《倉庫運(yùn)料小車的PLC控制自動系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《倉庫運(yùn)料小車的PLC控制自動系統(tǒng)設(shè)計(jì)（17頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 摘 要 近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程邏輯控制器技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域，可編程邏輯控制器以其高可靠性和操作簡單等特點(diǎn)，已經(jīng)形成了一種工業(yè)趨勢。 目前，在自動化生產(chǎn)線上，有些生產(chǎn)機(jī)械的工作臺需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動往返運(yùn)動，并且有的還要求在某些位置有一定的時間停留，以滿足生產(chǎn)工藝要求。用PLC程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)料小車自動往返順序控制，不僅具有程序設(shè)計(jì)簡易、方便、可靠性高等特點(diǎn)，而且程序設(shè)計(jì)方法多樣，便于不同層次設(shè)計(jì)人員的理解和掌握。本文以西門子公司的S7-200系列PLC為例，簡單設(shè)計(jì)自動倉庫運(yùn)料小車控制系統(tǒng)。本次課程設(shè)計(jì)中通過各倉庫行程開關(guān)的通斷情況判斷小車

2、當(dāng)前位置，以便了解呼叫位置和小車當(dāng)前位置的相對情況，從而控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，達(dá)到了對運(yùn)料小車自動控制的設(shè)計(jì)要求 關(guān)鍵詞：S7-200；運(yùn)料小車；電動機(jī)；行程開關(guān) 目 錄 第1章 緒論 1 第2章 課程設(shè)計(jì)的方案 2 2.1 概述 2 2.2 方案設(shè)計(jì) 2 第3章 硬件設(shè)計(jì) 3 3.1 系統(tǒng)功能及I/O點(diǎn)配置 3 3.2 模塊選型 3 3.3 模塊連接 5 第4章 軟件設(shè)計(jì) 7 4.1 程序設(shè)計(jì)流程 7 4.2 程序設(shè)計(jì)內(nèi)容 8 第5章 系統(tǒng)測試與分析 9 第6章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 10 參考文獻(xiàn) 11 附錄 12 第1章

3、 緒論 由于單片機(jī)、PLC等控制器的不斷發(fā)展和革新，使得生產(chǎn)線的運(yùn)輸控制也將得到不斷的改善和生產(chǎn)率的不斷提高，運(yùn)料小車控制經(jīng)歷了以下幾個階段： 手動控制：在20世紀(jì)60年代末70年代初期，便有一些工業(yè)生產(chǎn)采用單片機(jī)、PLC等控制器來實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車的控制，但是由于當(dāng)時的技術(shù)還不夠成熟，只能夠用手動的方式來控制機(jī)器，而且早期運(yùn)料小車控制系統(tǒng)多為繼電器一接觸器組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)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(fù)責(zé)操作。 自動控制：在20世紀(jì)80年代，由于計(jì)算機(jī)的價(jià)格下降，這時的大型工控企業(yè)將單片機(jī)、PLC充分的與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，通過機(jī)器人技術(shù)，自動化

4、設(shè)備終于實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)、PLC在運(yùn)料小車控制系統(tǒng)在自動方面的應(yīng)用。 全自動控制：現(xiàn)階段由于單片機(jī)、PLC技術(shù)的向高性能 高速度、大容量發(fā)展大型單片機(jī)、PLC等大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。將單片機(jī)、PLC運(yùn)用到運(yùn)料小車控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)，用同時系統(tǒng)具有連線簡單控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。 企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和深化，使得生產(chǎn)物的輸送成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。運(yùn)料小車自動控制正是用來實(shí)現(xiàn)輸送生產(chǎn)物的控制系統(tǒng)，本文用可編程邏輯控制器（PLC）來做控制器設(shè)計(jì)運(yùn)料小車自動控制系統(tǒng)，讓P

5、LC技術(shù)與自動化技術(shù)相結(jié)合，具有連線簡單控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，維修和改造方便，降低使生產(chǎn)成本，易控制，安全可靠，效率高等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)料小車模型如圖1.1所示。 圖1.1 運(yùn)料小車圖 第2章 課程設(shè)計(jì)的方案 2.1 概述 本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)計(jì)自動倉庫運(yùn)料小車控制系統(tǒng)，并在實(shí)踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“PLC”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握運(yùn)料小車設(shè)計(jì)的基本方法。 系統(tǒng)功能介紹: 系統(tǒng)有10各倉庫，每個倉庫有一個指示燈，燈亮允許呼叫小車，燈滅呼叫無效；呼叫位置小于小車當(dāng)前位置時

6、，小車后退。呼叫位置大于小車當(dāng)前位置時小車前進(jìn)；當(dāng)小車當(dāng)前位置與呼叫位置重合，小車停止，并在30分鐘內(nèi)任何呼叫無效，30分鐘后允許呼叫。 2.2 方案設(shè)計(jì) 在自動倉庫運(yùn)料小車控制系統(tǒng)中以PLC為核心，通過各種輸入端接收各種輸入信號，處理后經(jīng)輸出端輸出控制信號，通過控制器里的繼電器等電器開關(guān)的開通與閉合來控制運(yùn)料小車的左行、右行和停止。本次設(shè)計(jì)選用西門子公司的S7-200系列PLC，SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。S7-200系列具有極高的性價(jià)比，可靠性，指令集豐富，易于掌握，操作便

7、捷，內(nèi)置集成功能豐富，具有實(shí)時特性，通訊能力強(qiáng)，擴(kuò)展模塊。 根據(jù)控制任務(wù)和要求所設(shè)計(jì)的方案流程如圖2.1所示 小車前進(jìn) 電動機(jī)正轉(zhuǎn) 小車停止 PLC 小車后退 電動機(jī)反轉(zhuǎn) 圖2.1 控制方案流程圖 在圖2.1中，可以看到，本次設(shè)計(jì)的核心思想是：通過PLC控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)和后退，并在一定條件下停止運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了倉庫對小車的自動控制，滿足了工業(yè)生產(chǎn)的要求。 第3章 硬件設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)功能及I/O點(diǎn)配置 1. PLC系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)對輸入信號開關(guān)量進(jìn)行采集，通過程序控制和相應(yīng)的算法CP

8、U模塊對輸入信號進(jìn)行處理，再將結(jié)果經(jīng)輸出模塊輸出到線圈或者繼電器，整個過程周期性循環(huán)進(jìn)行。 2.根據(jù)本課程設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，對系統(tǒng)I/O點(diǎn)進(jìn)行分配，具體分配情況見表3.1。 表3.1 數(shù)字量輸入信號分配表 倉庫1指示燈啟動按鈕 I0.1 倉庫2指示燈啟動按鈕 I0.2 倉庫3—倉庫10指示燈啟動按鈕 10.3—I1.2 倉庫1行程開關(guān) I1.3 倉庫2行程開關(guān) I1.4 倉庫3—倉庫10行程開關(guān) I1.5—I2.4 倉庫1呼叫按鈕 I2.6 倉庫2呼叫按鈕 I2.7 倉庫3—倉庫10呼叫按鈕 I3.0—I3.7 電動機(jī)啟動按鈕 I2.5 倉庫1指示燈

9、 Q0.0 倉庫2指示燈 Q0.1 倉庫3—倉庫10指示燈 Q0.2—Q1.1 電動機(jī)KM1線圈 Q1.2 電動機(jī)KM2線圈 Q1.3 3.2 模塊選型 1. CPU模塊分類 CPU22*系列PLC主機(jī)模塊按照I/O點(diǎn)數(shù)多少不同和效能不同而有五種不同結(jié)構(gòu)配置的品種，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226，下面分別加以介紹。 ⑴.CPU221：本機(jī)集成6輸入/4輸出，無擴(kuò)展能力，程序和數(shù)據(jù)存儲容量較小，有一定的高速計(jì)數(shù)能力和通信功能，非常適合于少點(diǎn)數(shù)的或者特定的控制系統(tǒng)使用。 ⑵.CPU222：本機(jī)集成8輸入/6輸出，和CPU

10、221相比，它最多可擴(kuò)展2個模塊，因此是應(yīng)用更廣泛的全功能控制器。 ⑶.CPU224：本機(jī)集成14輸入/10輸出，和前兩者相比，程序存儲器擴(kuò)大了一倍，數(shù)字存儲器擴(kuò)大了四倍，它做多可以有7個擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)能力，是使用最多的S7-200產(chǎn)品。 ⑷.CPU224XP：這是最新推出的一種使用機(jī)型，其大部分功能和CPU224相同，但和CPU224相比，它的程序存儲器容量和數(shù)據(jù)存儲器容量都增加了不少，處理高速計(jì)數(shù)的能力也有提高；其最大的區(qū)別是在主機(jī)上增加了2輸入/1輸出的模擬量單元和一個通信口，非常適合在有少量模擬量的信號的系統(tǒng)中使用，在有復(fù)雜通信要求的場合也非常適用

11、。 ⑸.CPU226：本機(jī)集成24輸入/16輸出，I/O總點(diǎn)數(shù)共40點(diǎn)，和CPU224相比，程序存儲器擴(kuò)大了一倍，數(shù)據(jù)存儲器容量增加了10KB，它具有2個通信口，通信能力大大增強(qiáng)，它可用于點(diǎn)數(shù)較多的小型或中型控制系統(tǒng)。 2.I/O擴(kuò)展模塊分類 S7-200系列PLC的主機(jī)提供一定數(shù)量的數(shù)字量I/O和模擬量I/O，但在I/O點(diǎn)數(shù)不夠的情況下，就需要對I/O口進(jìn)行擴(kuò)展，S7-200 PLC提供了6種I/O擴(kuò)展模塊，如下所示。 ⑴.EM221:輸入擴(kuò)展模塊，共有三種產(chǎn)品，即8點(diǎn)和16點(diǎn)DC、8點(diǎn)AC。 ⑵.EM222: 輸出擴(kuò)展模塊，共有5種產(chǎn)品，即8點(diǎn)DC和4點(diǎn)DC（5A）、8點(diǎn)AC、8

12、點(diǎn)繼電器和4點(diǎn)繼電器（10A）。 ⑶.EM223：輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊，共有6種產(chǎn)品，其中DC輸入/DC輸出的有三種，DC輸入/繼電器輸出的有三種，它們對應(yīng)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)分別為4點(diǎn)、8點(diǎn)、16點(diǎn)。 ⑷.EM231：模擬量輸入擴(kuò)展模塊，共有三種產(chǎn)品，4AI、2路熱電阻輸入和4路熱電偶輸入。 ⑸.EM232：模擬量輸出擴(kuò)展模塊，只有一種2路模擬量輸出擴(kuò)展模塊。 ⑹.EM235: 模擬量輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊，只有一種4路AI/1路AO（占兩路輸出地址）的產(chǎn)品。 3.模塊選擇 根據(jù)自動倉庫運(yùn)料小車的設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)需要40點(diǎn)數(shù)字量輸入，16點(diǎn)數(shù)字量輸出。所以需要選擇的模塊為：CP

13、U224一個、EM221模塊1個、EM223模塊1個。總點(diǎn)數(shù)為：數(shù)字量輸入46點(diǎn)、數(shù)字量輸出26點(diǎn)，既滿足了設(shè)計(jì)的點(diǎn)數(shù)要求，又降低了模塊成本，性價(jià)比頗佳。 3.3 模塊連接 各模塊的連接需要進(jìn)行優(yōu)化排序，本次設(shè)計(jì)的模塊連接情況如圖3.1所示 EM221 DC24V 16DI EM223 DC24V 16DI/DO CPU224 DC24V 圖3.1 模塊連接方式 本設(shè)計(jì)中的PLC控制單元由圖3.1各基本個模塊組成，通過與外部設(shè)備連接，構(gòu)成一個完整的控制系統(tǒng)。PLC與外設(shè)連接示意圖如圖3.2所示。

14、 ~ KM1 KM2 圖3.2 PLC與外設(shè)連接圖 I0.1 PLC Q0.0 I0.2 Q0.1 ∣ ∣ I1.2 Q1.1 I1.3 Q1.2 I1.4 Q1.3 ∣ I2.4

15、 L I2.5 I2.6 ∣ I3.7 M 指示燈 本設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容之一是設(shè)計(jì)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制邏輯，電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)決定運(yùn)料小車的前進(jìn)和后退，因此合理的設(shè)計(jì)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)邏輯是一項(xiàng)必要并且非常重要的任務(wù)，本文設(shè)計(jì)的電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的思想是把三相異步電動機(jī)的三相中的任意兩相調(diào)換，電機(jī)即可又正轉(zhuǎn)變成反轉(zhuǎn)，為了保證兩個接觸器不能同時得電，提高可靠性，還要加入互鎖電路，集合以上要求，電動機(jī)正反轉(zhuǎn)電氣原理圖如圖3.3所示。 圖3.5 電

16、動機(jī)正反轉(zhuǎn)電氣原理圖 第4章 軟件設(shè)計(jì) 4.1 程序設(shè)計(jì)流程 本次設(shè)計(jì)采用的程序設(shè)計(jì)方法是簡單設(shè)計(jì)法，簡單設(shè)計(jì)法適合初學(xué)者使用，設(shè)計(jì)思路邏輯清晰，便于理解。設(shè)計(jì)的思路流程如圖4.1所示。 起 始 呼叫允許？ 呼叫位置—小車當(dāng)前位置 >0 =0 <0 小車前進(jìn) 小車后退 小車停止30分鐘 Y N 圖4.1 程序設(shè)計(jì)流程圖 4.2 程序設(shè)計(jì)內(nèi)容 由于本次課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)10個倉庫的運(yùn)料小車自動控制系統(tǒng),系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)較多,

17、程序設(shè)計(jì)較為復(fù)雜繁瑣,故只節(jié)選兩個自動倉庫的運(yùn)料小車控制,作為典型控制系統(tǒng),既具有代表性,又節(jié)約空間和讀者的查閱時間。 具體的梯形圖見附錄。 第5章 系統(tǒng)測試與分析 經(jīng)過了以上的設(shè)計(jì)后，接下來進(jìn)行系統(tǒng)測試與分析，通過這個環(huán)節(jié)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否正確，并調(diào)試，最終完成整個課程設(shè)計(jì)。具體的測試過程如下所示： 1．打開STEP7-MicroWIN軟件，進(jìn)行通信測試，確定PLC地址。 2. 將編制好的梯形圖程序經(jīng)檢查無誤后下載到PLC中，此時PLC置于STOP模式。 3. 點(diǎn)擊監(jiān)控，并將PLC設(shè)置成RUN模式。 4. 撥動倉庫指示燈啟動按鈕，再按下相應(yīng)的呼叫按鈕，觀察燈是否亮。 由于實(shí)驗(yàn)設(shè)

18、備原因，本次課程設(shè)計(jì)只能采用小燈模擬自動倉庫運(yùn)料小車的部分功能，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)效果如圖5.1所示。 圖5.1 現(xiàn)場硬件連接及效果圖 經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本次設(shè)計(jì)的效果和控制任務(wù)基本一致，達(dá)到了自動倉庫運(yùn)料小車的控制要求，基本完成了設(shè)計(jì)目標(biāo)。 第6章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 運(yùn)料小車的PLC控制系統(tǒng)，使運(yùn)料小車具有自動啟停、裝卸料的功能。設(shè)計(jì)中我采用了簡單設(shè)計(jì)法，使得設(shè)計(jì)的程序不但簡單易懂且清晰直觀。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識還比較欠缺。明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己的綜合素質(zhì)。 整個設(shè)計(jì)的過程，同時也是專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，而且是更生動、更切實(shí)、更深入的專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。首先，一個設(shè)計(jì)是結(jié)合科研課題，把學(xué)過的專業(yè)知識運(yùn)用于實(shí)際，在理論和實(shí)際結(jié)合過程中進(jìn)一步消化、加深和鞏固所學(xué)的專業(yè)知識，并把所學(xué)的專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為分析和解決問題的能力。其次，在搜集材料、調(diào)查研究、接觸實(shí)際的過程中，既可以印證學(xué)過的書本知識，又可以學(xué)到許多課堂和書本里學(xué)不到的活生生的新知識。此外，我們在這種自己動手的設(shè)計(jì)中，對所學(xué)專業(yè)的某一側(cè)面和專題作了較為深入的分析?？傊?，這次的課程設(shè)計(jì)對我來說說是一個很好鍛煉自己的機(jī)會。 附錄：梯形圖程序