小车自动循环系统.docVIP

摘要随着科学技术的发展，电气控制技术在各领域，特别是在自动控制领域取得了长足的发展，有了越来越多的应用。PLC以其可靠性高、灵活性强、易于扩展、通用性强、保用方便等优点，在国民经济建设中得到十分广泛的普及应用。本设计是基于S7-200 PLC编程的生产流水线上的一辆自动控制小车的运动控制设计。论述了小车控制系统的软硬件设计方案及其控制原理。采用的是顺序控制继电器指令。小车在一个周期内的运动由4段组成。设小车最初在左端，当按下启动按钮，则小车自动循环地工作，若按下停止按钮，则小车完成本次循环工作后，停止在初始位置。关键词：S7-200；顺序控制继电器指令；循环工作目 录摘要.第1章 概述.11.1 课题背景和意义.1 1.2 设计任务.21.2.1 设计要求.21.2.2 设计分析.3第2章 硬件设计.42.1 主电路.42.2 I/O地址分配.52.3 I/O接线图.52.4 电器元件选型.6第3章 软件设计.9 3.1 系统流程图.93.1.1程序流程图.10 3.1.2 程序梯形图.11 3.1.3 程序指令表.123.2 程序调试出现的问题.13结论.14心得体会.15参考文献.16第1章 概述1.1 课题背景和意义我们都知道可编程序控制器（PLC）是在电气控制技术和计算机技术的基础上以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置，以其编程简单、可靠性高、功能完善，体积小、重量轻的特有优势，广泛应用于各个行业。在整个课程设计中我们主要通过编程软件STEP7-Micro/WIN32 Version 3.1设置（CPU组态）、用于程序编写和实时监控运行，STEP7-Micro/WIN32软件是基于Windows的应用软件，编程软件STEP7-MICRO/WIN32的基本功能是协助我们完成PLC 应用程序的开发，同时具有设置PLC参数、加密和运行监视等功能。STEP7-Micro/WIN32编程软件在离线条件下，可以实现程序的输入、编辑、编译等功能。编程软件在联机工作方式（PLC与编程PC连接）可实现上、下载，通讯测试及实时监控等功能。这为我们编写程序提供了非常方便和好用的环境。小车自动控制系统是冶金、有色金属、煤矿、车站、港口、码头仓库、矿井等行业的主要设备之一，在生产流水线上小车通过自动循环系统能够大大提高其自动化程度，减少人为参与，使生产更加高效。本系统就是在这种背景下设计的。本设计介绍了一种基于西门子S7-200系列PLC控制的生产流水线自动控制小车系统设计方案。利用PLC顺序控制继电器指令，实现小车相关运动，小车在一个周期内的运动由4段组成。设小车最初在左端，当按下启动按钮，则小车自动循环地工作，若按下停止按钮，则小车完成本次循环工作后，停止在初始位置。 1.2 设计任务1.2.1 设计要求小车运动控制与小车行程时序图如图1-1所示，初始状态时，小车处于起始位置A地。若按下启动按钮后，小车从A地向C地运行（途经B地时小车不停，继续运行），直接到达C地后，向再返回B地，到达B地再向D地运行（途经C地时小车不停，继续运行），直接到达D地后再向A地返回（途经C、B地时小车不停，继续运行），回到A地后算是完成一个周期的自动循环运动。若按下停止按钮，则小车完成一个周期的循环工作后，停止在A地。DCAB左行右行SQ1SQ2SQ31234图1-1 小车运动控制和行程时序示意图SQ41.2.2 设计分析在设计刚开始时，考虑的是用一般的电机正反转常见指令控制电机和利用限位开关来实现控制系统，在尝试中发现，需要考虑的常开常闭触点太多。因此，我放弃了该方案。抛弃了使用常规的方案 后，我开始寻求一种更方便的方法。最后在老师的提醒下使用了顺序控制法把程序设计出来，调试运行后发现，使用顺序控制继电器指令确实是简单了许多，所有的内容一目了然。小车到达A地、B地、C地、D地位置时，可分别用位置开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4来进行控制，因此根据小车碰撞行程开关的顺序，可以采用顺序控制继电器指令设计程序能够相对简单的实现此设计任务，把SQ3放到顺序控制的第一个位置上，第二位置上放SQ2，第三个位置上放SQ4，最后一个位置上放SQ1，就实现了按设计要求规定的周期自动循环运动。此处规定电机正转时小车向右行，电机反转时小车向左行。第2章 硬件设计2.1 主电路图小车运动控制系统主电路图，实际上就是通过控制电机的正反转就可能实现，如下图2-1所示。QS 图2-1 小车自动循环系统主电路图该电路图有KM1和KM2两个交流接触线圈，通过分别接通KM1和KM2来控制小车的向右行和向左行。当合上QS时，接通KM1时电机为正转，小车向右行；接通KM2时电机为反转，小车向左行。2.2 I/O地址分配小车运动控制设计中，需要6个输入点和2个输出点，其输入/输出分配表如表2-1所示。表2-1 输入/输出分配表输入输出功能元件PLC地址功能元件PLC地址启动SB1I0.0小车右行KM1Q0.0停止SB2I0.5小车左行KM2Q0.1A地行程控制SQ1I0.1B地行程控制SQ2I0.2C地行程控制SQ3I0.3D地行程控制SQ4I0.42.3 I/O接线图 小车运动控制的I/O接线图如图2-2所示。 24V DCFUSB2220V AC电源FRSQ4SQ3SQ2SQ1SB1KM2KM11MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5LQ0.0Q0.1PLCCPU226图2-2 小车运动控制I/O接线图2.4 电器元件选型 1.CPU选型选择西门子S7-200系列PLC作为小车运动控制系统的控制主机。在西门子S7-200系列PLC中有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等。小车运动控制系统总共有6个数字量输入，2个数字量输出，共需8个I/O口，根据I/O口数及程序容量，选择西门子系列中具有24个数字量输入，16个数字量输出的CPU226作为本控制系统的主机。2.位置开关 位置开关是利用运动部件的行程位置实现控制的电器，常用于自动往返的生产机械中。小车运动控制系统中，共用了4个位置开关，即A地行程控制开关SQ1、B地行程控制开关SQ2、C地行程控制开关SQ3、D地行程控制开关SQ4。4个行程开关都选用双轮防护式JLXK1-211，其有一个常开触头，一个常闭触头。 3.按钮按钮在低压控制电路中用于手动发出控制信号。小车运动控制系统中，共用2个按钮，即启动按钮SB1、停止按钮SB2。两个按钮均选用LA25-10，其仅有一个常开触头。4.接触器交流接触器线圈通以交流电，主触头接通、分断交流主电路。小车运动控制系统中，共用2个交流接触器，根据三相电动机Y90L-2的参数，KM1、KM2均选用CJ20-10。5.熔断器熔断器是种简单而有效的保护电器，在电路中主要起短路保护作用。 根据要求此处选用RCIA-5型号的熔断器。其熔断器额定电流为5A，额定电压为380V，熔体额定电流为5A。6.低压隔离器低压隔离器也称刀开关。其作用是隔离电源，不频繁接通或断开小电流电路或空载电路。 根据要求此处选用HK1系列脱壳刀开关。7.热继电器 热继电器是利用电流流过热元件时产生的热量，使双金属片发生弯曲而推动执行机构动作的一种保护电器。根据要求此处选用JR16-20型号的热继电器。其额定电流为5.0A。8.电动机电动机选用三相异步电动机Y90L-2，额定功率为2.2KW，额定转速为2840r/min,额定电压为380V，额定电流为4.8A。根据上述各电器元件选型列出小车运动控制系统的电器元件，见下表2-2所示。表2-2 元件列表元件名称符号数量型号功能低压隔离器QS1HK1线路电源控制熔断器FU13RCIA-5主线路短路保护接触器KM11CJ20-10电动机正转运行控制接触器KM21CJ20-10电动机反转运行控制热继电器FR1JR16-20电动机过载保护按钮SB11LA25-10小车正转起动按钮按钮SB21LA25-10小车反转起动按钮位置开关SQ11JLXK1-211小车向右变向运动控制位置开关SQ21JLXK1-211小车向左变向运动控制位置开关SQ31JLXK1-211小车向左变向运动控制位置开关SQ41JLXK1-211小车向左变向运动控制电动机M1Y90L-2动力源第3章 软件设计3.1 系统流程图3.1.1 程序流程图根据小车运动控制系统的工作过程，设计程序流程图如图3-1所示。否是开始初始化右行左行右行左行是否停止启动SQ3SQ2SQ4SQ1图3-1 小车运动控制程序流程图3.1.2 程序梯形图当按下启动按钮SB1，S0.1置位，保持在通电状态。当按下停止按钮SB2，M0.0置位，保持在通电状态。右行SCR段开始RUN方式时，SM0.0总为1，Q0.0置位，小车右行。小车右行碰到行程开关SQ3，Q0.0复位，小车停止右行，程序跳转到S0.2右行SCR段结束左行SCR段开始RUN方式时，SM0.0总为1，Q0.1置位，小车左行。小车左行碰到行程开关SQ2,Q0.1复位，小车停止左行，程序跳转到S0.3左行SCR段结束右行SCR段开始RUN方式时，SM0.0总为1，Q0.0置位，小车右行。小车右行碰到行程开关SQ4，Q0.0复位，小车停止右行，程序跳转到S0.4右行SCR段结束左行SCR段开始RUN方式时，SM0.0总为1，Q0.1置位，小车左行。小车左行碰到行程开关SQ1,Q0.1复位，小车停止左行，完成一个周期的行程；当未按下停止按钮SB2时，程序跳转到S0.1，小车继续右行重复一个周期的行程；当按下停止按钮SB2时，程序跳转到S0.5。网络18为左行SCR段结束小车停止SCR段开始RUN方式时，SM0.0总为1，S0.0至S0.5全部复位，M0.0也复位。小车停止SCR段结束3.1.3 程序指令表Network 13 LD I0.4R Q0.0, 1SCRT S0.4Network 14 SCRENetwork 15 LSCR S0.4Network 16 LD SM0.0S Q0.1, 1Network 17 LD I0.1LPSR Q0.1, 1AN M0.0SCRT S0.1LPPA M0.0SCRT S0.5Network 18 SCRENetwork 19 LSCR S0.5Network 20 LD SM0.0R S0.0, 6R M0.0, 1Network 21 SCRE Network 1 LD I0.0S S0.1, 1Network 2 LD I0.5S M0.0, 1Network 3 LSCR S0.1Network 4 LD SM0.0S Q0.0, 1Network 5 LD I0.3R Q0.0, 1SCRT S0.2Network 6 SCRENetwork 7 LSCR S0.2Network 8 LD SM0.0S Q0.1, 1Network 9 LD I0.2R Q0.1, 1SCRT S0.3Network 10 SCRENetwork 11 LSCR S0.3Network 12 LD SM0.0S Q0.0, 13.2 程序调试出现的问题刚开始时，编写输出小车右行，在程序开始的最前面写入SM0.1，经上电后使S0.0置位初始化程序后，使用SM0.0后直接接入Q0.0，当执行程序时，Q0.0总是执行不了，后经过多次尝试后仍然不行，最后在老师的指导下将Q0.0换成置位指令后，才能够输出Q0.0使小车右行。 小车在运行过程中，出现碰到前两个行程开关不动作，只有碰到最后两个行程开关才动作的问题，问题同上面Q0.0不输出一样，程序都没有问题，就是程序运行到前两个行程开关时，像是指令没有被激活一样，解决的问题同样是把所有的输出全改为置位指令，才得以解决。以上两种情况，后来在韩老师的课堂串讲上才悄然大悟，原来是在程序中现了双线圈输出的情况。当小车完成一个周期的运动时，按下停止按钮SB2后，小车停止在初始位SQ1处，再次按下起动按钮SB1时，小车不动作，回头反复查看指令没有问题，总后把所有的复位指令全部放到最后才解决这个问题。结 论当闭合低压隔离器QS，按下启动按钮SB1时，小车从最左端向右行驶，经过行程开关SQ2时小车不停，继续右行，碰到行程开关SQ3时，小车切换行程向左行驶，碰到行程开关SQ2时，小车切换行程再次向右行驶，经过行程开关SQ3小车不停，继续右行，碰到行程开关SQ4时，小车切换行程再次向左行驶，经过行程开关SQ3、SQ2时小车不停，继续左行，当再次碰到行程开关SQ1时，小车完成一个周期的运动。若不按下停车按钮SB2，小车自动循环重复完成上个周期的运动；若按下停车按钮SB2，小车不管此刻在哪里，都将完成该周期内的运动后停止在初始位置SQ1处。实践证明，本设计所采用西门子公司生产的小型可编程控制器的硬件设计和程序设计是完全可行的。所设计的以PLC为核心的小车自动循环运动系统，性能可靠、操作简单方便、易于维护、环境适应性强，还能容易的随时修改可编程序控制器程序，达到了预期效果。心 得 体 会这次课程设计历时一个星期多左右，