《可编程控制器》课程设计-小车多方式运行的PLC控制.doc

设 计 任 务 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目： 小车多方式运行的PLC控制 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2017年 3 月 1日可编程控制器课程设计任务书（一） 设计题目小车多方式运行的PLC控制（二） 情况简介 在进行自动化生产现场中，尤其是在一些自动化生产线上，通常（运输）小车都需要根据实际需求，进行多地点随机装卸料，该课题便着手于此设计适用于自动化生产线上的小车系统。小车系统由直流电机、继电器、小车和4个站台等组成，每个站台有检测传感器、指示灯和按钮。站台上的呼叫按钮可控制小车在不同的运行状态间切换，使小车左行（电机反转）、右行（电机正转）及停车不断往返于各个站台之间。（三） 设计要求1. 小车起始位置停在x（x=14）号站台，SYx传感器为ON；2. 假如；y(y=14)号站台呼叫，如果：1 xy，小车左行到呼叫站台停车；2 xy，小车右行到呼叫站台停车；3 x=y，小车停止3. 小车在SY1和SY4处要有可靠的保护功能，自动往返或准确停车，不能向外撞；4. 小车路过每个站台要有指示灯显示；但LB1和LB4灯要闪3次。（四） 设计步骤1. 查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。2. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。3. 绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。4. 编程。5. 调试。6. 编写设计说明书。（五） 设计说明书要求1. 完整的设计任务书。2. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。3. 正确合理地进行编程元件的地址分配。4. 画出输入/输出接线图及相关电气原理图。5. 设计梯形图控制程序。6. 编制系统的操作说明。7. 编制系统的调试说明及注意事项。8. 设计体会（可选）。9. 参考文献。（六） 列出设计参考资料目录设计时间 2017 年 2 月 20 日至 2017 年 3 月 5 日（2周）指导教师: 张 翠 云 设 计 说 明 书可编程控制器课程设计设 计 题 目： 小车多方式运行的PLC控制 学 院： 机电工程学院 学 号： 3145503046 专业（方向）年级： 14级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 林培森 福建农林大学机电工程学院2017年 3月 1日目 录1、引言11.1背景11.2设计内容及目的12.1 系统硬件配置及组成原理22.1.1系统硬件配置22.1.2 PLC系统的结构组成22.1.3小车多方式运行的PLC控制组成原理32.2 系统变量定义及分配表32.3 系统接线图设计43、控制系统程序设计63.1 控制程序流程图设计63.2 控制系统的设计思路及设计程序64、控制系统的上位机设计124.1 人机界面选择124.2 人机界面设计124.2.1通讯连接124.2.2变量设置144.2.3画面组态155、系统调试及结果分析175.1 PLC程序调试及解决的问题175.2 PLC与上位机联调215.3 结果分析25结束语261、引言1.1背景随着现代化生产的发展和科学技术的进步，现代工业设备的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越来越高，因此越来越多的生产企业都开始使用新型的、自动化的（采用PLC、变频器、人机界面等自动化器件）工业设备来进行生产作业，将人们从繁杂的、高劳动强度的、低效率的人工作业中解脱出来，其中（运输）小车便是顺应社会发展过程产生的成果之一。运输小车广泛应用于自动生产流水线，小车具有多种运行方式，利用PLC等自动化器件可以实现各运行方式的控制与切换，根据实际生产过程中的需求，进行多地点且随机的装、卸料，极大地降低了生产成本，使操作更加简便，并提高了工业企业的生产能力及生产效率，促进国家经济的发展。1.2设计内容及目的本次课程设计的课题：小车多方式运行的PLC控制1. 2.1任务描述在进行自动化生产现场中，尤其是在一些自动化生产线上，通常（运输）小车都需要根据实际需求，进行多地点随机装卸料。本课题将设计一个由直流电机、继电器、小车和4个站台等组成的小车多方式运行系统，该系统中每个站台都设有检测传感器、指示灯和按钮。站台上的呼叫按钮可控制小车在不同的运行状态间切换，使小车左行（电机反转）、右行（电机正转）及停车不断往返于各个站台之间。1.2.2控制要求说明a. 小车起始位置停在x（x=14）号站台（此设计中设定起始位置为1号站台），SYx传感器为ON；b. 假如；y(y=14)号站台呼叫，如果：1 xy，小车左行到呼叫站台停车；2 xy，小车右行到呼叫站台停车；3 x=y，小车停止。c. 小车在SY1和SY4处要有可靠的保护功能，自动往返或准确停车，不能向外撞；d. 小车路过每个站台要有指示灯显示；但LB1和LB4灯要闪3次。2 、系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1系统硬件配置1. CPUS7-224XP2. 常开按钮3. 检测传感器（即行程开关，1、4站台有限位作用）4. 直流电机的输入线圈2.1.2 PLC系统的结构组成PLC系统主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、电源、扩展接口等部分组成。1. 中央处理器（CPU模块）中央处理器是可编程序控制器的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处理器是可编程序控制器的运算和控制中心，由它实现逻辑运算、数字运算，协调控制系统内部各部分的工作。它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量等。2. 存储器模块存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。在PLC中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。 3. 输入/输出单元（I/O模块） 输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。 PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。4. 通信接口模块PLC配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC通过这些通信接口可与监视器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。PLC与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输出打印；与监视器连接，可将控制过程图像显示出来；与其它PLC连接，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。 与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。远程I/O系统也必须配备相应的通信接口模块。5. 电源模块PLC配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强。对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值15% 的范围内波动。许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。6. 其他外部设备除了以上所述的部件和设备外，PLC还有许多外部设备，如EPROM写入器、外存储器、人/机接口装置等。图2-1 PLC系统的结构框图2.1.3小车多方式运行的PLC控制组成原理小车多方式运行的原理即启动开关开启后，通过按下各站台的按钮（SB14）便能实现呼叫功能，随后小车将行驶到相对应的站台并在各站台的限位开关（SY14）的作用下停下，此时该站台的指示灯（LB14）将亮起，其中1、4站台的指示灯（LB1、LB4）会先闪烁3次后常量，其原理图2-2所示。图2-2 小车多方式运行的PLC控制原理图2.2 系统变量定义及分配表根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。在我的设计方案中，I/O分配如表2-1、表2-2所示。表2-1 输入信号的定义及地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号启动/停止开关常开按钮SB0I1.01号呼叫台SB1I0.02号呼叫台SB2I0.13号呼叫台SB3I0.24号呼叫台SB4I0.31号站台有无车判断行程(限位)开关SY1I0.42号站台有无车判断SY2I0.53号站台有无车判断SY3I0.64号站台有无车判断SY4I0.7表2-2 输出信号的定义及地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输出信号启动指示灯指示灯KM1Q0.01号站台指示灯KM2Q0.12号站台指示灯KM3Q0.23号站台指示灯KM4Q0.34号站台指示灯KM5Q0.4小车右行（电机正转）接触器KM6Q0.5小车左行（电机反转）KM7Q0.62.3 系统接线图设计接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。 根据系统变量定义及分配表可以看出，要实现控制目的要利用PLC中的9个输入继电器和7个输出继电器，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7200(CPU224XP)，这种机型的I/O点数分别为14/10；而输入部分的电压可以采用DC24V的直流电，输出部分的电压则必须采用AC220V的交流电，并且热继电器的辅助常闭触点要接在主线上，这样才能达到保护的目的。此小车多方式运行的PLC控制的接线图可如图2-3所示。图2-3 小车多方式运行的PLC控制系统接线图3、控制系统程序设计3.1 控制程序流程图设计图3-1 小车多方式运行的PLC控制程序流程图3.2 控制系统的设计思路及设计程序设计思路：我将小车位于不同站台时可响应其他呼叫台的12种情况都列出来，分别编写相应情况下的小程序网络，最后再根据实际应用的可行性和合理性进行修改、整合，因此该设计程序基本采用起保停模式编写，部分结合置位、复位指令及经验设计法。首先，因为总共有4个呼叫台，所以我设置了4个呼叫台按钮，另外为保证系统只有在正常供电的情况下才能响应呼叫台的呼叫，特地多加入一个供电开关及其指示灯，用于对系统供电与断电操作，并串入到12个小网络中，保证系统运行的可靠性。当呼叫台按钮被按下（即有效时），根据传感器（限位开关）及呼叫台按钮的综合筛选，得出唯一的一种情况，驱动电机转动带动小车开往正在呼叫的站台，当到达该站台后，其传感器有效，使小车停下。图3-3 供电开关及其指示灯程序设计图图3-4 一号站台开往二号站台程序设计图图3-5 一号站台开往三号站台程序设计图图3-6 一号站台开往四号站台程序设计图图3-7 二号站台开往一号站台程序设计图图3-8 二号站台开往三号站台程序设计图图3-9 二号站台开往四号站台程序设计图图3-10 三号站台开往一号站台程序设计图图3-11 三号站台开往二号站台程序设计图图3-12 三号站台开往四号站台程序设计图图3-13 四号站台开往一号站台程序设计图图3-14 四号站台开往二号站台程序设计图图3-15 四号站台开往三号站台程序设计图具体的逻辑程序见附录。4、控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择对于人机界面，我选择用LeviStudio软件来制作。4.2 人机界面设计4.2.1通讯连接在系统的设备栏里，点击COM1，接着点击出现的新建设备，西门子S7-200系列PPI，然后选择串口号、设置地址指南等，如下图（图4-1）所示。图4-1 通讯连接相关图4.2.2变量设置表4-1 上位机输入、输出变量4.2.3画面组态我的人机界面具体分为两个界面：进入欢迎界面和监控界面（如下图）。图4-2 欢迎界面图图4-3 监控界面图图4-3为切换小车运行方式的主界面图，我设置了5个按钮和8个指示灯。当用户呼叫时，首先需要按下启动按钮，然后再按下相对应的呼叫台按钮，这时系统就会开始运行，小车会根据实际情况进行移动，行驶过程中界面上的（左、右行）指示灯也会相应地亮起。到达相应的站台时站台指示灯也会点亮或闪烁，再次按下启动按钮，系统就会切断各呼叫台电源，此时小车若不在1号站台（默认起始站台），则小车将自行行驶到1号站台并停下来，系统关闭。若需要重新相应呼叫，只需再次按下启动按钮，系统便可再次运行。5、系统调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为224XP，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。利用S7-200仿真软件调试小车从1号开往4号站台如下图（图5-1）。图5-1 小车从1号开往4号站台的仿真图（PS:仿真时程序缺失或位置发生变化不同于原程序，但效果并没有受到影响，情况如上图所示）5.2 PLC与上位机联调上位机我是采用LeviStudio软件来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0 STEP7 软件。紧接着，打开LeviStudio软件，选择自己的工程，点击VIEW，运行自己创建的人机界面。联调时，第一，点击人机界面中的存取按钮，选择某一车位，拨动相应的限位开关，观察是否符合设计要求；第二，直接拨动PLC工作台上的存取开关，也是选择某一车位，拨动相应的限位开关，观察是否符合设计要求。只有两者都成功了，才能确保PLC与上位机联调成功。联调记录（如下图所示）：（在欢迎界面点击屏幕任意位置即可进入监控界面。）（进入监控界面，点击启动按钮即可开启小车多方式运行的控制系统。开启系统后小车位于1号站台默认起始站台，此时一号站台闪烁3次后变为常亮。上图为闪烁过程中熄灭的状态。）（此时小车在1号站台，并闪烁结束，处于常亮状态。点击四号站台呼叫按钮，小车开始右行，右行指示灯点亮，且四号站台呼叫按钮自动复位。）（小车开始右行，待小车离开1号站台后，1号站台指示灯熄灭。）（小车经过2号站台，2号站台的指示灯点亮，随即继续开往3号站台。）（小车经过3号站台，3号站台指示灯点亮，待小车离开3号站台时，指示灯熄灭。）（小车到达4号站台，右行指示灯熄灭。此时，小车刚到达4号站台，4号站台指示灯出于闪烁阶段，上图为闪烁阶段灯灭的瞬间。）（小车到达4号站台一会后，4号站台指示灯变为常亮。点击2号站台呼叫按钮，小车开始左行，将离开4号站台。）（小车离开4号站台，4号站台指示灯熄灭。小车经过3号站台，3号站台指示灯被点亮。小车继续左行）（小车到达2号站台，2号站台指示灯常亮，左行指示灯熄灭，小车停靠在2号站台。）5.3 结果分析经过PLC与上位机的联调，我发现我做的人机界面能够实现远程控制，但联调时所有的限位开关都需要在下位机控制，除此之外没有较好保护措施来防止突发事件的发生如停电再恢复供电时，小车的自复位可能会引起电机烧毁，所以我的人机界面及程序仍有待进一步地完善。虽然人机界面存在不足，但是整个程序的结果是正确的。当有用户按下呼叫按钮时，小车便能够按照逻辑路线准确的开往该呼叫台，并及时停下。结束语首先需要先自我检讨一下，对于此次的课程设计，自己在态度上确实有点不大端正，再加之一贯的拖延症，认为有两个星期时间来完成便磨磨蹭蹭，若非老师通知调试时间于第二个星期二截止，恐怕将如老师所言那般一拖再拖至临近最终期限，没办法及时的全身心投入到完成课程设计上。言归正传，本次的课程设计，我的课题是小车多方式运行的PLC控制，是为了解决工业流水线上随机地的往返与各地点间的运输问题，采用PLC来实现这一自动响应，可提高生产效率，增加经济效益。这个课题的难度在所有的课题中不算很难，算是中等程度。但起初自己对整个设计的逻辑流程想当然的复杂化了，很浮躁，粗略的想一想便不再多加深思考，后来就打草稿分析了下整个过程，将其分成12种具体的情形分别得出各种情形的小程序，最后加以整合、修