卸料小车的PLC自动控制.docx
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卸料小车的PLC自动控制
湘潭大学
毕业设计说明书
题目：
小车装卸料PLC系统
学院：
职业技术学院
专业：
机电一体化技术
学号：
20099202142
姓名：
徐宇
指导教师：
张志纯
完成日期：
2011年5月10日
湘潭大学
毕业论文（设计）任务书
论文（设计）题目：
小车装卸料运行plc控制系统
学号：
200学生姓名：
徐宇
专业：
机电一体化技术
指导教师姓名：
张志纯系主任：
黄祯祥
一、主要内容及基本要求
在一些自动化生产线上，为了实现多地点随机卸料或者多地点随机搜集成品或（废品），经常会用到一台装卸料小车，如下图所示的装卸料小车可以根据请求在5个位置停车，进行装卸料，SQ1~SQ5为5个停车位置的行程开关，小车压上时为ON，小车离开时为OFF，SB1~SB5为互锁的琴键开关，用于选择小车的位置。
：
小车在电动机的拖动下运行，电动机正转时小车右行，电动机反转时小车左行，具体控制如下：
1、当选择按钮号与小车位置压下的行程开关号同时，按下启动按钮，小车停止不动。
2、当选择按钮号大于小车位置压下的行程开关号时，按下启动按钮，小车向右运行直至两者相等时，小车停止。
3、当选择按钮号小于小车位置压下的行程开关号时，按下启动按钮，小车向左运行直至两者相等时，小车停止
4、撰写设计说明书（论文）。
二、重点研究的问题
（1）料的感应的PLC程序编写
（2）整个装卸聊过程的PLC控制程序的编写
（3）PLCI/O借口的连接线路
三、进度安排（指导教师填写）
序号
各阶段完成的内容
完成时间
1
查阅资料、调研
4月1日到5日
2
开题报告、制订设计方案
4月6日到10日
3
实验（设计）
4月10日到12日
4
分析、调试等
4月13日到15日
5
写出初稿
4月16日到1日
6
修改，写出第二稿
5月1日到5日
7
写出正式稿
5月6日到10日
四、应收集的资料及主要参考文献
【1】于庆广.可编程控制器原理与系统设计.北京：
清华出版社，2004
【2】齐荣.可编程计算机控制器原理及应用.西安：
西北工业大学出版社，2002
【3】夏辛明黄宏高光.可编程控制器技术及应用.北京：
北京理工大学出版社，2005
【4】汪晓平.plc可编程控制器系统开发实例导航.北京：
人民邮电出版社，2004
【5】江秀汉杨楠.plc可编程控制器原理及应用.北京：
机械工业出版社，1998
【6】孙振强.可编程控制器原理与应用教程.北京：
清华大学出版社，2005
【7】李建兴.可编程控制器件应用技术.北京：
机械工业出版社，2004
【8】Daibida.geller.可编程控制器原理与设计.北京：
清华大学出版社，2006
【9】郁汉琪郭建.可编程控制器原理与应用.北京：
中国电力出版社，2004
【10】周美兰周封王岳宇.plc电气控制与组态设计.北京：
科学出版社，2005
【11】廖常初.PLC编程及应用。
北京：
机械工业出版社，2005.
（1）
【12】现代电气控制及PLC应用技术，北京航空航天大学出版社.2005。
【13】高钟毓，机电控制工程，清华大学出版社.2002（第二版）
【14】JingwenTian,MeijuanGao,HaoZhou.TheIntelligentControlSystemofFlocculationProcessofSewageTreatmentBasedonWaveletNeuralNetworks,IntelligentSystemsDesignandApplications,2006.6
【15】Li-YanZhang;Long-HuaMa.ModelandcontrolofN-removalinsewagetreatmentbasedonmixedlogicaldynamicmethod,MachineLearningandCybernetics,2003,InternationalConferenceonVolume,2003.2
湘潭大学毕业论文（设计）评阅表
学号20099202142姓名徐宇专业机电一体化技术
毕业论文（设计）题目：
小车装卸料运行plc控制系统
评价项目
评价内容
选题
1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；
2.难度、份量是否适当。
能力
1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；
2.是否有综合运用知识的能力；
3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；
4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；
5.工科是否有经济分析能力。
论文质量
1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表是否完备、整洁、正确，引文是否规范；
2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；
3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。
工作量
工作量是否饱满，含论文篇幅、图纸等是否达到规定要求。
综
合
评
价
该论文符合培养目标，基本达到学科、专业特点的基本要求和综合训练的目的：
难度、份量适当。
具有一定的查阅文献和综合归纳资料的能力：
立论较为正确，符号统一，文字、图表格式一致，程序表述较为规范。
但综合概括能力一般；论文内容有一定的参考意义，但在创新之处和实际应用中仍需探讨。
工作量较为饱满，论文篇幅、图纸等基本达到要求。
评阅人姓名（职称）：
年月日
湘潭大学
毕业论文（设计）鉴定意见
学号：
200学生姓名：
徐宇专业：
机电一体化
毕业论文（设计说明书）28页图00张
论文（设计）题目：
小车装卸料运行plc控制系统
内容提要：
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
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。
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FX1N在体积、通信和特殊功
能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
指导教师评语
该论文符合培养目标，满足学科专业特点及教学大纲要求，也达到专业综合训练的目的；论文设计要求有一定难度，设计内容及参数完成较好；立论较为正确，符号统一，文字较为规范，设计内容具有一定的参考意义，工作量较为饱满，论文篇幅、图纸等达到要求；该生设计态度认真，设计任务基本完成；从论文完成情况看该生具有一定的查阅文献和综合归纳资料的能力。
但创新和实际应用能力有待进一步提高。
建议成绩评定为。
指导教师姓名职称（副教授）
年月日
答辩委员会意见
经答辩委员会讨论，同意该毕业论文（设计）成绩评定为。
评定等级
答辩委员会主任：
年月日
摘要
可编程逻辑控制器，简称PLC，是一种工业控制微型计算机。
它的编程方便、操作简单尤其是高通用性等优点，使它在工业生产过程中得到了广泛的应用。
其中的一个应用便是运料小车的控制，主要用到的便是他的逻辑控制功能。
本文主要介绍三菱的PLC产品以及其对应的软件，并且用它来进行五个控制台作业的运料小车的控制编程。
关键词：
三菱PLC；运料小车
前言
大学生涯就要以这篇毕业论文作为结局，将所学的东西融会贯通。
恰好所做的毕业设计是课程开过的PLC，是同一个类型的，但是所编的程序是不相同的，但是我对应毕业设计的上手还是可以比较快。
这论文的时候，自己还是写作前期还是一叶蔽目，毫无头绪。
但是在查阅了相关的资料后也是对三菱的硬件及其软件有了比较好的认识。
这篇论文是以三菱的PLC为主要载体，结合它来对运料小车的控制进行编程，虽然没有具体的见到他的硬件，但是也对这样一个程序对应的接口做了了解。
本文主要是在对PLC进行系统的介绍后，进入具体三菱的PLC，针对这个型号进行硬件及其软件的介绍，最后写出运料小车对应PLC的接口图及其对应的程序。
由于个人或时间等因素，还不能将这篇论文写的完美，所以有错误的地方还请指导老师同学不吝指教。
文献综述
随着PLC技术的不断发展，它的应用也越来越广泛了，这次的毕业设计要求做的是其在运料小车中的应用，这个在工业生产过程中起着很重要的作用，他是向工业自动化迈出的很重要的一步，运料小车通过PLC的控制，达到能自动装卸运料以及及时响应呼叫的请求。
对于这样一个PLC程序的设计，我先了解施耐德的欧姆龙系列PLC的编程方法以及其相应的软件。
在这个基础上，确定小车运料站点的数目，重而确定I/O接口的数目以确定PLC的具体选型，然后熟悉其他运料小车的PLC设计程序，再结合自己所学的将程序达到设计所要求的。
可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。
它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术计算等，并通过数字量和模拟量的输入\输出来控制机械设备或生产过程。
如今，PLC在我国各个工业控制领域中的应用越来越广泛。
在就业竞争日趋激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。
PLC的学习比一般编程学习困难的地方就在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合。
理的PLC的型号，然后进行资源配置，并以此为基础，设计控制系统。
1．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）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）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
2.可编程控制器（PLC）概述
2.1PLC的概述
PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”
可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。
可编程序控制器主要由CPU（中央处理单元）存储器（RAM和EPROM）,输入/输出模块（简称为I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。
近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。
它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。
2.2PLC的发展
1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，并公开招标提出十项标准:
（1）编程方便，现场可修改程序；
（2）维修方便，采用模块化结构；
（3）可靠性高于继电器控制装置；
（4）体积小于继电器控制装置；
（5）数据可直接送入管理计算机；
（6）成本可与继电器控制装置竞争；
（7）输入可以是交流115V；
（8）输出为交流115V,2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；
（9）在扩展时，原系统只要很小变更；
（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
1969年，美国数字公司（DEC）研制出了第一台可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。
这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，很快在美国其它工业领域推广使用。
随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有了第五代PLC产品。
2.3PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强。
（2）配套齐全，功能完善，适用性强
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
（5）体积小，重量轻，能耗低
2.4PLC的基本组成及各部分作用
PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。
按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。
图2-2PLC的组成框图
PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。
按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。
整体式PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。
另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。
主机中，CPU是PLC的核心，1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。
组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。
装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。
CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。
1、中央处理单元（CPU）：
CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。
它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务:
（1）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；
（2）诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;
（3）用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来;
（4）PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作;
（5）将用户程序的执行结果送至输出端。
现代PLC使用的CPU主要有以下几种:
通用微处理器，如8080,8088,Z80A,8085等。
通用微处理器的价格便宜，通用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。
（2）单片机，如8051等。
单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛地用于PLC的智能UO模块。
（3）位片式微处理器，如AMD2900系列等。
位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。
它主要追求运算速度快，它以4位为一片。
用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。
改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。
位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。
这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合，很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。
2、存储器：
根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种:
系统程序存储器:
和各种计算机一样，PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。
系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM.
用户程序存储器:
用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。
由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。
由于RAM掉电会丢失数据，因此使用RAM作用户程序存储器的PLC，都有后备电池（铿电池）保护RAM，以免电源
掉电时，丢失用户程序。
当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC（如欧姆龙公司的CPMIA型PLC）采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。
工作数据存储器:
工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。
这部分数据存储在RAM中，以适应随机存取的要求。
在PLC的工作数据存储区，开辟有元件映象寄存器和数据表。
元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。
数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。
它存储用户程序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。
它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。
根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。
3、1/0单元：
I/0单元也称为I/0模块。
PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。
输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。
通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能
够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。
运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。
输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.
4、电源部分：
PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V,+12V,+24V的直流电源，使PLC能正常工作。
电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的CPU，通常电源封装到机壳内部;对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块中。
5、扩展接口
扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。
6．通信接口
为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。
PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。
当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制;当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。
7、编程器
编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。
编程器有简易型和智能型两类。
简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后，才能输入。
它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。
智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRL图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。
还可以利用PC作为编程器，PLC生产厂家配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换。
程序被下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。
程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。
现在很多PLC已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。
3控制系统设计
3.1.运料小车的运动分析
某自动生产线上运料小车的运动如图3-1所示，运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向右行，电机反转，小车向左行。
在生产线上有5个编码为1—5的站点供小车停靠，在每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5个行程按钮开关（HJ1--HJ5）分别与5个停车位置的按钮相对应。
1号站
2号站
3号站
4号站
5号站
运料小车
自动化生产线
图3-1运料小车示意图
3.1.1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，系统开始工作，按下停止按钮，系统停止工作；
（2）当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按扭HJ的编码时，小车向右运行运行到按钮HJ所对应的停靠站时停止；
（3）当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按扭HJ的编码时，小车向左运行，运行到按钮HJ所对应的停靠站时停止；
（4）当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按扭HJ的编码时，小车保持不动；呼叫按钮开关HJ1--HJ5应具有互锁功能，先按下者优先。
3．1.2小车运动分析
小车在行程开关按钮之间的运动如图3-2所示，
图3-2小车在行程开关按钮之间的运动
根据生产工艺要求设计出小车在运料过程中的速度变化情况如图3-3所示，
图3-3小车在两个行程开关按钮之间运料过程中速度变化情况
根据料车运料过程中速度曲线图"确定变频器的频率变化情况如图3-4所示，
图3-4变频器的频率变化情况
根据系统控制要求，分析出如下系统控制流程图，
图3-5控制系统流程图
3.2运料小车控制系统的PLC选型和资源配置
3.2.1控制系统图
控制系统如图3-5所示
（a）
启动按钮
停止按钮
5个呼叫按钮
5个行程开关
三菱PLC
三相异步电动机
变频器
（b）
3-6运料小车控制系统图
3-7PLC框架配置图
3.3系统资源分配
3.3.1I\O地址分配
由于CPU模块有14点数字量输入，10点数字量输出，所以不再需要输入＼输出模块。
采用I＼O自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X000—X015，输出端子对应的输出地址是Y000—Y011。
3.3.2数字量输入部分
这个控制系统的输入有1个启动按钮开关、1个停止按钮开关、5个呼叫按钮开关，5个行程开关，共12点输入。
具体的输入分配如表3-1所示。
X000
启动按钮开关
X001
停止按钮开关
X002
1号站呼叫按钮开关
X003
2号站呼叫按钮开关
X004
3号站呼叫按钮开关
X005
4号站呼叫按钮开关
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