电动运输小车的PLC控制系统设计-河南工业大学

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1、机电工程学院课程设计说明书设计题目: 电动运输小车的PLC控制系统设计 学生姓名： xx 学 号： xxxx 专业班级： 机制F090x 指导教师： xxx 2012 年 12 月 12 日内容摘要 PLC控制电动运输小车在8个加工工位的运动是本次课程设计的主要问题。运输小车有前进和后退两种运动方式，分别由电动机的正转和反转控制。每个工位处安置一个呼车按钮，一个行程开关和一个指示灯。当某个工位需要呼车时，按下呼车按钮，运输小车自行向该工位运动，到达该工位后自动停车。通过PLC编程，比较呼车工位号与停车工位号的大小，进而控制电动机的正反转，使运输小车向呼车工位运动。同时，PLC控制中包含多种保护

2、措施。临时停电后再复电，小车不会自动启动。电路电流过大时，电动机会自动停止工作，避免各种意外事故。PLC控制运输小车方便快捷，易于实现，灵活性强。关键词：PLC；运输小车；梯形图；电气图目 录第1章 引言1第2章 系统总体方案设计22.1 总体方案选择说明22.2 控制方式选择2第章 PLC控制系统设计33.1 控制要求分析，设计主电路33.2确定I/O信号数量，选择PLC类型43.3I/O点的分配与编号53.4制作PLC应用系统电气图63.5 绘制控制流程图63.6 控制程序编制9 3.7 程序调试 14结论15设计总结16谢辞17附录 源程序代码18参考文献24第1章 引言这课程设计是毕业

3、前最后一次课程设计，也是为做毕业设计做铺垫吧，通过这次设计，将所学的东西融会贯通。本次课程设计的主要内容是用PLC控制电气运输小车的运动。运输小车在8个工位之间作有条件的运动。每个工位各有一个呼车按钮，一个行程开关和一个指示灯。呼车按钮用于呼车，当该工位需要呼车时，按下该工位的呼车按钮，小车运动到该工位点。行程开关的作用在于使小车在当前停车工位与呼车工位相比较之后，自行运动至该呼车工位后自动停止。若呼车工位大于停车工位，小车前进；若呼车工位小于停车工位，小车后退。指示灯是呼车的标志信号。指示灯亮，表示8个工位可以呼车；指示灯灭，表示已经有工位呼车，其他工位不能呼车。本次设计的主电路非常简单，仅

4、需用PLC控制两个接触器实现电动机的正反转。电动机正转，小车前进；电动机反转；小车后退。此次设计的重点在于PLC控制设计的编程部分。要实现按下呼车工位后，小车自行运动并在到达呼车工位后小车自动停止的控制要求，需要将每个工位处的呼车工位与停车工位（由各工位的行程开关控制）分别从1开始依次编号，并存于CPU的寄存器中，通过呼车工位号与停车工位号的比较，控制小车的前进和后退。在此基础上，确定输入输出的点数，选择适当的CPU型号，在软件上编程调试，实现控制要求。第2章 系统总体方案设计2.1 总体方案选择说明1主电路实现电动机的正反转，每路中均安装断路器和热继电器，以保护电动机的正常运行。2在8个工位

5、处均安置一个行程开关，以便PLC控制小车的前进，后退及停止。3安装一个启动和停止按钮，用以总体控制小车的启动与停止。4控制要求由PLC编程实现。2.2 控制方式选择由于继电器-接触器控制系统电路复杂、接线繁琐，且不易实现控制要求，所以本次设计选择PLC控制系统。第章 PLC控制系统设计3.1 控制要求分析，设计主电路本此设计是运输小车的控制设计，如图3-1所示，一辆运输小车为这8个加工点运送东西。控制要求如下。1PLC上电后，车停在某加工点，若没有用车呼叫时，则各工位的指示灯亮，表示各工位可以呼车。2若某工位呼车时，工位的指示灯均灭，表示此后再呼车无效。3停车位呼车则小车不动。当呼车位号大于停

6、车位号时，小车自动向高位行驶，当呼车位号小于停车位号时，小车自动向低位行驶。当小车到达呼车位时自动停车。4小车到达某工位时应停留30s供该工位使用，不应立即被其他工位呼走。5临时停电后再复电，小车不会自动启动。ST1SF1ST2SF2ST3SF3ST4SF4ST5SF5ST6SF6ST7SF7ST8SF8图3-1 运输小车控制示意图根据控制要求可以对其设计。通过分析可知，本此设计的主电路只需实现小车的正反转即可。主电路图如图3-2所示。L1L3L2QSKM1KM2FUFRM3图3-2 主电路控制图 3.2确定I/O信号数量，选择PLC类型本此设计共有19个输入信号。每个工位处有一个呼叫开关，当

7、需要呼车时按下相应的呼叫开关，小车开始向呼叫位行驶。每个呼叫位应有一个行程开关，使得当小车到达呼叫位时，自动停止。另外，还有一个启动开关和停止开关，用以控制整个电路的启闭。若临时停电后再复电，小车也不会自动启动。还有一个热继电器，保护主电路。共有3个输出信号。其中控制电动机的正反转需要2个信号，还有一个控制指示灯的亮灭。PLC相当于一个微型计算机，内部有CPU可以用来处理一些普通指令和更多的特殊功能指令。还有许多的存储器可以存放数据，在作为工业控制的情况下，我们可以把PLC当成是一个集成了许多继电器的盒子，可以单纯的把PLC当成是一个开关。因为此次的小车所需的输入、输出比较少，所以使用了西门子

8、的S7-200-CPU226型号的PLC。这个型号的PLC提供了24个输入和16个输出口。根据任务书要求输入只需要18个，输出需要只3个满足设计要求。3.3I/O点的分配与编号本设计中输入信号需要1个启动开关和1个停止开关，分别对应CPU226输入端口的I0.0和I0.1端口；小车运行中共有8个工位，每个工位对应1个呼叫开关，共8个呼叫开关，分别对应CPU226输入端口的的I1.2，I1.3，I1.4，I1.5，I1.6，I1.7，I2.0，I2.1；每个工位处还有一个行程开关，用于控制小车到达呼叫工位时自动停止，这8个行程开关分别对应输入端口的I0.2，I0.3，I0.4，I0.5，I0.6

9、，I0.7，I1.0，I1.1；还有1个保护电路的热继电器，对应I2.2。输出信号中，控制电源的正反转信号需要2个输出信号，分别是Q0.0和Q0.1；1个控制8个指示灯亮灭的信号，对应Q0.2。根据PLC控制系统所需控制信号及CPU226的输入/输出端口，本此设计的I/O地址分配表如表3-1所示。表3-1 I/O地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号输入信号启动信号启动按钮开关SB1I0.0停止信号停止按钮开关SB2I0.1工位1限位信号行程开关ST1I0.2工位2限位信号行程开关ST2I0.3工位3限位信号行程开关ST3I0.4工位4限位信号行程开关ST4I0.5工位5限

10、位信号行程开关ST5I0.6工位6限位信号行程开关ST6I0.7工位7限位信号行程开关ST7I1.0工位8限位信号行程开关ST8I1.1工位1呼叫信号呼叫开关SB3I1.2工位2呼叫信号呼叫开关SB4I1.3工位3呼叫信号呼叫开关SB5I1.4工位4呼叫信号呼叫开关SB6I1.5工位5呼叫信号呼叫开关SB7I1.6工位6呼叫信号呼叫开关SB8I1.7工位7呼叫信号呼叫开关SB9I2.0工位8呼叫信号呼叫开关SB10I2.1热继电器信号热继电器FRI2.2输出信号前进信号电动机正转控制接触器KM1Q0.0后退信号电动机反转控制接触器KM2Q0.1指示灯信号指示灯LQ0.23.4制作PLC应用系统

11、电气图根据以上I/O分配表和CPU226的输入输出端口分布，可以进行系统接线图设计，如图3-3所示。3.5 绘制控制流程图根据控制要求及电气控制图，可以绘出以下控制流程图。如图3-4所示。图3-3 I/O接线图开始按启动按钮是否mn是是是是是是否否否是否否小车右行小车左行m=nm=n小车停止小车停止按呼叫按钮结束图3-4 运输小车控制流程图3.6 控制程序编制1. 程序设计关键点1）运输小车的前进和后退小车经过某工位时，碰触该工位的行程开关，从而将该工位号，即停车位号存于CPU寄存器VB110中。按下呼车按钮，将该工位的工位号放入CPU另一寄存器VB100中。两寄存器进行比较，若呼车工位号大于

12、停车位号，小车前进；若呼车工位号小于停车位号，小车后退；若呼车工位号等于停车位号，小车自动停止。2）保护电路主电路中，需要串入热继电器BB作为保护电路，热继电器BB的一个常闭触点作为输入信号，当主电路电流过大，热继电器控制信号发出信号，使热继电器常闭触点断开，使电动机停止工作。2. 编写梯形图根据控制要求及I/O分配表，在STEP 7Micro/WIN中作出梯形图，如下所示（梯形图为STEP 7-Micro/WIN编程软件中的截图）。3.7 程序调试程序调试有模拟器调试和现场调试等方法，根据课程设计要求并结合实际情况使用了STEP7-Micro/WIN模拟器进行了本程序的调试。西门子S7200

13、的仿真软件Simulation1.2版是从西班牙原版1.2直接汉化过来的，支持TD200仿真界面和增减计数器等多种指令。调试方法如下：1.将在Step7MicroWin中编译正确的程序在文件菜单中导出为AWL文件；2.打开仿真软件，点“配置”-“CPU型号”，然后选择CPU 226；3.点“程序”-“载入程序”； 4.选择Step7MicroWin的版本；5.将先前导出的AWL文件打开；6.点“PLC”-“运行”，开始调试程序；7.程序正常运行。 结论PLC控制运输各工位运动是本次设计的主要内容。通过对控制要求的分析，系统控制方案的确定，最后编程调试，最终实现了运输小车的控制要求。本次设计中，

14、行程开关的运用是一大特色。用各工位的行程开关记录当前小车所在的工位号，与呼车工位号相比较，从而控制小车的前进、后退和自动停止。若没有行程开关需要手动控制小车的运动及手支停车，难以实现控制要求。另一优点是在PLC编程中运用中间继电器进行逻辑控制，使程序更加清晰、简洁，并且实现了多种控制要求。比如启动、停止按钮和呼车信号指示灯都是通过中间继电器控制，以此达到控制要求。再者，安全保护措施也符合电气控制的一般要求。过载保护，停电再复电后小车不运动，均在本次设计中有所体现。本次设计也存在许多不足之处。第一，PLC控制运输小车的输入点有19个，而输出点只有3个，所选226CPU虽然能够满足控制要求，但价格

15、较高，且未能充分利用。若改选224CPU，另扩展一个有8位输入的模块，也可满足设计需要，并且成本较低。第二，突然停电后再复电呼车时，不能保证小车当前停车的位置恰好在某一工位处。若小车处于两工位之间的某一位置，按下任何一个呼车按钮，小车均会先前进一段距离，直至行至一工位处时，才开始或前进或后退的向该呼车工位移动。当然，运输小车的PLC控制系统还有许多有待改进之处。本次设计仅有8个加工工位，但使用的CPU输入输出点数却达到了22个之多。在实际生产中，加工工位远远多于8个，若还用这种控制方法显然不太可能。但在此基础上加以改进就可满足多工位的控制要求。根据排列组合的原理，多个输入共同控制输出，可以得到

16、多种结果。比如，本次设计，用3个输入就可得到8种不同组合的输出，从而控制8个工位的呼车信号，这样可以大大减少CPU输入输出的点数，提高CPU利用率，降低成本，提高效率。设计总结本次课程设计系统地运用了机电传动与控制中的知识，特别是PLC控制方面的知识。通过本次课程设计，加深了我对PLC控制的理解和掌握。刚开始学习PLC时，我仅仅认为PLC只是一个控制系统的硬件，但是，现在，我已经非常清楚地知道了PLC原理及功能。PLC技术与数控技术和工业机器人已成为工业自动化的三大支柱。要实现工业自动化，绝对离不开PLC技术的支持。课程设计之初，我心中并没有一个系统完整的认识，但是当我查阅相关资料，以及请教老

17、师同学之后，完全明白了设计方法及步骤。随后在不断的演算推导与纠正错误中不断前进，最终完成本次课程设计。当然，在设计中我还有许多的不足之处，比如，对于简单的PLC控制及编程，我还可以看懂，但是稍微复杂一点的程序就不知所云了。还有就是，对于PLC的工作原理我并没有理解，只有一个懵懂的概念。这些都是还需我深入学习的内容。总体而言，我的收获还是很大的。课程设计结束之后，我已经会编写简单的PLC控制程序，会运用STEP 7-Micro/WiN编程软件等。本次课程设计对我将来的工作也有非常重要的作用，同时也可使我进一步深层次的学习，最后达到熟悉掌握PLC的水平。谢辞首先，我感谢王宗才老师。本设计文是在王老

18、师精心指导和大力支持下完成的。他平日里工作繁多，但在我做课程设计过程中还是给予了我悉心的指导。本课题在研究过程中王宗才老师老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，给以终生受益无穷之道。王宗才老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。在他的引导下，我认识了有了设计的思路，极大的开拓了我的学术视野，也为本篇设计打下了理论基础。在这次设计中王宗才老师又给我提出了许多宝贵的意见。虽然我遇到了许多困难，但是我及时的和老师讨论这些问题，最终问题都迎刃而解了。减少了我在这次设

19、计中的困惑和完成时间。在论文撰写方面更是给予了方向性的指导和建设性的意见和建议。在此还要感谢和我一起讨论各位同学。你们让我明白了，一个人的能力是有限的，大家的力量才是强大的，没有大家的共同努力，不可能这么快完成这次课程设计的。附录 源程序代码ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1TITLE=程序注释BEGINNetwork 1 / 网络标题/ 启动，停止，赋初值LD I0.0O M0.0AN I0.1LPS= M0.0AN M0.1MOVB 9, VB100LPPAN M0.1MOVB 0, VB110Network 2 / 停车工位1号送VB110LD M0.0A I0.2MO

20、VB 1, VB110Network 3 / 停车工位2号送VB110LD M0.0A I0.3MOVB 2, VB110Network 4 / 停车工位3号送VB110LD M0.0A I0.4MOVB 3, VB110Network 5 / 停车工位4号送VB110LD M0.0A I0.5MOVB 4, VB110Network 6 / 停车工位5号送VB110LD M0.0A I0.6MOVB 5, VB110Network 7 / 停车工位6号送VB110LD M0.0A I0.7MOVB 6, VB110Network 8 / 停车工位7号送VB110LD M0.0A I1.0MO

21、VB 7, VB110Network 9 / 停车工位8号送VB110LD M0.0A I1.1MOVB 8, VB110Network 10 / 可呼车标志LD M0.0AN M0.1A I2.2= Q0.2Network 11 / 呼车工位1号送VB100LD I1.2AN M0.1A M0.0MOVB 1, VB100Network 12 / 呼车工位2号送VB100LD I1.3AN M0.1A M0.0MOVB 2, VB100Network 13 / 呼车工位3号送VB100LD I1.4AN M0.1A M0.0MOVB 3, VB100Network 14 / 呼车工位4号送V

22、B100LD I1.5AN M0.1A M0.0MOVB 4, VB100Network 15 / 呼车工位5号送VB100LD I1.6AN M0.1A M0.0MOVB 5, VB100Network 16 / 呼车工位6号送VB100LD I1.7AN M0.1A M0.0MOVB 6, VB100Network 17 / 呼车工位7号送VB100LD I2.0AN M0.1A M0.0MOVB 7, VB100Network 18 / 呼车工位8号送VB100LD I2.1AN M0.1A M0.0MOVB 8, VB100Network 19 / 呼车号与停车号可比较标志LD I1.

23、2O I1.3O I1.4O I1.5O I1.6O I1.7O I2.0O I2.1A M0.0= M0.2Network 20 / 呼车位大于停车位电动机正转LD M0.2O Q0.0AB VB100, VB110AN Q0.1A I2.2A M0.0= Q0.0Network 21 / 呼车位小于停车位电动机反转LD M0.2O Q0.1AB VB100, VB110AN Q0.0A I2.2A M0.0= Q0.1Network 22 / 停车计时30s后，可再次呼车LDB= VB100, VB110A M0.0TON T37, 300Network 23 / 可呼车标志LD I1.2

24、O I1.3O I1.4O I1.5O I1.6O I1.7O I2.0O I2.1O M0.1AN T37A M0.0= M0.1END_ORGANIZATION_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SBR_0:SBR0TITLE=子程序注释BEGINNetwork 1 / 网络标题/ 网络注释END_SUBROUTINE_BLOCKINTERRUPT_BLOCK INT_0:INT0TITLE=中断程序注释BEGINNetwork 1 / 网络标题/ 网络注释END_INTERRUPT_BLOCK参考文献1 王宗才.机电传动与控制.北京：电子工业出版社，2011.6.2 陈建明.电

25、气控制与PLC应用.北京：电子工业出版社，2010.3 吴忠俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，2004.4 戴仙金.西门子S7-200系列PLC应用与开发.北京：中国水利水电出版社，2007.5 髙钦和.可编程控制器应用技术与设计实例，北京：人民邮电出版社,2004.6 廖常初.PLC编程及应用.北京：机械出版社, 2002.7 胡学林.电气控制及PLC.北京：冶金工业出版社，1997.8 李缓.PLC原理与应用.北京：北京邮电大学出版社，2009.9 罗伟，邓木生.PLC与电气控制.北京：中国电力出版社，2009.10 肖明耀.PLC原理与应用.中国劳动社会保障出版社，2006.11 史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，2003.12 阮友德.电气控制与PLC实训教程.北京：人民邮电出版社，2006.