基于PLC的运料小车控制系统设计

基于PLC的运料小车控制系统设计摘要: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。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,控制系统,I/O点Abstract：Earlyelectriccarcontrolsystemofthetransporterovertherelay-contactorcomplexsystemcomposedofThesystemdesigncycle,thereisalong,bulky,highcost,defects,nodataprocessingandcommunicationsfunctions,mustbehandoperated,willbeappliedtotransportmaterialscarPLCelectricalcontrolsystemandcanrealizeautomaticcontroloperationofthecar,reducingtherunningcostsofthesystem,reliabilityandmaintainabilityisgood,easytoinstall,repairandimprovementandsoon.Witheconomicdevelopment,transportmaterialstovariousareasofgrowingcar,frommanualtoautomatic,andgraduallyformedthemechanizationandautomation.PLCcontrolsysteminthecartransporterintheapplication,hasbeenindomesticandinternationalprojectshasbeenappliedinthefactory,withhugeeconomicandsocialvalue,theintelligenceandautomationbeyondtheideaworthyoffurtherresearchandextension.Keywords：PLC，transportercart，controlsystem，I/Opoints目录1绪论.11.1课题的提出背景.11.2运料小车的发展概况.21.3课题的意义及应用.31.4本课题的主要工作.32可编程控制器(PLC)的概述.52.1PLC的基本组成及各部分的作用.52.2PLC的应用领域.72.3运料小车控制系统图.92.4PLC选型.102.4.1选型分析.102.4.2系统的安装.112.4.3输入/输出模块选择.112.4.4开关量I/O点的节省和模拟量I/O模块的代用.122.4.5抗干扰措施.122.5方案设计.132.5.1方案的比较.132.5.2系统描述.142.5.3控制要求.142.5.4主要电气元件的配置.143基于PLC的运料小车控制系统的硬件设计.183.1系统工作原理分析.183.1.1运料小车的运动流程.183.1.2设备控制要求.183.2系统硬件介绍.193.3系统硬件设计.203.4小车运动分析.224系统软件源程序设计.25I4.1小车行程开关.254.2小车启停辅助继电器.254.3呼叫按钮.254.4比较.284.5向左运动.284.6向右运动.295调试结果及工作小结.305.1控制系统的调试.305.1.1编程软件.305.1.2程序的构成.305.1.3程序的下载安装和调试.32总结.34参考文献.36致谢.37附录.3811绪论1.1课题的提出背景PLC控制系统的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域。在各种应用领域中，尤其在生产过程和科学研究产业领域中，电气控制技术应用更为广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化设备的要求。由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使得PLC的功能日益增强。如PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，易于实现化的需要。柔性制造系统。远程通信功能的实现更使PLC如虎添翼。目前，PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业。PLC是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号。由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。进入21世纪，中国是一个发展中大国，要加快科学技术发展、缩小与发达国家的差距，仍需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有利条件。我国企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得生产物的输送成为生产物流系统中的一个重要环节。运料小车自动控制正是用来实现输送生产物的控制系统，随着PLC的发展，国外生产线上的运输控制系统非常广泛的采用该控制系统，而且有些制造厂还开发研制出了专用的逻辑处理控制芯片，我国的大部分工控企业的运料小车自动控制系统都是从国外引进的，成本高，为了满足现代化生产流通的需要，让PLC技术与自动化技术相结合，充分的利用到我国的工控企业生产线上，让该系统能够在各种环境2下工作，可以达到成本低、维护方便、易控制，安全可靠，效率高等目的。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、故障率高且维修不易等缺点。例如：整个运行过程中，运料小车的速度很难设定，如果太快，启动和制动时由于存在运料小车惯性难以控制的缺陷易造成物料的掉落、抛洒，这样就不能实现安全的启动停止。PLC作为目前国内市场的主流控制器，在技术、行业影响等方面有重要作用。利用PLC控制代替继电器控制已经是大势所趋。随着PLC的不断发展和革新，生产线的运输控制也得到了不断的改善和生产率的不断提高，运料小车自动控制系统经历了以下几个阶段：（1）手动控制：但是由于当时的技术还不够成熟，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。（2）自动控制：通过机器人技术，自动化设备终于实现了PLC在小车自动控制系统在自动方面的应用。（3）全自动控制：PLC大多采用CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。现代企业为提高生产车间物流自动化水平,实现生产环节间的运输自动化,使厂房内的物料搬运全自动化,许多企业在生产车间广泛使用无人小车,运料小车在车间工作台或生产线之间自动往返装料卸料。由于运料小车自动往返的实际意义,可实现运料小车的全自动控制，降低系统的运行费用。1.2运料小车的发展概况由于PLC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率的不断提高，运料小车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来实现运料小车的控制，但是由于当时的技术还不够成熟，只能够用手动的方式来控制机器，而且早期运料小车控制系统多为继电器一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。（2）自动控制：在20世纪80年代，由于计算机的价格下降，这时的大型工控企3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在运料小车控制系统在自动方面的应用。（3）全自动控制：现阶段，由于PLC技术的向高性能高速度、大容量发展大型PLC大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。将PLC运用到运料小车控制系统，可实现运料小车的全自动控制，降低系统的运行费用。PLC运料小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。1.3课题的意义及应用小车自动运料系统,由于其控制简单,成本低,因此广泛应用于车站、码头、仓库、矿井等生产场所。但传统的接触继电器控制系统，有着其自身的缺点。例如：整个运行过程中，小车的速度很难设定，如果太快，启动和制动时由于存在小车惯性很容易造成物料的掉落、抛洒，这样就不能实现安全的启动。随着经济的不断发展，运料小车的应用也不断扩大到各个领域。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。现将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、设计施工调试周期短等优点。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时间的停留，以满足生产工艺要求。用PLC程序实现运料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，并且程序设计方法多样，便于不同层次的设计人员的理解和掌握。1.4本课题的主要工作本文所做的工作就是通过PLC控制运料小车在工作台上各呼叫站间运动，以达到生产实际之用。全文主体思路共分为6节，第一节概述运料小车问题的提出和意义，运料小车控制系统的发展概况，明确论文要解决的问题；第二节介绍了可编程序控制器（PLC）。第三节详细介绍基于PLC的运料小车的硬件设计，分析被控对象和明确系统控制要求。第四节详细阐述运料小车系统的软件设计。第五节是调试结4果和小结,分析系统的优缺点及对未来工作的展望。52可编程控制器(PLC)的概述2.1PLC的基本组成及各部分的作用PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的I/0扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，I/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能I/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。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;(4)PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作;(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一6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.(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、I/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7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。82.2PLC的应用领域目前，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。(1)开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。(2)模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。(3)运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(4)过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(5)数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无9人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。(6)通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.3运料小车控制系统图控制系统如图2.1所示启动按钮停止按钮5个呼叫按钮5个行程开关三菱PLC三相异步电动机变频器图2.1运料小车控制系统图10PLC框架配置图运料小车控制采用三菱的FX1N-24MR-001型号PLC。它的I/O总数为24点。图22FX1N-24MR-001112.4PLC选型2.4.1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I/O路数、电压等级及输出功率、内存容量。I/O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1-2个的余量，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，然后才能确定理想的PLC产品。2.4.2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。2.4.3输入/输出模块选择模块电源:在选择交流I/O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1-2cm。隔离变压器的容量按PLC电源组件容量的1.5-2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/O模块时，电压等级是一个比较重要的参数，它要根据现场12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。2.4.4开关量I/O点的节省和模拟量I/O模块的代用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。132.4.5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AC85-240V，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。2.5方案设计2.5.1方案的比较方案1：运料小车在最初位置时，按下启动按钮，电机正转，小车开始前进，到达右限位开关，电机停转，小车停止；按下电机反转启动按钮，小车后退，到达左限位开关，电机停转，小车停止，按下停止按钮，小车完成一个工作周期。方案2：运料小车在最初位置时，按下正转启动按钮，如果运料小车处于停止状态，则立即正转运行，到达右限位开关后停止；等待装料10s后，电机自动切换到反转，小车开始后退，直至到达左限位开关处停止，等待卸料5s后，运料小车回到最初位置，按下停止按钮，运料小车完成一个工作周期。针对这两个方案，做出一些分析并得出方案3：在KM1的线圈串联了KM2的辅助常闭触点,KM2的线圈串联了KM1的辅助常闭触点,组成了硬件互锁电路，以此避免由于正反转(运料小车前进,后退)切换过程中电感的延时作用,导致原来接通的接触器的主触点还未断弧时,另一个接触器的主触点已经合上而造成交流电源瞬间短路的故障。在运料小车装料、卸料的过程中，用指示灯L1，L2来显示当前的运料小车所处的状态，也方便工作人员的监管。限位开关的作用是为保证运料小车能够在准确的位置停车。142.5.2系统描述本设计的控制对象是机械运料小车的电动机，其目的是通过控制电机的正反转来控制机械运料小车在A、B两地自动往复运动，从而实现在B地卸料、在A地装料这一过程。机械运料小车的控制示意图和动作循环图如下：图21运料小车的控制示意图和动作循环图2.5.3控制要求控制系统各部分的工作过程如下：（1）机械运料小车在初始位置处，按下启动按钮SB1，电机正转，则机械运料小车前行，；（2）机械运料小车运行至右限位开关ST1，电机停转，运料小车停止，等待装料，装料指示L1灯亮；（3）延时10s后，指示灯灭，装料完成，电机反转，运料小车后退，直至运行至左限位开关ST2处，电机停转，运料小车停止，等待卸料，卸料指示L2灯亮；（4）延时8s，指示灯灭，卸料完成,到此完成一个工作周期，若不按停止按钮，此过程可以循环。2.5.4主要电气元件的配置根据系统的控制要求，选择设计所需要的电气元件：15（1）三相异步电动机的选择通过对控制要求的分析，控制系统需要一台三相异步电动机M,为满足工艺要求，电动机的功率选定为1KW,型号：J02-22-4,1.5kw1410转/分，380V，3.49安。（2）开关的选择在该系统的主电路中，采用三级的组合开关。电动机的最大容量为1KW，则三级组合开关的额定电流为10A，型号为HZ10-10。（3）熔断器的选择在本系统中，需要熔断器保护一台三相异步电动机，启动电流为额定电流四至七倍，为了防止启动时烧断熔体，熔体的额定电流一般去电动机额定电流的1.5至2.5倍，则额定电流为：，其中：，所以熔体的最大额定电流AIN5.4201max为11.375A。熔断器的额定电压为AC380V，则可选择型号为RT14-20的熔断器。（4）时间继电器（KT）本系统中需要延时10S，并考虑到价格费用方面，可选用空气阻尼式时间继电器，可选用JS7-2A型号的空气阻尼式时间继电器，其触点额定电压为380V，触点额定电流为5A均能符合要求。（5）热继电器的选择（FR）热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。热继电器的热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的6倍及启动时间不超过5S时热无件的整定电流调节到等于电动机的额定电流当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件整定电流调节到电动机额定电流的1.1-1.15倍。一台电动机的额定电流为4.55A，可以用整定电流范围为3.6A4.5A5.4A,热元件整定电流的中间值要等于或稍大于电动机的额定电流值，则热继电器的型号为R20-16，此额定电流为16A。（6）接触器的选择（KM）额定电流为AKUPINC8.320.116采用的接触器要与继电器相配合，则选择CJ20型号的交流接触器。元件列表如下：表22元件列表序号代号名称型号数量1M三相异步电动机J02-22-412QS空气开关DZ47-3P33FR热继电器R20-1614CPUPLC处理器CPU22415KM交流接触器CJ2026SB按钮LAY837ST限位开关LXK228FU熔断器RT14-2019L导线若干173基于PLC的运料小车控制系统的硬件设计3.1系统工作原理分析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31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1-5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。图31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；18（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。3.2系统硬件介绍(1)低压断路器图32低压断路器图低压断路器也称为自动空气开关，用来接通和分断负载电路，也可以用来控制不频繁启动的电动机。(2)接触器图33接触器图接触器是用于远距离频繁接通和分断交直流回路及大容量用电回路的低压控制电器。主要控制对象是电动机，实现启停、正反转、制动和调速等控制功能。(3)熔断器19图34熔断器图熔断器主要用于短路保护。(4)主令电器图35主令电器图主令电器是一种专门发布命令的电器，用来接通和断开控制电路，实现控制对象的启动、停止、急停等操作。只能用于控制电路，不允许分合主回路。203.3系统硬件设计系统硬件接线图如图36、37所示，图36主电路图21图37控制电路图图中KM1和KM2分别是控制电机正转运行（小车前进）和反转运行（小车后退）的交流接触器。用KM1和KM2的主触点改变进入电动机的三相电源的相序,即可以改变电动机的旋转方向。图中KM1的线圈串联了KM2的辅助常闭触点,KM2的线圈串联了KM1的辅助常闭触点,组成了硬件互锁电路。可以避免由于正反转（小车前进、后退）切换过程中电感的延时作用,导致原来接通的接触器的主触点还未断弧时,另一个接触器的主触点已经合上而造成交流电源瞬间短路的故障。通过主电路与PLC的控制电路的接线,才能实现PLC对系统的控制。3.4小车运动分析小车在呼叫按钮之间的运动如图38所示，22图38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39所示，图39小车在两呼叫按钮之间运料过程中速度变化情况根据料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310所示，图310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，23开始按动启动按钮停靠站编码呼叫按钮编码到达呼叫按钮对应的停靠站到达呼叫按钮对应的停靠站小车右行小车左行停靠站编码呼叫按钮编码小车停止小车停止按动启动按钮结束是是是是否是否否是否否图311控制系统流程图244系统软件源程序设计4.1小车行程开关在该程序中，5个站的行程开关分别用数字0-4来表示，当小车在1号站时，行程开关X007得电，将数字0传送到数据寄存器D0；当小车在2号站时，行程开关X010得电，将数字1传送到数据寄存器D0。依次类推，当小车在5号站时，行程开关X013得电，将数字4传送到数据寄存器D0。它的助记符程序为：LDX007MOVK0D0；小车在1号站LDX010MOVK1D0；小车在2号站LDX011MOVK2D0；小车在3号站LDX012MOVK3D0；小车在4号站LDX013MOVK4D0；小车在5号站4.2小车启停辅助继电器当按下启动按钮时，小车开始运动，该辅助继电器M0得电；当按下停止按钮时，小车停止运动，该辅助继电器M0失电。它的助记符程序为：LDX000ORM0ANIX001OUTM0；小车启停辅助继电器4.3呼叫按钮25在该程序中，5个站的呼叫按钮分别用数字0-4来表示，而且由于5个呼叫按钮开关HJ1HJ5具有互锁功能，先按下者优先，所以需5个辅助继电器M1-M5。当按下1号站呼叫按钮开关时，行程开关X002得电，数字0传送到数据寄存器D1，同时1号按钮开关辅助继电器得电；当按下2号站呼叫按钮开关时，行程开关X003得电，数字1传送到数据寄存器D1，同时2号按钮开关辅助继电器得电；依次类推，当按下5号站呼叫按钮开关时，行程开关X006得电，数字4传送到数据寄存器D1，同时5号按钮开关辅助继电器得电；它的助记符程序为：LDIM2ANIM3ANIM4ANIM5ANIX007ANDM0LDX002ORM1ANBMOVK0D1；1号站呼叫按钮开关OUTM1；1号站呼叫按钮开关辅助继电器LDIM1ANIM3ANIM4ANIM5ANIX010ANDM0LDX003ORM2ANBMOVK1D1；2号站呼叫按钮开关OUTM2；2号站呼叫按钮开关辅助继电器LDIM126ANIM2ANIM4ANIM5ANIX011ANDM0LDX004ORM3ANBMOVK2D1；3号站呼叫按钮开关OUTM3；3号站呼叫按钮开关辅助继电器LDIM1ANIM2ANIM3ANIM5ANIX012ANDM0LDX005ORM4ANBMOVK3D1；4号站呼叫按钮开关OUTM4；4号站呼叫按钮开关辅助继电器LDIM1ANIM2ANIM3ANIM4ANIX013ANDM0LDX006ORM5ANB27MOVK4D1；5号站呼叫按钮开关OUTM5；5号站呼叫按钮开关辅助继电器4.4比较按下启动按钮和呼叫按钮后，开始对行程开关数据寄存器D0和呼叫按钮数据寄存器D1中的数据进行比较。当（D0）（D1）时，即小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时，M6得电，小车向左运行；当（D0）=（D1）时，即小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮的编码时，M7得电，小车不动；当（D0）（D1）时，即小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时，M8得电，小车向右运行。它的助记符程序为：LDM0CMPD0D1M64.5向左运动小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时，小车向左运行，运行到呼叫按钮所对应的停靠站时停止。它的助记符程序为：LDM6LDM1ANIX007LDM2ANIX010ORBLDM3ANIX011ORBLDM4ANIX012ORBLDM528ANIX013ORBANBOUTY000；小车向左运动4.6向右运动小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时，小车向右运行，运行呼叫按钮所对应的停靠站时停止。它的助记符程序为：LDM8LDM1ANIX007LDM2ANIX010ORBLDM3ANIX011ORBLDM4ANIX012ORBLDM5ANIX013ORBANBOUTY001；小车向右运动295调试结果及工作小结5.1控制系统的调试5.1.1编程软件编程软件采用三菱公司的编程软件GX-Developer,它适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。5.1.2程序的构成将对应程序转换成相应梯形图输入编程软件中，如下所示：3031开始运行程序，PLC将运行已经设置好的程序和参数，按下启动按钮和呼叫按钮后，小车到达呼叫的那个站点。5.1.3程序的下载安装和调试将各个输入和输出端子和实际控制中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。打开GX-Developer编程软件，打开运料小车程序，即可在线调试,最终调试结果符合设计要求，如图5-1所示32图5-1程序调试33总结本文主要介绍了运料小车的发展过程及现代社会对运料小车的功能要求，以及运料小车以后的发展趋势。随着现代工业的发展，工业自动化程度越来越高，运料小车应用前景可观。在导师的精心指导下，我在本文中解决了如下问题：控制系统硬件电路的正确设计及连接，节约了成本，优化了配置；实现了生产工作台5个呼叫站的呼叫要求，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，通过三菱编程软件已经正确调试了设计程序，并在设计调试中收获很多宝贵经验。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