机电一体化技术毕业论文

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1、信息工程职业学院大专毕业设计开题报告2011 级 机电工程系 系机电一体化技术专业学生姓名潇琛学号31112660104设计题目运料小车控制系统的设计指导教师延菲所属 系别机电工程系所属 教研室机电工程研究 系电气组方向课题论证：本文阐述如何利用将PLC应用到运料小车电气控制系统，施行运料小车的自动化。 A 、亠亠 论乂方案：1、西门子S7-200概述2、运料小车系统介绍3、运料小车控制系统的总体设计进度计划：1、2013年11月份进入国祥运输设备有限公司岗位实习2、2014年3月3日至2014年3月13日完成毕业论文3、2014年3月13日上交毕业论文指导教师意见：指导教师签字：教研室意见：

2、教研室主任签字：系部意见：系部负责人签字：信息工程职业学院大专毕业生论文评定表学生姓名潇琛学号31112660104系部机电工程系专业机电一体化技术题目运料小车控制系统的设计指导教师延菲完成日期2014. 3. 13成绩容提要将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。并且PLC在运料小车控制系统中的应用，具有巨大 的经济和社会价值。指导 教 师 评语系部评 审.、几 意见信息工程职业学院毕业生毕业设计（论文）学生姓名：潇垛学生学号：31112660104专业：机电一体化专业系别：机电工程系指导教师：延菲指导系部：机电工程系电气组2014年 3 月 1

3、3日PLC在运料小车控制系统中的应用机电工程系机电一体化技术1班 潇琛 3112660104摘要：早期运料小车电气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

4、。并且PLC在运料小车控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。Abstract： Early delivery car electric control system for complex system composed of relay-contactor, this system exists defects long design cycle, large volume, the cost is higher, almost data process ing and com mun icati on functions, there must be some one whos in

5、 charge of the operation, the applications of PLC to haul the car electric control system, can realize automatic control of the material car, reduce the operating cost of systems, PLC haul car electric control system has simple wiring, control the speed, reliability and good mai ntai nability, easy

6、to in stall, repair and modificati on, etc. With the developme nt of the economy, increasing the material car to all fields, from manual to automatic, gradually formed the mechanization and automation. Applying PLC to haul the car electric control system, can realize automatic control of the materia

7、l car, reduce the operation cost of the system. And the application of PLC in the material car control system, has great economic and social value.关键词：PLC、运料小车、控制系统、S7-200Keywords : PLC、The material car、Control system、S7-200目录一 西门子S7-200的概述11.1 西门子S7-200简介11.2 西门子S7-200应用领域 11.3西门子S7-200优点11.4 西门子S7

8、-200组成11.5 西门子S7-200工作方式 21.6程序设计步骤.21.7 程序设计容.3二运料小车系统介绍42.1 运料小车的控制系统主回路42.2运料小车运行的控制要求.42.3方案选择 5三运料小车控制系统的总体设计53.1 PLC的选用63.2 PLC电气原理图63.3 I/O 分配63.4运料小车系统设计流程图73.5运料小车控制系统接线图83.6运料小车控制系统梯形 .83.7 运料小车程序指令表 .9四总结9参考文献10一、西门子S7-200的概述1.1 PLC 简介：西门子公司较早地进行了 PLC的研发和生产，欧洲第一台PLC就是由西门 子公司在1973年研制成功的，此后

9、相继在1975年推出了 SIMATIC S3系列PLC, 1979年推出了 SIMATIC S5系列PLC,20世纪末又推出了 SIMATIC S7系列PLC, SIMATIC是西门子自动化系列产品品牌统称。 S7-200属于S7系列的。SIMATIC S7-200 Micro自成一体：特别紧凑但是具有惊人的能力特别是 有关它的实时性能-它速度快，功能强大的通讯方案，并且具有操作简便的硬 件和软件。但是还有更多特点：SIMATIC S7-200 Micro PLC具有统一的模块化设计-目前不是很大，但是未来不可限量的定制解决方案。这一切都使得 SIMATIC S7-200 Micro PLC在

10、一个紧凑的性能围为自动化控制提供一个非常有 效和经济的解决方案。1.2应用领域：SIMATIC S7-200的应用领域从更换继电器和接触器一直扩展到在单机、网络以及分布式配置中更复杂的自动化任务。S7-200也越来越多地提供了对以前 曾由于经济原因而开发的特殊电子设备的地区的进入。1.3优点：SIMATIC S7-200发挥统一而经济的解决方案。整个系统的系列特点强大的 性能，最优模块化和开放式通讯。结构紧凑小巧-狭小空间处任何应用的理想 选择在所有CPU型号中的基本和高级功能，大容量程序和数据存储器杰出的实 时响应-在任何时候均可对整个过程进行完全控制，从而提高了质量、效率和 安全性易于使用

11、STEP 7-Micro/WIN工程软件初学者和专家的理想选择集成的R-S 485接口或者作为系统总线使用极其快速和精确的操作顺序和过程控制通过时间中断完整控制对时间要求严格的流程1.4 组成：1.4.1基本单元：S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用.1.4.2扩展单元：S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有 CPU,只能与基本单元 相连接使用，用于扩展I/O点数.1.4.3编程器：PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、 存储和管理等，并将用户程序送入 PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检 测。S7-200系列P

12、LC可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程 及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能 型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机，可直接采 用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。1.4.4程序存储卡：为了保证程序及重要参数的安全， 一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接 口，通过该接口可以将卡盒的容写入 PLC,也可将PLC的程序及重要参数传到 外接EEPROM卡盒作为备份。程序存储卡 EEPR

13、OM有6ES7291-8GC00-0XA0 和6ES 7291-8GD00-0XA0 两种，程序容量分别为 8K 和16K程序步。145写入器：写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区 的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将 PLC中程序存储卡中的程序通过 写入器传送到RAM区。1.4.6文本显示器：文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改， 或直接设置输入/输出量。文本信息的显示 用选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量的状态。过 程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD20

14、0面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进 行参数设置和诊断。1.5工作方式：S7-200PLC的工作方式包括RUN,STOP两种模式，可以通过安装在PLC机 身上的模式转换开关进行切换，通过机身上的状态指示灯显示。1）STOP模式：PLC处于STOP（停止）模式，用户可以新建，编辑程序， 但不可以执行程序。在 STOP模式下用户还可以使用调试功能，如首次扫描和 多次扫描功能，这事PLC可临时更改为RUN模式。在STOP模式下，PLC处于半空闲状态，主要的特点有：用户程序执行被 中断，执行输入更新，用户中断条件被禁止。2）RUN模式：在此模式

15、下，PLC读取输入，执行程序，写入输入，对通 信请求作出应答，更新只能模块，执行部管理工作以及对中断条件作出应答。 PLC不支持在RUN模式下执行固定次数的循环扫描周期。与 STOP模式最大的 不同就是RUN模式下，用户程序被执行。1.6程序设计步骤1）根据PLC的担负任务，明确PLC的输入，输出信号的种类和数量，给每 个输入，输出信号分配地址，给出每个地址对应的信号条件、名称或编号，编 制出I/O地址分配表。2）制定控制结构构框图，选择控制方案。确定控制程序的基本结构，绘制 出程序结构框图。然后再根据工艺要求，绘制出各功能单元的详细功能框图。 框图画的月详细，对编程越有利。3）编写PLC梯形

16、图程序。编写程序就是根据设计出的框图逐条地编写控制程序，这是整个程序设计工作的核心部分。应尽量使用编程软件STEP7-MICRO/WIN4.0等。梯形图语言是最普遍使用的编程语言，对初学者来说， 应熟悉掌握指令系统，尽量多参考典型控制环节程序，如电动机启停、正反转程序。另外，编程过程中要编程软件中的网络名、网络注解等及时对程序进行 注解，最好能随编编著，增强程序可读性，方便调试。4）程序调试和修改。程序调试又称为模拟调试，是整个程序设计工作中一 项很重要的容，他可以初步检查程序的实际效果，程序的许多功能是在调试中 修改和完善的。调试时可以先设置输入信号，观察输出信号的逻辑状态及变化 关系，输出

17、状态可通过编程软件中的程序状态观察；控制程序经过模拟调试和修改后，再现场调试。5）编制程序说明书和其他文件。 程序说明书是对程序的综合说明，是整个 程序设计工作的总结。编写程序说明书的目的就是便于用户和现场调试人员使 用，它是程序文件的组成部分。程序说明书一般应包括程序设计的依据、程序 的基本就够、各功能单元分析、使用的公式和原理、各种参数的来源和运算过 程、程序调试情况等容。1.7程序设计容：PLC控制系统的程序设计就是根据被控制对象（机电设备或生产过程）的 控制要求及系统功能设计的要求，为应用程序的编写提出明确的目的、依据、 要求和目标，编制出程序规格说明书，然后在程序规格说明书的基础上，

18、使用 相应的编程语言、指令进行程序的设计。工程中应用的PLC 控制系统程序设计一般包括控制程序功能分析和设计、长须的结构分析、编制程序规格说明书、程序设计等容。二运料小车系统介绍：运料小车是工业送料的主要设备之一。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。小车 运行图如图1示：图1小车运行图2.1运料小车的控制系统主回路：运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向左行，电机反转,小向右行。电动机正反转主回路如图 2所示：图2 电动机正反转主回路2.2运料小车运行的

19、控制要求小车停在后退终端，当小车压下后限位开关 SQ1时，按下启动按钮SB按下正向行驶开关SB2,KM1线圈接通，电机正转，小车前进驶向 B端。当小车压 下行程开关SQ2时，小车停止运动开始装料，定时 7S后装料完成。此时KM2 线圈接通，电机反转，小车后退返回 A端，当小车压下行程开关SQ1时，小车 停止运动开始卸料，定时5S后卸料完成。此时回归初始状态，如此循环进行。 当按下停止按钮SB时，小车停止运行。小车停在前进终端，当小车压下前限位开关 SQ2时，按下启动按钮SB按 下反向行驶开关SB2, KM2线圈接通，电机反转，小车后退驶向 A端。当小车 压下行程开关SQ1时，小车停止运动开始卸

20、料，定时5S后卸料完成。此时KM1 线圈接通，电机正转，小车前进驶向 B端。当压下行程开关SQ2时，小车停止 运动开始装料，定时7S后装料完成。此时回归初始状态，如此循环进行。当按 下停止按钮SB时，小车停止运行。2. 3方案选择将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， 精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便等优点。第3章运料小车控制系统的总体设计3.1 PLC的选用根据运料小车输入输出设备的分配，在I/O方面只需要6个输入口和3个输出口，同时考虑适当的余量，选用 FX2N-16MR的P

21、LC即可。如图3所示：图3运料小车控制系统图3.2 PLC电气原理图如图4所示:nilL1FR3.3 I/O分配SQ2jWl E/ -曲KIZ J1SQ1SC5L_USQ2EE2 A石專应信息工趕理址学推运料小车揑制系细的设计工艺KXKXK标淮GE 123-2KT2PLC电气原理接线图这个控制系统的输入有1个启动（停止）按钮开关、2个行程开关、一个正向启动按钮、一个反向启动按钮、热继电器等。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一个。电机有正转和反转两个状态，分别对 应正转继电器和反转继电器，此外该硬件电路还必须接有定时器，实现装卸料 的延时功能。对应的地址分配表如表 5

22、所示：表5 PLC I/O分配输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号总启停按钮SBX000正转接触器KM1Y000右行按钮SB2X001反转接触器KM2Y001左行按钮SB3X002原点行程开关SQ1X004终点行程开关SQ2X0033.4 运料小车系统设计流程图如图6所示:* HNYYNY*1结束图6运料小车设计流程图图6运料小车系统设计流程图3.5运料小车控制系统接线图7SBSB3SQ2SQ1X0COM1X1Y0X2Y1FX1NX3X4KM1KM2图7运料小车系统接线图KM2KM 1FR220V3.6运料小车控制系统梯形图根据小车运动的控制要求，画出小车控制系统的梯形图如图8

23、所示:i IMO4jHlM.|eetfHO【1Ml1 11 h(XDO4uuYCHJJlXflHH4-FTL411 |SET MO图8运料小车梯形图3.7运料小车程序的指令表LD X000ZRST M0 M1LD X001ANI X003SET M0LD M0LD Y000AND M0ORBANI M1MPSANI X003OUT Y000MPPAND X003OUT TO K70LD X002ANI X004ORBSET M1RST M0LD M1LD Y001AND M1ORBANI M0MPSANI X004OUT T1 K50LD T1SET M0RST M1END第四章总结早期运料小

24、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，几乎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，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便等优点。随着经济的不断发展，运料小车的应用也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。但是，传统的继电器接触器控制在工作中 已经暴露出种种弊端，因此，新的控制设计已成为社会发展的必然趋势。本设 计运用的可编程控制器实现的自动运料小车控制器，避开了以往继

25、电器接触不 良、开关易损坏等缺点，可靠性和稳定性都有所提高。在检测小车是否到装料、 卸料点的时候，运用了行程开关使小车的停靠位置更加准确。同时，由于输入 输出很明显，不需要好多额外的外接电路，让设计更简洁。这也是采用了成熟 的可编程控制器带来的好处。即使在出现故障、紧急停止等环节中都能快捷操 作。参考文献：1 海心西门子 PLC开发入门与典型事例，人民邮电出版社，20092 美俊，西门子 PLC编程及应用，机械工业出版社，20133 黄炜，电气 CAD实用教程，人民邮电出版社，20124 晓林，电气控制与 PLC应用技术，北京理工大学出版社，20125 爱军，维修电工技能实训，北京理工大学出版社，2012致谢在课程设计论文即将完成之际，我们想向曾经给予我帮助和支持的人表示 衷心的感谢！感谢我们的指导老师，本课程设计论文是在老师的关怀和指导下 完成的。他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深 地感染和激励着我们，在此谨向杜老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我们还要感谢在一起愉快的度过课程设计论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我们才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。最后，再次对关心、帮助我们的老师和同学表示衷心地感谢。