运料小车的自动控制系统课程设计

皖西学院课程设计报告书系别：机械与电子工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：郑杰学号：**********课程设计题目：运料小车的自动控制系统起迄日期：11月01日 ~ 11月15日****：***设计任务完成日期：2018年11月15日摘要在中国，运料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。

随着科技的发展，技术的不断更新，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。

本次课程设计中，运料小车的plc控制系统，它的控制过程属于双向控制，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，在每一个停靠点安装一个行程开关以监视小车是否到达该站点。

该课程的运料小车控制系统利用三菱公司生产的FX系列20点的可编程序控制器运行主要的控制装置，编写软件指令来实现其具体的控制要求，在设计程序部分利用了PLC的辅助继电器来实现控制具有互锁的功能，在工作台上的工人通过请示按钮达到实现控制小车的运行方向。

该控制系统用于柔性制造系统中物料小车的自动控制、自动化仓库中物件存取小车的自动控制等，该控制系统价格低廉，体积小，能够安全可靠的进行生产，而且效率高，灵活性强，能够很好的适应变化和纠正错误，运行速度快，易管理。

关键词：半自动化、可编程序控制器、辅助继电器、PLC技术目录第一章．PLC的结构、工作原理及系统控制41.1 PLC的结构41.2 PLC的工作原理5第二章．1PLC的编辑语言62.1 PLC梯形图62.2助记符语言62.3 PLC控制系统的构成、设计原理及步骤72.4 PLC的应用领域82.5 PLC的特点9第三章．基本控制要求93.1运料小车控制的结构及要求93.2 PLC机型的选择123.3电源的选择123.4存储器的选择123.5经济性的考虑123.6 输入输出的选择13第四章软件控制设计184.1系统功能图184.2 梯形图程序19第五章调试285.1硬件调试285.2 软件调试285.3运行调试28参考文献29致谢30第一章．PLC的结构、工作原理及系统控制1.1PLC的结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。

根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。

整体式结构的PLC由中央处理器<CPU）、存储器、输入/输出<I/O）单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。

这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，但灵活性较低。

基本结构如图1-1所示。

图1-1 整体式结构图1-2 模块式结构模块式<又称组合式）结构的PLC是将中央处理器<CPU）、存储器、输入/输出<I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。

模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认，其特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的PLC，但同时价格也较高。

基本结构框图如图1-2所示。

1.2PLC的工作原理PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。

而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。

也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。

PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段：输入阶段<将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序和输出阶段<将输出信号传送到外部设备）。

扫描过程如图1-3所示。

图1-3 循环扫描在输入阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。

在执行阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。

从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。

在输出阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部没备传送输出信号，开始控制外部设备。

第二章．1PLC的编辑语言2.1PLC梯形图梯形图语言是在继电器控制电路图的基础上发展而来的。

最大的优点就是直观易懂，使用简单方便。

对来自电气方面的用语，通过梯形图很容易就能掌握，同时它也是PLC的主要编程语言。

例如，一个简单PLC控制系统，当常开按钮SBFl动作时，水泵开启，当常闭按钮SBSl动作时，水泵停止运行。

用继电器控制和用PLC控制的梯形图如图2-1和图2-2所示。

图2-1 继电气控制电路图2-2 PLC控制梯形图2.2助记符语言助记符语言与汇编语言类似，它使用字符来代表可编程控制器的某种操作，这就要求用户要有一定的计算机编程基础。

用助记符语言编写上一个例子的程序如下：LD X0OR Y0 ANI X1OUT Y02.3PLC控制系统的构成、设计原理及步骤硬件部分不仅包括选择符合控制要求的PLC机型、存储器容量、电源模块、输入/输出模块、通信模块、模拟量输入/输出模块和特殊功能模块等，还应当包括选择合适的可编程控制器外围装置、设备与接口，如输入设备<控制按钮、开关、传感器等）、执行装置<接触器、继电器等）和由执行装置控制的现场设备<水泵、鼓风机、阀门等）。

软件部分主要包括对PLC进行I/O点地址、内部继电器、定时器、计数器等的分配，PLC控制程序的设计<梯形图、语句表、流程图等），还有一些技术文件等。

PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好地实现工艺提出的控制要求。

PLC控制系统的设计应遵循以下原则。

<1）根据工艺流程进行设计，力求控制系统能最大限度地满足控制要求。

<2）在满足控制要求的前提下，尽量减少PLC系统硬件费用。

<3）考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑PLC的可扩展性。

<3）控制系统使用和维护方便、安全可靠。

一般PLC控制系统的设计步骤如图2-3所示，具体操作如下。

<1）控制要求分析在设计PLC控制系统之前，必须对工艺过程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己所要完成的任务，并更好地完成任务，设计出令人满意的控制系统。

<2）确定输入/输出设备根据控制要求选择合适的输入设备<控制按钮、开关、传感器等）和输出设备<接触器、继电器等），根据所选用的输入/输出设备的类型和数量确定PLC 的I/0点数。

<3）选择合适PLC确定PLC的I/0点数后，就根据I/0点数、控制要求等来进行PLC的选择。

选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。

<4）I/0点数分配点数分配就是规定PLC的I/0端子和输入/输出设备。

<5）PLC程序设计首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的联系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。

<6）模拟调试程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。

<7）现场联机调试现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。

在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。

<8）整理技术文件这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O接线原理图、程序清单和使用说明书等。

图2-3 设计步骤示意图2.4PLC的应用领域PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。

这特别适合多品种、小批量的生产场合。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类:(1>开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

(2>工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量>，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

(3>运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

(4>数据处理PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算>、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

(5>通信及联网PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

2.5PLC的特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的:1>功能齐全，它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；2>应用灵活，其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合。

3>操作方便，维修容易，稳定可靠。

尽管PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。

第三章．基本控制要求料车采用半自动化管理，每个装配点都有一名工人，当装配点需料时按下“需料按钮”，料车将会驶往该点，料车在该装配点停留一段时间供该点下料，下料时间到后料车即可响应其他装配点的需料请求，一料车可供各个装配点使用若干次；当某装配点发现料车无料时按下“上料按钮”，料车即驶往该点上料。