基于PLC的台车呼叫控制设计.docx

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基于PLC的台车呼叫控制设计

学号：

1251401116

《电气控制与PLC应用》

课程设计

（2012级本科）

题目：

基于S7-200PLC的台车呼叫控制系统设计

系（部）院：

物理与机电工程学院

专业：

电气工程及其自动化

作者姓名：

李凤朋

指导教师：

关虎昌职称：

助教

完成日期：

2015年06月20日

1引言

随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。

电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。

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，重者甚至发生人生安全事故，这样将给企业造成重大损失。

台车呼叫控制系统是基于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台车的运行，其控制重点转向物资的控制和管理要求实时、协调和一体化，计算机之间、数据采集点之间、机械设备的控制器之间以及它们与计算机

之间的通信可以及时地汇总信息。

因此，台车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。

台车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。

它实现了全自动作业后，满足了人们速度、精度、高度、重量、重复存取和搬运等要求，使总体效益和生产的应变能力大大超过各部分独立效益的总和，自动化技术组建成为仓库自动化技术的核心，既可以节省开支，又减少了浪费，因此建立一个便捷、可行的台车呼叫控制系统是十分迫切和需要的。

本产品PLC实现自动化开支，解决了劳动强度大、经济效益差的问题。

一部电动运输车供8个加工点使用。

台车的控制要求如下：

PLC上电后，车停在某个工位，若无用车呼叫（下称呼车）时，则各工位的指示灯亮，表示各工位可以呼车。

工作人员按本工位的呼车按钮呼车时，各工位的指示灯均灭，此时别的工位呼车无效。

如停车工位呼车时，台车不动，呼车工位号大于停车位时，台车自动向高位行驶，当呼车位号小于停车位号时，台车自动向低位行驶，当台车到呼车工位时自动停车。

停车时间为30s供呼车工位使用，其他工位不能呼车。

从安全角度出发，停电再来电时，台车不会自行启动。

为了区别，工位依1～8编号各设一个限位开关。

2总体设计内容

2．1课程设计要求分析

（1）确定方案：

被空对象环境较差，系统工艺复杂，考虑用PLC控制系统。

控制很简单，可以考虑用继电器控制系统。

用PLC控制，首先要了解系统的工作过程及所有功能要求，从而分析被控对象的控制过程，输入/输出量是开关量还是模拟量，明确控制要求，绘制系统流程图。

（2）选择PLC的机型：

PLC的可靠性上是没有问题的，机型的选择主要是考虑功能上满足系统要求。

机型的选择依据：

控制对象的输入量，输出量工作电压输出功率现场对系统的响应速度要求控制室与现场的距离等。

（3）选择I/O设备，列出I/O地址分配表：

输入设备：

控制按钮、行程开关、接近开关等。

输出设备：

接触器、电磁阀、信号灯等。

确定输入/输出设备的型号和数量。

分配I/O地址时注意以下几点：

把所有按钮、行程开关等集中配置，按顺序分配I/O地址；每个I/O设备占用地址；同类型的I/O点应尽量安排在同一个区。

（4）设计电气线路图

（5）程序设计与调试

程序设计可以用经验设计或者功能表图设计法，或两者结合使用。

（6）总装调试：

接好硬件线路，把程序输入PLC中，联机调试

3系统总体方案设计

3.1系统硬件配置及组成原理

为了区别，工位依1～8编号并各设一个限位开关。

为了呼车，每个工位设一呼车按钮，系统设启动及停机按钮各1个，台车设正反转接触器各1个。

每工位设呼车指示灯各1个，但并联接于各个输出口上。

系统布置图如图3-1所示。

图3-1系统布置图

整个系统由电源控制电路、按键呼叫控制电路、工作指示灯显示电路、台车控制电路、可编程控制器PLC五部分组成。

由电源控制电路提供整个系统的能源，由可编程控制器PLC来读取按键的状态，再经过处理来控制工作指示灯和台车的运行状态。

如图3-2所示。

图3-2系统组成图

3.2系统变量定义及分配表

3.2.1系统变量定义

I为输入继电器，输入继电器位于PLC的输入过程映像寄存器区其外部有一对物理的输入端子与之对应，该触电用于接受并存储外部输入的开关信号（在此程序中限位开关、按钮），当外部的开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。

常开和常闭触点可以在编程中仍以使用，次数不收限制。

Q为输出继电器，输出继电器位于PLC的输出过程映像寄存器区其外部有一对物理的输出端子与之对应。

它的作用是具有一常开触点用于向外部负责发送信号，每一输出继电器的常开硬触点与可编程控制器的输出点相连直接驱动负载，它也提供了无数的常开和常闭触点用于编程。

在此程序中小车电动机的正转、反转和可呼车指示灯均由输出继电器控制。

M为通用继电器（或中间继电器），它位于PLC存储器的位存储区，它是由软件来实现的，用于状态暂存，移位辅助运算及赋予特殊功能的一类编程元件，其作用类似于继电接触控制系统中的中间继电器，它在PLC中没有外部的输入端子或输出端子与之对应，因此不收外部信号的直接控制其触点也不能直接驱动外部负载。

绝大多数的继电器线圈由用户程序驱动。

T为定时器，定时器是可编程控制器中的重要的编程软件，是累计时间增量的内部器件。

使用时要提前输入时间设定值，当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值按一定的时间单位从0开始增加，当定时器的当前值达到设定值则触点动作。

利用定时器的触点就可以完成所需要的定时控制任务。

在课程设计中用到了T37断开延时定时器（TOF）

3.2.2I/O分配

根据控制要求，系统的输入信号有：

启动信号、停止信号，1号位-8号位的限位开关ST1-ST8，1号位-8号位的呼叫开关SB1~SB8；系统的输出信号有：

前进控制电机接触器驱动信号、后退控制电机接触器驱动信号，可呼叫指示灯信号。

共需实际输入点数18个，输出点数4个。

系统的I/O分配表如表2-1所示：

表2-1系统I/O分配表

序号

元件

设备名

作用

1

I0.0

K1

启动按钮开关

2

I0.1

K2

停止按钮开关

3

I2.0

SB1

1号站呼叫按钮开关

4

I2.1

SB2

2号站呼叫按钮开关

5

I2.2

SB3

3号站呼叫按钮开关

6

I2.3

SB4

4号站呼叫按钮开关

7

I2.4

SB5

5号站呼叫按钮开关

8

I2.5

SB6

6号站呼叫按钮开关

9

I2.6

SB7

7号站呼叫按钮开关

10

I2.7

SB8

8号站呼叫按钮开关

11

I1.0

ST1

1号站限位开关

12

I1.1

ST2

2号站限位开关

13

I1.2

ST3

3号站限位开关

14

I1.3

ST4

4号站限位开关

15

I1.4

ST5

5号站限位开关

16

I1.5

ST6

6号站限位开关

17

I1.6

ST7

7号站限位开关

18

I1.7

ST8

8号站限位开关

序号

元件

设备名

作用

19

Q0.0

KM1

电动机正传继电器

20

Q0.1

KM2

电动机反转继电器

21

Q0.2

KM3

可呼车指示

22

Q0.3

KM4

指示灯

3.3系统接线图设计

选择S7-200CPU226基本单元（24入/16出）1台组成系统。

系统接线图如图3-3所示：

图3-3系统接线图

4控制系统设计

4.1控制程序流程图设计

流程图主要由过程动作、有向连线、转换条件组成。

过程与动作：

顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期分为若干个相连的阶段，这些阶段称为过程。

过程是根据输出量的状态变化来划分的，在任何一个过程之内，各输出量的ON/OFF状态不变。

但是相邻两过程输出量的状态是不同的。

过程的这种划分使代表各过程的编程元件的状态与各输出量之间的逻辑关系极为简单。

当系统正处于某一过程所在的阶段时，该过程处于活动状态，称该过程为“活动”过程。

程序流程图如图4-1所示：

图4-1程序流程图

4.2控制程序设计思路

如果小车先在高位（ST8）时，小车一次停止在ST8~ST1位置，梯形图中并联各低位开关I1.0~I1.6,当低位呼车时，由于给位置线圈对应的常开触点自锁，各低位呼车无效，再串联各呼车位的常闭先线圈，使其他位呼车无效，各低位的开关依次减少（越到低位呼车位依次减少），如果小车先在低位（ST1）时，也是按上述接梯形图。

按下I0.1台车在SB1处，按下I0.0，系统启动。

M0.0起互锁作用，M0.0得电，按下I2.7（呼车按钮ST8），小车向SB8驶去，同时I1.0到I1.6这7个限位开关互锁，其他呼车按钮失效，M1.0也起互锁作用，（下面的原理都是相同的。

）电动机正转，定时器开始计时，时间为30s，定时时间到T37断开，其他呼车按钮恢复作用，小车开始等待响应下一个呼车信号。

同理，电动机反转时，停车时间为30s，定时间时间到T37断开，其他呼车按钮恢复作用。

电动机既不正转也不反转，并且没用工位使用台车，那么Q0.3可呼车只是灯亮。

4.3主电路图

三相交流电源引入线采用L1、L2、L3标号，电源开关之后的三相交流电源主电路分别标U、V、W。

下图为本设计的主电路原理图，如图2所示。

该电路图有KM1和KM2两个接触器，通过分别PLC接通KM1和KM2来控制小车的正反转。

假设接通KM1为正转，接通KM2为反转。

如图所示4-2所示。

图4-2主电路图

5软件设计

5.1梯形图

5.1功能注释的源程序梯形图

5.2程序仿真

打开s7-200模拟器仿真软件。

装载导出的程序并运行程序。

仿真并观察仿真结果。

第一步：

启动。

按下I0.0。

第二步:

假设小车处在4号站台处，则I1.3按下。

且行程开关4处指示灯点亮，即Q1.4亮。

第三步：

若7号站台呼车。

1、按下I2.6。

2、Q0.0点亮，电动机正转。

3、30s后到达7号站台，Q0.0熄灭，电动机停止转动。

4、Q0.2点亮8个站台都可呼车。

5、Q0.3点亮呼车指示灯都点亮。

第四步：

小车停在7号站台，若2号站台呼车。

1、按下I2.1。

2、Q0.2、Q0.3熄灭，Q0.1点亮，电动机反转。

3、30s后到达2号站台，Q0.1熄灭，电动机停止转动。

4、Q0.2点亮8个站台都可呼车。

5、Q0.3点亮呼车指示灯都点亮。

5.2s7-200模拟器仿真软件图

6总结

通过三周的PLC设计实践，我对PLC的工作原理和使用方法有了刚深刻的理解。

在没有做实践设计以前，我们对知识的掌握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序用到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。

能够解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

本次课程设计后，我对PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，我也了解了关于PLC设计原理。

有很多设计理念来源于实际，从中找到最适合的设计方法。

在设计的过程中我们还得到了老师的帮助和意见，在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆，做事要学思结合。

7参考文献

【1】王永华现代电气控制及PLC应用，北京航空航天大学出版社，2007.6；

【2】张万钟、刘明芹电气与PLC控制技术，化学工业出版社，2009.6；

【3】程周可编程控制器原理与应用，高等教育出版社，2006.4；

【4】吴中俊、黄永红可编程控制器原理及应用，机械工业出版社，2008.8