运料小车控制系统设计分解

昆明工业职业技术学院

毕业设计任务书

20 届工科类

设计题目：运料小车PLC控制系统设计

学生姓名：朱宏东指导教师：丁娱乐

层次：本科技术职称：工程师

准考证号：

学生专业：机械制造与自动化

助学中心名称：昆明工业职业技术学院

设计时间：2013年5月 15日～2013年8月 30日

目录

第一章概述

第二章总体方案设计第三章硬件系统设计第四章软件系统设计第五章总结

致谢

参考文献

第一章概述

随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。

在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。

控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人生安全事故，这样将给企业造成重大损失。

运料小车是基于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运料小车的运行，因此，运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。运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。

本设计的主要内容有：确定运料小车控制系统的总体设计方案；设计运料小车拖动电机的电器控制线路原理图；确定运料小车控制系统PLC的型号规格，确定PLC I/O元件，列出PLC I/O元件分配表；设计运料小车控制系统的PLC I/O 接线图，PLC程序的总体结构图和梯形图（包括公用程序、控制程序、信号显示和故障报警程序等

第二章总体方案设计

本系统采用了PLC控制原理，设计总体控制方案，用组态软件进行实时控制的监控。

2．1 送料车自动循环控制系统的构成

送料车前进和后退用开关来控制。在装料和卸料的地方有限位开关来实现，当小车到达卸料处时，碰到限位开关SQ2，实现小车的停车和卸料动作；当小车到达装料出时，碰到限位开关SQ1，实现小车的装料动作。

2．2 工作过程

（1）第一次按下送料按钮，预先装满料的小车前进送料到达卸料处（SQ2）自动停下来卸料。

（2）经过卸料所需设定的时间ｔ2延时后，车子则自动的返回到装料处（SQ1）。

（3）经过装料所需设定的时间ｔ1延时后，车子自动的再次前进送料，卸完料后车子又自动返回装料，如此自动往返循环送料。当输入为停止信号时，系统将停止运行。

工作过程如图2.1所示。

开始信号小车前进小车卸料小车后退小车装料

图2.1 送料车工作过程流程图

第三章硬件系统设计

下图为送料小车的模拟图

某自动生产线上运料小车的运动如图3-1所示，运料小车由一台三相异步电动机

拖动，电机正转，小车向右行，电机反转，小车向左行。

3.1 运料小车PLC类型选择

1.根据控制要求可知，需要2个按钮、2个限位开关、故需要CPU有至少4个I/O点

2.CPU系统要对一个模拟量进行控制，对速度要求一般。

3.储存器种类选用EPROM类型，因它可以支持用户的改写，不需要后备电池的支持。

4.应具有通信功能。

5.结构形式选择模块式。

综合以上控制要求选择西门子公司的S7-200 224XP，PLC，因其具有功能强、功能强大、性价比高等特点。

3.2建立I/O分配表

3.3 绘制PLC接线图

3.4送料小车自动控制主电路图

三相异步电动机正反转主电路图

3.5电机的选择

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可以使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩转速以驱动控制对象。在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

表3-3 电机参数表

依据运料小车控制系统的工艺流程、实际控制需求，本设计是利用西门子PLC输出的模拟量、伺服控制器完成了对伺服电机转速精准的控制。提高了系统控制的可靠性和精确度。表3-3为部分电机参数表，通过参数对比，选用的电机型号是LY系列55LY53直流力矩电动机。

第四章软件系统设计

4.1 PLC程序的设计

根据控制系统要求，分析出如下列系统流程图。

5-2 系统流程图

根据控制系统设计，在西门子编程软件中，编写程序。将对应程序转换成相应梯形图输入编程软件中，如图5-3所示；

图5-3 程序梯形图

4.2组态监控设计

小车运行的现场监控时采用基于组态王的上位机来实现的。利用上位机的数据通信手段，数据处理能力和图形显示、多媒体技术，可以通过现场总线，实时接收和处理下位机PLC从现场采集的各种状态、控制、报警信号，并利用这些信

号驱动PC控制界面中的各种图形，实时显示现场的各种状况，在操作员和停车库之间构造出形象、直观的界面，对操作运行和故障给出提示、报警等。

4.2.1 组态王与PLC的通信

组态王把每一台与之通信的设备看作是外部设备。为实现组态王和外部设备通信，组态王内置了大量设备的驱动程序作为组态王和外部设备的通信接口。在开发过程中只需根据工程浏览器提供的“设备配置向导”一步步完成连接过程即可实现组态王和PLC的链接。在运行期间，组态王就可和PLC交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。

本次设计中使用仿真PLC和组态王通信，仿真PLC可以模拟PLC为组态王提供数据，设定PLC链接在计算机的COM1口。对串行通信接口参数设置如图4-1：

图4-1 串行通信接口参数设置