基于.PLC地自动送料小车控制设计.doc

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1、 江苏城市职业学院江苏城市职业学院毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文）论文题目论文题目： 基于基于 PLCPLC 的自动送料小车控制设计的自动送料小车控制设计 所属系部：所属系部： 指导老师：指导老师： 职职 称称： 学生姓名：学生姓名： 学学 号号: : 专专 业：业： 江苏城市职业学院制江苏城市职业学院制摘摘 要要可编程序控制器（Programmable controller）简称 PLC，由于 PLC 的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，所以 PLC 的应用领域在迅速扩大。近几年来，PLC 的成本下降，功能又不段增强，所以，目前 PLC 在国内外已被广泛应用于各个

2、行业。本设计是实现手动进给和自动转换车，改变过去简单手动进给车，减少人工，提高生产效率，实现自动化生产！ 关键词：关键词：PLC；送料小车；控制；程序设计目目 录录前前 言言 .1 1第一章第一章 控制系统介绍和控制过程要求控制系统介绍和控制过程要求 .2 21.1 控制系统在送料小车中的作用与地位21.2 控制系统介绍2第二章第二章 送料小车系统方案的选择送料小车系统方案的选择 .4 42.1 可编程控制器 PLC 的优点 42.2 小车送料系统方案的选择5第三章第三章 STEP7-Micro/WIN32STEP7-Micro/WIN32 编程软件介绍及功能编程软件介绍及功能.6 63.1

3、STEP7-Micro/WIN32 编程软件介绍63.2、基本功能 63.3、其他功能 6第四章第四章 基于基于 PLCPLC 的送料小车接线图及梯形图的送料小车接线图及梯形图 .9 94.2 PLC 端子接线图 104.3 梯形图分段设计 124.4 程序运行原理说明调试与完善 164.5 系统总梯形图设计 174.64.6 小车程序设计小车程序设计 .2222结结 论论 .2727谢谢 辞辞 .2828参考文献参考文献 .2929前前 言言控制系统的发展已经很成熟，应用范围涉及各个领域，例如：机械、汽车制造等。PLC 以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质

4、量轻、功能强和价格低廉等特点 ，在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。送料小车控制系统采用了 PLC 控制。从送料小车的工艺流程来看，其控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统，因此，此送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式。我在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间复杂的联锁关系，从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时，不会对其它工作方式的程序造成影响，使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。第一章第一章控制系统介绍和控制过程要求控制系统介绍和控制过程要求1.11.1 控制系统在送料小车中的作用与地位控制系统在送料小车中的作用与地位控制系统是整个

5、生产线的灵魂，整个生产线发挥指挥作用。 一旦控制系统故障，灯光对生产线的影响继续，在严重的情况下甚至人身安全事故，这将给企业造成重大损失。送料小车是基于 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送料小车的运行，因此，送料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。送料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。1.21.2 控制系统介绍控制系统介绍图 1-1 送料小车本控制系统只要是用于控制送料小车的自动送料。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。如图 1-1，推车机可以沿轨道上下移动，到达预定位置。推车机上是一个小型泵站，通过

6、控制电磁阀换向，使两油缸伸出、缩回，顶出送料小车，再由各个仓位控制要料。用 PLC 对送料小车实现控制，其具体要求如下：(1) 送料小车 1 动作要求：送料小车负责向四个料仓送料，送料路上从左向右共有 4 个料仓（位置开关 SQ1，SQ2，SQ3，SQ4）分别受 PLC 的I0.0，I0.1，I0.2，I0.3 检测，当信号状态为 1 是，说明运料小车到达该位置。小车行走受两个信号的驱动，Q0.4 驱动小车左行，Q0.5 驱动小车右行。料仓要料由 4 个手动按钮（SB1，SB2，SB3，SB4）发出(对应于 PLC 为I0.4，I0.5，I0.6，I0.7)按钮发出信号其相应指示灯就亮（HL1

7、-HL4） ，指示灯受 PLC 的 Q0.0-Q0.3 控制。送料小车 2 动作要求：送料小车负责向四个料仓送料，送料路上从左向右共有 4 个料仓（位置开关 SQ11，SQ12，SQ13，SQ14）分别受 PLC 的I1.0，I1.1，I1.2，I1.3 检测，当信号状态为 1 是，说明运料小车到达该位置。小车行走受两个信号的驱动，Q1.5 驱动小车左行，Q1.4 驱动小车右行。料仓要料由 4 个手动按钮（SB11，SB12，SB13，SB14）发出(对应于 PLC 为I1.4，I1.5，I1.6，I1.7)按钮发出信号其相应指示灯就亮（HL11-HL14） ，指示灯受 PLC 的 Q1.0-

8、Q1.3 控制。(2)运料小车行走条件：运料小车右行条件：小车在 1，2，3 号仓位，4 号仓要料；小车在 1，2 号仓位，3 号仓要料；小车在 1 号仓位，2 号仓要料。运料小车左行条件：小车在 4，3，2，0 号仓位，1 号仓要料；小车在4，3，0 号仓位，2 号仓要料；小车在 4，0 号仓位，3 号仓要料；小车在 0 位，4 号仓位要料。运料小车停止条件：要料仓位与小车的车位相同时，应该是小车的停止条件。运料小车的互锁条件：小车右行时不允许左行启动，同样小车左行时也不允许右行启动。第二章送料小车系统方案的选择第二章送料小车系统方案的选择2.12.1 可编程控制器可编程控制器 PLCPLC

9、 的优点的优点可编程控制器 PLC 对用户来说，是一个非接触式的装置，改变程序可以改变生产过程。 目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强大工具，已被广泛应用。 可编程控制器是一种面向用户的特殊工业控制计算机，具有很多明显的特点。1. 可靠性高，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。2. 配套齐全，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

10、于各种数字控制领域。3. 系统的设计、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。4. 体积小，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 100 mm，重量小于 150 g，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。2.22.2 小车送料系统方案的选择小车送料系统方案的选择实现小车送料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。而从上述第一节对 PLC 的特点了解可知，PLC 具有很多优点，因此我

11、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。因此，最终我选择了用可编程控制器 PLC 来实现送料小车系统的控制，完成本次的设计题目。第三章第三章 STEP7-Micro/WIN32STEP7-Micro/WIN32 编程软件介绍及功能编程软件介绍及功能3.13.1 STEP7-Micro/WIN32STEP7-Micro/WIN32 编程软件介绍编程软件介绍STEP7-Micro/WIN32 是西门子公司专为 SIMAT

12、IC S7-200 系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于 Windows 的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。下面将介绍该软件的安装、基本功能以及如何应用编程软件进行编程、调试和运行监控等内容。3.23.2、基本功能、基本功能STEP7-Micro/WIN32 编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能。(1)在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。在脱机方式时，计算机与 PLC 断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等。(2)在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系

13、的 PLC 直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。(3）对用户程序进行文档管理，加密处理等。(4）设置 PLC 的工作方式、参数和运行监控等。3.33.3、其他功能、其他功能 （1）运动控制 S7-200 提供有开环运动控制的三种方式： 脉宽调制（PWM）-内置于 S7-200，用于速度、位置或占空比控制。 脉冲串输出（PTO）-内置于 S7-200，用于速度和位置控制。 EM253 位控模块-用于速度和位置控制的附加模块。 （2）创建调制解调模块程序使用 EM241 调制解调模块可以将 S7-200 直接连到一个模拟电话线上，并且支持 S7-200 与 STEP 7-Micro

14、/WIN 的通讯。该调制解调模块还支持 Modbus从站 RTU 协议，该模块与 S7-200 之间的通讯通过扩展 I/O 总线实现。STEP 7-Micro/WIN 提供一个调制解调扩展向导，它可以帮助您设置一个远端的调制解调器，或者设置将 S7-200 连向远端设备的调制解调模块。（3）USS 协议库STEP 7-Micro/WIN 指令库，该指令库包括预先组态好的子程序和中断程序，这些子程序和中断程序都是专门为通过 USS 协议与驱动通讯而设计的。通过USS 指令，您可以控制这个物理驱动，并读/写驱动参数。（4）Modbus 从站协议指令STEP 7-Micro/WIN 指令库包含有专门

15、为 Modbus 通讯设计的预先定义的子程序和中断服务程序，使得与 Modbus 主站的通讯简单易行。使用 Modbus 从站协议指令，您可以将 S7-200 组态作为 Modbus RTU 从站，与 Modbus 主站通讯。可以在 STEP 7-Micro/WIN 指令树的库文件夹中找到这些指令。通过这些新指令，可以将 S7-200 作为 Modbus 从站。（5）使用配方STEP 7-Micro/Win 软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配方。配方存在存储卡中，而不是 PLC 中。（6）使用数据归档STEP 7-Micro/Win 提供数据归档向导，将过程测量数据存入存储卡中。

16、将过程数据移入存储卡可以节省 V 存储区的地址空间，否则这些数据将储存在 V存储区中。（7）PID 自整定和 PID 整定控制面板S7-200PLC 已经支持 PID 自整定功能，STEP 7-Micro/WIN 中也添加了 PID整定控制面板。这就大大增强了 S7-200PLC 的功能，并且使这一功能的使用变得更加容易。第四章基于第四章基于 PLCPLC 的送料小车接线图及梯形图的送料小车接线图及梯形图4.14.1 送料小车送料小车 PLCPLC 的的 I/OI/O 分配表分配表根据控制要求，PLC 控制送料小车的输入输出(I0)地址编排如下表所示，其中 SB5 为启动开关，为 SB6 停止

17、开关，SA6、SA7 为手动连续选择开关，SA1、SA2 为上下、左右转换开关，SA3、SA4、SA5 为油缸单动联动转换开关。Q0.0-Q0.3 和 Q1.0-Q1.3 控制 8 个要料指示灯，Q0.4-Q0.5 和 Q1.4-Q1.5 控制小车 1、2 左行右行，Q0.6-Q0.7 和 Q1.6-Q1.7。如表 4-1 所示：4-1 I/O 分配表输入点分配输出点分配输入接点输入开关名称输出接口驱动设备I0.0-I0.3小车 1 行程开关(SQ1-SQ4)Q0.0-Q0.3小车 1 要料指示灯(HL1-HL4)I0.4-I0.7小车 1 控制按钮(SB1-SB4)Q0.4-Q0.5小车 1

18、 左右行线圈I1.0-I1.3小车 2 行程开关(SQ11-SQ14)Q0.6-Q0.7油缸 1 伸出缩回线圈I1.4-1.7小车 2 控制按钮(SB11-SB14)Q1.0-Q1.0小车 2 要料指示灯(HL11-HL14)I2.0-I2.5推车机行程开关(SQ5-SQ10)Q1.4-Q1.5小车 2 左右行线圈I2.6-I2.7起动，停止按钮(SB5，SB6)Q1.6-Q1.7油缸 2 伸出缩回线圈I3.0-I3.1手动，连续转换开关(SA6，SA7)Q2.0-Q2.1推车机上下行线圈I3.2-I3.3推车机上下，左右转换开关 (SA1，SA2)I3.4-I3.6油缸单动联动转换开关(SA

19、3-SA5)4.24.2 PLCPLC 端子接线图端子接线图PLC 型号的选择：由于该系统是在原来 CPU226 的基础上改进的设备，而现在共用了 31 个输入，用直流 24V；18 个输出，用交流电 220V，所以我选择用S7-200 系列 CPU226，加一个 EM223 的扩展模块。CPU226 的主要的技术参数：输入 24VDC，24 点；输出 220VAC，16 点；电源电压为 AC100240V 50/60Hz。EM223 的主要技术参数：输入 24VDC，8 点；输出 220VAC，8 点；电源电压为 AC100240V 50/60Hz。如图 4-1 所示：图 4-1 端子接线图

20、4.34.3 梯形图分段设计梯形图分段设计本次设计的自动送料小车梯形图，是分开来画的。由总程序结构图、自动操作程序图、手动操作程序图、小车 1 左右自动送料运行程序图、小车 2 左右自动送料运行程序图组成。图 4-2 总系统结构图（1）程序的总结构图如图 4-2 所示：因为在手动操作方式下，各种动作都是用按钮控制来实现的，其程序可独立于自动操作程序而另行设计。因此，总程序可分为两段独立的部分：手动操作程序和自动操作程序。当选择手动操作时，则输入点 I3.0 接通，其常闭触点断开，执行手动程序，并由于 I3.1 的常闭触点为闭合，则跳过自动程序。若选择自动操作方式，将跳过手动程序段而执行自动程序

21、。（2）自动程序设计，自动操作控制主要是由行程开关来控制推车机的上行、下行，两缸的伸出、缩回。通过行程开关的上限、下限、左限、右限准确的控制推车机到达预定位置。自动程序时，手动自动转换开关拨到连续档 SA7，按下启动按钮 SB6，推车机上行，碰到上位行车开关 SQ6，上行停止；同时两个油缸动作，推动两小车向左移动，小车 1、2 碰到左位行程开关 SQ10、SQ5，说明两小车到位，这时各个仓位可向小车要料；而且两油缸缩回，碰到行程右位开关 SQ8、SQ9 停止收缩，推车机下行到行程开关位 SQ7 时停止。如图 4-3 所示：图 4-3 自动操作程序图（3）手动操作程序的设计，手动操作控制简单，可

22、按照一般继电器控制系统的逻辑设计法来设计。手动程序时，手动自动转换开关拨到手动档 SA6，上下、左右转换开关拨到上/下行档时，按启动按钮 SB5 推车机上行，按停止按钮SB6 推车机下行；上下、左右转换开关拨到左/右档时，拨动单动联动转换开关SA3（缸 1 动作） ，按启动按钮 SB5，缸 1 伸出推动小车 1 左行；按停止按钮SB6，缸 1 缩回；拨动转换开关到 SA5（缸 2 动作） ，按启动按钮 SB5，缸 2 伸出推动小车 2 左行，按停止按钮 SB6，缸 2 缩回；拨动单动联动转换开关到SA4（两缸同时动作）按启动按钮 SB5，两缸伸出推动两小车左行；按停止按钮SB6，两缸缩回。如图

23、 4-4 所示：图 4-4 手动操作程序图（4）小车 1 自动送料运行程序，把小车 1 送到指定位置后，四个仓位就可以向小车要料了，M0.0-M0.3 分别代表小车 1 的 1 号料仓到 4 号料仓的要料状态，运料小车 1 当前所处位置由 I0.0-I0.3，运料小车 1 的右行，左行，停止控制由 Q0.4、Q0.5。小车到位后，用上微分操作（P）来清除料仓要料状态信号及控制小车停车。 （上微分操作的注意事项，上微分脉冲只存在在一个扫描周期，接受这一脉冲控制的元件应写在这一脉冲出现的语句之后） 。小车 1 自动送料图如下图 4-5 所示：图 4-5 小车 1 左右自动送料运行程序图就可以向小车

24、要料了，M1.0-M1.3 分别代表小车 2 的 1 号料仓到 4 号料仓的要料状态。运料小车 2 当前所处位置由 I1.0-I1.3，运料小车 2 的右行，左行，停止（5）小车 2 自动送料运行程序，把小车 2 送到指定位置后，四个仓位控制由 Q1.4、Q1.5。小车到位后，用上微分操作（P）来清除料仓要料状态信号及控制小车停车。小车 2 自动送料图 4-6 所示：图 4-6 小车 2 左右自动送料运行程序图4.44.4 程序运行原理说明调试与完善程序运行原理说明调试与完善本程序是用梯形图所写的。在运行前，先选择工作方式，手动/自动。选择手动 SA6 时，把上/下、左/右转换开关旋转到上/下

25、档 SA1，按下 SB5 起动点动按钮，推车机上行，按下 SB6 停止点动按钮，推车机下行；把上/下、左/右转换开关旋转到左/右档 SA2，再选择小车的单动、联动控制，小车 1 单动时把单动/联动转换开关旋转到单动档 SA3，两小车联动时旋转到联动档 SA4，小车 2 单动时旋转到单动档 SA5，这时按下起动按钮 SB5，油缸推动小车左行，按下停止按钮 SB6，油缸缩回。选择自动 SA7 时，按下起动按钮 SB5，推车机开始上行，碰到上限行程开关 SQ6 时停车，两缸自动推出小车，小车碰到左限行程开关 SQ5、SQ10 时，说明小车到位，各个仓位可以向小车要料，这时两缸自动缩回，碰到右限行程开

26、关 SQ8、SQ9 时，推车机自动下行，下行到位后（碰到SQ7）停车。只有再次按下起动按钮 SB5，才能再次运行。手动程序中设置了联锁和保护电路。如推车机的上行、下行常闭触点的联锁，推车机上下行行程有行程开关 SQ6、SQ7 控制保护。自动程序是根据推车机的位置、油缸的位置来控制电路执行下一条指令的。4.54.5 系统总梯形图设计系统总梯形图设计由以上，我们画出送料小车系统的总梯形图，其中包括推车机的手动控制程序、自动控制程序、送料小车 1 控制程序、送料小车 2 控制程序。如下图 4-7 所示：图 4-7 送料小车梯形图（a）图 4-7 送料小车梯形图（b）图 4-7 送料小车梯形图（c）图

27、 4-7 送料小车梯形图（d）4.64.6 小车程序设计小车程序设计由系统总梯形图，我们写出送料小车的程序指令，如下表 3-2 所示：表 4-2 送料小车程序指令表 LDNI3.0AI3.3 JMP0AI2.6 LDI3.2ANI2.4 LPS=Q1.6 AI2.6LDI2.4 ANI2.0OM2.2 =Q2.0ANI1.3 LPP=M2.2 AI2.7LDI3.4 ANI2.1OM2.0 =Q2.1AI3.3 LDI3.5AI2.7 =M2.0ANI2.2 LDI3.4=Q0.7 OM2.0LDI3.6 AI3.3OM2.0 AI3.3AI3.3 AI2.6AI2.7 ANI2.5ANI2.

28、3 =Q0.6=Q1.7 LDI2.5LBL0 OM2.1LDNI3.1 ANI0.3JMP1 =M2.1LDI2.6 LDI3.6OQ2.0 OM2.0ANI2.0 ANQ2.1OQ1.7 ANI2.7ANI2.3 =Q2.0ANQ1.6 LDI2.0ANI2.7 OQ0.6=Q1.7 ANI2.5LDI2.5 ANQ0.7ANI2.4 ANI2.7OQ2.1 =Q0.6ANQ2.0 LDI2.5ANI2.1 OM2.1ANI2.7 ANI0.3=Q2.1=M2.1LBL1 LDI2.0LDI0.4 OQ1.6ANM0.1 ANI2.4ANM0.2 ANQ1.7ANM0.3 ANI2.7SM

29、0.01 =Q1.6SQ0.01 LDI2.4LDI0.5 OM2.2ANM0.0 ANI1.3ANM0.2 =M2.2ANM0.3 LDI2.5SM0.11 OQ0.7SQ0.11 ANI2.2LDI0.6 ANQ0.6ANM0.0 ANI2.7ANM0.1 =Q0.7ANM0.3 LDI2.4SM0.21 SQ0.21AI0.5 LDI0.7OLD ANM0.0ANQ0.5 ANM0.1SQ0.4 ANM0.2LDI0.3 SM0.31OI0.2 SQ0.31OI0.1 LDI0.0OM2.1 AM0.0AI0.4 LDI0.1LDI0.3 AM0.1OI0.2 OLDOM2.1 LDI0

30、.2AI0.5 AM0.2OLD OLDLDI0.3 LDI0.3OM2.1 AM0.3AI0.6 OLDOLD EULDM2.1 RQ0.06AI0.7 RM0.04OLD LDI0.0ANQ0.4 OI0.1SQ0.51 OI0.2LDI1.4 AI.7ANM1.1LDI0.0ANM1.2 OI0.1ANM1.3 AI0.6SM1.01 OLDSQ1.01 LDI0.0LDI1.5 ANM1.0LDI1.0 ANM1.2OI1.1 ANM1.3OI1.2 SM1.11AI1.7 SQ1.11LDI1.0 LDI1.6OI1.1 ANM1.0AI1.6 ANM1.1OLD ANM1.3LDI

31、1.0 SM1.21AI1.5 SQ1.21OLD LDI1.7ANQ1.5 ANM1.0SQ1.41 ANM1.1LDI1.3 ANM1.2OI1.2 SM1.31OI1.1 SQ1.31OM2.2 LDI1.0AI1.4 AM1.0LDI1.3 LDI1.1OI1.2 AM1.1OM2.2 OLDAI1.5 LDI1.2OLD AM1.2LDI1.3 OLDOM2.2 LDI1.3AI1.6 AM1.3OLD EULDM2.2 RQ1.06AI1.7 RM1.04OLD ANQ1.4 SQ1.51结结 论论在做这个设计的时候，我学到了很多以前没有学过的知识，也巩固了很多以前没有学过的知识，

32、使我的专业理论知识更加扎实，软件操作更加熟练。 完成这个设计后，我得出以下几点结论：一、送料小车在硬件设计中，加入了扩展模块，可以在触点不够的情况下方便地实现该小车的系统控制；然后软件设计中，运用了上微分指令，简化了程序，还运用了互锁和联锁，确保了系统的正常运行，减少了系统的故障点。在送料小车的系统中加入了手动操作程序，便于设备的维修，方便操作人员操作。二、该小车系统在实施的情况下，其成本价格比较高。三、该小车控制系统的研究方向：由于本小车系统并不完善，只做了送料，没有设计小车怎么装料和小车到料仓后送料的多少。这两方面是该系统设计的完善，是将来的研究方向。 谢谢 辞辞本论文是在 XX 老师亲自

33、指导下完成的。导师在学业上给了我很大的帮助，使我在设计过程中避免了许多无为的工作。导师一丝不苟、严谨认真的治学态度，精益求精、诲人不倦的学者风范，以及正直无私、磊落大度的高尚品格，更让我明白许多做人的道理，在此我对导师表示衷心的感谢！本论文能够完成，要感谢江苏城市职业学院学院的所有老师，是他们在这三年的时间里，教会我的专业知识。在我撰写论文期间，得到了我的指导老师的帮助，在忙碌的工作之余，给予我专业知识上的指导，而且教给我学习的方法和思路，使我在科研工作及论文设计过程中不断有新的认识和提高。在本文结束之际，特向我敬爱的导师和江苏城市职业学院所有老师致以最崇高的敬礼和深深的感谢！参考文献参考文献

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