毕业设计（论文）-基于PLC的转运小车设计.doc

摘 要可编程序控制器（Programmable Controller）简称PLC或PC，是随着现代社会生产的发展和技术进步产生的一种新型的工业控制装置。由于PLC的可靠性高、抗干扰能力强、编程方便、灵活通用、使用方便、维护简单、易于实现机电一体化，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可以用PLC。本设计是为了实现运料小车自动化，改变以往小车的单纯手动送料，减少劳动力，提高单位时间的生产，实现了自动化生产，而且本运料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。本文从第一二章运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；第三章介绍了送料小车的应达到的控制要求；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，程序设计全套图纸加扣 3012250582IIAbstractProgrammable logic controller referred to PLC or PC，because of the high reliability PLC adaptability，flexibility，environment，use convenient，simple maintenance，so the application of PLC in the rapidly expanding. In early PLC ，always have relays place，can use. But in todays PLC to control system that almost say there is need of place of PLC. Especially in recent years， the cost of PLC ， function and not increase， so，at the moment，PLC at home and abroad，has been widely used in various industries.In order to achieve the design of the car feed the transformation of manual and automated，simple to change the past，car manual feed，a reduction of the workforce， increased productivity，automated production! Feeding and the car is designed to be as a result of bad working conditions are not allowed to enter the working environment of the circumstances formed. This article from the first chapter of the feed system of the car identified as an entry point to introduce a car Why choose PLC control; Chapter II introduced the car feed the control requirements to be met; Chapter III under the control of the car system to carry out the specific design，including the terminal wiring diagram，ladder diagram (Sub-total system design descriptions and ladder) and procedures for instruction design; the final conclusion.Key words: PLC; Feeding Car; Control; Program DesignI目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题的背景意义.11.2 可编程控制器（PLC）概况.2 1.2.1 PLC的定义.2 1.2.2 PLC的发展2 1.2.3 PLC的特点.3 1.2.4 PLC的基本组成及各部分作用.4第2章 运料小车结构及系统方案的选择.92.1 小车结构介绍.92.2 可编程控制器 PLC的优点102.3 小车送料系统方案的选择11第3章 控制系统设计123.1控制系统工作原理123.1.1 运料小车的运动流程.123.1.2 设备控制要求12 3.2 小车运动分析.12 3.3 运料小车控制系统的PLC选型和资源配置.16 3.3.1控制系统图.16 3.3.2 PLC框架配置图.16 3.4 PLC选型.16 3.4.1选型分析.17 3.4.2 系统的安装.17 3.4.3 输入/输出模块的选择.17 3.4.4 开关量I/O的节省和模拟量1/0模块的代用.18 3.4.5 抗干扰措施.18第4章 基于PLC的运料小车接线图及梯形图194.1 I/O接口的分配194.2 数字量输入部分19 4.3 数字量的输出部分20 4.4 内部继电器部分204.5系统硬件的设计.204.6小车程序梯形图.22总 结.30参考文献.31致 谢.33第一章 绪论1.1课题的背景意义随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。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，重者甚至发生人生安全事故，这样将给企业造成重大损失。自动化加工工艺基本内容与特点:（1）自动化加工工艺基本内容，随着机械加工自动化程度的发展，自动化加工的工艺范围也在不断地扩大，自动花加工工艺的基本内容已包括大部分切削加工，如钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、镗孔、车端面、车削、铣削、内外圆磨削，拉削、珩磨以及滚压加工等，还有部分非切削加工也可实现自动化加工，如自动检测，自动装配、清洗、实验、自动打印、分类等工艺内容。（2）自动化加工工艺的特点。（1）自动化加工中的工件毛坯精度比普通加工要求高，并且在结构工艺性上要考虑适应自动化加工需要。（2）自动化加工的生产率比采用万能机床的普通加工一般要高几倍至几十倍。（3）自动化加工中的工件加工精度稳定，受人为因素影响小。（4）自动化加工中切削用量的选择，以及刀具尺寸控制系统的应用，是以保证加工精度，满足一定的刀具耐用度，提高劳动生产率为目的的。(5)在多品种小批量的自动化加工中，在工艺方案上考虑以成组技术为基础，充分发挥数控机床等柔性加工设备在适应加工品种改变方面的优势。运料小车是基于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运料小车的运行，因此，运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。运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。所以，对运料小车控制系统的设计要予以重视。本课题的主要设计内容有：确定运料小车控制系统的总体设计方案；设计运料小车拖动电机的电器控制线路原理图；确定运料小车控制系统PLC的型号规格，确定PLC I/O元件，列出PLC I/O元件分配表；设计运料小车控制系统PLC I/O接线图；PLC程序的总体结构图和梯形图（包括公用程序、控制程序、信号显示和故障报警程序等）。1.2可编程控制器（PLC）概况1.2.1 PLC的定义1985年1月，国际电工委员会(International Electro-technical Commission,IEC),在颁布可编程标准草案第二稿时，对PLC做了明确的规定 :可编程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，它采用可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并能通过数字的或模拟的输入和输出接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程控制器及其有关设备的设计原则是它易于与工业控制系统连成一个整体和具有扩充功能。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)存储器(RAM和EPROM),输入/输出模块(简称为I/O模块)、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。1.2.2PLC的发展 可编程序控制器的英文为ProgrammableController，在二十实际七十至八十年代一直简称为PC。由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC；加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController），为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。有人把可编程序控制器组成的系统称为PCS可编程序控制系统，强调可编程序控制器生产厂商向人们提供的已是完整的系统了。 1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，并公开招标提出十项标准:(1)编程方便，现场可修改程序；(2)维修方便，采用模块化结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；(4)体积小于继电器控制装置；(5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制装置竞争；(7)输入可以是交流115V；(8)输出为交流115V, 2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；(9)在扩展时，原系统只要很小变更；(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K。 1969年，美国数字公司(DEC)研制出了第一台可编程序控制器，型号PDP-1，满足了GM公司装配线的要求。同年美国的歌德公司（GOLILD）把PLC商品化，这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，很快在美国其它工业领域推广使用。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。 早期的PLC主要由分立式电子元件和小规模集成电路组成，它采用了一些计算机的技术，指令系统简单，一般只具有逻辑运算的功能但它简化了计算机的内部结构，使之能够很好的适应恶劣的工业现场环境。随着微电子技术的发展，由于大规模集成电路的（LSI）和微处理器在PLC中的应用，使PLC的功能不断增强，在改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化、化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了连续量为主反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作；另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制；以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。在多年的生产实践中，逐渐形成了PLC、DCS与IPC三足鼎立之势，还有其它的单回路智能式调节器等在市场上占有一定的百分比。 在八十年代至九十年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率保持在30-40%。由于PLC人机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分DCS的市场（过程控制）并逐渐垄断了污水处理等行业，但是工业PC（IPC）的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC和FCS也挤占了一部分PLC市场，导致近年来PLC增长速度渐缓。目前全世界有几百多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车、粮食加工、化学、制药、金属、矿山、纸浆、造纸等行业。国内PLC生产厂几十家，但没有形成规模大的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产，因此可以说PLC在我国未形成制造产业。作为原理、技术和工艺均无尖端技术难度的产品，只要努力，是能形成制造产业的。1.2.3PLC的特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的: （1）抗干扰能开强，可靠性极高； 工业生产对电气控制设备的可靠性的要求是非常高的，它应具有很强的抗干扰能力，能在恶劣的环境下（如温度、湿度大、金属粉尘多、有较强的高频电磁干扰等）长期连续可靠地工作，平均无故障时间（MTBF）长，故障修复时间短。 （2)应用灵活，编程方便；其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；可编程控制器的设计是面向工业企业中一般电气工程技术人员的，它采用易于理解和掌握的梯形语言，以及面向工业控制的简单指令。 （3)使用方便，维修方便，稳定可靠。虽然PLC种类繁多，由于其产品的系列化和模板化并且配有品种齐全的各种软件，用户可灵活组合成各种规模和要求不同的控制系统，用户在硬件设计方面，只是确定PLC的硬件配置和I/O通道的外部接线；PLC的控制程序课通过编程器输入到PLC的用户程序存储中。编程器不仅能对PLC控制程序进行写入、读出、检测、修改，还能对PLC的工作进行监护，使得PLC的操作及维护都很方便，PLC具有跟强的的自我诊断能力，能随时检查出自身的障碍，并显示给操作人员；PLC可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。 （4)设计、施工、调试周期短，易于实现机电一体化。用可编程控制器完成一项控制工程时，由于其硬件、软件齐全，设计和施工课同时进行；因为可编程控制器的结构紧凑、体积小、质量轻、可靠性高、抗震防潮和耐热能力强，使之易于安装在机器设备内部，制造出机电一体化产品。1.2.4 PLC控制系统的构成、设计原则及步骤PLC控制系统由硬件部分和软件部分组成。 1、中央处理单元(CPU)：CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务: (1) 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据； (2) 诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误; (3) 用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来; (5) 将用户程序的执行结果送至输出端。现代PLC使用的CPU主要有以下几种:(1) 通用微处理器，如8080, 8088, Z80A, 8085等。通用微处理器的价格便宜，通用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。(2) 单片机，如8051等。单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛地用于PLC的智能UO模块。(3) 位片式微处理器，如AMD2900系列等。位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快，它以4位为一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合，很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。 2、存储器根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种:(1)系统程序存储器:和各种计算机一样，PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM.(2)用户程序存储器:用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。由于RAM掉电会丢失数据，因此使用RAM作用户程序存储器的PLC，都有后备电池(铿电池)保护RAM，以免电源掉电时，丢失用户程序。当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC(如欧姆龙公司的CPMIA型PLC)采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。(3)工作数据存储器:工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。这部分数据存储在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储区，开辟有元件映象寄存器和数据表。元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。它存储用户程序执执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。 3、 1/0单元I/0单元也称为I/0模块。PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件. 4、电源部分PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V, +12V, +24V的直流电源，使PLC能正常工作。电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的CPU，通常电源封装到机壳内部;对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块中。 5、扩展接口扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。 6通信接口为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制;当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。 7、编程器编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后，才能输入。它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRL图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。还可以利用PC作为编程器，PLC生产厂家配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换。程序被下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。现在很多PLC已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。 对于整个PLC控制系统来说，其硬件部分不仅包括选择符合控制要求的PLC机型、存储器容量、电源模块、输入/输出模块、通信模块、模拟量输入/输出模块和特殊功能模块等，还应当包括选择合适的可编程控制器外围装置、设备与接口，如输入设备（控制按钮、开关、传感器等）、执行装置（接触器、继电器等）和由执行装置控制的现场设备（水泵、鼓风机、阀门等）。软件部分主要包括对PLC进行I/O点地址、内部继电器、定时器、计数器等的分配，PLC控制程序的设计（梯形图、语句表、流程图等），还有一些技术文件等。PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好地实现工艺提出的控制要求。PLC控制系统的设计应遵循以下原则。（1）根据工艺流程进行设计，力求控制系统能最大限度地满足控制要求。（2）在满足控制要求的前提下，尽量减少PLC系统硬件费用。（3）考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑PLC的可扩展性。（3）控制系统使用和维护方便、安全可靠。 一般PLC控制系统的设计步骤如图1-1所示，具体操作如下。 控制要求分析开始设计设计结束确定输入输出设备现场模拟调试选择合适的PLCI/O点数分配PLC程序设计模拟调试整理技术文件 图1-1设计步骤示意图 (1）控制要求分析在设计PLC控制系统之前，必须对工艺过程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己所要完成的任务，并更好地完成任务，设计出令人满意的控制系统。（2）确定输入/输出设备根据控制要求选择合适的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等），根据所选用的输入/输出设备的类型和数量确定PLC的I/0点数。（3）选择合适PLC确定PLC的I/0点数后，就根据I/0点数、控制要求等来进行PLC的选择。选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。（4）I/0点数分配点数分配就是规定PLC的I/0端子和输入/输出设备。 （5）PLC程序设计首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的联系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。（6）模拟调试程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。（7）现场联机调试现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。（8）整理技术文件这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O接线原理图、程序清单和使用说明书等。第2章 运料小车结构及控制系统方案的选择2.1 小车结构介绍 图2-1 小车装配图 小车主要由车架、托辊组、驱动装置、行轮组等组成。 （1） 链轮：带嵌齿轮式扣链齿的轮子用以与节链环上节距准确的块体相啮合，带辐条的齿轮与链啮合。链轮的作用相当于正时皮带，是发动机系统的重要组成部分。 （2） 托辊组：平行下托辊是由单根长托辊组成，托辊两端各有一个固定架，托辊的长度、吊架结构以及安装孔距应能允许输送带具有适当的横向移动，不允许输送带边缘同输送机的任何固定部件或机架相接触。 图2-2托辊组 （3） 车架：架必须具有足够的强度和刚度以承受小车的载荷和从车轮传来的冲击。车架的功用是支撑、连接小车的各总成，使各总成保持相对正确的位置，并承受小车你内外的各种载荷。2.2 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。2.3 小车运料系统方案的选择实现小车运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、计数资源丰富，可以方便地实现对运料小车的控制。因此，最终我选择了用可编程控制器PLC来实现运料小车系统的控制，完成本次的设计。通过PLC完成小车的走与停，按照人员选择走与停。第三章 控制系统设计3.1 控制系统工作原理3.1.1 运料小车的运动流程 某自动生产线上运料小车的运动如图3-1所示，运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向右行，电机反转，小车向左行。在生产线上有5个编码为15的站点供小车停靠，在每个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外，还设有5个呼叫按钮开关（HJ1- HJ5）分别与5个停靠站点相对应。1号站2号站3号站4号站5号站运料小车自动化生产线图3-1 运料小车示意图3.1.2 设备控制要求运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下：（1）按下启动按钮，系统开始工作，按下停止按钮，系统停止工作；（2）当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按扭HJ的编码时，小车向右运行运行到按钮HJ所对应的停靠站时停止；（3）当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按扭HJ的编码时，小车向左运行，运行到按钮HJ所对应的停靠站时停止；（4）当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按扭HJ的编码时，小车保持不动；呼叫按钮开关HJ1-HJ5应具有互锁功能，先按下者优先。32 小车运动分析小车在呼叫按钮之间的运动如图3-2所示，图3-2 小车在呼叫按钮之间的运动根据生产工艺要求设计出小车在运料过程中的速度变化情况如图3-3所示，图3-3 小车在两呼叫按钮之间运料过程中速度变化情况根据小车运料过程中速度曲线图确定变频器的频率变化情况如图3-4所示，图3-4 变频器的频率变化情况根据系统控制要求，分析出如下系统控制流程图， 图 3-5 控制系统流程图3.3 运料小车控制系统的PLC选型和资源配置3.3.1 控制系统图控制系统如图3-6所示:图3-6 运料小车控制系统图3.3.2 PLC框架配置图运料小车控制采用三菱的FX2N系列整体式PLC。PLC框架配置如图3-7所示。 图3-7 PLC框架配置图3.4 PLC选型3.4.1 选型分析在工程中主要根据工艺要求、控制对象、用户需要等方面选择合适的PLC，以获得最佳的性能价格比。就一个控制系统而言，PLC的选型原则和考虑因素如下:(1)PLC一般用于开关量控制为主兼有模拟量控制的系统，尤其适合于动作频繁、逻辑关系复杂、程序多变的系统。应用于这样的系统，将会最大限度发挥技术经济效果。(2)是否与计算机连接，是否要求构成网络信息系统，以及对远程站的设置要求。是否需要中断输入、双机热备、位置控制、高速计数器等特殊模块和智能模块。(3)开关量I/O点数、模拟量1/0路数、电压等级及输出功率、内存容量。1/0点数直接关系到PLC输入/输出模块的选择，I/0点数一般要考虑1件一2既的余量，特别是开关量输入更应考虑多些余量;合适的电压等级可提高PLC的抗干扰能力:主机用户内存容量的大小对设备费的影响不大，故建议内存容量可选大一些。(4)其他考虑因素选择PLC还要对其外型、结构、系统组成、设置条件、价格、技术服务、应用业绩等多项指标综合分析比较。故选用FX2N是FX系列中功能较强的，速度较高的微型PLC根据本文小车选用输出/输出点数为24点。3.4.2 系统的安装无远程功能的PLC用在单机或控制范围不大的系统，有远程功能的PLC则用于大范围的控制系统。远程系统中，本地站一般设在集中控制室，远程站一般设在低压配电室或仪表室，这样可使PLC的外部接线最短。PLC忌安装在高温、结凝、特别是有振动冲击的场所。3.4.3 输入/输出模块的选择模块电源:在选择交流1/0模块时，宜采用隔离变压器为其供电，这样可防止外部电路故障冲击模块。电源线采用双绞线，绞距1ZcM。隔离变压器的容量按PLC电源组件容量的1.5一2倍选择。直流模块的外接电源，其波纹值应满足模块要求;若是模拟量直流模块，尚需用稳压电源。电压等级:在选择I角模块时，电压等级是一个比较重要的参数，它要根据现场设备与模块之间的距离来选。当外部线路较长时，可选用AC220V模块;当外线短且控制相对集中时可选择优24V模块。输出电路:PLC的模块输出方式一般有3种:晶体管输出、继电器输出、双向可控硅输出。确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行很重要。每个输出点、每组输出点、每个输出模块的负载电源不得超过额定电流。其中继电器输出模块的负载电流以不能太接近额定电流，当接近额定电流时，最好先带动一个小型中继，再通过中继扩展输出模块的输出容量。采用双向可控硅输出模块，其负载电流必须大于双向可控硅的维持电流，否则应在负载上并联电阻。对于动作频繁、电感性或功率因素低的负载，不宜选用继电器输出模块，而应该采用晶体管输出模块。如果PLC输出带感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。当频率为10次/min以下时，既可采用继电器输出方式;也可采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器(SSR)，再驱动负载;对于两个重要输出量不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。输入电路:PLC输入电路电源一般应采用DC24V，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，同时其带负载(接近开关等)时要注意容量，同时作好防短路措施(因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行)，建议该电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜熔丝，防止短路，以直流输入模板为例。3.4.4 开关量I/0点的节省和模拟量1/0模块 相同控制作用且每个接点在编程中仅使用一次的若干个输入接点，可在外部电路进行串、并联后作为一个输入点处理，编程时用常开编程接点。如某个设备的多个故障信号接点可在外部电路串联后接在一个输入点上，而不必占用多个输入点。相同控制逻辑的输出，如集中联锁控制系统发往各现场的启动预告信号，可只用一个输出点，再用接线端子扩展至各现场设备。3.4.5 抗干扰措施 由于产生干扰的因素是复杂而多样的，因此采取的抗干扰措施要根据情况而定。PLC供电电源一般为AC85一240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:l隔离变压器等);隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。设置一个PLC信号专用接地装置。该装置不能和防雷接地装置、电器设备接地装置有金属连接。接地电阻可参见使用说明书，一般小于100。即可。接地线进入PLC控制柜中的信号接地端子排。当出现干扰时将PLC的接线端子与信号接地端子排连。第4章基于PLC的送料小车的接线图及梯形图4.1 I/O接口的分配 由于CPU模块有14点数字量输入，10点数字量输出，所以不再需要输入输出模块。采用IO自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X000X013，输出端子对应的输出地址是Y000Y001。4.2 数字量输入部分这个控制系统的输入有启动按钮开关、停止按钮开关、5个呼叫按钮开关、5个行程开关共12点输入。具体的输入分配如表4-1所示。表4-1 输入地址分配 输入地址对应的外部设备X000X001X002X003 X004X005X006X007X010X011X012 X013 启动按钮开关 停止按钮开关1号站呼叫按钮开关2号站呼叫按钮开关3号站呼叫按钮开关4号站呼叫按钮开关5号站呼叫按钮开关 1号站行程开关 2号站行程开关 3号站行程开关 4号站行程开关 5号站行程开关4.3 数字量输出部分这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相电动机。但是电机有正转和反转两种状态，分别对应正转继电器和反转继电器，所以输出点有2个。具体的输出分配表如表4-2所示。表4-2 输出地址分配 输出地址对应外部设备Y000 Y