装卸料小车多方式运行的PLC控制系统设计.docx
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装卸料小车多方式运行的PLC控制系统设计
唐山工业职业技术学院
毕业设计(论文、创作)说明书
题目装卸料小车多方式运行的PLC控制系统设计
系别自动化工程系班级10电气12
姓名崔长远学号108993339
指导教师石连文
2013年04月20日
摘要……………………………………………………………………1
关键字…………………………………………………………………1
一、概述………………………………………………………………2
1.1控制系统在运输小车中的作用与地位…………………………2
1.2运料小车的发展概况……………………………………………2
1.3本课题研究的主要内容…………………………………………2
二、功能需求分析……………………………………………………2
2.1控制系统介绍……………………………………………………2
2.2可编程控制器PLC的特点………………………………………3
2.3运输小车系统方案的选择………………………………………4
2.4运料小车控制系统的控制内容与要求…………………………4
2.5方案论证…………………………………………………………5
三、具体设计…………………………………………………………6
3.1PLC的选择和程序设计…………………………………………6
3.2系统变量定义及分配表…………………………………………6
3.3控制系统程序设计………………………………………………7
3.4系统接线图设计…………………………………………………7
3.5系统调试及结果分析……………………………………………15
四、总结………………………………………………………………16
参考文献………………………………………………………………17
装卸料小车多方式运行的PLC控制系统设计
10电气12崔长远
摘要
早期运料小车电气控制系统多为继电器—接触器组成的复杂系统,这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷,无数据处理和通信功能,必须有专人负责操作,将PLC应用到运料小车电气控制系统,可实现运料小车的自动化控制,降低系统的运行费用,PLC运料小车电气控制系统具有连线简单,控制速度快,可靠性和可维护性好,易于安装、维修和改造等优点。
随着经济的发展,运料小车不断扩大到各个领域,从手动到自动,逐渐形成了机械化、自动化。
将PLC应用到运料小车电气控制系统,可实现运料小车的自动化控制,降低系统的运行费用。
通信和数据连接功能选项使得PLC在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。
本课题主要包括:
分析被控对象和明确系统控制要求、PLC选型、确定系统的I/O设备的数量及种类、控制流程设计、控制程序设计。
PLC在运料小车控制系统中的应用,已经在国内外工程、工厂中得到实际应用,具有巨大的经济和社会价值,其智能化和自动化的思路值得以后继续深入研究和推广。
关键词:
PLC运料小车控制系统I/O点
一、概述
1.1控制系统在运输小车中的作用与地位
在现代化工业生产中,为了提高劳动生产率,降低成本,减轻工人的劳动负担,要求整个工艺生产过程全盘自动化,这就离不开控制系统。
控制系统是整个生产线的灵魂,对整个生产线起着指挥的作用。
一旦控制系统出现故障,轻者影响生产线的继续进行,重者甚至发生人身安全事故,这样将给企业造成重大损失。
运输小车是基于PLC控制系统来设计的,控制系统的每一步动作都直接作用于运输小车的运行,因此,运输小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。
运输小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。
1.2运料小车的发展概况
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,运料小车控制经历了以下几个阶段:
(1)手动控制:
在20世纪60年代末70年代初期,便有一些工业生产采用PLC来实现运料小车的控制,但是由于当时的技术还不够成熟,只能够用手动的方式来控制机器,而且早期运料小车控制系统多为继电器一接触器组成的复杂系统,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:
在20世纪80年代,由于计算机的价格下降,这时的大型工控企业将PLC充分的与计算机相结合,通过机器人技术,自动化设备终于实现了PLC在运料小车控制系统在自动方面的应用。
(3)全自动控制:
现阶段,由于PLC技术的向高性能高速度、大容量发展大型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。
将PLC运用到运料小车控制系统,可实现运料小车的全自动控制,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。
1.3本课题研究的主要内容
通过PLC控制运料小车在工作台上各呼叫站间运动,以达到生产实际之用。
分析被控对象和明确系统控制要求;PLC选型;确定系统的I/O设备的数量及种类;控制流程设计;控制程序设计。
二、功能需求分析
2.1控制系统介绍
本控制系统主要是用于控制运输小车的自动运输。
它既能减轻人的劳动强度又能自动准
确到达人不能达到或很难到达的预定位置。
确定输入、输出电器。
每个工位应设置一个限位开关和一个呼车按钮,系统要有用于启动SB1和停止SB2的按钮,这些是PLC的输入元件(I2.0,I2.1);小车要用一台电动机拖动,电动机正转时小车驶向高位,反转时小车驶向低位,电动机正转反转各需要一个接触器,是PLC的执行元件。
另外各工位还要有指示灯作呼车显示。
因为小车到达每个工位要停止,所以每个工位要装有限位开关,当小车到达各个工位碰撞限位开关,限位开关给PLC一个信号使电机停止转动,小车失去动力停在这个呼车工位。
电动机和指示灯是PLC的控制对象。
各工位的限位开关和呼车按钮的布置如图1-1所示,
图1-1各工位的限位开关和呼车按钮的布置
图中ST和SB的编号也是各工位的编号。
ST为滚轮式,可自动复位。
用PLC对运输小车实现控制,其具体要求如下:
(1)PLC得电后,车停在1到8某个加工点(称为工位),若没有用车呼叫(称为呼车)时,则呼车指示灯亮,表示1到8各工位可以呼车。
(2)若某工位呼车(按本位的呼车按钮)时,则呼车指示灯熄灭,表示此后呼车无效。
(3)系统停止时,呼车无效。
系统启动后,当呼车位号大于停车位号时,小车自动向高位行驶;当呼车位号小于停车位号时,小车自动向低位行驶;当小车到达呼车位时,自动停车。
(4)在小车到达呼车位的30s时间内(仅供本车位使用),呼车操作无效。
只有当30s延时时间到以后,小车才能重新响应呼车信号。
(5)临时停电后再复电,小车不会自行起动。
2.2可编程控制器PLC的特点
可编程控制器PLC对用户来说,是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺。
目前,可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到了广泛的推广应用。
可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机,具有可靠性高,抗干扰能力强、配套齐全,功能完善,适用性强、易学易用、系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造、体积小,重量轻,能耗低
2.3小车运输系统方案的选择
实现小车运输系统控制有很多方法来实现,可以用单片机、可编程控制器PLC等元器件来实现。
但在单片机控制系统电路中需要加入A/D,D/A转换器,线路复杂,还要分配大量的中断口地址。
而且单片机控制电路易受外界环境的干扰,也具有不稳定性。
另外控制程序需要具有一定编程能力的人才能编译出,在维修时也需要高技术的人员才能修复,所以在此也不易用单片机来实现。
而从PLC的特点了解可知,PLC具有很多优点,因此我们归纳出:
可编程控制器PLC具有很高的可靠性,通常的平均无故障时间都在30万小时以上;安装,操作和维护也较容易;编程简单,PLC的基本指令不多,编程器使用比较方便,程序设计和产品调试周期短,具有很好的经济效益。
此外PLC内部定时、计数资源丰富,可以方便地实现对运输小车的控制。
因此,最终我选择了用可编程控制器PLC来实现运输小车系统的控制,完成本次的设计题目。
2.4运料小车控制系统的控制内容与要求
2.4.1运料小车的运动流程
某自动生产线上运料小车的运动如图1-1所示:
运料小车由一台三相异步电动机拖动,电机正转,小车向高位行,电机反转,小车向低位行。
电动机正反转主电路图如图3-2所示:
图3-2三相异步电动机正反转主电路图
在生产线上有8个编号为l~8的站点供小车停靠,在每一个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。
对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外,还设有8个呼叫按钮开关(SB1~SB8)分别与8个停靠站点相对应。
2.4.2设备控制要求
运料小车在自动化生产线上运动的控制要求如下:
(1)按下启动按钮,系统等待30秒开始工作,按下停止按钮,系统停止工作;
(2)若某工位呼车(按本位的呼车按钮)时,则呼车指示灯熄灭,表示此后呼车无效。
(3)系统停止时,呼车无效。
系统启动后,当呼车位号大于停车位号时,小车自动向高位行驶;当呼车位号小于停车位号时,小车自动向低位行驶;当小车到达呼车位时,自动停车。
(4)在小车到达呼车位的30s时间内(仅供本车位使用),呼车操作无效。
只有当30s延时时间到以后,小车才能重新响应呼车信号。
(5)临时停电后再复电,小车不会自行起动。
2.5方案论证
早期运输小车电气控制系统多为继电器-接触器组成的复杂系统,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。
后来,单片机应用到运料小车控制系统中。
单片机有优异的性能价格比、集成度高、体积小、有很高的可靠性、控制功能强、低功耗、低电压,便于生产便携式产品,外部总线增加了IC及SPI,单片机的系统扩展和系统配置较典型、规范,容易构成各种规模的应用系统。
单片机编程方法复杂,不容易上手,使用于简单应用。
将PLC应用到运料小车电气控制系统,可实现运料小车的自动化控制,降低系统的运行费用。
PLC运料小车电气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,安装、维修和改造方便等优点。
运料小车控制系统的控制系统构成图如3-3所示:
图3-3运料小车控制系统图
三、具体设计
3.1PLC的选型和程序设计
在PLC日益成为工厂自动化基本技术平台的时代,如何选用一部适合的PLC即满足技术要求,又能实现经济效益,是一项重要课题。
PLC本身强调的特色为:
体积小、功能强、操作简便、程序设计简易、模块扩充性好、通信方便等,针对上述要求选择PLC控制系统。
西门子公司的S7-200系列PLC以其功能强、功能强大、性价比高等特点受到广泛青睐。
因为该设计需要18个输入和11个输出故需要CPU有至少18个数字量输入PLC,故满足这一技术要求的S7-200系列PLC的CPU类型有224、224XP、226等。
PLC的选型不但要满足技术要求,还要考虑到经济性,因此这里选用S7-200系列的226PLC。
3.1.1S7-200CPU226简介
CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。
可连接7个扩展模块,最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。
16K字节程序和数据存储空间。
6个独
立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器。
1个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
I/O端子可很容易地整体拆卸。
是具有较强控制能力的控制器。
3.2系统变量定义及分配表
根据控制要求,PLC控制运输小车的
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