1、 唐山工业职业技术学院毕业设计（论文、创作）说明书题目装卸料小车多方式运行的 PLC控制系统设计系别 自动化工程系 班级 10 电气 12 姓名 崔长远 学号 108993339 指 导 教 师 石连文 2013年 04 月 20 日装卸料小车多方式运行的 PLC控制系统设计 崔长远 目 录 摘要1关键字1一、概述21.1控制系统在运输小车中的作用与地位21.2 运料小车的发展概况21.3 本课题研究的主要内容2二、功能需求分析22.1控制系统介绍22.2可编程控制器 PLC 的特点32.3运输小车系统方案的选择42.4运料小车控制系统的控制内容与要求42.5方案论证5三、具体设计63.1 P
2、LC的选择和程序设计63.2系统变量定义及分配表63.3控制系统程序设计73.4系统接线图设计73.5系统调试及结果分析15 四、总结16 参考文献17装卸料小车多方式运行的 PLC控制系统设计 崔长远 0装卸料小车多方式运行的 PLC 控制系统设计10电气 12崔长远摘 要早期运料小车电气控制系统多为继电器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，无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作，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，PLC 运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，可靠性和可维护性好，易于安装、维修和改
3、造等优点。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。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。本课题主要包括：分析被控对象和明确系统控制要求、PLC 选型、确定系统的 I/O 设备的数量及种类、控制流程设计、控制程序设计。 PLC 在运料小车控制系统中的应用，已经在国内外工程、工厂中得到实际应用，具有巨大的经济和社会价值，其智能化和自动化的思路值得以后继续深入研究和推广。关键词： PLC 运料小车 控制系统 I/O 点
4、装卸料小车多方式运行的 PLC控制系统设计 崔长远 1一、概述1.1控制系统在运输小车中的作用与地位在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人身安全事故，这样将给企业造成重大损失。运输小车是基于 PLC控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于运输小车的运行，因此，运输小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。运输小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。1.2 运料小车
5、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） 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
6、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） 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
7、 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 。1.3 本课题研究的主要内容通过 PLC
8、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。分析被控对象和明确系统控制要求；PLC 选型；确定系统的 I/O设备的数量及种类；控制流程设计；控制程序设计。二、功能需求分析2.1 控制系统介绍本控制系统主要是用于控制运输小车的自动运输。它既能减轻人的劳动强度又能自动装卸料小车多方式运行的 PLC控制系统设计 崔长远 2准确到达人不能达到或很难到达的预定位置。确定输入、输出电器。每个工位应设置一个限位开关和一个呼车按钮，系统要有用于启动 SB1和停止 SB2的按钮，这些是 PLC的输入元件(I2.0，I2.1)；小车要用一台电动机拖动，电动机正转时小车驶向高位，反转时小车驶向低位，电
9、动机正转反转各需要一个接触器，是 PLC的执行元件。另外各工位还要有指示灯作呼车显示。因为小车到达每个工位要停止，所以每个工位要装有限位开关，当小车到达各个工位碰撞限位开关，限位开关给 PLC一个信号使电机停止转动，小车失去动力停在这个呼车工位。电动机和指示灯是 PLC的控制对象。各 工位的限位开关 和呼车按钮的布 置如图1-1所 示，图 1-1 各工位的限位开关和呼车按钮的布置图中 ST和 SB的编号也是各工位的编号。ST 为滚轮式，可自动复位。用 PLC对运输小车实现控制，其具体要求如下：(1) PLC得电后，车停在 1到 8某个加工点(称为工位)，若没有用车呼叫（称为呼车)时，则呼车指示
10、灯亮，表示 1到 8各工位可以呼车。(2) 若某工位呼车(按本位的呼车按钮)时，则呼车指示灯熄灭，表示此后呼车无效。(3) 系统停止时，呼车无效。系统启动后，当呼车位号大于停车位号时，小车自动向高位行驶；当呼车位号小于停车位号时，小车自动向低位行驶；当小车到达呼车位时，自动停车。(4) 在小车到达呼车位的 30s时间内(仅供本车位使用)，呼车操作无效。只有当30s延 时时间到以后，小车才能重新响应呼车信号。装卸料小车多方式运行的 PLC控制系统设计 崔长远 3(5) 临时停电后再复电，小车不会自行起动。2.2可编程控制器 PLC 的特点可编程控制器 PLC 对用户来说，是一种无触点设备，改变程
11、序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有可靠性高，抗干扰能力强、配套齐全，功能完善，适用性强、易学易用、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造、体积小，重量轻，能耗低2.3小车运输系统方案的选择实现小车运输系统控制有很多方法来实现，可以用单片机、可编程控制器 PLC等元器件来实现。但在单片机控制系统电路中需要加入 A/D，D/A 转换器，线路复杂，还要分配大量的中断口地址。而且单片机控制电路易受外界环境的干扰，也具有不稳定性。另外控制程序需要具有一定编程能力的人才能编译出，在维修时也需要高技
12、术的人员才能修复，所以在此也不易用单片机来实现。而从 PLC的特点了解可知，PLC 具有很多优点，因此我们归纳出：可编程控制器PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在 30万小时以上；安装，操作和维护也较容易；编程简单，PLC 的基本指令不多，编程器使用比较方便，程序设计和产品调试周期短，具有很好的经济效益。此外 PLC内部定时、计数资源丰富，可以方便地实现对运输小车的控制。因此，最终我选择了用可编程控制器 PLC来实现运输小车系统的控制，完成本次的设计题目。2.4运料小车控制系统的控制内容与要求2.4.1运料小车的 运动流程某自动生产线 上运料小车的运动如图1-1所示：运料小车由一台
13、三 相异步电动机拖动，电机正转，小车向高位 行，电机反转，小车向低位行。电动机正反 转主电路图如图 3-2所示：装卸料小车多方式运行的 PLC控制系统设计 崔长远 4图 3-2三相异步电动机正反转主电路图在生产线上有 8个编号为 l8 的站点供小车停靠，在每一个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外，还设有 8个呼叫按钮开关(SB1SB8）分别与 8个停靠站点相对应。2.4.2设备控制要求运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下：（1） 按下启动按钮，系统等待 30秒开始工作，按下停止按钮，系统停止工作；（2 ）若某工位呼车(按本位的呼车按钮)
14、时，则呼车指示灯熄灭，表示此后呼车无效。（3 ）系统停止时，呼车无效。系统启动后，当呼车位号大于停车位号时，小车自动向高位行驶；当呼车位号小于停车位号时，小车自动向低位行驶；当小车到达呼车位时，自动停车。（4） 在小车到达呼车位的 30s时间内(仅供本车位使用)，呼车操作无效。只有当 30s延 时时间到以后，小车才能重新响应呼车信号。（5）临时停电后再复电，小车不会自行起动。2.5方案论证早期运输小车电气控制系统多为继电器-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。后来，单片机应用到运料小车控制系统中。单片机有优异的性能价
15、格比、集成度高、体积小、有很高的可靠性、控制功能强、低功耗、低电压，便于生产便携式产品，外部总线增加了 IC及 SPI，单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。单片机编程方法复杂，不容易上手，使用于简单应用。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。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。运料小车控制系统的控制系统构成图如 3-3所示:装卸料小车多方式运行的 PLC控制系统设计 崔长远 5图 3-3运料小车控制系统图三、具体设计3.1 PLC的选型和程序
16、设计在 PLC日益成为工厂自动化基本技术平台的时代，如何选用一部适合的 PLC即满足技术要求，又能实现经济效益，是一项重要课题。PLC 本身强调的特色为：体积小、功能强、操作简便、程序设计简易、模块扩充性好、通信方便等，针对上述要求选择PLC控制系统。西门子公司的 S7-200系列 PLC以其功能强、功能强大、性价比高等特点受到广泛青睐。因为该设计需要 18个输入和 11个输出故需要 CPU有至少 18个数字量输入 PLC，故满足这一技术要求的 S7-200系列 PLC的 CPU类型有 224、224XP、226等。PLC 的选型不但要满足技术要求，还要考虑到经济性，因此这里选用 S7-200
17、系列的 226PLC。3.1.1 S7-200 CPU 226简介CPU226集成 24输入/16 输出共 40个数字量 I/O点。可连接 7个扩展模块，最大扩展至 168路数字量 I/O点或 35路模拟量 I/O点。16K 字节程序和数据存储空间。6个独立的 30kHz高速计数器，2 路独立的 20kHz高速脉冲输出，具有 PID 控制器。1个 RS485通讯/编程口，具有 PPI通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。3.2系统变量定义及分配表根据控制要求，PLC 控制运输小车的输入输出(I0)地址编排如下表所示: 表 4-1
18、 I/O地址分配输入 输出启动按钮停止按钮8个呼叫按钮8个行程按钮PLC三相异步电动机装卸料小车多方式运行的 PLC控制系统设计 崔长远 6I2.0 起始按钮 SB9 Q0.0 电动机正传 KM1I2.1 停止按钮 SB10 Q0.1 电动机反传 KM2I0.0 1号工位呼车 SB1 Q0.2 呼车指示灯 HLI0.1 2号工位呼车 SB2 Q1.0 1号工位成功呼车指示灯I0.2 3号工位呼车 SB3 Q1.1 2号工位成功呼车指示灯I0.3 4号工位呼车 SB4 Q1.2 3号工位成功呼车指示灯I0.4 5号工位呼车 SB5 Q1.3 4号工位成功呼车指示灯I0.5 6号工位呼车 SB6
19、Q1.4 5号工位成功呼车指示灯I0.6 7号工位呼车 SB6 Q1.5 6号工位成功呼车指示灯I0.7 8号工位呼车 SB7 Q1.6 7号工位成功呼车指示灯I1.0 1号工位限位开关 SQ1 Q1.7 8号工位成功呼车指示灯I1.1 2号工位限位开关 SQ2I1.2 3号工位限位开关 SQ3I1.3 4号工位限位开关 SQ4I0.4 5号工位限位开关 SQ5I1.5 6号工位限位开关 SQ6I1.6 7号工位限位开关 SQ7I1.7 8号工位限位开关 SQ83.3系统接线图设计PLC型号的选择：由于该系统是在原来 CPU226的基础上改进的设备，而现在共用了 18个输入，用直流 24V；11 个输出，用交流电 220V，所以我选择用 S7-200系列CPU226。CPU226 的主要的技术参数：输入 24VDC，24 点；输出 220VAC，16 点；电源电压为 220V 50Hz。装卸料小车多方式运行的 PLC控制系统设计 崔长远 7图 4-1 系统接线图3.4控制系统程序设计运料小车控制系统流程图如图 4-2所示:
