自动送料装车系统的设计与制作

1、自动送料装车系统的设计与制作 王萍 一、自动送料装车系统的背景一、自动送料装车系统的背景送料小车控制系统采用了 PLC 控制。从送料小车的工艺流程来看，其控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统，因此，此送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式。我在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间复杂的联锁关系，从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时，不会对其它工作方式的程序造成影响，使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。 在设计该 PLC 送料小车设计程序的同时总结了以往 PLC 送料小车设计程序的一般方法、步骤，并且把以前学过的基础课程融汇到本次设计当中来

2、，更加深入的了解了更多的 PLC 知识。 二、二、PLCPLC 的简介及特点的简介及特点可编程序控制器简称 PLC。可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它采用一种可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备和生产过程。可编程控制器及其有关设备的设计原则是他易于与工业控制系统连成一个整体和具有扩充功能。PLC 主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，它的输入/输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量信号的输入和输出。由于采用了微处理

3、机，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制 I/O 等诸多功能。硬件结构全部采用模块化结构，可以适应大小规模不同、功能复杂程度及现场环境各异的控制要求。硬件系统安装方便，接线简单，连接可靠，为控制系统的硬件设计提供了方便、快捷的途径，可以大大缩短硬件系统的开发工作量。 三、自动送料装车系统的设计三、自动送料装车系统的设计 （一）基本内容 PLC 工作原理，对其有相对的了解，并会使用编程语言对其进行编程，掌握对各个程序的编写，并使其能正常运行。在编写过程中涉及到的一些相关技术和动作语言要熟悉使用，PLC 程序编写的内容是重要之重，是提高设计质量的关键技术。充分分析自动送料小车的工作过程，

4、此送料小车电气控制系统设计控制系统的每一步动作都直接作用于送料小车的运行，因此，送料小车的性能好坏与控制系统性能好坏有着直接的关系。送料小车能否正常运行、工作效率高低都与控制系统密不可分。 （二）PLC 的实现过程 其控制要求如下：初始状态，红灯 L2 灭，绿灯 L1 亮，表示允许汽车进来装料。料斗 K2，电机 M1、M2、M3 皆为 OFF。当汽车到来时，L2 亮，L1 灭，M3 运行，电机 M2在 M3 接通 2 秒后运行，电机 M1 在 M2 启动 2 秒后运行，延时 2 秒后，料斗 K2 打开出料。当汽车装满后，料斗 K2 关闭，电机 M1 延时 2 秒后停止，M2 在 M1 停 2

5、秒后停止，M3 在 M2 停 2 秒后停止。L1 亮，L2 灭，表示汽车可以开走。S1 是料斗中料位检测开关，其闭合表示料满，K2 可以打开，S1 分断时，表示料斗内未满，K1 打开，K2 不打开。 （三）设计流程 流程图是由一些图框和流程线组成的，其中图框表示各种操作的类型，图框中的文字和符号表示操作的内容，流程线表示操作的先后次序。使用流程图是表达思路的一种极好的方法，因为千言万语不如一张图。流程图在计算机编程中用得很多，所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行结构自动地有秩序地进行操作。利用步进指令，将控制系统的

6、工作周期分成若干个过程，依据触发条件进入新的过程并关闭指定的过程，这样设计出来的程序同样逻辑清晰，结构完整，而且方便快捷，便于调试。而流程图主要由过程动作、有向连线、转换条件组成：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，这些间断称为过程。本系统的流程图如图 1 所示。 开始分析控制要求投入运行I/O 分配绘制流程图元器件、材料购买确定 I/O 设备设计梯形图硬件的布局模型设计输入 PLC整体调试组装与接线程序调试NNYY图 1 自动送料装车系统系统控制流程图 四、硬件设计部分四、硬件设计部分 （一）器件的采购深入了解和分析自动送料装车系统设计的控制要求，根据分配

7、的 I/O 表，我们只需要 3 个输入口和 8 个输出口，我们所需的材料只有木板、指示灯、端子板、导线、减速电器、传送带、复位开关、继电器等器件。本次模型设计过程所需要的元器件见表 1。 表 1 元器件清单材料名称单位个数木板块2指示灯个5（2）控制系统布局图和实物图 1.1.布局图布局图 自动送料装车系统布局图如图 2 所示。 图2 控制系统布局图 2.2.实物图实物图了解了 I/O 接线图后，根据 I/O 接线图在组态控制软件上画出相对应的模拟实物， 根据购买的材料进行操作连接。 自动送料装车系统实物图如图 3 所示。 端子板条3导线条若干减速电机个3传送带条3复位开关个3继电器个3 图3

8、 控制系统实物图（3）I/O 接线图I/O 接线图就是 PLC 的 I/O 模块分别和外接设备的连接图。根据接线图串口将 PLC与实物进行连接，然后开始调试：当启动按钮 X000 按下，K1（Y006）亮往料斗送料，同时 L1（Y000）亮 L2（Y001）灭，表示允许小车进来，过 5s 后，小车灯亮，L1（Y000）灭 L2（Y001）亮，按下称重按钮 K1（Y006）灭，停止送料，电机M3（Y003）转动，过 2s 后，电机 M2（Y004）转动，过 2s 后，电机 M1（Y005）转动，过 2s 后，K2（Y007）亮开始放料。当小车装满料后，K2（Y007）灭停止放料，过 2s 后，电

9、机 M1（Y005）停止运行，过 2s 后，电机 M2（Y004）停止运行，过 2s后。电机 M3（Y003）停止运行，L1（Y000）亮 L2（Y001）灭，允许小车开走，5s后，小车灯灭。本系统的 I/O 接线图如图 4 所示。 图 4 I/O 接线图 五、软件设计部分五、软件设计部分 （一）I/O 分配表 此次设计，系统占用 11 个 PLC 的 I/O 端口，分别是 3 个输入端口和 8 个输出端口，具体的 I/O 分配见表 2。 表 2 自动送料装置系统 I/O 地址表输入输出启动开关X000L1Y000检测开关X001L2Y001停止开关X002小车指示灯Y002KM3Y003KM

10、2Y004KM1Y005K1Y006K2Y007（2）系统的启停过程 汽车到来，电机 M3运行，2秒后电机 M2运行，2秒后电机 M1运行，料斗 K2打开出料，汽车装满后，料斗 K2关闭，在反向运行。启动过程如图5所示，该图中从上到下是启动顺序，从下到上是停止顺序。 图5 启停过程示意图（三）系统的顺序功能图所谓顺序控制,就是按照生产工艺预先规定的顺序, 在各个输入信号的作用下, 根据内部状态和时间的顺序, 在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。它的设计基本步骤：1.步的划分；2.转换条件的确定；3.顺序功能图的绘制；4.梯形图的绘制在松下电工公司的可编程序控制器指令系统中,有一组步

11、进指令, 步进指令的结构和顺序功能图的基本结构相似。利用步进指令,将控制系统的工作周期分成若干个过程, 依据触发条件进入新的过程并关闭指定的过程, 这样设计出来的程序同样逻辑清晰, 结构完整, 而且方便快捷, 便于调试。其特点是简单易学，设计效率高，进行调试、修改和阅读方便。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。此流程如图 6 所示。 图6 流程示意图 （四）梯形图设计与分析梯形图是 PLC 使用得最多的图形编程语言，被称为 PLC 的第

12、一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。梯形图两侧的垂直公共线称为母线。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线（左母线和右母线）之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动。梯形图画好后,使用编程软件直接把梯形图输入计算机并下载到 PLC 进行模拟调试,修改下载直至符合控制要求,这便是程序设计的整个过程。梯形图如图 7 所示。 梯形图能直观的把每一步的设计要求给呈现出来，简单明了容易掌握，能让人们清晰的读懂。

13、 图 7 梯形图 1.1.初始状态初始状态初始状态，按下启动按钮 X000，使其闭合，辅助继电器（Y000）得电自锁。此时，红灯 L2（Y001）灭，绿灯 L1（Y000）亮。T7 延时 5 秒，小车进来，此时，红灯L2（Y002）亮，绿灯 L1（Y000）灭。表示汽车来到。此时的梯形图如图 8 所示。 图 8 初始状态梯形图 绿灯 L1 亮，红灯 L2 灭，定时 5 秒，小车可以开走。此时的梯形图如图 9 所示。 图 9 小车可走梯形图 2.2.汽车运行程序分析汽车运行程序分析当汽车到来时，红灯 L2（Y001）亮，绿灯 L1（Y000）灭，按下绿灯 L1（Y000）按钮使其闭合，辅助继电器

14、 M3（Y003）得电自锁。M3（Y003）开始运行，T1 定时器定时 2 秒后，电机 M2（Y004）开始运行。按下 T1 使其闭合，辅助继电器M2（Y004）得电自锁。T2 定时器定时 2 秒后，电机 M2（Y004）开始运行。按下 T2使其闭合，辅助继电器 M1（Y005）得电自锁。电机 M1 开始运行，T3 定时器定时 2秒后，料斗 K2 打开出料。此时的梯形图如图 10 所示。 图 10 小车开始运行梯形图 3.3.料斗中料位检测开关程序分析料斗中料位检测开关程序分析料斗中料位检测开关，按下定时器 T3 使其闭合，辅助继电器 K2（Y007）得电自锁，表示料斗内已满，此时，K1（Y0

15、06）常闭，定时器 T8 常闭，K2（Y007）可以打开。S1 分断的时候，表示料斗内未满，K1（Y006）打开，K2（Y007）不打开。所以此时的梯形图如图 11 所示。图 11 料斗料位检测梯形图 4.4.汽车料满后程序分析汽车料满后程序分析当汽车装满后，料斗 K2（Y007）关闭，T8 定时器定时，电机 M1（Y005）延时2 秒后停止，M2（Y004）在 M1（Y005）停 2 秒后停止，M3（Y003）在 M2（Y004）停 2 秒后停止。此时，绿灯 L1（Y000）亮，红灯 L2（Y001）灭，表示汽车可以开走。所以此时的梯形图如图 12 所示。图12 装料后电机延时停止梯形图（五

16、）综合调试程序写完之后，将程序载入电脑，另外还需要三菱试验箱，再将接线端子的线与试验箱的输入、输出口一一对应接起来。用输入端接法调试程序用一根导线将电”+”和 PLC 输入端的 COM 端短接；另用一根导线的一端接电源“-”,另一端做活动端。一个一个试下来，看看所对应的灯是否亮，传送带是否运行，在这过程中我们也遇到了许多零零碎碎的麻烦。刚开始调试时，由于程序没有跟接线端口对上，定时器定时没有定好，运行步骤没有搞清楚，导致程序出错，会出现灯不亮或者是一部分亮，一部分不亮，还有不对应的亮，以及硬件中的线路没接好，导致一些线碰在一起。最后美化了我们的实物布局图，改进了硬件，重新编写了程序。 六、总结

17、六、总结 课程设计主要为了培养学生的理论与实践相结合的能力以及动手能力和思维培养，还有独立思考的能力。大学的学习就是理论与实践相结合的一个过程。只有理论和实践结合好了，才能在社会上找到真正属于自己的位置，为社会献出我们自己的力量和自己的知识。 本文应用 PLC 完成设计从实验过程中可以看出一方面就是体现 PLC 的功能的优势，另一方面是 PLC 编程、接线简单清晰，容易接受和理解。本次毕业设计的课题是自动送料装车系统控制，主要以 PLC 为核心，利用 PLC 的强大的控制功能，实现了对小车送料的控制。利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。利用可编程控制器控制，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。几个按钮还有发光二极管以及数码管的显示，整个系统结构简单，操作方便、灵活，具有较好的实际价值和使用性。对于当今社会，虽然在模型的演示中不能充分的体现出其更广泛的性能，但我相信，对于 PLC 在这方面的应用会有很大突破，因为毕竟，在 PLC 中，如果发生什么大的改动，无需对实物进行线路的改动，只用对程序进行优化就好，这对于当今这个科技化的社会