基于运料小车传送带的PLC实训课程设计

电气与电子信息工程学院

《电气控制与PLC实训》

设计报告

名称：自动售货机模拟控制

专业名称：电气工程及其自动化

班级：

学号：

姓名：

指导教师：

设计时间：

设计地点：

电气控制与PLC实训成绩评定表

姓名

学号

专业班级

题目：自动售货机模拟控制

答辩记录：

成绩评定及依据：

考勤情况（10%）：

设计调试情况（30%）：

设计答辩（20%）：

设计报告（完成情况、报告规范性等情况40%）：

最终评定成绩（以分数和优、良、中、及格、不及格评定）：

指导教师签字：

设计任务书

学年第学期

学生姓名：专业班级：指导教师：工作部门：电气与电子信息工程学院

一、设计题目

课题1：.电动机的综合控制方向

课题2：竟猜抢答系统的设计方向

课题3：交通灯控制方向

课题4：电梯控制方向

课题5：喷泉或彩灯控制方向

二、设计内容（含技术指标）

1、用PLC实现四台以上电动机综合控制，要求模拟实际的工况，包括电机的顺序控制、电机的连锁和互锁控制，电机间的逻辑联系应具有一定的复杂程度，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

2、用PLC实验装置设计竟猜抢答系统，要求不少于5组，有必要的组号显示、记时显示和模拟记分系统，有优先抢答功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

3、用PLC实现各种路口的交通信号灯控制，要求与实际交通灯工作情况基本相符，具有必要显示和通过外部设备进行设定功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

4、用PLC实现电梯控制，要求与实际基本相符，电梯层数不少于4层，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

5、用PLC实现喷泉控制，要求花样不少于6种，能自动循环、单循环、和手动控制，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

6、同组同学要求不能完全重复，必须有自己的亮点，对思路新颖的、和用到更多功能指令的有加分。

7、所有小组均应在开题的过程中，由指导老师对与题目相关的具体的设计控制要求进行审核。

三、设计进度安排

序号

内容

学时安排（天）

1

选题、讲解设计要求、查资料；

1

2

方案论证、说题及硬件选型和设计

2

3

软件设计

2

4

程序及系统调试

3

5

绘制图纸、撰写和打印设计报告

1

6

设计答辩

1

合计

10

设计指导答辩地点：K3——PLC实验室

四、基本要求

设计报告：不少于5000字，Ａ４幅面，统一复印封面。

封面、设计任务书

目录

1）方案选择，方案论证（综述、任务详解及设计思路，PLC选型等）

2）系统硬件设计（系统功能及原理、系统组成框图、器件选择、电路原理图、I/O分配及接线）

3）系统软件设计（各软件模块的功能，梯形图及说明）

4）系统调试（调试步骤、方法及调试过程中的问题及如何解决等）

5）结果分析及展望（最后的结果成功点和不足之处、总结及改进等）

附录参考文献

五、设计考核办法与成绩评定

根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩按得分0～100分，可分为优、良、中、及格、不及格五等。

评定项目

基本内涵

分值

设计考勤

考勤、自行设计、按进度完成任务等情况

10

设计调试

软硬件调试过程及完成情况

30

设计答辩

回答问题等情况

20

设计报告

完成情况、报告规范性、创新性、雷同率等情况

40

90～100分：优；80～89分：良；70～79分：中；60～69分，及格；60分以下：不及格

六、参考资料

[1]范永胜，王岷主编，电气控制与plc应用，北京：中国电力出版社，2007

[2]肖峰，贺哲荣主编，PLC编程控100例，北京：中国电力出版社，2009

[3]王仁祥主编，常用低压电器原理及其控制技术，北京：机械工业出版社，2002

[4]郑萍主编，现代电气控制技术，重庆：重庆大学出版社，2001

[5]佟为明等编，低压电器继电器及其控制系统，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000

[6]常斗南主编，可编程序控制器，北京，机械工业出版社,1998

[7]王兆义主编，可编程控制器教程，北京：机械工业出版社，1992

[8]秦琴，王忠庆.。利用PLC的高速计数功能实现轴的精确定位控制.。电气技术。2009(3)。

[9]陈婵娟,

薛恺.

基于PLC的步进电动机单双轴运动控制的实现.

机械设计与制造.

2009(3)。

[10]杨涛,

王启江等。

基于PLC绕线机控制系统设计[J]。组合机床与自动化加工技术，

2005(8)：58-59。

目录

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15594

1绪论

1绪论

1.1可编程控制器的概念

可编程控制器简称PC（英文全称：ProgrammableController），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

1.2PLC的发展前景

PLC技术随着计算机和微电子的发展而迅速发展，由一位机发展到8位机，直到现在，PLC产品已经使用了32位高性能微处理器，而且实现了多通道处理。PLC在未来将会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

其次，PLC还有众多优点，PLC具有可靠性高，抗干扰能力强；硬件配套齐全，功能完善，适用性强；系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低；易学易用，深受工程技术人员欢迎。PLC的这些优点决定PLC将在今后的社会生产中发挥着举足轻重的作用。

1.3自动售货机的概述与分类

自动售货机（VendingMachine，VEM）是能根据投入的钱币自动付货的机器。自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。是一种全新的商业零售形式，又被称为24小时营业的微型超市。

一般的自动售货机由钱币装置、指示装置、贮藏售货装置等组成。

钱币装置主要功能是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额。如果投入的金额达到购买物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。指示装置用以指示顾客所选商品的品种。贮藏售货装置保存商品，接收出售指示信号，把顾客选择的商品组合送至付货口。

根据其销售商品的不同，能分为三种：饮料自动售货机、食品自动售货机、综合自动售货机。

2方案选择及论证

2.1任务详解及要求

此次实训通过模拟综合自动售货机的工作流程，完成对上升电机，传送带控制，行程开关的使用。通过输入开关选择顾客所需商品的搭配。由于商品选择种类众多，为了方便模拟，我们仅提供了食品，饮料，纸巾三种可搭配选项。

2.2设计思路

顾客按按钮选择所需商品，通过端口的输入，进入商品装配。，S0小车表示购物袋，S1表示饮料放入位置，S2表示纸巾放入位置，S3表示食品放入位置，S4表示购物清单放入位置。当商品选择完毕之后，移动到传送带（3个）同时进行商品找零及购物袋封口等。

流程如下图：

顾客选择商品装配找零封口出口处领取

图2-1自动售货机工作流程

具体步骤：

1.按下启动按钮，此时所有功能保持等待状态

2.按下X6（即食品饮料和纸巾），此时小车从S0开始运动，到达S1后停两秒，停止后添加开始指示灯打开表示开始添加。

3.添加指示灯灭掉之后，小车再次启动，到达S2后同样停止两秒，两秒后添加指示灯开始亮，两秒后，灯灭

4.灯灭之后小车重新开始启动，到达S3后，停止两秒后，添加指示灯开始亮，两秒后灯灭

5.灯灭之后小车重新开始启动，到达S4后，停止两秒后，添加指示灯开始亮，两秒后灯灭

6.灯灭之后，表示选配商品已经送达传送带上，运送小车开始运动回到S0，与此同时，传送带开始传动，到达找零位置后，传送带1停止，找零电机启动，两秒后停止。

7.找零程序停止后，传送带2启动，传送两秒后，达到封装位置后停止，封装电机开始转动，封装两秒后停止。

8.封装电机停止，传送带3开始传动，完成指示灯L1点亮，当商品到达出货口，即轻触开关按下之后，传送带停止传动，完成指示灯熄灭。一次加工完成。

9.同理，按下X5代表食品和饮料。按下X4代表饮料。通过程序控制，小车停止位置。

3自动售货机的硬件设计

3.1系统组成框图

3.1.1.商品选择部分

图3-1-1商品选择流程图

3.1.2.商品封装运送部分

图3-1-2商品封装运送流程图

3.2PLC的选择

考虑到本次设计开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的FX0N系统PLC。

经过分析，本五层电梯控制系统中共需12个输入量、16个输出量，因此选择三菱FX0N系列中的FX0N-40MH型PLC。PLC参数见表2-2。

表3-2PLC参数

PLC型号

输入电源

输出类型

输入点数

输出点数

FX0N-40MH

AC电源DC24V

继电器输出

24

16

3.3PLC的硬件结构及工作原理

3.3.1PLC的硬件结构

主机

微处理器（CPU）——控制器的核心

存储器(RAM、ROM）

输入、输出部件（I/O部件）——连接现场设备与CPU之间的接口电路

电源部件——为PLC内部电路提供能源

整体结构的PLC——四部分装在同一机壳内

模块式结构的PLC——各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成

I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合（扩展机）

另外，还必须有编程器——将用户程序写进规定的存储器内

PLC硬件结构如图2-1：

图3-3-1PLC硬件结构

可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。

通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。

存储器

可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。

系统存储器：存放系统管理程序，用只读存储器实现。

用户存储器：存放用户编制的控制程序，一般用RAM实现或固化到只读存储器中。

输入输出接口

作用：连接用户输入输出设备和PLC控制器，将各输入信号转换成PLC标准电平供PLC处理，再将处理好的输出信号转换成用户设备所要求的信号驱动外部负载。

对输入输出接口的要求：良好的抗干扰能力；对各类输入输出信号（开关量、模拟量、直流量、交流量）的匹配能力。

PLC输入输出接口的类型：模拟量输入输出接口、开关量输入输出接口（直流、交流及交直流）。用户应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口。

开关量输入接口电路

各种输入接口均采取了抗干扰措施。如带有光耦合器隔离使PLC与外部输入信号进行隔离；并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。

通常有三种类型：直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入。直流输入模块的电源一般由机内24v电源提供，输入信号接通时输入电流一般小于10mA；交流输入模块的电源一般由用户提供。直流输入接口如图2-3-1：

图3-3-2直流输入接口

②开关量输出接口电路

有三种形式，即继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。开关量输出端的负载电源一般由用户提供，输出电流一般不超过2A。

开关量输出端的负载电源一般由用户提供，输出电流一般不超过2A。

交流输出接口如图2-3-2：

图3-3-3交流输出接口

3.3.2PLC的工作原理

PLC的扫描过程如图2-3-3所示：

图3-3-4PLC的扫描过程

1.工作方式

PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。

除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC不还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段，如图1-2所示。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。在工作状态下，执行一次上图所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。其典型值为1-100ms。

2.扫描周期

在工作状态下，执行一次图2所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。其典型值为1-100ms。

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

（1）输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（2）用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

（3）输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

3.4I/O分配表

名称

编号

输入点端口

名称

编号

输出点端口

系统开关

SB1

X0

起始位指示灯

L0

Y14

饮料

A

X4

添加饮料指示灯

LA

Y4

食品饮料

B

X5

添加纸巾指示灯

LB

Y5

食品饮料纸巾

C

X6

添加食品指示灯

LC

Y6

饮料位置

S1

X14

传送点指示灯

LD

Y7

纸巾位置

S2

X15

停止电机接触器

KMZ

Y0

食品位置

S3

X16

前进电机接触器

KM1

Y1

出货口位置

S4

X17

后退电机接触器

KM2

Y2

起始点位置

S0

X13

传送带1电机接触器

KM

Y10

传送带总开关S3

ON

X10

传送带2电机接触器

KM1

Y11

传送带终点开关

ST

X11

传送带3电机接触器

KM2

Y12

找零1电机启动

KM1

Y15

封装2电机启动

KM1

Y16

完成选择指示灯

L1

Y3

全部完成指示灯

L2

Y13

4系统的软件设计

各软件模块的功能，梯形图及说明

1）

模式选择，按下开关和功能键后，小车开始向前走

2）

当任何一种模式被选择时，产生一个自锁联锁的辅助触头信号，这个信号将一直持续到完成一次生产。

3）

当小车到达第一个位置，食品添加位置的时候，停止两秒，两秒后打开添加指示灯，两秒后关掉指示灯，使用定时器和辅助触头连锁，Y6自锁。只有在X5和X6按下的时候这个信号才有效，于是有了使用常闭的M16信号串联，当X4按下的时候，M16吸合，使常闭M16断开，在这种模式下，电机运动到X16时则不会停。

4）

当T0时间到了之后，利用M10锁住定时器信号（因为定时器信号有时候很难被检测到）。使用了X15常闭，当小车运到到X15时停止运动准备制动，同时用M15连锁。使用的M7作为信号清除的标志。

5）

M5表示停止位指示灯熄灭之后，传送带准备传送的时候，M7被触发，产生M27的传送标志位。同时传送带开始运作，T18控制传送时间，传送的时候同时打开传送指示灯

6）

开启传送带，运送两秒后停止，期间用到了信号的屏蔽和互锁。

7.

完成上述传送后，传送带3保持传送状态只有在传送带终点被触发的时候，M22置位，清除所有其他信号，完成一次传输。

5测试结果与结果分析

5.1硬件调试

首先检测导线能正常导通，打开电源检测需要用到的plc端口均可正常工作。然后断电，按照运料小车及传送带自动控制I/O分配表，将Y0-Y4分别接电机的KM1，KM2，传送带的KM1，KM2，KM3，Y0-Y4的COM端及电机、传送带的+24V接电源的COM端，电机、传送带的0v，接地链接无误后打开电源。

5.2软件调试

击编程界面中的图标，使用GX-Simulator6-c对程序进行仿真。并且可以通过“在线”中的“软元件测试”来强制一些输入条件ON或者OFF。

仿真效果达到预期目的，软件调试完成，可以上机运行进一步调试。

5.3运行调试

仿真好的程序烧录到PLC中。先将PLC置于STOP状态，然后将程序写入PLC进行调试。

先将X0闭合，然后将PLC置于RUN状态，先按x4，电机正传，停止在S1两秒后亮灯，接着重新启动到，运动到S2后，停止，亮灯两秒，重新启动运动到S3，停止，亮灯两秒，重新启动运动到S4，停止亮灯两秒，小车回到原点，传送带开始传送，传送带1运动两秒后，停止，找零电机正转，两秒后传送带二开始运动，运动两秒后，停止，封装电机开始正转，两秒后，停止，传送带三开始运动，直到终点开关被按下为止。按照流程示意图进行调试，小车应当满足预期运行效果。

5.4错误调试与修改方法

把传送带控制程序加到运料小车的每