基于PLC的自动送料小车控制设计.docx
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基于PLC的自动送料小车控制设计
城市职业学院
毕业设计（论文）
论文题目：
基于PLC的自动送料小车控制设计
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城市职业学院制
摘要
可编程序控制器（Programmablecontroller）简称PLC，由于PLC的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，所以PLC的应用领域在迅速扩大。
近几年来，PLC的成本下降，功能又不段增强，所以，目前PLC在国外已被广泛应用于各个行业。
本设计是实现手动进给和自动转换车，改变过去简单手动进给车，减少人工，提高生产效率，实现自动化生产！
关键词：
PLC；送料小车；控制；程序设计
前言
控制系统的发展已经很成熟，应用围涉及各个领域，例如：
机械、汽车制造等。
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。
第一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
控制系统是整个生产线的灵魂，整个生产线发挥指挥作用。
一旦控制系统故障，灯光对生产线的影响继续，在严重的情况下甚至人身安全事故，这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控制系统介绍
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）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，Q0.4驱动小车左行，Q0.5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），指示灯受PLC的Q0.0-Q0.3控制。
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）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，Q1.5驱动小车左行，Q1.4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），指示灯受PLC的Q1.0-Q1.3控制。
（2）运料小车行走条件：
运料小车右行条件：
小车在1，2，3号仓位，4号仓要料；小车在1，2号仓位，3号仓要料；小车在1号仓位，2号仓要料。
运料小车左行条件：
小车在4，3，2，0号仓位，1号仓要料；小车在4，3，0号仓位，2号仓要料；小车在4，0号仓位，3号仓要料；小车在0位，4号仓位要料。
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。
第二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，是一个非接触式的装置，改变程序可以改变生产过程。
目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强大工具，已被广泛应用。
可编程控制器是一种面向用户的特殊工业控制计算机，具有很多明显的特点。
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，部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
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。
3.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。
4.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。
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。
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。
第三章STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍及功能
3.1STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍
STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATICS7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。
下面将介绍该软件的安装、基本功能以及如何应用编程软件进行编程、调试和运行监控等容。
3.2、基本功能
STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能。
（1）在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。
在脱机方式时，计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等。
（2）在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。
（3）对用户程序进行文档管理，加密处理等。
（4）设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。
3.3、其他功能
（1）运动控制
S7-200提供有开环运动控制的三种方式：
脉宽调制（PWM）-置于S7-200，用于速度、位置或占空比控制。
脉冲串输出（PTO）-置于S7-200，用于速度和位置控制。
EM253位控模块-用于速度和位置控制的附加模块。
（2）创建调制解调模块程序
使用EM241调制解调模块可以将S7-200直接连到一个模拟线上，并且支持S7-200与STEP7-Micro/WIN的通讯。
该调制解调模块还支持Modbus从站RTU协议，该模块与S7-200之间的通讯通过扩展I/O总线实现。
STEP7-Micro/WIN提供一个调制解调扩展向导，它可以帮助您设置一个远端的调制解调器，或者设置将S7-200连向远端设备的调制解调模块。
（3）USS协议库
STEP7-Micro/WIN指令库，该指令库包括预先组态好的子程序和中断程序，这些子程序和中断程序都是专门为通过USS协议与驱动通讯而设计的。
通过USS指令，您可以控制这个物理驱动，并读/写驱动参数。
（4）Modbus从站协议指令
STEP7-Micro/WIN指令库包含有专门为Modbus通讯设计的预先定义的子程序和中断服务程序，使得与Modbus主站的通讯简单易行。
使用Modbus从站协议指令，您可以将S7-200组态作为ModbusRTU从站，与Modbus主站通讯。
可以在STEP7-Micro/WIN指令树的库文件夹中找到这些指令。
通过这些新指令，可以将S7-200作为Modbus从站。
（5）使用配方
STEP7-Micro/Win软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配方。
配方存在存储卡中，而不是PLC中。
（6）使用数据归档
STEP7-Micro/Win提供数据归档向导，将过程测量数据存入存储卡中。
将过程数据移入存储卡可以节省V存储区的地址空间，否则这些数据将储存在V存储区中。
（7）PID自整定和PID整定控制面板
S7-200PLC已经支持PID自整定功能，STEP7-Micro/WIN中也添加了PID整定控制面板。
这就大大增强了S7-200PLC的功能，并且使这一功能的使用变得更加容易。
第四章基于PLC的送料小车接线图及梯形图
4.1送料小车PLC的I/O分配表
根据控制要求，PLC控制送料小车的输入\输出（I\0）地址编排如下表所示，其中SB5为启动开关，为SB6停止开关，SA6、SA7为手动\连续选择开关，SA1、SA2为上下、左右转换开关，SA3、SA4、SA5为油缸单动联动转换开关。
Q0.0-Q0.3和Q1.0-Q1.3控制8个要料指示灯，Q0.4-Q0.5和Q1.4-Q1.5控制小车1、2左行右行，Q0.6-Q0.7和Q1.6-Q1.7。
如表4-1所示：
4-1I/O分配表
输入点分配
输出点分配
输入接点
输入开关名称
输出接口
驱动设备
I0.0-I0.3
小车1行程开关
（SQ1-SQ4）
Q0.0-Q0.3
小车1要料指示灯
（HL1-HL4）
I0.4-I0.7
小车1控制按钮
（SB1-SB4）
Q0.4-Q0.5
小车1左右行线圈
I1.0-I1.3
小车2行程开关
（SQ11-SQ14）
Q0.6-Q0.7
油缸1伸出缩回
线圈
I1.4-1.7
小车2控制按钮
（SB11-SB14）
Q1.0-Q1.0
小车2要料指示灯
（HL11-HL14）
I2.0-I2.5
推车机行程开关
（SQ5-SQ10）
Q1.4-Q1.5
小车2左右行线圈
I2.6-I2.7
起动，停止按钮
（SB5，SB6）
Q1.6-Q1.7
油缸2伸出缩回
线圈
I3.0-I3.1
手动，连续
转换开关（SA6，SA7）
Q2.0-Q2.1
推车机上下行线圈
I3.2-I3.3
推车机上下，左右
转换开关（SA1，SA2）
I3.4-I3.6
油缸单动联动
转换开关（SA3-SA5）
4.2PLC端子接线图
PLC型号的选择：
由于该系统是在原来CPU226的基础上改进的设备，而现在共用了31个输入，用直流24V；18个输出，用交流电220V，所以我选择用S7-200系列CPU226，加一个EM223的扩展模块。
CPU226的主要的技术参数：
输入24VDC，24点；输出220VAC，16点；电源电压为AC100—240V50/60Hz。
EM223的主要技术参数：
输入24VDC，8点；输出220VAC，8点；电源电压为AC100—240V50/60Hz。
如图4-1所示：
图4-1端子接线图
4.3梯形图分段设计
本次设计的自动送料小车梯形图，是分开来画的。
由总程序结构图、自动操作程序图、手动操作程序图、小车1左右自动送料运行程序图、小车2左右自动送料运行程序图组成。
图4-2总系统结构图
（1）程序的总结构图如图4-2所示：
因为在手动操作方式下，各种动作都是用按钮控制来实现的，其程序可独立于自动操作程序而另行设计。
因此，总程序可分为两段独立的部分：
手动操作程序和自动操作程序。
当选择手动操作时，则输入点I3.0接通，其常闭触点断开，执行手动程序，并由于I3.1的常闭触点为闭合，则跳过自动程序。
若选择自动操作方式，将跳过手动程序段而执行自动程序。
（2）自动程序设计，自动操作控制主要是由行程开关来控制推车机的上行、下行，两缸的伸出、缩回。
通过行程开关的上限、下限、左限、右限准确的控制推车机到达预定位置。
自动程序时，手动自动转换开关拨到连续档SA7，按下启动按钮SB6，推车机上行，碰到上位行车开关SQ6，上行停止；同时两个油缸动作，推动两小车向左移动，小车1、2碰到左位行程开关SQ10、SQ5，说明两小车到位，这时各个仓位可向小车要料；而且两油缸缩回，碰到行程右位开关SQ8、SQ9停止收缩，推车机下行到行程开关位SQ7时停止。
如图4-3所示：
图4-3自动操作程序图
（3）手动操作程序的设计，手动操作控制简单，可按照一般继电器控制系统的逻辑设计法来设计。
手动程序时，手动自动转换开关拨到手动档SA6，上下、左右转换开关拨到上/下行档时，按启动按钮SB5推车机上行，按停止按钮SB6推车机下行；上下、左右转换开关拨到左/右档时，拨动单动联动转换开关SA3（缸1动作），按启动按钮SB5，缸1伸出推动小车1左行；按停止按钮SB6，缸1缩回；拨动转换开关到SA5（缸2动作），按启动按钮SB5，缸2伸出推动小车2左行，按停止按钮SB6，缸2缩回；拨动单动联动转换开关到SA4（两缸同时动作）按启动按钮SB5，两缸伸出推动两小车左行；按停止按钮SB6，两缸缩回。
如图4-4所示：
图4-4手动操作程序图
（4）小车1自动送料运行程序，把小车1送到指定位置后，四个仓位就可以向小车要料了，M0.0-M0.3分别代表小车1的1号料仓到4号料仓的要料状态，运料小车1当前所处位置由I0.0-I0.3，运料小车1的右行，左行，停止控制由Q0.4、Q0.5。
小车到位后，用上微分操作（P）来清除料仓要料状态信号及控制小车停车。
（上微分操作的注意事项，上微分脉冲只存在在一个扫描周期，接受这一脉冲控制的元件应写在这一脉冲出现的语句之后）。
小车1自动送料图如下图4-5所示：
图4-5小车1左右自动送料运行程序图
就可以向小车要料了，M1.0-M1.3分别代表小车2的1号料仓到4号料仓的要料状态。
运料小车2当前所处位置由I1.0-I1.3，运料小车2的右行，左行，停止（5）小车2自动送料运行程序，把小车2送到指定位置后，四个仓位控制由Q1.4、Q1.5。
小车到位后，用上微分操作（P）来清除料仓要料状态信号及控制小车停车。
小车2自动送料图4-6所示：
图4-6小车2左右自动送料运行程序图
4.4程序运行原理说明调试与完善
本程序是用梯形图所写的。
在运行前，先选择工作方式，手动/自动。
选择手动SA6时，把上/下、左/右转换开关旋转到上/下档SA1，按下SB5起动点动按钮，推车机上行，按下SB6停止点动按钮，推车机下行；把上/下、左/右转换开关旋转到左/右档SA2，再选择小车的单动、联动控制，小车1单动时把单动/联动转换开关旋转到单动档SA3，两小车联动时旋转到联动档SA4，小车2单动时旋转到单动档SA5，这时按下起动按钮SB5，油缸推动小车左行，按下停止按钮SB6，油缸缩回。
选择自动SA7时，按下起动按钮SB5，推车机开始上行，碰到上限行程开关SQ6时停车，两缸自动推出小车，小车碰到左限行程开关SQ5、SQ10时，说明小车到位，各个仓位可以向小车要料，这时两缸自动缩回，碰到右限行程开关SQ8、SQ9时，推车机自动下行，下行到位后（碰到SQ7）停车。
只有再次按下起动按钮SB5，才能再次运行。
手动程序中设置了联锁和保护电路。
如推车机的上行、下行常闭触点的联锁，推车机上下行行程有行程开关SQ6、SQ7控制保护。
自动程序是根据推车机的位置、油缸的位置来控制电路执行下一条指令的。
4.5系统总梯形图设计
由以上，我们画出送料小车系统的总梯形图，其中包括推车机的手动控制程序、自动控制程序、送料小车1控制程序、送料小车2控制程序。
如下图4-7所示：
图4-7送料小车梯形图（a）
图4-7送料小车梯形图（b）
图4-7送料小车梯形图（c）
图4-7送料小车梯形图（d）
4.6小车程序设计
由系统总梯形图，我们写出送料小车的程序指令，如下表3-2所示：
表4-2送料小车程序指令表
LDN
I3.0
A
I3.3
JMP
0
A
I2.6
LD
I3.2
AN
I2.4
LPS
=
Q1.6
A
I2.6
LD
I2.4
AN
I2.0
O
M2.2
=
Q2.0
AN
I1.3
LPP
=
M2.2
A
I2.7
LD
I3.4
AN
I2.1
O
M2.0
=
Q2.1
A
I3.3
LD
I3.5
A
I2.7
=
M2.0
AN
I2.2
LD
I3.4
=
Q0.7
O
M2.0
LD
I3.6
A
I3.3
O
M2.0
A
I3.3
A
I3.3
A
I2.6
A
I2.7
AN
I2.5
AN
I2.3
=
Q0.6
=
Q1.7
LD
I2.5
LBL
0
O
M2.1
LDN
I3.1
AN
I0.3
JMP
1
=
M2.1
LD
I2.6
LD
I3.6
O
Q2.0
O
M2.0
AN
I2.0
AN
Q2.1
O
Q1.7
AN
I2.7
AN
I2.3
=
Q2.0
AN
Q1.6
LD
I2.0
AN
I2.7
O
Q0.6
=
Q1.7
AN
I2.5
LD
I2.5
AN
Q0.7
AN
I2.4
AN
I2.7
O
Q2.1
=
Q0.6
AN
Q2.0
LD
I2.5
AN
I2.1
O
M2.1
AN
I2.7
AN
I0.3
=
Q2.1
=
M2.1
LBL
1
LD
I2.0
LD
I0.4
O
Q1.6
AN
M0.1
AN
I2.4
AN
M0.2
AN
Q1.7
AN
M0.3
AN
I2.7
S
M0.0
1
=
Q1.6
S
Q0.0
1
LD
I2.4
LD
I0.5
O
M2.2
AN
M0.0
AN
I1.3
AN
M0.2
=
M2.2
AN
M0.3
LD
I2.5
S
M0.1
1
O
Q0.7
S
Q0.1
1
AN
I2.2
LD
I0.6
AN
Q0.6
AN
M0.0
AN
I2.7
AN
M0.1
=
Q0.7
AN
M0.3
LD
I2.4
S
M0.2
1
S
Q0.2
1
A
I0.5
LD
I0.7
OLD
AN
M0.0
AN
Q0.5
AN
M0.1
S
Q0.4
AN
M0.2
LD
I0.3
S
M0.3
1
O
I0.2
S
Q0.3
1
O
I0.1
LD
I0.0
O
M2.1
A
M0.0
A
I0.4
LD
I0.1
LD
I0.3
A
M0.1
O
I0.2
OLD
O
M2.1
LD
I0.2
A
I0.5
A
M0.2
OLD
OLD
LD
I0.3
LD
I0.3
O
M2.1
A
M0.3
A
I0.6
OLD
OLD
EU
LD
M2.1
R
Q0.0
6
A
I0.7
R
M0.0
4
OLD
LD
I0.0
AN
Q0.4
O
I0.1
S
Q0.5
1
O
I0.2
LD
I1.4
A
I.7
AN
M1.1
LD
I0.0
AN
M1.2
O
I0.1
AN
M1.3
A
I0.6
S
M1.0
1
OLD
S
Q1.0
1
LD
I0.0
LD
I1.5
AN
M1.0
LD
I1.0
AN
M1.2
O
I1.1
AN
M1.3
O
I1.2
S
M1.1
1
A
I1.7
S
Q1.1
1
LD
I1.0
LD
I1.6
O
I1.1
AN
M1.0
A
I1.6
AN
M1.1
OLD
AN
M1.3
LD
I1.0
S
M1.2
1
A
I1.5
S
Q1.2
1
OLD
LD
I1.7
AN
Q1.5
AN
M1.0
S
Q1.4
1
AN
M1.1
LD
I1.3
AN
M1.2
O
I1.2
S
M1.3
1
O
I1.1
S
Q1.3
1
O
M2.2
LD
I1.0
A
I1.4
A
M1.0
LD
I1.3
LD
I1.1
O
I1.2
A
M1.1
O
M2.2
OLD
A
I1.5
LD
I1.2
OLD
A
M1.2
LD
I1.3
OLD
O
M2.2
LD
I1.3
A
I1.6
A
M1.3
OLD
EU
LD
M2.2
R
Q1.0
6
A
I1.7
R
M1.0
4
OLD
AN
Q1.4
S
Q1.5
1
结论
在做这个设计的时候，我学到了很多以前没有学过的知识，也巩固了很多以前没有学过的知识，使我的专业理论知识更加扎实，软件操作更加熟练。
完成这个设计后，我得出以下几点结论：
一、送料小车在硬件设计中，加入了扩展模块，可以在触点不够的情况下方便地实现该小车的系统控制；然后软件设计中，运用了上微分指令，
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