运料搬运自动控制系统.docx
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运料搬运自动控制系统
课程设计报告书
系别：
电气工程系
专业：
自动化
姓名：
cql
学号：
20099230303
题目：
运料搬运自动控制系统
起迄日期：
4月01日~6月15日
指导教师：
大雄
设计任务完成日期：
2013年6月1日
运料搬运自动控制系统
摘要
在中国，运料系统半自动化控制前景美好，在许多公司的装配车间得到广泛的运用。
随着科技的发展，技术的不断更新，使得工业生产趋向于半自动化、自动化、无人工厂的方向发展，其中PLC技术的运用成为自动化技术的主流之一。
本次课程设计中，运料搬运的PLC控制系统，它的控制过程属于双向控制，为了便于展示运料系统，设计了一个运料小车来模拟实际应用中的运输车，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，在每一个停靠点安装一个行程开关以监视小车是否到达该站点。
该课程的运料小车控制系统利用三菱公司生产的FX系列20点的可编程序控制器运行主要的控制装置，编写软件指令来实现其具体的控制要求，在设计程序部分利用了PLC的辅助继电器来实现控制具有互锁的功能，在工作台上的工人通过请示按钮达到实现控制小车的运行方向。
该控制系统用于柔性制造系统中物料小车的自动控制、自动化仓库中物件存取小车的自动控制等，该控制系统价格低廉，体积小，能够安全可靠的进行生产，而且效率高，灵活性强，能够很好的适应变化和纠正错误，运行速度快，易管理。
关键词：
半自动化、可编程序控制器、辅助继电器、PLC技术
Automaticcontrolsystemoftransportingthematerialhandling
ABSTRACT
InChina,amaterialconveyingsystemofsemi-automaticcontroloftheprospect,hasbeenwidelyusedintheassemblyworkshopformanycompanies.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,constantlyupdatedtechnology,makestheindustrialproductiontendstobehalfautomation,automation,unmannedfactoryinthedirectionofdevelopment,includingtheuseofPLCtechnologyhasbecomeoneofthemainstreamautomationtechnology.
ThecurriculumdesignofPLCcontrolsystem,materialhandling,controlprocesswhichbelongstothebidirectionalcontrol,inordertoshowthematerialtransportsystem,amaterialtransporttrolleytosimulatethetransportvehicleintheactualapplicationofthedesign,materialtransporttrolleyisdrivenbyathree-phaseasynchronousmotor,themotoristransferred,therightcarline,motorreversal,thecarleftline,aberthineachoftheinstallationofatripswitchtomonitorwhetherthecararrivedatthesite.Thecoursematerialtransporttrolleycontrol
systemusingMitsubishiCoproductionoftheFXseriesof20programmablecontrolleroperationcontroldevice,thepreparationofsoftwareinstructionstoachievetheirspecificcontrolrequirementsinthedesignprocess,partoftheauxiliaryrelayPLCtorealizecontrolwiththeinterlockingfunctions,onthebenchworkerforthebuttontoachievecontrolofthecarthroughtherunningdirection.
Thecontrolsystemforautomaticcontrol,automaticwarehousematerialflexiblemanufacturingsysteminthecarinthecar'sautomaticcontrolaccesstoobjects,thecontrolsystemlowprice,smallsize,cansecureproduction,andhighefficiency,flexibility,canbeverygoodtoadapttochangeandcorrectthemistakes,fastoperation,easymanagement.
Keywords:
halfautomation,programmablecontroller,auxiliaryrelay,PLCTechnology
第一章PLC的结构、工作原理及系统控制......................................................6
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第四章三相异步电动机的基本工作原理和运行特性....................................................16
4.1异步电动机结构......................................................................................16
4.2异步电动机用途......................................................................................18
4.3基本工作原理..........................................................................................18
4.4三相异步电动机的工作特性..................................................................19
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第一章．PLC的结构、工作原理及系统控制
1.1PLC的结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。
根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。
整体式结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。
这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，但灵活性较低。
基本结构如图1-1所示。
图1-1整体式结构
图1-2模块式结构
模块式（又称组合式）结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。
模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认，其特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的PLC，但同时价格也较高。
基本结构框图如图1-2所示。
1.2PLC的工作原理
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）。
扫描过程如图1-3所示。
图1-3循环扫描
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。
在执行阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。
从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。
在输出阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部没备传送输出信号，开始控制外部设备。
第二章．1PLC的编辑语言
2.1PLC梯形图
梯形图语言是在继电器控制电路图的基础上发展而来的。
最大的优点就是直观易懂，使用简单方便。
对来自电气方面的用语，通过梯形图很容易就能掌握，同时它也是PLC的主要编程语言。
例如，一个简单PLC控制系统，当常开按钮SBFl动作时，水泵开启，当常闭按钮SBSl动作时，水泵停止运行。
用继电器控制和用PLC控制的梯形图如图2-1和图2-2所示。
图2-1继电气控制电路
图2-2PLC控制梯形图
2.2助记符语言
助记符语言与汇编语言类似，它使用字符来代表可编程控制器的某种操作，这就要求用户要有一定的计算机编程基础。
用助记符语言编写上一个例子的程序如下：
LDX0
ORY0
ANIX1
OUTY0
2.3PLC控制系统的构成、设计原理及步骤
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（水泵、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如图2-3所示，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。
（6）模拟调试
程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。
（7）现场联机调试
现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。
在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。
（8）整理技术文件
这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O接线原理图、程序清单和使用说明书等。
图2-3设计步骤示意图
2.4PLC的应用领域
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，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。
这特别适合多品种、小批量的生产场合。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类:
（1）开关量逻辑控制
取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
（2）工业过程控制
在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
（3）运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
（4）数据处理
PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
（5）通信及联网
PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。
2.5PLC的特点
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。
第三章．基本控制要求
料车采用半自动化管理，每个装配点都有一名工人，当装配点需料时按下“需料按钮”，料车将会驶往该点，料车在该装配点停留一段时间供该点下料，下料时间到后料车即可响应其他装配点的需料请求，一料车可供各个装配点使用若干次；当某装配点发现料车无料时按下“上料按钮”，料车即驶往该点上料。
3.1运料小车控制的结构及要求
设备工作描述
1.初始状态
系统电源连接后料车自动驶往上料点F上料。
2.上料
料车行驶SQ0，SQ0受压闭合，料车开始装料，装料时间15s,装料时候到则料车请求可用，指示灯HL亮，可以相应A.B,C点的需料请求信号，注意：
料车在SQ0位置上不停，料车驶过一段时间才停止。
3B点下料配制
当B点的需料请求被响应，料撤驶往B点，料车过SQ2,SQ2受压闭合，料车开始下料，下料时间10s.下料时间到请求可用。
指示灯亮，可以响应A点和C点需料请求信号，注意;料车行驶SQ2后行驶一段时间后才停止。
4.A点下料配制
当A点的需料请求被响应，料车驶往A点，料车过SQ1，SQ1受压闭合，料车开始下料，下料时间10S，下料时间到请求可用。
指示灯亮，可以响应B,C点需料请求信号，注意：
料车行驶SQ1后行驶一段时间后才停止。
5.C点下料配制
当C点的需求请求被响应，料车驶往C点。
料车过SQ3，SQ3受压闭合，料车开始下料，下料时间10s,下料时间到请求可用。
指示灯亮，可以响应A,B点需料请求信号，注意：
料车行驶SQ3后行驶一段时间后才停止。
6.A点需料请求
料车可用时，并且没有停止A点，按下SB1,料车从B,C,F点驶往A点
7.B点需料请求点，
料车可用时，并且没有停止B点，按下SB2，料车从A,C,F点驶往B点。
8.C点需料请求
料车可用时，并且没有停止C点，按下SB3，料车从A,B,F点驶往C点。
9.A点上料请求
料车停在A点时，在料车下料的10S内按下SB1，料车从A点驶往F点。
10B点上料请求
料车停在B点时，在料车下料的10S内按下SB2，料车从B点驶往F点。
11。
C点上料请求
料车停在C点时。
在料车下料的10S内按下SB3，料车从C点驶往F点。
12．料车请求可用指示
料车在上料点完成上料，在下料点完成下料后，料车请求可用，指示灯HL亮，上料，下料，下料和行驶中料车请求可用，指示灯灭，。
13．右行
接通交流接触器KM2线圈，控制电机M正转，小车右行
14．左行
接通交流接触器KM2线圈，控制电机M反转，小车左行。
15．料车停止
采用反接制动，反接制动时间为1S。
设备工作过程是：
系统上电后料车自动行驶往上料点F，SQ0受压，料车反接制动停止，15s后上料完成，指示灯HL亮，表示可以请求料车下料。
装载满料的小车，ABC三点都可以请求料车，按下对应点的需料请求按钮料车即驶往该点，以B点为例说明，当HL指示灯亮时，按下SB2按钮料车驶往B点，同时料车请求不可用，指示灯HL灭，SQ2受压后料车反接制动停止在B点开始下料。
10S后下料完成。
指示灯HL可以响应其他点需料请求。
料车响应了装配点的需求请求下完料后仍可响应其它的需料请求，直到料车内的料用完。
例如在B点下料完成后，指示灯HL亮。
此时如果在A点的SB1按下发需求请求，料车将驶向A点，如果C点按下SB3，料车将驶向C点。
当一装配点发现料车无料了，在料车停在该点时，在料车下料的10S内按下上料请求按钮，则料车上料。
以B点为例，当料车停在B，操作员发现料车无料，在10S内按下SB2，料车驶往F点上料，注意每个点的需求请求按钮和上料按钮是同一个按钮。
3.2PLC机型的选择
PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。
从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。
整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。
本课程设计选用FX2n-20MR-001型可编程控制器。
3.3电源的选择
PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。
重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。
如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。
为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。
3.4存储器的选择
由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。
需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。
3.5经济性的考虑
选择PLC时，应考虑性能价格比。
考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。
输入输出点数对价格有直接影响。
每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。
当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。
松下PLC电气是日本松下公司推出的系列，是松下厂家的典型产品。
常见输入继电器用“X”表示、输出用电器用“Y”表示；另外有数字，为该类器件的序号。
根据所需用户输入输出设备及I/O点数，选择型PLC就可满足控制系统的要求。
松下FP0系列PLC优点：
1、超小型尺寸，具有世界上最小的安装面积，宽25X高90X长60毫米,不受安装场所限制。
2、轻松扩展，扩展单元可直接连接到控制单元上、最多可扩展3单元128点，扩展单元可直接连接到,不需任何电缆。
3、实现综合精度±0.8℃的高精度温度控制；
4、最多可达24ch温度控制；
5、扫描时间约1ms的高速运算；
6、输入信号：
24VDC，输出信号：
220VAC、24VDC。
7、从I/O10点到最大I/O128点的选择空间。
8、拥有广泛的应用领域
3.6输入输出的选择
输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。
例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。
对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。
输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。
可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。
考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。
通过对各个输入，输出的工作环境和用途的分析确定各个低压电器的型号为
料车正反转的接触器选型为电磁线圈
料车上料与下料的接触器选型为电磁阀
料车自动停止的开关选型为限位开关。
料车正反转开关选型为按钮
I/O对照表及接线图
输入
输出
名称
代号
PLC输入端子编号
名称
代号
PLC输出端子编号
限位开关
SQ0
X000
左行线圈
KM2
Y
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