考文献 .26致 谢 .2731.绪论1.1 课 题 提 出 的 背 景随着我国工业自动化的不断发展，运料小车成为了工业运料的主要设备之一。由于其工作效率高、运行稳定、大大降低了工人的劳动强度、减少了工人的体力劳动，在冶金、有色金属、煤矿、港口、码头、工业自动化生产线等领域得到了广泛的应用。早期运料小车电气控制系统多为“继电器一接触器”组成的复杂系统，这种系统存在设
8、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。而20世纪以来随着人类科技的迅猛发展，各种工业化自动控制产品都在向着控制可靠，操作简单，通用性强，价格低廉等方向发展，使自动控制的实现越来越容易。PLC （可编程逻辑控制器）应运而生。PLC 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，PLC 及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。因而可以说 PLC 是近乎理想的工业控制计算机。PLC 的输入/ 输出接口是已经按不同需求做好的，可直接与控制现场的设备相连接。如输入接口可以与各种开关、传感器连接；输出接口具有较强的
9、驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁阀等连接。同时，PLC 具有很强的监控功能，利用编程器、监视器或触摸屏等人机界面可对 PLC 的运行状态进行监控。随着 PLC 技术的成熟、性价比的不断提高，其应用范围不断扩大，在工业自动化中发挥着越来越重要的作用。本设计将 PLC 应用到运料小车的电气控制系统中，实现了运料小车的自动化控制，使运料小车不再需要人工控制，降低了系统的运行费用，提高了系统的自动化程度。PLC 运料小车电气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，安装、维修和改造方便等优点。1.2 国内外的研究现状1.2.1 国内的现状我国可编程控制器的引进、应用、研制、
10、生产是伴随着改革开放开始的。最初4是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天地。1.2.2 国外的现状在工业生产过程中，大量的开关需要控制
11、，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable ,是世界上公认的第一台 PLC. 限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程
12、控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。将 PLC 应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。它功能强大，可扩展到多达128I/O 点，且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据连接功能选项使得 PLC 在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。PLC 在运料小车控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。本文以 PLC 控制技术为核心,采用西门子 S7-200的 PLC,论述了运料小车控制系统的软硬件设计方案及其控
13、制原理,实现了运料小车装料、卸料过程的自动控制.通过实际应用,说明所设计的控制系运行可靠,满足了实际需要。这正是本课题研究的重点。51.3 课题的意义及应用PLC 控制系统的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域。在各种应用领域中，尤其在生产过程和科学研究产业领域中，电气控制技术应用更为广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化设备的要求。由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极
14、大的推动了 PLC 的发展，使得 PLC的功能日益增强。如 PLC 可进行模拟量控制、位置控制和 PID 控制等，易于实现化的需要。柔性制造系统。远程通信功能的实现更使 PLC 如虎添翼。目前 PLC 已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业。PLC 是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC 通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号。由于 PLC 综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械
15、数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了 PLC 的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。其中运料小车就是 PLC 的一个重要的应用。传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多、故障率高且维修不易等缺点。例如：整个运行过程中，运料小车的速度很难设定，如果太快，启动和制动时由于存在运料小车惯性难以控制的缺陷易造成物料的掉落、抛洒，这样就不能实现安全的启动停止。PLC 作为目前国内市场的主流控制器，在技术、行业影响等方面有重要作用。利用 PLC 控制代替继电器控制已经是大势所趋。随着 P
16、LC的不断发展和革新，生产线的运输控制也得到了不断的改善和生产率的不断提高，运料小车自动控制系统经历了以下几个阶段：（1）手动控制：但是由于当时的技术还不够成熟，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）自动控制：通过机器人技术，自动化设备终于实现了 PLC 在小车自动控制6系统在自动方面的应用。（3）全自动控制：PLC 大多采用 CPU 结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。72.控制系统的工作原理2.1 运料小车的运动流程图2.1 运料小车运行路径图如图2.1所示，运料小车放在初始位置，按动启动按钮，PLC 系统进入初始状态，初
17、始状态完毕后，小车沿轨迹行驶，至站1停止线处停止下来装料。10秒后小车沿轨迹行驶，至站2停止线处停止下来卸料。5秒后小车沿轨迹行驶，至站3停止线处停止下来装料。10秒后小车沿轨迹行驶，至站4停止线处停止下来卸料。5秒后小车沿轨迹行驶。完成一个工作周期。按动停止开关，小车回到起始位置停放。2.2 系统设备要求运料小车由两个电动机带动可以实现沿轨迹行走，并在指定的位置停止装料和卸料，装料和卸料时间由 PLC 定时器控制。将运料小车放在带有黑色轨迹的实验台上，系统启动后它就会沿着黑色的轨迹移动。运料小车底部共有五个传感器。后方有三个传感器，用来检测地面的灰度，并根据检测结果实时纠正运料小车行走路线，让运料小车始终沿着轨迹行走。同时运料小车的两侧还有两个传感器用来检测停车装料点和停车卸料点，在这些指定位置停止，并通过 PLC 控制小车在装料站和卸料站进行装卸料，达到运送物料的目的。8在设计中，运料小车在特定的轨迹中行驶，由 PLC 编程控制，灰度传感器检测，伺服电机传动等实现小车的自动控制，完成运料小车多处装料、卸料的工作。若其中某一方面出现问题使小车脱离轨迹，按下急停按钮，运料小车自动停止。
