小车自动往返装卸料控制课程设计报告.docx

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小车自动往返装卸料控制课程设计报告

机电一体化课程设计

2012级

小车自动往返装卸料控制

学生姓名

学号

系别

专业班级

指导教师

完成日期

目录

目录I

1.引言1

2.设计任务1

2.1设计内容1

2.2控制要求1

1）手动控制方式1

2）单步运行方式2

3）单周期运行控制要求2

4）自动循环控制方式要求2

3.总体方案的确定2

3.1小车自动往返装卸料控制系统的构成2

3.2工作过程2

3.3方案设计3

1）小车自动控制主电路图3

2）PLC装卸料小车接线示意图3

3）总体设计方案4

4.控制系统软件设计4

4.1小车自动往返装卸料控制流程图4

4.2I/O分配表5

4.3PLC程序设计5

1）主程序中调用运行方式子程序5

2）手动子程序运行6

3）单步子程序运行7

4）单周期子程序运行8

4）自动子程序运行9

4.4组态软件的界面设置10

4.5组态与PLC通信12

4.6程序调试与运行14

1）手动方式14

2）单步方式14

3）单周期方式15

4）自动方式15

5.程序调试心得与建议15

参考文献15

1.引言

近年来，随着大规模集成电路的发展，可编程控制器得到了迅速的发展。

PLC是以微机技术为核心的通用工业控制装置，它将传统的继电器-接触器控制技术与计算机和通信技术融为一体，在工业自动化、机电一体化以及传统的工业控制方面，得到了广泛的应用，发挥着越来越大的作用。

它采用一类可编程控制器的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数及算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出信号，控制各种类型的机械或是生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，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。

目前，PLC的主要品牌有西门子、三菱、欧姆龙、韩国LG、美国AB、ABB、松下、富士、施耐德等。

而且PLC控制是自动控制中最常见控制方式之一，小车自动往返与定位控制就是控制应用的一个典型例子，由于可编程控制器具有很好的处理小车自动往返与定位控制以及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此运用PLC来设计小车自动往返与定位运动越来越普遍。

通过本设计，让我们掌握小车往返运行装卸料的控制原理。

并且能够综合应用与与PLC控制技术应用在实际工程中为今后的工作打下基础。

了解设计过程，实际动手操作，对于以后遇到类似的问题也知道如何取解决。

2.设计任务

2.1设计内容

设计小车自动往返装卸料控制，由PLC控制，组态软件作为人机控制，实现系统运行监控。

编写PLC梯形图和设计组态软件用户程序，最终调试达到控制要求。

2.2控制要求

如图2-1所示，设计小车自动往返装卸料控制，具体控制要求如下：

一辆小车在A,B两点之间运行，在A,B两点各设一个限位开关，如图所示，小车在A点时（后限位开关受压动作），操作控制按钮可使小车向前行至料斗下碰到前限位开关，停止，装料后再返回A地将料卸下。

小车要求有4种控制方式。

a）手动控制方式；

b）单步运行控制方式；

c）单周期运行控制方式；

d）自动循环运行控制方式。

详细控制要求如下：

1）手动控制方式

在手动控制方式下，可用4个控制按钮控制小车的向前、向后运行，以及车门的打开和料斗门的打开。

小车的运行由三相异步电动机控制，小车的车门和料斗的车门由电磁铁控制，当电磁铁得电时，料斗门或斗门打开，失电时关闭。

①小车向前运行：

小车在料斗下面时不能向前运行，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，按下向前运行按钮，小车向前进，当小车行至料斗下时，碰到前限位开关时应停下来。

②小车向后运行：

小车在A地点时不能后退，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，料斗门未关闭时不能运行，按下向后运行按钮时，小车向后运行至A地点时，小车碰到后限位开关应停下来。

③料斗门打开控制：

小车必须在B点料斗门下时，才能打开料斗门，以避免将料卸在地上。

按一下料斗门打开按钮，控制料斗门的电磁铁得电，斗门打开，延时10秒种后电磁铁失电,斗门关闭。

④车门打开控制：

小车必须在A地点时，才能打开车门，以保证将料卸在规定地点。

按一下车门打开按钮，控制车门的电磁铁得电，车门打开，延时10秒种后电磁铁失电，车门关闭。

2）单步运行方式

小车在A地，并且在车门关好的情况下，按下小车前进按钮，小车自动向前运行，从A地运行到B地停；再按下料斗门打开按钮，料斗门打开装料10秒；再按下小车后退按钮，小车自动向后运行到A处停止；再按下车门打开按钮，车门打开，卸料10秒后车门关闭。

3）单周期运行控制要求

小车在A地点，并且在车门关好的情况下，按一下向前运行按钮。

小车就从A地点运行到B地点停下来，然后料斗门打开装料10秒钟，之后小车自动向后行到A地点停止，车门打开卸料10秒钟后，车门关闭。

4）自动循环控制方式要求

小车在A地点时，按一下向前运行按钮，小车将自动重复单周期运行过程，断开运行开关时，小车将在完成一个循环之后，结束运行。

在手动控制方式下不能运行，单周期，双周期和自动运行方式，反之，在单周期，双周期和自动运行方式下也不能进行手动控制。

图2-1小车自动往返装卸料控制图

3.总体方案的确定

PLC控制是自动控制中最常见控制方式之一，由于可编程控制器具有很好的处理小车自动往返与装卸料控制以及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此运用PLC来设计小车自动往返与装卸料运动越来越普遍。

3.1小车自动往返装卸料控制系统的构成

小车前进和后退开关来控制。

在装料和卸料的地方用限位开关来实现，当小车前进到达B地时，碰到前限位开关，实现小车停车装料动作，并且用定时器计时装料10秒；当小车后退到达A地时，碰到后限位开关，实现小车车门开卸料动作，并且用定时器计时卸料10秒。

3.2工作过程

工作过程如图3-1所示：

图3-1小车自动往返装卸料工作过程

3.3方案设计

根据控制目的和要求，进过仔细分析各种因素，制定了整体的设计方案:

以西门子S7-200为核心，完成对输入输出点的控制。

监控系统通过MCGS通信协议与PLC进行I/O点的通信。

1）小车自动控制主电路图

图3-2小车自动控制示意图

2）PLC装卸料小车接线示意图

图3-3自动往返小车PLC外部接线图

3）总体设计方案

本设计是基于PLC的小车往返运动装卸料控制系统的设计，我采用的PLC可编程语言是西门子S7-200系列PLC编程语言。

首先在设计外部程序时，用西门子S7-200汇编一个主程序调用四个子程序。

主程序决定小车的运行方式，手动，单步，单周期还是自动。

然后在子程序中详细汇编各种方式的小车往返装卸料。

再次在设计的系统中运用继电器M来控制PLC和计算机内部的组态进行读写。

这样既能达到PLC控制小车自动往返装卸料界面的监控状态，又能由组态中开关自行控制小车自动往返装卸料界面的监控状态。

4.控制系统软件设计

4.1小车自动往返装卸料控制流程图

图4-1小车往返顺序功能图

根据图3-4汇编PLC程序能够实现小车自动往返装卸料控制。

并且确定输入输出的分配能够更快的编译程序得到实现。

4.2I/O分配表

I/O点分配表

输入信号

输出信号

代号

名称与功能

输入地址

代号

名称与功能

输出地址

SQ1

手动方式

I0.0

KM1

前进

Q0.0

SQ2

单步方式

I0.1

KM2

后退

Q0.1

SQ3

单周期

I0.2

YV1

料门

Q0.2

SQ4

自动方式

I0.3

YV2

车门

Q0.3

SB1

前进

I0.4

SB2

后退

I0.5

SB3

料门

I0.6

SB4

车门

I0.7

SQ5

启动

I1.0

SQ6

前限位

I1.1

SQ7

后限位

I1.2

表4-1I/O分配表

4.3PLC程序设计

1）主程序中调用运行方式子程序

手动子程序调用

图4-2手动子程序调用

单步子程序调用

图4-2单步子程序调用

单周期子程序调用

图4-3单周期子程序调用

自动子程序调用

图4-4自动子程序调用

2）手动子程序运行

图4-5手动运行

3）单步子程序运行

图4-6单步运行

4）单周期子程序运行

图4-7单周期运行

4）自动子程序运行

图4-8自动运行

4.4组态软件的界面设置

图4-9组态界面设置

如图4-9所示，小车从A地到B地自动往返运行，并且在B点进行装料，在A点进行开车门卸料。

输出的Q要通过脚本程序的编写连接小车运行。

限位开关的感应也需要在脚本程序中添加。

图4-10运行策略

脚本程序如下所示：

IF前进输出=1THEN

后限位开关1=0

小车=小车+15

endif

IF装料=1THEN

小车=小车

endif

IF及时到=1THEN

装料=0

endif

IF后退输出=1THEN

前限位开关1=0

小车=小车-15

endif

IF卸料=1THEN

小车=小车

endif

IF及时到1=1THEN

卸料=0

endif

IF小车=0THEN

后退输出=0

后限位开关1=1

endif

IF小车>=600THEN

前进输出=0

前限位开关1=1

Endif

脚本程序中编写完成，然后通过定时器开启装卸料时间。

图4-11定时器计时图

图4-12对象选择类型

4.5组态与PLC通信

在通用串口设备属性中要选择串口端口号（1~255）——0-COM1才能通讯成功，并且通讯的时候要关闭西门子S7-200程序编辑。

如图4-12所示

图4-13通用串口设备属性

图4-14设备编辑窗口

在图4-14设备编辑窗口，添加所需要的设备通道，并且选择可读写的M和Q。

在连接变量中选择变量类型并且命名不能相同，否则通讯后读写不出来。

图4-15I输入连接变量

图4-16Q输出连接变量

图4-17M继电器连接变量

4.6程序调试与运行

1）手动方式

前进：

小车在料斗下面时不能向前运行，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，按下向前运行按钮，小车向前进，当小车行至料斗下时，碰到前限位开关时应停下来。

装料：

小车必须在B点料斗门下时，才能打开料斗门，以避免将料卸在地上。

按一下料斗门打开按钮，控制料斗门的电磁铁得电，斗门打开，延时10秒种后电磁铁失电,斗门关闭。

后退：

小车在A地点时不能后退，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，料斗门未关闭时不能运行，按下向后运行按钮时，小车向后运行至A地点时，小车碰到后限位开关应停下来。

卸料：

小车必须在A地点时，才能打开车门，以保证将料卸在规定地点。

按一下车门打开按钮，控制车门的电磁铁得电，车门打开，延时10秒种后电磁铁失电，车门关闭。

2）单步方式

小车在A地，并且在车门关好的情况下，按下小车前进按钮，小车自动向前运行，从A地运行到B地停；再按下料斗门打开按钮，料斗门打开装料10秒；再按下小车后退按钮，小车自动向后运行到A处停止；再按下车门打开按钮，车门打开，卸料10秒后车门关闭。

3）单周期方式

小车在A地点，并且在车门关好的情况下，按一下向前运行按钮。

小车就从A地点运行到B地点停下来，然后料斗门打开装料10秒钟，之后小车自动向后行到A地点停止，车门打开卸料10秒钟后，车门关闭。

4）自动方式

小车在A地点时，按一下向前运行按钮，小车在A地点，并且在车门关好的情况下，按一下向前运行按钮。

小车就从A地点运行到B地点停下来，然后料斗门打开装料10秒钟，之后小车自动向后行到A地点停止，车门打开卸料10秒钟后，车门关闭。

，断开运行开关时，小车将在完成一个循环之后，结束运行。

5.程序调试心得与建议

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。

在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和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。

参考文献

[1]廖常初.FX系列PLC编程及应用[M].北京：

机械工业出版社

[2]廖常初.PLC编程及应用（S7-200）[M].北京：

机械工业出版社

[3]邓星钟.机电传动控制[M].武汉：

华中科技大学出版社

[4]王永华..电器控制及PLC应用技术[M].北京：

北京航空航天大学出版社

[5]电气制图及图形符号、国家标准汇编

[6]有关S7-200可编程控制器手册、资料等。