基于plc的自動(dòng)運(yùn)料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-3"\h\u9082摘要 119031關(guān)鍵詞 126033Abstract115872Keywords1126476緒論 2327231．1課題的提出背景 2137101．2運(yùn)料小車(chē)的開(kāi)展?fàn)顩r 283781．3課題的意義及應(yīng)用 2242031．4本課題的主要工作 3311782自動(dòng)運(yùn)料控制系統(tǒng)的分析 3291612．1自動(dòng)運(yùn)料控制系統(tǒng)的組成 351612．2運(yùn)料小車(chē)的工作分析 353832．2．1運(yùn)料小車(chē)的工作過(guò)程 313442．2．2運(yùn)料小車(chē)的控制原理 379452．2．3設(shè)置左、右行減速行程開(kāi)關(guān)的意義 424342．3運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)圖 4320233PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5149173．1PLC的概述 5268933．1．1PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 5244473．1．2PLC系統(tǒng)的構(gòu)成 544153．1.3PLC的工作原理 693243．1.4PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 6313703．2PLC的選型 7282653．3I/O點(diǎn)的分配 81453．4系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 8203513．4.1PLC控制線(xiàn)路的設(shè)計(jì) 898473．4.2主電路的設(shè)計(jì) 967743．5系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) 11182293．5.1系統(tǒng)控制流程圖 1131853．5.2系統(tǒng)軟件源程序編寫(xiě) 13269503．5.3程序的下載安裝與調(diào)試 14246624結(jié)論和工作總結(jié) 1522762致謝 15660參考文獻(xiàn) 151364附錄A語(yǔ)句表編程方法 16自動(dòng)運(yùn)料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生陳懷金指導(dǎo)教師李磊摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展，運(yùn)料小車(chē)不斷擴(kuò)大到各個(gè)領(lǐng)域，從手動(dòng)到自動(dòng)，逐漸形成了機(jī)械化、自動(dòng)化。將PLC應(yīng)用到運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的自動(dòng)化控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。本文分析了自動(dòng)運(yùn)料小車(chē)系統(tǒng)功能，給出了設(shè)計(jì)方案，討論了功能實(shí)現(xiàn)方法。采用模塊化設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)功能和實(shí)現(xiàn)方法做了簡(jiǎn)要分析，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了較詳細(xì)的研究。選擇歐姆龍CPM1APLC為控制器，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。闡述了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過(guò)程，編寫(xiě)了PLC控制系統(tǒng)程序，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)自動(dòng)運(yùn)料過(guò)程的自動(dòng)控制。關(guān)鍵詞：PLC；運(yùn)料小車(chē)；控制系統(tǒng)DesignofAutomaticTransportingControlSystemStudentmajoringinElectricalEngineeringandAutomationChenHuaijinTutorLiLeiAbstract：Witheconomicdevelopment，transportercarisexpandingtoallareas，frommanualtoautomatic，andgraduallyformedthemechanizationandautomation.PLCappliedtotransportmaterialstocarelectricalcontrolsystemandcanrealizeautomaticcontroloperationofthecarandreducesystemoperatingcosts.Thispaperanalyzedthefunctionofthetransportingsystem.Theschemeandimplementationwerediscussed.Theoverallstructurewasconstructedaccordingtothemodulardesignmethod.Thefunctionandimplementmethodwereintroduced.Thecontrolsystemwasstudiedindetail.ThehardwaresystemwascomposedbyCPM1APLC.Thedesignmethodandprocessofsoftwaresystemwereelaborated.ThePLCprogramwasprogrammed，whichcanrealizetheauto-controltothesystem.Keywords:PLC；transportercar；controlsystem1緒論1．1課題的提出背景由于工業(yè)控制企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上運(yùn)輸工程的需要，在某些工作環(huán)境惡劣，不允許人進(jìn)入工作環(huán)境的情況下，要求出現(xiàn)能夠自動(dòng)地將料從一個(gè)地點(diǎn)送到另一個(gè)地點(diǎn)重復(fù)工作的運(yùn)料工具，自動(dòng)運(yùn)料小車(chē)作為一種必需的機(jī)器應(yīng)運(yùn)而生了。將PLC運(yùn)用到運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的自動(dòng)控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。而且具有連線(xiàn)簡(jiǎn)單、控制速度快，可靠性和可維護(hù)性好，維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)，可以適應(yīng)工業(yè)化環(huán)境下的應(yīng)用。隨著PLC的開(kāi)展，國(guó)外生產(chǎn)線(xiàn)上的運(yùn)輸控制系統(tǒng)非常廣泛的采用該控制系統(tǒng)，而且有些制造廠(chǎng)還開(kāi)發(fā)研制了出了專(zhuān)用的邏輯處理控制芯片。我國(guó)的大局部工控企業(yè)的運(yùn)料小車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)都是從國(guó)外引進(jìn)的，本錢(qián)高。為了滿(mǎn)足現(xiàn)代化生產(chǎn)流通的需要，讓PLC技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，充分的利用到我國(guó)的工控企業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上，讓該系統(tǒng)在各種環(huán)境下都能夠工作，使其本錢(qián)低、易控制、平安可靠、效率高，本課題的提出非常有必要。1．2運(yùn)料小車(chē)的開(kāi)展?fàn)顩r由于PLC的不斷開(kāi)展和革新，使得生產(chǎn)線(xiàn)的運(yùn)輸控制也將得到不斷的改善和生產(chǎn)率的不斷提高，運(yùn)料小車(chē)控制經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段:〔1〕手動(dòng)控制：在20世紀(jì)60年代末70年代初期，便有一些工業(yè)生產(chǎn)采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的控制，但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)還不夠成熟，只能夠用手動(dòng)的方式來(lái)控制機(jī)器，而且早期運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)多為繼電器一接觸器組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、本錢(qián)高等缺陷，幾乎無(wú)數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專(zhuān)人負(fù)責(zé)操作。〔2〕自動(dòng)控制：在20世紀(jì)80年代，由于計(jì)算機(jī)的價(jià)格下降，這時(shí)的大型工控企業(yè)將PLC充分的與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，通過(guò)機(jī)器人技術(shù)，自動(dòng)化設(shè)備終于實(shí)現(xiàn)了PLC在運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)在自動(dòng)方面的應(yīng)用?！?〕全自動(dòng)控制：現(xiàn)階段，由于PLC技術(shù)的向高性能高速度、大容量開(kāi)展大型PLC大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向開(kāi)展。將PLC運(yùn)用到運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的全自動(dòng)控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。PLC運(yùn)料小車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)具有連線(xiàn)簡(jiǎn)單控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。1．3課題的意義及應(yīng)用小車(chē)自動(dòng)運(yùn)料系統(tǒng)，由于其控制簡(jiǎn)單，本錢(qián)低，因此廣泛應(yīng)用于車(chē)站、碼頭、倉(cāng)庫(kù)、礦井等生產(chǎn)場(chǎng)所。但傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)，有著其自身的缺點(diǎn)。例如：整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，小車(chē)的速度很難設(shè)定，如果太快，啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)由于存在小車(chē)慣性很容易造成物料的掉落、拋灑，這樣就不能實(shí)現(xiàn)平安的啟動(dòng)。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷開(kāi)展，運(yùn)料小車(chē)的應(yīng)用也不斷擴(kuò)大到各個(gè)領(lǐng)域。早期運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)多為繼電器-接觸器組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、本錢(qián)高等缺陷，幾乎無(wú)數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專(zhuān)人負(fù)責(zé)操作。現(xiàn)將PLC應(yīng)用到運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的自動(dòng)化控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。PLC運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)具有連線(xiàn)簡(jiǎn)單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，安裝、維修和改造方便、設(shè)計(jì)施工調(diào)試周期短等優(yōu)點(diǎn)。在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上，有些生產(chǎn)機(jī)械的工作臺(tái)需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)，并且有的還要求在某些位置有一定時(shí)間的停留，以滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求。用PLC程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)料小車(chē)自動(dòng)往返順序控制，不僅具有程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易、方便、可靠性高等特點(diǎn)，并且程序設(shè)計(jì)方法多樣，便于不同層次的設(shè)計(jì)人員的理解和掌握。1．4本課題的主要工作本文通過(guò)PLC控制運(yùn)料小車(chē)裝卸料，并實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)運(yùn)料功能，以到達(dá)生產(chǎn)實(shí)際之用。全文主體思路共分為三個(gè)局部，第一局部概述運(yùn)料小車(chē)問(wèn)題的提出和意義，運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)的開(kāi)展概況，明確論文要解決的問(wèn)題。第二局部對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析。第三局部簡(jiǎn)單概述了PLC的相關(guān)知識(shí)，并詳細(xì)介紹了基于PLC的運(yùn)料小車(chē)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。2自動(dòng)運(yùn)料控制系統(tǒng)的分析2．1自動(dòng)運(yùn)料控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)運(yùn)料控制系統(tǒng)由運(yùn)料小車(chē)、PLC、行程開(kāi)關(guān)、按鈕、接觸器、電磁閥等主要部件組成。(1)運(yùn)料小車(chē)：用于運(yùn)料，有五種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，停止、載料右行、載料減速右行、空載左行和空載減速左行。(2)PLC：用于控制裝卸料過(guò)程和小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(3)行程開(kāi)關(guān)：輸入元件，用來(lái)限制小車(chē)運(yùn)動(dòng)的位置，使小車(chē)俺一定的行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)。(4)按鈕：輸入元件，用來(lái)啟動(dòng)和停止工作。(5)接觸器：輸出執(zhí)行元件，是用于遠(yuǎn)距離頻繁接通和分?jǐn)嘟恢绷骰芈芳按笕萘坑秒娀芈返牡蛪嚎刂齐娖?。主要控制?duì)象是電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)啟停、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速等控制功能。(6)電磁閥：輸出執(zhí)行元件，通過(guò)通斷電控制閥門(mén)的翻開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)裝卸料。2．2運(yùn)料小車(chē)的工作分析2．2．1運(yùn)料小車(chē)的工作過(guò)程啟動(dòng)按鈕SB1停止按鈕SB2左行運(yùn)料小車(chē)右行SQ1SQ2SQ3SQ4裝料減速左行減速右行卸料 圖2.1運(yùn)料小車(chē)工作示意圖運(yùn)料小車(chē)工作示意圖如圖2.1，初始狀態(tài)小車(chē)空車(chē)停在行程開(kāi)關(guān)SQ1處，按一下啟動(dòng)按鈕SB1，小車(chē)在SQ1處裝料；15秒后裝料結(jié)束，開(kāi)始右行；碰到行程開(kāi)關(guān)SQ3后開(kāi)始減速右行；碰到行程開(kāi)關(guān)SQ4后停下來(lái)卸料；10秒后卸料結(jié)束，開(kāi)始左行；碰到行程開(kāi)關(guān)SQ2后開(kāi)始減速左行；碰到行程開(kāi)關(guān)SQ1又停下來(lái)裝料；15秒后裝料結(jié)束，開(kāi)始右行，碰到行程開(kāi)關(guān)SQ3后減速右行，碰到行程開(kāi)關(guān)SQ4后停下來(lái)卸料，10秒后左行，碰到行程開(kāi)關(guān)SQ2后減速左行，碰到行程開(kāi)關(guān)SQ1又停下來(lái)裝料。這樣循環(huán)工作，直到按一下停止按鈕SB2，小車(chē)在完成最后一個(gè)周期的工作后空車(chē)停在SQ1處。2．2．2運(yùn)料小車(chē)的控制原理運(yùn)料小車(chē)空車(chē)在行程開(kāi)關(guān)處，按一下啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)信號(hào)輸入到PLC，PLC控制輸出使裝料電磁閥得電，進(jìn)行裝料，同時(shí)計(jì)時(shí)15秒；15秒后裝料電磁閥失電，小車(chē)停止裝料，同時(shí)右行接觸器得電，小車(chē)右行。當(dāng)碰到行程開(kāi)關(guān)SQ3時(shí)，PLC輸出減速信號(hào)接通右行減速接觸器，并閉鎖右行繼電器，小車(chē)減速右行。當(dāng)小車(chē)碰到行程開(kāi)關(guān)SQ4后，PLC輸出使右行減速接觸器失電，小車(chē)停止右行；同時(shí)卸料電磁閥得電，小車(chē)開(kāi)始卸料；10秒后，電磁閥失電，卸料結(jié)束，同時(shí)小車(chē)左行接觸器得電，小車(chē)開(kāi)始左行。當(dāng)碰到行程開(kāi)關(guān)SQ2后，PLC輸出減速信號(hào)接通左行減速接觸器，并閉鎖左行接觸器，小車(chē)減速左行。當(dāng)碰到行程開(kāi)關(guān)SQ1時(shí)，左行減速接觸器斷電，小車(chē)停止；同時(shí)裝料電磁閥得電，小車(chē)裝料；15秒后裝料電磁閥失電，裝料結(jié)束，同時(shí)右行接觸得電，小車(chē)右行。按停止按鈕后，小車(chē)按上述方式工作，只有在左行碰到行程開(kāi)關(guān)SQ1時(shí)，PLC輸出使小車(chē)停止且不裝料。2．2．3設(shè)置左、右行減速行程開(kāi)關(guān)的意義在運(yùn)料小車(chē)碰到行程開(kāi)關(guān)SQ1和SQ4后，小車(chē)要停下來(lái)進(jìn)行裝料和卸料。當(dāng)小車(chē)在執(zhí)行停車(chē)命令后，由于自身的慣性，可能會(huì)繼續(xù)往前行駛一段距離才停下。如果小車(chē)行駛的速度很快，就有可能不能在指定的裝卸料處準(zhǔn)確停車(chē)。在靠近裝、卸料處，分別設(shè)置左、右行減速行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)小車(chē)碰到減速行程開(kāi)關(guān)后，小車(chē)減速，這樣就能保證小車(chē)碰到裝卸料行程開(kāi)關(guān)時(shí)速度不致過(guò)大，從而能使小車(chē)在裝卸料處準(zhǔn)確停下。2．3運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)圖控制系統(tǒng)圖如圖2.2所示顯示器主機(jī)打印機(jī)智能主令CPM1APLC運(yùn)料小車(chē)圖2.2運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)圖PLC框架配置圖如圖2.3所示。啟動(dòng)按鈕歐姆龍左右行接觸器停止按鈕CPM1APLC左右行小車(chē)電機(jī)減速接觸器變速器四個(gè)行程開(kāi)關(guān)裝卸料電磁閥裝卸料機(jī)構(gòu)圖2.3PLC框架配置圖3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3．1PLC的概述PLC英文全稱(chēng)ProgrammableLogicController，中文全稱(chēng)為可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。3．1．1PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)PLC控制系統(tǒng)之所以成為當(dāng)今應(yīng)用很廣泛的工業(yè)控制系統(tǒng)，它具有很多適合于工業(yè)控制的特點(diǎn)。1、可靠性高PLC的設(shè)計(jì)采取了很多提高可靠性的措施：1〕從硬件設(shè)計(jì)和制造工藝上，采取了高可靠性的元器件，高集成度的功能芯片，進(jìn)行抗老化測(cè)試，利用先進(jìn)的工藝制造流水生產(chǎn)，這些都提高了PLC的可靠性。2〕從系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)上，采取冗余設(shè)計(jì)、掉電保護(hù)、故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等措施，保證了可靠性的進(jìn)一步提高。3〕從軟件設(shè)計(jì)上，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。采用簡(jiǎn)化的操作指令集，對(duì)外界信號(hào)采用軟件濾波、斬波等措施，提高信號(hào)采集準(zhǔn)確度，對(duì)系統(tǒng)自身進(jìn)行軟件自診斷、自恢復(fù)等措施。2、易操作性強(qiáng)PLC的設(shè)計(jì)采取了很多措施提高易操作性：1〕易于組態(tài)。與繼電器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相比，PLC使用特定的組態(tài)工具使PLC系統(tǒng)的硬件和軟件功能進(jìn)行設(shè)定。組態(tài)工具軟件一般運(yùn)行于計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，操作簡(jiǎn)單，界面直觀(guān)，功能強(qiáng)大，容易掌握和理解。組態(tài)語(yǔ)言一般有以下幾種，梯形圖語(yǔ)言，語(yǔ)句表語(yǔ)言，功能塊圖語(yǔ)言，高級(jí)描述語(yǔ)言。其中最常用的梯形圖語(yǔ)言和語(yǔ)句表語(yǔ)言，這兩語(yǔ)言功能清晰，易于理解，為大多數(shù)工程技術(shù)人員所采用。2〕易于維護(hù)。繼電器系統(tǒng)是很難維護(hù)的，這也是促使PLC系統(tǒng)產(chǎn)生的一個(gè)重要的原因。PLC具有自診斷功，故障恢復(fù)功能，事件記錄功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可通過(guò)系統(tǒng)的固有功能，很快地找到故障所在的部位，迅速的排除故障和修復(fù)系統(tǒng)。3、靈活性強(qiáng)PLC作為一種智能型控制器，在組態(tài)方式，修改程序等方面具有很大的靈活性：組態(tài)靈活。組態(tài)靈活不僅表現(xiàn)在程序的開(kāi)發(fā)階段，還表現(xiàn)在程序的修改維護(hù)上。如果專(zhuān)用的組態(tài)語(yǔ)言不能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求時(shí)，還可以用高級(jí)語(yǔ)言〔如C語(yǔ)言〕開(kāi)發(fā)特殊的應(yīng)用。強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，從小到幾十點(diǎn)到上萬(wàn)點(diǎn)的系統(tǒng)，用PLC均可以實(shí)現(xiàn)?？梢酝ㄟ^(guò)通訊與其他系統(tǒng)組成一個(gè)整體，這些都極大的提高了系統(tǒng)的靈活性。3．1．2PLC系統(tǒng)的構(gòu)成當(dāng)今有很多種PLC系統(tǒng)，但他們都有根本上相同的結(jié)構(gòu)。1〕中央處理器CPU：整個(gè)系統(tǒng)的核心、智能單元。其主要作用是：執(zhí)行用戶(hù)程序，完成各種運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自診斷。CPU的運(yùn)行速度決定著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。2〕存儲(chǔ)器：包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶(hù)程序存儲(chǔ)器和變量存儲(chǔ)器三局部。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)，不同的PLC有不同的操作系統(tǒng)。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器一般用EPROM∕EEPROM。同一型號(hào)的PLC如果需要升級(jí)版本的話(huà)，可以更換裝有新程序的EPROM或更新EEPROM內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)。此存儲(chǔ)器的內(nèi)容永久存在。用戶(hù)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)用戶(hù)組態(tài)程序，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，CPU利用自帶的解釋器解釋此程序，然后執(zhí)行，完成特定的應(yīng)用。變量存儲(chǔ)器存儲(chǔ)變量的結(jié)果，相外部設(shè)備提供數(shù)據(jù)、信號(hào)。3〕輸入/輸出接口：包括模擬、數(shù)字量板卡，通訊板卡，擴(kuò)展卡，特殊功能板卡。通過(guò)模擬、數(shù)字量板卡可以采集或輸出模擬或者數(shù)字量數(shù)據(jù)；通訊板卡可以實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)傳輸；擴(kuò)展卡可以實(shí)現(xiàn)槽架擴(kuò)展；特殊功板卡可以實(shí)現(xiàn)特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，如高速頻率量的監(jiān)測(cè)與輸出。4〕電源。負(fù)責(zé)為PLC系統(tǒng)提供穩(wěn)定的多層次的電源，可以實(shí)現(xiàn)智能電源管理。5〕其他外設(shè)：如打印機(jī)，編程器等，可以很好的發(fā)揮PLC的優(yōu)勢(shì)。3．1．3PLC的工作原理一般情況下，PLC重復(fù)執(zhí)行工作循環(huán)來(lái)完成任務(wù)。一個(gè)工作循環(huán)包括以下五個(gè)步驟：執(zhí)行自診斷，寫(xiě)輸出，讀輸入，執(zhí)行程序，處理通訊要求。1〕執(zhí)行自診斷：自診斷功能有PLC內(nèi)置的時(shí)間監(jiān)視器完成，執(zhí)行結(jié)果可以存儲(chǔ)在特定的變量存儲(chǔ)器內(nèi)，編程人員可以對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的加工處理。2〕寫(xiě)輸出：將數(shù)據(jù)寫(xiě)入輸出影像存放器。3〕讀輸入：從輸入映像存放器中讀取數(shù)據(jù)。4〕執(zhí)行程序：執(zhí)行用戶(hù)程序。5〕處理通訊需求：執(zhí)行數(shù)據(jù)通訊操作。PLC就這樣不斷反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的連續(xù)控制，直到接收到停機(jī)命令，或因停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。3．1．4PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)。(1)開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是PLC最根本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線(xiàn)。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線(xiàn)、電鍍流水線(xiàn)等。(2)模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量〔Analog〕和數(shù)字量〔Digital〕之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠(chǎng)家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。(3)運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠(chǎng)家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。(4)過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專(zhuān)用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。(5)數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算〔含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算〕、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比擬，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。(6)通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的開(kāi)展，工廠(chǎng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展得很快，各PLC廠(chǎng)商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3．2PLC的選型PLC機(jī)型選擇的根本原那么是在滿(mǎn)足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及取得最正確的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1)性能與任務(wù)相適應(yīng)(1)PLC的控制規(guī)模即最大I/O點(diǎn)數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足實(shí)際需要，不同機(jī)型的最大I/O點(diǎn)數(shù)不同，如:CPM1A的為100點(diǎn)，CQM1H的可達(dá)512點(diǎn)。(2)要考慮PLC的工作速度。PLC的輸出對(duì)輸入響應(yīng)存在滯后現(xiàn)象，對(duì)于一般工業(yè)控制是允許的。有時(shí)需要高速脈沖輸入、高速脈沖輸出等特殊功能，中、大型PLC可選用特殊功能單元，小型PLC大多也設(shè)置此類(lèi)功能，可以方便使用。(3)選擇PLC還要看其內(nèi)存容量、內(nèi)存配置是否符合要求。PLC一般裝有RAM內(nèi)存，并有電池支持，可以掉電保護(hù)。但為了程序平安，通常還可配置EPROM或ROM內(nèi)存，甚至配內(nèi)存卡。(4)PLC使用時(shí)要考慮電源問(wèn)題。一方面PLC自身需要電源，按所使用的電源，有的系列PLC分為AC型和DC型，兩種型號(hào)的功能相同，交流型PLC的體積比直流型的大；另一方面PLC的輸入電路需要驅(qū)動(dòng)電源，整體式PLC的主機(jī)和模塊式PLC的電源模塊向外提供一個(gè)DC24V電源，可以用作驅(qū)動(dòng)電源，使用時(shí)注意不要超出其額定容量。(5)PLC的輸出方式根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)選擇。繼電器輸出適用的電壓范圍較寬，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)。但其觸點(diǎn)的動(dòng)作速度較慢、壽命較短，因此適用不頻繁通斷的負(fù)載。對(duì)于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)選用晶體管輸出。(6)根據(jù)控制要求確定是否需要特殊功能配置。如果有溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的檢測(cè)與控制，應(yīng)選用模擬量輸入單元和模擬量輸出單元，配接相應(yīng)的傳感器、變送器和驅(qū)動(dòng)裝置。對(duì)于溫度控制，OMRON還提供了溫度傳感器單元和溫控單元，可以方便選用。如果需要一個(gè)人機(jī)界面監(jiān)控PLC，即既能向PLC輸入控制數(shù)據(jù)，又能觀(guān)察PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)信息，那么可以選用可編程終端(PT)。(7)有時(shí)要考慮PLC的安裝尺寸。機(jī)電一體化的趨勢(shì)之一是產(chǎn)品向輕、薄、短、小巧化方向開(kāi)展，控制柜的體積越來(lái)越小，這就要求PLC的體積盡可能小，大的PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家都開(kāi)發(fā)了高性能、超薄型、超小型的PLC，如OMRON的CPM2C、CJ。對(duì)于簡(jiǎn)易的小規(guī)模控制系統(tǒng)，可選擇微型PLC，如OMRON的ZEN，SIEMENS的LOGO。對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制的系統(tǒng)或以開(kāi)關(guān)量為主、帶有少量模擬量控制的系統(tǒng)，控制速度要求不高時(shí)，可選用小型PLC，如OMRON的CPM1A。對(duì)于以開(kāi)關(guān)量為主、帶有局部模擬量的控制系統(tǒng)，或者有其它更高的要求，可以選擇功能較強(qiáng)的小型機(jī)，如OMRON的CQM1H。對(duì)于控制復(fù)雜、控制功能要求高的，如PID調(diào)節(jié)、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可選用中、大型PLC，如OMRON的CS1。2)PLC結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式PLC每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的廉價(jià)，適用于工藝過(guò)程比擬穩(wěn)定，控制要求比擬簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。模塊式PLC的功能擴(kuò)展，I/O點(diǎn)數(shù)的增減，輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的比例，都比整體式方便靈活。維修更換模塊，判斷與處理故障快速方便，適應(yīng)于工藝過(guò)程變化比擬多，控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)。3)可靠性控制系統(tǒng)的可靠性非常重要，設(shè)計(jì)者應(yīng)予以足夠的重視。綜合以上原那么和自動(dòng)運(yùn)料系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，本文設(shè)計(jì)選用OMRON的CPM1APLC。圖3.1歐姆龍CPM1APLC3．3I/O點(diǎn)的分配I/O點(diǎn)分配是建立I/O點(diǎn)與輸入元件、輸出執(zhí)行元件的對(duì)應(yīng)關(guān)系。I/O點(diǎn)分配應(yīng)利于記憶、方便編程、節(jié)省配線(xiàn)。I/O分配見(jiàn)表3.1。表3.1I/O分配表輸入輸出啟動(dòng)按鈕SB100000右行接觸器KM101000停止按鈕SB200001左行接觸器KM201001行程開(kāi)關(guān)SQ100002右行減速接觸器KM301002行程開(kāi)關(guān)SQ200003左行減速接觸器KM401003行程開(kāi)關(guān)SQ300004裝料電磁閥KM501004行程開(kāi)關(guān)SQ400005卸料電磁閥KM6010053．4系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3．4．1PLC控制線(xiàn)路的設(shè)計(jì)PLC的輸入端需要直流驅(qū)動(dòng)電源，可以方便地使用自身配置的DC24V電源。PLC的輸出端需要注意以下問(wèn)題。在PLC的輸出回路中〔通常在公共端子COM上〕串入保險(xiǎn)絲，作短路保護(hù)用。如輸出端接感性負(fù)載時(shí)，要考慮接入相應(yīng)的保護(hù)電路，保護(hù)PLC得輸出點(diǎn)。交流感性負(fù)載兩端并解RC浪涌吸收電路，而直流感性負(fù)載那么在兩端并接續(xù)流二極管或RC浪涌吸收電路，以抑制電路斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的電弧，保護(hù)PLC輸出電路。如果PLC輸出端控制的負(fù)載電流超過(guò)最大限額或負(fù)載較重而動(dòng)作又頻繁時(shí)，可先外接繼電器，然后又繼電器驅(qū)動(dòng)負(fù)載。裝接外部緊急停車(chē)電路。在PLC的外部設(shè)計(jì)緊急停車(chē)電路，當(dāng)運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，按緊急停車(chē)按鈕，切斷負(fù)載電源。PLC的外部接線(xiàn)圖如圖3.2所示。圖3.2PLC的外部接線(xiàn)3．4.2主電路的設(shè)計(jì)主電路通常由斷路器、接觸器、熔斷器和主令電器等部件組成。(1)低壓斷路器QF圖3.3低壓斷路器低壓斷路器也稱(chēng)為自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，用來(lái)接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可以用來(lái)控制不頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。(2)接觸器圖3.4接觸器接觸器是用于遠(yuǎn)距離頻繁接通和分?jǐn)嘟恢绷骰芈芳按笕萘坑秒娀芈返牡蛪嚎刂齐娖?。主要控制?duì)象是電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)啟停、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速等控制功能。(3)熔斷器FU圖3.5熔斷器熔斷器主要用于短路保護(hù)。(4)主令電器常開(kāi)觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)圖3.6主令電器主令電器是一種專(zhuān)門(mén)發(fā)布命令的電器，用來(lái)接通和斷開(kāi)控制電路，實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象的啟動(dòng)、停止、急停等操作。只能用于控制電路，不允許分合主回路。主電路圖如圖3.7所示。L1L2L3FRM~3圖3.7主電路圖圖中KM1和KM2分別是控制電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行〔小車(chē)前進(jìn)〕和反轉(zhuǎn)運(yùn)行〔小車(chē)后退〕的交流接觸器。用KM1和KM2的主觸點(diǎn)改變進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的三相電源的相序，即可以改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。KM3和KM4主觸點(diǎn)經(jīng)過(guò)變速器再接入三相電動(dòng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的減速正反轉(zhuǎn)。3．5系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)由于PLC所有的控制功能都是以程序的形式實(shí)現(xiàn)的，因此PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大量工作集中在程序設(shè)計(jì)上。對(duì)于較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，梯形圖可以用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)。對(duì)于較復(fù)雜的系統(tǒng)，一般采用邏輯設(shè)計(jì)法或順序控制設(shè)計(jì)方法，要先繪制控制流程圖或時(shí)序圖，如有必要，可畫(huà)出詳細(xì)的順序功能圖，然后設(shè)計(jì)梯形圖。在編程時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：(1)熟悉PLC指令系統(tǒng)和PLC內(nèi)部軟器件。熟悉PLC指令系統(tǒng)和PLC內(nèi)部軟器件是正確編程的前提條件。隨著PLC的開(kāi)展，PLC指令系統(tǒng)越來(lái)越豐富，不可能掌握所有指令的使用方法。要注意對(duì)指令進(jìn)行分類(lèi)，熟悉各個(gè)指令類(lèi)別的功能，編程時(shí)根據(jù)控制要求首先確定指令的類(lèi)別，再?gòu)闹刑暨x出最恰當(dāng)?shù)闹噶?。PLC指令的操作數(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)部軟器件。PLC提供了豐富的內(nèi)部軟器件，每一種軟器件都有特定的功能和指定的編號(hào)范圍，編程前必須搞清。使用內(nèi)部軟器件時(shí)，要預(yù)先做好規(guī)劃。例如，I/O分配要有規(guī)律便于理解與記憶，當(dāng)使用的軟器件較多時(shí)，應(yīng)做一個(gè)詳細(xì)分配列表。(2)程序應(yīng)結(jié)構(gòu)清楚、層次清楚。結(jié)構(gòu)清楚、層次清楚是程序設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)。在設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制程序時(shí)，為使程序簡(jiǎn)潔，恰當(dāng)?shù)厥褂锰D(zhuǎn)、子程序、中斷等流程控制指令可優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，減少程序容量。(3)程序應(yīng)能正確、可靠地實(shí)現(xiàn)控制功能。正確、可靠地實(shí)現(xiàn)控制功能是對(duì)PLC程序最根本的要求。在正常情況下，程序能都保證系統(tǒng)正確運(yùn)行，單純做到這一點(diǎn)還不夠，在非正常情況下，程序要有應(yīng)變能力，仍然能夠保證系統(tǒng)正確運(yùn)行，或者根據(jù)對(duì)非正常情況的判斷，停止運(yùn)行，確保系統(tǒng)平安。3．5．1系統(tǒng)控制流程圖流程圖是對(duì)過(guò)程、算法、流程的一種圖像表示，在技術(shù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)控制等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。只要有過(guò)程，就有流程。過(guò)程是將一組輸入轉(zhuǎn)化為輸出的相互關(guān)聯(lián)的活動(dòng)，流程圖就是描述這個(gè)活動(dòng)的圖解。流程圖對(duì)于現(xiàn)有過(guò)程，設(shè)計(jì)新的過(guò)程改良原有過(guò)程具有積極的作用。流程圖是由一些圖框和流程線(xiàn)組成的，其中圖框表示各種操作的類(lèi)型，圖框中的文字和符號(hào)表示操作的內(nèi)容，流程線(xiàn)表示操作的先后次序。流程圖是揭示和掌握封閉系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀況的有效方式。作為診斷工具，它能夠輔助決策制定，讓管理者清楚地知道，問(wèn)題可能出在什么地方，從而確定出可供選擇的行動(dòng)方案。流程圖的主要結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)，分支結(jié)構(gòu)〔又稱(chēng)選擇結(jié)構(gòu)〕，循環(huán)結(jié)構(gòu)。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，做出系統(tǒng)控制流程圖如圖3.8。開(kāi)始否按啟動(dòng)按鈕是小車(chē)裝料否裝料滿(mǎn)15秒是小車(chē)右行否碰到行程開(kāi)關(guān)SQ3是小車(chē)減速右行否碰到行程開(kāi)關(guān)SQ4是小車(chē)卸料否卸料滿(mǎn)10秒是小車(chē)左行否碰到行程開(kāi)關(guān)SQ2是小車(chē)減速左行停止否碰到行程開(kāi)關(guān)SQ1是結(jié)束否是已按停止按鈕圖3.8系統(tǒng)控制流程圖3．5．2系統(tǒng)軟件源程序編寫(xiě)由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，編寫(xiě)梯形圖如圖3.9。圖3.9梯形圖3．5．3程序的下載安裝與調(diào)試將各個(gè)輸入和輸出端子和實(shí)際控制中的按鈕、所需控制設(shè)備正確連接，完成硬件的安裝。翻開(kāi)CX-Programmer編程軟件，翻開(kāi)運(yùn)料小車(chē)程序，即可在線(xiàn)調(diào)試，最終調(diào)試結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，如圖3.10。圖3.10程序調(diào)試4結(jié)論和工作總結(jié)運(yùn)用可編程控制器實(shí)現(xiàn)了運(yùn)料小車(chē)的自動(dòng)控制，避開(kāi)了以往繼電器接觸不良、開(kāi)關(guān)易損壞等缺點(diǎn)，可靠性和穩(wěn)定性都有所提高。在檢測(cè)小車(chē)是否到達(dá)?？奎c(diǎn)的時(shí)候，運(yùn)用了行程開(kāi)關(guān)，這樣的檢驗(yàn)系統(tǒng)讓小車(chē)的停靠位置更加準(zhǔn)確。在后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，該設(shè)計(jì)還可以聯(lián)網(wǎng)，讓多臺(tái)控制器組成局域網(wǎng)，構(gòu)成一套網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，便于通訊和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制操作。本文主要介紹了運(yùn)料小車(chē)的開(kāi)展過(guò)程及現(xiàn)代社會(huì)對(duì)運(yùn)料小車(chē)的功能要求，以及運(yùn)料小車(chē)以后的開(kāi)展趨勢(shì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的開(kāi)展，工業(yè)自動(dòng)化程度越來(lái)越高，運(yùn)料小車(chē)應(yīng)用前景可觀(guān)。本文解決了如下問(wèn)題：分析了控制系統(tǒng)的功能和工作原理；正確設(shè)計(jì)及連接了系統(tǒng)硬件電路；實(shí)現(xiàn)了實(shí)際生產(chǎn)工作的功能要求，小車(chē)能正確無(wú)誤地裝料、運(yùn)料和卸料；軟件編程調(diào)試方面，通過(guò)歐姆龍編程軟件已經(jīng)正確調(diào)試了設(shè)計(jì)程序，并在設(shè)計(jì)調(diào)試中收獲很多珍貴經(jīng)驗(yàn)。致謝本課題在選題及設(shè)計(jì)過(guò)程中得到李磊老師的悉心指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)的制作過(guò)程中，李老師屢次幫助我分析思路，開(kāi)拓視角，細(xì)心指出我設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和缺乏之處，并提出很多珍貴的指導(dǎo)意見(jiàn)。李老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，踏實(shí)堅(jiān)韌的工作精神，將使我受益很多。在此，謹(jǐn)向他致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。本設(shè)計(jì)的順利完成，離不開(kāi)各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。是各任課老師教會(huì)了我許多不懂