PLC運(yùn)料小車自動(dòng)控制設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、目錄目錄 引言 .I 1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.1 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).2 2.1 PLC 機(jī)型的選擇 .2 2.2 PLC 容量估算 .3 2.3 系統(tǒng) I/O 地址的分配.3 2.4 安全回路設(shè)計(jì).4 2.5 計(jì)算機(jī)和 PLC 的鏈接通信.5 運(yùn)料小車 PLC 控制的軟件設(shè)計(jì) .5 3.1 STEP7-MICRO/WIN 編程軟件 .6 3.2 運(yùn)料小車控制梯形圖設(shè)計(jì) .7 3.3 運(yùn)料小車控制語句表設(shè)計(jì) .9 3.4 運(yùn)料小車 PLC 控制設(shè)計(jì)說明 .11 4 PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì).11 4.1 抗電源干擾的措施.12 4.2 控制系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì) .12 4.3 防 I/O

2、干擾的措施 .13 5 PLC 控制系統(tǒng)的調(diào)試.13 6 小結(jié).14 7 參考文獻(xiàn).14 引言引言 運(yùn)料小車自動(dòng)控制 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，運(yùn)料小車不斷擴(kuò)大到各個(gè)領(lǐng)域，從手動(dòng)到自動(dòng)，逐 漸形成了機(jī)械化，自動(dòng)化。將 PLC 應(yīng)用到運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn) 運(yùn)料小車的自動(dòng)化控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。它功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展到 128I/O 點(diǎn)。且能增加特殊功能模塊或擴(kuò)展板。在運(yùn)料小車控制系統(tǒng) 中的應(yīng)用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。本文以控制技術(shù)為核心， 采用 SIEMENS 公司的 S7-200 系列的 PLC，論述了運(yùn)料小車控制的軟硬件設(shè) 計(jì)方案及其控制原理，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)料小車自動(dòng)控制。 1 1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要

3、求設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 （1）設(shè)計(jì)任務(wù) 某自動(dòng)生產(chǎn)線上運(yùn)料小車的運(yùn)動(dòng)如圖 1.1 所示： 自動(dòng)化生產(chǎn)線 運(yùn)料小車運(yùn)料小車 1 號(hào)站2 號(hào)站4 號(hào)站3 號(hào)站5 號(hào)站 圖 1.1 運(yùn)料小車示意圖 運(yùn)料小車由一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車向右行，電機(jī) 反轉(zhuǎn)，小向左行。電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)圖如圖 1.2 所示： 在生產(chǎn)線上有 5 個(gè)編號(hào)為 l5 的站點(diǎn)供小車?？?，在每一個(gè)停靠站安 裝一個(gè)行程開關(guān)以監(jiān)測(cè)小車是否到達(dá)該站點(diǎn)。對(duì)小車的控制除了啟動(dòng)按鈕 和停止按鈕之外，還設(shè)有 5 個(gè)呼叫按鈕開關(guān)(SB1SB5）分別與 5 個(gè)停靠站 點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。 圖 1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)主電路圖 （2）設(shè)計(jì)要求 1）按下啟動(dòng)按

4、鈕,系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； 2）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a小于呼叫按鈕 SB 的編碼時(shí)，小車向 右運(yùn)行，運(yùn)行到呼叫按鈕 SB 所對(duì)應(yīng)的?？空緯r(shí)停止； 3）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a大于呼叫按鈕 SB 的編碼時(shí)，小車向 左行，運(yùn)行到呼叫按鈕 SB 所對(duì)應(yīng)的?？空緯r(shí)停止； 4）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a等于呼叫按鈕 SB 的編碼時(shí)，小車保 持不動(dòng)； 5）呼叫按鈕開關(guān) SB1SB5 應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 6）設(shè)計(jì) PLC 硬件電器連接圖。 7）設(shè)計(jì) PLC 控制程序(梯形圖或指令程序)。 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)型的選擇 PLC 機(jī)型的選擇應(yīng)是在

5、滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方 便以及最佳的性能價(jià)格比。S7-200 系列 PLC 是西門子公司推出的一種小型 PLC。S7-200 系列 PLC 在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能適用范圍從 替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到復(fù)雜的自動(dòng)化控制。它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng) 合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200 系列 PLC CUP 模塊外部結(jié)構(gòu)， 如圖.所示。 圖 2.1S7-200 系列 PLCCUP 模塊外部結(jié)構(gòu) 2.2 容量估算 PLC 的容量指 I/O 點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量?jī)煞矫娴暮x。在選擇 PLC 型號(hào)時(shí)不應(yīng)盲目追求過高的性能指標(biāo)，但是在 I/O 點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量方

6、面除了要滿足控制系統(tǒng)要求外，還應(yīng)留有余量，以做備用或系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)使 用。 2.3 系統(tǒng)地址的分配 S7-200 系列 PLC 地址分配原則有兩點(diǎn)： ）數(shù)字量和模擬量分別編址，數(shù)字量輸入地址冠以字母“I” ，數(shù)字 量輸出地址冠以字母“Q” ，輸出/輸入字節(jié)可以重號(hào)。模擬量輸入地址冠以 字母“AI” ，模擬量輸出地址冠以字母“AQ” ，輸出/輸入字可以重號(hào)。 ）是數(shù)字量模塊的編址是以字節(jié)為單位。 本次小車運(yùn)料 plc 控制設(shè)計(jì)，I/Q 分布表，如表一。 表一 小車運(yùn)料 I/Q 地址分配表 輸入輸出 啟動(dòng) I0.0 左移 Q0.0 1 號(hào)站 I0.1 右移 Q0.1 2 號(hào)站 I0.2 停止 Q0.2

7、 3 號(hào)站 I0.3 4 號(hào)站 I0.4 5 號(hào)站 I0.5 SB1I1.1 SB2I1.2 SB3I1.3 SB4I1.4 SB5I1.5 停止 I0.7 2.4 安全回路設(shè)計(jì) 安全回路是保護(hù)負(fù)載或控制對(duì)象以及防止操作錯(cuò)誤或控制失敗而進(jìn)行 連鎖控制的回路。在直接控制負(fù)載的同時(shí)，安全保護(hù)回路還給 PLC 輸入信 號(hào)，以便于 PLC 進(jìn)行保護(hù)處理。安全回路一般考慮以下幾個(gè)方面。 1）短路保護(hù) 2）互鎖與聯(lián)鎖措施 3）失壓保護(hù)與緊急停車措施 4）極限保護(hù) 2.5 計(jì)算機(jī)和 PLC 的鏈接通信 連接 S7-200 CPU 可以用 PC/PPI 電纜建立個(gè)人計(jì)算機(jī)與 PLC 之間的通 信連接，如圖 2

8、.2 所示。 圖 2.2 PC/PPI 電纜建立個(gè)人計(jì)算機(jī)與 PLC 之間的通信連接 運(yùn)料小車控制的軟件設(shè)計(jì)運(yùn)料小車控制的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。要設(shè)計(jì)好 PLC 的應(yīng)用軟件，必 須充分了解被控對(duì)象的生產(chǎn)工藝、技術(shù)特性、控制要求等。通過 PLC 的應(yīng) 用軟件完成系統(tǒng)的各項(xiàng)控制功能。 S7-200 系列 PLC 的編程語言非常豐富，有 LAD（梯形圖） 、STL（語句 表） 、FBD（功能塊圖/邏輯功能圖） 、順序功能圖（SFC）等，用戶可以選擇 一種語言編程，如果需要，也可混合使用幾種語言編程。 3.1 STEP7-Micro/WIN 編程軟件 STEP7-Micro

9、/WIN 是專為 S7-200 PLC 設(shè)計(jì)的編程和配置軟件，是 SIEMENS 公司 S7-200 系列 PLC 用戶不可缺少的開發(fā)工具。STEP7-Micro/WIN 的使用基于 windows 操作系統(tǒng)。STEP7-Micro/WIN 編程軟件的窗口如圖 3.1 所示。 圖 3.1 STEP7-Micro/WIN 編程軟件的窗口 STEP7-Micro/WIN 的使用步驟： （1）創(chuàng)建程序 （2）下載程序 （3）運(yùn)行程序 （4）監(jiān)控程序狀態(tài) 3.2 運(yùn)料小車控制梯形圖設(shè)計(jì) 由表一及設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，在 STEP7-Micro/WIN 做運(yùn)料小車 PLC 控制梯形 圖，如圖 3.2 所示。

10、圖 3.2 運(yùn)料小車 PLC 控制梯形圖 3.3 運(yùn)料小車控制語句表設(shè)計(jì) 由圖 3.2 運(yùn)料小車 PLC 控制梯形圖，可寫出運(yùn)料小車控制語句表，如圖 3.3 所示。 圖 3.3 運(yùn)料小車控制語句表 3.4 運(yùn)料小車 PLC 控制設(shè)計(jì)說明 網(wǎng)絡(luò) 1：按下啟動(dòng)（I0.0）按鈕,系統(tǒng)開始工作。 網(wǎng)絡(luò) 2：按下停止(I0.1)按鈕，系統(tǒng)停止工作。 網(wǎng)絡(luò) 3：小車停車位置編碼。用傳送指令將一號(hào)站（I0.1）編碼為 0、二號(hào) 站（I0.2）編碼為 1、三號(hào)站（I0.3）編碼為 2、四號(hào)站（I0.4） 編碼為 3、五號(hào)站（I0.5）編碼為 4。 網(wǎng)絡(luò) 4：呼叫按鈕編碼，即按下呼叫按鈕，當(dāng)前按鈕被編碼。用傳送

11、指令 將呼叫按鈕 SB1(I1.1)編碼為 0、呼叫按鈕 SB2(I1.2)編碼為 1、呼 叫按鈕 SB3(I1.3)編碼為 2、呼叫按鈕 SB4(I1.4)編碼為 3、呼叫 按 SB5(I1.5)編碼為 4。 網(wǎng)絡(luò) 5：呼叫優(yōu)先，呼叫按鈕開關(guān) SB1SB5 應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu) 先。 網(wǎng)絡(luò) 6：當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a大于呼叫按鈕 SB 的編碼時(shí)，小車向 左行，運(yùn)行到呼叫按鈕 SB 所對(duì)應(yīng)的停靠站時(shí)停止。 網(wǎng)絡(luò) 7：當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a小于呼叫按鈕 SB 的編碼時(shí)，小車向 右運(yùn)行，運(yùn)行到呼叫按鈕 SB 所對(duì)應(yīng)的?？空緯r(shí)停止。 網(wǎng)絡(luò) 8：當(dāng)小車當(dāng)前所處停靠站的編碼等于呼叫按鈕 S

12、B 的編碼時(shí)，小車保 持不動(dòng)。 4 4 PLCPLC 控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì) 盡管 PLC 是專為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)，有較強(qiáng)的抗干擾能力，但是如 果環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈或 PLC 的安裝和使用方法不當(dāng)，還是 有可能給 PLC 控制系統(tǒng)的安全和可靠性帶來隱患。因此，在 PLC 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)中，還需要注意系統(tǒng)的抗干擾性設(shè)計(jì)。 4.1 抗電源干擾的措施 （1）采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾 （2） 硬件濾波措施 在干擾較強(qiáng)或可靠性要求較高的場(chǎng)合，應(yīng)該使用帶 屏蔽層的隔離變壓器對(duì) PLC 系統(tǒng)供電。還可以。在隔離變壓器一次側(cè)串接 濾波器，如圖 4.1 所示。

13、（3）正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)。 圖 4.1 濾波器和隔離變壓器同時(shí)使用 4.2 控制系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì) 良好的接地是保證 PLC 可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電 壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干 擾。完善的接地系統(tǒng)是 PLC 控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。接地系 統(tǒng)的接地方式一般可分為 3 種方式：串聯(lián)式單點(diǎn)接地、并聯(lián)式單點(diǎn)接地、 多分支單點(diǎn)接地即第 3 種接地方式。PLC 采用第 3 種接地方式即單獨(dú)接地。 PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。 4.3 防 I/O 干擾的措施 由信號(hào)引入干擾會(huì)引起 I/O 信號(hào)工作異常和

14、測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重 時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾， 引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)作或死機(jī)?？刹扇∫韵?措施以減小 I/O 干擾對(duì) PLC 系統(tǒng)的影響。 5 5 PLCPLC 控制系統(tǒng)的調(diào)試控制系統(tǒng)的調(diào)試 統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)在正式投入使用之前的必經(jīng)步驟。與繼電器控制系統(tǒng)不 同，PLC 控制系統(tǒng)既有硬件部分的調(diào)試還有軟件的調(diào)試，與繼電器控制系統(tǒng) 相比，PLC 控制系統(tǒng)的硬件調(diào)試要相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是 PLC 程序的編制和調(diào)試。 一般可按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：應(yīng)用程序的編制和離線調(diào)試、控制系統(tǒng)硬件 檢查、應(yīng)用程序在線調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、總結(jié)整理相關(guān)資料、系統(tǒng)正式投入 使用。 6 6 小結(jié)小結(jié) 在本次設(shè)計(jì)中，雖然遇到了很多難題，但也收獲了很多，這次實(shí)踐充 分將平時(shí)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，在理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn) 一步穩(wěn)固和提高自己理論知識(shí)結(jié)構(gòu)，通過將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際中去，在 實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，提高分析和解決問題能力。目前 我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的轉(zhuǎn)型期并且隨著科技的不斷發(fā)展，未來工廠的生產(chǎn) 過程必定會(huì)越來越智能化。小車送料是一種物料傳輸設(shè)備，因其高效、連 續(xù)、快速的特性，被廣泛的應(yīng)用于礦業(yè)、化工、機(jī)械、電力、建材、輕工 業(yè)以及港口碼頭等重要的工業(yè)領(lǐng)域。也正因?yàn)閭魉蛶У膽?yīng)用十分的廣泛， 對(duì)傳送帶的制造和自動(dòng)化改進(jìn)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)