毕业论文-自动送料车的plc控制系统设计与实现

编号毕业设计论文院（系）名称专业名称学生姓名学号指导教师2012年6月15日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。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。它功能强大，可扩展到多达128I/O点，且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据连接功能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。本课题主要包括分析被控对象和明确系统控制要求；PLC选型；确定系统的I/O设备的数量及种类；控制流程设计；控制程序设计。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控制系统；运料车；逻辑控制电路；变频器ABSTRACTEARLYHAULCARELECTRICALCONTROLSYSTEMISMOSTLYCOMPOSEDOFACOMPLEXSYSTEMOFRELAYCONTACTOR,THISSYSTEMDESIGNCYCLELENGTH,VOLUME,COSTANDDEFECTS,DATAPROCESSINGANDCOMMUNICATIONSFUNCTIONS,THEREMUSTBESOMEONERESPONSIBLEFOROPERATINGTHEPLCAPPLICATIONELECTRICALCONTROLSYSTEMTOHAULTHECAR,THEAUTOMATICCONTROLOFMATERIALTRANSPORTTROLLEY,REDUCINGTHERUNNINGCOSTSOFTHESYSTEMTHEPLCHAULCARELECTRICALCONTROLSYSTEMHASASIMPLECONNECTION,CONTROLSPEED,RELIABILITYANDMAINTAINABILITY,EASYTOINSTALL,MAINTENANCEANDTRANSFORMATIONWITHECONOMICDEVELOPMENT,THEMATERIALTRANSPORTTROLLEYEXPANDINGTOVARIOUSFIELDS,FROMMANUALTOAUTOMATIC,ANDGRADUALLYFORMEDTHEMECHANIZATIONANDAUTOMATIONPLCAPPLICATIONSTOHAULTHECARELECTRICALCONTROLSYSTEM,CANHAULCARAUTOMATIONANDCONTROL,REDUCINGTHERUNNINGCOSTSOFTHESYSTEMITISPOWERFUL,ANDCANBEEXPANDEDTOUPTO128I/OPOINTS,ANDCANINCREASETHESPECIALFUNCTIONMODULEORANEXPANSIONBOARDCOMMUNICATIONSANDDATACONNECTIVITYOPTIONSMAKESPERFECTFX1NIMPORTANTAPPLICATIONSINTHEVOLUME,COMMUNICATION,ANDSPECIALFUNCTIONMODULESTHEMAINTOPICTHEANALYSISOFTHECONTROLLEDOBJECTANDACLEARSYSTEMCONTROLREQUIREMENTSTHEPLCSELECTIONDETERMINETHESYSTEMSI/ODEVICENUMBERANDTYPESPROCESSDESIGNCONTROLPROGRAMDESIGNPLCINTHETRANSPORTEDMATERIALINTHECARCONTROLSYSTEM,HASPRACTICALAPPLICATIONSINTHEDOMESTICANDINTERNATIONALENGINEERING,FACTORY,HASENORMOUSECONOMICANDSOCIALVALUE,CONTINUETODEVELOPANDPROMOTEINTHEIDEASWORTHYOFTHEIRINTELLIGENTANDAUTOMATEDKEYWORDSPLCCONTROLSYSTEMHAULTRUCK；LOGICCONTROLSELECTRICCIRCUIT；TRANSDUCER目录第1章绪论111课题背景112运料车的发展现状2第2章可编程控制器（PLC）概况421PLC的定义422PLC的发展423PLC的特点524PLC的基本组成和各部分作用625PLC的应用领域9第3章总体方案1131方案论证1132总体设计思想12321功率驱动电路12322电子控制显示电路13323工位输入13324数据的移位13325小车的运行14326控制面板的显示与复位1433控制系统设计14331控制系统工作原理14332小车运动分析15333运料小车控制系统的PLC选型和资源配置17334PLC选型17335系统资源分配19第4章硬件和软件设计2241系统的结构工作原理2242PLC输出的电压转换电路2243运料车的程序设计23431I/O地址分配表23432PLC硬件电器连接图24433运料车控制系统流程图24434控制程序梯形图25435系统软件源程序设计2744控制系统调试31441编程软件31442程序的构成32443程序的下载、安装和调试34第5章结论36参考文献37致谢39第1章绪论11课题背景随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，随着工业自动化的普及和发展,控制器的需求量逐年增大。为了改变落后的生产状态,缓解日趋紧张的供求关系,我们研究了多功能天车。新中国成立特别是改革开放以来，我国社会主义现代化建设取得了举世瞩目的伟大成就。同时，必须清醒地看到，我国正处于并将长期处于社会主义初级阶段。全面建设小康社会，既面临难得的历史机遇，又面临一系列严峻的挑战。经济增长过度依赖能源资源消耗，环境污染严重；经济结构不合理，农业基础薄弱，高技术产业和现代服务业发展滞后；自主创新能力较弱，企业核心竞争力不强，经济效益有待提高。在扩大劳动就业、理顺分配关系、提供健康保障和确保国家安全等方面，有诸多困难和问题亟待解决。从国际上看，我国也将长期面临发达国家在经济、科技等方面占有优势的巨大压力。为了抓住机遇、迎接挑战，我们需要进行多方面的努力，包括统筹全局发展，深化体制改革，健全民主法制，加强社会管理等。与此同时，我们比以往任何时候都更加需要紧紧依靠科技进步和创新，带动生产力质的飞跃，推动经济社会的全面、协调、可持续发展。进入21世纪，我国作为一个发展中大国，加快科学技术发展、缩小与发达国家的差距，还需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有利条件。中华民族拥有5000年的文明史，中华文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成独特的创新文化。只要我们增强民族自信心，贯彻落实科学发展观，深入实施科教兴国战略和人才强国战略，奋起直追、迎头赶上，经过15年乃至更长时间坚韧不拔的艰苦奋斗，就一定能够创造出无愧于时代的辉煌科技成就。科技工作的指导方针是自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展。支撑发展，就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术，支撑经济社会的持续协调发展。引领未来，就是着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求，培育新兴产业，引领未来经济社会的发展。这一方针是我国半个多世纪科技发展实践经验的概括总结，是面向未来、实现中华民族伟大复兴的重要抉择。要把提高自主创新能力摆在全部科技工作的突出位置。在对外开放条件下推进社会主义现代化建设，必须认真学习和充分借鉴人类一切优秀文明成果。改革开放20多年来，我国引进了大量技术和装备，对提高产业技术水平、促进经济发展起到了重要作用。但是，必须清醒地看到，只引进而不注重技术的消化吸收和再创新，势必削弱自主研究开发的能力，拉大与世界先进水平的差距。总之，必须把提高自主创新能力作为国家战略，贯彻到现代化建设的各个方面，贯彻到各个产业、行业和地区，大幅度提高国家竞争力。我国科学技术发展的总体目标是自主创新能力显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，为全面建设小康社会提供强有力的支撑；基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果，进入创新型国家行列，为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础，形成比较完善的中国特色国家创新体系。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了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，让该系统在各种环境下都能够工作，而且成本低，易控制，安全可靠，效率高。12运料车的发展现状由于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。第2章可编程控制器（PLC）概况21PLC的定义国际电工委员会INTERNATIONALELECTRICALCOMMITTEEIEC,1987年的第三版对PLC作了如下的定义PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU中央处理单元存储器RAM和EPROM,输入/输出模块简称为I/O模块、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。22PLC的发展1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，并公开招标提出十项标准1编程方便，现场可修改程序；2维修方便，采用模块化结构；3可靠性高于继电器控制装置；4体积小于继电器控制装置；5数据可直接送入管理计算机；6成本可与继电器控制装置竞争；7输入可以是交流115V；8输出为交流115V,2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9在扩展时，原系统只要很小变更；10用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年，美国数字公司DEC研制出了第一台可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，很快在美国其它工业领域推广使用。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有了第五代PLC产品。23PLC的特点（1）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。例如三菱公司生产的F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，和同等规模的继电接触器系统相比，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。（2）配套齐全，功能完善，适用性强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）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）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）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100MM，重量小于150G，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。24PLC的基本组成和各部分作用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。图21PLC的组成框图整体式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1/0扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，1/0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1/0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CPUCPU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；4PLC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EPROM2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目前较先进的PLC如欧姆龙公司的CPMIA型PLC采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。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、1/0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。25PLC的应用领域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，同时日常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而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。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，使用情况主要分为如下几类1开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，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工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量即模拟量，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。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。3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。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，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4数据处理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。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5通信及联网PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。第3章总体方案31方案论证在设计时，我曾用到四个方案，由于数据输入、比较输出、小车运行及显示方面的程序在调试时可以通过，因此，这四个方案都是基于数据移位来选择的。方案一开始时，考虑的是一般较为习惯的继电器控制电机和利用限位开关等实物控制系统，系统可以实现我所需要的功能。当时，考虑到经济性和系统更变较为不便。因此，我放弃了该方案。方案二抛弃了方案1后，我开始寻求一种软件更改方便的方法。利用电子线路实现电机正、反转以及定位等。此种方法的设计程序较为难点，结果把所用到的功能指令都接于主母线上，但在调试时，则出现了第三，第四个输入信号错位的现象。方案三把该部分的程序改以步进方式执行，并使该步进不断循环执行。但到了调试运行时，当输入一个数据时，便会使该数据连续执行次，在苦思不通后终于决定放弃该方案，而且也由于该方案的步数较多，所用语句也十分多，所以该方案就算能通过也不是最佳选择。方案四接着，我尝试使用计数器来移位数据，而不使用数据寄存器，但用计数器则存在不能同时输入两个相同信号的问题，最后，由于想到这不能符合课题要求，所以，也放弃了该方案。方案五最后，我综合上述方案的经验，使用类似于步进的方法，在主母线上分步执行。并使用定时器制作脉冲，不断使移位程序重复执行，并设置互锁，使输入按钮按一次只能输入一个信号，必须放开按钮后，再按才可再次输入。改动后，经调试，证明该方案可行，所以我选择了该方案。32总体设计思想设计本课题时，我计划采用如下思路首先，在设计功能这方面全部采用电子设备，通过H型驱动电路和软件实现电机的正反转，取代以往的继电器，同时在定位和控制灯方面也采用电子设备和软件配合方法实现。其次，各工位的输入和各个工位的指示都由软件实现，接着是数据的移位，以此来实现输入数据的优先级别。跟着便是数据的比较输出，接下来便是各个工位的小车工序。最后，便是显示程序和手动及自动复位程序，以及组态王软件的监控显示系统完善，以提高整个系统的可视性和操作性能。321功率驱动电路电机的正反转是同过软件部分输出的不同要求时实现，当输出（Q001）时，即M1为低电平，电机正转（运动小车实现从左往右的运动）；当输出（Q011）时，即M2为低电平，电机获反向电压而反转（运动小车实现从右往左的运动）。具体功率驱动电路电气原理图，详见图31图31驱动电路该电气原理图的具体工作原理如以下介绍采用24V直流电压，通过LM317T进行电压调节后其输出电压大致在7V，当软件输出（Q001）即M1为低电平时，芯片CD4011（四2输入与非门应用电路）的1、2脚都为低电平，其与非门输出为高电平并输出到芯片的9脚和H型功率驱动电路的三极管1和三极管4的基极，此刻M2没有电平输出即2号与非门输出电平也是低电平，这样3号与非门输出为高电平驱动三极管9013，H型功率驱动电路获得电压，电机获电正传；当软件输出（Q011）即M2为低电平时，芯片CD4011（四2输入与非门应用电路）的5、6脚都为低电平，其与非门输出为高电平并输出到芯片的8脚和H型功率驱动电路的三极管2和三极管3的基极，此刻M1没有电平输出即1号与非门输出电平也是低电平，这样3号与非门输出为高电平驱动三极管9013，H型功率驱动电路获得电压，电机获电反传。322电子控制显示电路可行性论证通过该电路和软件实现了对运动小车的位置控制和位置指示灯控制，具体电路详见图32具体工作原理如以下介绍在该电路中发光二极管D1,D2,D3,D4都一直处于发光状态。现在以小车运动到S1处为列。当小车运动到S1处时，由于小车车身上携带有反光面板反射发光二极管的光束到光敏三极管上，致使光敏三极管导通。这样24V电压经270K欧姆和100欧姆的电阻分压供给三极管T1基极，三极管T1导通。此刻发光二极管D11发光，S1获得低电平信号给软件部分，软件运行控制定位灯的发光时间。图32电子控制显示电路323工位输入工位的输入不再是通过限位开关来实现，而是利用运料小车自身携带的反光面板进行光束反射后使光敏三极管通断来实现。4个工位S1,S2,S3,S4分别通过输入过程映像寄存器的0字节1、2、3、4位（即I01,I02,I03,I04）来进行检测输入信号。324数据的移位数据移位是利用移位寄存器SHRB进行移位，当进行第一次扫描后便移入一个高电平，并且通过Q00来实现小车在哪个循环阶段以及哪个工位进行正传和反转。325小车的运行这一步是把小车的程序分为3个部分，分别对应每一种运行状态（正传、反转和中途方向改变），当比较输出时得出与哪个数字相等，则有选择性地执行某个小车程序。326控制面板的显示与复位该步是利用发光二极管通电状态来进行控制，以PLC的输入过程映像寄存器的0字节1、2、3、4位（即I01,I02,I03,I04）对4个工位S1,S2,S3,S4位置分别进行检测输入信号，还利用输出过程映像寄存器的0字节2、3、4位对定位控制的发光二极管进行控制显示。通过软件对电机正、反转和复位进行控制。33控制系统设计331控制系统工作原理1、运料车的工作流程某自动生产线上运料小车的运动如图33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15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（HJ1HJ5）分别与5个停靠站点相对应。图33运料小车示意图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；1号站2号站3号站4号站5号站运料小车自动化生产线（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HJ1HJ5应具有互锁功能，先按下者优先。332小车运动分析小车在呼叫按钮之间的运动如图34所示，图34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35所示图35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36所示，图36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，图37控制系统流程图333运料小车控制系统的PLC选型和资源配置1、控制系统图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（A）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（B）图38运料小车控制系统图2、PLC框架配置图运料小车控制采用三菱的FX2N系列整体式PLC。PLC框架配置如图39所示。图39PLC框架配置图334PLC选型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1PLC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。CPU模块FX2N24MR0012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1/0路数、电压等级及输出功率、内存容量。1/0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件一2既的余量，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、系统安装无远程功能的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。3、输入/输出模块的选择模块电源在选择交流1/0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1ZCM。隔离变压器的容量按PLC电源组件容量的15一2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角模块时，电压等级是一个比较重要的参数，它要根据现场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。4、开关量I/0点的节省和模拟量1/0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。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AC85一240V，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、1L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。335系统资源分配1、IO地址分配由于CPU模块有14点数字量输入，10点数字量输出，所以不再需要输入输出模块。采用IO自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X000X015，输出端子对应的输出地址是Y000Y011。2、数字量输入部分这个控制系统的输入有启动按钮开关、停止按钮开关、5个呼叫按钮开关、5个行程开关共12点输入。具体的输入分配如表31所示。表31输入地址分配输入地址对应的外部设备X000启动按钮开关X001停止按钮开关X0021号站呼叫按钮开关X0032号站呼叫按钮开关X0043号站呼叫按钮开关X0054号站呼叫按钮开关X0065号站呼叫按钮开关X0071号站行程开关X0102号站行程开关X0113号站行程开关X0124号站行程开关X0135号站行程开关3、数字量输出部分这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相电动机。但是电机有正转和反转两种状态，分别对应正转继电器和反转继电器，所以输出点有2个。具体的输出分配表如表32所示。表32输出地址分配输出地址对应外部设备Y000电机反转继电器Y001电机正转继电器4、内部继电器部分内部继电器地址分配如表33所示。表33内部继电器地址分配内部继电器地址功能说明M0小车运行停止M11号站呼叫M2号站呼叫M3号站呼叫M4号站呼叫M5号站呼叫M6小车所在站编号呼叫编号M7小车所在站编号呼叫编号M8小车所在站编号呼叫编号第4章硬件和软件设计41系统的结构工作原理运料小车是工业逗料的主要设备之一。广泛应用于自动生产线冶金、有色盒属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。本系统的结构工作原理图如图41，包括带导轨的运行工作台，DC24V电机，行程开关，起停按钮，可编程控制器，DC24V继电器，DC12V直流电源等。图21是一个运料小车工作示意图，每个工作台设有一个到位开关SQ和一个呼叫按钮SB。系统的设计要求为（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钮的编码时，小车向右运行，运行到呼叫按钮所对应的停靠站时停止；（3）当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时，小车向左行，运行到呼叫按钮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钮的编码时，小车保持不动；（5）呼叫按钮开关应具有互锁功能，先按下者优先。图41运料车的结构工作原理图42PLC输出的电压转换电路图42中采用2个DC24V继电器和1个12V直流电源来实现直流电机的正反转，2个继电器线圈直接接到可编程控制器的输出端。当继电器线圈1得电时继电器1的触点由K1转换到K2，而继电器线圈2的触点状态不变，电流流向如I1所示，驱使DCI2V电机按一定方向运转当继电器线圈2得电时，继电器线圈I触点状态不变，而继电器线圈2的触点由K3转换到K4，电流流向如I2所示驱使DC12V电机按相反的方向运转。图42PLC输出的电压转换电路43运料车的程序设计431I/O地址分配表图43432PLC硬件电器连接图图44433运料车控制系统流程图图45434控制程序梯形图1、图46梯形图为小车起停的程序，按下启动按钮小车运动，M0得电并且保持，按下停止按钮，I01得电，M0失电。图462、图47梯形图为五个行程开关梯形图，5个行程开关用数字04表示，当小车到达1号时，I02得电，将数字0传入MW0用R0表示中；以此类推。图473、图48梯形图为五个呼叫按钮梯形图，5个呼叫用数字04表示，当一号按钮被按下时，I07得电，将数字0传入MW1（用R1表示）中，以此类推，M4是实现自锁功能的作用，将在下面的梯形图中讲到。图484、图49梯形图用于实现自锁功能，当按下某个呼叫按钮时，同时触发M4，并保持，使获得优先权，按下别的按钮将无效，M2是当小车位置和按钮编码相同时触发，使M4失电，恢复到最初的情况。图495、图410形图为比较梯形图，当小车所处位置大于呼叫按钮的编码时，M1得电，小于时M3得电，等于时M2得电，同时失M4失电。图4106、图411梯形图为小车控制运动梯形图，当M1得电时，Q00输出，小车左行，当M2得电时，Q01输出，小车向右行。图411435系统软件源程序设计1、行程开关在该程序中，5个站的行程开关分别用数字04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3、呼叫按钮在该程序中，5个站的呼叫按钮分别用数字04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M1M5。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LDIM1ANIM2ANIM4ANIM5ANIX011ANDM0LDX004ORM3ANBMOVK2D1；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LDIM1ANIM2ANIM3ANIM4ANIX013ANDM0LDX006ORM5ANBMOVK4D1；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、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LDM0CMPD0D1M65、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LDM6LDM1ANIX007LDM2ANIX010ORBLDM3ANIX011ORBLDM4ANIX012ORBLDM5ANIX013ORBANBOUTY000；小车向左运动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44控制系统调试441编程软件编程软件采用三菱公司的编程软件GXDEVELOPER,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。442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，如下所示图412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