基于PLC的运料小车设计

西安石油大学高等继续教育毕业设计（论文）第1章绪论1.1研究背景可编程控制器是结合了一系列的较为先进的技术，经过不断的摸索和实际的发展，最终呈现出来的一种结果，在具体的实施和执行的过程中，对于我国的自动化的进程起到了较好的推动作用，一开始是被称之为可编程逻辑控制器，也就是所谓的PLC，现在，我们不难发现，这样的一项技术在具体的实施和发展的过程中，不管是从宏观的层面上，还是从微观的层面上，都是得到了较大程度的发展，在具体发展的过程中，取得了丰硕的自动化研究的成果。其实在一九六零年之前，汽车流水线在具体的实施和发展的过程中，其综合的流水线控制系统采用的都是比较大众化，同时也比较传统的控制模式，那就是通过继电器的形式来予以较好的管理和控制。在一九六九年的时候，美国数字设备公司可算是成功的研发出了世界上的首台PLC设备，并针对其作出了系统的研究和管理。它能够很好的对过往的那种继电器设备进行较好的替换，也能够很好的弥补继电器在具体的自动控制过程中的不足。后来到了一九七四年的时候，中国也决定借鉴美国的这项PLC技术来开发只属于自己的PLC，经过三年的不懈努力，总算是生产除了首台可以发挥实际作用的PLC设备。1.2研究意义对于现在的工业化生产过程而言，很多流水线都必须要一些自动往复的装置来完成相应的功能。所以对于一些用料的小车进行相应的控制，是现在进行可编程控制器研究的重点。运用可编程控制器的方式，能够很简单地实现相应的程序设计。而且程序在编写完成之后，其使用的方式也是非常简单方便的。所以，笔者在下文中将德国西门子企业所研发出来的一款S7-300当做一个载体，然后专门针对运料小车控制系统加以说明。1.3研究现状现如今，因为单片机以及相应的可编程控制器都得到了非常好的发展，从而促进生产线在自身的运输控制以及其生产率这个方面也变得更加高效，总的说起来，运料小车控制一共是包括如下这些发展历程：第一，手动控制。大概在一九七零年的时候，就有很多工业在其生产制造的过程中，通过PLC技术以及相关单片机技术的应用完成控制运料小车的操作。只不过因为那个时候的技术，不管是从哪个层面上来看，都是存在着较大的不完善地方，所以说，要想实现整个控制器的管理以及其系统性的约束的话，那么就必须得是在人工的作用之下，手动予以操作和完成的，但是根据之前的那些控制元件来看，几乎都比较复杂，而且无论是从数据处理功能上来看，或者是从实际的通信功能上来看，都是一种比较差的状态，所以只有让专门的人负责，才能够较好的完成相关工作。第二，自动控制。到了一九八零年左右的时候，因为电脑的快速发展、以及其系统性的普及，促使其使用价格较之于从前，也是实现了较大程度的降低，在这样的一种综合的发展形势之下，工业制造在具体的实施过程中，将单片机技术以及PLC技术较好的与电脑通信技术进行有机整合，后来在当前一系列较为前沿的发展技术的执行之下，可算是让单片机以及PLC技术在关于小车控制系统这个方面的自动化功能得以顺利完成。第三，全自动控制。结合当前的实际情况来看，无论是单片机、或者是PLC技术，它们均具备非常高的性能以及数据处理效率，而且还拥有超级大的容量。所以说，如果可以把这两项技术在相关的控制系统当中加以充分利用，那么肯定有助于完成小车的全自动化控制操作，并且还在很大程度上减少了系统的整体运行成本，关键在于它就算是出现了一些故障，也是非常容易进行检修的。在当前这样的一种时代发展背景之下，企业现代化生产规模较之于过往，其实已经实现了大幅度的发展以及系统性的提升，进而让自动化控制功能在相关的物料输送，以及整个生产制造过程当中，都占据着至关重要的作用。而所谓的运料小车就正好顺应了时代的主流发展。于是笔者在下文当中以PLC技术为主要依据来展开相应的设计工作，并将它和一些自动化技术进行有机整合，从而实现更高的效率以及精确性，还有利于节省成本，并且充分保证整个系统在其运行过程当中的可靠性以及安全性。

第2章运料小车系统分析2.1运料小车系统分析在这篇文章当中，笔者主要选择了西门子企业所研发出来的S7-300这款可编程控制器来展开相应的设计。因为它是当下使用较多的一种产品，而且对于小车运输的系统来说也较为合适。在设计的时候必须要达到的要求就是能够实现电机的正反转操作，除此之外，小车在运动的过程中能够遇到的情况也要有反应。整个系统的组成形式是PLC和相应的开关以及电机。其构成的主要方式可见下图2.1当中所体现出来的。图2.1方案流程在这次的设计过程中，重点运用PLC实现正反转，也就是小车的基本运动方式的变化。小车在运送的过程中，一定要能够实现工业生产等方面的运送的需求。2.2系统的整体框图及方案确定该系统主要是用来达成对运料小车的调控，使之能够开展自动运料。它既能减轻人的劳动强度又能自动准确到达人不能达到或很难到达的预定位置。具体情况可见下图2.2。推车机能够顺着轨道开展上下运动，最终去到特定位置。从实际情况来看，其如同一个小规模的泵站。经由对电磁阀的调控，能够实现方向转变。然后，就能控制油缸的伸缩，驱动小车运转起来。接着，相应仓位就会实现对要料的调控。从实际情况来看，要想利用PLC达成调控小车的目标，如下条件必须满足：首先是小车动作条件。从小车1来看，其要担负起四大料仓运料的工作。在实际开展运料的时候，其会自左往右经过四大料仓。各料仓对应SQ1到SQ4的位置开关。而SQ1到SQ4的检测点则对应着PLC的I0.0到I0.3。若是信号处在一的状态下，就代表小车抵达了相应位置。小车在两大信号的作用下会开展行走。其中，控制其左行的Q0.4，右行则对应Q0.5。此外，其能够利用四大按钮来实现要料。即SB1到SB4。当SB1到SB2被按下后，对应的PLC的I0.4到I0.7就会传递出相应信号。此时，HL1到HL4就会亮起来。通常情况下，Q0.0到Q0.3负责控制HL1到HL4。从小车2来看，其也要担负起四大料仓运料的工作。在实际开展运料的时候，其会自左往右经过四大料仓。各料仓对应SQ11到SQ14的位置开关。而SQ11到SQ14的检测点则对应着PLC的I1.0到I1.3。若是信号处在一的状态下，就代表小车抵达了相应位置。小车在两大信号的作用下会开展行走。其中，控制其左行的Q1.4，右行则对应Q1.5。此外，其能够利用四大按钮来实现要料。即SB11到SB14。当SB11到SB14被按下后，对应的PLC的I1.4到I1.7就会传递出相应信号。此时，HL11到HL14就会亮起来。通常情况下，Q1.0到Q1.3负责控制HL11到HL14。其次是小车行走条件。从小车右行来看，当小车处在一到三号仓位置的时候，要料的是四号仓。当小车处在一二号仓位置的时候，要料的是三号仓。当小车处在一号仓位置的时候，要料的是二号仓。从小车左行来看，当小车处在四、三、二以及零号仓位置的时候，要料的是一号仓。当小车处在四、三、零号仓位置的时候，要料的是二号仓。当小车处在四、零号仓位置的时候，要料的是三号仓。档小车处在零号仓位置的时候，要料的是四号仓。从小车停止来看，只有小车车位和要料仓保持一致的时候，才能停下来。从小车互锁来看，小车不可以同时左行及右行。图2.2系统的整体框图2.3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2.3所示：图2.3运料小车示意图该小车主要靠三相异步电机来实现驱动。当电机处在正向转动状态的时候，小车右行。反之，则小车左行。具体来看，电机转动电路情况可见下图2.4：图2.4三项异步电动机正反转主电路图在生产线上有3个编号为原位，l和2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3个控制按钮开关(SQ1~SQ2）分别与二个控制要求停靠站点相对应。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）每次送货都按启动按钮，而且装有货才能启动。小车到达指定货位，卸货延时3秒自动返回原位停车。（2）可随时使小车返回原位，也可以随时使小车停止远行。（3）小车低速送货，高速返回。（4）有三种工作方式选择：①只送货到货位1。②只送货到货位2。③向两个货位轮流送货。（5）要有电源，送货，返回指示灯。

第3章系统的硬件设计3.1PLC概述3.1.1PLC简介这里提到的PLC，它实际上就是一种可编程控制器，同时也属于微处理器设备之一，而且是基于现在的一些电脑技术所研发出来的。这种设备最早是一种继电器逻辑控制系统，通过这种控制系统做一些定时的技术或者计算。同时在信息处理的基础上，还可以做回路调节等功能。可以看到这种设备本身的可靠性较高在各种模块上也能够达到非常灵活的处理效果。针对于现在比较糟糕的工业环境，其使用的程度也越来越高。所以在现在的进度控制当中，这种控制的方式也成为现代工业的重点。3.1.2PLC的功能与应用从当前的相应情况来看，PLC在电子信息以及机械制造等众多领域应用得极为广泛。具体来看，其具有代表性的功能情况如下：第一，顺序控制PLC得到最佳应用的领域就是顺序控制。其主要是对继电器顺序控制进行相应替代。一般而言，PLC还能在多机、单机以及生产线等相应控制中得到使用。比如：印刷机械、组合机床以及电镀流水线等。第二，过程控制PLC还可以对多种过程参数开展相应控制。例如：温度、液位以及流量等。其还具备了A/D以及D/A转换等相应模块，有利于PLC在过程控制上达成模拟控制。第三，数据处理可编程控制器通常都配备了相应的四者运算指令，能够极为便利地处理相应生产资料以及数据。利用PLC构建起监控系统，能够采集以及处理相应数据，并实现对生产流程的掌控。该控制器要想达到较高标准，就要配备相应的位置控制模块。将之用来调控步进电动机，以便达成相应位置控制。3.2西门子S7-300编程软件概述西门子研发出来的S7-300实则属于S7系列的可编程控制系统，它可以发挥很多强大的功能，而且其处理速度特别快。另外，也不会被槽位给阻碍。故而，其结构形式非常方便后期加以延伸。其相当于国内现在最吸引人的的一款可编程控制器。中央处理单元，也就是所谓的CPU：其实每一种CPU所具备的性能都是完全不一样的，比方说一些CPU集成中会存在输出、或者是输入点，但是同时也有一些CPU集成中会存在PROFIBUS-DP通讯接口。信号模块：我们通常将其简称为SM，它可以帮助实现数字量、以及模拟量的输入/输出功能。功能模块：我们通常将其简称为FM，主要功能是进行飞快的运算、计数，以及闭环活动等。接口模块：我们通常将其简称为IM，只要是采取了非常多的机架配置过程中，通常都是使用IM来将主机架与扩展机架给连接在一起。3.3PLCS7-300硬件及通讯配置、硬件配置根据这款SETP7编程软件来看的话，它本身就属于一个标准软件包，同时也相当于SIMATIC工业软件当中最为关键的一项内容，我们可以通过它来实现非常多的功能，其具体的构成情况可见下图3-1当中体现出来的：图3.1SETP7组成结构首先，需要通过SIMATICManager来增添一个项目。其次，点击其项目名，并将SIMATIC300Station插入其中。最后，用鼠标左键在Hardware上面点击两下。这样就会立刻进入HWCONFIG窗口，也就意味着我们能够针对其中硬件来展开相应的设定了。全部保存后，硬件配置完毕。设置完成的硬件图如下图3.2所示。图3.2硬件配置组成图（4）通讯配置。设置或添加PCAdapter（MPI），在SIMATICManager窗口中选择SIMATIC300——选项——设置PG/PC接口。如下图3.3，3.4所示：图3.3设置或者添加MPI接口图3.4形成组态3.4分配I/O地址表表3.1输入输出信号规定符号地址数据类注释B1I2.0BOOL小车在原始位置B2I2.1BOOL小车在1#进料位置B3I2.2BOOL小车在1#进料位置K1Q4.5BOOL小车前进K2Q4.6BOOL小车后退S1I0.0BOOL启动按钮S1.H1Q4.3BOOL启动按钮灯S2I0.1BOOL停止按钮S2.H1Q4.4BOOL停止按钮S3I0.4BOOL灯测试Y1Q4.0BOOL1#进料阀Y2Q4.1BOOL2#进料阀Y3Q4.2BOOL小车卸料阀根据输入输出信号规定，在SymbolEditor中编辑符号变量在块Blocks中完成程序的设计，根据要求在CF1完成梯形图的设计。图3.5梯形图窗口

第4章运料小车软件设计4.1运料小车流程图4.1运料小车流程图4.2运料小车PLC程序设计只要我们先将硬件给落实到位，那么就能够开始进行程序编写工作了。编写程序时本系统采用顺序结构编写。程序1为小车卸料后的继续运行程序，当Y3从状态1变成0时，M100.0为RLO下降沿检测到后M20.1接通，小车卸料后继续运行，按照功能要求小车要循环三次才停止。程序2为运料小车的启动条件，输入端R表示小车是否循环了3次，若有三次则RS触发器置0，小车不构成启动条件；输入端S显示小车是否在运行状态中，为1则显示为可以启动。程序3为小车离开0号位的程序，B1表示小车在0号位置，M887.0为上升沿检测，当检测到B1从0到1变化时，接通中间继电器M886.1，小车离开0#程序4为小车离开1号位的程序，B2表示小车在1号位置，M887.1为下降沿检测，当检测到B2从1到0变化时，接通中间继电器M886.2，小车离开1#。程序5为小车离开2号位的程序，B3表示小车在2号位置，M887.3为上升沿检测，当检测到B3从0到1变化时，接通中间继电器M886.3，小车离开2#。程序10为闪灯程序，小车未运行时，lamptest一直为闪烁的灯，当小车启动时，即常开开关Ｍ1000.1闭合，接通S1.H1，小车灯常亮当按动停止按钮S2时，且中间继电器启动条件M1000.1闭合时，接通中间继电器M20.5，M20.5自保，小车在完成一个循环后停在起始位置，等待下一次启动。程序图13为小车的循环次数设计，PV端口为预设值，这里设置为3次，在CU端，若为1则计数器加1；在CD端，若为1则计数器减1，；C1计数器一直为1直到PV从3减到0为止；Q=0，循环停止。程序段14和程序段15为小车前进程序，当启动条件M1000.1接通，程序表示运料小车如果不在0#，1#，2#位置；即小车在0#→1#，1#→2#的路径时，小车处于可以前进的状态。，满足以上条件后接通中间继电器M888.0小车前进，而程序段15为运料小车的互锁程序，前进程序与后退开关K2构成互锁。程序段16表示小车1#的装料时间，当小车到达1#时，T0输入端S从0→1，延时1秒后，输出Q变为1；T1脉冲定时器开始定时，输出为1，即卸料开始，10秒后输出为0，卸料结束；T2为延时接通定时器，11秒后，输出从0变为1，小车准备离开程序段17和程序段18为1#装料程序，M1000.1，M999.1常开开关闭合，T1接通10秒，中间继电器M888.1接通10秒，Y1接通，小车一号阀打开，小车开始装料。行程开关K1farword和K2backward为常闭开关，防止小车在运行状态时装料阀误打开。程序段22，23表示运料小车的后退，T5计时器延时后接通，M999.2接通（离开1#→2#），运行条件M1000.1接通，中间继电器M888.3准备接通并自保。中间继电器M888.3接通后，线圈K2得电，小车开始后退；常闭K1为保护运料小车后退时误触前进线圈。程序段25，26，27表示运料小车的卸料，常开开关M999.3闭合，且运料小车在homeposition的位置，延时定时器T6接通后1秒后，输出Q变为1；T7脉冲计时器在T6接通后开始计时，输出Q为1，持续30秒，即为卸料时间；T8定时器在T6接通后延时31秒输出，小车继续运行。M1000.1闭合后，T7接通30秒，并接通中间继电器M888.4，M888.4得到电后M888.4常开接通，Y3得电，小车卸料阀打开，常闭K1，K2为保护运料小车卸料时不在行驶状态。4.3SETP7程序调试及仿真在开展调试的时候，一般都是要发挥视图对象的作用。在这里的SETP7能够对众多对象开展供应，其能用来达成对于众多变量以及计数器等的监控及改动。具体来看，其需经过如下流程：第一步，通过SETP7编程软件来创建一个新的项目，然后开始进行程序的编写工作。第二步，让S7PLCSIM窗口处于开启状态，接下来在管理器的工具栏，用鼠标左键去将仿真器图标给点击一下，那么此时就会让SETP7和仿真CPU之间实现一个自动连接行为。详细情况见下图4.2当中所体现出来的：图4.2S7PLCSIM仿真窗口第三步，借助管理器来将那些应该进行仿真的项目，只需要直接选中“SIMATIC300（1）”站，然后把全部的块都给下载到仿真PLC里面。第四步，建立一个视图对象，然后将S7PLCSIM窗口上面所显示的那个工具图标用鼠标左键点击以下，之后一个完成的视图对象就被创建出来了，详细情况见下图。第五步，保证S7PLCSIM是在一种运行状态中，同时通过视图对象来仿照真正意义上的PLC输入/输出信号，然后严格监控这一程序，认真观察其下载的用户程序有没有达标。图4.3S7PLCSIM仿真运行情况图4.4SETP7程序运行情况

第5章监控界面的设计5.1WinCC软件的介绍工业监控组态软件是现在常用的一种进行整体系统监控的一种软件。同时还能够实现人机界面之间的交互。这种软件在自动化领域当中是常用的一种软件的形式。在Windows系统当中，这种软件能够实现自动化的控制。除此之外，工业组态软件通常可以给可编程控制器进行相应的驱动。所以在可编程控制器当中，这种软件和STEP7共同使用，就能够达到相应的编程效果。在软件的使用过程当中变量表，也是能够进行直接使用和转换的。工业组态软件通常能够实现一定的开放性。也就是说，这种软件在很多个人电脑上都可以使用。软件整体的开发和拓展的系统也能够达到后期的模块等方面的持续设定。除此之外，在一些自动化的环境当中，这种组态软件也能够实现一定的信息处理功能。5.2建立WinCC与可编程控制器之间的通讯当WinCC准备和相应的SIMATICS7PLC之间实现通讯功能，那么此时的WinCC通常都会给予其赋有SIMATICS7PLCProtocolSuite之称的这样一款通讯驱动程序。这种通信的方式在网络中适应很多相关的协议，但是在使用的时候，要充分的重视连接的方式和类型的不同。软件在开启的时候，就能够将相关的工程建立。因此运用这种方式在可编程控制器中使用，要能够实现相应的通讯连接才能够达到效果。通讯的方式多数都是通过通道的形式实现控制的效果。工业组态软件一般都是在SIMATICS7的基础上实现通信。在进行通信的时候，具体的使用方式如下图5.1当中所体现出来的：图5.1添加新的驱动程序在相应的对话框当中进行设置，首先得到SIMATICS7ProtocolSuite.chn的通道单元，也就是点击“+”号进而得到可用的方式。在这里最后选定的通道MPI的形式。在快捷菜单中选择“添加新的驱动程序连接”菜单项。然后在属性中将连接的名字设定为newconnnection。最后进行驱动程序的添加，也就是右击MPI下的”newconnnection”握手连接，选择新建变量在此建立过程变量并设置参数，具体如下图5.2所示。图5.2建立过程变量添加好驱动程序以后建立过程变量。右击MPI下的”newconnnection”握手连接，选择新建变量在此建立过程变量并设置参数，具体如下图：图5.3变量属性设置对话框5.3创建供料系统的过程画在“图形编辑器”中新建一个画面，根据控制要求，可以在画面中画图。本控制系统的整体画面如下图5.4所示：图5.4整体画面为了方便观察生产现场的运行和参数变化情况，通常需要在监控画面连接相应的过程控制量，将现场信号送入画面显示，让画面模拟现场的运行情况动起来。为此，需要对被观测变量进行动画连接。动画连接属性分为“属性”和“事件”。前者是能够针对画面的动态以及其表态进行相应的设置。后者主要是通过系统以及相关的操作员来为目标对象提供信号。倘若其中涉及到一些工作，那么只要出现的事件，就会立刻启动与之相对应的动作，其详细情况可见下图5.5当中所体现出来的：完成动态连接后对画面进行全部保存，为此就完成了画面的创建。若想通过画面检测过程的运行情况，则直接将画面激活即可。图5.5动态连接的对话框完成动态连接后对画面进行全部保存，为此就完成了画面的创建。若想通过画面检测过程的运行情况，则直接将画面激活即可。5.4程序调试第一，当进行程序调试的时候，只需要单击SETP7的SIMATICManager工具条里面所自带的“SimulationOn/Of”按钮，那么此时的窗口就会弹出一个关于CPU的视图对象，并且还会促进SETP7与仿真CPU之间给连接起来。第二，下载一个硬件组态。可以通过SIMATICManage来选择相应的项目，只需要达到PLC->Clear/Reset这个要求，那么就能够将之前所有的配置信息给彻底清除掉。然后让开关处于ST位置，随后变换至RUN这个地方。则CPU开始运行。在HW-CONFIG窗口中，选择saveandcompile，选择PLC->DownLoad。（3）将程序下载到PLC中。在SIMATICManager中，选中工程，选择PLC->Clear/Reset，可以清除原来的配置信息，之后选择PLC->Download，就可以将整个程序下载到PLC中了。（4）监控程序的运行。在把程序下载到PLC之后，为检查程序运行是否正确，看WinCC中的S7地址是否连接正确，具休如下图5.6所示。图5.6连接参数MPI在SIMATICManage中可以监控程序的运行，选择工具栏上的监控按钮，就可以看见程序的运行状态，同时可以看到程序运行中数据的变化和传递。图5.7监控图像图5.8PLCSIM界面WinCC运料小车运行示意图如下，首先，小车在0#，启动按钮不断闪烁。图5.9运料小车在原始位置按下小车启动按钮，K1前进按钮开始闪烁，停止按钮显示常亮，表示可以按下。图5.10运料小车启动按下B1常闭，小车离开0#；小车前进至1#位置，按下B2常开，如图所示，B2变色。图5.11运料小车到达1#位置小车到达2#，开始装料，1#料斗的下部变蓝则说明开始装料。图5.12运料小车在1#位置装料按下B2常开，小车离开1#，按下B3常闭，小车来到2#料斗。图5.13运料小车到达2#位置小车开始第二次加料，如图所示Y2开始变红。图5.142#料斗开始加料按动B3常闭，小车开始后退，如图所示，后退键K2开始闪烁图5.15运料小车开始后退按动B1常闭，小车到达0#，小车开始卸料，如图，小车卸料阀开始变色。图5.16运料到达原始位置卸料阀打开，最后，小车开始新一轮的循环，循环两次；若在循环中按动停止按钮，则小车运行一个循环后停止。

结语历时三个多月的毕业设计工作结束了。经由此设计，笔者也对S7-200编程有了更深入的了解，并且清楚知道怎么样通过仿真器来针对程序加以有效调试；借助上位机WinCC组态画面，还可以让WinCC直接和下位机程序之间实现通讯功能。并完成了本次设计的仿真设计。在这几个月里，我从仅仅了解设计要求，到现在已经能够应用Setp7和WinCC组态软件针对设计要求，组态各种功能包括变量选择控制、报表控制等。通过画面中按钮来实现对系统的起停以及故障处理等控制，从而实现远程控制。通过整体掌控、局部取舍以及斟酌处理细节，我锻炼了能力，丰富了经验，并且在意志力以及抗压能力等上得到了不同程度的提升。文中运料小车实现了来回运料卸料三次，并加入了一个停止按钮，如果按动按钮，小车将在一次循环后停止。因为时间所限，这里没有创造一个急停按钮，让运料小车可以马上停止；在速度方面，没有对运料小车的速度有所控制，而在实际