PLC控制的多功能电磁铁吊车系统.docx
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PLC控制的多功能电磁铁吊车系统
摘要
从丹麦物理学家奥斯特的一个实验开始，揭开了电与磁联系的发展史。
直至今天，发展出各式各样的应用方法，其内部的电路控制系统在不断地被改进，设计方法也开始多种多样，从而使电磁铁行业显得更加智能化。
电磁铁吊车控制更是趋向智能化方向发展，使搬运沉重的金属物时更加便捷与安全。
现今PLC技术飞快发展，应用越来越广，在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。
随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。
本文主要通过西门子PLC控制电磁铁链式吊车，控制系统选用SIEMENSS7-200CPU222CN机型PLC，它能够控制各种设备以满足自动化控制需求。
本系统使用电磁铁吊车及多种传感器实现多种功能，包括控制电磁铁吸放料，过温报警，人靠近报警等。
从而达到省时省力，节省人力资源，提高工作效率，减少不必要劳动的目的。
同时保证了运行时操作者及周边人的安全，达到一定的保护生命安全的作用。
关键词：
西门子S7-200，电磁铁吊车，PLC，梯形图
第五章STL程序代码........................................................15
结束语..................................................................................................................................................19
致谢.......................................................................................................................................................20
第一章引言
1.1课题的研究背景及意义
最初的货物搬运是完全基于人力的作业系统，通过人工搬运来完成货物的移动。
这种人工的作业效率低下，无法满足现代化物流配送对速度和效率的要求。
随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个企业都迫切地需要改进技术，提高效率，尤其在需要房屋建造的单位，以往一直采用人工搬运的方法，效率低成本高。
为解决上述问题，将PLC技术应用到电磁铁吊车装置中大大地提高生产效率，降低生产成本。
机械化、自动化，智能化成为信息现代化系统的主要特点与发展趋势。
本文就介绍了PLC在电磁铁系统中的应用。
1.2PLC的概述
PLC是ProgrammableLogicController的缩写，即可编程逻辑控制器。
它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC和可编程序控制器PC几个不同时期。
为与个人计算机（PC）相区别，所以现在仍然将可编程逻辑控制器简称PLC。
它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、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。
1.3PLC的历史发展与发展前景
1.3.1PLC的历史
在1968年美国汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。
1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。
1969年，美国研制出世界第一台PDP-14。
1971年，日本研制出第一台DCS-8。
1973年，德国研制出第一台PLC。
1974年，中国研制出第一台PLC。
1.3.2PLC的发展过程
早期的PLC（60年代末—70年代中期）：
早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。
这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。
中期的PLC（70年代中期—80年代中，后期）：
在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。
美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。
这样，使PLC得功能大大增强。
在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。
在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。
并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。
近期的PLC（80年代中、后期至今）：
进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。
而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。
这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。
目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、交通，轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
1.3.3PLC的发展前景
PLC技术发展呈现新的趋势：
1：
产品规模向大、小两个方向发展大：
I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。
小：
由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
2：
PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。
3：
不断加强通讯功能。
4：
新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
5：
编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。
6：
发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7：
追求软硬件的标准化。
1.4PLC的功能及特点
1：
控制功能逻辑控制，包括（定时，计数，顺序，逻辑）控制。
2：
数据采集、存储与处理功能数学运算功能
3：
输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。
位数和精度可以根据用户要求选择。
具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。
4：
通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。
通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。
如西门子S7-200的Profibus现场总线口，其通信速率可以达到12Mbps。
在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。
通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。
5：
人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。
允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。
6：
编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。
第二章多功能电磁铁吊车系统要求及目的
工业的发展就是解放手的运动，在遥远的古代没有任何可以借助的工具时，人们只能徒手劳作，费时费力危险程度高。
后来出现了一些可用的工具，虽然减少一些劳作，但仍然浪费了大量的时间。
直到机器的出现，大大的减少了人工操作，提高了劳动生产率。
而电磁铁技术和自动化技术的产生，并互相结合，使搬运物资，建造大型机械无需浪费大量人工，由机械代为操作，减少了人们的劳动。
2.1电磁铁吊车系统概述
吊车是一种广泛用于港口、车间、电力、工地等地方的起吊搬运机械。
吊车这个名称是起重机械统一的称号。
频繁叫吊车的主要还是汽车吊、履带吊和轮胎吊。
吊车的用处在与吊装设备、抢险、起重、机械、救援。
吊车是起重机的俗称，起重机（Crane）是起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。
一个工作循环包括：
取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。
如固定式回转起重机、塔式起重机、汽车起重机、轮胎、履带起重机等。
[1]
在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。
又称吊车。
属于物料搬运机械。
起重机的工作特点是做间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。
电磁铁通电产生电磁的一种装置。
在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁（electromagnet）。
我们通常把它制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。
另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制作。
这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。
由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。
电磁铁吊车则在继承了普通吊车的基础上，增加了电磁铁的功能，两者的相结合，可吊起自身几倍重量的物体，大大的满足了建设的需要。
2.2PLC控制系统要求
由PLC控制链式吊车，实现控制总程序开始运行停止及急停，电磁铁吸料、放料，人靠近处于危险区域蜂鸣报警，温度过高蜂鸣报警。
以达到工业生产搬运及生产保护等目的。
主要程序要求如下：
当按下启动按钮程序启动，启动灯闪烁，显示启动。
1.吊车移至吸料位置，按下吸料按钮，吸料灯亮显示处于吸料状态，电磁铁得电工作处于吸料状态，吸料。
2.吊车移至放料位置，按下放料按钮，放料灯亮显示处于放料状态，电磁铁失电处于放料状态，放料。
3.当吸放料时有人处于放料区域则蜂鸣报警，警示有人灯亮警报解除后灯灭。
4.当吊车起火，或者内部过热则蜂鸣报警，警示过热灯亮，警报解除后灯灭。
5.当遇紧急情况时按下急停按钮程序停止。
6.按下停止按钮，程序处停止，处于待机状态，过热保护及有人靠近保护功能依然开启。
7.解除电源所有程序完全停止。
2.3PLC控制系统目的
PLC编程控制多功能电磁铁吊车，实现其自动化功能及安全功能。
从而达到省时省力，节省人力资源，提高工作效率，减少不必要劳动的目的。
同时保证了运行时操作者及周边人的安全，达到一定的保护生命安全的作用。
为未来建设大型工业奠定了一定的基础，对发展重工业及房屋建造有一定的效用。
第三章多功能电磁铁吊车系统的硬件设计
3.1内存估计
用户程序所需的内存容量受以下几个因素的影响：
内存利率：
开关量输入，输出点数；用户的程序水平。
所需内存字数=开关量（输入+输出）总点数×10；
所需内存字数=模拟量点数×100（只有模拟量输入）；
所需内存字数=模拟量点数×200（模拟量输入／输出同时存）。
该控制系统程序比较小，而且输入输出点较少，因此内要求比较低。
一般的PLC都能满足其要求。
3.2响应时间
可编程控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠地接受持续时间小于扫描周期的输入信号；但是在本系统中，邮件的输入速度是相对比较慢的，不可能比扫描周期短，所以，系统响应时间没特殊要求，不需要考虑这方面的问题。
控制电磁铁吊车是一个比较固定的、环境条件较好的工艺过程，要实现的功能也相对简单，无A/D和D／A转换、加减运算。
另外，控制程序也比较固定，不需要在线编程，选用整体式PLC就可以满足工艺的要求了。
综合前面的工艺要求与I/0点数可知，在机型上可选用西门子公司生产的CPU型号为222型的微型可编程控制器。
3.3I/O分配表
输入
功能
输出
功能
I0.0
启动
Q0.0
输出（自锁）
I0.1
停止
Q0.1
吸料输出
I0.2
吸料
Q0.2
报警输出（靠近/过温）
I0.3
放料
Q0.3
过温感应灯输出
I0.4
急停
Q0.4
人靠近感应灯输出
I0.5
靠近报警
Q0.5
运行闪烁灯
I0.6
过温报警
I0.7
备用按钮
表3-1
由上表可知，本系统共需I/O点数为8个输入点，6个输出点。
3.4I/O硬件接线图
西门子PLC实物连接图
图3-2
第四章多功能电磁铁吊车系统的软件设计
4.1程序流程图
控制系统选用SIEMENSS7-200CPU222CN型PLC，它能够控制各种设备以满足自动化控制需求。
PLC控制部分程序流程图如下。
4.2梯形图程序
0——021:
46:
46
4.3系统的完善
由于模型使用小车载重力不够，不能显示出电磁铁可吸起自身几倍重物体，并且与PLC模块结合时发动机不足以移动吊车使其功能演示降低，未找到合适的备用电源，仅以同支持电源演示吊车断电时启动备用电源过程。
第五章STL程序代码
Network1I0.0启动I0.1停止Q0.0输出
LDI0.0
OQ0.0
ANI0.1
OQ0.1
ANC100
=Q0.0
Network2
LDI0.0
TONT40,10
Network3//延时吸料
LDI0.2
OM0.5
ANT37
TONT37,20
=M0.5
Network4//I0.2吸料输入Q0.1吸料正磁输出i0.5靠近无动作
LDNQ0.3
AI0.2
OQ0.1
AQ0.0
ANM0.0
ANM0.1
ANT38
ANC100
=Q0.1
Network5//延时放料
LDI0.3
TONT38,1
Network6//Q0.4靠近报警Q0.2输出i0.5靠近无动作T39过温报警
LDM1.1
OQ0.2
OQ0.4
ANI0.1
=M1.0
Network7//I0.4急停按3次停止
LDI0.4
=Q0.3
Network8//I0.4急停按3次停止
LDI0.4
LDNQ0.0
CTUC100,2
Network9//I0.5靠近报警
LDI0.5
=Q0.4
Network10//I0.6过温报警输入
LDNI0.6
TONT39,20
=M1.1
Network11//q0.5内照明
LDI0.0
=Q0.5
Network12//q0.6内照明
LDI0.0
=Q0.6
Network13//q0.7检测放置地点
LDI0.0
=Q0.7
Network14//灯闪
//网络注释
LDQ0.0
LPS
ANT42
ANM0.7
=Q0.5
TONT42,10
LPP
LDT42
OM0.7
ALD
LPS
ANT41
=M0.7
LPP
TONT41,10
Network15//靠近报警1秒
//网络注释
LDQ0.4
OQ0.2
LPS
ANT43
ANM1.7
=Q0.2
TONT43,2
LPP
LDT43
OM1.7
ALD
LPS
ANT44
=M1.7
LPP
TONT44,2
Network16//过温报警3秒
//网络注释
LDQ0.3
OQ0.2
OM1.1
LPS
ANT45
ANM1.6
=Q0.2
TONT45,30
LPP
LDT45
OM1.6
ALD
LPS
ANT46
=M1.6
LPP
TONT46,10
结束语
本论文设计了基于PLC的电磁铁功能控制系统。
采用西门子S7-200型PLC，实现电磁铁等功能的自动控制。
PLC（可编程控制器） 以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。
日后，随着对PLC硬件系统和通信方式的深入了解，还可以丰富远程控制指令，以应对运行过程中的各种突发事件，增加其它PLC，通过构建复杂的多级网络适应大型的工业控制，使该系统运行时更加稳定可靠，性能更加完善。
在老师的指导和同学们的帮助下，终于完成了我的毕业设计，一直以来的辛苦终于得到了成果，心情十分开心。
在学习时，传感器，电路，PLC是分类的三门学科，虽然单科学习比较容易，但是相结合的时候不是一件简单的事。
PLC编程后要与自己做的硬件相连接，要知道电流电压，没有标明的要用万用表测量数值，做好调压以免烧坏元器件。
电路中各种传感器的接法也不同，在查阅资料后才能连接，减少元器件的损坏。
在实战中提高，是我在这次毕业设计中的感受，我学会了为元器件调压，了解了各种传感器的作用、使用与连接方法，深入学习了PLC编程及I/O连接的实用方法。
这些在我以后的学习工作中会有很大的帮助，十分感谢我的指导老师，让我学会了更多的实际操作。
真正的理论和实际的相结合，做出了我的毕业设计。
以后的工作中我会更加的努力学习。
致谢
首先，我衷心感谢赵老师在工作之余抽出时间来指导我完成本课题的毕业设计。
经过几个月对课题的探讨与研究，使我从中学到了很多东西，并对PLC的有了进一步的认识。
在这三年里，我过的很充实。
老师和同学们给了我很多帮助，让我的求学生涯丰富而又多彩。
三年时光稍纵即逝。
此时，回头想想这段短暂的求学路，时而喜悦，时而惆怅。
人生处处是驿站，已是挥手作别之时，在此，向所有帮助过我的人献上我最诚挚的谢意。
毕业设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，PLC已经成为当今空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学来说掌握PLC的开发技术是十分重要的。
论文的完成重点要感谢三年来教授我们每门课程的老师们，正因为他们严谨的作风和朴实的教学，才能最终让我们走向硕果的终点。
在此特别感谢我们组的指导老师赵老师，他在我们做毕业论文期间做出了很大的努力，争取让组里的每一位同学精益求精的完成论文，提高答辩质量，这是论文可以顺利完成的最重要的原因。
同学们的关心和帮助是我的动力，在我知识的缺憾点上给予我很大的帮助，使得论文从刚开始的暇迹斑斑到越来越完善、越来越有内容，最终帮助我完整的写完了整个论文。
这次毕业设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在指导老师的辛勤、指导下，终于游逆而解。
同时，在指导老师的身上我学得到很多实用的知识，在此我表示感谢，对于在学习和生活中帮助我和鼓励我的老师和同学们，我再次表示衷心的感谢，你们对于我的帮助使我在心中无以言表。
参考文献
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