基于PLC的小车自动往返运动控制系统

摘要
可编程控制器(PLC)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。

本设计是基于PLC编程的生产流水线小车循环运动控制设计。

论述了小车控制系统的软、硬件设计方案及其控制原理。

采用的是步进指令，因而比较简洁。

关键词：PLC 步进指令循环控制
目录
摘要 (I)
第一章概述 (1)
1.1设计背景及意义 (1)
第二章硬件设计 (3)
2.1主电路图 (3)
2.2 I/O地址分配 (4)
2.3 I/O接线图 (4)
2.4 元件列表 (5)
第三章软件设计 (6)
3.1 程序流程图 (6)
3.2 梯形图 (7)
3.3 STL指令 (11)
3.4 程序分析 (12)
第四章程序调试 (14)
4.1 程序流程图 (14)
设计感想 (16)
参考文献 (17)
第一章概述
1.1 设计背景及意义
传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多、故障率高且维修不易等缺点，PLC作为目前国内市场的主流控制器，在技术、行业影响等方面有重要作用。

利用PLC控制代替继电器控制已经是大势所趋。

由于PLC的不断发展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产率的不断提高，小车自动控制系统经历了以下几个阶段：（1）手动控制：但是由于当时的技术还不够成熟，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。

（2）自动控制：通过机器人技术，自动化设备终于实现了PLC在小车自动控制系统在自动方面的应用。

（3）全自动控制：PLC大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。

现代企业为提高生产车间物流自动化水平,实现生产环节间的运输自动化,使厂房内的物料搬运全自动化,许多企业在生产车间广泛使用无人小车,小车在车间工作台或生产线之间自动往返装料卸料。

由于小车自动往返的实际意义,随着不同企业不同的要求,控制的难度可以不同。

本文介绍了一种基于西门子PLC控制的生产流水线自动控制小车系统设计方案。

将PLC运用到小车自动控制系统，可实现小车的全自动控制，降低系统的运行费用。

PLC小车自动控制系统具有连线简单控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，维修和改造方便等优点。

利用PLC 控制技术，可实现小车相关运动，小车在一个周期内的运动由4段组成。

设小车最初在左端，当按下启动按钮，则小车自动循环地工作，若按下停止按钮，则小车
完成本次循环工作后，停止在最初位置。

其运动路线示意图如下图1-1所示。

如图1-1 小车运动路线示意图
第二章硬件设计
2.1 主电路图
如图2-1为小车循环控制的主电路原理图。

该电路图利用两个接触器的主触点KM1、KM2分别接至电机的三相电源进线中，其中相对电源的任意两相对调，即可实现电机的正反转，也可达到小车左右运行的目的。

假设接通KM1为正转（小车右行），则接通KM2为反转（小车左行）。

图2-1小车循环控制的主电路原理
2.2 I/O地址分配
如表2-1为小车循环运动PLC控制的I/O分配表。

在运行过程中，这
些I/O口分别起到了控制各阶段的输入和输出的作用，并且也使小车的控制
过程更清晰明了，动作与结果显示更加方便直接。

表2-1
2.3I/O接线图
如图2-2为小车循环运动PLC控制的I/O接线图。

在进行调试过程时，在PLC模块上，当I0.0有输入信号，即按下SQ1；当I0.1有输入信号，也即按下SQ2，以此类推，I/O接线图就是把实际的开关信号变成调试时的输入信号。

同理，输出信号也是利用PLC模块把小车的实际运动用Q0.0、Q0.1的状态表现出来。

图2-2小车循环运动PLC控制的I/O接线图
2.4元件列表
如表2-2为小车循环运动PLC控制的元件列表。

在本次设计中就是利用这些元件，用若干导线连接起来组成了我们需要的原理图、I/O接线图。

序号代号名称型号数量
1
1 M 三相异步电机J02-22-4,1.5kw 1410转/分，
380V，3.49安
2 QS 空气开关DZ47-3P 3
3 FR 热继电器JR36-20 1
4 CPU PLC处理器CPU222 1
5 KM 交流接触器CJX2-09 2
6 SB 按钮ＬＡＹ８ 2
7 SQ 行程开关ＬＸＫ２ 4
8 FU 熔断器RT16-20 4
9 L 导线若干
第三章软件设计
3.1 程序流程图
如图3-1为小车循环运动PLC控制的程序流程图。

小车在一个周期内的运动由4段组成。

设小车最初在左端，当按下启动按钮，则小车自动循环地工作，若按下停止按钮，则小车完成本次循环工作后，停止在最初位置。

首先小车位于初始位置，按下SB1启动后，小车向右行驶；当碰到行程开关SQ4，小车转向，向左行驶；碰到行程开关SQ2，小车再一次转向，向右行驶；碰到行程开关SQ3，小车又向左行驶，直到再次碰到SQ1，然后开始依次循环以上过程。

若不按下停止按钮SB2则小车一直进行循环运动，若此时按下停止按钮SB2，小车又碰到行程开关SQ1，则小车回到初始位置。

图3-1小车循环运动PLC控制的程序流程图
3.2 梯形图
如图3-2为小车循环运动PLC控制的梯形图，此设计按照以下程序运行，以实现在生产流水线上的一辆自动控制小车的运动。

其中，小车在一个周期内的运动有4段组成。

设小车最初在左端，当按下启动按钮，则小车自动循环的工作，若按下停止按钮，则小车完成本次循环工作后，停在初始位置。

图3-2 小车循环运动PLC控制梯形图
3.3 STL指令
如下为图3-2梯形图对应的指令程序：
Network 1
// 启动
LD I0.5
O M0.0
AN M1.0
AN I0.4
= M0.0
Network 2
// 左行
LD I0.0
O M0.1
O M0.3
AN I0.3
AN M0.5
= M0.1
Network 3
// 右行
LD I0.3
O M0.2
O M0.5
AN M0.3
AN I0.0
= M0.2
Network 4
// 循环
LD M0.0 LPS
AN Q0.1 AN M0.2 A M0.1 = Q0.0 LPP
AN Q0.0 A M0.2 AN M0.1 = Q0.1 Network 5
LD I0.1 A M0.4 = M0.3 Network 6
LD I0.3 O M0.4 AN M0.3 = M0.4 Network 7
LD I0.2 A M0.6 = M0.5 Network 8
LD I0.3 O M0.6 AN I0.0 = M0.6
Network 9
LD I0.6
O M0.7
AN M1.0
= M0.7
Network 10
LD M0.7
A I0.0
= M1.0
3.4 程序分析
运行过程：首先按下按下I0.5（即启动按钮SB1闭合），启动程序，中间继电器M0.0接通，常开触点闭合且实现自锁；接着按下I0.0(即小车碰到行程开关SQ1)，则网络2中，中间继电器M0.1接通，常开触点闭合且实现自锁，此时运行网络4（循环），则此时Q0.0有输出，状态指示灯亮，即小车向右行驶，由于网络4设置了互锁，此时向左行驶的线路断开；接着按下I0.3(即小车碰到行程开关SQ4)，则网络3中，中间继电器M0.2接通，常开触点闭合且实现自锁，同时在网络6里中间继电器M0.4和网络8里中间继电器M0.6也得电，且都实现自锁。

此时运行网络4（循环），则此时Q0.1有输出，状态指示灯亮，即小车向左行驶，由于网络4设置了互锁，此时向右行驶的线路断开；这时按下I0.1（即小车碰到行程开关SQ2），中间继电器M0.4的常开触点已闭合，此时中间继电器M0.3线圈带电，常开触点闭合，在网络2中，使中间继电器M0.1线圈再次得电且自锁，再次运行至网络4，则此时Q0.0有输出（状态灯亮），小车向右行驶；当按下I0.2（即小车碰到行程开关SQ3），中间继电器M0.6常开触点已闭合，则此时中间继电器M0.5
线圈带电，常开触点闭合，则程序运行至网络3，可再次实现中间继电器M0.2线圈带电且自锁，则程序再次运行至循环网络4，使Q0.1有输出，实现小车左行。

依次进行如上循环，实现小车的自动循环工作过程。

若电机过载则热继电器的常闭触点断开，即I0.4断开，此时程序中断，电机立即停止。

停止过程：当按下I0.6,即按下停止按钮SB2，程序运行至网络9，此时中间继电器M0.7线圈得电，并实现自锁，程序接着运行至网络10，若此时不按下I0.0（即小车不碰到行程开关SQ1），则小车并不停止运动，且继续之前的路线，只有按下I0.0（即小车碰到行程开关SQ1），才能实现本程序停止，即小车停止在初始位置。

也即实现了本设计所要实现的功能，当按下停止按钮，小车完成本次循环工作后，停止在初始位置。

第四章程序调试
4.1 程序调试
先将系统梯形图导入西门子仿真软件进行仿真。

首先将PLC主机的电源开关拨到关状态，严格按图2-2所示接线，注意12V和24V电源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC触点。

将电源线插进PLC主机表面的电源孔中，再将另一端插到220V电源插板。

将PLC主机上的电源开关拨到开状态，并且必须将PLC串口置于STOP状态，然后通过计算机或编程器将程序下载到PLC中，下载完后，再将PLC串口置于RUN状态。

此时可以开始进行程序的调试。

在调试过程中我遇到了以下问题，但通过老师的指导，再经过自己的反复思考和修改后，终于使程序更加完善、完整，并且能够顺利运行和显示。

起初，我把编写好的程序已经导入PLC，并且按以上过程都已连接并准备好，但是当加上启动信号后，运行的结果并不像设计本身那样，结果紊乱，后来经过自己又重新检查梯形图，发现原来是因为自己粗心，把几个中间继电器的序号编写错了，造成了刚才的程序紊乱。

然后当我再次进行调试时，发现在小车向右正常运行后，再向左运行时，Q0.0和Q0.1均有输出，这次我自己检查了，却不知道到底是哪里错了，结果就让同学帮我检查程序。

原来，在循环程序段里我没有设计输出的互锁，结果造成了同时输出的错误。

还有就是在停止时，当我按了停止键之后，小车立即就停止了。

没有像设计要求的那样：若按下停止按钮，则小车完成本次循环工作后，停止初始位置。

我认为这应该是我的程序设计的不够完整，然后我就开始重新研究程序，仔细
思考，发现在停止程序段里，如果再加一个I0.0的常开开关也许就可以实现设计要求了。

所以，在修改完再次运行之后，我又重新按步骤调试、运行之后，结果就正确显示了。

到此，整个程序能够正常运行，且结果正确。

设计总结
通过本次历时二个星期的小车循环运动PLC控制的课程设计，让我又一次温习了我们学过的知识。

在这个过程中，我发现自己在PLC方面的知识积累的还太少，并且上课学的也不够扎实。

过程中我也翻阅了许多关于PLC 的书籍，也上网查阅了一些资料，发现PLC这个领域还很深奥很深奥，我们要学习的还很多很多，并且也看到了PLC的发展前景。

感谢老师的耐心的指导，同学的帮助。

虽然过程挺艰难，不过在老师和同学的帮助下，我还是完成了本次设计。

这次的课程设计让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。

而这份精神也将成为我以后工作时的动力。

总之，在这次设计中让我对PLC这门课有了更深入的了解，让我不仅学到了以前从未接触过的新知识，而且也学会了独立的去发现、面对、分析、解决问题的能力。

让我知道理论要运用于实践有多重要，使我受益匪浅。

在此，再次的对老师和同学说声谢谢！
参考文献
【1】陈建明.<<电气控制与PLC应用>>.北京：电子工业出版社，2006【2】谢克明，夏路易.<<可编程控制器原理与程序设计>>.北京：电子工业出版社，2002
【3】常晓玲.<<电气控制系统与可编程控制器>>.北京：机械工业出版社，2004
【4】马镜澄.低压电器【M】.北京: 机械工业出版社，1993
【5】西门子STEP7语句表参考手册.西门子（中国）公司，1996
【6】西门子STEP7梯形逻辑参考手册. 西门子（中国）公司，1996
【7】西门子STEP7程序设计编程手册. 西门子（中国）公司，1996 【8】西门子STEP7用户手册. 西门子（中国）公司，1996。