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1、運 料 小 車 課 程 設 計 專 業(yè)-XXX 班 級-XXX 姓 名-XXX 指導老師-XXX 年 月 日 摘要:可編程邏輯控制器，簡稱 PLC，是一種工業(yè)控制微型計算機。它的編程方便、操作 簡單尤其是高通用性等優(yōu)點，使它在工業(yè)生產過程中得到了廣泛的應用。其中的一個應 用便是運料小車的控制，主要用到的便是他的邏輯控制功能。本論文介紹的是 PLC 產品 以及其對應的軟件，并且用它來進行五個控制臺作業(yè)的運料小車的控制編程。 目 錄 1. 運料小車的發(fā)展概況 .1 2.可編程控制器（P LC）概述 .1 2.1 PLC 概述及特點 .2 2.2 PLC 的構 成 .2 3 控制系 統(tǒng)設計 .4 3

2、.1 小 車運 動分析 .7 3.2 運料小車控制系統(tǒng)的 PLC 選型和資源配置 .7 3.3 系統(tǒng)資源分配 .8 3.4 系統(tǒng)硬件設計 .9 3.5 系統(tǒng)軟件源程 序設計 .10 4 控制系統(tǒng)的調試 .13 4.1 編 程軟件 .13 4.2 程序 的構成 .13 4.3 程序的下載、安裝和 調試 .15 總 結 .16 致謝 .16 參考 文獻 .17 1 運料小車的發(fā)展概況 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 歷 了 以 下 幾 個

3、 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 用 PLC來 實 現 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 的 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 一 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 據 處 理 和 通 信 功 能 ， 必 須 有 專 人 負 責 操

4、 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 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 了 PLC在 運 料 小 車 控 制 系 統(tǒng) 在 自 動 方 面 的 應 用 。 （ 3） 全 自 動 控 制 ： 現 階 段 ， 由 于 PLC技 術 的 向 高 性 能 高 速 度 、 大 容 量 發(fā) 展 大 型 PLC大 多 采 用 多 CPU 結 構 ， 不 斷 向 高 性 能 、 高 速 度 和 大 容 量 方 向

5、發(fā) 展 。 將 PLC運 用 到 運 料 小 車 控 制 系 統(tǒng) ， 可 實 現 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 的概述 PLC 即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計算機技術為基礎 的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會（Internationa

6、l Electrical Committee）頒布的 PLC 標準草案中對 PLC 做了如下定義：“PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán) 境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其 內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數 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。PLC 及其有關的外圍設備 都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計?！?圖 2-1 PLC 三菱 FX 系列 2.2.1 PLC 的特點 （1）可靠性高，抗干擾能力強 。 （2）配套齊全，功能完善，適用性強 （3）易學易用，深受工

7、程技術人員歡迎 （4）系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 （5）體積小，重量輕，能耗低 2.2 PLC 的構成 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。 圖 2-2 PLC 的組成框圖 （1）CPU 的構成 CPU 是 PLC 的核心，起神經中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC 的系統(tǒng) 程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃

8、描的方式采集由現場輸入裝置送來的 狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編 程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再 按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態(tài)總線構 成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是 PLC 不可缺少的組成單元。 （2） I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入

9、信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊 將電信號變換成數字信號進入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O 分為開關量輸入（DI），開 關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的 I/O 分類如下： 開關量：按電壓水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和 晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10- 10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O

10、點數確定模塊規(guī)格及數量，I/O 模塊可多可少，但其最大數受 CPU 所能管理的基 本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。 （3） 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的 為 24VDC）。 （4）底板或機架 大多數模塊式 PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。 2.3.2 PLC 系統(tǒng)的其它設備 (1)編程設備：編程器是 PLC

11、 開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編 程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現 場控制運行。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件） 充當編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。 (2) 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。 (3) PLC 的通信聯網 依靠先進的工業(yè)網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自 動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網絡就是控制器的觀點

12、說法。 PLC 具有通信聯網的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與上位計算機以及其他智能設備 之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現分散集中控制。多數 PLC 具有 RS-232 接 口，還有一些內置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC 的通信現在主要采用通過多點接口 （MPI）的數據通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網進行聯網。 3 控制系統(tǒng)設計 3.1. 運料小車的運動分析 某自動生產線上運料小車的運動如圖 3-1 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?？空景惭b一個行程

13、開關以監(jiān)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?？空军c相對應。 1 號站 2 號站 3 號站 4 號站 5 號站 運料小車 自動化生產線 圖 3-1 運料小車示意圖 3.1.2 設備控制要求 運料小車在自動化生產線上運動的控制要求如下： （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）當小車當前所處?？空镜木幋a小于呼叫按扭 HJ 的編碼時，小車向右運行運行 到按鈕 HJ 所對應的?？空緯r停止； （3）當小車當前所處?？空镜木幋a大于呼叫按扭 HJ 的編碼時，小車向左運行，運 行到按鈕 HJ

14、 所對應的停靠站時停止； （4）當小車當前所處?？空镜木幋a等于呼叫按扭 HJ 的編碼時，小車保持不動；呼 叫按鈕開關 HJ1-HJ5 應具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 31.2 小車運動分析 小車在呼叫按鈕之間的運動如圖3-2所示， 圖3-2 小車在呼叫按鈕之間的運動 根據生產工藝要求設計出小車在運料過程中的速度變化情況如圖3-3所示， 圖 3-3 小車在兩呼叫按鈕之間運料過程中速度變化情況 根據料車運料過程中速度曲線圖確定變頻器的頻率變化情況如圖3-4所示， 圖 3-4 變頻器的頻率變化情況 根據系統(tǒng)控制要求，分析出如下系統(tǒng)控制流程圖， 圖 3-5 控制系統(tǒng)流程圖 3.2 運料小車控制系統(tǒng)的

15、PLC 選型和資源配置 3.3.1 控制系統(tǒng)圖 控制系統(tǒng)如圖 3-5 所示 （a） 啟動按鈕 停止按鈕 5 個呼叫按鈕 5 個行程開關 三菱 P L C 三相異步電動機變頻器 (b) 3-6 運料小車控制系統(tǒng)圖 3-7PLC 框架配置圖 3.3 系統(tǒng)資源分配 3.5.1 I O 地址分配 由于 CPU 模塊有 14 點數字量輸入，10 點數字量輸出，所以不再需要輸入輸出模塊。 采用 IO 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 Y000Y011。 3.5.2 數字量輸入部分 這個控制系統(tǒng)的輸入有啟動按鈕開關、停止按鈕開關、5 個呼叫按鈕開關

16、、5 個行程 開關共 12 點輸入。具體的輸入分配如表 3-1 所示。 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 X007 1 號站行程開關 X010 2 號站行程開關 X011 3 號站行程開關 X012 4 號站行程開關 X013 5 號站行程開關 表 3-1 輸入地址分配 3.5.3 數字量輸出部分 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

17、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 3-2 所示。 輸出地址 對應外部設備 Y000 電機反轉繼電器 Y001 電機正轉繼電器 表 3-2 輸出地址分配 3.5.4 內部繼電器部分 內部繼電器地址分配如表 3-3 所示。 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 號站呼叫 M3 號站呼叫 M4 號站呼叫 M5 號站呼叫 M6 小車所在站編號呼叫編號 M7 小車所在站編號呼叫編號 M8 小車所在站編號呼叫編號 表 3-3 內部繼電器地址分配 3.4 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)硬件接線圖如圖 3-7、3-8 所示， 圖3-8 主電路 圖3-9

18、 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3 中KM1 的線圈串聯了KM2 的輔助常閉觸點,KM2 的線圈串聯了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PLC 對系統(tǒng)的控制。 3.5 系統(tǒng)軟件源程序設計 3.7.1 行程開

19、關 在該程序中，5個站的行程開關分別用數字0-4來表示，當小車在1號站時，行程開關 X007得電，將數字0傳送到數據寄存器D0；當小車在2號站時，行程開關X010得電，將數 字1傳送到數據寄存器D0。依次類推，當小車在5號站時，行程開關X013得電，將數字4傳 送到數據寄存器D0。它的助記符程序為： LD X007 MOV K0 D0 ；小車在 1 號站 LD X010 MOV K1 D0 ；小車在 2 號站 LD X011 MOV K2 D0 ；小車在 3 號站 LD X012 MOV K3 D0 ；小車在 4 號站 LD X013 MOV K4 D0 ；小車在 5 號站 3.7.2 小車啟

20、停輔助繼電器 當按下啟動按鈕時，小車開始運動，該輔助繼電器M0得電；當按下停止按鈕時，小 車停止運動，該輔助繼電器M0失電。它的助記符程序為： LD X000 OR M0 ANI X001 OUT M0 ；小車啟停輔助繼電器 3.7.3 呼叫按鈕 在該程序中，5個站的呼叫按鈕分別用數字0-4來表示，而且由于5個呼叫按鈕開關 HJ1HJ5具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先，所以需5個輔助繼電器M1-M5。當按下1號站呼叫 按鈕開關時，行程開關X002得電，數字0傳送到數據寄存器D1，同時1號按鈕開關輔助繼 電器得電；當按下2號站呼叫按鈕開關時，行程開關X003得電，數字1傳送到數據寄存器 D1，同時2號

21、按鈕開關輔助繼電器得電；依次類推，當按下5號站呼叫按鈕開關時，行程 開關X006得電，數字4傳送到數據寄存器D1，同時5號按鈕開關輔助繼電器得電；它的助 記符程序為： LDI M2 ANI M3 ANI M4 ANI M5 ANI X007 AND M0 LD X002 OR M1 ANB MOV K0 D1 ；1 號站呼叫按鈕開關 OUT M1 ；1 號站呼叫按鈕開關輔助繼電器 LDI M1 ANI M3 ANI M4 ANI M5 ANI X010 AND M0 LD X003 OR M2 ANB MOV K1 D1 ；2 號站呼叫按鈕開關 OUT M2 ；2 號站呼叫按鈕開關輔助繼電器

22、LDI M1 ANI M2 ANI M4 ANI M5 ANI X011 AND M0 LD X004 OR M3 ANB MOV K2 D1 ；3 號站呼叫按鈕開關 OUT M3 ；3 號站呼叫按鈕開關輔助繼電器 LDI M1 ANI M2 ANI M3 ANI M5 ANI X012 AND M0 LD X005 OR M4 ANB MOV K3 D1 ；4 號站呼叫按鈕開關 OUT M4 ；4 號站呼叫按鈕開關輔助繼電器 LDI M1 ANI M2 ANI M3 ANI M4 ANI X013 AND M0 LD X006 OR M5 ANB MOV K4 D1 ；5 號站呼叫按鈕開關

23、OUT M5 ；5 號站呼叫按鈕開關輔助繼電器 3.7.4 比較 按下啟動按鈕和呼叫按鈕后，開始對行程開關數據寄存器D0和呼叫按鈕數據寄存器 D1中的數據進行比較。當（D0）（D1）時，即小車當前所處?？空镜木幋a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 ?？空镜木幋a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： LD M0 CMP D0 D1 M6 3.7.5 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

24、按 鈕所對應的停靠站時停止。它的助記符程序為： LD M6 LD M1 ANI X007 LD M2 ANI X010 ORB LD M3 ANI X011 ORB LD M4 ANI X012 ORB LD M5 ANI X013 ORB ANB OUT Y000 ；小車向左運動 3.7.6 向右運動 小車當前所處?？空镜木幋a小于呼叫按鈕的編碼時，小車向右運行，運行呼叫按鈕 所對應的?？空緯r停止。它的助記符程序為： LD M8 LD M1 ANI X007 LD M2 ANI X010 ORB LD M3 ANI X011 ORB LD M4 ANI X012 ORB LD M5 ANI X

25、013 ORB ANB OUT Y001 ；小車向右運動 4 控制系統(tǒng)的調試 4.1 編程軟件 編程軟件采用三菱公司的編程軟件GX-Developer,它 適 用 于 Q、 QnU、 QS、 QnA、 AnS、 AnA、 FX等 全 系 列 可 編 程 控 制 器 。 支 持 梯 形 圖 、 指 令 表 、 SFC、 ST及 FB、 Label語 言 程 序 設 計 ， 網 絡 參 數 設 定 ， 可 進 行 程 序 的 線 上 更 改 、 監(jiān) 控 及 調 試 ， 具 有 異 地 讀 寫 PLC程 序 功 能 。 4.2 程序的構成 將對應程序轉換成相應梯形圖輸入編程軟件中，如下所示： 開始運

26、行程序，PLC將運行已經設置好的程序和參數，按下啟動按鈕和呼叫按鈕后， 小車到達呼叫的那個站點。 4.3 程序的下載、安裝和調試 將各個輸入和輸出端子和實際控制中的按鈕、所需控制設備正確連接，完成硬件的 安裝。打開GX-Developer編程軟件，打開運料小車程序，即可在線調試,最終調試結果符 合設計要求，如圖4-1所示 圖4-1 程序調試 總結 本文主要介紹了運料小車的發(fā)展過程及現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。在指導老師的精心指導下，我在本文中解決了如下問題：控制系統(tǒng)硬件電路 的正確設計及連接，節(jié)

27、約了成本，優(yōu)化了配置；實現了生產工作臺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正 確調試了設計程序，并在設計調試中收獲很多寶貴經驗。 致謝 雪萊說“世間走得最快的永遠是最美好的東西” 。這段青春的經歷將永遠充溢在我的 心中” ，光陰似箭，兩年充實而愉快的研究生時光即將過去，接到錄取通知，滿懷欣喜， 背上行囊，走進銅陵，仿佛這些畫面就在昨天。 本文是在指導老師的悉心指導下完成的。指導老師淵博的學識、嚴謹的治學態(tài)度、 深厚的科研功底和敏銳的學術前瞻性對我學術研究影響很大；楊老師對工作的敬業(yè)精神 和忘我熱情，深深地感動著我，并將激勵我今后在工

28、作上不斷進取，以優(yōu)異的成績回報 老師的培養(yǎng)。在完成畢業(yè)設計這段時間里，導師對我的學習、工作等方面都給予了真誠 的關懷和幫助，這段美好時光，我將永銘于心。正是導師的關懷才使得我能夠順利完成 學業(yè)。在這里請允許我向導師致以最真誠的謝意 參考文獻 1謝劍英.微型計算機控制技術M.國防工業(yè)出版社.2001.6 2史國生，趙陽等.電氣控制與可編程控制器技術M.北京:化學工業(yè)出版社.2004.1 3胡學林.可編程控制器教程M.北京:電子工業(yè)出版社.2003.7 4劉美俊.通用變頻器應用技術M.福建:福建科學技術出版社.2001.6 5幻劉國光.提高 PLC 控制系統(tǒng)可靠性的軟件設計.機床電器J.2004.11. 6秦虹.PLC 控制系統(tǒng)的編程方法簡述.機床電氣J.2002.7