小车多方式运行的PLC控制

目录
1.引言 (1)
1.1 PLC的概述 (1)
1.2 PLC的特点 (1)
1.3 控制要求 (2)
1.4 设计任务 (2)
1.5 设计报告 (3)
2系统总体方案设计 (4)
2.1 系统硬件配置及组成原理 (4)
2.2 系统变量定义及分配表 (4)
2.3系统接线图设计 (6)
2.4系统可靠性设计 (6)
3控制系统设计 (9)
3.1控制程序流程图设计 (9)
3.2控制程序时序图设计 (10)
3.3控制程序设计思路 (10)
4上位监控系统设计................................................................... 错误！未定义书签。

4.1PLC与上位监控软件通讯 (11)
4.2上位监控系统组态设计 ................................................ 错误！未定义书签。

4.3实现的效果 .................................................................... 错误！未定义书签。

5系统调试及结果分析............................................................... 错误！未定义书签。

5.1系统调试及解决的问题 (13)
5.2结果分析 (13)
结束语 (14)
参考文献 (15)
附录 (16)
一、引言
1.1 PLC的概述
可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。

与个人计算机的PC 相区别，用PLC表示。

PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。

国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

1.2 PLC的特点
1）编程方法简单易学
梯形图是使用的最多的PLC编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花集天地的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，PLC在执行梯形图程序时，将它“翻译”成汇编语言后在执行。

（2）功能强，性能价格比较强
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程软件，可以实现非常复杂的控制功能与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

PLC还可以通过通信联网实现分散控制。

（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有平准齐全的各种硬件装置供用户选择，用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC 的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC由较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和中小型交流接触器。

硬件配置确定后，通过修改用户程序，就可以方便、快速的适应工艺条件的变化。

（4）可靠性高、抗干扰能力强
传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。

由于触点接触不良，容易出现故障。

PLC用软件代替中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可以减少到继电器控制系统的十分之一甚至百分之一。

PLC使用了一系列的硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于由强烈干扰的工业生产现场，已被公认为做可靠的工业控制设备之一。

（5）系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，是控制柜的设计、安装、接线工作量大大减小。

（6）维修工作量小、维修方便
PLC的故障率很低，具有完善的自诊断功能。

（7）体积小、能耗低
对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可以将开关柜的体积缩小到原来的1/2甚至1/10。

1.3 控制要求
小车系统由直流电机、继电器、小车和 4 个站台等组成，每个站台有检测传感器、指示灯和按钮。

采用S7-200PLC进行控制，控制要求如下：
1. 小车起始位置停在x（x=1～4）号站台，SYx传感器为ON;
2. 假如y(y=1～4)号站台呼叫，如果：
①x﹥y，小车左行到呼叫站台停车；
②x﹤y，小车右行到呼叫站台停车；
③x=y，小车停止；
3. 小车在SY1和SY4处要有可靠的保护功能，自动往返或准确停车，不能向外撞；
4. 小车路过每个站台要有指示灯显示；但LB1和LB4灯要闪3次；
1.4 设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行小车多方式运行的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。

主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动、停止功能；
3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
4.程序结构与控制功能自行创新设计；
5.用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；
6.进行系统调试，实现小车多方式运行的控制要求。

1.5 设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。

二、控制系统总体方案设计
2.1 系统硬件组成（要有系统组成图）
小车系统由直流电机、继电器、小车和4个站台等组成，每个站台有检测传感器、指示灯和按钮。

2.2 系统变量定义及分配表
经过对控制过程和要求的详细分析，明确了具体的控制过程。

1. 小车起始位置停在x（x=1～4）号站台，SYx 传感器为ON;
2. 假如y(y=1～4)号站台呼叫，如果：
①x﹥y，小车左行到呼叫站台停车；
②x﹤y，小车右行到呼叫站台停车；
③x=y，小车停止；
3. 小车在SY1 和SY4 处要有可靠的保护功能，自动往返或准确停车，不能向外撞；
4. 小车路过每个站台要有指示灯显示；但LB1 和LB4 灯要闪3 次；
如上所述，由此可以得出所需PLC的输入点9个，输出点6个。

本设计使用9个输入继电器，6个输出继电器，6个辅助继电器（各辅助继电器的功能在程序程序对应部分会有说明）。

输入输出继电器的选择与对应关系如下表：
表2-1 I/O分配表
输入功能说明输出功能说明I0.0/I0.1 启动/停止KM1 Q0.0 左行SB1 I1.0 呼叫站台1 KM2 Q0.1 右行
SB2 I1.1 呼叫站台2 LB1 Q10.0 第一个站台的指示灯
SB3 I1.2 呼叫站台3 LB2 Q10.1 第二个站台的指示灯
SB4 I1.3 呼叫站台4 LB3 Q10.2 第三个站台的指示灯
SY1 I2.0 限位1 LB4 Q10.3 第四个站台的指示灯
SY2 I2.1 限位2
SY3 I2.2 限位3
SY4 I2.3 限位4
2.3 系统接线图设计
2.4系统可靠性设计
干扰的形成需要同时具备3个要素，即干扰源、
耦合通道和对干扰敏感的受扰体。

因此，抗干扰的原则是抑制干扰源、破坏干扰通道和提高受扰体的抗干扰能力。

硬件抗干扰技术是系统设计时的首选措
施，它能有效抑制干扰源，阻断干扰传输通道。

2.1
电源的选择
电网干扰串入PLC系统主要是通过供电电源(如CPU电源、I/O电源等)、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合而来。

对于PLC 系统供电的电源，
一般都采用隔离性能较好的隔离变压器；对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大(如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术)的配电器，以减少干扰。

2.2
输入输出的保护
输入通道中的检测信号一般较弱，传输距离可能较长。

因检测现场干扰严重和电路构成往往模数混杂等因素使输入通道成为PLC系统中最主要的干扰进入通道。

在输出通道中，功率驱动部分和驱动对象也可能产生较严重的电气噪声，并通过输出通道耦合作用进入系统。

2.2.1采用数字传感器
采用频率敏感器件或由敏
感参量R、L、C构成的振荡器等方法使传统的模拟传感器数字化，多数情况下其输出为TTL电平的脉冲量，而脉冲量抗干扰能力较强。

2.2.2对输入输出通道进行电气隔离
用于隔离的
主要器件有隔离放大器、
隔离变压器、纵向扼流圈和光电耦合器等，其中应用最多的是光电耦合器。

利用光耦合把两个电路的地环隔开，两电路即拥有各自的地电位基准，它们相互独立且不会造成干扰。

2.2.3模拟量的输入输出可采用V/F、F/V转换器V/F(电压/频率)转换过程是对输入信号的时间积分，因而能对噪声或变化的输入信号进行平滑，所以抗干扰能力强。

2.3
完善接地系统
在任何包含有电子线路的设备中，接地是抑制噪声和防止干扰的重要方法。

接地设计的两个原则是:消除各电路电流流经一个公共地线阻抗所产生的噪声电压；避免形成地环路。

2.3.1地线系统合理布置
PLC系统中的地线可划
分为数字电路的逻辑地线、模拟电路的模拟地线、继电器和电动机等大功率电气设备的噪声地线以及仪器机壳等的屏蔽地线等几种，这些地线应该分开布置,并在一点上与电源地相连。

2.3.2单点接地与多点接地选择
在低频电路中,信
号频率低于1MHz时，它的布线和元器件间的电感影响较小,而接地电路形成环流所产生的干扰影响较大,因而单元电路间宜采用一点接地；当信号工作频率大于10MHz时,地线阻抗变得很大,宜采用多点接地法；当工作频率在1~10MHz之间时,如果用一点接地,其地线长度不超过波长的1/20,否则宜采用多点接地法。

接地线尽量加粗,减小接地阻抗。

2.4PLC自身的改进
2.4.1
PLC线路板的抗干扰措施
选用脉动小、稳
定性好的直流电源，连接导线用铜导线，以减小压降；选用性能好的芯片，以满足抗冲击、振动、温度变化等特殊要求；对不使用的集成电路端子应妥善处理,通常接地或接高电平使其处于某种稳定状态。

在设计线路板时，尽量避免平行走线，在有互感的线路中间要置一根地线，起隔离作用；每块印刷电路板的入口处安装一个几十μF的小体积大容量的钽电容作滤波器。

印刷板的电源地线最好设计成网状结构，以减少芯片所在支路的地线瞬时干扰；电源正负极的走线应尽量靠近。

2.4.2整机的抗干扰措施
在生产现场安装的PLC
应采用金属盒屏蔽安装,并妥善接地。

置于操作台上的PLC要固定在铜板上,并用绝缘层与操作台隔离,铜板应可靠接地
三、控制系统梯形图程序设计
3.1 控制程序流程图设计
图3-1 控制程序流程图
3.2 控制程序时序图设计
3.3 控制程序设计思路
1、小车对站台呼叫的反应电路
取两个寄存器，分别存放呼叫的站台以及小车停靠的站台（本文的设计中这两个寄存器分别为D0和D1），显然，我们可以通过cmp指令进行x，y的大小判断，当x>y时，执行左行命令(即本文设计程序中的SET Y1指令)；当x<y时，执行右行命令(即本文设计程序中的SET Y2指令)；当x=y时，执行左行命令(即本文设计程序中的RST Y1和RST Y2指令)。

在这样的思路下，我们不可避免的将遇到三个问题：如何在D0中存放所呼叫的站台？如何准确获取并在D1中存放小车停靠的位置？执行左行或右行命令后，如何使得小车在指定站台停止,并同时记录下新的停靠位置，即更新D1寄存器的内容？
对于第一个问题，直接运用mov指令即可。

方法是设置四个输入继电器x1,x2,x3,x4分别表示第i个站台呼叫，当xi接通时，执行mov ki D0，(i取1、2、3，4)。

对于第二个问题，解决方法是当小车停止时，即相应的到位开关SQ1、SQ2、SQ3或SQ4接通时，执行mov Ki D1，(i取1、2、3，4)。

第三个问题，判断小车停止的条件是使用到位开关SQ，本文的程序里使用四个继电器x11,x12,x13,x14来表示。

2、小车路过站台时指示灯的显示
本文的程序里用Y10,Y20,Y30,Y40分别表示第1、2、3、4站台的指示灯。

根据题目要
求，当小车路过站台时，对应的站台的指示灯要亮，对于第2,3站台指示灯，这个效果直接用指令LD X12,OUT Y20;LD X13,OUT Y30即可控制。

但是对于第1、4号站台，要求指示灯闪烁三次，则像上面这样简单的指令是不能满足要求的，需要引入定时器（用以控制“闪烁”的间隔时间）和计数器（用以控制闪烁“3次”）。

详细控制图和程序见后文。

另外，考虑到这两个站台指示灯的功能相同，因此程序里可以使用子程序，以减少定时器、计数器和继电器的个数，同时亦能提高程序运行的效率和可靠性。

四、上位监控系统设计
4.1 PLC与上位监控系统软件通讯
整个监控系统由A/D模块、D/A模块、CPU、传感器、电气转换器、平板电脑组成。

A/D模块的功能是将通过传感器采集到的数据转换成数字量,以便CPU进行处理。

CPU的功能是处理各种信息,对A/D模块的数据进行PID处理。

D/A 模块的功能是将PID处理后的输出数字量转换成模拟量。

上位机对数据进行分析、存盘、综合处理、打印、报警、图形显示、人机对话,并可通过数据传送对PLC进行控制。

4.2 上位监控系统组态设计
1、窗体设计
在软件的编程过程中，人机界面（MMI）非常重要，因为它直接与操作员产生信息交流，友好的人机界面要求能真实再现控制设备的状态以及准确的采集所需参数的数据，这主要依靠VB6.0的控件组合及原代码完成。

整个人机界面包括硫化状态画面（主画面）、实时曲线画面、数据查看画面、历史曲线画面、工艺编辑画面、报警画面、口令画面、开关状态画面，各画面间可以相互切换.当然也可根据用户习惯编辑不同的人机界面，具有很好的灵活性。

它实时采集硫化机温度压力信号,并将其保存在以日期为名称的数据库里。

显示每锅轮胎硫化的时间、步序参数数据,产量、胶囊计数、本机目前的信息也一目了然,棒图控件能动态表明每条轮胎的硫化进程,并有百分数提醒操作员。

如果某一阀门打开，主画面中相应阀门名称的颜色变化,管路里就会有液体流动的动画,形象再现了阀门状态的变化,这可以在Picture控件中应用API函数实现.清零菜单可分别对左右计数和产量进行清零.单击“通讯”按钮通过串口与PLC通信,进行数据交换,数据采集频率可在Timer控件中设定.插入公司的商标,与其它控件协调组合,整个主画面就相当完美了。

主画面为监控系统的窗口，基本上所有操作员需要了解的数据都集中在这里,其画面的友好程度及功能的完整性直接影响人机界面成功与否。

实时曲线画面实时跟踪硫化机的温度压力参数,可分为圆盘型和直线型。

圆盘型尊重原有圆盘记录仪的习惯,以一天为单位,实时记录每一时间的数值,在实时数据与上一时间数据间画圆弧,这样能准确显示数值的变化情况。

直线型以一小时(一般轮胎硫化时间在一小时内)为单位显示,如果采集完一个小时数据,则实时曲
线以采集频率从右向左漂移,这时在Picture控件最右端显示当前数值对应的曲线，这种动态漂移效果可由WINDOWS API函数实现。

这两种曲线方式各有千秋,前者可以直观了解当天所有轮胎的曲线情况,但上位机的显示屏显示一天数据,图形就显得小,分辨率不高。

后者清晰度高,但只能显示当前一段时间的曲线,如果需要更长时间的曲线,得从历史画面中查看。

一般来讲,两者兼顾应用,相得益彰。

每天采集的数据都存放在当天的数据库里,要查看哪天的曲线只要打开该天的数据库就可以画出该天的历史曲线。

工艺编辑画面:所有需要修改的参数都集中在工艺编辑画面里,步序、分步时间、阀门状态、PID参数、延时设定、硫化规格、机号都可修改。

该画面功能多,操作较为复杂,但主要还是围绕数据库做文章。

建立一个数据库与Treeview控件联接,数据库中包括各种工艺号,每个工艺号为一个表(Table)。

单击表名，该表的内容显示在Datagrid控件中，可以通过键盘修改表的内容，如果想在表中添加步序，单击Adodc控件“＞”处，在Datagrid控件最后就会添加一行空格，按需要添入数值就行了，但最多不能超过16行，当然也可用“删除工艺”键将选中的步序从表中除掉，如表已添好，选择“工艺传输”或“参数传输”将数据下载到PLC。

按添加“加工工艺”按钮，可满足用户输入多种工艺参数，供使用时选择。

按下“删除工艺”可将不需要的工艺号从数据库中删除。

“重命名”可改变表的名称。

本软件提供十种轮胎规格供用户选择，用户也可按自己的习惯修改规格内容。

工艺编辑画面的内容较多，不同用户要求也不同，在设计画面时，应充分考滤用户的意见。

口令画面限制操作员的访问权限，确保工艺的保密性，防止不必要的误操作。

口令可以在输入正确口令后修改。

报警画面显示设备的报警信息，一旦出现异常情况，报警画面中显示报警文字和指示灯信息，同时连接在上位机上的音箱发出声音提醒操作员及时采取措施处理故障。

如条件不容许，也可将报警信息传送给报警铃。

开关状态画面显示PLC的I/O状态，将硫化机所有开关的I/O对应相应控件，控件颜色的改变映射相应的I/O状态改变，操作员从画面中能判断硫化机的运行状态。

同时，也方便维修。

画面组态后，需用代码将控件联系起来，以便达到理想效果。

4.3 实现的效果
上位机监控系统界面友好、控制安全可靠、精度高、数据存储量大,可以根椐用户要求开发不同的人机界面、灵活性好,相对前几种记录方式大大节约了成本, 降低了系统的维修费用,且存在功能多、使用方便简洁。

上位机,把现场数据通过传感器采集经PLC处理后送入上位机,组成一个监控系统。

上位机丰富的资源可以对采集到的数据进行分析、存盘、运算、打印、报警、进行各种相应的显示,并可通过数据传送对PLC进行控制。

五、系统调试及结果分析
5.1 系统调试及解决的问题
按要求输入梯形图，检查并编译。

本次设计实验里，正确输入梯形图，编译成功。

同时通过在线工作后把程序写入可编程序控制器的程序存储区，然后进行运行调试，在前面正确操作和正常进行的基础上，使PLC进入运行状态，观察运行情况，结果是本PLC设计运行正常，没有未知错误，对于多组不同站台呼叫的检测数据，小车均能够以预想的行动路线运动，即能够实现循环工作。

5.2 结果分析
根据以上调试情况，该小车多方式运行的PLC控制设计符合要求。

六、结束语
通过此次课程设计，让我对PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。

有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。

PLC课程都是极理论的东西，所做过的几个实验也都是在已知程序图的情况下学习使用编程器，这并不能提高PLC的设计水平，而这次的课程设计是从根本上让我们理论联系实际，在这种根据实际状况进行系统设计的情况下能够让我们对PLC有更深刻的认识。

不积跬步何以至千里，课程设计是大学学习阶段非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次课程设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合，锻炼了综合运用所学的专业基础知识的能力，提高了查阅文献资料、设计手册的能力，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，使得能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，毅力及耐力也都得到了不同程度的提升。

参考文献
[1]陈宏钧.可编程控制器课程设计指导书[M].天津：天津大学出版社.2001
[2]钟肇新，王灏.可编程控制器入门教程[M].广州：华南理工大学出版社.1999
[3]邓星钟.机电传动控制[M].武汉：华中科技大学出版社.2001
[4]谭维瑜.电机与电气控制[M].北京：机械工业出版社.1999
[5]姜培刚，盖玉先.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版社.2004.
附录小车多方式运行程序梯形图如下:
小车多方式运行程序指令表如下: Network1
LD I0.0
LD Q0.0
AN I2.0
AN I2.1
AN I2.2
LD I1.1
O I1.2
O I2.3
A I2.0
LD I1.2
O I1.3
A I2.1
LD I1.3
A I2.2
OLD
OLD
OLD
OLD
AN I0.1
AN I2.3
= Q0.0
Network2
LD I2.3
LD Q0.1
AN I2.1
AN I2.2
AN I2.3
LD I1.0
O I1.1
A I2.2
LD I1.1
A I2.1
OLD
OLD
OLD
AN I0.1
AN I2.0
Network3
LD I1.0
A I2.0 TON T37, +15 = Q10.0 TON T38, +5
Network4
LD I1.1
A I2.1
= Q10.1
Network5
LD I1.2
A I2.2
= Q10.2 Network6
LD I1.3
A I2.3 TON T39，+15 = Q10.3 TON T40，5。