畢業(yè)論文自動送料車的PLC控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1、 編號畢業(yè)設計(論文)院（系）名稱專業(yè)名稱學生姓名學號指導教師2012年6月15日摘 要早期運料小車電氣控制系統(tǒng)多為繼電器接觸器組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責操作，將PLC應用到運料小車電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用，PLC運料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，可靠性和可維護性好，易于安裝、維修和改造等優(yōu)點。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，運料小車不斷擴大到各個領(lǐng)域，從手動到自動，逐漸形成了機械化、自動化。 將PLC應用到運料小車電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用。它功能強大，可

2、擴展到多達128I/O點，且能增加特殊功能模塊或擴展板。通信和數(shù)據(jù)連接功能選項使得FX1N在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應用方面非常完美。本課題主要包括：分析被控對象和明確系統(tǒng)控制要求；PLC選型；確定系統(tǒng)的I/O設備的數(shù)量及種類；控制流程設計；控制程序設計。PLC在運料小車控制系統(tǒng)中的應用，已經(jīng)在國內(nèi)外工程、工廠中得到實際應用，具有巨大的經(jīng)濟和社會價值，其智能化和自動化的思路值得以后繼續(xù)深入研究和推廣。關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；運料車；邏輯控制電路；變頻器AbstractEarly haul car electrical control system is mostly composed

3、of a complex system of relay - contactor, this system design cycle length, volume, cost and defects, data processing and communications functions, there must be someone responsible for operating the PLC applicationelectrical control system to haul the car, the automatic control of material transport

4、 trolley, reducing the running costs of the system the PLC haul car electrical control system has a simple connection, control speed, reliability and maintainability, easy to install,maintenance and transformation. With economic development, the material transport trolley expanding to various fields

5、, from manual to automatic, and gradually formed the mechanization and automation.PLC applications to haul the car electrical control system, can haul car automation and control, reducing the running costs of the system. It is powerful, and can be expanded to up to 128I / O points, and can increase

6、the special function module or an expansion board. Communications and data connectivity options makes perfect FX1N important applications in the volume, communication, and special function modules. The main topic: the analysis of the controlled object and a clear system control requirements; the PLC

7、 selection; determine the system's I / O device number and types; process design; control program design.PLC in the transported material in the car control system, has practical applications in the domestic and international engineering, factory, has enormous economic and social value, continue

8、to develop and promote in the ideas worthy of their intelligent and automated.Key words：PLC control system;Haul truck；Logic controls electric circuit； Transducer目 錄第1章 緒 論11.1 課題背景11.2 運料車的發(fā)展現(xiàn)狀2第2章 可編程控制器（PLC）概況42.1 PLC的定義42.2 PLC的發(fā)展42.3 PLC的特點52.4 PLC的基本組成和各部分作用62.5 PLC的應用領(lǐng)域9第3章 總體方案113.1 方案論證113.2

9、 總體設計思想12 功率驅(qū)動電路12 電子控制顯示電路13 工位輸入13 數(shù)據(jù)的移位13 小車的運行14 控制面板的顯示與復位143.3 控制系統(tǒng)設計14 控制系統(tǒng)工作原理14 小車運動分析15 運料小車控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置17 PLC選型17 系統(tǒng)資源分配19第4章 硬件和軟件設計224.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工作原理224.2 PLC輸出的電壓轉(zhuǎn)換電路224.3 運料車的程序設計234.3.1 I/O地址分配表23 PLC硬件電器連接圖24 運料車控制系統(tǒng)流程圖24 控制程序梯形圖25 系統(tǒng)軟件源程序設計274.4 控制系統(tǒng)調(diào)試31 編程軟件31 程序的構(gòu)成32 程序的下載、安裝和調(diào)試3

10、4第5章 結(jié) 論36參考文獻37致 謝39第1章 緒 論1.1 課題背景隨著我國社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活水平日益提高，隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展,控制器的需求量逐年增大。為了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài),緩解日趨緊張的供求關(guān)系,我們研究了多功能天車。新中國成立特別是改革開放以來，我國社會主義現(xiàn)代化建設取得了舉世矚目的偉大成就。同時，必須清醒地看到，我國正處于并將長期處于社會主義初級階段。全面建設小康社會，既面臨難得的歷史機遇，又面臨一系列嚴峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟增長過度依賴能源資源消耗，環(huán)境污染嚴重；經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)發(fā)展滯后；自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè)核心競爭力不強，

11、經(jīng)濟效益有待提高。在擴大勞動就業(yè)、理順分配關(guān)系、提供健康保障和確保國家安全等方面，有諸多困難和問題亟待解決。從國際上看，我國也將長期面臨發(fā)達國家在經(jīng)濟、科技等方面占有優(yōu)勢的巨大壓力。為了抓住機遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要進行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加強社會管理等。與此同時，我們比以往任何時候都更加需要緊緊依靠科技進步和創(chuàng)新，帶動生產(chǎn)力質(zhì)的飛躍，推動經(jīng)濟社會的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。進入21世紀，我國作為一個發(fā)展中大國，加快科學技術(shù)發(fā)展、縮小與發(fā)達國家的差距，還需要較長時期的艱苦努力，同時也有著諸多有利條件。中華民族擁有5000年的文明史，中華文化博大精深、兼容并蓄

12、，更有利于形成獨特的創(chuàng)新文化。只要我們增強民族自信心，貫徹落實科學發(fā)展觀，深入實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，奮起直追、迎頭趕上，經(jīng)過15年乃至更長時間堅韌不拔的艱苦奮斗，就一定能夠創(chuàng)造出無愧于時代的輝煌科技成就?？萍脊ぷ鞯闹笇Х结樖牵鹤灾鲃?chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來。自主創(chuàng)新，就是從增強國家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新。重點跨越，就是堅持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢、關(guān)系國計民生和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點突破，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展，就是從現(xiàn)實的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵、共性技術(shù)，支撐經(jīng)濟社會的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。引領(lǐng)未來，就是著眼長

13、遠，超前部署前沿技術(shù)和基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造新的市場需求，培育新興產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)未來經(jīng)濟社會的發(fā)展。這一方針是我國半個多世紀科技發(fā)展實踐經(jīng)驗的概括總結(jié)，是面向未來、實現(xiàn)中華民族偉大復興的重要抉擇。要把提高自主創(chuàng)新能力擺在全部科技工作的突出位置。在對外開放條件下推進社會主義現(xiàn)代化建設，必須認真學習和充分借鑒人類一切優(yōu)秀文明成果。改革開放20多年來，我國引進了大量技術(shù)和裝備，對提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平、促進經(jīng)濟發(fā)展起到了重要作用。但是，必須清醒地看到，只引進而不注重技術(shù)的消化吸收和再創(chuàng)新，勢必削弱自主研究開發(fā)的能力，拉大與世界先進水平的差距。總之，必須把提高自主創(chuàng)新能力作為國家戰(zhàn)略，貫徹到現(xiàn)代化建設的各個方面，貫徹到

14、各個產(chǎn)業(yè)、行業(yè)和地區(qū)，大幅度提高國家競爭力。我國科學技術(shù)發(fā)展的總體目標是：自主創(chuàng)新能力顯著增強，科技促進經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的能力顯著增強，為全面建設小康社會提供強有力的支撐；基礎(chǔ)科學和前沿技術(shù)研究綜合實力顯著增強，取得一批在世界具有重大影響的科學技術(shù)成果，進入創(chuàng)新型國家行列，為在本世紀中葉成為世界科技強國奠定基礎(chǔ)，形成比較完善的中國特色國家創(chuàng)新體系。企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和深化，使得生產(chǎn)物的輸送成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。運料小車自動控制正是用來實現(xiàn)輸送生產(chǎn)物的控制系統(tǒng)，隨著PLC的發(fā)展，國外生產(chǎn)線上的運輸控制系統(tǒng)非常廣泛的采用該控制系統(tǒng)，而且有些制造廠還開發(fā)研制了出了專用

15、的邏輯處理控制芯片，我國的大部分工控企業(yè)的運料小車自動控制系統(tǒng)都是從國外引進的，成本高，為了滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)流通的需要，讓PLC技術(shù)與自動化技術(shù)相結(jié)合，充分的利用到我國的工控企業(yè)生產(chǎn)線上，讓該系統(tǒng)在各種環(huán)境下都能夠工作，而且成本低，易控制，安全可靠，效率高。1.2 運料車的發(fā)展現(xiàn)狀由于PLC的不斷發(fā)展和革新，使得生產(chǎn)線的運輸控制也將得到不斷的改善和生產(chǎn)率的不斷提高，運料小車控制經(jīng)歷了以下幾個階段：（1）手動控制：在20世紀60年代末70年代初期，便有一些工業(yè)生產(chǎn)采用PLC來實現(xiàn)運料小車的控制，但是由于當時的技術(shù)還不夠成熟，只能夠用手動的方式來控制機器，而且早期運料小車控制系統(tǒng)多為繼電器一接觸器組

16、成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責操作。（2）自動控制：在20世紀80年代，由于計算機的價格下降，這時的大型工控企業(yè)將PLC充分的與計算機相結(jié)合，通過機器人技術(shù)，自動化設備終于實現(xiàn)了PLC在運料小車控制系統(tǒng)在自動方面的應用。（3）全自動控制：現(xiàn)階段，由于PLC技術(shù)的向高性能 高速度、大容量發(fā)展大型PLC大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。將PLC運用到運料小車控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的運行費用。PLC運料小車自動控制系統(tǒng)具有連線簡單控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，維修和改造方

17、便等優(yōu)點。第2章 可編程控制器（PLC）概況2.1 PLC的定義國際電工委員會(International Electrical Committee- IEC),1987年的第三版對PLC作了如下的定義: PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計算和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破鲗嶋H上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(中央處理單元)存儲器(RAM和EPROM),

18、輸入/輸出模塊(簡稱為I/O模塊)、編程器和電源五大部分組成。近年來發(fā)展極為迅速、應用面極廣的工業(yè)控制裝置。它按照成熟而有效的繼電器控制概念和設計思想，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品。2.2 PLC的發(fā)展1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，并公開招標提出十項標準:(1)編程方便，現(xiàn)場可修改程序；(2)維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；(3)可靠性高于繼電器控制裝置；(4)體積小于繼電器控制裝置；(5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；(6)成本可與繼電器控制裝置競爭；(7)輸入可以是交流115V；(8)輸出為交流115V, 2A以上，能直接驅(qū)動電

19、磁閥，接觸器等；(9)在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；(10)用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。1969年，美國數(shù)字公司(DEC)研制出了第一臺可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。這種新型的工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長，很快在美國其它工業(yè)領(lǐng)域推廣使用。隨著集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代PLC產(chǎn)品。2.3 PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關(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。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障

20、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)模的繼電接觸器系統(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。在應用軟件中，應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以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。（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

21、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)變得非常容易。（3）易學易用，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

22、邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設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100mm，重量小于150g，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備。2.4 PLC的基本組成和各部分作用PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式兩類。圖2.1 PLC 的組成框圖整體式PLC是將中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入單元、輸

23、出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機。另外還有獨立的1/0擴展單元與主機配合使用。主機中，CPU是PLC的核心，1/0單元是連接CPU與現(xiàn)場設備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機等外部設備的連接。組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能1/0單元、通信單元等分別做成相應的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴展底板。CPU底板與擴展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過10m.無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進行配置與組合。1、中央處理單元(CPU)：CPU在PLC中的作用類似于人

24、體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務:(1) 接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；(2) 診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤；(3) 用掃描的方式接收輸入信號，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來；(4) PLC進入運行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作；(5) 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端?，F(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種:(1)通用微處理器，如8080, 8088, Z80A, 8085等。通用微處理器的價格便宜，通用性強，還可以借用微機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資

25、源。(2)單片機，如8051等。單片機由于集成度高、體積小、價格低和可擴充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能UO模塊。(3)位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨立于微型機的另一分支。它主要追求運算速度快，它以4位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲器的內(nèi)容，可以改變計算機的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個微處理器，將控制任務劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個微處理器同時進行處理。這種高運算速度與可以適應用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的PLC使用。2、存儲器根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以

26、下3種:(1)系統(tǒng)程序存儲器:和各種計算機一樣，PLC也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器ROM或EPROM.(2)用戶程序存儲器:用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的RAM。由于RAM掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲器的PLC，都有后備電池(鏗電池)保護RAM，以免電源掉電時，丟失用戶程序。當用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程

27、序?qū)懭隕PROM.目前較先進的PLC(如歐姆龍公司的CPMIA型PLC)采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時讀寫，掉電時數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護。(3)工作數(shù)據(jù)存儲器:工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分數(shù)據(jù)存儲在RAM中，以適應隨機存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲PLC的開關(guān)量輸入/輸出和定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標準格式是每一個數(shù)據(jù)占一個字。它存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值，如定時器和計數(shù)器的當前值和設定值。它還用來存放A/0轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字

28、和數(shù)學運算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分數(shù)據(jù)在停電時用后備電池維持其當前值，在停電時可保持數(shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。3、 1/0單元I/0單元也稱為I/0模塊。PLC通過I/0單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行時CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點對應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈

29、被控設備的執(zhí)行元件.4、電源部分PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V, +12V, +24V的直流電源，使PLC能正常工作。電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的CPU，通常電源封裝到機殼內(nèi)部;對于模塊式PLC，有的采用單獨電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個模塊中。5、擴展接口擴展接口用于將擴展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。6、通信接口為了實現(xiàn)“人一機”或“機一機”之間的對話，PLC配有多種通信接口。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機和其他的PLC或計算機相連。當PLC與打

30、印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印;當與監(jiān)視器相連時.可將過程圖像顯示出來;當與其他PLC相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制;當與計算機相連時，可以組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。7、編程器編程器的作用是提供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機編程，也可以脫機編程，具有LCD或CRL圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用PC作為

31、編程器，PLC生產(chǎn)廠家配有相應的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送?，F(xiàn)在很多PLC已不再提供編程器，而是提供微機編程軟件了，并且配有相應的通信連接電纜。2.5 PLC的應用領(lǐng)域PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。目前，P

32、LC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類:(1)開關(guān)量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺設備，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。(2)工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量)，PLC采用相應的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工

33、、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。(3)運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。(4)數(shù)據(jù)處理PLC具有數(shù)學運算(含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。(5)通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信包括PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對

34、某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。第3章 總體方案3.1 方案論證在設計時，我曾用到四個方案，由于數(shù)據(jù)輸入、比較輸出、小車運行及顯示方面的程序在調(diào)試時可以通過，因此，這四個方案都是基于數(shù)據(jù)移位來選擇的。方案一：開始時，考慮的是一般較為習慣的繼電器控制電機和利用限位開關(guān)等實物控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實現(xiàn)我所需要的功能。當時，考慮到經(jīng)濟性和系統(tǒng)更變較為不便。因此，我放棄了該方案。方案二：拋棄了方案1 后，我開始尋求一種軟件更改方便的方法。利用電子線路實現(xiàn)電機正、反轉(zhuǎn)以及定位等。此種方法的設計程序較為難點，結(jié)果把所用到的功能指令都接于主母線

35、上，但在調(diào)試時，則出現(xiàn)了第三，第四個輸入信號錯位的現(xiàn)象。方案三：把該部分的程序改以步進方式執(zhí)行，并使該步進不斷循環(huán)執(zhí)行。但到了調(diào)試運行時，當輸入一個數(shù)據(jù)時，便會使該數(shù)據(jù)連續(xù)執(zhí)行次，在苦思不通后終于決定放棄該方案，而且也由于該方案的步數(shù)較多，所用語句也十分多，所以該方案就算能通過也不是最佳選擇。方案四：接著，我嘗試使用計數(shù)器來移位數(shù)據(jù)，而不使用數(shù)據(jù)寄存器，但用計數(shù)器則存在不能同時輸入兩個相同信號的問題，最后，由于想到這不能符合課題要求，所以，也放棄了該方案。方案五：最后，我綜合上述方案的經(jīng)驗，使用類似于步進的方法，在主母線上分步執(zhí)行。并使用定時器制作脈沖，不斷使移位程序重復執(zhí)行，并設置互鎖，使輸

36、入按鈕按一次只能輸入一個信號，必須放開按鈕后，再按才可再次輸入。改動后，經(jīng)調(diào)試，證明該方案可行，所以我選擇了該方案。3.2 總體設計思想設計本課題時，我計劃采用如下思路：首先，在設計功能這方面全部采用電子設備，通過H型驅(qū)動電路和軟件實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，取代以往的繼電器，同時在定位和控制燈方面也采用電子設備和軟件配合方法實現(xiàn)。其次，各工位的輸入和各個工位的指示都由軟件實現(xiàn)，接著是數(shù)據(jù)的移位，以此來實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的優(yōu)先級別。跟著便是數(shù)據(jù)的比較輸出，接下來便是各個工位的小車工序。最后，便是顯示程序和手動及自動復位程序，以及組態(tài)王軟件的監(jiān)控顯示系統(tǒng)完善，以提高整個系統(tǒng)的可視性和操作性能。3.2.1 功率驅(qū)

37、動電路電機的正反轉(zhuǎn)是同過軟件部分輸出的不同要求時實現(xiàn)，當輸出（Q0.0=1）時，即M1為低電平，電機正轉(zhuǎn)（運動小車實現(xiàn)從左往右的運動）；當輸出（Q0.1=1）時，即M2為低電平，電機獲反向電壓而反轉(zhuǎn)（運動小車實現(xiàn)從右往左的運動）。具體功率驅(qū)動電路電氣原理圖，詳見圖3.1：圖3.1驅(qū)動電路該電氣原理圖的具體工作原理如以下介紹：采用24V直流電壓，通過LM317T進行電壓調(diào)節(jié)后其輸出電壓大致在7V，當軟件輸出（Q0.0=1）即M1為低電平時，芯片CD4011（四2輸入與非門應用電路）的1、2腳都為低電平，其與非門輸出為高電平并輸出到芯片的9腳和H型功率驅(qū)動電路的三極管1和三極管4的基極，此刻M2沒

38、有電平輸出即2號與非門輸出電平也是低電平，這樣3號與非門輸出為高電平驅(qū)動三極管9013，H型功率驅(qū)動電路獲得電壓，電機獲電正傳；當軟件輸出（Q0.1=1）即M2為低電平時，芯片CD4011（四2輸入與非門應用電路）的5、6腳都為低電平，其與非門輸出為高電平并輸出到芯片的8腳和H型功率驅(qū)動電路的三極管2和三極管3的基極，此刻M1沒有電平輸出即1號與非門輸出電平也是低電平，這樣3號與非門輸出為高電平驅(qū)動三極管9013，H型功率驅(qū)動電路獲得電壓，電機獲電反傳。3.2.2 電子控制顯示電路可行性論證 通過該電路和軟件實現(xiàn)了對運動小車的位置控制和位置指示燈控制，具體電路詳見圖3.2具體工作原理如以下介紹

39、：在該電路中發(fā)光二極管D1,D2,D3,D4都一直處于發(fā)光狀態(tài)?，F(xiàn)在以小車運動到S1處為列。當小車運動到S1處時，由于小車車身上攜帶有反光面板反射發(fā)光二極管的光束到光敏三極管上，致使光敏三極管導通。這樣24V電壓經(jīng)270K歐姆和100歐姆的電阻分壓供給三極管T1基極，三極管T1導通。此刻發(fā)光二極管D11發(fā)光，S1獲得低電平信號給軟件部分，軟件運行控制定位燈的發(fā)光時間。圖3.2電子控制顯示電路3.2.3 工位輸入工位的輸入不再是通過限位開關(guān)來實現(xiàn)，而是利用運料小車自身攜帶的反光面板進行光束反射后使光敏三極管通斷來實現(xiàn)。4個工位S1,S2,S3,S4分別通過輸入過程映像寄存器的0字節(jié)1、2、3、4

40、位（即I0.1,I0.2,I0.3,I0.4）來進行檢測輸入信號。3.2.4 數(shù)據(jù)的移位數(shù)據(jù)移位是利用移位寄存器SHRB進行移位，當進行第一次掃描后便移入一個高電平，并且通過Q0.0來實現(xiàn)小車在哪個循環(huán)階段以及哪個工位進行正傳和反轉(zhuǎn)。3.2.5 小車的運行這一步是把小車的程序分為3個部分，分別對應每一種運行狀態(tài)（正傳、反轉(zhuǎn)和中途方向改變），當比較輸出時得出與哪個數(shù)字相等，則有選擇性地執(zhí)行某個小車程序。3.2.6 控制面板的顯示與復位該步是利用發(fā)光二極管通電狀態(tài)來進行控制，以PLC的輸入過程映像寄存器的0字節(jié)1、2、3、4位（即I0.1,I0.2,I0.3,I0.4）對4個工位S1,S2,S3,

41、S4位置分別進行檢測輸入信號，還利用輸出過程映像寄存器的0字節(jié)2、3、4位對定位控制的發(fā)光二極管進行控制顯示。通過軟件對電機正、反轉(zhuǎn)和復位進行控制。3.3 控制系統(tǒng)設計3.3.1 控制系統(tǒng)工作原理1、運料車的工作流程某自動生產(chǎn)線上運料小車的運動如圖3.3所示，運料小車由一臺三相異步電動機拖動，電機正轉(zhuǎn)，小車向右行，電機反轉(zhuǎn)，小車向左行。在生產(chǎn)線上有5個編碼為15的站點供小車停靠，在每個?？空景惭b一個行程開關(guān)以監(jiān)測小車是否到達該站點。對小車的控制除了啟動按鈕和停止按鈕之外，還設有5個呼叫按鈕開關(guān)（HJ1- HJ5）分別與5個?？空军c相對應。1號站2號站3號站4號站5號站運料小車自動化生產(chǎn)線圖3.

42、3運料小車示意圖2、設備控制要求運料小車在自動化生產(chǎn)線上運動的控制要求如下：（1）按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作；（2）當小車當前所處停靠站的編碼小于呼叫按扭HJ的編碼時，小車向右運行運行到按鈕HJ所對應的?？空緯r停止；（3）當小車當前所處停靠站的編碼大于呼叫按扭HJ的編碼時，小車向左運行，運行到按鈕HJ所對應的?？空緯r停止；（4）當小車當前所處?？空镜木幋a等于呼叫按扭HJ的編碼時，小車保持不動；呼叫按鈕開關(guān)HJ1-HJ5應具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。3.3.2 小車運動分析小車在呼叫按鈕之間的運動如圖3.4所示，圖3.4小車在呼叫按鈕之間的運動根據(jù)生產(chǎn)工藝要求設計出小

43、車在運料過程中的速度變化情況如圖3.5所示圖3.5小車在兩呼叫按鈕之間運料過程中速度變化情況根據(jù)料車運料過程中速度曲線圖"確定變頻器的頻率變化情況如圖3.6所示，圖3.6變頻器的頻率變化情況根據(jù)系統(tǒng)控制要求，分析出如下系統(tǒng)控制流程圖，開始按動啟動按鈕?？空揪幋a呼叫按鈕編碼到達呼叫按鈕對應的停靠站到達呼叫按鈕對應的?？空拘≤囉倚行≤囎笮型？空揪幋a呼叫按鈕編碼小車停止小車停止按動啟動按鈕結(jié)束是是是是否是否否是否否圖3.7控制系統(tǒng)流程圖3.3.3 運料小車控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置1、 控制系統(tǒng)圖（a）啟動按鈕停止按鈕5個呼叫按鈕5個行程開關(guān)三菱 P L C三相異步電動機變頻器（b）圖

44、3.8運料小車控制系統(tǒng)圖2、 PLC框架配置圖運料小車控制采用三菱的FX2N系列整體式PLC。PLC框架配置如圖3.9所示。CPU模塊FX2N-24MR-001圖3.9 PLC框架配置圖3.3.4 PLC選型1、選型分析在工程中主要根據(jù)工藝要求、控制對象、用戶需要等方面選擇合適的PLC，以獲得最佳的性能價格比。就一個控制系統(tǒng)而言，PLC的選型原則和考慮因素如下:(1)PLC一般用于開關(guān)量控制為主兼有模擬量控制的系統(tǒng)，尤其適合于動作頻繁、邏輯關(guān)系復雜、程序多變的系統(tǒng)。應用于這樣的系統(tǒng)，將會最大限度發(fā)揮技術(shù)經(jīng)濟效果。(2)是否與計算機連接，是否要求構(gòu)成網(wǎng)絡信息系統(tǒng)，以及對遠程站的設置要求。是否需要

45、中斷輸入、雙機熱備、位置控制、高速計數(shù)器等特殊模塊和智能模塊。(3)開關(guān)量I/O點數(shù)、模擬量1/0路數(shù)、電壓等級及輸出功率、內(nèi)存容量。1/0點數(shù)直接關(guān)系到PLC輸入/輸出模塊的選擇，I/0點數(shù)一般要考慮1件一2既的余量，特別是開關(guān)量輸入更應考慮多些余量;合適的電壓等級可提高PLC的抗干擾能力:主機用戶內(nèi)存容量的大小對設備費的影響不大，故建議內(nèi)存容量可選大一些。(4)其他考慮因素選擇PLC還要對其外型、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、設置條件、價格、技術(shù)服務、應用業(yè)績等多項指標綜合分析比較，然后才能確定理想的PLC產(chǎn)品。2、系統(tǒng)安裝無遠程功能的PLC用在單機或控制范圍不大的系統(tǒng)，有遠程功能的PLC則用于大范圍的

46、控制系統(tǒng)。遠程系統(tǒng)中，本地站一般設在集中控制室，遠程站一般設在低壓配電室或儀表室，這樣可使PLC的外部接線最短。PLC忌安裝在高溫、結(jié)凝、特別是有振動沖擊的場所。3、輸入/輸出模塊的選擇模塊電源:在選擇交流1/0模塊時，宜采用隔離變壓器為其供電，這樣可防止外部電路故障沖擊模塊。電源線采用雙絞線，絞距1ZcM。隔離變壓器的容量按PLC電源組件容量的1.5一2倍選擇。直流模塊的外接電源，其波紋值應滿足模塊要求;若是模擬量直流模塊，尚需用穩(wěn)壓電源。電壓等級:在選擇I角模塊時，電壓等級是一個比較重要的參數(shù)，它要根據(jù)現(xiàn)場設備與模塊之間的距離來選。當外部線路較長時，可選用AC220V模塊;當外線短且控制相

47、對集中時可選擇優(yōu)24V模塊。輸出電路:PLC的模塊輸出方式一般有3種:晶體管輸出、繼電器輸出、雙向可控硅輸出。確定負載類型根據(jù)PLC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或晶閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行很重要。每個輸出點、每組輸出點、每個輸出模塊的負載電源不得超過額定電流。其中繼電器輸出模塊的負載電流以不能太接近額定電流，當接近額定電流時，最好先帶動一個小型中繼，再通過中繼擴展輸出模塊的輸出容量。采用雙向可控硅輸出模塊，其負載電流必須大于雙向可控硅的維持電流，否則應在負載上

48、并聯(lián)電阻。對于動作頻繁、電感性或功率因素低的負載，不宜選用繼電器輸出模塊，而應該采用晶體管輸出模塊。如果PLC輸出帶感性負載，負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。當頻率為10次/min以下時，既可采用繼電器輸出方式;也可采用PLC輸出驅(qū)動中間繼電器或者固態(tài)繼電器(SSR)，再驅(qū)動負載;對于兩個重要輸出量不僅在PLC內(nèi)部互鎖，建議在PLC外部也進行硬件上的互鎖，以加強PLC系統(tǒng)運行的安全性、可靠性。輸入電路:PLC輸入電路電源一般應采用DC24V，這對系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關(guān)重要，同時

49、其帶負載(接近開關(guān)等)時要注意容量，同時作好防短路措施(因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行)，建議該電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜熔絲，防止短路，以直流輸入模板為例。4、開關(guān)量I/0點的節(jié)省和模擬量1/0模塊的代用相同控制作用且每個接點在編程中僅使用一次的若干個輸入接點，可在外部電路進行串、并聯(lián)后作為一個輸入點處理，編程時用常開編程接點。如某個設備的多個故障信號接點可在外部電路串聯(lián)后接在一個輸入點上，而不必占用多個輸入點。相同控制邏輯的輸出，如集中聯(lián)鎖控制系統(tǒng)發(fā)往各現(xiàn)場的啟動預告信號，可只用一個輸出點，再用接線端子擴展至各現(xiàn)場設備。5、抗干擾措施由于產(chǎn)生

50、干擾的因素是復雜而多樣的，因此采取的抗干擾措施要根據(jù)情況而定。PLC供電電源一般為AC85一240V，適應電源范圍較寬，但為了抗干擾，應加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1:l隔離變壓器等);隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級線圈屏蔽層與初級電氣中性點接大地，次級線圈屏蔽層接PLC輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。設置一個PLC信號專用接地裝置。該裝置不能和防雷接地裝置、電器設備接地裝置有金屬連接。接地電阻可參見使用說明書，一般小于100。即可。接地線進入PLC控制柜中的信號接地端子排。當出現(xiàn)干擾時將PLC的接線端子與信號接地端子排連。3.3.5 系統(tǒng)資源分配1、I O地址分配

51、由于CPU模塊有14點數(shù)字量輸入，10點數(shù)字量輸出，所以不再需要輸入輸出模塊。采用IO自動分配方式，模塊上的輸入端子對應的輸入地址是X000X015，輸出端子對應的輸出地址是Y000Y011。2、 數(shù)字量輸入部分這個控制系統(tǒng)的輸入有啟動按鈕開關(guān)、停止按鈕開關(guān)、5個呼叫按鈕開關(guān)、5個行程開關(guān)共12點輸入。具體的輸入分配如表3-1所示。表3-1輸入地址分配輸入地址對應的外部設備X000啟動按鈕開關(guān)X001停止按鈕開關(guān)X0021號站呼叫按鈕開關(guān)X0032號站呼叫按鈕開關(guān)X0043號站呼叫按鈕開關(guān)X0054號站呼叫按鈕開關(guān)X0065號站呼叫按鈕開關(guān)X0071號站行程開關(guān)X0102號站行程開關(guān)X0113

52、號站行程開關(guān)X0124號站行程開關(guān)X0135號站行程開關(guān)3、 數(shù)字量輸出部分這個控制系統(tǒng)需要控制的外部設備只有控制小車運動的三相電動機。但是電機有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)，分別對應正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器，所以輸出點有2個。具體的輸出分配表如表3-2所示。表3-2 輸出地址分配輸出地址對應外部設備Y000電機反轉(zhuǎn)繼電器Y001電機正轉(zhuǎn)繼電器4、 內(nèi)部繼電器部分內(nèi)部繼電器地址分配如表3-3所示。表3-3內(nèi)部繼電器地址分配內(nèi)部繼電器地址功能說明M0小車運行停止M11號站呼叫M2號站呼叫M3號站呼叫M4號站呼叫M5號站呼叫M6小車所在站編號呼叫編號M7小車所在站編號呼叫編號M8小車所在站編號呼叫編號第4章

53、硬件和軟件設計4.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工作原理 運料小車是工業(yè)逗料的主要設備之一。廣泛應用于自動生產(chǎn)線 冶金、有色盒屬、煤礦、港口、碼頭等行業(yè)，各工序之間的物品常用有軌小車來轉(zhuǎn)運。小車通常采用電動機驅(qū)動，電動機正轉(zhuǎn)小車前進，電動機反轉(zhuǎn)小車后退。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工作原理圖如圖4.1，包括帶導軌的運行工作臺，DC24V電機，行程開關(guān)，起停按鈕，可編程控制器，DC24V繼電器，DC12V直流電源等。圖2-1是一個運料小車工作示意圖，每個工作臺設有一個到位開關(guān)(SQ)和一個呼 叫按鈕(SB)。系統(tǒng)的設計要求為：（1）按下啟動按鈕,系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作；（2）當小車當前所處?？空镜木幋a小于呼叫按鈕的編碼時，小車向右運行，運行到呼叫按鈕所對應的?？空緯r停止；（3）當小車當前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕的編碼時，小車向左行，運行到呼叫按鈕HJ所對應的停靠站時停止；（4）當小車當前所處?？空镜木幋a等于呼叫按鈕的編碼時，小車保持不動；（5）呼叫按鈕開關(guān)應具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。圖4.1運料車的結(jié)構(gòu)工作原理圖4.2 PLC輸出的電壓轉(zhuǎn)換電路圖4.2中采用2個DC24V繼電器和1個12V直流電源來實現(xiàn)直流電機的正反轉(zhuǎn)，2