毕业论文-基于PLC的小车自动往返运动控制系统设计

毕业论文-基于PLC的小车自动往返运动控制系统 摘 要 可编程控制器(PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 本设计是基于PLC编程的生产流水线小车循环运动控制设计。论述了小车控制系统的软、硬件设计及其控制原理。采用的是步进指令，因而比较简洁。 关键词:PLC 步进指令 循环控制 目 录 摘要...........................................................................................I 第一章 概述.............................................................................1 1.1设计背景及意义..........................................................1 第二章 硬件设计.....................................................................3 2.1主电路图.......................................................................3 2.2 I/O地址分配.................................................................4 2.3 I/O接线图.....................................................................4 2.4 元件列表......................................................................5 第三章 软件设计.....................................................................6 3.1 程序流程图..................................................................6 3.2 梯形图...........................................................................7 3.3 STL指令........................................................................11 3.4 程序分析.......................................................................12 第四章 程序调试.....................................................................14 4.1 程序流程图..................................................................14 设计感想...................................................................................16 参考文献...................................................................................17 第一章 概述 1.1 设计背景及意义 传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多、故障率高且维修不易等缺点，PLC作为目前国内市场的主流控制器，在技术、行业影响等方面有重要作用。利用PLC控制代替继电器控制已经是大势所趋。 由于PLC的不断发展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产率的不断提高，小车自动控制系统经历了以下几个阶段:(1)手动控制:但是由于当时的技术还不够成熟，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。(2)自动控制:通过机器人技术，自动化设备终于实现了PLC在小车自动控制系统在自动方面的应用。(3)全自动控制:PLC大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。 现代企业为提高生产车间物流自动化水平,实现生产环节间的运输自动化,使厂房内的物料搬运全自动化,许多企业在生产车间广泛使用无人小车,小车在车间工作台或生产线之间自动往返装料卸料。由于小车自动往返的实际意义,随着不同企业不同的,控制的难度可以不同。 本文介绍了一种基于西门子PLC控制的生产流水线自动控制小车系统设计方案。将PLC运用到小车自动控制系统，可实现小车的全自动控制，降低系统的运行费用。PLC小车自动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，维修和改造方便等优点。利用PLC 控制技术，可实现小车相关运动，小车在一个周期内的运动由4段组成。设小车最初在左端，当按下启动按钮，则小车自动循环地工作，若按下停止按钮，则小车 完成本次循环工作后，停止在最初位置。其运动路线示意图如下图1-1所示。 如图1-1 小车运动路线示意图 第二章 硬件设计 2.1 主电路图 如图2-1为小车循环控制的主电路原理图。该电路图利用两个接触器的主触点KM1、KM2分别接至电机的三相电源进线中，其中相对电源的任意两相对调，即可实现电机的正反转，也可达到小车左右运行的目的。假设接通KM1为正转(小车右行)，则接通KM2为反转(小车左行)。 图2-1小车循环控制的主电路原理 2.2 I/O地址分配 如表2-1为小车循环运动PLC控制的I/O分配表。在运行过程中，这些I/O口分别起到了控制各阶段的输入和输出的作用，并且也使小车的控制过程更清晰明了，动作与结果显示更加方便直接。 表2-1 输入 输出 I0.0 行程开关SQ1 Q0.0 右行 I0.1 行程开关SQ2 Q0.1 左行 I0.2 行程开关SQ3 I0.3 行程开关SQ4 I0.4 过载FR I0.5 启动SB1 I0.6 停止SB2 2.3 I/O接线图 如图2-2为小车循环运动PLC控制的I/O接线图。在进行调试过程时，在PLC模块上，当I0.0有输入信号，即按下SQ1;当I0.1有输入信号，也即按下SQ2，以此类推，I/O接线图就是把实际的开关信号变成调试时的输入信号。同理，输出信号也是利用PLC模块把小车的实际运动用Q0.0、Q0.1的状态表现出来。 图2-2小车循环运动PLC控制的I/O接线图 2.4 元件列表 如表2-2为小车循环运动PLC控制的元件列表。在本次设计中就是利用 这些元件，用若干导线连接起来组成了我们需要的原理图、I/O接线图。 表2-2 序号 代号 名称 型号 数量 1 M 三相异步电机 J02-22-4,1.5kw 1410转/分，1 380V，3.49安 2 QS 空气开关 DZ47-3P 3 3 FR 热继电器 JR36-20 1 4 CPU PLC处理器 CPU222 1 5 KM 交流接触器 CJX2-09 2 6 SB 按钮 ,,,, 2 7 SQ 行程开关 ,,,, 4 8 FU 熔断器 RT16-20 4 9 L 导线 若干 第三章 软件设计 3.1 程序流程图 如图3-1为小车循环运动PLC控制的程序流程图。小车在一个周期内的运动由4段组成。设小车最初在左端，当按下启动按钮，则小车自动循环地工作，若按下停止按钮，则小车完成本次循环工作后，停止在最初位置。 首先小车位于初始位置，按下SB1启动后，小车向右行驶;当碰到行程开关SQ4，小车转向，向左行驶;碰到行程开关SQ2，小车再一次转向，向右行驶;碰到行程开关SQ3，小车又向左行驶，直到再次碰到SQ1，然后开始依次循环以上过程。若不按下停止按钮SB2则小车一直进行循环运动，若此时按下停止按钮SB2，小车又碰到行程开关SQ1，则小车回到初始位置。 图3-1小车循环运动PLC控制的程序流程图 3.2 梯形图 如图3-2为小车循环运动PLC控制的梯形图，此设计按照以下程序运行，以实现在生产流水线上的一辆自动控制小车的运动。其中，小车在一个周期内的运动有4段组成。设小车最初在左端，当按下启动按钮，则小车自动循环的工作，若按下停止按钮，则小车完成本次循环工作后，停在初始位置。 图3-2 小车循环运动PLC控制梯形图 3.3 STL指令 如下为图3-2梯形图对应的指令程序: Network 1 // 启动 LD I0.5 O M0.0 AN M1.0 AN I0.4 = M0.0 Network 2 // 左行 LD I0.0 O M0.1 O M0.3 AN I0.3 AN M0.5 = M0.1 Network 3 // 右行 LD I0.3 O M0.2 O M0.5 AN M0.3 AN I0.0 = M0.2 Network 4 // 循环 LD M0.0 LPS AN Q0.1 AN M0.2 A M0.1 = Q0.0 LPP AN Q0.0 A M0.2 AN M0.1 = Q0.1 Network 5 LD I0.1 A M0.4 = M0.3 Network 6 LD I0.3 O M0.4 AN M0.3 = M0.4 Network 7 LD I0.2 A M0.6 = M0.5 Network 8 LD I0.3 O M0.6 AN I0.0 = M0.6 Network 9 LD I0.6 O M0.7 AN M1.0 = M0.7 Network 10 LD M0.7 A I0.0 = M1.0 3.4 程序分析 运行过程:首先按下按下I0.5(即启动按钮SB1闭合)，启动程序，中间继电器M0.0接通，常开触点闭合且实现自锁;接着按下I0.0(即小车碰到行程开关SQ1)，则网络2中，中间继电器M0.1接通，常开触点闭合且实现自锁，此时运行网络4(循环)，则此时Q0.0有输出，状态指示灯亮，即小车向右行驶，由于网络4设置了互锁，此时向左行驶的线路断开;接着按下I0.3(即小车碰到行程开关SQ4)，则网络3中，中间继电器M0.2接通，常开触点闭合且实现自锁，同时在网络6里中间继电器M0.4和网络8里中间继电器M0.6也得电，且都实现自锁。此时运行网络4(循环)，则此时Q0.1有输出，状态指示灯亮，即小车向左行驶，由于网络4设置了互锁，此时向右行驶的线路断开;这时按下I0.1(即小车碰到行程开关SQ2)，中间继电器M0.4的常开触点已闭合，此时中间继电器M0.3线圈带电，常开触点闭合，在网络2中，使中间继电器M0.1线圈再次得电且自锁，再次运行至网络4，则此时Q0.0有输出(状态灯亮)，小车向右行驶;当按下I0.2(即小车碰到行程开关SQ3)，中间继电器M0.6常开触点已闭合，则此时中间继电器M0.5 线圈带电，常开触点闭合，则程序运行至网络3，可再次实现中间继电器M0.2线圈带电且自锁，则程序再次运行至循环网络4，使Q0.1有输出，实现小车左行。依次进行如上循环，实现小车的自动循环工作过程。若电机过载则热继电器的常闭触点断开，即I0.4断开，此时程序中断，电机立即停止。 停止过程:当按下I0.6,即按下停止按钮SB2，程序运行至网络9，此时中间继电器M0.7线圈得电，并实现自锁，程序接着运行至网络10，若此时不按下I0.0(即小车不碰到行程开关SQ1)，则小车并不停止运动，且继续之前的路线，只有按下I0.0(即小车碰到行程开关SQ1)，才能实现本程序停止，即小车停止在初始位置。也即实现了本设计所要实现的功能，当按下停止按钮，小车完成本次循环工作后，停止在初始位置。 第四章 程序调试 4.1 程序调试 先将系统梯形图导入西门子仿真软件进行仿真。首先将PLC主机的电源开关拨到关状态，严格按图2-2所示接线，注意12V和24V电源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC触点。将电源线插进PLC主机表面的电源孔中，再将另一端插到220V电源插板。 将PLC主机上的电源开关拨到开状态，并且必须将PLC串口置于STOP状态，然后通过计算机或编程器将程序下载到PLC中，下载完后，再将PLC串口置于RUN状态。此时可以开始进行程序的调试。 在调试过程中我遇到了以下问题，但通过老师的指导，再经过自己的反复思考和修改后，终于使程序更加完善、完整，并且能够顺利运行和显示。 起初，我把编写好的程序已经导入PLC，并且按以上过程都已连接并准备好，但是当加上启动信号后，运行的结果并不像设计本身那样，结果紊乱，后来经过自己又重新检查梯形图，发现原来是因为自己粗心，把几个中间继电器的序号编写错了，造成了刚才的程序紊乱。然后当我再次进行调试时，发现在小车向右正常运行后，再向左运行时，Q0.0和Q0.1均有输出，这次我自己检查了，却不知道到底是哪里错了，结果就让同学帮我检查程序。原来，在循环程序段里我没有设计输出的互锁，结果造成了同时输出的错误。还有就是在停止时，当我按了停止键之后，小车立即就停止了。没有像设计要求的那样:若按下停止按钮，则小车完成本次循环工作后，停止初始位置。我认为这应该是我的程序设计的不够完整，然后我就开始重新研究程序，仔细 思考，发现在停止程序段里，如果再加一个I0.0的常开开关也许就可以实现 设计要求了。所以，在修改完再次运行之后，我又重新按步骤调试、运行之 后，结果就正确显示了。到此，整个程序能够正常运行，且结果正确。 设计 通过本次历时二个星期的小车循环运动PLC控制的课程设计，让我又一次温习了我们学过的知识。在这个过程中，我发现自己在PLC方面的知识积累的还太少，并且上课学的也不够扎实。过程中我也翻阅了许多关于PLC的书籍，也上网查阅了一些资料，发现PLC这个领域还很深奥很深奥，我们要学习的还很多很多，并且也看到了PLC的发展前景。 感谢老师的耐心的指导，同学的帮助。虽然过程挺艰难，不过在老师和同学的帮助下，我还是完成了本次设计。这次的课程设计让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。而这份精神也将成为我以后工作时的动力。 总之，在这次设计中让我对PLC这门课有了更深入的了解，让我不仅学到了以前从未接触过的新知识，而且也学会了独立的去发现、面对、分析、解决问题的能力。让我知道理论要运用于实践有多重要，使我受益匪浅。在此，再次的对老师和同学说声谢谢～ 参考文献 【1】 陈建明.<<电气控制与PLC应用>>.北京:电子工业出版社，2006 【2】 谢克明，夏路易.<<可编程控制器原理与程序设计>>.北京:电子工业出版社，2002 【3】 常晓玲.<<电气控制系统与可编程控制器>>.北京:机械工业出版社，2004 【4】 马镜澄.低压电器【M】.北京: 机械工业出版社，1993 【5】 西门子STEP7语句表参考.西门子(中国)公司，1996 【6】 西门子STEP7梯形逻辑参考手册. 西门子(中国)公司，1996 【7】 西门子STEP7程序设计编程手册. 西门子(中国)公司，1996 【8】 西门子STEP7用户手册. 西门子(中国)公司，1996