PLC控制自动送料系统毕业论文设计.docx

PLC控制自动送料系统毕业论文设计目录1 引言11.1 自动送料系统发展现状分析21.2 送料小车发展现状21.3 设计的目的和意义32 PLC及其基本原理结构52.1 PLC的产生和发展52.1.1 PLC的产生及定义52.1.2 PLC的发展62.2 PLC的组成和基本工作原理82.2.1 PLC的基本组成82.2.2 PLC的基本原理112.3 S7-200CPU原理132.3.1外形接口图132.3.2 CPU规格142.4 S7-200PLC CPU接线功能介绍153 送料小车系统方案的选择163.1 控制系统的设计163.2 三相异步电动机的选择163.3 行程开关的选择183.4 继电器的选择193.5传感器的设计204 编程软件的介绍234.1 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍234.1.1基本功能234.1.2其他功能235 基于PLC的送料小车设计系统265.1 控制系统介绍265.2送料小车PLC的 I/O分配表275.3 PLC端子接线图275.4小车运行梯形图286 组态王仿真316.1 紫金组态王软件介绍316.1.1组态王与PLC的通信346.2 组态王中送料系统的模拟连接366.2.1设备选则和链接406.2.2通信系统设计406.3 创建动画窗口416.3.1 创建总貌窗口416.3.2 定义画面446.3.3定义运行脚本(程序)46结 论50致谢51参考文献：521 引言随着社会迅速的发展，各机械产品层出不穷。控制系统的发展已经很成熟，应用范围涉及各个领域，例如：机械、汽车制造、化工、交通、军事、民用等。PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。PLC的应用不但大大地提高了电气控制系统的可靠性和抗干扰能力，而且大大地简化和减少了维修维护的工作量。PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点 ，在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。送料小车控制系统采用了PLC控制。从送料小车的工艺流程来看，其控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统，因此，此送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式。我在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间复杂的联锁关系，从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时，不会对其它工作方式的程序造成影响，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，更加深入的了解了更多的PLC知识。1.1 自动送料系统发展现状分析自第三次工业革命以来，社会各方面加速发展，商品的生产与流通日益社会化、机械化、智能化，自动送料机正以崭新的面貌崛起，引起人们普遍重视。自动送料机已广泛应用于各个行业。在将来，如果没有自动送料机就没有商品的生产和销售，如果没有先进的工业与科学技术的综合发展，也不可能出现高水平的现代化生产迄今，一些科学技术发达的国家，在食品、医药、轻工、化工、纺织、电子、仪表和兵器等工业部门，已经不同程度地形成了由原料处理、中间加工和产品包装三大环节所组成的包装连续化和自动化的生产过程，有的还将包装材料加工、包装容器成型及包装产品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。实现生产的机械化和自动化，尤其是实现具有高度灵活的自动流水线，不仅体现了现代生产的发展方向，同时也可以获得巨大的经济效益。由此可见，实现生产机械化和建立现代化生产工业，乃是关系到国家长远规划的一件大事，也是搞好社会主义四个现代化的一项重要内容。国内发展现状：我国自动送料系统工业历史短，总体技术水平和生产能力较低，但是近年来在国内巨大的市场促进下，并受国外先进技术影响，发展速度很快，局部技术水平有了明显提高。根据我国国情，自动送料机主要还是引进、消化、吸收国外先进技术，建立一批自动送料机骨干企业。该工业已经成为我国国民经济中不可缺少的非常重要的新兴行业。根据我国国情自动送料系统的发展趋势是：（1）引进、消化、吸收国外先进技术，建立一批自动送料机骨干企业，包括个别中外合资企业，从而可满足大型包装生产线以及高精度、高自动化程度的单机或机组生产的需要，进而可加快自动送料系统的国产化的速度。（2）大多数企业要重点发展中、小型自动送料机。我国大多数企业技术水平不高，生产能力较低，生产以单机为主的中、小型自动送料系统比较适宜，但要在此基础上不断提高制造精度、自动化程度和配套能力。（3）在自动送料系统生产中，大量引入高新技术，研制组合式、模块式等先进结构，使自动送料系统产品设计先进、使用可靠、使其性能指标、工艺水平、“三化”水平高，向机电结合、主辅系统结合、成套联线方向发展。1.2 送料小车发展现状送料装车设备广泛地应用于建材、冶金、煤炭、电力、化工、轻工等工业生产部门。老式送料装车设备因为没有计量而存在多装、少装的问题。特别是在运输的过程中，不允许车辆超载，多装了，得卸掉，少装了，得进行二次装车，使得装车工作进行非常缓慢。 随着当今社会科学技术的发展，各类物料输送的生产线对自动化程度的要求越来越高，原有的生产送装料设备已经远远的不能满足当前高度自动化的需要。由于控制系统的不断发展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产效率的不断提高，送料装车的控制经历了以下几个阶段：（1）手动控制 在20世纪60年代末70年代初期，便有一些工业生产采用PLC来实现送料装车的控制，但是限于当时的技术还不够成熟，只能采用手动的控制方式来控制机器设备5，而且早期送料装车控制系统多为继电器和接触器所组成的复杂控制系统,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，必须要有专人负责操作。（2）自动控制 在20世纪80年代，由于计算机的价格普遍下降，这时的大型工控企业将PLC充分的与计算机相结合，通过机器人技术，自动化设备终于实现了PLC在送料装车控制系统中自动控制方面的应用6。（3）全自动控制 现阶段，由于PLC技术向高性能、高速度、大容量发展，大型PLC大多数采用多CPU结构，不断向高性能、高速度、大容量方向发展。将PLC运用到送料装车控制系统中，可实现送料装车的全自动控制，降低了系统的运行费用。PLC控制的送料装车自动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、维修和改造方便等优点7。1.3 设计的目的和意义 能够运用以前学到的电子电工学、电气控制、PLC技术等有关基础知识，根据实际进行电控系统设计及PLC程序的编制；通过设计过程，熟悉电气控制系统设计的一般步骤和顺序；学会使用电控器产品（如PLC）产品手册、说明书及相关参考资料的方法；能够根据设计要求，利用有关资料来正确选择产品的型号和模块配置；进一步将课堂中学到的理论知识与实践结合起来。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.运料车的作用是将搅拌好的成品料提升到成品料存储仓中。早期的搅拌设备中，运料车控制通常都是采用继电器逻辑控制，由于继电器的稳定性远远比不上目前的plc控制设备。特别是随着科技的不断发展，plc以其体积小，功能强、故障率低、可靠性高、维护方便等优点，被国内外沥青混合料搅拌设备厂家广泛采用。本项目运用plc(可编程逻辑控制)控制运料小车的运行，取代了传统的继电器控制，实现了运料过程的自动化。在具体控制过程中，通过移位指令、计时器和移位寄存器的复位指令使运料车能够连续运行，直到需要停止时按停止按钮停车。运料车还可通过手动控制其运行,plc在小车自动送料控制系统中可实现较高的自动化程度，大大提高系统的稳定性和可靠性，减少调试、运行、维护的强度，成为“无人值班，少人值守”的优选小车送料自动控制系统。用plc控制运料系统，安全、可靠，而且维护、调试方便，具有很高的推广价值。2 PLC及其基本原理结构2.1 PLC的产生和发展2.1.1 PLC的产生及定义在制造业和过程工业中，除了以模拟量为被控制对象的反馈控制外，还存在着大量的以开关量（数字量）为主的逻辑顺序控制，这一点在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业中尤为突出。它要求控制系统按照逻辑条件和一定的顺序、时序产生控制动作，并能够对来自现场的大量开关量、脉冲、计时、计数以及模拟量的超限报警等数字信号进行监视和处理。这些工作在早期是由继电器接触器电路来实现的，继电器接触器控制系统的结构简单、生产成本低、抗干扰能力强、故障检测直观方便、使用范围广，可以满足大容量、远距离控制的要求，直到今天仍是工业自动化控制领域基本的控制系统之一。为了解决继电器接触器控制系统存在的问题，20世纪50年代，人们开始考虑利用计算机功能完善、通用性、灵活性强的特点来解决继电器接触器存在的问题。但由于当时的计算机原理复杂，成本高，编程难度大，加工工业控制需要大量的外围接口设备，可靠性问题突出，这一设想最终未能实现。由于计算机技术的快速发展，20世纪60年代末美国通用汽车公司为了适应汽车市场多品种、小批量的生产要求，需要解决生产线继电器接触器控制系统中普遍存在的通用性、灵活性差的问题，提出了研究新型控制器的设想，总结提出了新型控制器应该具有的10大要求。美国的数字设备公司在1969年率先研制出了世界第一台新型控制器，并称之为可编程序逻辑控制器，从此PLC开始被广泛应用于各种开关量逻辑控制的场合。20世纪70年代中期出现了微型计算机，微机技术被应用到PLC中，使得PLC不仅具有逻辑控制的功能，而且还增加了运算、数据传送和处理等功能，成为具有计算机功能的工业控制装置。1980年美国电气制造商协会(NEMA)正式将其命名为可编程控制器，现在人们普遍称可编程控制器为PLC而不是PC是为了避免与广泛使用的个人计算机的简称PC相混淆。国际电工委员会(mc)于1982年11月和1985年1月颁布了可编程控制器标准第一稿和第二稿，对可编程控制器作了如下的定义：“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编程的存储器，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命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。总之，可编程控制器是一台计算机，是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入腧出接口，并且具有较强的驱动能力。可编程控制器产品并不是针对某一具体工业应用，其灵活、标准的配置能够适应工业上的各种控制。在实际应用时，其硬件可根据需要选用配置，其软件则需要根据控制要求进行设计。2.1.2 PLC的发展推动PLC技术发展的动力主要来自两个方面，其一是企业对高性能、高可靠性自动控制系统的客观需要，如关于PLC最初的性能指标就是由用户提出的。其次，大规模及超大规模集成电路技术的飞速发展，微处理器性能的不断提高，为PLC技术的发展奠定了基础并开拓了发展空间。这两大因素的结合，是的当今的PLC控制器已经在所有性能指标上大大超越了初期的指标。PLC技术的发展大致可分为如下4个阶段。（1）19701980年：结构典型阶段，在此阶段，各种类型的顺序控制其不断出现，如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单片机型等，但均被迅速淘汰，最终以微处理器为核心的现有PLC结构形式得到了市场的认可，得以迅速发展与推广；PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟；应用领域也开始由最初的小范围、有选择地使用向机床、生产线领域扩展。（2）19801990年：普及与系列化阶段，在此阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断降低，PLC迅速普及，各PLC生产厂家的产品开始形成系列，相继出现了固定I/O点型、基本单元家扩展型和模块化型这三种延续至今的基本结构；PLC的应用范围开始遍及顺序控制的全部领域。在该阶段，西门子公司以最早的S3系列PLC产品为主；1978年后的产品逐渐被S5系列产品所代替，S5系列PLC包垮了大、中、小型各种规格的产品。（3）19902000高性能与小型化阶段，在此阶段，随着微电子技术的进步，CPU的运算速度大幅上升，位数不断增加，用于各种特殊功能的功能模块不断开发出来，PLC的功能日益增强，应用范围由单一的顺序控制向现场控制领域延伸；同时，PLC的体积大幅缩小，出现了多种小型化、微型化的PLC。在该阶段，西门子公司的PLC产品开始从S5系列向S7系列过渡，1995年后陆续推出了S7-200/300/400等小、中、大型的PLC系列产品。（4）2000年至今：高性能与网络化阶段。在该阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC的功能被不断开发和完善。PLC的生产厂家在继续提高CPU 运行速度、位数的同时，开发了使用于过程控制、运动控制的特殊功能与模块，应用范围开始扩展到工厂自动化的全部领域；与此同时，为了适应IT技术的发展，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程于I/O设备，还可以通过各种现场总线构成网络系统，为工厂自动化奠定了基础。我国的PLC生产目前也有一定的发展，小型PLC已批量生产；中型PLC已有产品；大型PLC已开始研制。国内PLC形成产品化的生产企业约30多家，国内产品市场占有率不超过10%，主要生产单位有：苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。国内产品在价格上占有明显的优势。随着微处理器、网络通信、人机界面技术的迅速发展，工业自动化技术日新月异，各种产品竞争激烈，新产品不断涌现。PLC也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据，加之与DCS、PID调节器、工业PC等技术相结合，使之不再是一种简单的控制设备，而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。PLC市场也反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。但是，按照预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，估计全球PLC市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微增长。长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。同时，PLC也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。国内PLC市场仍以国外产品为主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的产品。经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，可以说PLC在我国尚未形成制造产业化。在PLC应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。专家估计，2000年PLC的国内市场销量为15（20万套（其中进口占90%左右），约25（35亿元人民币，年增长率约为12%。预计到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约35（45亿元人民币）。2.2 PLC的组成和基本工作原理2.2.1 PLC的基本组成目前，PLC的生产厂家很多，产品结构各不相同，但基本结构大致相同：以中央处理器（CPU）为核心，在系统程序的管理下运行。PLC与各个被控制对象的接口由专门设计的I/O部件来完成，通常还配以专门的供电电源及其他专用模块，其基本组成部件如下图所示。1.中英处理器 CPU是PLC的核心部件，也是PLC的运算和控制中心，负责完成逻辑运算、数字运算以及协调系统内各个部分的工作。CPU由控制器、运算器和寄存器等组成。通过地址总线、数据总新和控制总线与存储器、I/O接口电路连接。PLC常用的CPU有通用微处理器、单片机和位片式微处理器。目前大多数PLC多采用16位或32位微处理器作为CPU ，有些高档的PLC还采用微处理器冗余技术，多个CPU 并行工作，当主CPU正常工作时，其他CPU处于热备用状态，随时可以接替发生故障的CPU的工作，大大提高了系统的可靠性。其主要功能如下：（1）采用现场输入装置传送的状态或数据，通过输入接口存入输入映像寄存器或数据寄存器中，用扫描方式接收输入装备的状态信号，并存入相应的输入映像寄存器。（2）按用户程序存储器中存放的先后次序逐条读取指令，完成各种数据的运算、传递和存储等功能，刷新输出映像，将输出映像的内容送至输出单元。（3）检测诊断电源故障及PLC内部电路工作状态，诊断用户程序的语法错误。（4）根据数据处理的结果，刷新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，响应各种外围设备，如编程器、打印机、上位机、图形监控系统等的工作要求，以实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。2.存储器存储器是PLC存放系统程序、用户程序和运行数据的单元，由系统程序存储器和用户程序存储器两部分组成。系统程序存储器用于存放PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序在出厂时已经被固化在PROM或EROM中，这部分存储器用户不能访问。用户程序存储器是为用户程序提供存储的区域，存储器容量的大小决定了用户程序的大小和复杂程度，从而决定了用户程序所能完成的功能和任务的大小。因此这部分存储器容量的大小才是用户真正关心的，通常情况下，厂家提供的PLC存储器容量，若无特别说明，均指用户程序存储器容量。PLC的用户存储器一般包括几个部分，每部分都有特定的功能和用途。(1）系统程序存储器PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。EPEROM为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PROM、FLASH等。(2)用户程序存储器用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。(3)数据存储器PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据(如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等)和组态数据(如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等)，这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器RAM。RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容。3.输入/输出接口PLC的输入/输出接口也称做I/O单元或I/O模块，是PLC与工业过程控制现场之间的连接部件。工业现场的输入和输出信号包括数字量和模拟量，因此I/O接口也有数字I/O和模拟I/O两种，前者又称做DI/DO，后者又称做AI/AO，为了提高PLC的抗干扰能力，一般I/O口均设计为光电隔离电路，或称光电耦合器，将PLC与外部电路隔离。此外，输入单元带有滤波电路和显示，输出单元带有输出锁存器、显示、功率放大等部分。（1）输入接口输入接口的作用是将现场的按钮、各种开关或传感器等信号装换成PLC内部CPU能够接收的电子信号。如果是模拟信号，则需要进行A/D转换，变为数字量，送给CPU进行处理。常用的输入接口按使用电源的不同分为直流输入接口、交流输入接口和交直流输入接口。输入接口电路一般由信号连接器件、输入电路、信号隔离/电平转换电路、输入信号寄存电路等组成。接口电路的形式根据输入类型而不同，可通过选择输入模块实现PLC与不同现场输入信号间的连接。（2）输出接口输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成，与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上，CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将微电脑的输出信号放大。(3)其他接口若主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元(不带CPU)相接进行扩充。PLC还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。PLC的其他接口包括扩展接口、通信接口、编程接口和存储器接口等。4.电源PLC的电源把外部提供的交流电源经整流、滤波、稳压处理后，转换成满足PLC内部的CPU、存储器和I/O端子等电路工作所需的直流电源。不同型号的PLC有不同的供电方式，既有5V、12V，也有110V和220V。有些电源可以作为负载电源，经过PLC的I/O口向负载提供直流24V电源。PLC的电源大多采用开关型稳压电源，稳定性能好，抗干扰能力强。电源的输入/输出之间有可靠的隔离，以确保外界扰动不会影响到PLC的正常工作。5.编程器编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。2.2.2 PLC的基本原理PLC的工作过程一般分为5个阶段：内部处理阶段、通信处理阶段、输入采样阶段、程序执行阶段和输出阶段。当PLC开始运行时，首先清除I/O映像区的内容，其次进行自诊断，然后与外部设备进行通信连接，确认正常后开始扫描。对每个用户程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令序号作周期性的出现循环扫描。如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐渐执行用户程序，直到遇到结束符又返回到第一条指令。如此周而复始的不断循环，因此，PLC的工作方式是一种串行循环工作方式。如下图所示 （1）内部处理阶段 在该阶段，CPU检测主机硬件、用户程序存储器、I/O模块的状态，以及清除I/O映像区的内容等，即PLC进行自诊断，若自诊正常，就继续向下扫描，若自诊过程中发生异常，PLC可以进行必要的处理，如停止运行、报警、在内部产生错误标志等。（2）通讯处理阶段PLC检查是否有与编程器、计算机等的通讯要求，若有则进行相应处理。（3）输入处理阶段在该阶段，PLC首先扫描所有的输入端子，并按顺序将所有输入端的输入信号状态读入输入寄存器。随后关闭输入端口，进入程序执行阶段，即使输入端有变化，输入映像区的内容也不会改变。变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。（4）程序执行阶段PLC在程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令。从输入状态映像区读出输入信号的状态，经过相应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区。通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。输入刷新和输出刷新称为I/O刷新。可以看出，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行，对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。这种方式称做集中采样、集中输出。 （5）输出阶段在该阶段，CPU根据用户程序的处理结果，将输出状态寄存器的状态以此输出到输出锁存电路，并通过一定的输出方式输出，驱动外部负载。（6）PLC的扫描周期扫描周期即完成一次扫描（I/O刷新、程序执行和监视服务）所需要的时间，由PLC的工作过程可知，一个完整的扫描周期T应为： T=（输入一点时间输入点数）+（运算速度程序步数）+（输出一点时间输出点数）+监视服务时间扫描周期的长短主要取决于三个要素：一是CPU执行指令的速度；而是每指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长度。扫描周期越长，系统的响应速度越慢。现在厂家生产的基型PLC的一个扫描周期大约为10ms，这对于一般的控制系统来说完全是允许的，不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力，这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行。PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短期的，由于系统响应慢，往往要几个扫描周期才响应一次，多次扫描因瞬时干扰而引起的误动作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时还需要采取一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应带来的不良影响。 总之，采用循环扫描工作方式，是PLC区别于微型计算机和其他控制设备的最大特点。2.3 S7-200CPU原理2.3.1外形接口图目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种。档次最低的是CPU221，其数字量输入点数有点，数字量输出点数有点，是控制规模最小的PLC。档次最高的应属CPU226，CPU226集成了24点输入16点输出，共有40个数字量I/O。可连接个扩展模块，最大扩展至248点数字量I/O点或35路模拟量I/O。状态指示灯LED显示CPU所处的工作状态指示。存储卡接口可以扦入存储卡。通讯接口可以连接RS-485总线的通讯电缆。顶部端子盖下边为输出端子和PLC供电电源端子。输出端子的运行状态可以由顶部端子盖下方一排指示灯显示，ON状态对应的指示灯亮。底部端子盖下边为输入端子和传感器电源端子。输入端子的运行状态可以由底部端子盖上方一排指示灯显示，ON状态对应的指示灯亮。前盖下面有运行、停止开关和接口摸块插座。将开关拨向停止位置时，可编程序控制器处于停止状态，此时可以对其编写程序。将开关拨向运行位置时，可编程序控制器处于运行状态，此时不能对其编写程序。将开关拨向监控状态，可以运行程序，同时还可以监视程序运行的状态。接口插座用于连接扩展模块实现I/O扩展。2.3.2 CPU规格S7-200CPU规格2.4 S7-200PLC CPU接线功能介绍S7-200 CPU接线图3 送料小车系统方案的选择3.1 控制系统的设计实现小车送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，可以方便地实现对送料小车的控制。因此，最终我选择了用可编程控制器PLC来实现送料小车系统的控制，完成本次的设计题目。3.2 三相异步电动机的选择异步电动机是工农业生产中用得最多的一种电机，其容量从几十瓦到几千千瓦，在国民经济的各行各业，如交通运输业、国防工业、以及家用电器中都得到了广泛的应用。例如，在工业方面：中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、矿山机械等；在农业方面：水泵、脱粒机、粉碎机等；此外，在日常生活中，如电扇、洗衣机、空调机，异步电动机的应用也日益增多。异步电动机之所以得到如此广泛的应用，是因为和其他电动机相比，具有结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、效率高等一系列优点。和同容量的直流电动机相比，异步电动机的重量约为直流电动机的一半，而其价格仅为直流电动机的三分之一。异步电动机的缺点是不能经济地在较大范围内平滑调速而必须从电网吸收滞后的无功功率，使电网功率因数降低。不过，由于大多数生产机械并不要求大范围的平滑调速，而电网的功率因数又可以采用其他办法进行补偿。电动机按转子结构形式分类：三相笼型异步电动机和三相绕线型异步电动机。电动机型号根据以下几个方面选择：1.功率的选择要为某一生产机械选配一台电动机，首先考虑电动机的功率需要选择多大，合理选择电动机的功率具有重大的经济意义。在本次设计中运料小车装满料重500kg，小车的车轮半径0.2m，小车与轨道之间的摩擦系数=0.1，假设在启动阶段加速时的加速度为0.3m/s2，则匀速行驶的滚动摩擦力矩T=500kg9.80.1/100=441Nm。2.电动机结构的选择因为用的是三相交流电源，在交流电动机中，三相笼型异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、工作可靠、价格低廉。主要的弊端是调速困难，功率因数比较低，启动性能比较差，由于送料小车要求的机械特性比较硬而且没有特殊的调速要求，所以可以采用笼型电动机。3.结构形式的选择生产机械的种类繁多，它们的工作环境也不尽相同。因此，有必要保证在不同环境中能安全的可靠运行。电动机常有下列几种结构型式：（1）开启式：在构造上无特殊防护装置，运用于干燥、无尘场所，通风好。（2）防护式：在机壳或端盖下面有通风罩，以防止杂物掉进去。（3）封闭式：封闭式电动机外壳严密封闭，电动机靠风扇冷却，并且在外壳带有散热片。使用在灰尘多、潮湿、盐碱、腐蚀性强的场所。（4）防暴式：整个电机严密的封闭，多用于矿井中。综上所述，运料小车所处的环境而选择封闭式的电动机。4.电动机电压的选择Y系列的电动机的额定电压只有380V一个等级。5.电动机转速的选择电动机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的。通常情况下转速不低于500r/min，异步电动机通常采用4个极的，则同步转速no=1500r/min的。电动机的参数如表2-1。送料小车电动机参数3.3 行程开关的选择行程开关又叫限位开关，是用于控制机械设备的行程和限位保护。在实际生产应用中，将行程开关安装在预先要设置的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击到行程开关时，行程开关的触点动作，就实现了电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件模块的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮有些类似。行程开关广泛应用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位、轿厢的上、下限位保护。主令电器应用广泛、种类繁多。按其工作可分为：按钮、行程开关、接近开关、万能开关及其它主令电器行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。本次设计我选用LX1-11型限位开关。参数如下LX1-11参数3.4 继电器的选择电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。继电器基本原理图继电器主要用于控制与保护电路或用于信号转换。继电器是一种根据特定形式的输入信号而发生动作的自动控制电器。它与接触器不同，主要用于反应控制信号，其触点一般接在控制电路中。当输入量变化到某一定值时，继电器动作，其触头接通或断开交、直流小容量的控制回路。继电器的种类有很多，分类的方法也很多，常用的分类方法有：1.按输入量的物理性质可分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、时间继电器和温度继电器等。2.按动作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等。3.按动作时间可分为快速继电器、延时继电器和一般继电器。4.按执行环节作用原理可以分为有触点继电器和无触点继电器。5.按用途可分为电器控系统用继电器和电力系统用继电器。继电器的主要特性是输入、输出特性、继电器的返回系数、吸合时间、释放时间。吸合时间是从线圈接收型号到衔铁完全吸和时所需要的时间，释放时间是从线圈失电导衔铁完全释放时所需要的时间。一般继电器的吸合时间与释放时间为0.050.15s，它的大小会影响继电器的操作频率。本次设计所选择的继电器有：时间继电器JR0，热继电器JR16-20/3。3.5 传感器的设计传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。此次设计采用的是红外传感器，光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。光敏传感器的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图。红外传感器设计如下：红外传感器设计图当小车到达指定要料位置时，触动行程开关使指示灯（LED）亮起，这时光电晶体管接收到红外光线并导通。这时诊断端子部位将从高电压变成低电压，经过电压比较器LM339比较后由输出标准的+5V降到0V。下面是LM339图：LM339内部电路图LM339引脚功能4 编程软件的介绍4.1 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATIC S7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。下面将介绍该软件的安装、基本功能以及如何应用编程软件进行编程、调试和运行监控等内容。4.1.1基本功能STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能。(1)在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。在脱机方式时，计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。(2)在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。(3)在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色*，且在错误处加上红色波浪线。(4)对用户程序进行文档管理，加密处理等。(5)设置PLC的工作方式、参数和运行监控等4.1.2其他功能（1）运动控制 S7-200提供有开环运动控制的三种方式： 脉宽调制（PWM）内置于S7-200，用于速度、位置或占空比控制。脉冲串输出（PTO）内置于S7-200，用于速度和位置控制。为了简化您应用程序中位控功能的使用，STEP7-Micro/WIN提供的位控向导可以帮助您在几分钟内全部完成PWM、PTO或位控模块的组态。该向导可以生成位控指令，您可以用这些指令在您的应用程序中对速度和位置进行动态控制。对于位控模块，STEP 7-Micro/WIN还提供了一个控制面板，可以控制、监视和测试您的运动操作。 （2）创建调制解调模块程序 使用EM241调制解调模块可以将S7-200直接连到一个模拟电话线上，并且支持S7-200与STEP 7-Micro/WIN的通讯。该调制解调模块还支持Modbus从站RTU协议，该模块与S7-200之间的通讯通过扩展I/O总线实现。STEP 7-Micro/WIN提供一个调制解调扩展向导，它可以帮助您设置一个远端的调制解调器，或者设置将S7-200连向远端设备的调制解调模块。 （3）USS协议库 STEP 7-Micro/WIN指令库，该指令库包括预先组态好的子程序和中断程序，这些子程序和中断程序都是专门为通过USS协议与驱动通讯而设计的。通过USS指令，您可以控制这个物理驱动，并读/写驱动参数。可以在STEP 7-Micro/WIN指令树的库文件夹中找到这些指令。当您选择一个USS指令时，系统会自动增加一个或多个相关的子程序（USS1到USS7）。西门子库在一张单独的CD上出售，STEP 7-Micro/WIN附加件：指令库，订货号是6ES7 830-2BC00-0YX0。在定购和安装了1.1版本的西门子库后，任何后续STEP 7-Micro/WIN V3.2x和V4.0升级都会在不需要附加费用的情况下自动升级您的库（当增加或修改库时）。 （4）Modbus从站协议指令 STEP 7-Micro/WIN指令库包含有专门为Modbus通讯设计的预先定义的子程序和中断服务程序，使得与Modbus主站的通讯简单易行。使用Modbus从站协议指令，您可以将S7-200组态作为Modbus RTU从站，与Modbus主站通讯。可以在STEP 7-Micro/WIN指令树的库文件夹中找到这些指令。通过这些新指令，可以将S7-200作为Modbus从站。当选择一个Modbus从站指令时，会有一个或多个相关的子程序自动添加到您的项目中。 西门子库在一张单独的光盘上出售，STEP 7-Micro/WIN附加件：指令库，订货号为6ES7830-2BC00-0YX0。在定购和安装了1.1版本的西门子库后，任何后续的STEP 7-Micro/WINV3.2x和V4.0升级都会在不需要附加费用的情况下自动升级您的库（当增加或修改库时）。 （5）使用配方 STEP 7-Micro/Win软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配方。配方存在存储卡中，而不是PLC中。STEP 7-Micro/WIN软件和S7-200 PLC已经支持配方功能。STEP 7-Micro/Win软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配方。所有配方存在存储卡中。因此，为了使用配方功能，必须要在PLC中插入一块64K或者256K的存储卡。要查阅关于存储卡的更多信息。 （6）使用数据归档 STEP 7-Micro/Win提供数据归档向导，将过程测量数据存入存储卡中。将过程数据移入存储卡可以节省V存储区的地址空间，否则这些数据将储存在V存储区中。 （7）PID自整定和PID整定控制面板 S7-200PLC已经支持PID自整定功能，STEP 7-Micro/WIN中也添加了PID整定控制面板。这就大大增强了S7-200PLC的功能，并且使这一功能的使用变得更加容易。5 基于PLC的送料小车设计系统5.1 控制系统介绍送料小车图本控制系统只要是用于控制送料小车的自动送料。它既能减轻人的劳动强度又能自动准确到达人不能达到或很难到达的预定位置。如上图用PLC对送料小车实现控制，其具体要求如下：(1)送料小车的