最新电动运输小车的PLC控制系统设计河南工业大学.docx

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最新电动运输小车的PLC控制系统设计河南工业大学

机电工程学院

课程设计说明书

设计题目:

电动运输小车的PLC控制系统设计

学生姓名：

xx

学号：

20094805xxxx

专业班级：

机制F090x

指导教师：

xxx

2012年12月12日

内容摘要

PLC控制电动运输小车在8个加工工位的运动是本次课程设计的主要问题。

运输小车有前进和后退两种运动方式，分别由电动机的正转和反转控制。

每个工位处安置一个呼车按钮，一个行程开关和一个指示灯。

当某个工位需要呼车时，按下呼车按钮，运输小车自行向该工位运动，到达该工位后自动停车。

通过PLC编程，比较呼车工位号与停车工位号的大小，进而控制电动机的正反转，使运输小车向呼车工位运动。

同时，PLC控制中包含多种保护措施。

临时停电后再复电，小车不会自动启动。

电路电流过大时，电动机会自动停止工作，避免各种意外事故。

PLC控制运输小车方便快捷，易于实现，灵活性强。

关键词：

PLC；运输小车；梯形图；电气图

3.7程序调试14

第1章引言

这课程设计是毕业前最后一次课程设计，也是为做毕业设计做铺垫吧，通过这次设计，将所学的东西融会贯通。

本次课程设计的主要内容是用PLC控制电气运输小车的运动。

运输小车在8个工位之间作有条件的运动。

每个工位各有一个呼车按钮，一个行程开关和一个指示灯。

呼车按钮用于呼车，当该工位需要呼车时，按下该工位的呼车按钮，小车运动到该工位点。

行程开关的作用在于使小车在当前停车工位与呼车工位相比较之后，自行运动至该呼车工位后自动停止。

若呼车工位大于停车工位，小车前进；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

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。

2．在8个工位处均安置一个行程开关，以便PLC控制小车的前进，后退及停止。

3．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。

4．控制要求由PLC编程实现。

2.2控制方式选择

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。

第３章PLC控制系统设计

3.1控制要求分析，设计主电路

本此设计是运输小车的控制设计，如图3-1所示，一辆运输小车为这8个加工点运送东西。

控制要求如下。

1．PLC上电后，车停在某加工点，若没有用车呼叫时，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。

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。

主电路图如图3-2所示。

3.2　确定I/O信号数量，选择PLC类型

本此设计共有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。

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18个，输出需要只3个满足设计要求。

3.3　I/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输入端口的的I1.2，I1.3，I1.4，I1.5，I1.6，I1.7，I2.0，I2.1；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I0.2，I0.3，I0.4，I0.5，I0.6，I0.7，I1.0，I1.1；还有1个保护电路的热继电器，对应I2.2。

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

输入信号

启动信号

启动按钮开关

SB1

I0.0

停止信号

停止按钮开关

SB2

I0.1

工位1限位信号

行程开关

ST1

I0.2

工位2限位信号

行程开关

ST2

I0.3

工位3限位信号

行程开关

ST3

I0.4

工位4限位信号

行程开关

ST4

I0.5

工位5限位信号

行程开关

ST5

I0.6

工位6限位信号

行程开关

ST6

I0.7

工位7限位信号

行程开关

ST7

I1.0

工位8限位信号

行程开关

ST8

I1.1

工位1呼叫信号

呼叫开关

SB3

I1.2

工位2呼叫信号

呼叫开关

SB4

I1.3

工位3呼叫信号

呼叫开关

SB5

I1.4

工位4呼叫信号

呼叫开关

SB6

I1.5

工位5呼叫信号

呼叫开关

SB7

I1.6

工位6呼叫信号

呼叫开关

SB8

I1.7

工位7呼叫信号

呼叫开关

SB9

I2.0

工位8呼叫信号

呼叫开关

SB10

I2.1

热继电器信号

热继电器

FR

I2.2

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

L

Q0.2

3.4　制作PLC应用系统电气图

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。

3.5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3-4所示。

图3-3I/O接线图

3.6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VB110中。

按下呼车按钮，将该工位的工位号放入CPU另一寄存器VB100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BB作为保护电路，热继电器BB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）。

3.7程序调试

程序调试有模拟器调试和现场调试等方法，根据课程设计要求并结合实际情况使用了STEP 7-Micro/WIN模拟器进行了本程序的调试。

西门子S7－200的仿真软件Simulation1.2版是从西班牙原版1.2直接汉化过来的，支持TD200仿真界面和增减计数器等多种指令。

调试方法如下 ：

1.将在Step 7 MicroWin中编译正确的程序在文件菜单中导出为AWL文件；

  2.打开仿真软件，点“配置”-“CPU 型号”，然后选择CPU226；

3.点“程序”-“载入程序”；

4.选择Step 7 MicroWin的版本；

5.将先前导出的AWL文件打开；

6.点“PLC”-“运行”，开始调试程序；

7.程序正常运行。

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。

课程设计之初，我心中并没有一个系统完整的认识，但是当我查阅相关资料，以及请教老师同学之后，完全明白了设计方法及步骤。

随后在不断的演算推导与纠正错误中不断前进，最终完成本次课程设计。

当然，在设计中我还有许多的不足之处，比如，对于简单的PLC控制及编程，我还可以看懂，但是稍微复杂一点的程序就不知所云了。

还有就是，对于PLC的工作原理我并没有理解，只有一个懵懂的概念。

这些都是还需我深入学习的内容。

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。

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，但在我做课程设计过程中还是给予了我悉心的指导。

本课题在研究过程中王宗才老师老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，给以终生受益无穷之道。

王宗才老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。

他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。

在他的引导下，我认识了有了设计的思路，极大的开拓了我的学术视野，也为本篇设计打下了理论基础。

在这次设计中王宗才老师又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。

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。

附录源程序代码

ORGANIZATION_BLOCK主程序:

OB1

TITLE=程序注释

BEGIN

Network1//网络标题

//启动，停止，赋初值

LDI0.0

OM0.0

ANI0.1

LPS

=M0.0

ANM0.1

MOVB9,VB100

LPP

ANM0.1

MOVB0,VB110

Network2

//停车工位1号送VB110

LDM0.0

AI0.2

MOVB1,VB110

Network3

//停车工位2号送VB110

LDM0.0

AI0.3

MOVB2,VB110

Network4

//停车工位3号送VB110

LDM0.0

AI0.4

MOVB3,VB110

Network5

//停车工位4号送VB110

LDM0.0

AI0.5

MOVB4,VB110

Network6

//停车工位5号送VB110

LDM0.0

AI0.6

MOVB5,VB110

Network7

//停车工位6号送VB110

LDM0.0

AI0.7

MOVB6,VB110

Network8

//停车工位7号送VB110

LDM0.0

AI1.0

MOVB7,VB110

Network9

//停车工位8号送VB110

LDM0.0

AI1.1

MOVB8,VB110

Network10

//可呼车标志

LDM0.0

ANM0.1

AI2.2

=Q0.2

Network11

//呼车工位1号送VB100

LDI1.2

ANM0.1

AM0.0

MOVB1,VB100

Network12

//呼车工位2号送VB100

LDI1.3

ANM0.1

AM0.0

MOVB2,VB100

Network13

//呼车工位3号送VB100

LDI1.4

ANM0.1

AM0.0

MOVB3,VB100

Network14

//呼车工位4号送VB100

LDI1.5

ANM0.1

AM0.0

MOVB4,VB100

Network15

//呼车工位5号送VB100

LDI1.6

ANM0.1

AM0.0

MOVB5,VB100

Network16

//呼车工位6号送VB100

LDI1.7

ANM0.1

AM0.0

MOVB6,VB100

Network17

//呼车工位7号送VB100

LDI2.0

ANM0.1

AM0.0

MOVB7,VB100

Network18

//呼车工位8号送VB100

LDI2.1

ANM0.1

AM0.0

MOVB8,VB100

Network19

//呼车号与停车号可比较标志

LDI1.2

OI1.3

OI1.4

OI1.5

OI1.6

OI1.7

OI2.0

OI2.1

AM0.0

=M0.2

Network20

//呼车位大于停车位电动机正转

LDM0.2

OQ0.0

AB>VB100,VB110

ANQ0.1

AI2.2

AM0.0

=Q0.0

Network21

//呼车位小于停车位电动机反转

LDM0.2

OQ0.1

AB

ANQ0.0

AI2.2

AM0.0

=Q0.1

Network22

//停车计时30s后，可再次呼车

LDB=VB100,VB110

AM0.0

TONT37,300

Network23

//可呼车标志

LDI1.2

OI1.3

OI1.4

OI1.5

OI1.6

OI1.7

OI2.0

OI2.1

OM0.1

ANT37

AM0.0

=M0.1

END_ORGANIZATION_BLOCK

SUBROUTINE_BLOCKSBR_0:

SBR0

TITLE=子程序注释

BEGIN

Network1//网络标题

//网络注释

END_SUBROUTINE_BLOCK

INTERRUPT_BLOCKINT_0:

INT0

TITLE=中断程序注释

BEGIN

Network1//网络标题

//网络注释

END_INTERRUPT_BLOCK

参考文献

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电子工业出版社，2011.6.

[2]陈建明.电气控制与PLC应用.北京：

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人民邮电出版社，2006.