倉(cāng)庫(kù)運(yùn)料小車的PLC控制自動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程邏輯控制器技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域，可編程邏輯控制器以其高可靠性和操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，已經(jīng)形成了一種工業(yè)趨勢(shì)。目前，在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，有些生產(chǎn)機(jī)械的工作臺(tái)需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)，并且有的還要求在某些位置有一定的時(shí)間停留，以滿足生產(chǎn)工藝要求。用PLC程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制，不僅具有程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易、方便、可靠性高等特點(diǎn)，而且程序設(shè)計(jì)方法多樣，便于不同層次設(shè)計(jì)人員的理解和掌握。本文以西門子公司的S7-200系列PLC為例，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)料小車控制系統(tǒng)。本次課程設(shè)計(jì)中通過各倉(cāng)庫(kù)行程開關(guān)的通斷情況判斷小車當(dāng)前位置，以便了解

2、呼叫位置和小車當(dāng)前位置的相對(duì)情況，從而控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，達(dá)到了對(duì)運(yùn)料小車自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)要求關(guān)鍵詞：S7-200；運(yùn)料小車；電動(dòng)機(jī)；行程開關(guān)目 錄第1章 緒論1第2章 課程設(shè)計(jì)的方案2 概述2 方案設(shè)計(jì)2第3章 硬件設(shè)計(jì)3 系統(tǒng)功能及I/O點(diǎn)配置33.2 模塊選型33.3 模塊連接5第4章 軟件設(shè)計(jì)7 程序設(shè)計(jì)流程7 程序設(shè)計(jì)內(nèi)容8第5章 系統(tǒng)測(cè)試與分析9第6章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄12第1章 緒論由于單片機(jī)、PLC等控制器的不斷發(fā)展和革新，使得生產(chǎn)線的運(yùn)輸控制也將得到不斷的改善和生產(chǎn)率的不斷提高，運(yùn)料小車控制經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：手動(dòng)控制：在20世紀(jì)60年代末70年代初期

3、，便有一些工業(yè)生產(chǎn)采用單片機(jī)、PLC等控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車的控制，但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)還不夠成熟，只能夠用手動(dòng)的方式來(lái)控制機(jī)器，而且早期運(yùn)料小車控制系統(tǒng)多為繼電器一接觸器組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、成本高等缺陷，幾乎無(wú)數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負(fù)責(zé)操作。自動(dòng)控制：在20世紀(jì)80年代，由于計(jì)算機(jī)的價(jià)格下降，這時(shí)的大型工控企業(yè)將單片機(jī)、PLC充分的與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，通過機(jī)器人技術(shù)，自動(dòng)化設(shè)備終于實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)、PLC在運(yùn)料小車控制系統(tǒng)在自動(dòng)方面的應(yīng)用。全自動(dòng)控制：現(xiàn)階段由于單片機(jī)、PLC技術(shù)的向高性能 高速度、大容量發(fā)展大型單片機(jī)、PLC等大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速

4、度和大容量方向發(fā)展。將單片機(jī)、PLC運(yùn)用到運(yùn)料小車控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車的全自動(dòng)控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)，用同時(shí)系統(tǒng)具有連線簡(jiǎn)單控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和深化，使得生產(chǎn)物的輸送成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。運(yùn)料小車自動(dòng)控制正是用來(lái)實(shí)現(xiàn)輸送生產(chǎn)物的控制系統(tǒng)，本文用可編程邏輯控制器（PLC）來(lái)做控制器設(shè)計(jì)運(yùn)料小車自動(dòng)控制系統(tǒng)，讓PLC技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，具有連線簡(jiǎn)單控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，維修和改造方便，降低使生產(chǎn)成本，易控制，安全可靠，效率高等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)料小車模型如圖1.1所示。圖1.1 運(yùn)料小車圖第2章 課

5、程設(shè)計(jì)的方案2.1 概述本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)料小車控制系統(tǒng)，并在實(shí)踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“PLC”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握運(yùn)料小車設(shè)計(jì)的基本方法。系統(tǒng)功能介紹: 系統(tǒng)有10各倉(cāng)庫(kù)，每個(gè)倉(cāng)庫(kù)有一個(gè)指示燈，燈亮允許呼叫小車，燈滅呼叫無(wú)效；呼叫位置小于小車當(dāng)前位置時(shí)，小車后退。呼叫位置大于小車當(dāng)前位置時(shí)小車前進(jìn)；當(dāng)小車當(dāng)前位置與呼叫位置重合，小車停止，并在30分鐘內(nèi)任何呼叫無(wú)效，30分鐘后允許呼叫。2.2 方案設(shè)計(jì)在自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)料小車控制系統(tǒng)中以PLC為核心，通過各種輸入端接收各種輸入信號(hào)，處理后經(jīng)輸出端輸出控制信號(hào)，通過

6、控制器里的繼電器等電器開關(guān)的開通與閉合來(lái)控制運(yùn)料小車的左行、右行和停止。本次設(shè)計(jì)選用西門子公司的S7-200系列PLC，SIMATIC S7-200系列PLC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系列的功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。S7-200系列具有極高的性價(jià)比，可靠性，指令集豐富，易于掌握，操作便捷，內(nèi)置集成功能豐富，具有實(shí)時(shí)特性，通訊能力強(qiáng)，擴(kuò)展模塊。小車前進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)小車停止PLC小車后退電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)圖2.1 控制方案流程圖在圖2.1中，可以看到，本次設(shè)計(jì)的核心思想是：通過PLC控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)和后退，并在一定條件下停止運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)庫(kù)對(duì)小

7、車的自動(dòng)控制，滿足了工業(yè)生產(chǎn)的要求。第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)功能及I/O點(diǎn)配置1. PLC系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)開關(guān)量進(jìn)行采集，通過程序控制和相應(yīng)的算法CPU模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，再將結(jié)果經(jīng)輸出模塊輸出到線圈或者繼電器，整個(gè)過程周期性循環(huán)進(jìn)行。2.根據(jù)本課程設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，對(duì)系統(tǒng)I/O點(diǎn)進(jìn)行分配，具體分配情況見表3.1。表3.1 數(shù)字量輸入信號(hào)分配表倉(cāng)庫(kù)1指示燈啟動(dòng)按鈕倉(cāng)庫(kù)2指示燈啟動(dòng)按鈕倉(cāng)庫(kù)3倉(cāng)庫(kù)10指示燈啟動(dòng)按鈕倉(cāng)庫(kù)1行程開關(guān)倉(cāng)庫(kù)2行程開關(guān)倉(cāng)庫(kù)3倉(cāng)庫(kù)10行程開關(guān)倉(cāng)庫(kù)1呼叫按鈕倉(cāng)庫(kù)2呼叫按鈕倉(cāng)庫(kù)3倉(cāng)庫(kù)10呼叫按鈕電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕倉(cāng)庫(kù)1指示燈倉(cāng)庫(kù)2指示燈倉(cāng)庫(kù)3倉(cāng)庫(kù)10指示燈電動(dòng)機(jī)KM1線圈

8、電動(dòng)機(jī)KM2線圈3.2 模塊選型1. CPU模塊分類CPU22*系列PLC主機(jī)模塊按照I/O點(diǎn)數(shù)多少不同和效能不同而有五種不同結(jié)構(gòu)配置的品種，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226，下面分別加以介紹。.CPU221：本機(jī)集成6輸入/4輸出，無(wú)擴(kuò)展能力，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量較小，有一定的高速計(jì)數(shù)能力和通信功能，非常適合于少點(diǎn)數(shù)的或者特定的控制系統(tǒng)使用。.CPU222：本機(jī)集成8輸入/6輸出，和CPU221相比，它最多可擴(kuò)展2個(gè)模塊，因此是應(yīng)用更廣泛的全功能控制器。.CPU224：本機(jī)集成14輸入/10輸出，和前兩者相比，程序存儲(chǔ)器擴(kuò)大了一倍，數(shù)字存儲(chǔ)器擴(kuò)大了四倍

9、，它做多可以有7個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)能力，是使用最多的S7-200產(chǎn)品。.CPU224XP：這是最新推出的一種使用機(jī)型，其大部分功能和CPU224相同，但和CPU224相比，它的程序存儲(chǔ)器容量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量都增加了不少，處理高速計(jì)數(shù)的能力也有提高；其最大的區(qū)別是在主機(jī)上增加了2輸入/1輸出的模擬量單元和一個(gè)通信口，非常適合在有少量模擬量的信號(hào)的系統(tǒng)中使用，在有復(fù)雜通信要求的場(chǎng)合也非常適用。.CPU226：本機(jī)集成24輸入/16輸出，I/O總點(diǎn)數(shù)共40點(diǎn)，和CPU224相比，程序存儲(chǔ)器擴(kuò)大了一倍，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量增加了10KB，它具有2個(gè)通信口，通信能力大大增強(qiáng)，它可

10、用于點(diǎn)數(shù)較多的小型或中型控制系統(tǒng)。S7-200系列PLC的主機(jī)提供一定數(shù)量的數(shù)字量I/O和模擬量I/O，但在I/O點(diǎn)數(shù)不夠的情況下，就需要對(duì)I/O口進(jìn)行擴(kuò)展，S7-200PLC提供了6種I/O擴(kuò)展模塊，如下所示。.EM221:輸入擴(kuò)展模塊，共有三種產(chǎn)品，即8點(diǎn)和16點(diǎn)DC、8點(diǎn)AC。.EM222: 輸出擴(kuò)展模塊，共有5種產(chǎn)品，即8點(diǎn)DC和4點(diǎn)DC（5A）、8點(diǎn)AC、8點(diǎn)繼電器和4點(diǎn)繼電器（10A）。.EM223：輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊，共有6種產(chǎn)品，其中DC輸入/DC輸出的有三種，DC輸入/繼電器輸出的有三種，它們對(duì)應(yīng)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分別為4點(diǎn)、8點(diǎn)、16點(diǎn)。.EM231：模擬量輸入擴(kuò)展模塊，

11、共有三種產(chǎn)品，4AI、2路熱電阻輸入和4路熱電偶輸入。.EM232：模擬量輸出擴(kuò)展模塊，只有一種2路模擬量輸出擴(kuò)展模塊。.EM235: 模擬量輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊，只有一種4路AI/1路AO（占兩路輸出地址）的產(chǎn)品。根據(jù)自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)料小車的設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)需要40點(diǎn)數(shù)字量輸入，16點(diǎn)數(shù)字量輸出。所以需要選擇的模塊為：CPU224一個(gè)、EM221模塊1個(gè)、EM223模塊1個(gè)?？傸c(diǎn)數(shù)為：數(shù)字量輸入46點(diǎn)、數(shù)字量輸出26點(diǎn)，既滿足了設(shè)計(jì)的點(diǎn)數(shù)要求，又降低了模塊成本，性價(jià)比頗佳。3.3 模塊連接EM221DC24V16DIEM223DC24V16DI/DOCPU224DC24V 圖3.1 模塊連接方

12、式本設(shè)計(jì)中的PLC控制單元由圖3.1各基本個(gè)模塊組成，通過與外部設(shè)備連接，構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。PLC與外設(shè)連接示意圖如圖3.2所示。KM1KM2圖3.2 PLC與外設(shè)連接圖 I2.4 LM指示燈本設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容之一是設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制邏輯，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)決定運(yùn)料小車的前進(jìn)和后退，因此合理的設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)邏輯是一項(xiàng)必要并且非常重要的任務(wù)，本文設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的思想是把三相異步電動(dòng)機(jī)的三相中的任意兩相調(diào)換，電機(jī)即可又正轉(zhuǎn)變成反轉(zhuǎn)，為了保證兩個(gè)接觸器不能同時(shí)得電，提高可靠性，還要加入互鎖電路，集合以上要求，電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電氣原理圖如圖3.3所示。圖3.5 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電氣原理圖第4章 軟

13、件設(shè)計(jì)4.1 程序設(shè)計(jì)流程本次設(shè)計(jì)采用的程序設(shè)計(jì)方法是簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)法，簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)法適合初學(xué)者使用，設(shè)計(jì)思路邏輯清晰，便于理解。設(shè)計(jì)的思路流程如圖4.1所示。起 始呼叫允許？呼叫位置小車當(dāng)前位置0=00小車前進(jìn)小車后退小車停止30分鐘YN圖4.1 程序設(shè)計(jì)流程圖4.2 程序設(shè)計(jì)內(nèi)容 由于本次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)10個(gè)倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)料小車自動(dòng)控制系統(tǒng),系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)較多,程序設(shè)計(jì)較為復(fù)雜繁瑣,故只節(jié)選兩個(gè)自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)料小車控制,作為典型控制系統(tǒng),既具有代表性,又節(jié)約空間和讀者的查閱時(shí)間。具體的梯形圖見附錄。第5章 系統(tǒng)測(cè)試與分析經(jīng)過了以上的設(shè)計(jì)后，接下來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試與分析，通過這個(gè)環(huán)節(jié)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否正確，并調(diào)試

14、，最終完成整個(gè)課程設(shè)計(jì)。具體的測(cè)試過程如下所示：1打開STEP7-MicroWIN軟件，進(jìn)行通信測(cè)試，確定PLC地址。2. 將編制好的梯形圖程序經(jīng)檢查無(wú)誤后下載到PLC中，此時(shí)PLC置于STOP模式。3. 點(diǎn)擊監(jiān)控，并將PLC設(shè)置成RUN模式。4. 撥動(dòng)倉(cāng)庫(kù)指示燈啟動(dòng)按鈕，再按下相應(yīng)的呼叫按鈕，觀察燈是否亮。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備原因，本次課程設(shè)計(jì)只能采用小燈模擬自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)料小車的部分功能，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)效果如圖5.1所示。 圖5.1 現(xiàn)場(chǎng)硬件連接及效果圖經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本次設(shè)計(jì)的效果和控制任務(wù)基本一致，達(dá)到了自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)料小車的控制要求，基本完成了設(shè)計(jì)目標(biāo)。第6章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)運(yùn)料小車的PLC控制系統(tǒng)，使運(yùn)料小車具有自動(dòng)啟停、裝卸料的功能。設(shè)計(jì)中我采用了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)法，使得設(shè)計(jì)的程序不但簡(jiǎn)單易懂且清晰直觀。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的綜合素質(zhì)。整個(gè)設(shè)計(jì)的過程，同時(shí)也是專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程，而且是更生動(dòng)、更切實(shí)、更深