基于plc的生产流水线小车的控制系统毕业设计副本管理资料.docx

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基于plc的生产流水线小车的控制系统毕业设计副本管理资料

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《电气控制与PLC》

课程设计

课题：

生产流水线小车的PLC控制装置设计

班级自动化082

学号：

01

姓名：

徐正

指导老师：

程明伟

二零一一年六月十二日

课程设计任务书

学生姓名

徐正

专业班级

自动化082

学　　号

01

课题名称

生产流水线小车的PLC控制装置设计

指导教师及职称

程明伟

一、课题介绍

1、目的

（1）通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充相关课程方面的基本知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。

（2）通过课程设计，让学生独立完成一项PLC应用系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的

（3）通过课程设计，让学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。

2、任务

设计某生产流水线小车的PLC控制系统。

（1）基本情况

某生产流水线小车由1台Y系列三相异步电动机驱动，、380V、，不频繁起动。

该电动机正转时，使小车前进；反转时，使小车回退。

（2）控制要求

某生产线要求一小车执行以下控制：

初始状态下，小车停在行程开关ST1的位置，且行程开关被压合。

第一次按下按钮SB1后，小车前进至行程开关ST2处停止，5min后退回到行程开关ST1处停止。

第二次按下按钮SB1后，小车前进到行程开关ST3处停止，8min后退回到行程开关ST1处停止。

第三次按下按钮SB1后，小车前进到行程开关ST4处停止，10min后退回到行程开关ST1处停止。

第四次按下按钮SB1后，小车前进到行程开关ST5处停止，6min后退回到行程开关ST1处停止。

再按下按钮SB1，重复以上过程。

生产流水线小车运动示意图如下图所示。

前进

后退

ST1

ST2

ST3

ST4

ST5

二、主要设计内容及设计要求

1、设计内容

1）熟悉题目、收集资料。

学生按教师下达的具体题目，充分了解技术要求，明确设计任务，收集相关资料，为设计工作做准备。

2）总体设计。

正确选定系统方案，认真画出系统总体结构框图

3）软件设计（程序设计）。

正确选择PLC型号，根据控制要求确定I/O分配图（分配表），画出系统工作流程图，设计程序（包括SFC图、梯形图、指令表等）及编写程序说明，给出编程元件明细表等。

4）硬件设计（电气设计）。

画出电气原理图（含PLC外部接线图）、电气原理图的简要分析，画出元件布置图、接线图、电气互连图，选择电气元件、确定电气元件明细表，控制面板（操作屏柜）设计及操作说明等。

5）系统调试

6）整理编写毕业设计说明书

2、设计要求

根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：

（1）要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现；

（2）要能完全满足控制要求；

（3）要按照电气设计惯例，提供短路、过载、联锁等故障保护措施；

（4）本次设计的控制装置应由操作屏、电气控制箱（柜）等部分组成，要尽量与生产设备进行一体化安装，具体安装尺寸另行商定；

（5）操作屏上要有完整的信号指示（含电源、启动、停止、故障等指示）；

因本次设计时间紧，程序设计及调试部分、电气设计部分要求做到具体到位，柜屏设计部分不作要求。

一：

前言………………………………………………………………………5

二：

摘要………………………………………………………………………7

三：

已知情况、控制要求、设计要求

…………………………………………………………………8

…………………………………………………………………8

…………………………………………………………………8

四：

设计思路

……………………………………………………………9

……………………………………………………………………9

、接线、联合测试………………………………………………………9

…………………………………………………………………9

五：

程序设计及调试

“I/O为分配”………………………………………9

“信息流向”……………………………………………………10

…………………………………………………………10

、程序工作过程简析及编程元件明细表……………………11

六：

电气设计

（含PLC外部接线原理图）…………………………17

、接线图、互连图…………………………………19

，确定“电气元件明细表”…………………………20

七：

安装、接线、及系统联合测试

八：

后期工作

……………………………………………………22

………………………………………………22

（课程）设计说明书………………………………………23

九：

尚存在的问题及方案建议

…………………………………………………………23

……………………………………………………23

参考文献及资料…………………………………………………………24

课程设计总结……………………………………………………………25

感谢………………………………………………………………………26

前言

PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:

一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

PLC的特点

　，抗干扰能力强

　　高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

　　，功能完善，适用性强

　　PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

　　，深受工程技术人员欢迎

　　PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

　、建造工作量小，维护方便，容易改造

　　PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

　　，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

　PLC基础知识

1.PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

PLC的应用领域

　　目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

　　这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

　　在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

　　PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

　　过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

　　现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

摘要

目前，在自动化领域主要的控制方式有继电器控制、微机控制和PLC控制三种。

由于PLC控制系统与继电器控制系统及微机控制系统相比，具有设计、安装、接线、调试工作量小，研制周期短，可靠性高，抗干扰能力强，鼓掌率低，对工作黄鲸要求低，维护方便等一系列优点。

而继电器控制系统因技术性能差，功能单一，在机械控制系统中已很少使用。

微机控制系统因抗干扰能力较差，对工作黄鲸要求较高，设计研制周期较PLC控制系统长，因此，在自动控制领域的应用呈逐降的趋势。

在基于PLC的送料小车控制系统设计中，设计了基于PLC的送料小车控制系统总体方案，给出了软、硬件设计与实现方案。

在电动机电器控制线路的设计部分，阐了电动机主电路以及辅助电路的实际过程，给出了这些电路的电器元件选择结果。

在PLC控制的设计部分中，阐述了PLCI/0接线图的设计过程，给出了PLC及其输入/输出元件的选择结果，详细的阐述了PLC用户程序的设计过程，其中包括对公用程序、手动程序、自动程序、信号显示与鼓掌报警程序的设计过程的阐述。

生产流水线小车PLC-控制装置的设计

一：

已知情况、控制要求、设计要求

前进

后退

SQ0（（

SQ1

SQ2

SQ3

图1-1“某生产流水线小车”工作过程示意图

：

已知情况

某生产流水线小车由1台Y系列三相异步电动机驱动，、380V、，不频繁起动。

该电动机正转时，使小车前进；反转时，使小车回退。

生产流水线小车主要工作过程（工作流程）如图1－1所示。

：

控制要求

起初：

小车[停在ST1处]

（1）●SB[第1次按下]→小车[前进至SQ1处]→SQ1[动作]→小车[停止]→延时3min→小车[返回ST1处]→ST0[动作]→小车[停止]；

（2）ST1[第2次按下]→小车[前进至ST3处]→ST3[动作]→小车[停止]→延时8min→小车[返回ST1处]→ST1[动作]→小车[停止]；

（3）ST1[第3次按下]→小车[前进至ST4处]→ST4[动作]→小车[停止]→延时10min→小车[返回ST1处]→ST1[动作]→小车[停止]。

（3）ST1[第3次按下]→小车[前进至ST5处]→ST5[动作]→小车[停止]→延时6min→小车[返回ST1处]→ST1[动作]→小车[停止]。

（5）●ST1[再次按下]→重复以上过程。

：

设计要求

根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：

（1）要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现；

（2）要能完全满足控制要求；

（3）要按照电气设计惯例，提供短路、过载、联锁等故障保护措施；

（4）本次设计的控制装置应由操作屏、电气控制箱（柜）等部分组成，要尽量与生产设备进行一体化安装，具体安装尺寸另行商定；

（5）操作屏上要有完整的信号指示（含电源、启动、停止、故障等指示）；

因本次设计时间紧，程序设计及调试部分、电气设计部分要求做到具体到位，柜屏设计部分不作要求。

四：

总体设计思路

根据情况、控制要求、设计要求，该小车送料PLC控制装置的设计思路可划分为以下5个，依序进行各部分的设计任务分配如下：

：

程序设计及调试

拟采用切换编程法来完成程序的设计，并在实验室环境中进行模拟调试；

：

电气设计

完成电气路原理图、元件位置图、接线图、元件明细表的设计；

：

安装、接线、联合测试

完成电气元件的安装、接线，并对程序与线路进行联合测试；

：

工作

说明操作过程、拟定常见故障排除方案、编写设计说明书等。

下面按这个总体设计思路的任务安排逐步展开。

五：

程序设计及调试

：

PLC的“I/O为分配”

I/O分配情况如图1－2所示。

原位、1号位、2号位、3号位、4号未、点动/自动、送料、点进、点退分别接至PLC－X0、X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8端；PLC－Y1、Y2控制输出，分别接到接触器的KM1、KM2控制电动机的正反转，PLC—Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8、Y9、为指示输出，Y3~Y9分别接到七段数码管的A、B、C、D、E、F、G端。

ST1

ST2

ST3

ST4

SA4

SB5

SB6

SB7

X0原位

X11号位

X22号位

X33号位

X4点动/自动

/

/

X5送料

X6点进

X7点退

限

位

开

关

Y1

Y2

KM1前行

KM2回退

Y9

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

Y8

D2COM

ST5

X84号位

图1－2PLC送料小车I/O分配图

：

明确“信息流向”

由M8002开机脉冲使M0置1而“初入步0”，小车停止原位；初始程序完成后，进入切换程序；通过X4（SA4按钮）选择手动/自动方式，该程序在由自动切换到点动方式时，需要等到小车返回到原位才能进行，避免了由于切换带来的错误动作或其他事故。

在自动方式下，小车首先要在原位（装料），然后按下送料钮X5，并根据D0的值判断小车需要送到1#位（D=0）、2#位（D=1）、3#位（D=2）、3#位（D=3）中哪号位，将料自动送到需要的位置。

D=0时，送1#位；送达1#位，数码管变为1；

D=1时，送2#位；送达2#位，数码管变为2；

D=2时，送3#位；送达3#位，数码管变为3；

D=3时，送4#位；送达4#位，数码管变为4；

小车从4#位还回到原位之后，D0变为0，自动开始新一轮的“送料”循环。

：

SFC顺序功能图

根据已知情况、控制要求及I/O分配图采用“切换编程法”，试探设计出“PLC-小车送料”的SFC顺序功能图。

图1－3切换程序-SFC顺序功能图

：

梯形图、程序工作过程简析及编程元件明细表

（1）：

程序组成

PLC-送料小车的控制程序组成如图1－4所示。

由程序初始程序与主体程序组成，其中主体程序包括切换程序，工位号传送及定时程序、动作程序、信号指示等。

其中，初始程序、切换程序是关键，传送及定时程序为切换程序提供切的条件。

图1－4送料小车—程序组成

（2）：

初始程序

PLC-送料小车的初始程序的梯形图如图1－（X0接通），M8044[才为1态]，设定原点条件成立；由M8002开机脉冲使M0置1从而“初入步0”。

图1－5初始程序—梯形图

（3）切换程序①

切换程序②

图1－6切换程序—梯形图

（4）工位号传送及定时程序—梯形图

PLC—送料小车的工位号传送及定时程序的梯形图如图1－7所示，当D0大于等于3时其值自动清零，表示小车已从3号位返回，将重新前往1号位送料。

1号位、2号位﹑3号位﹑4号位与数码管的值0、1、2﹑3对应，分别停车5min、8min、10min、6min。

图1－7工位号传送及定时程序—梯形图

（5）动作程序（含自动、点动）

PLC—送料小车的动作程序（含自动、点动）的梯形图如图1－8所示，该程序以电机正反转控制为基础；其中，X6与X7分别点动控制小车的前进与后退；X0与X3分别是后退与前进的限位点，避免点进、点退失控。

对于小车来说，某一时刻只能是前进与后退中的一种状态，故需要对Y1与Y2进行互锁。

图1－8输出动作程序动作程序（自动、点动）—梯形图

（6）信号程序—梯形图

PLC—送料小车的信号程序梯形图如上图1－9所示，该程序利用触点比较型指令实现应送料的工位号的显示，以提醒操作人员。

图1－9信号程序梯形图

该PLC-送料小车程序的工作过程，综合以上格梯形图，采用链图格式，简要分析如下：

Ⅰ、采样：

由M8002开机脉冲使M0置1而“初入步0”，

Ⅱ、运算：

扫描“原点梯级”:

X0[接通]→M8004[接通]；

扫描“切换梯级”：

X4{接通}→X5[接通]开始送料；

扫描“动作梯级”：

Y1[接通]→KM1[导通]电动机正转→X1[导通]→KM1[断开]电动机停止转动

扫描“信号梯级”：

[MOVK1D10]→数码管显示由0变为1；

扫描“定时梯级”：

T1开始计时，6min分钟后T1[导通];

扫描“其余梯级”：

分析略。

Ⅲ、刷新：

M0启[开始]：

Y1、Y2[导通]→KM1[导通]、KM2[断开]；

M0启数码管指示[开始]：

Y7、Y8[导通]→数码管显示为1；

结论：

本程序能满足控制要求，并能达到设计要求的有关规定。

表1－1编程元件明细表

编程元件编号

功能

参数及附注

输入继电器

X0

原点

X1

1号位

X2

2号位

X3

3号位

X8

4号位

X4

点动\自动

X5

送料

X6

点进

X7

点退

中间继电器

M0、M10、M11、M12、

M13、M21、M22、M23、M31、M32、M33、M41、M42

在梯形图中起中间变量的作用

主要用于完成不能直接实现的功能、或比较复杂的功能

特殊继

电器

M8002

开机脉冲

M8044

原点条件

触点比较

型指令

D0>＝3

大于或等于3时导通

D0=0

等于0时导能

D0=1

等于1时导通

D0=2

等于2时导通

D0=3

等于3时导通

输出继电器

Y1

控制KM1

小车前进

Y2

控制KM2

小车后退

Y3～Y9

七段数码管显示

显示数字0～3

时间继电器

T1

定时

5min

T2

定时

8min

T3

定时

10min

T4

定时

6min

序

号

切换

条件

小车运

动情况

KM1

KM2

数

码管

结

论

0

设备送电之后

停止

0

0

0

通过

1

SB5[按下，松开]

前进

1

0

1

通过

2

到达1号位

停止

0

0

1

通过

3

T1[5min到，1态]

后退

0

1

1

通过

4

SQ0动作

停止

0

0

0

通过

5

SB5[按下，松开]

前进

1

0

2

通过

6

到达2号位

停止

0

0

2

通过

7

T2[8min到，1态]

后退

0

1

2

通过

8

SQ0动作

停止

0

0

0

通过

10

SB5[按下，松开]

前进

1

0

3

通过

11

到达3号位

停止

0

0

3

通过

12

T3[10min到，1态]

后退

0

1

3

通过

13

SQ0动作

停止

0

0

0

通过

14

SB8[按下，松开]

前进

1

0

2

通过

15

到达4号位

停止

0

0

0

通过

16

T3[6min到，1态]

后退

0

1

3

通过

程序调试说明：

程序调试时采用实验室现有三菱FX2N-48MR型号的PLC为替代品，

参照I/O分配图，对I/O信号进行模拟接线，接触器用继电器替代，未接入电动机；

因为程序调试只与PLC的I/O信号相关。

异常情况：

无

程序调试结论：

本程序在实验室用FX2N-48MR（与EC-8M8R相容）进行模拟调试，

各工作步工作情况符合控制要求及设计要求的相关规定，程序在模拟环境中调试通过。

调试：

丁涛指导老师：

余老师时间：

2009年11月6日

在计算机上启动FXGP或GX编程软件，将小车送料梯形图程序，录入到计算机；并以自己姓名为名，将该程序保存于D盘之上，以备后用。

该程序在“实验室模拟环境”中的调试按照表1-2的安排进行，如调试出现“逻辑性错误”，则需要重新修改程序。

表1－2“PLC—送料小车”程序在模拟环境

中的调试顺序安排、调试记录及调试结论

六：

电气设计

：

确定电气原理图（含PLC外部接线原理图）

根据图I/0分配图（1－2）、切换程序梯形图（1－6）、工位号传送及定时程序图（1－7）、输出动作程序图（1—8）、信号程序梯形图（1－9）、编程元件明

细表（1－1），科威EC-08M08R型PLC接线端子图，及设计要求的相关规定，对小车送料装置进行控制，参照设计惯例，最终设计出电气控制原理图如图（）。

小车送料电气原理图：

图1－10送料小车电气原理图

PLC-送料小车的电气控制的电气原理图如图（1－10）所示。

该电气原理图是在实训设备上完成设备接线，进行程序模拟调试的重要依据。

对该电气原理图的关键点分析如下：

①　整台设备采用自动空气开关QF作为总电源开关，拉闸之后，使设备与电源完全断开，确保不带点；对PLC未家装分电