毕业设计（论文）-PLC控制的自动送料小车系统设计.doc

贵州航天职业技术学院贵州航天职业技术学院 毕毕 业业 论论 文文 ( (设设 计计) ) 题目：PLC 控制的自动送料小车系统设计 系 别： 机 械 工 程 专 业： 机 电 一 体 化 班 级： 12 机 电 班 姓 名： 学 号： A123GZ0210501030 指导教师： 贵州航天职业技术学院 摘要：摘要：在发展快速的各行各业中，机械产品的不断更新，控制系统的发展已经很成熟， 越来越多的工厂设备采用 PLC，因此自动化程度越来越高。PLC 是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。因此送料小车控制系统选用了 PLC 控制。只需要完成编程就能让小车自主工作。送料小车性能的好坏与控制系统性有 着直接的关系。程序设计我使用了分步进行的思路，将复杂简单化。并且在修改时只需 要针对性修改，不会影响到其他设计程序。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，更加深入的理解了 PLC 知识。 【关键词关键词】PLC 送料小车 控制 程序设计 贵州航天职业技术学院 目目 录录 第 1 章 送料小车 PLC 控制系统作用 .1 1.1 控制系统在送料小车中的作用 .1 1.2 送料小车工作流程 .1 第 2 章 小车系统方案的选型 .2 2.1 可编程控制器 PLC 的优点 .2 2.2 系统方案的确定与要求 .3 第 3 章 运料小车 PLC 控制系统设计 .4 3.1 控制系统 I/O 分配表 .4 3.2 PLC 端子接线图 .4 3.3 控制系统工作流程图设计 .5 3.4 系统梯形图设计 .6 3.5 自动送料小车程序仿真验证 .9 总结 .10 致谢 .11 参考文献 .12 附录 .13 贵州航天职业技术学院 1 第第 1 1 章章 送料小车送料小车 PLCPLC 控制系统作用控制系统作用 1.11.1 控制系统在送料小车中的作用控制系统在送料小车中的作用 在社会发展的趋势下，一切自动化的机械产品都是为了尽可能的低成本，提高生产 效率，减轻劳动人民的负担，使生产自动化，然而这就离不开控制系统。 生产线的核心在于控制系统，对于生产线来说是起到指挥的作用。一旦系统出现故 障，轻者影响生产线运行，重者发生人身安全事故，这就不光单单是企业亏损的问题了， 更是人身安全能否得以保障的问题。因此，送料小车性能的好坏与控制系统性有着直接 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。 1.21.2 送料小车工作流程送料小车工作流程 连接一台三相异步电动机作为小车的运行动力，自动生产线上运料小车的运动如图 1-2 所示，小车所经过的生产线有 5 个点供小车停靠，分别为 1-5 号站台。每一个站台都 安装有行程开关用于检测小车是否到站。对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外， 还设有 4 个呼叫按钮开关分别与 4 个停靠站点相对应。若有呼叫按钮按下，小车则将会 运行到按下的呼叫按钮处进行卸料，随后返回 1 号站台等待呼叫。 自动化生产 线 运料小车运料小车 1 号站 _ 2 号站4 号站3 号站5 号站 1-2 运料小车示意图 运料小车 贵州航天职业技术学院 2 第第 2 2 章章 小车系统方案的选型小车系统方案的选型 2.12.1 可编程控制器可编程控制器 PLCPLC 的优点的优点 可编程控制器是没有触点的设备，通过编程就可以实现多种生产。目前，PLC 已经在 工厂生产线上广泛应用。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 在生产当中由于环境的恶劣，所以对设备的可靠性非常高，外界的干扰强烈，故需 要设备有很好的抗干扰能力来应对所在的环境。所以可编程控制器成为了首选。在 PLC 的设计里，采取了精选元器件及多层次抗干扰等措施，使 PLC 的平均无故障时间通常在 10 万小时以上，有些高档的还要高得多，绝这是其他电气设备做不到的。 2、配套齐全，功能完善，适用性强 经过无数次的改进，至今 PLC 已经逐渐成熟。适用于各种环境，如今 PLC 已经具备 完善的数据运算能力，可很好地用在数字控制领域。发展至今 PLC 功能单元的大量出现， 使 PLC 运用到了位置控制、温度控制等各种工业控制中。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 作为计算机通用的控制的 PLC。它的方便快捷，使得它更易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大致相同，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。 4、体积小，重量轻，能耗低 小型的 PLC 中新近产品的品种底部尺寸小于 100 mm，重量小于 150 g，功耗仅仅只 有数瓦。在具有体积小的优势下，机械中很容易装入，是实现机电一体化的理想控制设 备。 贵州航天职业技术学院 3 2.22.2 系统方案的系统方案的确定与要求确定与要求 要使小车能自主工作，可供选择元器件非常多。如继电器、单片机、PLC 等多种元 器件都可选作为小车的控制系统。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。然而继电器又因 为元件太多，出现故障时难以排查，在维修时也过于麻烦，不能快捷的进行修复，所以 在此也不易用继电器来实现。 而从上述第一节对 PLC 的特点了解最终我选择了用可编程控制器 PLC 来实现送料小 车系统的控制，运料小车控制系统的控制系统构成如下图 2-2 所示： 2-2 运料小车控制系统图 运料小车的控制要求如下： （1）按下启动按钮，系统开始运作；按下停止按钮，系统停止运作。 （2）按下启动按钮后，小车在 1 号站停 20S 装料，结束后如果按下呼叫按钮，小车 向右行驶，到达对应的呼叫按钮停靠站时小车停止运行并开始卸料，15S 卸料完毕后 小车开始向左行驶，到达装料停靠点时小车停止。 （3）呼叫按钮开关应具有互锁功能，先按下者优先。 停止按钮 5 个行程开关 4 个呼叫按钮 三相异步电动机 启动按钮 P L C 贵州航天职业技术学院 4 第第 3 3 章章 运料小车运料小车 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 3.13.1 控制系统控制系统 I/OI/O 分配表分配表 三相异步电动机是系统中唯一的外接机械。但是电机有正转和反转两个状态，所以 要用两个交流接触器分别控制电机的正反转，所以输出点应该有 2 个。对应的地址如下 表所示，控制系统中有启动按钮开关与停止按钮开关各一个，行程开关共 5 个、呼叫按 钮开关 4 个共 11 输入点。 表 3-1 I/O 分配表 元件地址对应的外部设备 SB1I0.0 启动按钮开关 SB2I0.1 停止按钮开关 SB3I0.2 2 号呼叫站台开关 SB4I0.3 3 号呼叫站台开关 SB5I0.4 4 号呼叫站台开关 SB6I0.5 5 号呼叫站台开关 SQ1I1.1 1 号站台行程开关 SQ2I1.2 2 号站台行程开关 SQ3I1.3 3 号站台行程开关 SQ4I1.4 4 号站台行程开关 输 入 SQ5I1.5 5 号站台行程开关 KM1Q0.0 电动机正转（左行）输 出 KM2Q0.1 电动机反转（右行） 3.23.2 PLCPLC 端子接线图端子接线图 PLC 型号选择西门子 S7-200。因为它运行稳定，通讯能力强，可靠性高，使用简单 方便，价格便宜，很适用于小型控制系统。CPU 采用西门子 CPU224。端子接线图如下图 3-2 所示，它集成了 14 个输入/10 个输出很符合本设计 11 个输入点/2 个输出点的要求。 贵州航天职业技术学院 5 图 3-2 端子接线图 3.33.3 控制系统工作流程图设计控制系统工作流程图设计 按照小车控制程序的要求，画出顺序功能如图 3-3 所示，系统启动后，运料小车开 始动作，并进行装料，20S 装料结束后若有呼叫按钮按下，小车向右行驶。到达对应的呼 叫按钮停靠站时小车停止运行并开始卸料，15S 卸料完毕后小车开始向左行驶，驶到装料 点时，小车停止动作并开始装料，等待呼叫。 图 3-3 总系统结构图 贵州航天职业技术学院 6 3.43.4 系统梯形图设计系统梯形图设计 运料小车控制系统的梯形图如下图所示： 贵州航天职业技术学院 7 贵州航天职业技术学院 8 贵州航天职业技术学院 9 3.53.5 自动送料小车程序仿真验证自动送料小车程序仿真验证 通过西门子 S7-200 仿真软件，将编写好的程序块进行仿真运行，自动送料小车程序 仿真如下图 3-5 所示，检查程序正确后点击运行按钮，检测其功能。首先按下启动按钮 I0.0 系统运行小车在 1 号站台开始装料计时 20S，T37 为装料计时器。计时完成，再按下 其中一个按钮（I0.2）小车进行送料到 2 号站台，到达呼叫站台后触碰对应行程开关 I1.2，小车开始卸料 15S，T38 开始卸料计时，计时完成后小车左行回到 1 号站触碰到行 程开关 I1.1，开始装料计时 20S，T37 开始动作。装料完成后等待呼叫按钮按下。小车通 过仿真验证，程序能够完成小车自动送料的设计目的。 图 3-5 送料小车仿真图 （指令表见附录） 贵州航天职业技术学院 10 总结总结 在做这个设计时，查看了很多资料，也从中学到了许多自己不知道的知识和巩固了 很多以前没学好的知识，使我的理论知识更加扎实，软件操作更加熟练。早期运料小车 电气控制系统多为继电器，接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、 成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。将 PLC 应用到运料 小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。PLC 运料小车 电气控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修 和改造方便等优点。 现代化社会的进程中，自动化小车的应用已经发展到各个行业。原先的手动到现在 的自动，从而转变为现在的机械自动化。因为传统的继电接触器控制在工作中已经暴露 出种种弊端，单片机又太过复杂，因此，越来越多的新设计替换旧设计。本设计中选用 PLC 来完成小车的自动控制，淘汰了继电器的种种弊端。在检测小车是否到达呼叫停靠点 的时候，运用了行程开关使小车的停靠位置更加准确。同时，简洁的设计理念和明显的 输入输出，让设计更清晰明了。这也是采用了成熟的可编程控制器带来的好处，即使在 出现故障时也能快速便捷的修复。 设计时首先查阅了许多关于 PLC 控制系统在小车中的作用及其工作流程，为后面的 设计思路提供了很大的帮助。再是了解了可编程控制器 PLC 的优点，从而确定了送料小 车的系统方案，提出了小车的设计要求。在做足准备后就着手写了本次论文的设计大纲。 根据提出的设计一步步完善了小车控制系统的 I/O 分配表、PLC 的端子接线图、过程图、 系统编程梯形图、仿真等具体设计内容。在编程和调试的过程中也遇到了许许多多的问 题，通过老师给我的指导和询问同学的建议，最后总算解决了这些问题，完成了本次设 计。本次设计实现了小车通过 PLC 控制系统进行自主送料的目的，避开了原先系统的弊 端，改善了以往的诸多问题。但是本小车控制系统并不完善，只做到了送料到站控制， 没有涉及到如何进行装料和送料的多少的设计，这些方面是本次设计没有完成的，是将 来需要研究的方向。 贵州航天职业技术学院 11 致谢致谢 本论文是在胡磊老师和郭克朝老师的指导下完成的。老师在专业知识上给了我很大 的帮助，帮助我在设计过程中解决了很多我一无所知的问题。老师悉心指导、严谨认真 的教学态度，育人为本、诲人不倦的师者风范，以及大人无己、磊落大度的高尚品格， 让我在专业知识上得到了更深的理解，在此我对导师表示衷心的感谢！ 感谢机电班的所有老师，是他们在这三年的时间里，教会我的专业知识。在我撰写 论文期间，得到了很多老师的帮助，在忙碌的工作之余，给予我专业知识上的指导，而 且教给我学习的方法和思路，使我在论文设计过程中不断有新的认识和提高。老师为我 的论文课题也提出了许多指导性的意见，为论文的撰写、修改提供了许多宝贵的指导和 建议。才使我能顺利的完成本论文。我会在以后的工作中铭记老师的教诲，灵活运用老 师传授的知识和技巧，做个对社会有用的人，不辜负老师对我的教导。希望每个人都和 我一样，通过做毕业设计，能够学到很多的知识与道理，大家都能用一颗热诚的心去投 身未来的工作，报效祖国、父母、老师。 在本文结束之际，特向我敬爱的机电班所以老师致以最崇高的敬礼和深深的感谢！ 贵州航天职业技术学院 12 参考文献参考文献 1 贾德生.PLC 应用开发实用子程序. 人民邮电出版社, 2006. 2 贺哲荣.流行 PLC 实用程序及设计. 西安电子科技大学出版社, 2006. 3 廖常初.PLC 基础及应用. 机械工业出版社，2003. 4 王本轶机电设备控制基础. 机械工业出版社，2005. 5 王春行液压控制系统. 机械工业出版社，1999. 6 张林国.王淑英.可编程控制器技术. 高等教育出版社, 2002. 7 郑凤翼.图解 PLC 控制系统梯形图和语句表. 人民邮电出版社, 2006. 贵州航天职业技术学院 13 附录附录 运料小车系统对应的指令程序如下： TITLE=程序注释 Network 1 / 田仁忠 PLC 的