运料小车的PLC控制系统设计目录版.doc

1 课课 题 题 运料小车的运料小车的 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级级 姓名学号姓名学号 指导教师 指导教师 设计日期 设计日期 成成 绩 绩 目录目录 一 设计目的作用一 设计目的作用 3 2 二 设计要求二 设计要求 3 三 设计的具体实现三 设计的具体实现 4 3 13 1 系统概述系统概述 4 3 2 控制系统在运输小车中的作用与地位控制系统在运输小车中的作用与地位 4 3 3 运输小车系统方案的选择运输小车系统方案的选择 5 3 4 运料小车控制系统的方案论证运料小车控制系统的方案论证 6 3 4 1 运料小车的运动流程 6 3 4 2 方案论证 7 3 4 3 PLC 的选型 8 3 4 4 S7 200 CPU 226 简介 8 四 系统设计四 系统设计 8 4 14 1 系统变量定义及分配表系统变量定义及分配表 8 4 2 系统需要的元器件明细表系统需要的元器件明细表 9 4 34 3 系统接线图设计系统接线图设计 10 4 4 软件设计软件设计 11 4 4 1 系统流程图 11 4 4 2 系统顺序功能图 12 4 4 3 系统梯形图 13 4 4 4 系统语句表 20 五 五 单元电路设计与分析单元电路设计与分析 24 5 1 系统仿真结果如下 系统仿真结果如下 24 六 总结六 总结 26 七 附录七 附录 28 八 参考文献八 参考文献 29 重庆大学城市科技学院电气学院重庆大学城市科技学院电气学院 电气控制技术课程设计报告 3 一 设计目的作用一 设计目的作用 1 电气控制装置的设计方法 步骤及设计原则 2 学以致用 巩固书本知识 使学生初步具有设计电气控制装置的能力 从而培养和提高学生独立工作的能力和创造能力 3 进行一次工程技术设计的基本训练 培养学生查阅书籍 参考资料 产 品手册 工具书的能力 上网查寻信息的能力 运用计算机进行工程绘图的能 力 编制技术文件的能力等等 二 设计要求二 设计要求 2 12 1 控制要求控制要求 一部电动运输车供 8 个加工点使用 台车的控制要求如下 PLC 上电后 车停在某个工位 若无用车呼叫 下称呼车 时 则各工位的 指示灯亮 表示各工位可以呼车 工作人员按本工位的呼车按钮呼车时 各工 位的指示灯均灭 此时别的工位呼车无效 如停车工位呼车时 台车不动 呼 车工位号大于停车位时 台车自动向高位行驶 当呼车位号小于停车位号时 台车自动向低位行驶 当台车到呼车工位时自动停车 停车时间为 30s 供呼车 工位使用 其他工位不能呼车 从安全角度出发 停电再来电时 台车不会自 行启动 为了区别 工位依 1 8 编号各设一个限位开关 2 22 2 运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下 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 系统等待 30 秒开始工作 按下停止按钮 系统停止 工作 2 若某工位呼车 按本位的呼车按钮 时 则呼车指示灯熄灭 表示此 后呼车无效 3 系统停止时 呼车无效 系统启动后 当呼车位号大于停车位号时 小车自动向高位行驶 当呼车位号小于停车位号时 小车自动向低位行驶 当 小车到达呼车位时 自动停车 4 在小车到达呼车位的30s时间内 仅供本车位使用 呼车操作无效 只有当30s 延时时间到以后 小车才能重新响应呼车信号 5 临时停电后再复电 小车不会自行起动 4 三 设计的具体实现三 设计的具体实现 3 13 1 系统概述系统概述 某自动生产线上一部运料小车供 8 个加工点使用 其运动示意图如下图 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 高位 行 电机反转 小车向左 低位 行 在自动生产线上为了区别 工位依 1 8 编号供小车停靠 并各设一个限位开关以监测小车是否到达该工位 为了便于 呼车 每个工位设一呼车按钮 系统设起动及停机按钮各 1 个 小车设正 反 转接触器各 1 个 每个工位装有呼叫小车的指示灯各 1 个 但并联接于各个输 出口上 在生产线上有 8 个编号为 l 8 的站点供小车停靠 在每一个停靠站安装一 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 8 个呼叫按钮开关 SB1 SB8 分别与 8 个停靠站点相对应 3 23 2 控制系统在运输小车中的作用与地位控制系统在运输小车中的作用与地位 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 重者甚至发生人身安全事故 这 样将给企业造成重大损失 运输小车是基于 PLC 控制系统来设计的 控制系统的每一步动作都直接作 用于运输小车的运行 因此 运输小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着 图 3 1 运料小车的动作示意图 5 直接的关系 运输小车能否正常运行 工作效率的高低都与控制系统密不可分 3 3 运输小车系统方案的选择运输小车系统方案的选择 3 3 13 3 1 小车方案分析小车方案分析 实现小车运输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 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输小车的控制 3 3 23 3 2 可编程控制器可编程控制器 PLCPLC 的优点的优点 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 1 可靠性高 抗干扰能力强可靠性高 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 2 配套齐全 功能完善 适用性强配套齐全 功能完善 适用性强 6 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 3 易学易用 深受工程技术人员欢迎易学易用 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 4 系统的设计 建造工作量小 维护方便 容易改造系统的设计 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 5 体积小 重量轻 能耗低体积小 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 因此 最终我选择了用可编程控制器 PLC 来实现运输小车系统的控制 完 成本次的设计题目 3 4 运料小车控制系统的方案论证运料小车控制系统的方案论证 3 4 13 4 1 运料小车的运动流程运料小车的运动流程 运料小车由一台三相异步电动机拖动 电机正转 小车向高位行 电机反 转 小车向低位行 电动机正反转主电路图如图 3 4 1 所示 7 3 4 23 4 2 方案论证方案论证 早期运输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 后来 单片机应用到运料小车控制系统中 单片机有优异的性能价格比 集成度高 体积小 有很高的可靠性 控制功能强 低功耗 低电压 便于生 产便携式产品 外部总线增加了 IC 及 SPI 单片机的系统扩展和系统配置较典 型 规范 容易构成各种规模的应用系统 单片机编程方法复杂 不容易上手 使用于简单应用 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 运料小车控制 系统的控制系统构成图如 3 4 2 所示 图 3 4 1 电动机正反转主电路图 8 启动按钮 停止按钮 8 个呼叫按钮 8 个行程按钮 P L C 三相异步电动机 3 4 33 4 3 PLCPLC 的选型的选型 在 PLC 日益成为工厂自动化基本技术平台的时代 如何选用一部适合的 PLC 即满足技术要求 又能实现经济效益 是一项重要课题 PLC 本身强调的特 色为 体积小 功能强 操作简便 程序设计简易 模块扩充性好 通信方便 等 针对上述要求选择 PLC 控制系统 西门子公司的 S7 200 系列 PLC 以其功能 强 功能强大 性价比高等特点受到广泛青睐 因为该设计需要 18 个输入和 11 个输出故需要 CPU 有至少 18 个数字量输入 PLC 故满足这一技术要求的 S7 200 系列 PLC 的 CPU 类型有 224 224XP 226 等 PLC 的选型不但要满足技术要 求 还要考虑到经济性 因此这里选用 S7 200 系列的 226PLC 3 4 43 4 4 S7 200S7 200 CPUCPU 226226 简介简介 CPU226 集成 24 输入 24 输出共 48 个数字量 I O 点 可连接 7 个扩展模块 最大扩展至 168 路数字量 I O 点或 35 路模拟量 I O 点 16K 字节程序和数据存 储空间 6 个独立的 30kHz 高速计数器 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出 具有 PID 控制器 1 个 RS485 通讯 编程口 具有 PPI 通讯协议 MPI 通讯协议和自 由方式通讯能力 I O 端子可很容易地整体拆卸 是具有较强控制能力的控制 器 四 系统设计四 系统设计 4 14 1 系统变量定义及分配表系统变量定义及分配表 根据控制要求 PLC 控制运输小车的输入 输出 I 0 地址编排如下表所示 表 4 1 I O 地址分配 输入输出 图 3 4 2 运料小车控制系统图 9 I0 0起始按钮 SB0Q1 0电动机正传 KM1 I0 1停止按钮 SB10Q1 1电动机反传 KM2 I2 01 号工位呼车 SB1 I2 12 号工位呼车 SB2Q0 01 号工位成功呼车指示灯 I2 23 号工位呼车 SB3Q0 12 号工位成功呼车指示灯 I2 34 号工位呼车 SB4Q0 23 号工位成功呼车指示灯 I2 45 号工位呼车 SB5Q0 34 号工位成功呼车指示灯 I2 56 号工位呼车 SB6Q0 45 号工位成功呼车指示灯 I2 67 号工位呼车 SB7Q0 56 号工位成功呼车指示灯 I2 78 号工位呼车 SB8Q0 67 号工位成功呼车指示灯 I1 01 号工位限位开关 SQ1Q0 78 号工位成功呼车指示灯 I1 12 号工位限位开关 SQ2 I1 23 号工位限位开关 SQ3 I1 34 号工位限位开关 SQ4 I0 45 号工位限位开关 SQ5 I1 56 号工位限位开关 SQ6 I1 67 号工位限位开关 SQ7 I1 78 号工位限位开关 SQ8 4 2 系统需要的元器件明细表 表 4 2 元器件明细表 电气元器件明细表电气元器件明细表 符号符号名称名称型号型号规格规格件数件数 M 电动机 Y200L1 230kw 56 6A1 QS 电源引入隔离开关 H22 60 360A1 FU 熔断器 RL1 6060A1 FR 热继电器 JR16 60 360A1 KM 交流接触器 CJ20 75A 220V2 L1 L8 指示灯 AD56 22DS 220V8 SB0 10 按钮 LA2 220V10 SQ1 SQ8 限位开关 JLXK1220V8 PLC 可编程控制器 西门子S7 200CPU2261 10 4 34 3 系统接线图设计系统接线图设计 PLC 型号的选择 由于该系统是在原来 CPU226 的基础上改进的设备 而现 在共用了 18 个输入 用直流 24V 10 个输出 用交流电 220V 所以我选择用 S7 200 系列 CPU226 CPU226 的主要的技术参数 输入 24VDC 24 点 输出 220VAC 16 点 电源电压为 220V 50Hz 4 3 系统接线图 11 4 4 软件设计 4 4 14 4 1 系统流程图系统流程图 开始 8 个工作指示灯亮 可以呼车 是否有人呼车 8 个工作指示灯灭 其他呼车无效 呼车位是否在高位 电机正传 台车向高位运动电机反转 台车向低位运动 是否运动到呼车位 开始定时 是否定时 30s 图 4 4 1 系统流程图 12 4 4 24 4 2 系统顺序功能图系统顺序功能图 系统顺序功能图主要由过程动作 有向连线 转换条件组成 8 过程与动作 顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分 为若干个相连的阶段 这些阶段称为过程 过程是根据输出量的状态变化来划 分的 在任何一个过程之内 各输出量的 ON OFF 状态不变 但是相邻两过程输 出量的状态是不同的 过程的这种划分使代表各过程的编程元件的状态与各输 出量之间的逻辑关系极为简单 有向连线 在顺序功能图中 随着时间的推移和转换条件的实现 进展按 有向连线规定的路线和方向进行 在画顺序功能图时 将代表各过程的方框按 它们成为活动过程的先后次序顺序排列 并用有向连线将它们连接起来 转换添加 使系统由当前过程进入下一过程的信号称为转换条件 顺序控 制 设计法用转换条件控制代表各过程的编程元件 图 4 4 2 顺序功能图 13 4 4 34 4 3 系统梯形图系统梯形图 按下启动按钮 I0 0 后主程序网络 1 的 M0 0 导通并自锁 呼叫指示灯亮 此时可以通过呼叫按钮多对台车进行呼叫 网络 2 和网络 3 一直调用子程序 SBR 0 和 SBR 1 网络 4 和网络 5 的主要功能是在有呼叫信号 M0 1 时 调用子 程序 SBR 2 同时屏蔽呼叫允许信号 关闭呼叫指示灯 正是因为在有呼叫信 号 M0 1 时 调用子程序 SBR 2 使得停电再来电时 电机不会自行启动 M0 1 时调用子程序 SBR 0 的主要作用是检测小车位置 子程序 SBR 1 的主要作用是 检测呼叫信号 子程序 SBR 2 的主要作用是在有呼叫信号时 对呼叫信号做出 反应 9 主程序主程序 一直调用子程序 SBR 0 和 SBR 1 条件调用 SBR 2 并控制呼叫指 示灯 14 I0 0M0 0 M0 0 主程序注释 台车呼叫控制 网络 1 PLC 上电 PLC 通断电 网络 2 调用子程序 SBR 0 SBR 0 EN SM0 0 网络 3 调用子程序 SBR 1 SBR 1 EN SM0 0 I0 1 网络 4 调用子程序 SBR 2 SBR 2 EN M0 1 15 网络 5 通过 8 个指示灯的灯亮与灯灭来判断呼叫控制按钮是否可用 M0 0M0 1 Q0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 2 Q0 3 Q0 2 Q0 4 Q0 2 Q0 5 Q0 2 Q0 6 Q0 2 Q0 7 Q0 2 T37 R 1 一 设计目的作用一 设计目的作用3 二 设计要求二 设计要求3 2 12 1 控制要求控制要求3 2 2 运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下 运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下 3 三 设计的具体实现三 设计的具体实现4 3 13 1 系统概述系统概述4 3 2 控制系统在运输小车中的作用与地位控制系统在运输小车中的作用与地位4 3 3 运输小车系统方案的选择运输小车系统方案的选择5 3 3 1 小车方案分析5 3 3 2 可编程控制器 PLC 的优点5 16 3 4 运料小车控制系统的方案论证运料小车控制系统的方案论证6 3 4 1 运料小车的运动流程6 3 4 2 方案论证7 3 4 3 PLC 的选型8 3 4 4 S7 200 CPU 226 简介8 四 系统设计四 系统设计8 4 14 1 系统变量定义及分配表系统变量定义及分配表8 4 2 系统需要的元器件明细表系统需要的元器件明细表9 4 34 3 系统接线图设计系统接线图设计10 4 4 软件设计软件设计11 4 4 1 系统流程图11 4 4 2 系统顺序功能图12 4 4 3 系统梯形图13 4 4 4 系统语句表20 五 五 单元电路设计与分析单元电路设计与分析24 5 1 系统仿真结果如下 系统仿真结果如下24 六 总结六 总结26 七 附录七 附录28 八 参考文献八 参考文献29 子程序 SBR 0 台车当前位置数据采集 将台车在行程开关采集的位置信号传送 到指定内存区域 VB0 17 18 子程序 SBR 1 收集按钮信号 将按下按钮的位置号传送到指定内存区域 并形 成呼叫控制信号 M0 1 19 20 21 网络 9 判断是否有呼叫按钮按下 22 子程序 SBR 2 比较小车位置号与呼叫位置号 根据比较结果 控制小车左行 右行和定时 子程序注释 VBO 与 VB1 中数据进行比较判断小车的运行方向及是否到达呼叫位置 网络 1 判断台车是否到达呼叫位置 到达后 T37 开始计数且计数到 30S 后将复位 VB0 B VB1 IN TON PT 100ms 300 网络 2 反向向低位运行 VB0 B VB1 VB0 VB0 VB1 Q1 1 网络 3 LDB VB0 VB1 Q1 0 26 27 28 29 向永松总结 设计过程中 系统地巩固了自己在整个大学阶段所学的专业 课知识 在绘制相关图纸的过程中 有进一步加强了自己的 AutoCAD 绘图能力 以及对整个仿真的学习 可以说 本次设计给自己学习的知识增添了不少 在 本次课程设计中我主要是弄了电气元器件明细表以及报告的排版