电动运输小车的PLC控制系统设计文档格式.docx

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若呼车工位小于停车工位，小车后退。

指示灯是呼车的标志信号。

指示灯亮，表示8个工位可以呼车；

指示灯灭，表示已经有工位呼车，其他工位不能呼车。

本次设计的主电路非常简单，仅需用PLC控制两个接触器实现电动机的正反转。

电动机正转，小车前进；

电动机反转；

小车后退。

此次设计的重点在于PLC控制设计的编程部分。

要实现按下呼车工位后，小车自行运动并在到达呼车工位后小车自动停止的控制要求，需要将每个工位处的呼车工位与停车工位（由各工位的行程开关控制）分别从1开始依次编号，并存于CPU的寄存器中，通过呼车工位号与停车工位号的比较，控制小车的前进和后退。

在此基础上，确定输入输出的点数，选择适当的CPU型号，在软件上编程调试，实现控制要求。

第2章系统总体方案设计

2.1总体方案选择说明

首先来分析下整个运输小车的控制系统。

（1）主电路实现电动机的正反转，每路中均安装断路器和热继电器，以保护电动机的正常运行。

按下启动按钮SB→八盏指示灯全亮→某个行程开关闭合→将该工位号VB0传入系统

（2）按下某个呼车按钮→系统得电并自锁，八盏指示灯全灭→将该呼车位号VB1传入系统→系统对VB0，VB1进行大小比较→根据比较结果进行正，反转或原位不动→辅助继电器M3得电，其动断触点M0.3断开→其他呼车按钮呼车无效→小车到达所呼车位时，定时器T37启动→30s后其动断触点断开→辅助继电器M1失电，八盏指示灯全亮，其他呼车按钮呼车有效

（3）假如小车停在3位，而3号工作台呼叫，则小车原位不动。

（4）安装一个启动和停止按钮，用以总体控制小车的启动与停止。

（5）控制要求由PLC编程实现。

2.2控制方式选择

编程软件采用西门子S7-200软件可编程控制器。

支持梯形图、指令表等语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。

梯形图语言是在继电器控制电路图的基础上发展而来的。

最大的优点就是直观易懂，使用简单方便。

对来自电气方面的用语，通过梯形图很容易就能掌握，同时它也是PLC的主要编程语言。

助记符语言与汇编语言类似，它使用字符来代表可编程控制器的某种操作，这就要求用户要有一定的计算机编程基础。

在我们编程之前要非常熟悉西门子S7-200软件可编程控制器的指令语言，这样我们才能够设计出真确的控制程序。

将PLC应用到小车循环运动控制系统，可实现小车的自动化控制，降低系统的运行费用。

PLC小车循环运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，安装、维修和改造方便等优点。

由于继电器-接触器控制系统电路复杂、接线繁琐，且不易实现控制要求，所以本次设计选择PLC控制系统。

我们电动运输小车的任务主要由两大部分，其中最主要的就是运输小车的PLC梯形图设计，也就是程序设计；

其次是三相异步电机的驱动主电路设计。

为此我们采用了PLC控制系统。

因为PLC控制系统具有简便的编程性。

PLC相当于一个微型计算机，内部有CPU可以用来处理一些普通指令和更多的特殊功能指令。

还有许多的存储器可以存放数据，在作为工业控制的情况下，我们可以把PLC当成是一个集成了许多继电器的盒子，可以单纯的把PLC当成是一个开关。

因为此次的小车所需的输入、输出比较少，所以使用了西门子的S7-200-CPU226型号的PLC。

这个型号的PLC提供了24个输入和16个输出口。

根据任务书要求输入只需要19个，输出需要3个满足设计要求。

在硬件上需要实现电机的正反转，这利用了继电器线圈通电常开点闭合、常闭点断开的特点来改变电机的旋转方向。

2.3系统可靠性设计

由于采用的是PLC控制系统，它具有以下优点，完全满足可靠性要求

（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.

（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。

（4）采用性能优良的开关电源。

（5）对采用的器件进行严格的筛选。

（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

第３章PLC控制系统设计

3.1控制要求分析

本次设计是运输小车的控制设计，如图3-1所示，其中电动运输车供8个加工点使用。

控制要求如下：

（1）PLC上电后，车停在某加工点（也称工位），若没有用车呼叫（也称呼车）时，则各工位的指示灯亮，表示各工位可以呼车。

（2）若某工位呼车时，工位的指示灯均灭，表示此后再呼车无效。

（3）停车位呼车则小车不动。

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）小车到达某工位时应停留30s供该工位使用，不应立即被其他工位呼走。

（5）临时停电后再复电，小车不会自动启动。

3.2设计主电路

根据控制要求可以对其设计。

通过分析可知，本此设计的主电路只需实现小车的正反转即可。

因此可以通过两个接触器分别控制其正反转，即只需两相电源反接，实现正反转控制。

主电路图如图3-2所示。

3.3绘制控制流程图

根据控制要求及电气控制图，可以绘出以下控制流程图。

如图3-3所示。

3.4确定I/O信号数量，选择PLC类型

本次设计共有19个输入信号。

每个工位处有一个呼叫开关，当需要呼车时按下相应的呼叫开关，小车开始向呼叫位行驶。

每个呼叫位应有一个行程开关，使得当小车到达呼叫位时，自动停止。

另外，还有一个启动开关和停止开关，用以控制整个电路的启闭。

若临时停电后再复电，小车也不会自动启动。

还有一个热继电器，保护主电路。

共有3个输出信号。

其中控制电动机的正反转需要2个信号，还有一个控制指示灯的亮灭。

据此可选择的S7-200系列PLC的CPU类型有226。

CUP226共有24个输入端口和16个输出端口，可以满足本此设计要求，并且也可满足可靠性的要求。

3.5I/O点的分配与编号

本设计中输入信号需要1个启动开关和1个停止开关，分别对应CPU226输入端口的I0.0和I0.1端口；

小车运行中共有8个工位，每个工位对应1个呼叫开关，共8个呼叫开关，分别对应CPU226输入端口的I1.0，I1.1，I1.2,I1.3，I1.4，I1.5，I1.6，I1.7；

每个工位处还有一个行程开关，用于控制小车到达呼叫工位时自动停止，这8个行程开关分别对应输入端口的I2.0，I2.1，I2.2，I2.3，I2.4，I2.5，I2.6，I2.7；

还有1个保护电路的热继电器。

输出信号中，控制电源的正反转信号需要2个输出信号，分别是Q0.0和Q0.1；

1个控制8个指示灯亮灭的信号，对应Q0.2。

根据PLC控制系统所需控制信号及CPU226的输入/输出端口，本此设计的I/O地址分配表如表3-1所示。

表3-1I/O地址分配表

控制信号

信号名称

元件名称

元件符号

地址编码

输入信号

启动信号

启动按钮开关

SB

I0.0

停止信号

停止按钮开关

SB0

I0.1

工位1限位信号

行程开关

ST1

I2.0

工位2限位信号

ST2

I2.1

工位3限位信号

ST3

I2.2

工位4限位信号

ST4

I2.3

工位5限位信号

ST5

I2.4

工位6限位信号

ST6

I2.5

工位7限位信号

ST7

I2.6

工位8限位信号

ST8

I2.7

工位1呼叫信号

呼叫开关

SB1

I1.0

工位2呼叫信号

SB2

I1.1

工位3呼叫信号

SB3

I1.2

工位4呼叫信号

SB4

I1.3

工位5呼叫信号

SB5

I1.4

工位6呼叫信号

SB6

I1.5

工位7呼叫信号

SB7

I1.6

工位8呼叫信号

SB8

I1.7

热继电器信号

热继电器

BB

I0.2

输出信号

前进信号

电动机正转控制接触器

KM1

Q0.0

后退信号

电动机反转控制接触器

KM2

Q0.1

指示灯信号

指示灯

HL

Q0.2

3.6I/O接线图

根据以上I/O分配表和CPU226的输入输出端口分布，可以进行系统接线图设计，如图3-3所示。

图3-3运输小车PLC控制系统的I/O接线图

3.7控制程序编制

1.程序设计关键点

（1）运输小车的前进和后退

小车经过某工位时，碰触该工位的行程开关，从而将该工位号，即停车位号存于CPU寄存器VB1中。

按下呼车按钮，将该工位的工位号放入CPU另一寄存器VB0中。

两寄存器进行比较，若呼车工位号大于停车位号，小车前进；

若呼车工位号小于停车位号，小车后退；

若呼车工位号等于停车位号，小车自动停止。

（2）保护电路

主电路中，需要串入热继电器FR作为保护电路，热继电器FR的一个常闭触点作为输入信号，当主电路电流过大，热继电器控制信号发出信号，使热继电器常闭触点断开，使电动机停止工作。

2.编写梯形图

根据控制要求及I/O分配表，在STEP7Micro/WIN中作出梯形图，如下所示（梯形图为STEP7-Micro/WIN编程软件中的截图）。

3.8语句表

TITLE=PROGRAMCOMMENTS

Network1//NetworkTitle

//启动、停止

LDI0.0

OM0.0

ANI0.1

=M0.0

Network2

//可呼车标志

LDM0.0

ANM0.1

=Q0.2

Network3

//停车工位1号送VB0

AI2.0

MOVB1,VB0

Network4

//停车工位2号送VB0

AI2.1

MOVB2,VB0

Network5

//停车工位3号送VB0

AI2.2

MOVB3,VB0

Network6

//停车工位4号送VB0

AI2.3

MOVB4,VB0

Network7

//停车工位5号送VB0

AI2.4

MOVB5,VB0

Network8

//停车工位6号送VB0

AI2.5

MOVB6,VB0

Network9

//停车工位7号送VB0

AI2.6

MOVB7,VB0

Network10

//停车工位8号送VB0

AI2.7

MOVB8,VB0

Network11

//呼车工位1号送VB0

ANM0.3

AI1.0

MOVB1,VB1

Network12

//呼车工位2号送VB0

AI1.1

MOVB2,VB1

Network13

//呼车工位3号送VB0

AI1.2

MOVB3,VB1

Network14

//呼车工位4号送VB0

AI1.3

MOVB4,VB1

Network15

//呼车工位5号送VB0

AI1.4

MOVB5,VB1

Network16

//呼车工位6号送VB0

AI1.5

MOVB6,VB1

Network17

//呼车工位7号送VB0

AI1.6

MOVB7,VB1

Network18

//呼车工位8号送VB0

AI1.7

MOVB8,VB1

Network19

//呼车标志

LDI1.0

OI1.1

OI1.2

OI1.3

OI1.4

OI1.5

OI1.6

OI1.7

OM0.1

AM0.0

ANT37

=M0.1

Network20

//呼车位停车位比较，电动机启动标志

AM0.1

ANM0.2

LPS

AB<

VB0,VB1

ANQ0.1

=Q0.0

LPP

AB>

ANQ0.0

=Q0.1

Network21

//到达呼车位定时30S

AB=VB0,VB1

=M0.2

TONT37,300

Network22

//是否可呼车控制

LDQ0.0

OQ0.1

OM0.2

=M0.3

结论

PLC控制运输各工位运动是本次设计的主要内容。

通过对控制要求的分析，系统控制方案的确定，最后编程调试，最终实现了运输小车的控制要求。

本次设计中，行程开关的运用是一大特色。

用各工位的行程开关记录当前小车所在的工位号，与呼车工位号相比较，从而控制小车的前进、后退和自动停止。

若没有行程开关需要手动控制小车的运动及手支停车，难以实现控制要求。

另一优点是在PLC编程中运用中间继电器进行逻辑控制，使程序更加清晰、简洁，并且实现了多种控制要求。

比如启动、停止按钮和呼车信号指示灯都是通过中间继电器控制，以此达到控制要求。

再者，安全保护措施也符合电气控制的一般要求。

过载保护，停电再复电后小车不运动，均在本次设计中有所体现。

本次设计也存在许多不足之处。

第一，PLC控制运输小车的输入点有19个，而输出点只有3个，所选226CPU虽然能够满足控制要求，但价格较高，且未能充分利用。

若改选224CPU，另扩展一个有8位输入的模块，也可满足设计需要，并且成本较低。

第二，突然停电后再复电呼车时，不能保证小车当前停车的位置恰好在某一工位处。

若小车处于两工位之间的某一位置，按下任何一个呼车按钮，小车均会先前进一段距离，直至行至一工位处时，才开始或前进或后退的向该呼车工位移动。

当然，运输小车的PLC控制系统还有许多有待改进之处。

本次设计仅有8个加工工位，但使用的CPU输入输出点数却达到了22个之多。

在实际生产中，加工工位远远多于8个，若还用这种控制方法显然不太可能。

但在此基础上加以改进就可满足多工位的控制要求。

根据排列组合的原理，多个输入共同控制输出，可以得到多种结果。

比如，本次设计，用3个输入就可得到8种不同组合的输出，从而控制8个工位的呼车信号，这样可以大大减少CPU输入输出的点数，提高CPU利用率，降低成本，提高效率。

设计总结

本次课程设计系统地运用了《机电传动与控制》中的知识，特别是PLC控制方面的知识。

通过本次课程设计，加深了我对PLC控制的理解和掌握。

刚开始学习PLC时，我仅仅认为PLC只是一个控制系统的硬件，但是，现在，我已经非常清楚地知道了PLC原理及功能。

PLC技术与数控技术和工业机器人已成为工业自动化的三大支柱。

要实现工业自动化，绝对离不开PLC技术的支持。

在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆INTERNET成了我们很好的助手。

在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。

我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。

在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。

有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。

自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。

为以后的工作积累了经验，增强了信心。

虽然自己所编的程序的相对比较简单，但是通过的这次的自我学习，也学到了许多的知识，至少学到很多独立解决问题的方法和培养了这样的能力。

总体而言，我的收获还是很大的。

课程设计结束之后，我已经会编写简单的PLC控制程序，会运用STEP7-Micro/WiN编程软件等。

本次课程设计对我将来的工作也有非常重要的作用，同时也可使我进一步深层次的学习，最后达到熟悉掌握PLC的水平。

通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。

既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

谢辞

首先，我感谢王宗才老师。

本设计文是在王老师精心指导和大力支持下完成的。

他平日里工作繁多，但在我做课程设计的每个阶段，从确定命题查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，论文写作等整个过程中都给予了我悉心的指导。

本课题在研究过程中王老师多次询问研究进程，并为同学们指点迷津，帮助我们开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。

王老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，给我以终生受益无穷之道。

在这次设计中王老师给我提出了许多宝贵的意见。

虽然我遇到了许多困难，但是我及时的和老师讨论这些问题，最终问题都迎刃而解了。

减少了我在这次设计中的困惑和完成时间。

在论文撰写方面更是给予了方向性的指导和建设性的意见和建议。

在此还要感谢和我一起讨论各位同学，他们热情积极，给我极大地鼓励和帮助。

你们让我明白了，一个人的能力是有限的，大家的力量才是强大的，没有大家的共同努力，不可能这么快完成这次课程设计的。

参考文献

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