小车自动往返.doc

大连交通大学专业课程实践训练摘要我们本次实验室针对现实生活中现代自动配货、自动运料运输等工业生产和商业运营的社会需要。在当今社会单片机已经完全满足不了需要所以我们应用了更加高端的PLC。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。所以本次实验应用PLC的S7-200来设计的两个关于小车的自动控制系统。第一个是小车直线自动往返控制。它实现的事小车在始末站之间的自动往返运动，并且在控制过程中能及时的停止装置。第二个的小车定位系统。它实现的是小车在规定的站点之间和规定的次数进行往返运动，并且在完成规定动作后能回到指定的站点。文中给出了具体的系统结构图，指出了系统的具体构成及所选的元件，列出参数的定义及IO口地址分配表，还有详细的梯形图及每个网络所实现的作用。完成了对小车的自动控制。关键字：自动控制PLC自动往返控制小车定位系统目录1选题背景及意义12系统简介22.1小车直线运动模型图及其介绍22.2系统中主要元件型号22.3电机主接线图23PLC简介43.1PLC工作原理43.2PLC的应用43.3西门子S7-200CPU226CNDCDCDC的主要技术指标54直线自动往返控制84.1IO地址分配表84.2PLC接线图84.3带注释的程序95定位控制115.1IO地址分配表115.2PLC接线图115.3带注释的程序12结论16参考文献171选题背景及意义传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多，故障率高的特点，且维护不易等缺点，作为目前国内控制市场上的哦主流控制器，PLC在市场，技术，行业影响等方面有着重要的作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。在国际上PLC迅速发展的形式下，我国多数PLC厂家还没有拥有自主知识产权，能够参与竞争的PLC，产品，其中之一就是研发能力不都。虽然资金注入，生产和质量管理等因素也占有很大的比例，但对产品的质量起着决定性作用的是研发投入，研究成果产品以及生产工艺等。而技术则是贯穿着其中每一个环节，PLC核心技术的开发，产品的后续开发，生产工艺的技术水品是决定产品质量的前提，如何在技术上进一步增强实力，僵尸国产品牌取得市场竞争的优势关键在现代工业车间生产中企业为提高生产车间物流自动化水平在许多场合中需要自动控制小车在指定位置道路上行驶，为了实现生产环节间的运输自动化,常会使用无人小车在工作台或生产线之间自动往返装料卸载，以及在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停，以满足生产工艺要求，由于PLC控制系统有着别的控制系用无法比拟的优越性，例如接线简单，维护容易，成本低等。因此在设计中越来越得人们的认可。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。同时PLC的可靠性高、环境适应性强、灵活运用、使用方便、抗干扰性强、编程简单、维护简单控制程序可变、体积小、质量轻、功能强、适用范围较广、成本价格越来越低，还有PLC程序实现小车自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。因此在我们的设计小车循环运动控制系统中都采用PLC设计。172系统简介2.1小车直线运动模型图及其介绍小车直线运动模型如图2-1所示。MZ是电机右行继电器、MF是电机左行继电器、SY1到SY4分别是四站的电磁传感器、LB1到LB4分别是四站的指示灯、SB1到SB4分别是四站按钮、LZ是右行指示灯、LF是左行指示灯图2-1小车直线运动系统图2.2系统中主要元件型号小车主要元件型号如表2-2所示。表2-2系统中主要元件型号PLCS7-200 CPU226CN DCDCDC位置传感器OMCH KJN5002A继电器JZX-18FF 24VDC电机ZGA37F104i DC24V 30rpm2.3电机主接线图小车直流电机主接线图如图2-3所示。图2-3小车直流电机主接线图3PLC简介3.1PLC工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样，用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段（一）输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（二）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。（三）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。3.2PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：.开关量的逻辑控制 .模拟量控制 .运动控制 .过程控制 .数据处理 .通信及联网 3.3西门子S7-200CPU226CNDCDCDC的主要技术指标本设计所用PLC的主要性能指标如表3-1所示。表3-1西门子S7-200的主要技术指标物理特性尺寸(宽高深)1968062mm功耗11W存储器特性 程序存储器基本24KB，可扩展至72K 数据存储器 基本10KB，可扩展至110KB 超级电容约112小时(典型值) 外接电池（可选）约200天常规特性定时器总数 1ms 10ms 100ms256416236计数器总数256(由超级电容备份)内存存贮器位256(由超级电容备份)内存存贮器位掉电保持112(存储在EEPROM)时间中断21ms分辨率边沿中断4个上升沿和/或4个下降沿模拟电位器2个8位分辨率布尔量运算执行时间0.15s浮点运算执行时间8s时钟内置电源供应 +5V 24V 660mA280mA集成的通信功能通讯接口（216-2AD型）3个通讯口，PORT0：PPI口，标准RS485电平，PORT1：PPI口，RS232和RS485两种电平，FPORT:自由通讯口，RS485电平 / （216-2AF型）3个通讯口，PORT0：PPI口，RS232和RS485两种电平，FPORT0:自由通讯口，RS485电平，FPORT1:自由通讯口，RS485电平PPI波特率9.6, 19.2和187.5k自由口波特率1.2kbaud 至 115.2k每段最大电缆长度 使用隔离中继器 未使用隔离中继器波特率为187.5时1000米，38.4k时1200米50米最大站点数每段32个站，每个网络126个站最大主站数32点到点(PPI主站模式)是(NETR/NETW)，共8个，2个保留I/O特性本机数字量输入点数24输入类型漏型/源型本机数字量输出点数16输出类型固态MOSFET数字I/O映象区256(128输入/128输出)模拟I/O映象区64(32输入/32输出)允许最大扩展I/O模块数7最大数字量I/O配置248DI/DO最大模拟量I/O配置56AI/28AO脉冲捕捉输入14脉冲输出220KHz高速计数器 总数 单相计数器 两相计数器6630KHz420KHz数字量输入特性本机集成数字量输入点数24输入类型漏型/源型 (IEC 类型1/漏型)额定电压24V DC最大持续允许电压30V DC逻辑1信号 ( 最小)逻辑0信号 ( 最大)18 VDC，2.5mA5 VDC，1mA隔离(现场与逻辑)光电隔离隔离组有500V AC，1分钟见接线图同时接通的输入24最大电缆长度屏蔽非屏蔽500米(标准输入)50米(高速计数器输入)300米(标准输入)数字量输出特性本机集成数字量输出点数16输出类型固态 - MOSFET(源型)额定电压24V DC输出电压范围20.4至 28.8 VDC逻辑1信号(最小)逻辑0信号(最大)20 VDC，最大电流0.1 VDC，10KW 负载每点额定电流(最大)每个公共端的额定电流(最大)漏电流(最大)浪涌电流(最大)0.75A3.75A10A8A，100ms灯负载(最大)5 W接通电阻(接点)典型值0.3 欧姆，最大值0.6欧姆隔离(现场与逻辑) 光电隔离 隔离组有500V AC，1分钟见接线图延时(最大) 断开到接通 接通到断开2ms(Q0.0, Q0.1)，15us(其它)10ms(Q0.0, Q0.1)，130us(其它)脉冲频率(最大)20KHz(Q0.0和Q0.1)同时接通的输出16两个输出并联是，仅输出同组时最大电缆长度 屏蔽 非屏蔽500米(标准输出)150米(标准输出)4直线自动往返控制4.1IO地址分配表由于本设计是采用西门子S7-200系列PLC编程语言来设计的，所以在设计过程中要对I/O口进行地址分配，进而顺利的完成程序设计。IO地址分配表如表4-1所示。表4-1IO地址分配表输入信号输出信号信号元件及作用PLC输入口地址信号元件及作用PLC输出口地址第一站按钮SB1I0.0第一站指示灯LB1Q0.0第二站按钮SB2I0.1第二站指示灯LB2Q0.1第四站按钮SB4I0.3第三站指示灯LB3Q0.2第四站指示灯LB4Q0.3电磁传感器SY1I0.4左行指示灯LFQ0.4电磁传感器SY2I0.5右行指示灯LZQ0.5电磁传感器SY3I0.6电机右行继电器MZQ0.6电磁传感器SY4I0.7电机左行继电器MFQ0.7接0V DC1M接24V DC1L、2L4.2PLC接线图在设计小车自动往返运动控制系统中采用了西门子S7-200系列，所以对于I/O端口的连线是非常重要的，是控制小车循环运动的关键环节。在本设计中采用PLC处理器型号为CPU226，有输入和输出显示端口，把开关信号转换成控制信号处，也是人们为什么选择利用PLC来设计的主要原因，因此做好I/O接线是非常重要的。I/O接线图如图4-2所示。图4-2PLC的I/O接线图4.3带注释的程序小车直线往返运动的梯形图利用西门子S7-200进行编程，编写的程序图如图4-3到图4-8所示。图4-3小车直线往返运动的梯形图（一）图4-4小车直线往返运动的梯形图（二）图4-5小车直线往返运动的梯形图（三）图4-6小车直线往返运动的梯形图（四）图4-7小车直线往返运动的梯形图（五）图4-8小车直线往返运动的梯形图（六）5定位控制5.1IO地址分配表由于本设计是采用西门子S7-200系列PLC编程语言来设计的，所以在设计过程中要对I/O口进行地址分配，进而顺利的完成程序设计。I/O地址分配如表5-1所示。表5-1IO地址分配表输入信号输出信号信号元件及作用PLC输入口地址信号元件及作用PLC输出口地址第一站按钮SB1I0.0第一站指示灯LB1Q0.0第四站按钮SB4I0.3第二站指示灯LB2Q0.1第三站指示灯LB3Q0.2电磁传感器SY1I0.4第四站指示灯LB4Q0.3电磁传感器SY2I0.5电机右行继电器MZQ0.6电磁传感器SY3I0.6电机左行继电器MFQ0.7电磁传感器SY4I0.7接24V DC1L、2L接0V DC1M5.2PLC接线图PLC的I/O接线图如图5-2所示。图5-2PLC的I/O接线图5.3带注释的程序小车定位控制梯形图利用西门子S7-200进行编程 ，编写的程序图如图5-3到图5-9所示。图5-3小车定位控制梯形图（一）图5-4小车定位控制梯形图（二）图5-5小车定位控制梯形图（三）图5-6小车定位控制梯形图（四）图5-7小车定位控制梯形图（五）图5-8小车定位控制梯形图（六）图5-9小车定位控制梯形图（七）结论在本次设计中，我们运用书本上的PLC知识解决了实际的问题，使我了解了PLC的应用之广泛。通过设计小车的直线往返和小车定位控制。应用了PLCSK可编程控制系统实验装置、计算机、小车直线定位模型。经过PLC的S7-200模型图以及为参数的定义设计，描绘了主线路图，PLC接线图，梯形图等。实现了小车自动配货、自动运料运输。在设计中得出了小车的自动控制的精髓。得出了小车的我也通过具体的参与加深了课上所学知识的认识和理解，提高了动手能力和团队协作能力，同时在具体的操作中我也遇到了许多困难尤其是发现了一些以前在课上没有注意到的学习的漏洞，通过这次实践对以前所学知识的不足之处加以了弥补。本次设计能顺利之完成多得益于本组同学精诚合作以及老师的大力相助对此表示感谢参考文献1陈建明，王亭岭，孙标.电气控制与PLC应用M.北京：电子工业出版社，2010.2宋伯生可