三菱PLC运料小车控制课程设计.docx

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三菱PLC运料小车控制课程设计

运料小车

课

程

设

计

专业-------------------XXX

班级-------------------XXX

姓名--------------------XXX

指导老师---------------------XXX

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摘要:

可编程逻辑控制器，简称PLC，是一种工业控制微型计算机。

它的编程方便、操作简单尤其是高通用性等优点，使它在工业生产过程中得到了广泛的应用。

其中的一个应用便是运料小车的控制，主要用到的便是他的逻辑控制功能。

本论文介绍的是PLC产品以及其对应的软件，并且用它来进行五个控制台作业的运料小车的控制编程。

1运料小车的发展概况1

2.可编程控制器（PLC）概述1

2.1PLC的概述1

2.2.1PLC的特点2

2.2PLC的构成2

2.3.2PLC系统的其它设备3

3控制系统设计4

3.1.运料小车的运动分析4

3.1.2设备控制要求4

3．1.2小车运动分析5

3.2运料小车控制系统的PLC选型和资源配置7

3.3.1控制系统图7

3.3系统资源分配7

3.5.1I\O地址分配7

3.5.2数字量输入部分8

3.5.3数字量输出部分8

3.5.4内部继电器部分8

3.4系统硬件设计9

3.5系统软件源程序设计10

3.7.1行程开关10

3.7.2小车启停辅助继电器11

3.7.3呼叫按钮11

3.7.4比较12

3.7.5向左运动12

3.7.6向右运动13

4控制系统的调试13

4.1编程软件13

4.2程序的构成13

4.3程序的下载、安装和调试15

总结16

致谢16

参考文献17

1运料小车的发展概况

由于PLC的不断发展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产率的不断提高，运料小车控制经历了以下几个阶段：

（1）手动控制：

在20世纪60年代末70年代初期，便有一些工业生产采用PLC来实现运料小车的控制，但是由于当时的技术还不够成熟，只能够用手动的方式来控制机器，而且早期运料小车控制系统多为继电器一接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。

（2）自动控制：

在20世纪80年代，由于计算机的价格下降，这时的大型工控企业将PLC充分的与计算机相结合，通过机器人技术，自动化设备终于实现了PLC在运料小车控制系统在自动方面的应用。

（3）全自动控制：

现阶段，由于PLC技术的向高性能高速度、大容量发展大型PLC大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。

将PLC运用到运料小车控制系统，可实现运料小车的全自动控制，降低系统的运行费用。

PLC运料小车自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，维修和改造方便等优点。

2.可编程控制器（PLC）概述

2.1PLC的概述

PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

图2-1PLC三菱FX系列

2.2.1PLC的特点

（1）可靠性高，抗干扰能力强

。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

（5）体积小，重量轻，能耗低

2.2PLC的构成

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

图2-2PLC的组成框图

（1）CPU的构成

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

（2）I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。

I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

常用的I/O分类如下：

开关量：

按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：

按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

（3）电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：

交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

（4）底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：

电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

2.3.2PLC系统的其它设备

（1）编程设备：

编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。

小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

也就是我们系统的上位机。

（2）人机界面：

最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

（3）PLC的通信联网

依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。

因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。

PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS或工业以太网进行联网。

3控制系统设计

3.1.运料小车的运动分析

某自动生产线上运料小车的运动如图3-1所示，运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向右行，电机反转，小车向左行。

在生产线上有5个编码为1—5的站点供小车停靠，在每个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。

对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外，还设有5个呼叫按钮开关（HJ1--HJ5）分别与5个停靠站点相对应。

图3-1运料小车示意图

3.1.2设备控制要求

运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下：

（1）按下启动按钮，系统开始工作，按下停止按钮，系统停止工作；

（2）当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按扭HJ的编码时，小车向右运行运行到按钮HJ所对应的停靠站时停止；

（3）当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按扭HJ的编码时，小车向左运行，运行到按钮HJ所对应的停靠站时停止；

（4）当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按扭HJ的编码时，小车保持不动；呼叫按钮开关HJ1--HJ5应具有互锁功能，先按下者优先。

3．1.2小车运动分析

小车在呼叫按钮之间的运动如图3-2所示，

图3-2小车在呼叫按钮之间的运动

根据生产工艺要求设计出小车在运料过程中的速度变化情况如图3-3所示，

图3-3小车在两呼叫按钮之间运料过程中速度变化情况

根据料车运料过程中速度曲线图"确定变频器的频率变化情况如图3-4所示，

图3-4变频器的频率变化情况

根据系统控制要求，分析出如下系统控制流程图，

图3-5控制系统流程图

3.2运料小车控制系统的PLC选型和资源配置

3.3.1控制系统图

控制系统如图3-5所示

（a）

启动按钮

停止按钮

5个呼叫按钮

5个行程开关

三菱PLC

三相异步电动机

变频器

（b）

3-6运料小车控制系统图

3-7PLC框架配置图

3.3系统资源分配

3.5.1I\O地址分配

由于CPU模块有14点数字量输入，10点数字量输出，所以不再需要输入＼输出模块。

采用I＼O自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X000—X015，输出端子对应的输出地址是Y000—Y011。

3.5.2数字量输入部分

这个控制系统的输入有启动按钮开关、停止按钮开关、5个呼叫按钮开关、5个行程开关共12点输入。

具体的输入分配如表3-1所示。

输入地址

对应的外部设备

X000

启动按钮开关

X001

停止按钮开关

X002

1号站呼叫按钮开关

X003

2号站呼叫按钮开关

X004

3号站呼叫按钮开关

X005

4号站呼叫按钮开关

X006

5号站呼叫按钮开关

X007

1号站行程开关

X010

2号站行程开关

X011

3号站行程开关

X012

4号站行程开关

X013

5号站行程开关

表3-1输入地址分配

3.5.3数字量输出部分

这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相电动机。

但是电机有正转和反转两种状态，分别对应正转继电器和反转继电器，所以输出点有2个。

具体的输出分配表如表3-2所示。

输出地址

对应外部设备

Y000

电机反转继电器

Y001

电机正转继电器

表3-2输出地址分配

3.5.4内部继电器部分

内部继电器地址分配如表3-3所示。

内部继电器地址

功能说明

M0

小车运行停止

M1

1号站呼叫

M2

号站呼叫

M3

号站呼叫

M4

号站呼叫

M5

号站呼叫

M6

小车所在站编号＞呼叫编号

M7

小车所在站编号＜呼叫编号

M8

小车所在站编号＝呼叫编号

表3-3内部继电器地址分配

3.4系统硬件设计

系统硬件接线图如图3-7、3-8所示，

图3-8主电路

图3-9辅助电路

图中KM1和KM2分别是控制电机正转运行（小车前进）和反转运行（小车后退）的交流接触器。

用KM1和KM2的主触点改变进入电动机的三相电源的相序,即可以改变电动机的旋转方向。

图3中KM1的线圈串联了KM2的辅助常闭触点,KM2的线圈串联了KM1的辅助常闭触点,组成了硬件互锁电路。

可以避免由于正反转（小车前进、后退）切换过程中电感的延时作用,导致原来接通的接触器的主触点还未断弧时,另一个接触器的主触点已经合上而造成交流电源瞬间短路的故障。

通过主电路与PLC的控制电路的接线,才能实现PLC对系统的控制。

3.5系统软件源程序设计

3.7.1行程开关

在该程序中，5个站的行程开关分别用数字0-4来表示，当小车在1号站时，行程开关X007得电，将数字0传送到数据寄存器D0；当小车在2号站时，行程开关X010得电，将数字1传送到数据寄存器D0。

依次类推，当小车在5号站时，行程开关X013得电，将数字4传送到数据寄存器D0。

它的助记符程序为：

LDX007

MOVK0D0；小车在1号站

LDX010

MOVK1D0；小车在2号站

LDX011

MOVK2D0；小车在3号站

LDX012

MOVK3D0；小车在4号站

LDX013

MOVK4D0；小车在5号站

3.7.2小车启停辅助继电器

当按下启动按钮时，小车开始运动，该辅助继电器M0得电；当按下停止按钮时，小车停止运动，该辅助继电器M0失电。

它的助记符程序为：

LDX000

ORM0

ANIX001

OUTM0；小车启停辅助继电器

3.7.3呼叫按钮

在该程序中，5个站的呼叫按钮分别用数字0-4来表示，而且由于5个呼叫按钮开关HJ1—HJ5具有互锁功能，先按下者优先，所以需5个辅助继电器M1-M5。

当按下1号站呼叫按钮开关时，行程开关X002得电，数字0传送到数据寄存器D1，同时1号按钮开关辅助继电器得电；当按下2号站呼叫按钮开关时，行程开关X003得电，数字1传送到数据寄存器D1，同时2号按钮开关辅助继电器得电；依次类推，当按下5号站呼叫按钮开关时，行程开关X006得电，数字4传送到数据寄存器D1，同时5号按钮开关辅助继电器得电；它的助记符程序为：

LDIM2

ANIM3

ANIM4

ANIM5

ANIX007

ANDM0

LDX002

ORM1

ANB

MOVK0D1；1号站呼叫按钮开关

OUTM1；1号站呼叫按钮开关辅助继电器

LDIM1

ANIM3

ANIM4

ANIM5

ANIX010

ANDM0

LDX003

ORM2

ANB

MOVK1D1；2号站呼叫按钮开关

OUTM2；2号站呼叫按钮开关辅助继电器

LDIM1

ANIM2

ANIM4

ANIM5

ANIX011

ANDM0

LDX004

ORM3

ANB

MOVK2D1；3号站呼叫按钮开关

OUTM3；3号站呼叫按钮开关辅助继电器

LDIM1

ANIM2

ANIM3

ANIM5

ANIX012

ANDM0

LDX005

ORM4

ANB

MOVK3D1；4号站呼叫按钮开关

OUTM4；4号站呼叫按钮开关辅助继电器

LDIM1

ANIM2

ANIM3

ANIM4

ANIX013

ANDM0

LDX006

ORM5

ANB

MOVK4D1；5号站呼叫按钮开关

OUTM5；5号站呼叫按钮开关辅助继电器

3.7.4比较

按下启动按钮和呼叫按钮后，开始对行程开关数据寄存器D0和呼叫按钮数据寄存器D1中的数据进行比较。

当（D0）＞（D1）时，即小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时，M6得电，小车向左运行；当（D0）=（D1）时，即小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮的编码时，M7得电，小车不动；当（D0）＜（D1）时，即小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时，M8得电，小车向右运行。

它的助记符程序为：

LDM0

CMPD0D1M6

3.7.5向左运动

小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时，小车向左运行，运行到呼叫按钮所对应的停靠站时停止。

它的助记符程序为：

LDM6

LDM1

ANIX007

LDM2

ANIX010

ORB

LDM3

ANIX011

ORB

LDM4

ANIX012

ORB

LDM5

ANIX013

ORB

ANB

OUTY000；小车向左运动

3.7.6向右运动

小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时，小车向右运行，运行呼叫按钮所对应的停靠站时停止。

它的助记符程序为：

LDM8

LDM1

ANIX007

LDM2

ANIX010

ORB

LDM3

ANIX011

ORB

LDM4

ANIX012

ORB

LDM5

ANIX013

ORB

ANB

OUTY001；小车向右运动

4控制系统的调试

4.1编程软件

编程软件采用三菱公司的编程软件GX-Developer,它适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。

支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label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。

4.2程序的构成

将对应程序转换成相应梯形图输入编程软件中，如下所示：

开始运行程序，PLC将运行已经设置好的程序和参数，按下启动按钮和呼叫按钮后，小车到达呼叫的那个站点。

4.3程序的下载、安装和调试

将各个输入和输出端子和实际控制中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。

打开GX-Developer编程软件，打开运料小车程序，即可在线调试,最终调试结果符合设计要求，如图4-1所示

图4-1程序调试

总结

本文主要介绍了运料小车的发展过程及现代社会对运料小车的功能要求，以及运料小车以后的发展趋势。

随着现代工业的发展，工业自动化程度越来越高，运料小车应用前景可观。

在指导老师的精心指导下，我在本文中解决了如下问题：

控制系统硬件电路的正确设计及连接，节约了成本，优化了配置；实现了生产工作台5个呼叫站的呼叫要求，小车能正确无误的应答各呼叫站的呼叫；软件编程调试方面，通过三菱编程软件已经正确调试了设计程序，并在设计调试中收获很多宝贵经验。

致谢

雪莱说“世间走得最快的永远是最美好的东西”。

这段青春的经历将永远充溢在我的心中”，光阴似箭，两年充实而愉快的研究生时光即将过去，接到录取通知，满怀欣喜，背上行囊，走进铜陵，仿佛这些画面就在昨天。

本文是在指导老师的悉心指导下完成的。

指导老师渊博的学识、严谨的治学态度、深厚的科研功底和敏锐的学术前瞻性对我学术研究影响很大；杨老师对工作的敬业精神和忘我热情，深深地感动着我，并将激励我今后在工作上不断进取，以优异的成绩回报老师的培养。

在完成毕业设计这段时间里，导师对我的学习、工作等方面都给予了真诚的关怀和帮助，这段美好时光，我将永铭于心。

正是导师的关怀才使得我能够顺利完成学业。

在这里请允许我向导师致以最真诚的谢意

参考文献

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[2]史国生，赵阳等.电气控制与可编程控制器技术[M].北京:

化学工业出版社.2004.1

[3]胡学林.可编程控制器教程[M].北京:

电子工业出版社.2003.7

[4]刘美俊.通用变频器应用技术[M].福建:

福建科学技术出版社.2001.6

[5]幻刘国光.提高PLC控制系统可靠性的软件设计.机床电器[J].2004.11.

[6]秦虹.PLC控制系统的编程方法简述.机床电气[J].2002.7