基于PLC的自动运料小车设计

目录一、绪论 .11.1.选题意义 .11.2.运料小车发展历史及现状 .11.3.课题的意义及应用 .2二、PLC 应用 .42.1 PLC的定义、硬件结构、工作原理以及系统设计 .42.1.1 PLC的定义 .42.1.2 PLC的硬件结构 .42.1.3 PLC的工作原理 .52.1.4PLC的系统设计 .62.2系统的资源分配 .82.2.1系统的 I/O资源分配 .82.3系统 PLC的具体设计 .92.3.1系统顺序流程图 .102.3.2系统梯形图 .102.3.3系统的语句表（STL） .12三、运料小车的硬件设计 .163.1小车运行示意图 .163.2系统工作原理分析及要求 .163.3小车运行分析 .163.4运料小车硬件介绍 .18四、工作总结 .204.1设计总结 .204.11 小车的优缺点分析 .204.1.2设计的改进及推广 .20参考文献 .230基于 PLC的自动运料小车设计摘要PLC（Programmable controller）是可编程序控制器的简称，定义为“一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计” 。是为了满足人们对控制装的提出的经济、可靠、通用、易变、易修而应运而生的。故而在 PLC 被设计出制造出来之后，得到了非常广泛的应用。并且由于应用领域的及用途不断扩大，PLC 自身也在这种情势发展迅猛。致使 PLC 在制作成本持续下降的前提下，保持着提高集成度、缩小体积、加大自身容量、提升运行速度、方便使用和综合性能加强的发展趋势。当前由于 PLC 具有的价格低廉、可靠性高、适用性强、使用简单灵活、维护和修改方便等优点，在世界范围内的各个行业领域得到了广泛的应用。由于国内制造业的迅猛发展，传统的人工运输生产材料方式已成为提高生产力的桎梏，而本设计中将运料小车这一重要生产工具由手动变为自动化，在大大的提高生产效率的同时，还解放了劳动力、保障了生产安全、降低了生产对于环境的要求，并在一定程度上提高了生产自动化的程度。本设计以 PLC 的历史和运料小车的现状为切入点，详细讲述了用 PLC 来控制运料小车的系统相对于其他的自动生产系统目前所具有的优势及良好前景。并为该系统提出了一系列严谨细致且切实可行的设计。关键词:PLC（可编程控制器） ，三相异步电机，自动运料小车1Automatic Haul Car Design Based on PLC AbstractPLC (Programmable controller) is referred to as programmable logic controllers , defined as “ an electronic digital computing operating system , designed for industrial environment applications and design .“ In order to meet peoples economic control equipment proposed , reliable , universal , variable , easy to repair and came into being . Therefore , after the PLC is designed manufactured , has been very widely used. And because applications and uses expanding , PLC itself is also such a situation is developing rapidly. PLC causing production costs continued to decline in the premise , to maintain a higher integration and reduce the size and increase their capacity to enhance the speed, ease of use and enhanced overall performance trends . PLC has a current due to low prices , high reliability, applicability, easy to use and flexible, and easy to maintain and modify , in various industry sectors worldwide has been widely used.Due to the rapid development of domestic manufacturing, transportation and production materials traditional manual methods to increase productivity has become shackles , and the design will haul the car this important production tool manually into automation , greatly improving production efficiency at the same time, also liberated workforce to ensure production safety and reduce the production requirements of the environment , and to some extent, improve the degree of production automation .The design of the history and current situation of PLC haul the car as a starting point , a detailed account of the haul with a PLC to control the car s system compared to other automated production system is currently the advantages and good prospects. And made a series of rigorous and meticulous and practical design for the system .Keywords： PLC ( Programmable Logic Controller ), three-phase asynchronous motor , car auto transporter0一、绪论1.1.选题意义制造业在现代社会经济生活中占着极其重要的地位，它的发展主导着经济发展的前景方向。我国作为世界工厂，以前因为劳动力廉价，大部分情况下送料都是采用人力手工运送，缺乏安全有效的保护措施，使得运料过程有着“劳动强度大，效率低下，安全事故频发”等特点。随着已进入高速发展期的计算机科技、信息科技以及市场经济的快速发展创新，制造业市场的竞争在国内国外也变得日益激烈，依靠单纯的人工运料这一传统的运料方式已不能满足日益繁重生产要求。此时由于 PLC 控制技术的发展，运料过程的自动化也在慢慢的发展中。运料过程自动化程度的提高极大地提高了生产的效率和稳定性，并保证了员工的人身安全，降低了生产成本。而自动运料小车在这一过程中始终占着关键的地位，小车专用于粒料、粉料、片状料、带状料等生产物料的运输，是制造业生产中不可或缺的设备之一。1.2.运料小车发展历史及现状自从第一台 PLC 被设计出来到现在，PLC 几经更新换代，在性能和技术方面取得了长足的发展与完善。而运料小车的控制系统也随之经历了手动控制、自动控制全自动控制的三个本质性发展阶段。当前我们国内的大部分企业基本上都在用下面所说的几种运料方式：（1）机械手加若干穿梭小车式：自动冲压生产线基本上都是采用这种系统，该系统的基本结构为自动上料、取料机械手和穿梭小车。当前在冲压车间工作的各种各样的自动化运料系统都是由不同商家以上述结构和原理为基础的情况下设计和制造的。它所具有的优点是可适用于大多数企业，而缺点是装置比较繁杂、运送步骤多、耗时长以及操作不够简便。 （2）送料机利用机械手进行送料：在这个自动系统中机械手是以小车的形式存在，由钢绳将滑块和小车连接在一起，利用滑块向上向下进行垂直运动产生的拉力，使得小车在水平方向上平行的来回运动。并借此完成运料和小车复位。这种系统在提高生产效率的前提下，也最大限度的保证了生产人员自身的安全。该系统所具有的的优点是可以进行连1续生产，而缺点则是由于整个生产过程都需要机械手完成，使得机械手的数量过大，造成该系统发生机械故障的概率也大大增加。 （3）新型的多级连线自动搬运物料系统：这种自动系统的动力部分通过驱动四台 2500KN 压力机来提供的，它在达到国外发达国家所生产的生产线相同送料精度和生产效率的情况下，生产线所需要绝大部分零件都已可以在国内自己研发生产。相较于国外生产线，我们在控制生产成本这一块上具有较大的优势。该系统具有的优点是可靠性高，步进电机控制使得系统精度高、布距均匀、功耗低和所需电压低。 （4）汽缸传动：这一生产系统因为生产效率以及送料准确性相对于上述各个系统而言都比较低，已经满足不了现代化较高的生产要求，被市场淘汰已是它的最终命运。综上所述可知，以 PLC 为核心控制系统的运料小车在安全保障、系统稳定、抗干扰能力、生产效率、生产成本和对生产环境的适应上有着其他自动运料系统都难以比拟的优势。1.3.课题的意义及应用自中国加入 WTO 以来，国内一些大型企业为了适应经济全球化和贸易国际化的时代趋势，提高在国际市场上的竞争力，已经逐渐发现送料环节在生产过程中的重要性，并且逐步的提高了该过程自动化程度。但我们仍然应该清醒的认识到国内许多乡镇企业私营企业，由于受到资金及管理方面的限制，依旧在采用着人工运料的传统方式，并且这一过程缺乏必要的保护措施。延续着“高成本、低效率、劳动强度大、事故频发”等特点。切入点：本设计中的自动运料小车将以 PLC 为小车控制核心，加上各式传感器、控制电路（有要求可以外接显示电路、特殊地段可加上轨道）等器件，组成一个基于 PLC 的全自动控制控制系统。该系统操作简单、维护维修方便、适应能力强，可在室内外、山区不同地段拆卸安装运行，并能满足大部分物料的输送。该系统将以四轮小车小车为主要载体，采用三相异步电机为动力装置，加上行程开关、定时器以及 PLC 和一些控制元件组合而成。其一般组成示意如下图 1-1 所示：2图 1-1自动运料小车结构图3二、PLC 应用2.1 PLC的定义、硬件结构、工作原理以及系统设计2.1.1 PLC的定义PLC(Programmable Logic Controller)早期被称作可编程逻辑控制器，它主要被用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PLC,PLC 自 1966 年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国、日本和德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。2.1.2 PLC的硬件结构PLC 根据基本结构形式的差别可分成两类，即整体式 PLC 和模块式 PLC。（1）整体式 PLC 又被称作箱体式或者单元式 PLC，它将电源电路、CPU 模块、输入/输出模块、存储器、通信端口等各个功能独立的模块组装到一个箱状机壳内，使得这类 PLC 结构非常紧凑，体积也相对较小。具有输入/输出点数固定、体积较小、造价低、灵活性低等特点。结构如图 2-1 所示：2-1整体式 PLC（2）模块式 PLC 又称作组合式 PLC，它将组成 PLC 的各个模块独立出来，并使 CPU、存储器、I/O 模块、通信端口和电源电路等分别变成相应的模块，需要使用时根据系统要求的性能再将这些模块以搭积木的方式组装在机架上，各模块之间通过机架上的总线相互联系。它具有价格高、应用灵活等特点。结构4如下图 2-2 所示。图 2-2模块式 PLC上面所说的两种结构各有其优缺点，为了综合他们各自的优点，回避他们固有的缺点。在这两种 PLC 结构之外又开发了一种名为叠装式 PLC。它同时具备了整体式和模块式 PLC 的优点，将基本单元和扩展单元设计的高宽一致，并用扁平的电缆将它们连接在一起，放弃占用空间较大的基板。经过合理的组装后外形一般呈占地较少的长方体，而且，由于具有扩展功能，所以 I/O 点数的配置也有很大的自由空间。将具有扩展功能的 PLC 扩展之后，便可称之为叠装式 PLC。此类 PLC 的体积较小，系统组成还可以按要求进行灵活的配置。其代表系列如下图 2-3 所示。图 2-3三菱 PLC FX2N64MR结构图2.1.3 PLC的工作原理PLC 最初是被用来代替电气控制装置中的电器元件，它是一种工业控制计5算机，工作方式和普通的计算机一样使用串行工作方式。在实际运行中，它采用不同于一般微型计算机的扫描的方式运行，当 PLC 开始运行后，它的工作方式是按集中输入、集中输出、不断的周期性循环扫描进行工作的，它的每个扫描周期按工作过程基本可分为三个阶段，分别是输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。这三个阶段是 PLC 工作过程的中心内容，在 PLC 的工作时间中，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段，计算一个扫面周期所需时间（T）的公式为： T=(读入时间* 输入点数)+(运算速度* 程序步数)+(输出时间* 输出点数)+ 自诊断时间。扫描过程如下图 2-3 所示。图 2-4 扫描过程2.1.4PLC的系统设计在我们实际运用时，PLC 可以使用三种语言编程，分别是梯形图、助记符以及功能块图。其中梯形图使用简单、直观易懂，为主要编程语言。而助记符语言则需要有一定的基础才可以运用。 PLC 控制系统由硬件部分及软件部分组成。PLC 控制系统是为了满足生产中具体的工艺流程设计制作的，所以在达到生产所需要的控制要求前提之下，设计应该在以下四个基本原则下进行：1.满足要求，即依据具体的生产流程进行设计，应最大程度的满足被控对象的控制要求。2.经济实用，即在满足控制要求的前提下，尽量减少 PLC 系统硬件费用，使控制系统简单、经济。3.适应发6展，因为经济市场会不停的进步，对生产的控制要求也会不断地提高、改变，所以控制系统设计时应考虑 PLC 的可扩展性，适当的留一些裕量。4.安全可靠，设计过程中设计者还要考虑，在长期运行中控制系统能不能达到安全可靠、稳定运行、维护方便等要求。PLC 系统设计在满足上述原则下，按下述流程设计:1.根据产品生产要求分析系统需要达到的控制要求，确定控制任务，拟定设计的控制系统中目前需要达到的技术条件。2.