PLC运料小车课程设计.docx

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PLC运料小车课程设计

摘要

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，故障率高的缺点，且维护维修不易等缺点。

作为目前国内控制市场上的主流控制器，plc在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。

在国际上PLC迅速发展的形势下，我国多数PLC厂家还没有拥有自主知识产权，能够参与国际竞争的PLC产品，其中之一就是研发实力不够。

虽然资金投入、生产和质量管理等因素也占有非常大的比重，但对产品的质量起着决定性作用的是研发投入、研发成果产品化以及生产工艺等。

而技术则是贯穿着其中每一个环节，PLC核心技术的开发、产品的后续开发、生产工艺的技术水平是决定产品质量的前提，如何在技术上进一步增强自己的实力，将是国产品牌取得市场竞争优势的关键。

依据得到的样本分析，初步得出正在使用的众多PLC的品牌中，西门子、三菱及omron占据绝对的优势，60%左右的用户使用了这些品牌的PLC产品，而rockwell/ab、ge-fanuc和富士等品牌也占有相当的市场份额。

关键词：

运料小车;三菱PLC;线圈;行程开关

1概述

1.1PLC的基本概念

PLC[可编程控制器]是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部储存程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

1.2PLC的发展与应用

1.2.1PLC的发展历程

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易

1.2.2PLC的发展趋势

随着技术的进步和市场的需求，PLC总的发展趋势是向高速度、高性能、高集成度、小体积、大容量、信息化、标准化、软PLC标准化，以及与现场总线技术紧密结合等方向发展，主要体现在以下几个方面：

1加强PLC通信联网的信息处理能力

2开放性和标准化

3体积小型化、运算速度高速化

4软PLC的出现

1.3PLC基本结构

1电源

可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去

2中央处理单元（CPU）

中央处理单元（CPU）是可编程逻辑控制器的控制中枢。

它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

3存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

4输入输出接口电路

（1）现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

（2）现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

5功能模块

如计数、定位等功能模块。

6通信模块

1.4基本原理

当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

1输入采样阶段

在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

2用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。

即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

3输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。

1.5PLC功能特点

1可靠性高、抗干扰能力强

2控制系统结构简单、通用性强

3丰富的I/O接口模块

4编程简单、使用方便

5设计安装简单、维修方便

6体积小、重量轻、能耗低

2硬件设计

2.1控制要求

系统启动后，选择手动方式（按下微动按钮A4），通过ZL、XL、RX、LX四个开关的状态决定小车的运行方式。

装料开关ZL为ON，系统进入装料状态，灯S1亮，ZL为OFF，右行开关RX为ON，灯R1、R2、R3依次点亮，模拟小车右行，卸料开关XL为ON，小车进入卸料，XL为OFF，左行开关LX为ON，灯L1、L2、L3依次点亮，模拟小车左行。

拨动停止按钮后，再触动微动按钮A3，系统进入自动模式，即“装料->右行->卸料->装料->左行->卸料->装料”循环。

再次拨动停止按钮后，选择单周期方式（按下微动按钮A2），小车运行来回一次。

同理，选择单步方式（选择A1按钮），每按动一次A1，小车相应的运行一步。

运料小车实验面板图

图1.1运料小车实验面板图

表1.1输入输出接线列表

面板

SD

ST

ZL

XL

RX

LX

A1

A2

A3

PLC

I0.0

I1.2

I0.2

I1.3

I0.4

I0.5

I0.6

[0.7

I1.0

面板

A4

S1

S2

R1

R2

R3

L1

L2

L3

PLC

I1.1

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q0.7

2.2PLC的选择

2.2.1PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。

从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型，整体型PLC的I\O点数固定，因此用户的选择余地小，用于小型控制系。

模块型PLC提供多种I\O卡件或插卡，因此用户可以较合理地选择和配置控制系统的I\O点数扩展方便灵活一般用于大中型控制系统。

本课程设计选用西门子S7-200（CPU226）可编程控制器。

2.2.2电源的选择

PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VDC电源，于国内电网电压一致。

在重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。

如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。

为防止外部高压电源电网因操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。

2.2.3存储器的选择

由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I\O点至少选8K存储器选择。

需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。

2.2.4输入输出选择

输入输出模块的选择应考虑与应用要求统一，例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。

对输出模块，应考虑选用的输出模块的类型。

通常继电器输出模块具有价格低，使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁、电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。

输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求一致。

可根据应用要求，合理选择智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。

考虑是否需要扩展机架或远程I\O机架等。

2.3系统流程图

开始

N

Y

Y

N

Y

N

Y

N

Y

Y

N

Y

Y

图2.1系统流程图

2.4I/O分配表

表2.1I/O分配表

输入信号

输出信号

启动按钮SD

I0.0

装料接触器KM1

Q0.0

停止按钮ST

I1.2

卸料接触器KM2

Q0.1

运料按钮ZL

I0.2

接触器KM3

Q0.2

卸料按钮XL

I1.3

接触器KM4

Q0.3

右行按钮RX

I0.4

接触器KM5

Q0.4

左行按钮LX

I0.5

接触器KM6

Q0.5

单步方式A1

I0.6

接触器KM7

Q0.6

单周期方式A2

I0.7

接触器KM8

Q0.7

自动方式A3

I1.0

手动方式A4

I1.1

2.5I/O接线图

图2.2I/O接线图

3软件设计

4调试

4.1硬件调试

接通电源，检查可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。

4.2软件调试

按要求输入梯形图，转换成语句表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器RAM，进行下一步的调试。

4.3运行调试

在硬件与软件调试正确的基础上，打开可编程控制器的“RUN”开关进行调试，观察运行的情况是否正确，以确定PLC的控制系统设计符合要求。

4.3.1手动运行方式

按下I0.0启动系统；按下微动按钮A4（I1.1）选择手动方式；按下I0.2装料开关ZL为ON，系统进入装料状态，灯S1（Q0.0）亮，从A处装料；按I0.4右行开关RX为ON，灯R1、R2、R3（Q0.2、Q0.3、Q0.4）依次点亮，模拟小车右行；按下I1.3卸料开关XL为ON，小车进入卸料状态，灯S2（Q0.1）亮，在B处卸料；按下I0.2装料开关ZL为ON，系统进入装料状态，灯S1（Q0.0）亮，从B处装料；按I0.5左行开关LX为ON，灯L1、L2、L3（Q0.5、Q0.6、Q0.7）依次点亮，模拟小车左行；按下I1.3卸料开关XL为ON，小车进入卸料状态，灯S2（Q0.1）亮，在A处卸料。

4.3.2自动运行模式

拨动停止按钮I1.2后，再触动微动按钮A3，系统进入自动模式，即“装料—右行—卸料—装料—左行—卸料—装料”循环。

4.3.3单周期运行方式

再次拨动停止按钮I1.2后，选择单周期方式，按下微动按钮A2（I0.7），小车运行来回一次。

4.3.4单步运行方式

同理，选择单步方式,按下A1按钮（I0.6），每按动一次A1（I0.6），小车相应的运行一步。

5结束语

本次课程设我选择的题目是运料小车控制模拟。

通过这次课程设计我对可编程控制器原理及应用有了更深入的理解，锻炼了自己的动手能力和分析能力，同时我更加理解了PLC优越灵活的控制能力。

由于PLC在基于控制方面采用“梯形图”语言进行编程易于接受，这种梯形图与继电器控制电路相呼应，形式更加简练，直观性强。

在这次课程设计中，我学会了怎么去发现问题，解决问题。

遇到问题时和同组同学认真讨论，查找资料，积极询问老师，从中我学到了许多知识。

并且我更加清楚的知道了，很多设计理念来自于实际，需要根据设计要求灵活的去选择PLC型号和编程。

感谢我的指导老师，从一开始论文方向的选定，到最后的整篇论文的完成，都是非常耐心的对我进行指导。

给我提供建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改论文。

老师诲人不倦的工作作风，对工作的专业态度，使我受益匪浅。

在此，谨向导师致以崇高的敬意和我衷心的感谢！

6参考文献

[1]西门子S7系列可编程控制器应用技术（化工工业出版社）张万忠编

[2]电气控制与PLC应用技术（机械工业出版社）黄永红编

[3]PLC编程实用指南（机械工业出版社）宋伯生编

[4]SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册西门子公司

[5]电气控制技术（北京理工大学出版社）刘顺禧编

[6]S7-200编程及应用（机械工业出版社）廖常初编

附录

网络1

LDI0.0

OM30.0设置启动功能

ANM0.1当I0.0为高电平时完成小车启动功能

=M30.0

网络2

LDI1.1设置手动运行方式

OM20.0

LPS

AM30.0

=M20.0

LPP

RM20.1，3将M20.1,M20.2，M20.3复位

网络3

LDI1.0

OM20.1设置自动运行模式

LPS

AM30.0

=M20.1

LRD

RM20.0，1M20.0复位

LPP

RM20.2，2将M20.2,M20.3复位

网络4

LDI0.7

OM20.2设置单周期运行方式

LPS

AM30.0

=M20.0

LRD

RM20.0，2将M20.0，M20.1复位

LPP

RM20.3，1将M20.3复位

网络5

LDI0.6设置单步运行方式

OM20.3

LPS

AM30.0

=M20.3

LPP

RM20.0，3将M20.0，M20.1,M20.2复位

网络6

LDI0.6

AM20.3

AM30.0

LDC1

OC2小车装料

OC3

OC4

OC5

OC6

CTUC0，+1增计数指令，当前值为1时C0置位

网络7

LDI0.6

AM20.3

AM30.0

LDC2小车右行

OC3

OC4

OC5

OC6

CTUC1，+2增计数指令，当前值为2时C1置位

网络8

LDI0.6

AM20.3

AM30.0

LDC3小车卸料

OC4

OC5

OC6

CTUC2，+3增指令，当前值为3时C2置位

网络9

LDI0.6

AM20.3

AM30.0

LDC4

OC5

OC6

CTUC3，+4增计数指令，当前值为4时C3置位

网络10

LDI0.6

AM20.3

AM30.0

LDC5小车左行

OC6

CTUC4，+5增计数指令，当前值为5时C4置位

网络11

LDI0.6

AM20.3

AM30.0

LDC6

CTUC5，+6增计数指令，当前值为6时C5置位

网络12

LDI0.6

AM20.3小车停车

AM30.0

LDC6

CTUC6，+7增计数指令，当前值为7时C6置位

网络13

LDM20.1

OM20.2

AM30.0

ANM0.0

TONT38，+15定时指令，当前值为15时，T38置位

网络14

LDT38

=M0.0

网络15

LDM20.1

OM20.2

LPS

TONT40，30定时指令，当前值为30时，T40置位

LPS

ANT40

=M3.0

网络16

LDM3.0

OM3.2

=M10.0

网络17

LDM11.4

LPS

TONT42，+15定时指令，当前值为15时，T42置位

LPP

ANT42

=M3.2

网络18

LDM0.0

SHRBM10.0，M10.1，+12移位寄存器指令，最低位M10.1，长度为12

网络19

LDM20.0

AI0.2装料

0M10.2

OM10.6

OC0

OC3

ANQ0.1

=Q0.0灯Q0.0亮

网络20

LDM20.0

A1.3卸料

OM10.5

OM11.2

OC2

OC5

ANQ0.0

=Q0.1灯Q0.1亮

网络21

LDM10.2

OM2.0

=Q0.2

网络22

LDM10.3

OM2.1

=Q0.3

网络23

LDM10.4

OM2.2

=Q0.4

网络24

LDM10.7

OM2.3

=Q0.5

网络25

LDM11.0

OM2.4

=Q0.6

网络26

LDM11.1

OM2.5

=Q0.7

网络27

LDI0.4右行按钮；

OC1

SM2.0，1M2.0置1；

TONT50+10定时指令，当前值是10时，T50置位；

TONT51+20定时指令，当前值是20时，T51置位；

TONT52+30定时指令，当前值是30时，T51置位；

RM2.5，1M2.5置1；

网络28

LDT50

LPS

SM2.1，1M2.1置1；

RM2.0，1M2.0置0；

网络29

LDT51

LPS

SM2.2，1M2.2置1；

RM2.1，1M2.1置0；

网络30

LDT52

RM2.2，1M2.2置0；

网络31

LDI0.5左行按钮；

OC4

SM2.3,1M2.3置1；

TONT53+10定时指令，当前值是10时，T53置位；

TONT54+20

TONT55+30

RM2.2，1复位；

网络32

LDT53

LPS

SM2.4，1M2.4置1；

RM2.3，1M2.3置0；

网络33

LDT54

LPS

SM2.5，1M2.5置1；

RM2.4，1M2.4置0

网络34

LDT54

LPS

RM2.5，1

网络35

LDM20.2

AQ0.1

LDT60

CTUC10，+2増计指令，当前是+2时，C10置位；

网络36

LDC10

ANT60

TONT60，+20定时指令。

当前值为20时，T60置位

网络37

LDT60

RM20.1

网络38

LDM20.0

ED

OLD

LDM20.1

ED

OLD

LDM20.2

ED

OLD

LDM20.3

ED

RQ0.8复位指令，所以灯灭

网络39

LDM20.3

ED

RC0.7复位指令，将C0和C6复位

网络40

LDM20.0

ED

RT50，6定时指令，当前值为6时，T50复位

网络41

LDI1.2停止

LPS

=M0.1

LPP

LPS

RM10.1，12

LPP

RM2.0，6