PLC小车自动往返控制课程设计

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1、摘要随着电子技术的发展，可编程控制器不断更新、发展，可编程控制器在中低频电器开关控制领域应用十分广泛。这是因为，它与传统的继电器控制相比具有不可比拟的优点：它结构紧凑,编程容易，强弱电并用，控制速度快，抗干忧性能强，故障率低，与外围电路的连接简单等。PLC空制是自动控制中最常见控制方式之一，小车自动往返与定位控制就是控制应用的一个典型例子，由于可编程控制器具有很好的处理小车自动往返与定位控制以及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此运用PLC来设计小车自动往返与定位运动越来越普遍。本设计是基于PLC勺小车运动控制系统的设计，在设计中是利用西门子S7-200系列PLC编程语言来设计的

2、，系统中运用继电器、位置传感器相互作用来完成控制，并且PLC艮据开关信号来控制电机的启停、左行和右行的转换，再由传动装置带动小车运动，最后运用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行仿真调试，进而来满足设计的要求。选题背景及意义1系统简介2PLC简介PLC的定义4PLC的发展4PLC的特点PLC的基本组成及各部分作用5直线自动往返控制11I/O地址分配11PLC外部接线图11程序梯形图12小车定位控制14I/O地址分配14PLC外部接线图14程序梯形图14论171233.13.23.33.444.14.24.355.15.25.3结18参考文献1 选题背景及意义编程控制器是一种为工业机械

3、控制所设计的专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，它是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。长期以来，PLC及其网络控制系统始终战斗在工业自动化控制行业的主战场，其提供的安全和完善的解决

4、方案，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，在电力、冶金、化工、机械等行业发挥了重大作用，被公认为现代工业自动化三大支柱之。本设计针对现代自动配货，配料运输等工业生产和商业运营的社会需求，设计一种小车直线定位控制系统。通过本次设计使学生掌握PLC控制的小车直线定位系统的构成及设计方法；掌握PLC控制程序设计，调试方法；培养学生综合设计能力，创新能力，分析问题与解决问题的能力。2 系统简介小车直线运动系统图如图2-1所示:JVLm3SMLEd右背GOOOo图2.1小车直线系统图直流电机主接线图如图2-2所示:BT?III24vMZMFMZMOTORMF图2.2直流电机主接线图如图所示在

5、小车运动系统中所用到的有如下的元件:SB1:第一站开关按钮SY1:第一站电磁感应器LB1:第一站指示灯SB2第二站开关按钮SY2:第二站电磁感应器LB2:第二站扌曰示灯SB3第三站开关按钮SY3:第三站电磁感应器LB3:第三站扌曰示灯SB4:第四站开关按钮SY4:第四站电磁感应器LB4:第四站指示灯MZ:电机右行继电器LZ:右行指示灯MF:电机左行继电器LF:左行指示灯图中电机继电器有信号时小车开始运动，并且所对应的方向指示灯（左行指示灯，右行指示灯）亮，在通过任何一站时电池感应器会得到一个脉冲信号，使所对应的站台灯亮起来，图中的开关按钮用于控制小车的启动和停止或者是运动方向。PLC:S7-2

6、00CPU226CNDCDCDC位置传感器：OMCHKJN5002A继电器：JZX-18FF24VDC电机：ZGA37F104iDC24V30rpm3 PLC简介3.1 PLC勺定义委员会(InternationalElectricalCommittee-IEC),1987年的第三版对PLC乍了如下的定义：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

7、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。3.2 PLC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)

8、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Gh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。3.3 PLC勺特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的：(1) 功能齐全，它的适用性极强，几乎

9、所有的控制要求，它均能满足；(2) 应用灵活，其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；(3) 操作方便，维修容易，稳定可靠。尽管PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。3.4 PLC勺基本组成及各部分作用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。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

10、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。(一) 中央处理单元(CPU):CPU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

11、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；PLC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；(4) 将用户程序的执行结果送至输出端。(二) 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

12、的存储器为只读存储器ROMEEPROM.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.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

13、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勺工作数据存储区，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/OF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。（三）1/0单元I/O单元也称为I/O模块。PLC通过I/O单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收

14、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（四）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

15、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。（五）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。（六）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

16、性控制。（七）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

17、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。3.5 PLC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

18、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

19、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!信包括PLC可的通信及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。4 直线自动往返控制4.1 I/O地址分配I/O地址分配如表4-1所示:表4-1I/O地址分配表输入信号输出信

20、号信号兀件及作用PLC输入口地址信号兀件及作用PLC输出孔地址第一站按钮SB1I0.0第一站指示灯LB1Q0.0第二站按钮SB2I0.1第二站指示灯LB2Q0.1第三站按钮SB3I0.2第三站指示灯LB3Q.02第四站按钮SB4I0.3第四站指示灯LB4Q0.3电磁传感器SY1I0.4左行指示灯LFQ0.4电磁传感器SY2I0.5右行指示灯LZQ0.5电磁传感器SY3I0.6电机右行继电器MZQ0.6电磁传感器SY4I0.7电机左行继电器MFQ0.7接0VDC1M接24VDC1L、2L4.2 PLC外部接线图PLC外部接线如图4-1所示:SU194O11口4ULt：1KE2LE3HP邸I-F匚

21、工MXMTSB23D33B4ST1SVPSYd-图4-1PLC接线图4.3 程序梯形图利用西门子S7-200进行编程，编写的梯形图如图4-2到4-3所示:冋培1网将荷题|启韵时捲下汕壮1Q0坊蹑环技祝-霍喘躅与緡刍储留雾:掛窈聶了器器噩锻J丼問檢昭.恥，IO.QM口OLE1Q00TIQ1imCK13QQ6ijJjIi/trJr11“.J1图4-2程序梯形图1m2三計工拧-匕锐i和I为皑二盒賠宀力豈谆钳夕泗I忙单一诂知问建向址胡，鼻灌，QOQ育81忌硏，聞加収左行皿4）死QU购目履，皿盟口口豌立宦aa工皿）皿7同錨3水车经过第一站时，电讎倍感第貂叫CU崗I，第亠站指示!CI日1QUD）亮I0.4

22、QQO网塔4水车经过第二站时电硏伎辱器弭2|山5帰谨，第一站券示灯LB110.5OQ1网踣5小车经过第三站时电盛吿整留計報弱通，第一站揩示对曲U02）雋IQ6Q02TI（）岡絡C1萍鰹毎四詡醴望闽ggglH迥爭割I第一苗儿示ULB1（血对套107Q0.35 TIC）图4-3程序梯形图2小车定位控制5.1I/O地址分配I/O地址分配如表5-1所示：表5-1I/O地址分配表输入信号输出信号信号元件及作用PLC输入口地址信号元件及作用PLC输出孔地址第一站按钮SB1I0.0第一站指示灯LB1Q0.0第二站按钮SB2I0.1第二站指示灯LB2Q0.1第三站按钮SB3I0.2第三站指示灯LB3Q.02第

23、四站按钮SB4I0.3第四站指示灯LB4Q0.3电磁传感器SY1I0.4左行指示灯LFQ0.4电磁传感器SY2I0.5右行指示灯LZQ0.5电磁传感器SY3I0.6电机右行继电器MZQ0.6电磁传感器SY4I0.7电机左行继电器MFQ0.7接OVDC1M接24VDC1L、2L5.2PLC外部接线图PLC外部接线如图5-1所示:图5-1PLC接线图5.3 程序梯形图利用西门子S7-200进行编程，编写的梯形图如图5-2到5-3所示:mI区路勰1贝肓即1联柑炭f车自廿QM自较嗓肆持代右（1；I购角5Y2,触捷:b车右征；口W+好氏苦.中断小至右打:QG?沾占.中Kk壬右行:Ofil.申斷/至右匸：

24、ID.4.申斷辜右話.IOU呎?10松9E11J饪才壬住行；帥2汁厨略，陳乐I-工3!上畑；10巧破w凶熨1匹左行：住常觀五*出炭屮HE打；IQ.说3丫匸G晰小主左jj：IQ怕7T车妮荒1打忡：；IQ劝轩力中斷申车左打.0$IEQ?100碑3IKJ.5XtTt7制tW捋崗书R信号；iaC0iT5B1*为计数瞬置魅谊信号；之时愚議05ILC20cijCTLRFV图5-2程序梯形图1KSYIIf.L1H.11141100)|到左沐；时LBJK.11151130JY)ms|到迭5弋时153.IJ&JO?11)7|life5Y4BljLB4%t107口0.7图5-3程序梯形图2结论本次课程设计主要任务

25、是设计小车往返运动控制及定位控制，通过几周的设计实践，实现了往返运动控制及定位控制，其中小车往返控制，按下启动按钮SB1及SB4,小车可以启动并且按照相对应的运行方式运行，所经的各站指示灯亮，并且可以紧急停止；而小车定位控制，按下启动按钮SB1,小车可以在SB2和SB3之间往返五次之后回到起点，并且可以紧急停止。经过本次的实践，通过理论与实践相结合，进一步加深我们的理论知识。要想在短暂的实训时间内，尽可能能多的学一些东西，这就需要我们跟老师有很好的沟通，加深彼此的了解。刚到实验室，老师并不了解我们的工作和学习能力，不清楚我们会做那些工作，所以跟老师进行沟通是很必要的。通过沟通了解，老师对我们有了大体了解，便有针对性的教我们一些PLC的知识。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！”在短暂的实验设计过程中，让我深深的感觉到自己在实际运用中的专业知识的匮乏。让我们真正领悟到“学无止境”的含义。1 参考文献齐占庆等电气控制技术M.机械工业出版社，2002.2 余雷声等电气控制与PLC应用M.机械工业出版社，2001.2005.王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.北京航空航天大学出版社,张宏林.PLC应用开发技术与工程实践M.人民邮电出版社高钟毓.机电控制工程（第二版）M.清华大学出版社，2002.