基于plc积放输送系统设计毕业论文

华北科技学院毕业设计（论文） 目 录 设计总说明.1 General description of the design3 1. 绪论.6 1.1 课题背景及其意义6 1.2 本课题的研究内容.6 2. 系统的控制要求及方案确定.7 2.1 系统的控制要求.7 2.2 系统的方案确定.8 3. 积放式悬挂输送机的简介.9 3.1 积放式悬挂输送机的结构.9 3.2 积放式悬挂输送机的工作原理13 4. PLC 的基本介绍14 4.1 PLC 概况.14 4.2 PLC 的结构.14 4.3 PLC 的功能和应用.15 4.4 PLC 的工作原理.15 5. 控制系统的简介.16 5.1 控制系统的整体设计.16 5.2 控制系统的工作过程17 6. 控制系统的硬件设计.20 6.1 PLC 的选配.20 6.2 变频器的选配.28 6.3 其他设备的选配.31 7. 控制系统的软件设计.33 7.1 系统启动、停止工作过程.34 7.2 停止器的工作过程.36 7.3 运料小车给址与读址的工作过程.37 7.4 分流与合流道岔的工作过程.38 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 8. 结论与展望.40 参考文献.41 附录 1.系统软件程序42 附录 2.主要元器件选型47 致 谢.48 华北科技学院毕业设计（论文） 第 1 页 共 48 页 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 设计总说明 本课题主要介绍了 PLC 在涂装烘干中的具体应用，以涂装烘干生产线的自动控制 的设计过程为例，讲述 PLC 控制涂装烘干生产线的运行。 随着工业现代化的进一步发展，整个社会自动化水平和信息化水平不断提高，人 们需要方便、快捷地将不同的物件输送到不同的工位上去完成各种工艺作业，因此积 放式悬挂输送机应运而生，它是现代化生产中广泛使用的物料输送设备。积放式输送 机能高速地向工位传送工件，节省了工位间的传递时间，提高了生产效率。高速传送 还可以大大减少吊具数量（即吊挂间距加大） ，降低链条牵引力，减少轨道上的负荷， 提高使用寿命。积放式输送机每一个工位前都有一定的储存，使生产具有一定的弹性。 在现代工业生产自动化过程中可编程控制器（PLC）从无到有，实现了接线逻辑到 存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域 从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任 务的跨越。它不仅可以取代传统的继电接触控制系统，还可以构成复杂的工业过程控 制网络，是实现工业自动化的一种强有力的工具。 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。 它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数 和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机 械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个 整体，易于扩充其功能的原则设计。从上述定义可以看出，是一种用程序开改 变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种控制功能外，还有与其他计算机通信 联网的功能。 采用 PLC 对输送线进行自动控制，输送线分为物料输送线（快速链）和物料烘干 线（慢速链）两部分，其中快速链主要用于输送物料，链速较快（链速约 12m/min） ； 慢速链属于可调速工艺链，根据物料的不同，所需的烘干时间也不同，因此链速并不 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 第 2 页 共 92 页 是固定不变的，必须通过控制柜内的变频器来调整其速度，所以在整个系统起动前应 先设定变频器的频率，来控制电动机的转速，从而控制链速（链速约 0.5m 一 2.5m/min） 。而 PLC 华北科技学院毕业设计（论文） 第 3 页 共 48 页 控制的主要是物料输送线（快速连） ，所以必须了解运料小车所处的位置及各积放 段所存小车的数量。我们通过在输送线上安装占位开关（测检小车位置） ，满位开关 （检测积放段存车数量是否已达到要求） 、清除开关以及给址器（给定小车地址） 、读 址器（根据所给地址命令小车进入不同的工位）等向 PLC 输入端发出信号，经中央处 理机（CPU）内部程序处理后，向 PLC 输出端发出相应信号，来控制输送线上各个停止 器的打开与关闭，从而控制每辆小车的停止或运行，达到自动控制输送线正常运行的 目的。采用 PLC 控制的输送生产线系统可靠性高，且 PLC 内部程序编制的灵活性及功能的 多样性大大降低了外部的硬件配置，不但提高了生产效率，降低了生产成本，而且方便了控制人员 的管理。 本设计包括两个部分的内容，即硬件部分和软件部分。本文首先介绍了课题研究 的目的和意义，讲述现在汽车涂装中所存在的现状，确定出系统的控制要求、方案确 定和系统的工作原理。然后对生产线中使用的积放式悬挂输送机的结构和工作原理进 行了介绍，对系统所使用的 PLC 控制也进行了简述，接下来就是这次设计的重点，讲 述了系统的整体设计及其工作过程，再对设计系统的硬件部分和软件部分进行介绍。 关键词：积存；满位；占位；PLC 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 第 4 页 共 48 页 The reverse product put light conveyor system based on PLC control design General description of the design This subject mainly introduces the application of PLC in coating drying, the coating drying production line as an example, the design of the automatic control process about the operation of the PLC control coating drying production line. With the further development of industry modernization, the whole society and normalization level continuously improve automation level, they need quickly and easily carry different objects to a different location on various process operations, so put suspension conveyor arises at the historic moment, it is widely used in the production of modern material conveying equipment. High speed by the product put conveyor mechanisms to transfer station artifacts, save the transfer time between the stations, improve the production efficiency. High speed transmission can also greatly reduce the amount of sling (i.e., hang spacing increase), and reduce the chain traction, reduce the load on the tracks, improve the service life. Each location before the product put conveyor has certain storage, production has certain flexibility. In the process of modern industrial production automation programmable controller (PLC) from scratch, and realize the leap of logic to storage logic connection; Its function from weak to strong, has realized the logic control to the progress of the digital control; Its application fields since the childhood, has realized the single equipment simple control to competent for motion control, process control and control of distribution across a variety of tasks. It not only can replace the traditional relay control system, the contact can also constitute a complex industrial process control network, is a powerful tool to realize industrial automation. Programmable controller is a digital computing operation of electronic systems, specially designed for application in industrial environment. It USES a programmable memory, used in its internal storage to perform logical operations, sequential control, timing, counting and 华北科技学院毕业设计（论文） 第 5 页 共 48 页 arithmetic operations such as instruction, and through digital and analog input and output, control various types of machinery or production process. Programmable controller and related equipment, should be according to the industrial control system is easy to form a whole, easy to expand its function on the principle of design. Can be seen from the above definition, the PLC is a kind of industrial control computer with the program change of control functions, in addition to finish all kinds of control functions, and the computer communication network and other functions. Adopting PLC to control the automatic conveyor line, conveyor line is divided into material transport line (fast chain) and material drying line chain (slow) two parts, including fast chain is mainly used for conveying material, chain speed faster (chain speed about 12 m/min); Slow chain belongs to adjustable-speed technology chain, according to different materials, the drying time required is also different, so the chain speed is not fixed, must through encase of frequency converter to adjust its speed control, so in the whole system should be set before starting the frequency of the inverter, to control the speed of the motor, so as to control the chain speed (chain speed is about 0.5 m, 2.5 m/min). And PLC control is the main material conveyor line (fast), so you must know the location of the material car and each product to put the car number. We pass on the transmission line installation placeholder switch (measurement inspection car location), full position switch (testing whether put period put car number has reached the requirement), remove the switch and to address (given the car address), read access device (according to the address given command the car into a different location), such as the input signal to the PLC, the central processing unit (CPU) after the internal procedures, output signal corresponding to the PLC, to control the transmission line each stop opening and closing, so as to control each car stop or run, achieve the goal of automatic control the normal operation of conveyor line. Conveyor production line PLC control system has high reliability, and PLC internal programming flexibility and functional diversity of greatly reduces the external hardware configuration, not only improve the production efficiency, reduce the production cost, and convenient control of personnel management. The content of this design includes two parts, namely the hardware part and software part. This paper first introduces the purpose and significance of the thesis, about the present 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 第 6 页 共 48 页 situation of the car coating in now, determine the control requirements of the system, the scheme and working principle of the system. Then on the production line used in the product put suspension conveyor of the structure and working principle are introduced, the PLC control used by the system is also briefly, then there is the focus of the design, tells the story of the whole system design and its working process, and the design of hardware part and software part of the system is introduced. Keywords：Store up；Fully booked；Masses；PLC 华北科技学院毕业设计（论文） 第 7 页 共 48 页 1. 绪论 1.1 课题背景及其意义 一直以来，可编程序控制器（PLC）在工业自动化控制方面发挥着巨大作用，为各 种各样的自动化控制设备提供了广泛、可靠的控制应用。PLC 主要能够为自动化控制应 用提供安个可靠和比较完善的解决方案，适合当前自动化工业企业的需要。随着计算 机技术和通信技术的发展，工业控制领域有了翻天覆地的变化，而 PLC 不断地采用新 技术以及增强系统的开放性，在工业自动化领域中的应用范围不断扩大。PLC 将计算机 技术、自动控制技术和通讯技术融为一体，成为实现单机、车间、工厂自动化的核心 设备，其具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便等诸多优点。 汽车涂装烘干是汽车车身制造的三大工程之一,主要作用是保护和装饰车身。我国 汽车行业在涂装烘干技术的应用方面，与国际水平的差距在不断缩小。在现阶段，大 批量的汽车涂装烘干生产要求高度的自动化，涂装烘干设备及装备已经成为最关键的 要素，因为它直接或间接影响涂装烘干生产线的开动率、工艺参数的稳定性、涂装生 产质量的一致性和一次合格率、涂装材料利用率等，涂装烘干线在汽车工厂建设中所 占的投资总是最高的。所以，汽车涂装烘干线的高度自动化，一直是我国汽车工业对 涂装装备的迫切需求。随着国家对节能环保政策的不断完善，高效的涂装线节能环保 技术装备也将是汽车工业不可缺少的。随着 PLC 的高速发展，汽车涂装烘干线有了很 大的改善。 我国涂装烘干生产线经历了由手工到生产线，到自动生产线的发展过程。采用 PLC 控制涂装烘干生产线的运行，解放了人力，提高了涂装质量和工作效率，提高了涂装 的安全性和可靠性，收到更多的经济效益和社会效益。 1.2 本课题的研究内容 本课题设计将以汽车涂装烘干生产线为例介绍 PLC 在积放式悬挂输送过程中的应 用。系统采用 PLC 控制涂装烘干生产线的运行，应用微机参与生产管理，根据生产情 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 第 8 页 共 48 页 况确定最佳的物流状态，按指定路线完成物料的输送、积存、转挂、分流及工艺工装， 有效减轻工人的劳动强度，提高生产效率。 系统运行时，采用 PLC 控制汽车涂装烘干生产线的运行，通过现场安装接近传感 器、压力传感器、限位开关等实时检测系统运行状态，将信号传入 PLC，根据生产情况 确定最佳的物流状态，产生输出信号控制轻型积放式输送机，按指定路线完成物料的 各个工作任务。 2. 系统的控制要求及方案确定 2.1 系统的控制要求 涂装烘干线可分为物料输送线（快速线）和物料烘干线（慢速线）两部分，其中 快速线主要用于工件输送，线速较快，约 12m/min；慢速线属于可调速工艺链，因为工 件的不同，所需烘干时间也不同，因此线速不是固定不变的，系统通过变频器来实现 其无级平滑变速，所以在整个系统起动前应先设定变频器的频率，来控制电动机的转 速，从而控制其线速，线速约 0.5m-2.5m/min。 系统起动后，运料小车先行至上料点等待，待烧制成型的铁制壁炉用特制吊具悬 挂至运料小车后（装料） ，小车按照给定的路线进入相应工位进行涂装，涂装后壁炉由 快速线进入慢速线，经烘干后从慢速线中驶出，至下料点（15#停止器）卸料，最后返 回上料点继续装料，如此周而复始。生产线的运行路线如图 2.1 所示 华北科技学院毕业设计（论文） 第 9 页 共 48 页 图 2.1.1 生产线运行线路 因此，设计 PLC 控制系统要满足以下条件： （1） 控制系统的起动、停止，设置输送线和烘干线的线速，并根据需要可随时改 变线速。 （2） 在相应工位（如上料点、卸料点等）设置紧急按钮。当出现紧急情况或需要 时，可直接按晋级按钮来停止生产线的运行，以免发生意外。 （3） 因物料小车所载物料不同，需进入各自相应的工位，所以在上料点上料后， 小车根据需要对小车给定地址。给址完成后，小车根据地址进入不同的线路， 后经过喷漆、烘干的处理，合格的物件在下料点放下，空载小车按照路线返 回上料点积存，等待下次上料，不合格的物件返回相应的工位，重新进行加 工。 2.2 系统的方案确定 目前，应用于控制场合的控制装置有 PLC，继电器，单片机系统以及各种工业计算 机等，他们拥有不同的特点，适合于不同的环境，下面将对它们进行比较，选择出适 合系统的方案。 （1）PLC 控制与继电器控制的比较 继电器控制采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的功能；PLC 控制只要改变程 序并改动少量的接线端子，就可适应生产工艺的改变。继电器的工作频率低，速度慢； PLC 采用指令控制，稳定、可靠，运行速度大大提高了。继电器控制是利用时间继电器 的滞后动作来完成时间上的顺序控制；PLC 控制根据需要在程序中设置定时值，灵活性 大，定时时间不受环境影响。继电器使用大量触点，使用寿命短，可靠性差，不易维 护；PLC 采用微电子技术，内部动作靠无触点的半导体电路完成，体积小，寿命长，可 靠性高。PLC 内部有特定的计数器，可实现对生产设备的步进控制。 从适应性、可靠性及设计、安装、维护等各方面进行比较，传统的继电器控制大 多数将被 PLC 所取代。 （2）PLC 控制与单片机控制的比较 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 第 10 页 共 48 页 单片机是只一个集成在一块芯片上的完整计算机系统，它具有一个完整计算机所 需要的的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还具有外存；同 时集成诸如通信接口、定时器、实时时钟等外围设备。而最强大的单片机系统甚至可 以将声音、图像、网络、复杂的输入/输出系统集成在一块芯片上。它不是完成某一个 逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。 采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但是由于稳定性和抗电磁干扰能力 比较差，以及 I/O 接口太简单不适合用于直接与工业现场设备联接使用，需要有相当 的研发力量和行业经验才能使系统稳定。 （3）PLC 控制与计算机系统的比较 计算机系统的编程语言为汇编语言或高级语言，它要求开发人员具有较高的计算 机专业知识核危机软件编程的能力。PLC 采用了采用面向控制过程、面向问题的“自然 语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用，便于推广应用。另外计算 机系统的工作环境要求很高，为满足工业级的可靠性要求要进行很多的特殊设计，大 大提高了其应用成本。计算机系统的 I/O 接口比较简单，不适用于直接与工业现场设 备联接使用。PLC 是专为工业现场应用而设计的，具有更高的可靠性。 根据以上的介绍和比较，结合 PLC 的特点，可靠性高，抗干扰能力强，结构简单， 使用、维护方便，功能强大，体积小，重量轻，功耗低，最终确定涂装烘干生产线的 自动控制系统由 PLC 来进行控制。 3. 积放式悬挂输送机的简介 3.1 积放式悬挂输送机的结构 积放式悬挂输送机是一种适应于高生产率、柔性生产系统的运输设备，不仅起着 运输作用，而且贯穿整个生产线，集精良的工艺操作、储存和运输功能于一体。随着 现代化物流输送技术的飞速发展，积放式输送机在各行各业得到广泛应用，特别是在 汽车制造业中，四门装配线、发动机装配线、整车装配线等。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 11 页 共 48 页 积放式输送机主要有以下几个部分组成：输送机轨道、牵引链条、积放小车组、 驱动装置、张紧装置、停止器、滚子组回转装置、光轮回转装置、道岔、止退器、气 路控制装置等。如下图 3.1 所示 图 3.1 积放式悬挂输送机 其主要部件简介如下： （1）输送机轨道 积放式输送机系统中有不同类型、不同轨间距的轨道。在积放式悬挂输送机系统 中，轨道由上下两层组成，上层为牵引轨，传递牵引动力，在承载轨上面，用不同规 格工字钢制造，其下翼缘内表面是牵引链条滑架滚轮的踏面，它通过链支承小车支架， 对链条起支承作用。下层为承载轨，由两件特制槽钢组成，承载轨槽钢下翼缘为承载 小车轮和导轮的踏面，通过牵引链上的推头推动小车在其上运行，车辆通过特制的吊 具悬挂在小车上。 （2）牵引链条 牵引链条是链式输送机的传动机构的主要部分，链条由精密模锻件外链片、内链 片、销轴、推杆外链片、链支承小车组成，这些件由优质合金结构钢制，均经过热处 理、探伤，因此具有良好的综合机械性能和高的可靠性。 （3）积放小车组 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 第 12 页 共 48 页 载荷梁与在承载轨道中运行的载货小车相连接 ，在悬挂输送机系统中，载荷梁在 牵引轨的下面，积放小车组沿输送线路运行的唯一物体，积放小车组的前小车具有与 牵引链条啮合或脱开啮合的功能。前小车通过牵引链条上的推头的带动在系统中运行。 只要悬挂系统中前小车升降爪抬起，推杆就会与前小车升降爪啮合。积放小车组通过 牵引链条的带动在系统中运行，有时需要停下来，这有两种可能，一是当积放小车组 的前小车运行到停止器位置上而停止板已伸出；另一可能是前小车“撞”在一个已停 下来的小车上，这样，小车就会在这个已停止的积放小车组后面积存下来。 在悬挂系统中，当停止器的停止板伸出时，前小车升降爪就会被压下去与牵引链 条推杆脱开啮合，当停止板缩回去时，前小车的升降爪抬起 牵引链条的推杆与前小车 的升降爪啮合，小车又运行。 （4）驱动装置 驱动装置是向牵引链条提供动力的装置。它由电机、减速器、机架、驱动链条组 成。电机通过皮带与减速器相连，履带式驱动装置由主动链轮、被动链轮与驱动链条 组成；主动链轮与减速器主轴相连，被动链轮为张紧链轮，动力通过两个链轮和驱动 链条传给牵引链条。驱动装置具有机械过载和电流过热继电器双重保护。 （5）张紧装置 张紧装置是吸收牵引链条从传动装置绕出时所产生的松弛（如因链条磨损、温度 变化等原因）并使其保持一定张力的装置。张紧装置总是布置在驱动装置的绕出端并 靠近驱动装置的位置上。 （6）停止器 停止器安装在承载轨道的侧面，设置在输送系统中需要停下积放小车组的位置上， 是输送机系统中控制载货小车停止和运行的装置。它是整个输送机系统中车流控制的 核心。 停止器在车流控制中起着两个重要的作用；一是对车流实行安全可靠的控制，停 止器犹如十字路口的红绿灯， 对车流实行安全连锁控制， 保证道岔区内的小车顺利 通行；二是停止器对输送机线路中的车流实行调节作用。在车流通过水平转向段、上 下坡和操作工位时，停止器等距离地释放小车，对车流起着稳定和均衡的作用。积放 式输送机作为机动灵活的输送设备，在现代化生产中起着组织和管理作用。由于各生 产工序间的短期不平衡性和各种偶然性，小车在系统中的流动是随机的和不规则的， 停止器在总体上对系统中的物流起着均衡作用，使小车的流动在概率上趋向稳定和平 华北科技学院毕业设计（论文） 第 13 页 共 48 页 衡状态，确保整个输送机系统的正常工作。当停止板动作时，小车组前小车上的升降 爪就与链条脱开啮合， “止逸爪”顶在停止板上，小车停止运行。 当一个车组停在停 止器上时，在其后就能陆续积存下几个车组。 （7）滚子组回转装置 滚子组回转装置是一种引导牵引链条水平转向，并为之提供圆滑过渡的部件。其 构造是在支架上等距离分布有一系列滚子，滚子内装有轴承。回转支架和牵引轨道平 行，支架上安装的滚子数量取决于水平弯轨的半径。牵引链沿滚子外表面摩擦运行， 带动滚子旋转。 （8）光轮回转装置 光轮回转装置也是一种引导牵引链条水平转向，并为之提供圆滑过渡的部件。光 轮是一个带外轮缘的圆形平轮，光轮中心与轮毂轴承配合。牵引链条沿光轮外表面运 行，靠摩擦力带动光轮旋转。所以光轮安装确保水平，防止链条脱落。 （9）道岔 道岔是在积放式输送机系统中控制载货小车运行路线的装置。道岔设置在轨道汇 合处或转换运行路线的位置上，控制积放小车在输送机系统中的流向。 道岔分为两种，一种是合流道岔，一种是分流道岔。合流道岔的运行方向由在承 载轨道中运行的前小车控制，前小车像楔块一样推动岔舌转向，使车组转入到合流轨 道中去。车组在分流道岔上的换向由气缸控制或手动（拉绳）控制，无论是手动还是 气缸控制，都是使岔舌旋转，道岔舌把车组从正在运行的轨道上转至另一承载轨道上， 或岔舌不旋转，车组在同一轨道上继续运行。 （10）止退器 止退器是用来防止进入停止器的第一辆积放小车后退和游戈的装置。止退器固定 在承载轨道上，由止退板和支架组成。载货小车向前运行时，在链条的推动下，积放 小车推止退板，止退板绕轴旋转，积放小车通过之后，止退板在自重的作用下又旋转 回原始位置。 （11）输送机的气路控制装置气路单元 气路单元是控制气缸动作的装置，它由分水滤气器、调压阀、油雾器及电磁阀等 气动元件组成并组装到一块安装板上，在气路单元的进气端，还设有截止阀，以便于 气路单元及气缸的维修。气路单元的进气端用软管与压缩空气管道连接，两个出口用 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 第 14 页 共 48 页 软管分别与气缸接口连接。气路单元各元件的功能如下：分水滤气器分离并除去压 缩空气中的水分和杂质；调压阀调节气缸所需要的压缩空气压力；油雾器润滑电 磁阀和气缸；电磁换向阀控制气缸运动方向；排气消声节流阀控制气缸运动速度， 消除排气燥声根据用途不同，气路单元可分为道岔气路单元、停止器气路单元、张紧 气路单元和升降机气路单元。 3.2 积放式悬挂输送机的工作原理 输送机的工作原理是通过小车组与输送链推头的啮合与脱开来实现吊具上的车辆 输送或停止积放。根据工艺要求，可以分为快链和慢链（称工艺链） ，快链主要是来用 于车辆输送或积放，可以根据生产线的长短来存放车辆的多少。慢链主要是用来整车 装配，根据生产工艺工位及链速来调整生产线的节拍，此时吊具上的车辆只能由牵引 链带着走。 小车组的运行是依靠牵引链驱动小车组实现，通过停止器的开闭来控制小车组的 起停。牵引链对小车组的驱动是靠推头外链片上的推头与小车组升降爪的啮合实现。 在轨间距为 381mm 的标准轨上，设有停止器，小车组遇到停止器时，升降爪被停止器 压迫下降而与推头脱离；在轨间距为 333mm 的工艺线压轨上，中间没有停止器，推头 与升降爪一直啮合，直到离开压轨区。 在标准轨上，推头下沿距承载轨上沿为 45mm，升降爪上沿距轨道上沿为 65mm，升 降爪与推头啮合约 20mm，升降爪的升降行程为 35mm，当小车组遇到停止器，升降爪被 压下降与推头脱开；而在压轨上，推头与升降爪啮合约 50mm，且升降爪收到推头的挤 压下降，但由于轨间距小，升降爪无法与推头脱开。 小车组由前、中、后三小车及均衡梁组成，前小车上装有一个可上下活动的升降 爪和可翻动的止逸爪及前铲等零件，升降爪通过杠杆与前铲相铰接，后小车上装有一 楔形尾板。牵引链条上的推杆与前小车上的升降爪相啮合，推动载货小车运行。积存 时依靠停止器臂板的插入将前小车上的升降爪压下，使载货小车脱离牵引链条的啮合 而停止下来，后续的小车因其前铲被前一辆载货小车的尾板抬起，通过杠杆迫使升降 爪落下，而使后续小车陆续停下，当停止器臂板撤回时，由于前铲的重力使升降爪抬 起复位，于是小车重新投入运行状态。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 15 页 共 48 页 4. PLC 的基本介绍 4.1 PLC 概况 随着微处理器计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到几乎所 有工业领域。当前用于工业控制的计算机可分为几类，如可编程控制器，基于 PC 总线 的工业控制计算机，基于单片机的测控装置，用于模拟量闭环的可编程调节器，集散 控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等。可编程控制器是应用面最广，功能 最强大，使用最方便的通用工业控制装置，它已成为当代工业自动化的主要支柱之一。 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在专业环境下应用而设计。 它采用可编程存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算 术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输出，控制各种类型的机械或生产过程。 4.2 PLC 的结构 PLC 主要由 CPU 模块，输入模块，输出模块和编程器组成。如图 4.2 所示 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 第 16 页 共 48 页 图 4.2 PLC 控制系统 4.3 PLC 的功能和应用 （1）顺序逻辑控制:是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它正逐步取代传统的继电器 顺序控制。 （2）运动控制：PLC 和计算机数控(CNC)设备集成在一起，可以完成机床的运动控制。 （3）定时和计数控制：定时和计数精度高，设置灵活，且高精度的时钟脉冲可用于准 确的实时控制。 （4）模拟量控制：PLC 能完成数模转换或者模数转换，控制大量的物理参数，例如， 温度、压力、速度和流量等。 （5）数据处理：能完成数据运算，逻辑运算、比较传送及转换等。 （6）通信和联网：PLC 之间、PLC 和上级计算机之间有很强的通信功能，作为实时控 制系统，不仅 PLC 数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电、故障时的对策等。 4.4 PLC 的工作原理 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 华北科技学院毕业设计（论文） 第 17 页 共 48 页 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。 （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。 5. 控制系统的简介 5.1 控制系统的整体设计 (1) PLC 控制系统设计的基本原则： .最大限度地满足被控对象的控制要求 .保证 PLC 控制系统安全可靠 .在满足控制要求的前提下，力求简单、经济、使用及维修方便 .考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择 PLC 容量时，应适当留有余量 （2）PLC 控制系统设计的主要内容： .拟定控制系统设计的技术条件 .选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构 .选定 PLC 的型号 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 第 18 页 共 48 页 .编制 PLC 的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图 .根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用 梯形图）进行程序设计 .设计操作台、电气柜及非标准电器元部件 .编写设计说明书和使用说明书 （3）PLC 控制系统设计的步骤： .根据生产的工艺过程分析控制要求 .在明确了控制任务和要求后，选择电气传动方式和确定系统所需的用户输入， 输出设备 .选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择，容量的选择，I/O 模块的选择等 .分配 I/O 点，设计 I/O 端子接线图 .进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工 .将编写好的程序输入 PLC 中去，并对程序进行调试和修改，直到满足要求为 止 .联机调试，在 PLC 软硬件设计和控制台、柜及现场施工完成后，就可以进行 整个系统联机调试，调试中发现的问题，要逐一排除，直到调试成功 .编制技术文件，包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、 PLC 程序清单 .交付使用 如图 5.1 所示 华北科技学院毕业设计（论文） 第 19 页 共 48 页 图 5.1 5.2 控制系统的工作过程 采用 PLC 对输送线进行自动控制，对物料烘干线（慢速链）来说，它是可调速工 艺链，通过控制柜内的变频器来调整其速度，控制过程比较简单。PLC 控制的主要是物 料输送线（快速连） ，所以必须了解运料小车所处的位置及各积放段所存小车的数量。 我们通过在输送线上安装占位开关（测检小车位置） ，满位开关（检测积放段存车数量 是否已达到要求） 、清除开关以及给址器（给定小车地址） 、读址器（根据所给地址命 令小车进入不同的工位）等向 PLC 输入端发出信号，经中央处理机（CPU）内部程序处 理后，向 PLC 输出端发出相应信号，来控制输送线上各个停止器的打开与关闭，从而 控制每辆小车的停止或运行，达到自动控制输送线正常运行的目的。 （1）运料小车给址、读址的过程 在全线正式起动前应先将小车送入输送线内，上车点位于 20#停止器前。只有在, 20#停止器后或 16#停止器后有空位时才可将车放入（严禁在输送机运行时将车放入线 内） 。如下图 5.2.1 所示 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 第 20 页 共 48 页 图 5.2.1 小车运行线路图 小车进入输送线后，先经合流道岔清除开关 SP40 及满位开关 SP41，再通过清址器 后（每辆小车都有两个用来给址的信号杆，通过清址器后，信号杆将恢复原位） ，至 1# 停止器等待。1#停止器为上料点，此处有一工位操作站，分布有急停按钮（ES1）和给 址按钮（WS1，WS2） 。全线共有 5 个急停按钮，当任意一个按钮被按下时，全线停止， 只有重新起动，全线才能恢复运行。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 21 页 共 48 页 图 5.2.2 小车前视图 小车在上料点上料后，根据需要对小车给址： .当 WS1 被按下时小车应进入第一个分流道岔的弯通道岔 .当 WS2 被按下时小车应进入第一个分流道岔的直通道岔，之后进入第二个分流 道岔的弯通道岔 .当 WS1，WS2 同时被按下时小车应进入第二个分流道岔的直通道岔 （2）分流道岔与合流道岔的动作过程 .分流道岔的控制:分流道岔所起的作用是将一条通路分成直通和弯通两条通路。 它是根据运料小车所给地址来产生相应动作的。由于装载不同物料的小车需进入不同 的工位，所以控制分流道岔的动作很重要。选用双线圈二位电磁阀推动汽缸控制分流 道岔，即当直通线圈得电后，道岔打至直通，即使线圈断电，道岔扔保持现有的状态， 直至弯通线圈得电后，道岔才打至弯通状态，反之亦然。 .合流道岔的控制:合流道岔所起的作用是将直通和弯通两条通路合成一条通路， 在合流道岔的两个分支前必须安装停止器。对它的控制主要是决定哪个分支的停止器 先被打开，即哪个分支的小车先行通过；决定顺序后，就应根据安装在河流道岔前的 清除开关或满位开关决定小车何时通过。 6. 控制系统的硬件设计 6.1 PLC 的选配 在选择 PLC 时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确 定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确 定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控 制系统。下面,我们就详细来说下选择 PLC 时需要考虑的几个方面。 （1）确定 I/O 点数 I/O 点数是衡量可编程控制器规模大小的重要指标。I/O 点数估算时应考虑适当的 余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加 10%20%的可扩展余量后，作为输入输 基于 PLC 控制的轻型反向积放式输送系统的设计 第 22 页 共 48 页 出点数估算数据，以便随时增加控制功能。 （2）确定存储器容量 一般微型和小型 PLC 的存储容量是固定的，介于 12KB 之间。用户程序所需内存 量与很多因素有关，如开关量 I/O 点数，模拟量 I/O 点数，内存利用率，编程水平等， 因此我们对用户存储容量只能作粗略的估算。一般，每个 I/O 点及有关元件占用的内 存量如下： 开关量输入元件： 1020B/点 开关量输出元件： 510B/点 定时器/计数器： 35B/点 模拟量： 80100B/点 通信接口： 每个接口需要 200B 以上 最后，根据计算出的总字节数，一般按估算容量的 50100%留有裕量，从而选择 合适的 PLC。 （3）I/O 响应时间的选择 PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间 延迟（一般在 23 个扫描周期）等。对开关量控制的系统，PLC 的 I/O 响应时间一般 都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。但对模拟量控制的系统、