毕业设计ZD基于PLC的自动送料小车控制设计

毕业设计（论文）题目 机械毕业设计 基于 PLC 的自动送料小车控制设计学生姓名 ZD 学 号 专 业 机电一体化 班 级 指导教师 评阅教师 完成日期 年 月 日目录摘要 .1前言 .11控制系统介绍和控制过程要求 .21.1 控制系统在送料小车中的作用与地位 .21.2 控制系统介绍 .21.3 控制系统的类型及其特点和适应场合 .31.4 皮带运输机的工作情况 .42送料小车系统方案的选择及设计 .62.1 可编程控制器 PLC 的优点 .62.2 小车送料系统方案的选择 .72.3 PLC 送料小车的设计 .83 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍及功能 .93.1 STEP7-Micro/WIN32 编程软件介绍 .93.2 基本功能 .93.3 其他功能 .104基于 PLC的送料小车接线图及梯形图 .114.1 送料小车 PLC 的 I/O .114.2 PLC 端子接线图 .134.3 梯形图分段设计 .154.4 程序运行原理说明调试与完善 .194.5 系统总梯形图设计 .205可编程控制器 JH-120的维护 .255.1 预检查 .255.2 诊断与故障排除 .25致谢 .26附录 .27参考文献 .301机械毕业设计基于 PLC 的自动送料小车控制设计学 生：ZD摘 要： 可编程序控制器（Programmable controller）简称 PLC，由于 PLC 的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，所以 PLC 的应用领域在迅速扩大。对早期的 PLC，凡是有继电器的地方，都可采用。而对当今的 PLC 几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要 PLC。尤其是近几年来，PLC 的成本下降，功能又不段增强，所以，目前 PLC 在国内外已被广泛应用于各个行业。本设计是为了实现送料小车的手动和自动化的转化，改变以往小车的单纯手动送料，减少了劳动力，提高了生产效率，实现了自动化生产！而且本送料小车的设计是由于工作环境恶劣，不允许人进入工作环境的情况下孕育而成的。本文从第一章送料小车的系统方案的确定为切入点，介绍了为什么选用PLC 控制小车；第二章介绍了送料小车的应达到的控制要求；第三章 STEP7-Micro/WIN32 编程软件介绍及功能；第四章根据控制要求进行了小车系统的具体设计，包括端子接线图、梯形图(分段设计说明和系统总梯形图)和程序指令设计；最后得出结论。关键词：PLC；送料小车；控制；程序设计前言随着社会迅速的发展，各机械产品层出不穷。控制系统的发展已经很成熟，应用范围涉及各个领域，例如：机械、汽车制造、化工、交通、军事、民用等。PLC 专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。PLC 的应用不但大大地提高了电气控制系统的可靠性和抗干扰能力，而且大大地简化和减少了维修维护的工作量。PLC 以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点 ，在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。送料小车控制系统采用了 PLC 控制。从送料小车的工艺流程来看，其控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统，因此，此送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式。我在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间复杂的联锁关系，从而在设计和修改任何一种2工作方式的程序时，不会对其它工作方式的程序造成影响，使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。在设计该 PLC 送料小车设计程序的同时总结了以往 PLC 送料小车设计程序的一般方法、步骤，并且把以前学过的基础课程融汇到本次设计当中来，更加深入的了解了更多的 PLC 知识。1控制系统介绍和控制过程要求1.1控制系统在送料小车中的作用与地位在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人身安全事故，这样将给企业造成重大损失。送料小车是基于 PLC 控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于送料小车的运行，因此，送料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。送料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。1.2控制系统介绍图 1-1 送料小车本控制系统只要是用于控制送料小车的自动送料。它既能减轻人的劳动强3度又能自动准确到达人不能达到或很难到达的预定位置。如图 1-1，推车机可以沿轨道上下移动，到达预定位置。推车机上是一个小型泵站，通过控制电磁阀换向，使两油缸伸出、缩回，顶出送料小车，再由各个仓位控制要料。用 PLC 对送料小车实现控制，其具体要求如下：(1) 送料小车 1 动作要求：送料小车负责向四个料仓送料，送料路上从左向右共有 4 个料仓（位置开关 SQ1，SQ2，SQ3，SQ4）分别受 PLC 的I0.0，I0.1，I0.2，I0.3 检测，当信号状态为 1 是，说明运料小车到达该位置。小车行走受两个信号的驱动，Q0.4 驱动小车左行，Q0.5 驱动小车右行。料仓要料由 4 个手动按钮（SB1，SB2，SB3，SB4）发出(对应于 PLC 为I0.4，I0.5，I0.6，I0.7)按钮发出信号其相应指示灯就亮（HL1-HL4） ，指示灯受 PLC 的 Q0.0-Q0.3 控制。送料小车 2 动作要求：送料小车负责向四个料仓送料，送料路上从左向右共有 4 个料仓（位置开关 SQ11，SQ12，SQ13，SQ14）分别受 PLC 的I1.0，I1.1，I1.2，I1.3 检测，当信号状态为 1 是，说明运料小车到达该位置。小车行走受两个信号的驱动，Q1.5 驱动小车左行，Q1.4 驱动小车右行。料仓要料由 4 个手动按钮（SB11，SB12，SB13，SB14）发出(对应于 PLC 为I1.4，I1.5，I1.6，I1.7)按钮发出信号其相应指示灯就亮（HL11-HL14） ，指示灯受 PLC 的 Q1.0-Q1.3 控制。(2)运料小车行走条件：运料小车右行条件：小车在 1，2，3 号仓位，4 号仓要料；小车在 1，2 号仓位，3 号仓要料；小车在 1 号仓位，2 号仓要料。运料小车左行条件：小车在 4，3，2，0 号仓位，1 号仓要料；小车在4，3，0 号仓位，2 号仓要料；小车在 4，0 号仓位，3 号仓要料；小车在 0 位，4 号仓位要料。运料小车停止条件：要料仓位与小车的车位相同时，应该是小车的停止条件。运料小车的互锁条件：小车右行时不允许左行启动，同样小车左行时也不允许右行启动。1.3控制系统的类型及其特点和适应场合1.3.1 继电器控制系统继电器问世以来人们就用导线把各种继电器、定时器、计数器及其接点连接起来，然后按一定的逻辑关系控制各种生产机械，以此种方式构成的继电器控制系统即为传统的继电器控制装置。4这种控制系统的特点是：价格便宜，性能价格比底。但因其体积庞大，故障率高，柔性差，不灵活，耗能，而且调试困难，可靠性差，寿命短，程序修改费时，因此它适用于控制逻辑较简单、所需继电器数量较少的程序固定的场合。1.3.2 单片机控制系统单片机直译为单片微型计算机，它将 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、输入/输出（I/O）接口电路、中断、串行通信接口等主要计算机部分集成在一块大规模集成电路芯片上，组成微型计算机，简称为单片机。单片机具有集成度高、功能强、体积小使用方便、价格低廉、设计安装接线工作量相对较少、适应性较强等特点，但因其对工作环境条件要求较高，抗干扰能力不强，因此它使用于工作环境较好的控制领域。如家用电器、机械制造、纺织、制糖、医疗仪器到军用应用。1.3.3可编程序控制器系统1.可编程序控制器的特点20 世纪 60 年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的自动控制设备PLC，由于 PLC 具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。现在 PLC 作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商用、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和连续性，使其在设计上有许多特点。（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）接口模块功能强、品种多；（3）硬件配套齐全，用户使用方便，实用性强；（4）编程方法简单、直观；（5）系统的设计/安装、维修方便；（6）维修工作量小、维修方便；（7）体积小、耗能底、重量轻。2.可编程序控制器的应用领域在发达的工业国家可编程序控制器已经广泛应用在所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围不断扩大，主要应用在以下几个方面：（1）开关量逻辑控制（2）运动控制（3）闭环过程控制（4）数据处理（5）通信联网51.4皮带运输机的工作情况皮带运输机是一种平移的连续运输机械。例如将煤、沙子、矿石、粮食等不断地从一个地方运到另一个地方，去加工或存或由另外的运输机械运输。它不是长途运输设备，用于库房、料仓、矿山、流水生产线上。图 1-2 是固定式送料控制运输示意图。由于皮带运输是不可逆的，也不需要调速，所以采用三相异步电动机拖动。 控制要求1.初始状态：红灯 L1 灭，绿灯亮，表示允许汽车开进装料，料斗出料阀门 K2 关闭，电动机 M1、M2、M3 皆为 OFF。按下启动按钮 SB1，表示能够进入装车控制。2.装车控制：（1）进料：如料斗中料不满（S1 为 OFF） ，5S 后进料阀 K1 开启进料；当料满（S1 为 ON）时，终止进料。（2）装车：当汽车开到装车位置时，检测开关 S2 接通（S2 为 ON） ，红灯L1 亮，绿灯 L2 灭，同时启动电动机 M3，2S 后启动电动机 M2 再经 2S，再经 2S后启动电动机 M1。再经 2S 后打开料斗（K2 为 ON）出料。当汽车装满后，开关 S2 断开（S2 为 OFF） ，料斗出料阀门 K2 关闭，2S 后M1 停止，M2 在 M1 停止 2S 后停止，M3 在 M2 停止 2S 后停止，同时绿灯 L2 亮，红灯 L1 灭，表示汽车可以开走。3.停机控制：当按下按钮 SB2 时，整个系统终止运行。 关闭，2S 后 M1 停止，M2 在 M1 停止 2S 后停止，M3 在 M2 停止 2S 后停止，同时绿灯 L2 亮，红灯 L1 灭，表示汽车可以开走。4.停机控制：当按下按钮 SB2 时，整个系统终止运行。6图 1-2 固定式送料控制运输示意图2送料小车系统方案的选择及设计2.1可编程控制器 PLC 的优点可编程控制器 PLC 对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。1. 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如西门子公司生产的 S7 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有7硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2. 配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5. 体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100 mm，重量小于 150 g，功耗仅数瓦。由于体积小，很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.2小车送料系统方案的选择实现小车送料系统控制有很多方法来实现，可以用单片机、可编程控制器PLC 等元器件来实现。但在单片机控制系统电路中需要加入 A/D，D/A 转换器，线路复杂，还要分配大量的中断口地址。而且单片机控制电路易受外界环境的干扰，也具有不稳定性。另外控制程序需要具有一定编程能力的人才能编译出，在维修时也需要高技术的人员才能修复，所以在此也不易用单片机来实现。而从上述第一节对 PLC 的特点了解可知，PLC 具有很多优点，因此我们归纳出：可编程控制器 PLC 具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在 30 万8小时以上；安装，操作和维护也较容易；编程简单，PLC 的基本指令不多，编程器使用比较方便，程序设计和产品调试周期短，具有很好的经济效益。此外PLC 内部定时、计数资源丰