小车定点呼叫PLC控制设计【无图】

小车定点呼叫PLC控制设计

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摘  要

　　　可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一门新兴技术，是实现工业生产、科学研究以及其他各个领域自动化的重要手段之一，应用十分广泛，是现代工业控制的三大支柱之一。

　　　本课题主要研究的是基于PLC的小车定点呼叫系统的设计，包括硬件的设计和软件的设计。通过设计编制PLC程序实现小车模型控制系统的自动控制。提供较为直观、清晰、准确的小车运行状态，为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。

　　　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，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，可靠性和可维护性好，易于安装、维修和改造等优点。随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。

　　　将PLC应用到运料小车定点呼叫电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。它功能强大，可扩展到多达128I/O点，且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据连接功能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。本课题主要包括：分析被控对象和明确系统控制要求；选定PLC类型，确定系统I/O设备的数量及种类；控制流程设计；控制程序设计。

　　　PLC在运料小车控制系统中的应用，已经在国内外工程、工厂中得到实际应用，具有巨大的经济和社会价值，其智能化和自动化的思路值得以后继续深入研究和推广。

【关键词】 PLC；运料小车；定点呼叫；控制系统

Abstract

　　Programmable logic controller (PLC) is a new technology of computer technology,automatic control technology and communication technology, is one of important means of production, scientific and industrial automation in all other areas, a wide range of applications, is one of the three pillars of modern industrial control.

　　　The main research topic is the design of PLC car fixed call system based ondesign, including the design of hardware and software.Automatic control of the car model control system designed by PLC programming.Provide a running car is more intuitive, clear, accurate, provides many possibilitiesfor the repair and fault diagnosis, to improve the efficiency of the system.

　　　Early haul car electrical control system for multi-relay - contactor complex system composed of, such a system design cycle is long, bulky, high cost of defects, data processing and communication capabilities, there must be someone responsible for the operation of the PLC application haul car electrical control system, the automated control of the car transporter, reducing the running costs of the system, PLC haul car electrical control system has a simple connection, control speed, reliability and maintainability, easy to install, maintenance and transformation, etc.. With economic development, the car transporter expanding to all areas of mechanization and automation, from manual to automatic, and gradually formed.

　　　PLC application to the car transporter sentinel call electrical control system can realize the automatic control of the car transporter, reducing the running costs of the system. It is powerful, and can be expanded to up to 128I / O points, and can increase the special function modules or expansion board. Communications and data connectivity options the FX1N in volume, communications and special function modules and other important applications very perfect. The main topics include: analysis of the controlled object and a clear system control requirements; selected PLC type to determine the quantity and type of system I / O devices; control process design; design control procedures.

　　　PLC the car transporter control system, has been in the domestic and international engineering, plant their practical application, with huge economic and social value of intelligent and automated ideas worth further research and extension.

【Keywords】 PLC; car transporter; fixed-point call; control system

目    录

前言1

1  小车定点呼叫方式的选择和可编程序控制器简介3

1.1 小车定点呼叫方式的选择3

1.1.1控制方式的分类3

1.1.2控制方式的比较3

1.1.3小车定点呼叫控制方式的选定4

1.1.4PLC控制系统设计的一般步骤4

1.2 可编程序控制器简介5

1.2.1PLC的定义5

1.2.2PLC的发展5

1.2.3PLC的特点6

1.2.4PLC的结构6

1.2.5PLC的工作原理9

1.2.6PLC的应用领域12

2  PLC系统的选择13

2.1 选型分析13

2.1.1PLC选型原则13

2.2 系统设计的要点13

2.2.1输入回路的设计13

2.2.2输出回路的设计13

2.2.3抗干扰措施14

2.2.4“COM”点的选择14

2.3 PLC系统的接线15

2.3.1电源接线15

2.3.2接地15

2.3.3控制单元输出端子接线15

3  小车定点呼叫模型控制系统的设计16

3.1 小车定点呼叫控制系统构件概述16

3.2 所用到的元器件简介16

4  小车定点呼叫控制系统设计18

4.1 控制系统工作原理18

4.1.1运料小车的运动流程18

4.1.2控制要求18

4.2 控制系统的框架20

4.2.1PLC框架配置图20

4.3 控制系统硬件设计20

4.4 控制系统软件设计21

4.4.1I/O地址分配21

4.4.2数字量输入部分22

4.4.3数字量输出部分22

4.4.4辅助继电器部分23

4.4.5小车启停辅助继电器23

4.4.6行程开关23

4.4.7呼叫按钮24

4.4.8比较25

4.4.9小车呼叫显示智能指令28

4.4.10小车启动定位1号站点指令28

5  控制系统的调试29

5.1 编程软件简介29

5.1.1GX DEVELOPE的主要功能29

5.1.2GX DEVELOPE的特点29

5.2 程序的下载、安装和调试29

6  结论31

谢  辞32

参考文献33

附  录34

附录1 FX2N基本指令34

附录2 程序流程图36

附录3 梯形图37

附录4 指令程序43

附录5 外部接线图47

前言

　　在可编程控制器问世之前，继电器-接触器控制在工业控制领域中占有主导地位。继电器-接触器控制系统是采用固定接线的硬件实现控制逻辑，如果生产任务或工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。另外，大型控制系统采用继电器-接触器控制，使用的继电器数量多，控制系统的体积大，耗电多，且继电器触点为机械触电，工作频率低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。1968年，在世界性工业技术改造浪潮的冲击下，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM公司），为了适应汽车型号的不断翻新，以求在激烈竞争的汽车工业中占有优势，提出要用一种新型的控制系统装置取代继电器-接触器控制装置。并且对未来的新型控制装置做出了具体的设想，要把计算机的完备功能以及灵活性、通用性好等优点和继电器-接触器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点融入于新的控制装置中，且要求新的控制装置编程简单，使得不熟悉计算机的人员也能很快掌握他的实用技术。通用公司提出的新一代控制器应具备的条件包括：

　　编程简单，可在现场修改程序。

　　维护方便，最好是插件式结构。

　　可靠性高于继电器控制。

　　体积小于继电器控制柜。

　　可将数据直接送入管理计算机。

　　在成本上可与继电器控制柜竞争。

　　输入可以是交流115V。

　　输出可以为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀。

　　扩展时，原有系统只要很小变化。

　　用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。

　　　美国数字设备公司（DEC）根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。其后，日本、德国等相继引入这项新技术，可编程控制器由此而迅速发展起来。

　　　PLC的主要特点是：从开关量控制发展到顺序控制、运送处理是自上而下的，连续PID控制等多功能。PID在终端站中可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行；PLC网络主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也有闭环控制功能。PLC的最大特点在于：电气工程师已不在电气的硬件上花费太多的心计，只要将按钮开关或感应器的输入点连接到PLC的输入点上就能解决问题，通过输出点连接接触器或继电器来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接连接就可以。PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理。

1  小车定点呼叫方式的选择和可编程序控制器简介

1.1 小车定点呼叫方式的选择

1.1.1控制方式的分类

　　　传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷：

　　　仅适合于简单的逻辑控制

　　　仅适合特殊的工程项目，而没有通用性

　　　没有改动和优化的可能性。

　　　伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点：

　　　硬件上至少有一个微处理器

　　　通过软件实现控制思想。

　　　目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有：

　　　可编程序逻辑控制器（PLC）

　　　工业控制计算机（IPC）

　　　集散控制系统（DCS）。

1.1.2控制方式的比较

（1）各自技术发展的起源

　　　工业控制计算机(IPC)是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。

　　　集散系统（DCS）从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要应用在工序控制上，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。

　　　近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和PID调节等功能模块；运算速度提高，CPU的能力赶上了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。PLC在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。

（2）相同点

　　　在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和I/O模件组成。编程方面也有很多相同点。

（3）不同点

　　　由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。

　　　PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。

　　　特别需要提出的是，PLC与STD总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC更适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊于STD工控机，但是从开关量控制而言，PLC的性能优于STD工控机。

1.1.3小车定点呼叫控制方式的选定

　　　PLC实现的自动控制系统，其控制功能基本都是通过设计软件来实现的，这种软件是利用PLC厂商提供的指令系统，根据机械设备的工艺流程来设计。

　　　PLC自问世以来，经过20多年的发展，在美国、欧洲、日本等工业发达国家已成为重要产业，当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。

　　　PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力。编程安装使用简便、低价格长寿命。比之单片机，它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端（输入端）为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程，用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务。

　　　PLC具有很多的优点。小车定点呼叫控制系统若采用PLC控制，体积小、重量轻、控制方式灵活、可靠性高、操作简单、维修容易。由于PLC所具有的灵活性、模块化、易于扩展等特点，可以根据现场要求实现小车的不同工作要求。机械手采用PLC控制技术，可以大大提高该系统的自动化程度，减少了大量的中间继电器、时间继电器和硬件接线，提高了控制系统的可靠性。同时，用PLC控制系统可方便地更改生产流程，增强控制功能。综上所述，小车定点呼叫的控制方式选择PLC控制。

1.1.4PLC控制系统设计的一般步骤

　　　在PLC控制系统设计时，一般要遵循步骤如下：

　　　深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求

　　　确定I/O设备

　　　选择合适的PLC类型

　　　说明书主要介绍了小车定点呼叫的设计过程，从PLC的选型及该PLC所连接的控制系统的整个流程。顺带的介绍了现代社会对运料小车定点呼叫系统的功能要求，以及运料小车以后的发展趋势。在老师的指导下以及同学的帮助下，我在本文中解决了如下问题：了解了一些关于三菱可编程序控制器的基本知识以及操作；控制系统硬件电路的正确设计及连接；实现了生产工作台5个呼叫站的呼叫要求，并对呼叫点记忆，最多能记忆五个点；小车能正确无误的应答各呼叫站的呼叫；软件编程调试方面，通过三菱编程软件GX  DEVELOPE已经正确调试了设计程序，并在程序的调试过程中收获很多宝贵经验。

　　　对于GX DEVELOPE的学习，从三菱软件的摸索，到操作，当然由于自己所编的程序相对比较简单，所以对这个软件的认识也不是十分的深入，但是通过这次的自我学习，也学到了许多的知识，更重要的是学会了自学一门新软件的方法。论文虽然已经完成，我想肯定有很多不恰当不完善的地方，希望指导老师能够指正！

　　　本设计方案虽然“设计简约，考虑面广，满足要求”，但至少存在以下2个问题尚未解决：

　　　（1）弧光短路问题

　　　（2）PLC电源净化问题

　　　三菱PLC供电电压为AC180-260V，适应电源范围较宽，可以直接从低压电网取用220V电源。但为减弱电网对PLC的干扰，仍应加装电源净化元件。

　　　建议：

　　　（1）针对弧光短路问题，建议通过增加延时方案来解决；

　　　（2）针对PLC电源净化问题，建议加装电源滤波器或隔离变压器的方案来解决。

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