-自動送料裝車系統(tǒng)PLC控制設(shè)計

1、* 畢 業(yè) 論 文題目 自動送料裝車系統(tǒng)PLC控制設(shè)計姓 名 高乾順學(xué)號7系（ 院）班級 13機電一體化指導(dǎo)教師 陳秀珍職稱2015年 7月 10日目 錄序 章 摘要- 1 -第1章前 言- 3 -第2章 控制系統(tǒng)介紹和控制過程要求- 4 -2.1 控制系統(tǒng)在送料小車中的作用與地位- 4 -2.2 控制系統(tǒng)介紹- 4 -第3章 送料小車系統(tǒng)方案的選擇- 6 -3.1 可編程控制器 PLC的優(yōu)點- 6 -3.2 小車送料系統(tǒng)方案的選擇- 6 -第4章 基于PLC的送料小車接線圖及梯形圖- 8 -4.1 送料小車PLC的 I/O分配表- 8 -4.2PLC端子接線圖- 8 -4.3 梯形圖分段設(shè)計

2、- 10 -4.4 程序運行原理說明調(diào)試與完善- 14 -4.5 系統(tǒng)總梯形圖設(shè)計- 15 -4.6 小車程序設(shè)計- 20 -第5章 總結(jié)- 22 -第6章 致謝- 25 -第7章 附 錄摘要對早期的PLC，凡是有繼電器的地方，都可采用。而對當(dāng)今的PLC幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC。尤其是近幾年來，PLC的成本下降，功能又不段增強，所以，目前PLC在國內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。本設(shè)計是為了實現(xiàn)送料小車的手動和自動化的轉(zhuǎn)化，改變以往小車的單純手動送料，減少了勞動力，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)！而且本送料小車的設(shè)計是由于工作環(huán)境惡劣，不允許人進入工作環(huán)境的情況下孕育而成

3、的。本文從第一章送料小車的系統(tǒng)方案的確定為切入點，介紹了為什么選用PLC控制小車；第二章介紹了送料小車的應(yīng)達到的控制要求；第三章根據(jù)控制要求進行了小車系統(tǒng)的具體設(shè)計，包括端子接線圖、梯形圖(分段設(shè)計說明和系統(tǒng)總梯形圖)和程序指令設(shè)計；最后得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：PLC，送料小車，控制，程序設(shè)計第1章 前言隨著社會迅速的發(fā)展，各機械產(chǎn)品層出不窮?？刂葡到y(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)很成熟，應(yīng)用范圍涉及各個領(lǐng)域，例如：機械、汽車制造、化工、交通、軍事、民用等。PLC專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計，其顯著的特點之一就是可靠性高，抗干擾能力強。PLC的應(yīng)用不但大大地提高了電氣控制系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，而且大大地簡化和減少了維修維

4、護的工作量。PLC以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、控制程序可變、體積小、質(zhì)量輕、功能強和價格低廉等特點 ，在機械制造、冶金等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。送料小車控制系統(tǒng)采用了PLC控制。從送料小車的工藝流程來看，其控制系統(tǒng)屬于自動控制與手動控制相結(jié)合的系統(tǒng)，因此，此送料小車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計具有手動和自動兩種工作方式。我在程序設(shè)計上采用了模塊化的設(shè)計方法，這樣就省去了工作方式程序之間復(fù)雜的聯(lián)鎖關(guān)系，從而在設(shè)計和修改任何一種工作方式的程序時，不會對其它工作方式的程序造成影響，使得程序的設(shè)計、修改和故障查找工作大為簡化。在設(shè)計該PLC送料小車設(shè)計程序的同時總結(jié)了以往PLC送料小車設(shè)計程序的

5、一般方法、步驟，并且把以前學(xué)過的基礎(chǔ)課程融匯到本次設(shè)計當(dāng)中來，更加深入的了解了更多的PLC知識。第2章 控制系統(tǒng)介紹和控制過程要求2.1 控制系統(tǒng)在送料小車中的作用與地位在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高勞動生產(chǎn)率，降低成本，減輕工人的勞動負擔(dān)，要求整個工藝生產(chǎn)過程全盤自動化，這就離不開控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是整個生產(chǎn)線的靈魂，對整個生產(chǎn)線起著指揮的作用。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，輕者影響生產(chǎn)線的繼續(xù)進行，重者甚至發(fā)生人身安全事故，這樣將給企業(yè)造成重大損失。送料小車是基于PLC控制系統(tǒng)來設(shè)計的，控制系統(tǒng)的每一步動作都直接作用于送料小車的運行，因此，送料小車性能的好壞與控制系統(tǒng)性能的好壞有著直接的關(guān)系。送料小

6、車能否正常運行、工作效率的高低都與控制系統(tǒng)密不可分。2.2 控制系統(tǒng)介紹圖2-1 送料小車本控制系統(tǒng)只要是用于控制送料小車的自動送料。它既能減輕人的勞動強度又能自動準(zhǔn)確到達人不能達到或很難到達的預(yù)定位置。如圖2-1，推車機可以沿軌道上下移動，到達預(yù)定位置。推車機上是一個小型泵站，通過控制電磁閥換向，使兩油缸伸出、縮回，頂出送料小車，再由各個倉位控制要料。用PLC對送料小車實現(xiàn)控制，其具體要求如下：(1)送料小車1動作要求：送料小車負責(zé)向四個料倉送料，送料路上從左向右共有4個料倉（位置開關(guān)SQ1，SQ2，SQ3，SQ4）分別受PLC的檢測，當(dāng)信號狀態(tài)為1是，說明運料小車到達該位置。小車行走受兩個

7、信號的驅(qū)動，驅(qū)動小車左行，驅(qū)動小車右行。料倉要料由4個手動按鈕（SB1，SB2，SB3，SB4）發(fā)出(對應(yīng)于PLC為I0.4，I0.5，I0.6，I0.7)按鈕發(fā)出信號其相應(yīng)指示燈就亮（HL1-HL4），指示燈受PLC的控制。送料小車2動作要求：送料小車負責(zé)向四個料倉送料，送料路上從左向右共有4個料倉（位置開關(guān)SQ11，SQ12，SQ13，SQ14）分別受PLC的檢測，當(dāng)信號狀態(tài)為1是，說明運料小車到達該位置。小車行走受兩個信號的驅(qū)動，驅(qū)動小車左行，驅(qū)動小車右行。料倉要料由4個手動按鈕（SB11，SB12，SB13，SB14）發(fā)出(對應(yīng)于PLC為I1.4，I1.5，I1.6，I1.7)按鈕發(fā)出

8、信號其相應(yīng)指示燈就亮（HL11-HL14），指示燈受PLC的控制。(2)運料小車行走條件：運料小車右行條件：小車在1，2，3號倉位，4號倉要料；小車在1，2號倉位，3號倉要料；小車在1號倉位，2號倉要料。運料小車左行條件：小車在4，3，2，0號倉位，1號倉要料；小車在4，3，0號倉位，2號倉要料；小車在4，0號倉位，3號倉要料；小車在0位，4號倉位要料。運料小車停止條件：要料倉位與小車的車位相同時，應(yīng)該是小車的停止條件。運料小車的互鎖條件：小車右行時不允許左行啟動，同樣小車左行時也不允許右行啟動。第3章 送料小車系統(tǒng)方案的選擇3.1 可編程控制器 PLC的優(yōu)點可編程控制器PLC對用戶來說，是一

9、種無觸點設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的推廣應(yīng)用?？删幊炭刂破魇敲嫦蛴脩舻膶Ｓ霉I(yè)控制計算機，具有許多明顯的特點。1. 可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如西門子公司生產(chǎn)的S7系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大

10、降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)

11、變得非常容易。3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。4. 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量

12、的生產(chǎn)場合。5.體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100 mm，重量小于150 g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小，很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。3.2 小車送料系統(tǒng)方案的選擇實現(xiàn)小車送料系統(tǒng)控制有很多方法來實現(xiàn)，可以用單片機、可編程控制器PLC等元器件來實現(xiàn)。但在單片機控制系統(tǒng)電路中需要加入A/D，D/A轉(zhuǎn)換器，線路復(fù)雜，還要分配大量的中斷口地址。而且單片機控制電路易受外界環(huán)境的干擾，也具有不穩(wěn)定性。另外控制程序需要具有一定編程能力的人才能編譯出，在維修時也需要高技術(shù)的人員才能修復(fù)，所以在此也不易用單片機來實現(xiàn)。而從上述第一節(jié)對PLC的特點了解

13、可知，PLC具有很多優(yōu)點，因此我們歸納出：可編程控制器PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間都在30萬小時以上；安裝，操作和維護也較容易；編程簡單，PLC的基本指令不多，編程器使用比較方便，程序設(shè)計和產(chǎn)品調(diào)試周期短，具有很好的經(jīng)濟效益。此外PLC內(nèi)部定時、計數(shù)資源豐富，可以方便地實現(xiàn)對送料小車的控制。因此，最終我選擇了用可編程控制器PLC來實現(xiàn)送料小車系統(tǒng)的控制，完成本次的設(shè)計題目。第4章 基于PLC的送料小車接線圖及梯形圖4.1 送料小車PLC的 I/O分配表輸入點分配輸出點分配輸入接點輸入開關(guān)名稱輸出接口驅(qū)動設(shè)備小車1行程開關(guān)(SQ1-SQ4)小車1要料指示燈(HL1-HL4)小車1

14、控制按鈕(SB1-SB4)小車1左右行線圈小車2行程開關(guān)(SQ11-SQ14)油缸1伸出縮回線圈小車2控制按鈕(SB11-SB14)小車2要料指示燈(HL11-HL14)推車機行程開關(guān)(SQ5-SQ10)小車2左右行線圈I2.起動，停止按鈕(SB5，SB6)油缸2伸出縮回線圈手動，連續(xù)轉(zhuǎn)換開關(guān)(SA6，SA7)推車機上下行線圈推車機上下，左右轉(zhuǎn)換開關(guān) (SA1，SA2)油缸單動聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)(SA3-SA5)4-1 I/O分配表根據(jù)控制要求，PLC控制送料小車的輸入輸出(I0)地址編排如下表所示，其中SB5為啟動開關(guān)，為SB6停止開關(guān)，SA6、SA7為手動連續(xù)選擇開關(guān)，SA1、SA2為上下、左右

15、轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA3、SA4、SA5為油缸單動聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)。Q0.0-Q0.3和Q1.0-Q1.3控制8個要料指示燈，Q0.4-Q0.5和Q1.4-Q1.5控制小車1、2左行右行，Q0.6-Q0.7和Q1.6-Q1.7。如表4-1所示：4.2PLC端子接線圖PLC型號的選擇：由于該系統(tǒng)是在原來CPU226的基礎(chǔ)上改進的設(shè)備，而現(xiàn)在共用了31個輸入，用直流24V；18個輸出，用交流電220V，所以我選擇用S7-200系列CPU226，加一個EM223的擴展模塊。CPU226的主要的技術(shù)參數(shù)：輸入24VDC，24點；輸出220VAC，16點；電源電壓為AC100240V 50/60Hz。EM223的主

16、要技術(shù)參數(shù)：輸入24VDC，8點；輸出220VAC，8點；電源電壓為AC100240V 50/60Hz。如圖4-1所示：圖4-1 端子接線圖4.3 梯形圖分段設(shè)計本次設(shè)計的自動送料小車梯形圖，是分開來畫的。由總程序結(jié)構(gòu)圖、自動操作程序圖、手動操作程序圖、小車1左右自動送料運行程序圖、小車2左右自動送料運行程序圖組成。圖4-2 總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1）程序的總結(jié)構(gòu)圖如圖4-2所示：因為在手動操作方式下，各種動作都是用按鈕控制來實現(xiàn)的，其程序可獨立于自動操作程序而另行設(shè)計。因此，總程序可分為兩段獨立的部分：手動操作程序和自動操作程序。當(dāng)選擇手動操作時，則輸入點I3.0接通，其常閉觸點斷開，執(zhí)行手動程序，

17、并由于I3.1的常閉觸點為閉合，則跳過自動程序。若選擇自動操作方式，將跳過手動程序段而執(zhí)行自動程序。（2）自動程序設(shè)計，自動操作控制主要是由行程開關(guān)來控制推車機的上行、下行，兩缸的伸出、縮回。通過行程開關(guān)的上限、下限、左限、右限準(zhǔn)確的控制推車機到達預(yù)定位置。自動程序時，手動自動轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到連續(xù)檔SA7，按下啟動按鈕SB6，推車機上行，碰到上位行車開關(guān)SQ6，上行停止；同時兩個油缸動作，推動兩小車向左移動，小車1、2碰到左位行程開關(guān)SQ10、SQ5，說明兩小車到位，這時各個倉位可向小車要料；而且兩油缸縮回，碰到行程右位開關(guān)SQ8、SQ9停止收縮，推車機下行到行程開關(guān)位SQ7時停止。如圖4-3所示

18、：圖4-3 自動操作程序圖（3）手動操作程序的設(shè)計，手動操作控制簡單，可按照一般繼電器控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計法來設(shè)計。手動程序時，手動自動轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到手動檔SA6，上下、左右轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到上/下行檔時，按啟動按鈕SB5推車機上行，按停止按鈕SB6推車機下行；上下、左右轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到左/右檔時，撥動單動聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3（缸1動作），按啟動按鈕SB5，缸1伸出推動小車1左行；按停止按鈕SB6，缸1縮回；撥動轉(zhuǎn)換開關(guān)到SA5（缸2動作），按啟動按鈕SB5，缸2伸出推動小車2左行，按停止按鈕SB6，缸2縮回；撥動單動聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)到SA4（兩缸同時動作）按啟動按鈕SB5，兩缸伸出推動兩小車左行；按停止按鈕SB

19、6，兩缸縮回。如圖4-4所示：圖4-4 手動操作程序圖（4）小車1自動送料運行程序，把小車1送到指定位置后，四個倉位就可以向小車要料了，分別代表小車1的1號料倉到4號料倉的要料狀態(tài)，運料小車1當(dāng)前所處位置由，運料小車1的右行，左行，停止控制由、。小車到位后，用上微分操作（P）來清除料倉要料狀態(tài)信號及控制小車停車。（上微分操作的注意事項，上微分脈沖只存在在一個掃描周期，接受這一脈沖控制的元件應(yīng)寫在這一脈沖出現(xiàn)的語句之后）。小車1自動送料圖如下圖4-5所示：圖4-5 小車1左右自動送料運行程序圖（5）小車2自動送料運行程序，把小車2送到指定位置后，四個倉位就可以向小車要料了，分別代表小車2的1號料

20、倉到4號料倉的要料狀態(tài)。運料小車2當(dāng)前所處位置由I1.0-I1.3，運料小車2的右行，左行，停止控制由Q1.4、Q1.5。小車到位后，用上微分操作（P）來清除料倉要料狀態(tài)信號及控制小車停車。小車2自動送料圖4-6所示：圖4-6 小車2左右自動送料運行程序圖4.4 程序運行原理說明調(diào)試與完善本程序是用梯形圖所寫的。在運行前，先選擇工作方式，手動/自動。選擇手動SA6時，把上/下、左/右轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到上/下檔SA1，按下SB5起動點動按鈕，推車機上行，按下SB6停止點動按鈕，推車機下行；把上/下、左/右轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到左/右檔SA2，再選擇小車的單動、聯(lián)動控制，小車1單動時把單動/聯(lián)動轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到

21、單動檔SA3，兩小車聯(lián)動時旋轉(zhuǎn)到聯(lián)動檔SA4，小車2單動時旋轉(zhuǎn)到單動檔SA5，這時按下起動按鈕SB5，油缸推動小車左行，按下停止按鈕SB6，油缸縮回。選擇自動SA7時，按下起動按鈕SB5，推車機開始上行，碰到上限行程開關(guān)SQ6時停車，兩缸自動推出小車，小車碰到左限行程開關(guān)SQ5、SQ10時，說明小車到位，各個倉位可以向小車要料，這時兩缸自動縮回，碰到右限行程開關(guān)SQ8、SQ9時，推車機自動下行，下行到位后（碰到SQ7）停車。只有再次按下起動按鈕SB5，才能再次運行。手動程序中設(shè)置了聯(lián)鎖和保護電路。如推車機的上行、下行常閉觸點的聯(lián)鎖，推車機上下行行程有行程開關(guān)SQ6、SQ7控制保護。自動程序是根

22、據(jù)推車機的位置、油缸的位置來控制電路執(zhí)行下一條指令的。油缸把小車推到位后，小車處于準(zhǔn)備送料的初始位置，這時1-4號倉位都可以向小車要料。本設(shè)計中要料時刻不同時，先要料者優(yōu)先，但是要料時刻相同時，卻不知道小車向哪個倉位送料，需要改進。4.5 系統(tǒng)總梯形圖設(shè)計由以上，我們畫出送料小車系統(tǒng)的總梯形圖，其中包括推車機的手動控制程序、自動控制程序、送料小車1控制程序、送料小車2控制程序。如下圖4-7所示：圖4-7送料小車梯形圖（a）圖4-7 送料小車梯形圖（b）圖4-7 送料小車梯形圖（c）圖4-7 送料小車梯形圖（d）4.6 小車程序設(shè)計由系統(tǒng)總梯形圖，我們寫出送料小車的程序指令，如下表4-2所示：表

23、4-2 送料小車程序指令表LDNAJMP0ALDANLPS=ALDANO=ANLPP=ALDANO=ALDA=ANLD=OLDAOAAAAANAN=LDLBL0OLDNANJMP1=LDLDOOANANOANAN=ANLDANO=ANLDANANANO=ANLDANOANAN=LBL1LDLDOANANANANANANS1=S1LDLDOANANAN=ANLDS1OS1ANLDANANANAN=ANLDS1S1ALDOLDANANANSANLDS1OS1OLDOAALDLDAOOLDOLDAAOLDOLDLDLDOAAOLDOLDEULDR6AR4OLDLDANOS1OLDAANLDANOAN

24、AS1OLDS1LDLDANLDANOANOS1AS1LDLDOANAANOLDANLDS1AS1OLDLDANANS1ANLDANOS1OS1OLDAALDLDOAOOLDALDOLDALDOLDOLDAAOLDEULDR6AR4OLDANS1第5章 總 結(jié)在做這個設(shè)計中，我學(xué)會了很多以前沒學(xué)過的知識，也鞏固了很多以前沒學(xué)好的知識，使我的專業(yè)理論知識更加扎實，軟件操作更加熟練了。做完這個設(shè)計后，我得出幾個結(jié)論如下：一、送料小車在硬件設(shè)計中，加入了擴展模塊，可以在觸點不夠的情況下方便地實現(xiàn)該小車的系統(tǒng)控制；然后軟件設(shè)計中，運用了上微分指令，簡化了程序，還運用了互鎖和聯(lián)鎖，確保了系統(tǒng)的正常運行，減少了系統(tǒng)的故障點。在送料小車的系統(tǒng)中加入了手動操作程序，便于設(shè)備的維修，方便操作人員操作。二、該小車系統(tǒng)在實施的情況下，其成本價格比較高。三、該小車控制系統(tǒng)的研究方向：由于本小車系統(tǒng)并