装卸料小车多方式运行PLC控制详解.docx
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装卸料小车多方式运行PLC控制详解
信息科学与工程学院
课程设计报告
（2012～2013学年第二学期）
题目装卸料小车多方式运行PLC控制
院（系、部）控制系
课程名称电气控制技术综合课程设计
专业自动化
年级2010级
学号1015321018
姓名黄佳琛
指导老师晏来成郑义民
第一章引言
1.1三菱FX2N系列PLC介绍
FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。
由于FX2N系列具备如下特点：
最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
1.2设计内容及要求
本次设计要求装运料小车满足多方式运行的PLC控制，实现控制如下：
1.假设小车的初始位置是停在m（m＝1～5）号工作台，此时SQm为ON。
2.假设n（n＝1～5）号工作台呼叫，如果：
m＞n，小车左行到呼叫工作台停车。
m＜n，小车右行到呼叫工作台停车。
m＝n，小车不动。
3.小车的停车位置应有指示灯指示。
第二章系统总体方案设计
2.1系统硬件配置及组成原理
2.1.1PLC的基本结构
PLC按结构形式的不同，可分为整体式和模块式两类。
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I/O扩展单元与主机配合使用。
主机中，CPU是PLC的核心，I/0单元是连接CUP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。
PLC基本结构如下图所示。
2.1.2运料小车的工作原理及其主要组成部分
运料小车工作原理是：
运料小车通过PLC的输入单元接收来自各个工台呼叫按钮的呼叫信号和限位开关的通断信号，然后PLC根据写入的梯形图程序对输入单元采集到的信号进行处理后更新输出单元，从而使输出单元所连接接触器通断状态发生变化，进而达到控制三相异步电动机转向和运转，从而控制小车运行方向及运行方式。
2.2系统变量定义及分配表
I/O口分配表
软元件号
功能
X000
呼叫按钮SB1
X001
呼叫按钮SB2
X002
呼叫按钮SB3
X003
呼叫按钮SB4
X004
呼叫按钮SB5
X005
位置开关SQ1
X006
位置开关SQ2
X007
位置开关SQ3
X010
位置开关SQ4
X011
位置开关SQ5
X014
启动开关SQ6
Y000
接触器KM1（左行）
Y001
接触器KM2（右行）
Y003
呼叫指示灯L1
Y004
呼叫指示灯L2
Y005
呼叫指示灯L3
Y006
呼叫指示灯L4
Y007
呼叫指示灯L5
2.3PLC接线图设计
2.4系统可靠性设计
1.接触器KM1和KM2分别控制电机正反转，两者若同时闭合可能发生危险，故在程序中Y000与Y002加入了互锁，保证KM1和KM2只有其中一个被接通。
2.使用开关SQ6作为系统的启动/紧急制动开关，该开关闭合能使小车紧急制动并能保持小车位置信息，使开关断开小车又能马上恢复正常工作。
3.使用限位开关。
使用限位开关确保小车能准确停在每个呼叫位置。
第三章控制系统设计
3.1控制系统流程图设计
3.2控制程序设计思路
程序控制算法实现主要可归纳为以下三种方案。
方案一：
采取按钮呼叫信号互锁的方式。
保证只有1个按钮呼叫信号被记忆，只有待系统记忆信号被处理后，方能再次响应其他信号。
该方法优点是程序简单，容易实现，且该算法有较好的移植性能快速移植到工台数量较多的系统上，不足是该算法灵活性差，效率低下，不能满足工业生产的高效性需求，例如我在极短时间间隔内，先最左边工台呼叫，其次最右边工台呼叫，紧接着左边第二个工台呼叫，则小车要先从右往左响应第一个呼叫，又从最左边运行到最右边响应第二次呼叫，最后又要运行至最左边第二个工台响应第三次呼叫，走的路程极长，响应时间长。
故不采用该算法。
方案二：
采取信号记录排序方式。
即首先对工台发出的信号按照位置顺序进行编码，在数据寄存器区开辟一片区域按时间顺序存储呼叫信号，小车先从数据寄存器获取一个信号信息往一个方向运动，并在每次接触到位置开关时，删除一个呼叫信号，并根据小车位置信号与呼叫位置信号比较，看该方向信号是否都被响应，如果仍存在未被响应信号则继续保持运动方向不变，若无该方向信号，则减少是否有反方向信号，有则反向运行，没有则停止。
该算法既有较高的效率，能满足工业生产的高效性需。
求但该算法非常比较复杂，需要PLC有较快的运算速度和较大的内存存储空间，且在工台较多且工台呼叫频繁的场合可能会因为超出存储区而产生信号遗失。
方案三：
采取小车位置编码及呼叫信号保持的方法。
由于运料小车每次只能在接触到一个位置开关时，使一个位置开关变为高电平，故可以在每次小车接触到位置开关时进行执行一次编码指令，将位置开关高电平信号进行编码从而确定小车的位置信号；用指示灯输出自保持来保持每次呼叫信号，通过判断输出给指示灯信号来判断，对应位置是否有呼叫信号输出，并根据小车位置来判断小车的运动方向，同时做一互锁，小车一个方向运动时，若仍有比较信号为高电平则小车运动方向被保持。
直至响应完此方向信号为止，这种方案算法代码量与方案一相差不多，而实现效果又能实现方案二的最优路径效果，故采用此方案。
故控制程序大体方案按方案三思路。
即保证小车先响应完一个方向上所有需要响应信号后再响应反方向信号。
这样能使小车小车效率达到最高，运行路径最短。
3.3控制程序具体实现
1.呼叫位置确定
呼叫位置的确定可通过呼叫指示灯的亮灭来加以判断，即采用自保持电路，当呼叫按钮Xn按下时输出继电器Ym线圈高电平并被保持，并将该工位对应限位
开关置高电平来使Ym断电，即响应后呼叫位置信号消失。
呼叫位置确定可由5个类似下图程序结构的程序来实现。
2.小车位置确定
由于小车每次只会使一个限位开关置高电平，故可以在小车接触到一个限位开关时就用ENCO指令对限位开关的输入信号进行一次编码以确定小车位置，小车位置在运动中到达下一个位置限位开关之前，保持不变。
用该指令好处是编码指令可以使程序可移植性大大增强，增加工台只需增加编码位数，程序做细微改动即可完成。
程序结构参见附录程序。
3.小车运动方向控制
小车运动方向控制可以通过触点比较指令来实现，即通过比较小车位置与工台位置大小从而决定小车运行方向，同时对2个运行方向实行互锁，即当一个方向在运行时，另外一个方向不导通，保证先完成1个方向所有呼叫请求响应后才会响应另外1个方向。
程序结构如下图所示。
第四章上位监控系统设计
4.1PLC与上位监控软件通讯
4.1.1组态软件
本次设计上位监控软件采用国产组态王软件。
组态王软件是一款功能强大，又易于上手的上位机监控界面组态软件。
4.1.2组态通讯
三菱FX2N型PLC与上位机通过主机串口COM1采用RS232方式进行通讯，详细设置如下所示：
4.2上位监控系统组态设计
4.3实现效果
组态王的支持C语言的状态命令语言对组态王界面进行编程，从而实现一定的动画效果。
在组态王内建立一个内存整数的变量来表示小车的运动位置，然后将此变量作为小车动画连接变量并利用页面命令语言每500毫秒就对该变量根据PLC传给组态王信号来确定该变量的加减，就可以实现小车运动及运动方向的模拟。
当该变量增加到一定值时，就对组态王定义的对应PLC的X5~X11的IO变量置1来模仿送料小车碰触到限位开关（注：
由于组态王赋值与PLC的输入输出会相互干扰，故该高电平信号只能短暂维持，与实际情况有所出入，但由于程序部分只需要短时间高电平信号即可，故不对其进行另外处理）由此即可实现利用组态王模拟装卸料小车多方式运行工作过程的仿真。
即当按下某个位置开关对应的呼叫按钮，指示灯亮，小车即运行到该位置。
小车组态王部分程序及设置如下所示。
第五章系统调试及结果分析
5.1系统调试及解决的问题
在梯形图程序设计好之后，将梯形图程序通过计算机烧录进FX2N型PLC，并将组态王与PLC建立通讯连接。
初步试验后，系统大体运行正常，但也存在一些问题。
如组态王动画连接无法正常使用。
后经多次实验发现，此现象是由于组态王图形进行单元合成引起，属于软件BUG，尚无较好解决办法，将合成图形拆解每部分各自进行动画连接后解决问题。
另外还发现程序中存在一些细节问题，如若用左行及右行对应输出线圈互锁，来保证运行方向不变，则在小车停车时，此时左右行线圈都失电，等小车停止标志位消失可以重新开始运行时，小车的运行方向可能与原来不一致。
5.2结果分析
本次设计较好了满足的设计要求，实现了用较短时间较短行程完成工作台呼叫响应任务。
同时由于对小车位置引入了编码指令，减小了指令爆炸现象的产生，同时增强了算法的可移植性。
但也仍存在一些不足，如组态王动画连接相对简单，只表现出了小车的运动过程，没能将装卸料过程也加以表现，同时程序稍显臃肿，仍可进一步简化，但由于时间关系，没能进一步加以完善。
结束语
通过本次设计实践，掌握了PLC电气设计的基本方法和步骤，进一步巩固了课堂所学知识，将理论与实践相结合，用理论来进行实践，用实践来完善理论。
参考文献
[1]廖常初．FX系列PLC编程及应用[M]．机械工业出版社
[2]王善斌．组态软件应用指南[M]．化学工业出版社
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