基于plc的机械小车运料自动控制系统毕业设计Word下载.docx

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由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使得PLC的功能日益增强。

如PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，易于实现化的需要。

柔性制造系统。

远程通信功能的实现更使PLC如虎添翼。

目前，PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业。

PLC是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。

PLC通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号。

由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。

它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。

特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。

2进入21世纪，中国是一个发展中大国，要加快科学技术发展、缩小与发达国家的差距，仍需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有利条件。

我国企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得生产物的输送成为生产物流系统中的一个重要环节。

运料小车自动控制正是用来实现输送生产物的控制系统，随着PLC的发展，国外生产线上的运输控制系统非常广泛的采用该控制系统，而且有些制造厂还开发研制出了专用的逻辑处理控制芯片，我国的大部分工控企业的运料小车自动控制系统都是从国外引进的，成本高，为了满足现代化生产流通的需要，让PLC技术与自动化技术相结合，充分的利用到我国的工控企业生产线上，让该系统能够在各种环境下工作，可以达到成本低、维护方便、易控制，安全可靠，效率高等目的。

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。

例如：

整个运行过程中，运料小车的速度很难设定，如果太快，启动和制动时由于存在运料小车惯性难以控制的缺陷易造成物料的掉落、抛洒，这样就不能实现安全的启动停止。

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。

随着PLC的不断发展和革新，生产线的运输控制也得到了不断的改善和生产率的不断提高，运料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CPU结构，不断向高性能、高速度3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,运料小车在车间工作台或生产线之间自动往返装料卸料。

由于运料小车自动往返的实际意义,可实现运料小车的全自动控制，降低系统的运行费用。

1.21.2设计取得的成果设计取得的成果本文介绍了一种基于西门子S7-200PLC控制的自动控制运料小车系统设计方案。

将PLC运用到运料小车自动控制系统，可实现小车的全自动控制，降低系统的运行费用。

PLC运料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，可实现运料小车的相关运动，运料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。

本设计的控制系统是采用PLC的编程语言——梯形图，梯形图是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能、使用灵活的指令，使得逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制，定时、计数和算术等操作的指令，并采用模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。

422PLCPLC概述概述2.12.1PLCPLC的产生与定义的产生与定义2.1.12.1.1PLCPLC的产生的产生最初的电气自动控制装置是继电-接触器控制系统，它是一种以继电器、接触器、按钮、开关等为主要器件组成的逻辑控制系统，它具有结构简单、生产成本低、抗干扰能力强、故障检修直观方便、适用范围广的特点。

它不仅可以实现生产设备、生产过程的自动控制，而且还可以满足大容量、远距离、集中控制的要求。

因此，直至今日“继电-接触器控制系统”仍是工业自动控制领域最基本的控制系统之一。

但是，由于“继电-接触器控制系统”的控制元件均为独立元件，它决定了系统的“逻辑控制”与“顺序控制”功能只能通过控制元件间的不同连接实现，因此，不可避免地存在以下不足：

①通用性、灵活性差；

②运行费用高、噪声大；

③体积大，材料消耗多；

④功能局限性大；

⑤可靠性低，使用寿命短；

⑥不具备现代工业控制所需要的数据通信、网络控制功能。

为了解决“继电-接触器控制系统”存在的通用性、灵活性差、功能局限性大与通信、网络方面欠缺的问题。

1968年，美国最大的汽车制造商—通用汽车公司（GM公司）提出了一种新颖控制器的十大技术要求，并面向社会进行招标。

由此，PLC应运而生。

2.1.22.1.2PLCPLC的定义的定义1969年美国GOULD公司首先将PLC技术进行商品化并推向市场；

1971年，在引进美国技术后，日本研制出了自己的第一台PLC；

19735年德国SIEMENS公司研制出欧洲第一台PLC；

1974年，法国随之研制出了PLC。

到了20世纪70年代中期，PLC开始采用微处理器。

1980年，美国电气制造商协会（NationalElectronicManufactureAssciation,简称NEMA）将其可编程控制器进行如下定义：

可编程控制器（ProgranmmableLogicController,简称PLC）是一种带有指令存储器，数字或模拟输入/输出接口；

以位运算为主；

能完成逻辑、顺序、定时、计时和算术运算功能；

面向机器或生产过程的自动控制装置。

2.22.2PLCPLC的发展及趋势的发展及趋势PLC自从产生至今，虽然不到40年，但它具有使用灵活、编程方便、可靠性高、体积小、性能价格比高等优点，使其在机械、冶金、化工、轻工、纺织等部门得到广泛的应用。

同时，微电子技术、信息技术的高速发展，为PLC的发展提供了技术保证，从而使得PLC的结构、性能等都与传统意义上的PLC具有较大的区别。

PLC的发展过程可分为四个阶段。

（1）1970-1980年：

PLC的结构定型阶段。

在这一阶段，由于PLC诞生，各种类型的顺序控制器不断产生，但被迅速淘汰。

最终以微处理器为核心的现有PLC结构形式取得市场的认可，并迅速得到发展和推广。

本阶段为PLC原理、结构、软件、硬件趋向成熟的阶段，PLC的应用领域也开始向机床、生产线领域拓展。

（2）1980-1990年：

PLC普及及系列化阶段。

在这一阶段，PLC生产规模日益扩大、价格不断下降，PLC被迅速普及。

各PLC生产厂家产品的规格，并且形成了固定I/O点型、基本单元加扩展模块型、模块化结构型的基本结构模式。

6本阶段，SIEMENS公司以最早的S3系列PLC产品为主；

1978年后逐步被S5系列替代。

（3）1990-2000年：

PLC高性能及小型化阶段。

在这一阶段，随着微电子技术的发展，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度上升、位数不断增加，使得使用各种特殊控制的功能的模块不断开发，PLC由单一的顺序控制向现场控制发展。

本阶段，性能被提高的同时，PLC的体积被大幅度缩小，出现各种小型化、微型化PLC。

SIEMENS公司的PLC产品开始从S5系列向S7系列过渡，1995年后推出S7-200/300/400等小、中、大型PLC系列产品。

（4）2000年至今：

PLC功能开发与网络化阶段。

在本阶段，为了适应信息技术的发展与工业自动化的需要，PLC的各种功能不断开发和完善。

一方面，PLC在不断提高速度、位数的同时，开发了适用于过程控制、运动控制的特殊功能与模块，使得PLC的应用范围涉及工业自动化的全部领域。

与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程与通用输入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络系统，为工厂自动化奠定了基础。

本阶段，SIEMENS公司的PLC产品仍然以S7-200、S7-300、S7-400为主要产品，只是性能不断完善和提高，也陆续有新的CPU模块型号推出。

作为PLC发展趋势，仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高两个方面。

（1）体积的小型化电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。

与早期的PLC相比，现代的PLC的内部组成元件有很大的不同，PLC的体积被大7幅度缩小。

例如，SIEMENS公司的S5-115与S7-300PLC在宽度、高度、厚度都有缩小。

（2）性能的提高PLC的性能主要包括CPU性能和I/O性能。

随着微处理器性能的日益提高，PLC的CPU的基本性能得到同步发展，具体体现在运算速度、数据处理能力、存储容量等方面。

与S5系列相比，S7-300的运算速度提高16倍，基本存储容量提高12倍，最大存储容量更是提高近200倍，并且可以使用多种编程方式。

在I/O性能方面，最主要是体现在可通过PLC控制与连接特殊PLC模块与系统通信口上，反映了PLC的集中控制与网络连接能力。

网络连接能力是当代PLC的发展趋势，它是信息技术发展对自动化设备提出的新要求，是实现工厂自动化与进行现代化管理的需要，是计算机集成化制造的基础。

而被通过现场总线等形式可以进行现场间的通信与连接，以实现集中、统一控制与管理；

通过网络连接，可以工厂自动化与现代化管理奠定基础。

除此之外，可靠性的提高，价格的不断下降，使得PLC的性能价格比得到提高。

2.32.3PLCPLC的特点及其功能的特点及其功能2.3.12.3.1PLCPLC的基本特点的基本特点

（1）可靠性高PLC作为一种通用的工业控制器，它必须在各种不同的工业环境中正常工作。

对工作环境的要求较低，抗干扰能力强，平均无故障工作时间长，是PLC在各工业得到广泛应用的重要原因之一。

PLC的可靠性与硬件的设计制造以及软件设计密切相关。

8硬件设计PLC在硬件设计上采用了光电隔离、使用开关电源、选用高可靠性器件、有效的抗干扰与电磁屏蔽等措施来提高PLC的可靠性。

软件设计在软件设计上采用了特殊的“循环扫描”方式与专用的编程语言，并采用了系统程序与用户程序相对独立的软件结构。

（2）使用方便由于大多数PLC都采用了基本单元加扩展或模块化结构形式，因此，输入/输出信号的数量、形式、驱动能力等可以根据实际控制需要进行选择与确定且需要，时还可以随时更换或增减I/O模块；

PLC具有可以满足不同控制要求的特殊功能模块，使得使用灵活与多变；

可以通过个人计算机在现场随时对PLC程序进行调整与修改，还可以对系统的信号与工作状态进行动态监控，调整、维修方面等。

（3）功能完善，应用灵活。

（4）环境要求低，适应性强。

（5）体积小，重量轻，能耗低。

（6）维修工作量小，维修方便。

（7）系统的设计，安装，调试工作量少。

2.3.22.3.2PLCPLC的功能的功能

（1）基本控制功能。

它可以对开关量进行逻辑运算与处理，并实现定时、计数、代码转换、数据化比较等功能；

（2）特殊控制功能。

通过PLC的特殊功能模块，PLC可以用于温度、电压、速度、位置等控制的场合，对模拟量与数字量进行处理与控制。

（3）通信与网络功能，PLC可以与外围设备进行数据通信，并组成PLC网络系统与工厂自动化系统。

92.3.32.3.3PLCPLC与与DCSDCS、工业、工业PCPC自从微型计算机问世以来，工业控制一直是其重要的应用领域。

在工业控制上，除PLC之外，工业控制计算机（简称PC）与集散控制系统（简称DCS）也是其中代表性产品。

PLC与工业PC、DCS的主要区别为：

在硬件上，工业PC机采用了通用计算机的结构形式，具有兼容性强、通信方便的特点；

DCS注重于对模拟量的输入/输出的控制与回路调节功能的设计；

而PLC侧重于对开关量的逻辑控制。

在软件上，工业PC机可以使用多种应用程序，适应算法复杂，实时性强的控制要求；

DCS在模拟量处理与PID调节运算方面有其优势；

PLC采用面向基层应用人员的简单编程语言与特殊的程序执行方式（循环扫描），工业PC与DCS在编程方便、直观以及运行可靠性方面不及PLC。

2.42.4PLCPLC的基本组成及其各部分作用的基本组成及其各部分作用PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入接口电路、输出接口电路、通信接口、内部电源等部分组成。

PLC的软件主要是系统程序和应用程序。

PLC的系统程序一般由管理程序、指令译码程序、标准程序块三部分组成；

PLC的用户程序是指PLC的使用者根据各种控制要求与控制条件编制的PLC用户程序，常称为“用户程序”。

（1）中央处理器（CPU）PLC的CPU在系统程序的控制下工作，主要功能进行PLC的循环扫描处理，内容包括执行输入采样、执行PLC用户程序、内部诊断、通信处理和输出刷新五个方面。

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（2）存储器PLC内部所使用的存储器，按用途分为：

系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。

在S7-200中，系统存储器采用ROM单独存储。

用户存储器采用EEPROM，内部划分为“用户程序存储区域”、“参数存储区域”、“保持数据存储区域”三个区域。

“用户程序存储区”用于PLC用户程序；

“参数存储区”用于存储PLC硬件、软件配置参数；

“保持数据存储区”用于存储需要断电保持的部分数据存储器内容。

数据存储器在S7-200中称“数据存储区域”，采用动态RAM进行存储。

（3）输入接口电路输入接口的作用是完成外部信号到PLC内部信号的转换。

通常情况下，来自生产设备或控制现场的各种输入信号，通过输入接口电路可以讲开关量信号转换成PLC内控制所需要的、CPU能够直接处理的TTL电平，将模拟量信号转换成PLC内部所需要的数字量等。

输入接口电路一般由信号连接器件（如接线端子、插头等）、输入电路（RC滤波器、限流电路、整流电路、稳压电路等）、信号隔离/电平转换电路（如光电耦合器件、模拟开关等）、输入信号寄存电路等环节组成。

（4）输出接口电路输出接口的主要作用是完成PLC内部信号到外部信号的转换。

通过输出接口电路，可以将CPU处理完成的逻辑运算结果转换到外部执行元件所需要的控制信号，将处理完成的数字量信号转换成外部控制、显示所需要的模拟量等。

输出接口电路一般由信号连接器件（如接线端子、插头等）、输出驱动电路（如中间继电器、大功率晶体管、双向晶体管等）、信号隔离/电平转换电路（如光电耦合器件、模拟开关等）、输出信号寄存电路等11环节组成。

（5）通信接口通信接口的主要作用是实现PLC与外部设备之间的数据交换。

最基本的通信接口有RS-232、RS-422、RS-485等标准的串行接口。

（6）内部电源PLC的外部输入电源有交流输入和直流输入两种。

由于PLC内部一般采用开关电源，因此大部分PLC对输入电压的要求不高，交流输入时，一般为单相AC85-260V,50/60HZ；

直流输入时要求DC15.6-31.3V,但部分PLC对“纹波”有一定的要求。

PLC内部电源的作用主要是提供PLC内部的TTL集成运算放大器等组件的工作电源，因此，需要将外部输入转换为DC5V、DC24V等不同的电压。

2.52.5PLCPLC的工作原理的工作原理在PLC电路中，PLC可以分为输入电路、内部控制、输出电路三部分。

其中输入电路代表了实际PLC的输入接口电路板、输入采样、输入缓冲等部分；

内部控制电路代