小车多方式运行的PLC控制系统设计

摘要随着科技的发展，技术的不断更新，出现了可编程逻辑控制器，简称PLC，是一种工业控制微型计算机。

它的编程方便、操作简单尤其是高通用性等优点，使它在工业生产过程中得到了广泛的应用。

在中国，小车半自动化控制前景美好，在许多公司的装配车间得到广泛的运用。

使得工业生产趋向于半自动化、自动化、无人工厂的方向发展，其中PLC 技术的运用成为自动化技术的主流之一。

小车多方式运行的PLC控制系统设计首先分析了小车多方式运行的工作原理、控制要求，根据工艺要求，统计了小车多方式运行所需要的输入和输出端子，其中输入点为9个，输出点为6个，共计15个输入输出点。

根据PLC的I/O点数和内存容量选型原则，选择了三菱FX2N-32MR继电器型PLC作为小车多方式运行的控制器，同时选择了其它电器元件，设计了PLC的外部接线图。

然后利用SFC（Sequential Function Chart，顺序功能图）图法设计了自动喷泉的程序梯形图。

为了验证设计的正确性，运用三菱GX Developer仿真软件进行程序仿真。

仿真结果证明，设计能够有效的保证小车多方式运行的准确性、快速性、安全性，满足工艺要求，具有一定的应用价值。

关键词：多方式；硬件设计；软件设计；PLC目录1 绪论 01.1 小车多方式运行控制的现状和背景意义 01.2 电气控制与可编程控制器技术的发展史 01.3 主要的内容 (1)2 小车多方式运行的PLC控制系统硬件设计 (2)2.1 工作原理及控制要求 (2)2.2 I/O点统计及PLC选型 (2)2.2.1 输入点统计 (2)2.2.2 输出点统计 (3)2.2.3 PLC选型 (3)2.2.4 元器件选择 (4)2.3 I/O分配及PLC外部接线图设计 (4)2.3.1 I/O分配表 (4)2.3.2 内部辅助继电器 (5)2.3.2 PLC外部接线图设计 (5)3 小车多方式运行的PLC控制系统的软件设计 (6)3.1 控制程序设计思路 (6)3.2 控制程序流程图 (6)3.3 控制程序状态转移图 (7)4 仿真调试 (9)4.1 三菱可编程控制器软件介绍 (9)4.2 控制程序梯形图 (9)4.3 控制程序仿真图 (11)结束语 (13)参考文献 (14)致谢 (15)附录 (16)附录A 梯形图 (16)1 绪论1.1 小车多方式运行控制的现状和背景意义20世纪60年代以前，汽车流水线的自动控制系统基本上都采用传统的继电器控制。

在60年代初，美国汽车制造业竞争越发激烈，而汽车的每一次更新的周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就越来越频繁，原来的继电器控制就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新间。

所以人们就想能有一种通用性和灵活性较强的控制系统来替代原有的继电器控制系统。

1968年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的概念。

在1969年，美国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台PLC。

这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。

这种控制系统首先在美国通用汽车的生产线上使用，并获得了令人满意的效果。

PLC在制造和冶金等其他工业部门相继得到了应用。

1971年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的PLC。

1973年，欧洲一些国家也研制出了自己的PLC。

1974年，我国也开始仿照美国的PLC技术研制自己的PLC，终于在1977年研制出第一台具有实用价值的PLC。

大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得PLC在问世后的发展极为迅速。

现在，PLC不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID调节、通信联网、故障自诊断及DCS生产监控等功能。

毫无疑问，PLC将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。

在20世纪80年代，美国的工业市场调查报告和1989年美国的一份分散控制系统（DCS）的调研报告中，都能看出PLC在工业控制中的重要作用。

在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。

用PLC程序实现小车自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。

1.2 电气控制与可编程控制器技术的发展史1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，并公开招标提出十项标准:(1)编程方便，现场可修改程序；(2)维修方便，采用模块化结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；(4)体积小于继电器控制装置；(5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制装置竞争；(7)输入可以是交流115V；(8)输出为交流115V, 2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；(9)在扩展时，原系统只要很小变更；(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K。

1969年，美国数字公司(DEC)研制出了第一台可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。

这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，很快在美国其它工业领域推广使用。

随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有了第五代PLC产品。

随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。

长期以来，PLC及其网络控制系统始终战斗在工业自动化控制行业的主战场，其提供的安全和完善的解决方案，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，在电力、冶金、化工、机械等行业发挥了重大作用，被公认为现代工业自动化三大支柱之一。

近20年来计算机和信息技术的飞速发展，不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格，使PLC、通信联网技术、过程控制软件都获得了长足进步，也使PLC的广泛应用成为可能。

从1968年开始至今，PLC已经经历了四次更新换代,现阶段的PLC产品不但全面使用16位、32位高性能微处理器，高性能片位式微处理器，RISC(ReduCedInstruCtionSetComputer)精简指令系统CPU等高级CPU，而且，在一台PLC 中配置多个微处理器，进行多道处理。

同时，生产了大量内含微处理器的智能模板，使得最新的PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的名副其实的多功能处理器。

随着生产自动化程度的增加，单一的逻辑控制功能显然不能满足现代生产的要求，而PLC新增加的这些功能正好适应了生产发展的需求。

相信在未来的自动化生产控制中，PLC及其网络必将得到更加广泛的应用。

1.3 主要的内容设计的内容主要包括了小车多方式运行的发展情况及PLC现状；小车多方式运行控制系统的组成；I/O点的统计；小车多方式运行的软件设计；仿真与调式等。

设计说明书共分4章。

第1章绪论，主要介绍了小车多方式运行控制的现状和背景意义。

第2章小车多方式运行的硬件设计，主要介绍了小车多方式运行控制系统的硬件设计，主要写了小车多方式运行的工作原理、I/O点统计及PLC选型、I/O口分配和PLC 的外部接线图设计。

第3章小车多方式运行的软件设计，主要介绍了小车多方式运行的流程图、单独的花样设计。

第4章仿真与调式，主要介绍了仿真软件的使用方法与仿真结果。

2 小车多方式运行的PLC控制系统硬件设计2.1 工作原理及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。

小车由直流电机拖动，电动机正转，小车右行，电动机左转，小车左行，在生产线上有4个编码为1-4个站点供小车停靠，在每个停靠站安装一个行程开关以检测小车是否到达该站，如果小车到站，该站的指示灯会亮，另外还设有4个呼叫按钮（SB1—SB4）分别与4个停靠站点对应。

电路图如下所示：图1 主电路图图1中KM1和KM2分别是控制电机正转运行和反转运行的交流接触器。

用KM1和KM2的主触点改变进入电动机的三相电源的相序，既可以改变电动机的旋转方向。

图中KM1的线圈串联了KM2的辅助常闭触点，KM2的线圈串联了KM1的辅助常闭触点，组成了硬件互锁电路。

可以避免由于正反转（小车右行、左行）切换过程中电感的延时作用，导致原来接通的接触器的主触点还未断弧时，另一个接触器的主触点已经合上而造成电源瞬间短路的故障。

通过主电路与PLC的控制电路接线，才能实现PLC对系统的控制。

2.2 I/O点统计及PLC选型2.2.1 输入点统计小车多方式运行PLC控制系统共需要9个输入信号，其中启动/停止按钮占用1个输入接口，用以控制整个电路的开始和结束；每个站台处的呼叫开关SB1~SB4共占用4输入个接口，有小车的呼叫需要时只需按下相应的开关即可；每个站台处的传感器SY1~SY4共占用4个输入接口，用来发出小车的位置信号和到达相应站台时自动停止的信号。

表1 输入统计序号输入点数量1 启动/停止开关 12 呼叫站台1开关 13 呼叫站台2开关 14 呼叫站台3开关 15 呼叫站台4开关 16 限位1行程开关 17 限位2行程开关 18 限位3行程开关 19 限位4行程开关 12.2.2 输出点统计控制系统输出信号共有6个。

其中控制电动机的正反转（即小车的左右移动）需要2个输出信号，另外4个用于控制指示灯LB1~LB4的亮灭。

表2 输出统计序号输出点数量1 左行 12 右行 13 第一个站台的指示灯 14 第二个站台的指示灯 15 第三个站台的指示灯 16 第四个站台的指示灯 1共计 62.2.3 PLC选型现在应用最广泛的PLC有三菱、西门子、欧姆龙、松下等等。

三菱PLC结构灵活、传输质量高、速度快、带宽稳定、范围广、成本低、适用面广但是数据处理比西门子弱。

西门子PLC性能强大、可操作性强、有相配套的伺服系统和组态软件但是价钱太高。

欧姆龙PLC欧姆龙编程软件对符号地址的格式有要求，东欧的老机床器件符号输进去好多都不认，按它的标准老图的标示都要变很不方便。

松下PLC超小型尺寸，轻松扩展，扩展单元可直接连接到控制单元上、不需任何电缆。

从I/O10点到最大I/O128点的选择空间。

根据其输入输出点数，综合考虑选择三菱FX2N 系列的FX2N-32MR型的PLC。

2.2.4 元器件选择根据设计中小车的运行要求及主电路和控制电路对元器件的性能要求，选取原件清单如表3所示。

序号符号名称型号数量1 KM1-KM2 接触器CJ20-10 22 FU1-FU2 熔断器XRNP1-10 23 QF1-QF2 自动空气开关HUM18-63C32/1 24 M 直流电机Z4-100-1 15 SB5 启动/停止按钮ZB2-BE101C 16 SB1-SB4 呼叫站台按钮ZB2-BE101C 47 SY1-SY4 传感器FM-T02N-P31P2 48 LB1-LB4指示灯WDM-JD125-1 42.3 I/O分配及PLC外部接线图设计2.3.1 I/O分配表（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：① x﹥y，小车左行到呼叫站台停车；② x﹤y，小车右行到呼叫站台停车；③ x=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；表4 I/O分配表序号名称输入接口功能说明序号名称输出接口功能说明1 SB1 X001 呼叫站台11 KM1Y001 左行2 SB2 X002 呼叫站台22 KM2Y002 右行3 SB3 X003 呼叫站台33 LB1Y003 第一个站台的指示灯4 SB4 X004 呼叫站台44 LB2Y004 第二个站台的指示灯5 SB5 X005 启动/停止5 LB3Y005 第三个站台的指示灯6 SY1 X011 限位1 6 LB4Y006 第四个站台的指示灯7 SY2 X012 限位28 SY3 X013 限位39 SY4X014 限位42.3.2 内部辅助继电器本设计使用9个输入继电器，6个输出继电器，8个辅助继电器。