plc运料小车控制设计.docx
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plc运料小车控制设计
引言…………………………………………………………………………………2
1.可控编程的含义…………………………………………………………………2
2.可编程控制器的发展……………………………………………………………2
第1章………………………………………………………………………………3
1.1设计目的…………………………………………………………………………3
1.2设计要求及内容…………………………………………………………………3
第2章PLC的结构、工作原理及系统设计………………………………4
2.1PLC的结构及工作原理…………………………………………………………4
2.2运料小车的控制系统主回路……………………………………………………7
2.3运料小车控制系统控制回路……………………………………………………7
2.4PLC的选择………………………………………………………………………8
2.5I/O口分配………………………………………………………………………8
第3章运料小车控制系统梯形图…………………………………………9
3.1单次运行…………………………………………………………………………9
3.2连续三次运行…………………………………………………………………10
3.3系统总的程序框图……………………………………………………………11
第4章小车的性能分析及设计改进………………………………………13
4.1小车的优缺点分析………………………………………………………………13
4.2设计的改进及推广………………………………………………………………13
4.3设计心得…………………………………………………………………………12
参考文献…………………………………………………………………………14
附录1………………………………………………………………………………15
源程序……………………………………………………………………………15
引言
1．可控编程的含义
可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，最初叫做可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），即PLC，现已广泛应用于工业控制的各个领域。
它以微处理器为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。
20世纪60年代以前，汽车流水线的自动控制系统基本上都采用传统的继电器控制。
在60年代初，美国汽车制造业竞争越发激烈，而汽车的每一次更新的周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就越来越频繁，原来的继电器控制就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新间。
所以人们就想能有一种通用性和灵活性较强的控制系统来替代原有的继电器控制系统。
2．可编程控制器的发展
1968年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的概念。
在1969年，美国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台PLC。
这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。
这种控制系统首先在美国通用汽车的生产线上使用，并获得了令人满意的效果。
PLC在制造和冶金等其他工业部门相继得到了应用。
1971年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的PLC。
1973年，欧洲一些国家也研制出了自己的PLC。
1974年，我国也开始仿照美国的PLC技术研制自己的PLC，终于在1977年研制出第一台具有实用价值的PLC。
大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得PLC在问世后的发展极为迅速。
现在，PLC不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID调节、通信联网、故障自诊断及DCS生产监控等功能。
第1章设计目的及要求
1.1设计目的
在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。
用PLC程序实现运料小车自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。
1.2设计内容及要求
运料小车是工业送料的主要设备之一。
广泛应用于自动生产线、冶金、有色盒属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。
将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。
PLC运料小车电气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，安装、维修和改造方便等优点。
小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。
下面简要介绍PLC在运料小车自动控制。
图1运料小车示意图
图1是一个运料小车工作示图。
系统的设计要求为：
启动按钮SB1用来开启运料小车，停止按钮SB2用来手动停止运料小车。
按SB1小车从原点起动，KM1接触器吸合使小车向前运行直到碰SQ2开关停，KM2接触器吸合使甲料斗装料5秒，然后小车继续向前运行直到碰SQ3开关停，此时KM3接触器吸合使乙料斗装料3秒，随后KM4接触器吸合小车返回原点直到碰SQ1开关停止，KM5接触器吸合使小车卸料5秒后完成一次循环。
A．小车设有连续循环与单次循环两种方式；
B．小车连续循环，按停止按钮S02小车完成当前运行环节后，立即返回原点，直到碰SQ1开关立即停止；当再按启动按钮S01小车重新运行；
C．连续作3次循环后自动停止，中途按停止按钮S02则小车完成一次循环后才能停止。
第2章PLC控制物料小车的结构及系统设计
2.1PLC控制系统的构成、设计原则及步骤
PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的:
1）功能齐全，它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；
2）应用灵活，其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；
3）操作方便，维修容易，稳定可靠。
尽管PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。
PLC控制系统由硬件部分和软件部分组成。
对于整个PLC控制系统来说，其硬件部分不仅包括选择符合控制要求的PLC机型、存储器容量、电源模块、输入/输出模块、通信模块、模拟量输入/输出模块和特殊功能模块等，还应当包括选择合适的可编程控制器外围装置、设备与接口，如输入设备（控制按钮、开关、传感器等）、执行装置（接触器、继电器等）和由执行装置控制的现场设备（电动机、鼓风机、阀门等）。
软件部分主要包括对PLC进行I/O点地址、内部继电器、定时器、计数器等的分配，PLC控制程序的设计（梯形图、语句表、流程图等），还有一些技术文件等。
PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好地实现工艺提出的控制要求。
PLC控制系统的设计应遵循以下原则。
（1）根据工艺流程进行设计，力求控制系统能最大限度地满足控制要求。
（2）在满足控制要求的前提下，尽量减少PLC系统硬件费用。
（3）考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑PLC的可扩展性。
（3）控制系统使用和维护方便、安全可靠。
一般PLC控制系统的设计步骤具体操作如下。
（1）控制要求分析
在设计PLC控制系统之前，必须对工艺过程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己所要完成的任务，并更好地完成任务，设计出令人满意的控制系统。
（2）确定输入/输出设备
根据控制要求选择合适的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等），根据所选用的输入/输出设备的类型和数量确定PLC的I/0点数。
（3）选择合适PLC
确定PLC的I/0点数后，就根据I/0点数、控制要求等来进行PLC的选择。
选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。
（4）I/0点数分配点数分配就是规定PLC的I/0端子和输入/输出设备。
（5）PLC程序设计
首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的联系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。
PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。
而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。
也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。
PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段：
输入阶段（将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。
在输入阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。
\
是
否
图2系统设计流程图
2.2运料小车的控制系统主回路
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，小向左行。
电动机正反转主回路如图3所示：
图3三相异步电动机正反转电路
2.3运料小车控制系统控制回路
根据设备控制的要求，运料小车控制系统的控制回路如图4：
图4运料小车控制回路
图5运料小车控制系统
2.4PLC的选择
FX1S系列:
三菱PLC是一种集成型小型单元式PLC，且具有完整的性能和通讯功能等扩展性，如果考虑安装空间和成本是一种理想的选择。
FX1N系列:
是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。
具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。
是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。
FX2N系列:
是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。
具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
FX3U:
是三菱电机公司新近推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。
基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。
根据运料小车输入输出设备的分配，在I/O方面只需要6个输入口和2个输出口，同时考虑适当的余量，选用FX1S系列的PLC即可。
2.6I/O分配
这个控制系统的输入有4个启动按钮开关、停止按钮开关、3个行程开关。
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一个。
电机有正转和反转两个状态，分别都应正转继电器和反转继电器，另外还有一个输出控制卸料电磁铁开关，所以输出点应该有5个。
对应的地址分配表1如表所示：
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输出点编号
总停按钮
SB2
X2
行程开关
SQ2
X3
单次正转启动按钮
SB1
X1
正转接触器
KM1
Y1
连续正转按钮
SB0
X0
反转接触器
KM4
Y4
连续3次启动按钮
SB3
X6
物料甲接触器
KM2
Y2
行程开关
SQ3
X4
物料乙接触器
KM3
Y3
行程开关
SQ1
X5
卸料接触器
KM5
Y5
表1PLCI/O分配
名称
代号
功能
数量
开关
Q
接通、切断电路
1
熔断器
FU1
电路保护
1
按钮
SB0-3
总停按钮
1
时间继电器
KT0、KT1
定时作用
2
接触器
KM1-5
电机正转
1
行程开关
SQ1-3
电机反转
1
卸料开关
1
电路保护
1
热继电器
KR
表2元器件
第3章运料小车的控制
3.1单次运行
按下按钮SB1（X1）其它按钮不动作，则小车向右运行依次装载物料甲乙，然后返回远处卸料停止。
如果小车需要连续运行，只需再按下按钮SB0（图中X0）即可，此时小车可完成连续运行动作。
当按下停止按钮SB2（图中X2）后，小车需要完成当前动作然后才可返回原处。
控制梯形图7如下：
图6控制回路
3.2连续运行三次
按下按钮SB0（X0）和SB3（X6）则小车可完成连续三次运行后停止。
其停止信号由计数器C2控制。
当小车到达SQ3（X4）一次则计数器C2计数一次，三次过后计数器C2为1，那么其常闭触点断开小车停止。
图7小车连续三次运行计数器C2计数控制
3.3系统总的程序框图
小车运行控制按钮说明：
1.按下按钮SB1小车单次运行。
2.按下按钮SB0小车连续运行。
3.当小车正在运行过程中，如果需要小车返回原位置则按下停止按钮SB1，此时小车需要完成当前任务再原路返回。
4.按钮SB3控制小车连续运行3次停止。
第4章小车的性能分析及设计改进
4.1小车的优缺点分析
本设计运用的可编程控制器实现的运料小车自动控制，避开了以往继电器接触不良、开关易损坏等缺点，可靠性和稳定性都有所提高。
在检测小车是否到达装料、卸料点的时候，运用了行程开关，这样的检验系统让小车的停靠位置更加准确。
与此同时，由于输入输出很明显，不需要好多额外的外接电路，让设计更简洁。
这也是采用了成熟的可编程控制器带来的好处。
即使在出现故障、紧急停止等环节中都能快捷操作。
但设计过程中，只是基本实现了设计的要求，没有功能扩展，让系统显得比较简单。
4.2设计的改进及推广
在实际的运用过程中，为了便于智能化、无人化、远程化的操作，该设计控制器还应该联网，让多台控制器组成局域网，构成一套网路系统，便于通讯和控制操作。
如修改软件设计中的一些参数，能适合在不同的场合都能适合。
在具体的设计中，应该还可以设计显示功能，显示运料小车到达指定的装料、卸料点时所需时间；还可以在小车底部安装一个传感器，用来检测小车中的料是否卸完。
这样就可更好地控制小车的运行，更加便于人们工作。
此外，该运料小车控制器可以运用于大型的养殖行业，便于送料和喂养，这样就可以节约时间，提高效率。
4.3设计心得
课程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已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。
因此作为自动化专业的学生来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。
本次课程设我选择的题目是运料小车控制模拟。
通过这次课程设计我对可编程控制器原理及应用有了更深入的理解，锻炼了自己的动手能力和分析能力，同时我更加理解了PLC优越灵活的控制能力。
由于PLC在基于控制方面采用“梯形图”语言进行编程易于接受，这种梯形图与继电器控制电路相呼应，形式更加简练，直观性强。
在这次课程设计中，我学会了怎么去发现问题，解决问题。
遇到问题时和同组同学认真讨论，查找资料，积极询问老师，从中我学到了许多知识。
并且我更加清楚的知道了，很多设计理念来自于实际，需要根据设计要求灵活的去选择PLC型号和编程。
感谢指导老师耐心的对我进行指导，给我提供建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改设计。
同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，这次课程设计通过自己的努力，同学的帮助，还有老师的辛勤指导下，最终顺利完成。
参考文献
（1）《PLC在运料小车自动化系统中的运用》主编戴冠英工矿自动化·2005年，6期57-59
（2）《机床控制技术第四版》主编齐占庆机械工业出版社·2010年
（3）《可编程控制器及常用控制电路》主编何友华冶金工业出版社·2008年
（4）《工厂电气控制技术》主编熊幸明清华大学出版社·2005年
（5）《可编程控制器应用技术》主编胡学林高等教育出版社·2003年
（6）《PLC编程应用指南》主编刘柏生机械工业出版社·2007年
（7）《电气控制与PLC》主编熊幸明机械工业出版社2013年
附录1.PLC控制运料小车源程序：
0LDX000循环模式选择
1OUTY000
2LDIX002停止按钮常闭触点
3ANDX001起动
4LDIC2计数器常闭触点
5ANDT2定时器常开触点
6ANDY000
7ANIX002停止按钮常闭触点
8ORB
9LDY001线圈Y1自锁触点
10ANIM1
11ANIT2定时器常闭触点
120RB
13ANIX003
14LDM1
15ANIX005
160RB
17ANIX004
18OUTY001前进
19LDX003
20ANDT0
210RM1
22ANIT2
23OUTM1
24LDX003
25ANIM1
26OUTT0K50计时5秒
27ANIT0
28OUTY002装料5秒
29LDX004
30OUTT1K30计时3秒
31ANIT1
32OUTY003装料3秒
33LDX002
34LDT0
35ORT1
36ANB
37ORT1
38ORY004后退
39ANIX005
40ANIY001
41OUTY004
42LDX005
43OUTT2K50计时5秒
44ANIT2
45OUTY005卸料5秒
46LDX006
47ANDX005
48OUTC2D3计数器
49LDC2
50RSTC2复位
51END
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