PLC的自动送料小车控制设计.docx
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PLC的自动送料小车控制设计
标题：
PLC的自动送料小车控制设计
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摘要
可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心、集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置。
它具有功能齐全、使用方便、维护容易、通用性强、可靠性好、性能价格比高等特点，已在工业控制的各个领域得到了极为广泛的应用，成为实现工业自动化的一种强有力工具。
随着社会迅速的发展，各机械产品层出不穷。
控制系统的发展已经很成熟，应用范围涉及各个领域，例如：
机械、汽车制造、化工、交通、军事、民用等。
PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。
PLC的应用不但大大地提高了电气控制系统的可靠性和抗干扰能力，而且大大地简化和减少了维修维护的工作量。
PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点，在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。
送料小车控制系统采用了PLC控制。
从送料小车的工艺流程来看，其控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统，因此，此送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式。
我在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间复杂的联锁关系，从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时，不会对其它工作方式的程序造成影响，使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。
在设计该PLC送料小车设计程序的同时总结了以往PLC送料小车设计程序的一般方法、步骤，并且把以前学过的基础课程融汇到本次设计当中来，更加深入的了解了更多的PLC知识。
关键词：
PLC;小车自动送料可编程控制器三菱FX2N
引言
1可编程逻辑器件的简介
可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。
但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践
可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。
国际电工学会（IEC）曾先后于1982年、1985年和1987年发布了可编程序控制器标准草案的第一，二，三稿，对PLC作了如下定义：
可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
定义强调了PLC是：
1.数字运算操作的电子系统——也是一种计算；
2.专为在工业环境下应用而设计；
3.面向用户指令——编程方便；
4.逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作；
5.数字量或模拟量输入输出控制；
6.易与控制系统联成一体；
7.易于扩充。
近年来，我国小型冷轧钢厂的发展速度较快。
这些冷轧钢厂大多为乡镇民营企业，年产冷轧钢材在30万t以内，生产过程中排放的酸洗废水主要为热轧钢材酸洗除锈过程中的余酸清洗废水，通常与少量的板卷表面处理过程中产生的含油碱性废水混合排放。
综合废水污染物浓度高，呈暗棕色，含铁盐、油及表面活性物质酸雾净等，酸腐蚀性较强。
由于普遍缺少污染治理措施，小型冷轧钢厂的排污问题给地方环保工作造成一定压力。
本文介绍江西某钢厂废酸水处理控制系统的设计与实现。
众所周知，以PLC为主体的控制系统与单片机、牛顿数据采集模块相比，具有运行稳定可靠，控制功能强，网络化等优点，成为工业控制应用的主流。
本工程采用欧姆龙公司的CPM2AH型小型可编程控制器，及上位工控机组成控制系统。
上位机监控制软件采用北京亚控科技发展有限公司的6.5“组态王”组态软件，实现对废酸水处理系统的过程监控及数据处理
1.2PLC特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
工业生产一般对控制设备要求很高，应具有很强的抗干扰能力和高的可靠性，能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间长，故障修复时间短。
这是PLC控制优于微机控制的一大特点。
例如日本的三菱公司F1、F2系列平均故障间隔时间长达30万h，而A系列的可靠性比F1、F2系列更高。
在PLC设计中，可以从硬件和软件两方面采取措施，防止以上故障的发生，以提高其可靠性。
主要措施有
1硬件措施有：
屏蔽:
对电源变压器、CPU编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。
滤波:
对供电系统及输入/输出线路采用多种形式的滤波，如LC式π型滤波网络，以消除高频干扰和削弱各种模块之间的相互影响。
电源的调整与保护:
对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压影响。
隔离:
在微处理器与输入/输出电路之间，采用光电隔离，有效地隔离输入/输出间电的联系，减少故障和误动作的可能。
联锁:
所有输出模块都受开门信号控制，而这个信号只在规定的各种条件都满足时才有效，这样就有效地防止了产生不正常输出的可能性。
采用模块式结构:
这种结构有助于故障情况下短时修复。
设置环境检测和诊断电路:
这种分电路与软件配合，可以实现灵活保护与故障指示等功能。
2软件措施有：
故障检测:
软件定期地检测外界环境，对诸如掉电、强干扰信号等情况能及时进行处理。
信息保护和恢复:
对偶发性故障只要故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的工作。
设置了警戒时钟WDT:
如果程序每循环执行时间超过了WDT规定时间，预示了程序进入死循环，立即报警。
加强对程序的检查和检验:
一旦程序有错，立即报警并停止执行。
对程序及动态数据进行电池后备:
停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会因此而丢失。
这样，PLC的可靠性、抗干扰能力大大提高。
例如美国通用电气公司制成的PC控制模块平均无故障率可达1千万小时之多，组成系统后的平均无故障率可达4至5千万小时。
（2）编程简单，使用方便
这是PLC优于微机的另一个特点。
目前大多数PLC采用继电控制形式的“梯形图编程方式”，即有传统控制线路的清晰直观，又适合电气技术人员的读图习惯和微机应用水平，易于接受，与常用的汇编语言相比，更受欢迎。
这了进一步简化编程，当今的PLC还针对具体问题设计了诸如步进梯形指令、功能指令等。
PLC是为车间操作人员而设计的，一般只要很短时间的训练即能学会使用。
而微电脑控制系统则要求具有一定知识的人员操作。
当然，PLC的功能开发，需要有软件专家的帮助。
（3）控制程序可变，具有很好的柔性
在生产工艺流程改变或生产线设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只要改变程序就可以满足要求。
所以PLC取代继电器控制，而且具有继电器所不具备的无可比拟的优点。
因此PLC除应用于单机控制外，在柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS），以至工厂自动化（FA）中也被大量采用。
（4）功能完善
现代PLC具有数字和模拟量输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录和显示功能，使用设备水平大提高。
（5）扩充方便，组合灵活
PLC产品具有各种扩充单元，可以方便地适应不同工业控制需要的不同输入输出点及不同输入输出方式的系统。
（6）减少了控制系统设计及施工的工作量
由于PLC采用软件编程来达到控制功能，而不同于继电器控制采用接线来达到控制功能，同时PLC又能率先进行模拟调试，并且操作化功能和监视化功能很强，这些都减少了许多的工作量。
（7）体积小、重量轻，是“机电一体化”特有的产品
一台收录机大小的PLC具有相当于1.8m高的继电器控制柜的功能，一般节电50％以上。
由于PLC是工业控制的专用计算机，其结构紧密、坚固、体积小巧，并由于具备很强的抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现“机电一体化”较理想的控制设备。
由于PLC具备了以上特点，它把微计算机技术与继电器控制技术很好地融合在一起，最新发展的PLC产品，还把直接数字控制（DDC）技术加进去，并具有监控计算机联网的功能。
因而它的应用几乎覆盖了所有的工业企业，既能改造传统机械产品成为机电一体化的新一代产品，又适用于生产过程控制，实现工业生产的优质、高产、节能与降低成本。
总之，PLC技术代表了当前电气控制的世界先进水平，PLC与数控技术和工业机器人已成为机械工业自动化的三大支柱。
1.3可编程逻辑器件的几大生产厂家
德国西门子公司：
它有SS系列的产品。
有SS－95U、100U、115U、135U及155U。
135U、155U为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。
最近还推出S7系列机，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400机（大型）。
性能比S5大有提高。
本OMRON公司：
它有CPM1A型机，P型机，H型机，CQM1、CVM、CV型机，Ha型、F型机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长，在中国及世界市场，都占有相当的份额。
美国GE公司、日本FANAC合资的GE－FANAC的90－70机也是很吸引人的。
据介绍。
它具有25个特点。
诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。
它有914、781／782、771／772、731／732等多种型号。
另外，还有中型机90－30系列，其型号有344、331、323、321多种；还有90－20系列小型机，型号为211。
美国莫迪康公司（施奈德）的984机也是很有名的。
其中E984－785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点。
小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点，在最大与最小之间，共20多个型号。
美国AB（Alien－Bradley）公司创建于1903年，在世界各地有20多个附属机构，10多个生产基地。
可编程控制器也是它的重要产品。
它的PLC－5系列是很有名的，其下有PLC－5/10，PLC－5/11，……PLC－5/250多种型号。
另外，它也有微型PLC，SLC－500即为其中一种。
有三种配置，20、30及40I/O配置选择，I/O点数分别为12/8、18/12及24/16三种。
日本三菱公司的PLC也是较早推到我国来的。
其小型机FI前期在国内用得很多，后又推出FXZ机，性能有很大提高。
它的中、大型机为A系列。
AIS、AZC、A3A等。
日本日立公司也生产PLC，其E系列为箱体式的。
基本箱体有E-20、E-28、E－40、E－64。
其I/O点数分别为12/8、16/12、24/16及40/24。
另外，还有扩展箱体，规格与主箱体相同其EM系列为模块式的，可在16～160之间组合。
日本东芝公司也生产PLC，其EX小型机及EX－PLUS小型机在国内也用得很多。
它的编程语言是梯形图，其专用的编程器用梯形图语言编程。
另外，还有EX100系列模块式PLC，点数较多，也是用梯形图语言编程。
日本松下公司也生产PLC。
FPI系列为小型机，结构也是箱体式的，尺寸紧凑。
FP3为模块式的，控制规模也较大，工作速度也很快，执行基本指令仅0•l微秒。
日本富士公司也有PLC。
其NB系列为箱体式的，小型机。
NS系列为模块式。
美国IPM公司的IP1612系列机，由于自带模拟量控制功能，自带通讯口，集成度又非常之高，虽点数不多，仅16入，12出，但性价比还是高的，很适合于系统不大，但又有模拟量需控制的场合。
新出的lP3416机，I/O点数扩大到34入、12出，而且还自带一个简易小编程器，性能又有改进。
国内厂家规模多不大。
最有影响的算是无锡的华光。
、它也生产多种型号与规格的PLC，如SU、SG等，发展也很快，在价格上很有优势。
任务书
设计题目PLC的自动送料小车控制设计
学生姓名系别电气工程系专业机电一体化班级
指导教师姓名职称课题来源电气工程系任务书下达时间
1、毕业论文主要内容
控制系统介绍和控制过程要求
送料小车系统方案的选择
2、毕业论文基本要求
（1）经常保持与指导老师的联系业务，接受老师的指导与检查。
（2）按进度要求完成毕业论文。
（3）提交符合要求的毕业论文电子文档和纸质文档各一份。
3、进度计划
序号
毕业论文阶段性工作及成果
时间安排
1
2
3
布置毕业论文任务，提出要求,课题调研
确定毕业论文选题，收集相关资料
撰写论文初稿
论文定稿
注：
上述各项均可增加附页
第1章控制系统介绍和控制过程要求
1.1控制系统在送料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。
送料小车是基于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送料小车的运行，因此，送料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。
送料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。
1.2控制系统介
图1-1送料小车
本控制系统只要是用于控制送料小车的自动送料。
它既能减轻人的劳动强度又能自动准确到达人不能达到或很难到达的预定位置。
如图1-1，推车机可以沿轨道上下移动，到达预定位置。
推车机上是一个小型泵站，通过控制电磁阀换向，使两油缸伸出、缩回，顶出送料小车，再由各个仓位控制要料。
用PLC对送料小车实现控制，其具体要求如下：
（1）送料小车1动作要求：
送料小车负责向四个料仓送料，送料路上从左向右共有4个料仓（位置开关SQ1，SQ2，SQ3，SQ4,SQ5，SQ7）分别受PLC的I0.0，I0.1，I0.2，I0.3检测，当信号状态为1是，说明运料小车到达该位置。
小车行走受两个信号的驱动，SB5驱动小车左行，SB6驱动小车右行。
料仓要料由4个手动按钮（SB1，SB2，SB3，SB4）发出（对应于PLC为I0.4，I0.5，I0.6，I0.7）按钮发出信号其相应指示灯就亮（HL1-HL4）。
送料小车2动作要求：
送料小车负责向四个料仓送料，送料路上从左向右共有4个料仓（位置开关SQ11，SQ12，SQ13，SQ14,SQ15，SQ17）分别受PLC的I1.0，I1.1，I1.2，I1.3检测，当信号状态为1是，说明运料小车到达该位置。
小车行走受两个信号的驱动，SB15驱动小车左行，SB16驱动小车右行。
料仓要料由4个手动按钮（SB11，SB12，SB13，SB14）发出（对应于PLC为I1.4，I1.5，I1.6，I1.7）按钮发出信号其相应指示灯就亮（HL11-HL14）。
（2）运料小车行走条件：
运料小车停止条件：
要料仓位与小车的车位相同时，应该是小车的停止条件。
运料小车的互锁条件：
小车右行时不允许左行启动，同样小车左行时也不允许右行启动。
1车输入
手动按钮限位
X1SB1X7SQ7
X2SB2X10SQ5
X3SB3X11SQ4
X4SB4X12SQ3
X5SB5X13SQ2
X6SB6X14SQ1
2车输入
手动按钮限位
X21SB11X30SQ15
X22SB12X31SQ14
X23SB13X32SQ13
X24SB14X33SQ12
X25SB15X34SQ11
X26SB16X27SQ17
1车输出2车输出
左行Y0左行Y2
右行Y1右行Y3
I0.1Y4I1.0Y11
I0.2Y5I1.1Y12
I0.3Y6I1.2Y13
I0.4Y7I1.3Y14
左行端限位Y10左行端限位Y15
第2章送料小车系统方案的选择
2.1可编程控制器PLC的优点
可编程控制器PLC对用户来说，是一种无触点设备，改变程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，具有许多明显的特点。
1.可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如西门子公司生产的S7系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2.配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3.易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
5.体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小，很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2.2小车送料系统方案的选择
实现小车送料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术的人员才能修复，所以在此也不易用单片机来实现。
而从上述第一节对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，可以方便地实现对送料小车的控制。
因此，最终我选择了用可编程控制器PLC来实现送料小车系统的控制，完成本次的设计题目。
致谢
在论文的撰写过程中，指导老师给了我很大的帮助。
由于是第一次接触做毕业论文，有许多不懂的地方，他都耐心的给我讲解，而且老师还利用课余的时间来教我怎样做好这份毕业论文，当我遇到不懂的问题时还我可以随时的去请教，他还给我举了很多生动的例子，让我把不懂的问题一直到搞懂为止，他对工作兢兢业业，对我们认真负责，让我深受感动，能让我把我的论文做的更加完善。
在此，我要对真诚的说声：
老师，您辛苦了！
参考文献
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[5]周万珍，高鸿宾.PLC分析与设计应用.北京：
电子工业出版社，2004：
21～45
主程序
1号车PLC控制图（有标注）
1号小车（无标注）
2号车PLC控制图
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