1、廣西理工職業(yè)技術學院廣西理工職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）說明書畢業(yè)設計（論文）說明書題題 目：目：小車裝卸料運行 plc 控制系統(tǒng)設計 系系 別：別： 電氣工程系電氣工程系 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 10 機電三班機電三班 姓姓 名：名： 學學 號：號： 20102309 指導教師：指導教師： 二二 12 年年 07 月月 15 日日目錄目錄摘摘要要.2 21 1 緒論緒論.4 41.1 課題背景 .41.2 運料小車控制發(fā)展的歷程 .52 2 可編程控制器（可編程控制器（plcplc）概）概述述.6 62.1 plc 的定義 .62.2 plc 的發(fā)展 .62.3 plc 的特點 .62.4 p

2、lc 的構成 .72.5 plc 的應用領域 .103 3 plcplc 系統(tǒng)選系統(tǒng)選擇擇.11113.1 選型分析 .113.2 系統(tǒng)的安裝 .113.3 輸入/輸出模塊的選擇 .113.4 抗干擾措施 .124 4 運料小車運料小車系系統(tǒng)方統(tǒng)方案案的選擇的選擇.13134.1 可編程控制器 plc 的優(yōu)點.134.2 運料小車系統(tǒng)方案的確定.145 5 控制控制系系統(tǒng)設計統(tǒng)設計.15155.1 控制系統(tǒng)工作原理 .155.2 控制系統(tǒng)的框架 .175.3 控制系統(tǒng)硬件設計 .185.4 控制系統(tǒng)軟件設計.19總總 結結.2626致致 謝謝.2727參考文獻參考文獻.2828附錄附錄小車裝卸

3、料運行 plc 控制系統(tǒng)設計【摘要】早期運料小車電氣控制系統(tǒng)多為繼電器-接觸器組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責操作，將 plc 應用到運料小車電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用，plc 運料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，可靠性和可維護性好，易于安裝、維修和改造等優(yōu)點。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，運料小車不斷擴大到各個領域，從手動到自動，逐漸形成了機械化、自動化。將 plc 應用到運料小車電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用。它功能強大，可擴展到多達 128i/o 點，且能增加特殊

4、功能模塊或擴展板。通信和數(shù)據(jù)連接功能選項使得 fx1n 在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應用方面非常完美。本課題主要包括：分析被控對象和明確系統(tǒng)控制要求；選定 plc 類型，確定系統(tǒng) i/o 設備的數(shù)量及種類；控制流程設計；控制程序設計。 plc 在運料小車控制系統(tǒng)中的應用，已經(jīng)在國內外工程、工廠中得到實際應用，具有巨大的經(jīng)濟和社會價值，其智能化和自動化的思路值得以后繼續(xù)深入研究和推廣。【關鍵詞關鍵詞】 plc 運料小車 控制系統(tǒng)1 緒 論1.1 課題背景隨著我國社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人民物質文化生活水平日益提高，隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，為了改變落后的生產狀態(tài)，緩解

5、日趨緊張的供求關系，我們研究了多功能小車。新中國成立特別是改革開放以來，我國社會主義現(xiàn)代建設取得了舉世矚目的偉大成就，同時，必須清醒地看到，我國處于并將長期處于社會主義初級階段，全面建設小康社會，既面臨難得的歷史機遇，又面臨一系列嚴峻的挑戰(zhàn)，經(jīng)濟增長過度依賴能源、資源消耗，環(huán)境污染嚴重；經(jīng)濟結構不合理，農業(yè)基礎薄弱，高科技產業(yè)和現(xiàn)代服務發(fā)展滯后；自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè)核心競爭力不強，經(jīng)濟效益有待提高。在擴大勞動就業(yè)、理順分配關系、提供健康保障和確保國家安全等方面，有諸多困難和問題亟待解決。從國際上看，我國也將長期面臨發(fā)達國家在經(jīng)濟、科技等方面占有優(yōu)勢的巨大壓力。為了抓住機遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要

6、進行多方面努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體系改革，健全民主法制，加強社會管理等。與此同時，我們比以往任何時候都更加需要緊緊依靠科技進步和創(chuàng)新，帶動生產力質的飛躍，推動經(jīng)濟社會的全面、協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展。進入 21 世紀，我國作為一個發(fā)展中大國，加快科學技術發(fā)展、縮小與發(fā)達國家的差距，還需要較長時期的艱苦努力，同時也有著諸多有利條件，中華民族擁有5000 年的文明史，中華文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成獨特的創(chuàng)新文化，只要我們增強民族自信心，貫徹落實科學發(fā)展觀，深入實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，奮起直追、迎頭趕上，經(jīng)過 15 年乃至更長時間堅韌不拔的艱苦奮斗，就一定能夠創(chuàng)造出無愧于時代的輝煌科

7、技成就。科技工作的指導方針是：自主創(chuàng)新，重點跨越， ，支撐發(fā)展，引領未來，自主創(chuàng)新，就是從增強國家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收而創(chuàng)新。重點跨越，就是堅持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎和優(yōu)越、關系國計民生和國家安全的關鍵領域，集中力量、重點突破，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展，就是從現(xiàn)實的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關鍵、共性技術，支撐經(jīng)濟社會的持續(xù)協(xié)調發(fā)展。引領未來，就是著眼長遠，超前部署前沿技術和基礎研究，創(chuàng)造新的市場需求，培育新興產業(yè)，引領未來經(jīng)濟社會的發(fā)展。這一方針是我國半個多世紀科技發(fā)展實踐經(jīng)驗的概括總結，是面向未來、實現(xiàn)中華民族偉大復興的重要抉擇。要把提高自主創(chuàng)新能

8、力擺在全部科技工作的突出位置。在對為開放條件下推進社會主義現(xiàn)代化建設，必須認真學習和這充分借鑒人類一切優(yōu)秀文明成果。改革開放30 多年來，我國引進了大量技術和裝備，對提高產業(yè)技術水平、促進經(jīng)濟發(fā)展起到了重要作用。但是，必須清醒地看到，只引進而不注重技術的消化和再創(chuàng)新，勢必削弱自主研究開發(fā)的能力，拉大與世界先進水平的差距。總之，必須把提高自主創(chuàng)新能力作為國家戰(zhàn)略，貫徹到現(xiàn)代化建設的各個發(fā)面，貫徹到各個產業(yè)、行業(yè)和地區(qū)，大幅度提高國家競爭力。我國科學技術發(fā)展的總體目標是:自主創(chuàng)新能力顯著增強，科技促進經(jīng)濟社會發(fā)展和保障國家安全的能力顯著增強，為全面建設小康社會提供強有力的支撐；基礎科學和前沿技術研

9、究綜合實力顯著增強，取得一批在世界具有重大影響的科學技術成果，進入創(chuàng)新型國家行列，為在本世紀中葉成為世界科技強國奠定基礎，形成比較完善的中國特設國家創(chuàng)新體系。企業(yè)現(xiàn)代化規(guī)模的不斷擴大和深化，使得生產物的輸送成為生產物流系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，運料小車自動控制正是用來實現(xiàn)輸送生產物的控制系統(tǒng)，隨著 plc 的發(fā)展，國外生產線上的運輸控制系統(tǒng)非常廣泛的采用該控制系統(tǒng)，而且有些制造廠還開發(fā)研制出了專用的邏輯處理控制芯片，我國的大部分工控企業(yè)的運料小車自動控制系統(tǒng)都是從國外引進的，成本高，為了滿足現(xiàn)代生產流通的需要，讓 plc 技術與自動化技術相結合，充分的利用到我國的工控企業(yè)生產線上，讓該系統(tǒng)在各種環(huán)

10、境下都能夠工作，而且成本低，易控制，安全可靠，效率高。1.2 運料小車控制發(fā)展的歷程由于 plc 的不斷發(fā)展和革新，使得生產線的運輸控制也將得到不斷的改善和生產率的不斷提高，運料小車控制經(jīng)歷了以下幾個階段：（1） 手動控制：在 20 世紀 60 年代末 70 年代初期，便有一些工業(yè)生產采來實現(xiàn)運料小車的控制，但是由于當時的技術還不夠成熟，只能夠用手動方式來控制機器，而且早期運料小車控制系統(tǒng)多為繼電器與接觸器組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責操作。（2） 自動控制：在 20 世紀 80 年代，由于計算機的價格下降，這時的大型工控

11、企業(yè)將 plc 充分的與計算機相結合，通過機器人技術，自動化設備終于實現(xiàn)了 plc 載運料小車控制系統(tǒng)在自動方面的應用。 （3） 全自動控制：現(xiàn)階段，由于 plc 的技術向高性能、高速度、大容量方向發(fā)展,大型 plc 大多采用多 cpu 結構。將 plc 運用到運料小車控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的運行費用。plc 運料小車自動控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，維修和改造方便等優(yōu)點。2 可編程控制器（plc）概述2.1 plc 的定義國際電工委員會（international electrical committee-iec）,1987 年的第三版

12、對 plc 作了如下的定義:plc 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編程序的儲存器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器實際上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結構與一般微機控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異。可編程控制器主要由 cpu（中央處理單元） 、儲存器（ram和 eprom） 、輸入/輸出模塊（簡稱為 i/o 模塊） 、編程器和電源五大部分組成。近年來發(fā)展極為迅速、應用面極廣的工業(yè)控制裝置。它按照成熟而有效的繼電器控制概念和思想設計，利用不斷發(fā)

13、展的新技術、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產品。2.2 plc 的發(fā)展 1968 年美國 gm（通用汽車）公司提出取代繼電器控制轉置的要求，并公開招標提出十項標準：（1） 編程方便，現(xiàn)場可修改程序；（2） 維修方便，采用模塊化結構；（3） 可靠性高于繼電器控制裝置；（4） 體積小于繼電器控制裝置；（5） 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；（6） 成本可與繼電器控制裝置競爭；（7） 輸入可以是交流 115v；（8） 輸出為交流 115v，2a 以上，能直接驅動電磁閥，接觸器等；（9） 在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；（10）用戶程序存儲器容量至少能擴展到 4k。1969 年，美國數(shù)字公司（dec

14、）研制出了第一臺可編程序控制器，滿足了 gm 公司裝配線的要求。這種新型的工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長，很快在美國其他工業(yè)領域推廣使用。隨著集成電路技術和計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代 plc 產品。2.3 plc 的特點plc 之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點分不開的：（1）功能齊全，它的適用性極強，幾乎所有的控制要求，它均能滿足；（2）應用靈活，其標準的積木式硬件結構，以及模塊化的軟件設計，使得它不僅可以適應大小不同、功能繁瑣的控制要求，而且可以適應各種工藝流程變更較多的場合；（3）操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。盡管 plc 有各

15、種型號，但都可以適應惡劣的工業(yè)應用環(huán)境，耐熱、防潮、抗震等性能也很好，一般平均無故障率可達幾萬小時。2.4 plc 的構成2.4.12.4.1 plcplc 的基本組成的基本組成從結構上分，plc 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 plc 包括 cpu 板、i/o 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc 包括 cpu 模塊、i/o 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置如圖 2-2 所示。圖 2-2 plc 的組成框圖plc 是一種通用的工業(yè)控制轉置，其組成與一般的微機系統(tǒng)基本相同。按結構形式的不同，plc 可分為整體式

16、和組合式兩類。整體式 plc 是將中央處理單元（cpu） 、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構成主機。另外還有獨立的 i/o 擴展單元與主機配合使用。主機中，cpu 是 plc 的核心，i/o 單元是連接 cpu 與現(xiàn)場設備之間的接口電路，通信接口用于 plc 與編程器和上位機等外部設備的連接。組合式 plc 將 cpu 單元、輸入單元、輸出單元、智能 i/o 單元、通信單元等分別做成相應的電路板或模板，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有 cpu 單元的底板稱為 cpu 底板，其他稱為擴展底板。cpu 底板與擴展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過

17、 10m，無論哪種結構類型的 plc，都可以根據(jù)需要進行配置與組合。2.4.2 plc 系統(tǒng)的其他設備1 1）中央處理單元（cpu）cpu 在 plc 中的作用類似與人體的神經(jīng)中樞，它是 plc 的運算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務:（1）接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；（2）診斷電源、plc 內部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤；（3）用掃描的方式接收輸入信號，送入 plc 的數(shù)據(jù)寄存器保存起來；（4）plc 進入運行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作；（5）將用戶程序的執(zhí)行結果送至輸入端。現(xiàn)代 plc 使用的

18、 cpu 主要有以下幾種：（1）通用微處理器，如 8080,8088，z80a,8085 等。通用微處理器的價格便宜，通用性強，還可以借用微機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。 （2）位片式微處理器，如 amd2900 系列等。位片式微處理器是獨立于微型機的另一分支。它主要追求運算速度快，它以 4 位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意長的微處理器。改變微程序存儲器的內容，可以改變計算機的指令系統(tǒng)。位片式結構可以使用多個微處理器，將控制任務劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個位處理器同時進行處理。這種高運算速度與可以適應用戶需要的指令系統(tǒng)相結合，很適合于以順序掃描方式工作的 plc 使用。

19、2）存儲器根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下 3 種：（1）系統(tǒng)程序存儲器和各種計算機一樣，plc 也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序、它們決定了 plc 的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器 rom 或 eprom。（2）用戶程序存儲器用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調試，故用戶程序存儲器多為可隨時讀寫的 ram。由于 ram 掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用 ram 做用戶程序存儲器的 plc，都有后備電池（鏗電池）保護 ram，以免電

20、源掉電時，丟失用戶程序。當用戶程序調試修改完畢，不希望被隨意改動時，可將用戶程序寫入 eprom，目前較先進的 plc（如歐姆龍公司的 cpmia 型 plc）采用快閃存儲器做用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時讀寫，掉電時數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護。（3）工作數(shù)據(jù)存儲器工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分數(shù)據(jù)存儲在 ram 中，以適應隨機存取的要求。在 plc 的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映像寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映像寄存器用來存儲 plc 的開關量輸入/輸出和定時器、計數(shù)器、輔助繼電器等內部繼電器的 on/off 狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標準格式是每一個數(shù)據(jù)占一個字。它

21、存儲用戶程序執(zhí)行時的某些可變參數(shù)值，如定時器和計數(shù)器的當前值和設定值。它還用來存放 a/o 轉換得到的數(shù)字和數(shù)學運算的結果等。根據(jù)需要，部分數(shù)據(jù)在停電時用后備電池維持其當前值，在停電時可保持數(shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。3）i/o 單元i/o 單元也稱為 i/o 模塊，plc 通過 i/o 單元與工業(yè)生產過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設備的各種控制信號，如限位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉換成中央處理能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運行時 cpu 從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進行處理，將處理結果放到輸入映像寄存器。輸出映像

22、寄存器由輸出點對應的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅動電磁閥、接觸器、指示燈被控設備的執(zhí)行元件。4）電源部分plc 一般使用 220v 的交流電源，內部的開關電源為 plc 的中央處理器、存儲器等電路提供 5v，+12v,+24v 的直流電源，使 plc 能正常工作。電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結構的 cpu，通常電源封裝到機殼內部；對于模塊式 plc，有的采用單獨電源模塊，有的將電源與 cpu 封裝到一個模塊中。5）擴展接口擴展接口用于將擴展單元以及功能模塊與基本單元相連，使 plc 的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。6）通信接口為

23、了實現(xiàn)“人機”或“機機”之間的對話，plc 配有多種通信接口。plc 通過這些通信接口可以監(jiān)視器、打印機和其他的 plc 或計算機相連。當 plc 與打印機相連時，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印；當與監(jiān)視器相連時，可將過程圖像顯示出來；當與其它 plc 相連時，可以組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡，實現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當與計算機相連時，可以組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結合的綜合性控制。7）編程器編程器的作用是提供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視。編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉化為機器語言助記符后才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二極管或其他顯示管件

24、組成，智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機編程，也可以脫機編程，具有 lcd 或 crl 圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用 pc 作為編程器，plc 生產廠家配有相應的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可實現(xiàn)不同編程語言的互相轉換。程序被下載到 plc，也可以將 plc 中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送。現(xiàn)在很多 plc 已不再提供編程器，而是提供微機編程軟件了，并且配有相應的通信連接電纜。8）人機界面 最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的

25、一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。2.52.5 plc 的應用領域plc 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期人為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序而改變生產過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產場合。目前，plc 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：（1）開關量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺設備，也可用于多機群控制及自動化流水線

26、。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。（2）工業(yè)過程控制在工業(yè)生產過程中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量） ，plc 采用相應的 a/d 和 d/a 轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。pid 調解是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用的較多的一種調節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。（3）運動控制plc 可用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。（4）數(shù)據(jù)處理plc 具有數(shù)

27、學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算） 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理、數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些人型控制系統(tǒng)。（5）通信及聯(lián)網(wǎng)plc 通信包括 plc 間的通信及 plc 與其他智能設備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡的發(fā)展，現(xiàn)在的 plc 都具有通信接口，通信非常方便。但是，可編程控制器產品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。3 plc 系統(tǒng)選擇3.1 選型分析在工程中主要根據(jù)工藝要求、控制對象、用戶需要等方面選擇合適的plc，以獲得最佳的性能價格比，就

28、一個控制系統(tǒng)而言，plc的選型原則和考慮因素如下：（1）plc一般用于開關量控制為主兼有模擬量控制的系統(tǒng)，尤其適合與動作頻繁、邏輯關系復雜、程序多變的系統(tǒng)。應用于這樣的系統(tǒng)，將會最大限度發(fā)揮技術經(jīng)濟效果。（2）是否與計算機連接，是否要求構成網(wǎng)絡信息系統(tǒng)，以及對遠程站的設置要求，是否需要中斷輸入、雙機設備、位置控制、高速計數(shù)器等特殊模塊和智能模塊。（3）開關量i/o點數(shù)、模擬量i/o點數(shù)、電壓等級及輸出功率、內存容量,i/o點數(shù)直接關系到plc輸入/輸出模塊的選擇，i/o點數(shù)一般要考慮12g的余量，特別是開關量輸入更應考慮多些余量；適合的電壓等級可提高plc的抗干擾能力；主機用戶內存容量的大小對

29、設備費用的影響不大，故建議內存容量可選大一些。（4）其他考慮因素選擇plc還要對其外型、結構、系統(tǒng)組成、設置條件、價格、技術服務、應用業(yè)績等多項指標綜合分析比較，然后才能確定理想的plc產品。3.2 系統(tǒng)的安裝無遠程功能的plc用在單機或控制范圍不大的系統(tǒng)，有遠程功能的plc則用于大范圍的控制系統(tǒng)。遠程系統(tǒng)中，本地站一般設在集中控制室，遠程站一般設在低壓配電室或儀表室，這樣可使plc的外部接線最短，plc忌裝在高溫、結凝、特別是有振動沖擊的場所。3.3 輸入/輸出模塊的選擇模塊電源：在選擇交流i/o模塊時，應采用隔離變壓器為其供電，這樣可防止外部電路故障沖擊模塊。電源線采用雙絞線，絞距12cm

30、。隔離變壓器的容量按plc電源組件容量的1.52倍選擇，直流模塊的外接電源，其波紋值應滿足模塊要求；若是模擬量直流模塊，尚需用穩(wěn)壓電源。電壓等級：在選擇1角模塊時，電壓等級是一個比較重要的參數(shù)，它要根據(jù)現(xiàn)場設備與模塊之間的距離來選。當外部線路較長時，可選用ac220v模塊；當外線短且控制相對集中時可選擇24v模塊。輸出電路：plc的模塊輸出方式一般有3種：晶體管輸出、繼電器輸出、雙向可控硅輸出。 確定負載類型根據(jù)plc輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及plc輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或晶閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對

31、系統(tǒng)的穩(wěn)定運行很重要，每個輸出點、每組輸出點、每個輸出模塊的負載電源不得超過額定電流，其中繼電器輸出模塊的負載電流以不能太接近額定電流，當接近額定電流時，最好先帶動一個小型中間繼電器，再通過中間繼電器擴展輸出模塊的輸出容量，采用雙向可控硅輸出模塊，其負載電流必須大于雙向可控硅的維持電流，否則應在負載上并聯(lián)電阻。對于動作頻繁、電感性或功率因素低的負載，不宜選用繼電器輸出模塊，而應該采用晶體管輸出模塊，如果plc輸出帶感性負載，負載斷電時會對plc的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應在其旁邊接續(xù)流二極管，對交流感性負載應接浪涌吸收電路，可有效保護plc。當頻率為10次/min一下時，即

32、可采用繼電器輸出方式，也可采用plc輸出驅動中間繼電器或者固態(tài)繼電器（ssr）在驅動負載；對于兩個重要輸出量不僅在plc內部互鎖，建議在plc外部也進行硬件上的互鎖，以加強plc系統(tǒng)運行的安全性、可靠性。 輸出電路：plc輸出電路電源一般應采用dc24v，這對系統(tǒng)供電安全和plc安全至關重要，同時其帶負載（接近開關等）時要注意容量，同時做好防短路措施（因為該電源的過載或短路都將影響plc的運行），建議該電源的容量為輸入電路功率的兩倍，plc輸入電路電源支路加裝適宜熔絲，防止短路，以直流輸入模版為例。3.4 抗干擾措施由于產生干擾的因素是復雜而多樣的，因此采取的抗干擾措施要根據(jù)情況而定。plc供

33、電電源一般為ac85240v，適應電源范圍較寬，但為了抗干擾，應加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1：1隔離變壓器等）；隔離變壓器也可以采用雙隔離技術，即變壓器的初、次級線圈屏蔽層與初級電氣中性點接大地，次級線圈屏蔽層接plc輸入電路的地，以減少高低頻脈沖干擾。設置一個plc信號專用接地裝置。該裝置不能和防雷接地裝置、電氣設備接地裝置有金屬連接，接地電阻可參見使用說明書，一般小于100即可，接地線進入plc控制柜中的信號接地端子排。當出現(xiàn)干擾時將plc地接線端子與信號接地端子排相連。4 運料小車系統(tǒng)方案的選擇4.1 可編程控制器 plc 的優(yōu)點可編程控制器plc對用戶來說，是一種無觸電設備，改變

34、程序即可改變生產工藝。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的推廣應用。可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機，具有許多明顯的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如歐姆龍公司生產的fx列plc平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時間則更長。從plc的機外電路來說，使用plc構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬

35、件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齊全，功能完善，適用性強plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合，除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易

36、學易用，深受工程技術人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備，它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受，梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造plc用儲存邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，是控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。（5）體

37、積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，將近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g,功耗僅數(shù)瓦。由于體積小，很容易裝入機器內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。4.2 運料小車系統(tǒng)方案的確定實現(xiàn)小車運料系統(tǒng)控制有很多方法來實現(xiàn)，可以用單片機、可編程控制器plc等器件來實現(xiàn)。但在單片機控制系統(tǒng)電路中需要加入a/d,d/a轉換器，線路復雜，還要分配大量的中斷地址。而且單片機控制電路易受外界環(huán)境的干擾，也具有不穩(wěn)定性。另外控制程序需要具有一定編程能力的人才能編譯出，在維修時也需要高技術的人員才能修復，所以在此也不易用單片機來實現(xiàn)。而從上述一節(jié)對plc的特點了解可知，plc具有很多優(yōu)點，因

38、此我們歸納出：可編程控制器plc具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間都在30萬小時以上；安裝，操作和維護也較容易；編程簡單，plc的基本指令不多，編程器使用比較方便，程序設計和產品調試周期短，具有很好的經(jīng)濟效益，此外plc內部定時、技術資源豐富，可以方便的對送料小車的控制。因此，最終我選擇了用可編程控制器plc來實現(xiàn)運料小車系統(tǒng)的控制，完成本次的設計。5 控制系統(tǒng)設計5.1 控制系統(tǒng)工作原理5.1.1 運料小車的運動流程某自動生產線上運料小車的運動如圖5-1所示，運料小車由一臺三相異步電動機拖動，電機正轉，小車向右行，電機反轉，小車向左行。在生產線上有5個編碼為15的站點供小車停靠，在每個停

39、靠站安裝一個行程開關以檢測小車是否到達該站點，對小車的控制除了啟動按鈕和停止按鈕之外，還設有5個呼叫按鈕開關（hj1-hj5）分別與5個停靠站點相對應。運料小車示意圖如圖5-1所示。圖5-1運料小車示意圖5.1.2 控制要求小車的控制要求如下： （1）按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作。 （2）plc 上電后，車停在某個工位，若無用車呼叫(下稱呼車)時，則各工位的指示燈亮，表示各工位可以呼車。 （3）某工作人員按本工位的呼車按鈕呼車時，各工位的指示燈均滅，此時別的工位呼車無效。 （4）如停車位呼車時，小車不動。 （5）當呼車工位號大于停車位號時，小車自動向高位行駛。 （6）

40、當呼車位號小于停車位號時，小車自動向低位行駛。 （7）當小車到達呼車工位時自動停車。停車時間為 60s 供呼車工位使用，其他工位不能呼車。 （8）從安全角度出發(fā)，停電再來電時，小車不會自行啟動。否是否是否是否是小車裝料按下呼叫按鈕小車右行到達呼叫停靠點小車停止卸料小車左行到達裝料停靠點小車停止按下停止按鈕結束開始按下啟動按鈕圖5-2 控制系統(tǒng)流程圖5.2 控制系統(tǒng)的框架5.2.1 控制系統(tǒng)圖控制系統(tǒng)如圖5-3所示圖5-3 運料小車控制系統(tǒng)圖5.2.2 plc 框架配置圖運料小車控制采用三菱的fx2n系列整體式plc。plc框架配置如圖5-4所示。停止按扭6 個呼叫按扭6 個行程開關cpufx2

41、n-24mr-001啟動按扭三菱plc三相異步電動機圖5-4 plc框架配置5.3 控制系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件接線圖如圖5-5、5-6所示，圖 5-5 主電路圖 5-6 輔助電路圖中 km1 和 km2 分別是控制電機正轉運行（小車前進）和反轉運行（小車后退）的交流接觸器，用 km1 和 km2 的主觸點改變進入電動機的三相電源的相序，即可以改變電動機的旋轉方向。圖中 km1 的線圈串聯(lián)了 km2 的輔助常閉觸點，km2 的線圈串lnpecomx0x1x2x3x4x5x6x7x10x11x12x13x14x15comy0y1220v220v 啟動km1km1km2km1停止1號站呼叫2號站呼叫3

42、號站呼叫4號站呼叫5號站呼叫6號站呼叫1號站行程開關2號站行程開關3號站行程開關4號站行程開關5號站行程開關6號站行程開關st1st2st3st4st5st6sb0sb1sq1sq2sq3sq4sq5sq6聯(lián)了 km1 的輔助常閉觸點，組成了硬件互鎖電路。可以避免由于正反轉（小車前進、后退）切換過程中電感的延時作用，導致原來接通的接觸器的主觸點還未斷弧時，另一個接觸器的主觸點已經(jīng)合上而造成交流電源瞬間短路的故障。通過主電路與 plc的控制電路的接線，才能實現(xiàn) plc 對系統(tǒng)的控制。5.4 控制系統(tǒng)軟件設計5.4.1 i/o 地址分配由于cpu模塊有15點數(shù)字量輸入，11點數(shù)字量輸出，所以不再需

43、要輸入/輸出模塊。采用i/o自動分配方式，模塊上的輸入端子對應的輸入地址是x000x015，輸出端子對應的輸出地址是y000y001.5.4.2 數(shù)字量輸入部分這個控制系統(tǒng)的輸入有啟動按鈕開關、停止按鈕開關、6個呼叫按鈕開關、6個行程開關共14點輸入。具體的輸入分配如表5-1所示。表5-1 輸入地址分配輸入地址 對應的外部設備 x000 啟動按鈕開關 x001 停止按鈕開關 x002 1號站呼叫按鈕開關 x003 2號站呼叫按鈕開關 x004 3號站呼叫按鈕開關 x005 4號站呼叫按鈕開關 x006 5號站呼叫按鈕開關 x0076號站呼叫按鈕開關 x010 1號站行程開關 x011 2號站行

44、程開關5.4.3 數(shù)字量輸出部分這個控制系統(tǒng)需要控制的外部設備只有控制小車運動的三相電動機。但是電機有正轉和反轉兩種狀態(tài)，分別對應正轉繼電器和反轉繼電器，所以輸出點有2個。具體的輸出分配表如表5-2所示。表5-2 輸出地址分配輸出地址 對應的外部設備 y000 電機反轉繼電器 y001電機正轉繼電器5.4.4 內部繼電器部分內部繼電氣地址分配如表5-3所示。表5-3 內部繼電氣地址分配 內部繼電器地址 功能說明 m0 小車運行停止 m1 1號站呼叫 m2 2號站呼叫 m3 3號站呼叫 m4 4號站呼叫 x012 3號站行程開關 x013 4號站行程開關 x014 5號站行程開關 x015 6號

45、站行程開關 m5 5號站呼叫 m6 6號站呼叫 m7 小車所在站編號呼叫編號 m8 小車所在站編號(d1)時，即小車當前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕的編碼時，m6 得電，小車向左運行；當（d0）=(d1)時，即小車當前所處停靠站的編碼等于呼叫按鈕的編碼時，m7 得電，小車不動；當（d0）(d1)時，即小車當前所處停靠站的編碼小于呼叫按鈕的編碼時，m8 得電，小車向右運行。它的助記符程序為：ldm0cmpd0 d1 m65.4.9 向左運動小車當前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕的編碼時，小車向左運行，運行到呼叫按鈕所對應的停靠站時停止。它的助記符程序為：ldm7ldm1anix007ldm2ani

46、x011orbldm3anix012orbldm4anix013orbldm5anix014orbld m6 ani x015orbanbout y000 ;小車向左運動5.4.10 向右運動小車當前所處停靠站的編碼小于呼叫按鈕的編碼時，小車向右運行，運行到呼叫按鈕所對應的停靠站時停止。它的助記符程序為：ldm8ldm1anix010ldm2anix011orbldm3anix012orbldm4anix013orbldm5anix014orbld m6ani x015orbanbout y001 ; 小車向右運動總 結本文主要介紹了運料小車的發(fā)展過程，plc 的選型及該 plc 所連接的控制

47、系統(tǒng)的設計過程。順帶的介紹了現(xiàn)代社會對運料小車的功能要求，以及運料小車以后的發(fā)展趨勢。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)自動化程度越來越高，運料小車應用前景可觀，在老師的開導下以及同學的幫助下，我在本文中解決了如下問題：了解了一些關于三菱 plc 的控制系統(tǒng)知識；控制系統(tǒng)硬件電路的正確設計及連接；節(jié)約了成本，優(yōu)化了配置；實現(xiàn)了生產工作臺 5 個呼叫站的呼叫要求，小車能正確無誤的應答各呼叫站的呼叫；軟件編程調試方面，通過三菱編程軟件已經(jīng)正確調試了設計程序，并在設計調試中收獲很多寶貴經(jīng)驗。對于 plc 的學習，從三菱軟件的摸索，到認識，當然由于自己所編的程序相對比較簡單，所以對這個軟件的認識也不是十分的深入，但是通過這次的自我學習，也學到了許多的知識。論文我盡我的能力做好了，我想肯定有很多不恰當不完善的