三菱PLC运料小车控制专业课程设计.doc

运 料 小 车

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摘要:可编程逻辑控制器，简称PLC，是一个工业控制微型计算机。它编程方便、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应用。其中一个应用便是运料小车控制，关键用到便是她逻辑控制功效。本论文介绍是PLC产品和其对应软件，而且用它来进行五个控制台作业运料小车控制编程。

目 录
1. 运料小车发展概况 1
2.可编程控制器（PLC）概述 1
2.1 PLC概述及特点 2
2.2 PLC组成 2
3 控制系统设计 4
3.1 小车运动分析 7
3.2 运料小车控制系统PLC选型和资源配置 7
3.3 系统资源分配 8
3.4 系统硬件设计 9
3.5 系统软件源程序设计 10
4 控制系统调试 13
4.1 编程软件 13
4.2 程序组成 13
4.3 程序下载、安装和调试 15
总结 16
致谢 16
参考文件 17

1 运料小车发展概况
因为PLC不停发展和革新，使得生产线运输控制也将得到不停改善和生产率不停提升，运料小车控制经历了以下多个阶段：
（1）手动控制：在20世纪60年代末70年代早期，便有部分工业生产采取PLC来实现运料小车控制，不过因为当初技术还不够成熟，只能够用手动方法来控制机器，而且早期运料小车控制系统多为继电器一接触器组成复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺点，几乎无数据处理和通信功效，必需有专员负责操作。
（2）自动控制：在20世纪80年代，因为计算机价格下降，这时大型工控企业将PLC充足和计算机相结合，经过机器人技术，自动化设备最终实现了PLC在运料小车控制系统在自动方面应用。
（3）全自动控制：现阶段，因为PLC技术向高性能 高速度、大容量发展大型PLC大多采取多CPU结构，不停向高性能、高速度和大容量方向发展。将PLC利用到运料小车控制系统，可实现运料小车全自动控制，降低系统运行费用。PLC运料小车自动控制系统含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。
2.可编程控制器（PLC）概述
2.1 PLC概述
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布PLC标准草案中对PLC做了以下定义：“PLC是一个专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置。它采取能够编制程序存放器，用来在其内部存放实施逻辑运算、次序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并能经过数字式或模拟式输入和输出，控制多种类型机械或生产过程。PLC及其相关外围设备全部应该按易于和工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功效标准而设计。”
图2-1 PLC三菱FX系列
2.2.1 PLC特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
。
（2）配套齐全，功效完善，适用性强
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
（4）系统设计、建造工作量小，维护方便，轻易改造
（5）体积小，重量轻，能耗低
2.2 PLC组成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包含CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸整体。模块式PLC包含CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块能够根据一定规则组合配置。

图2-2 PLC 组成框图
（1）CPU组成
CPU是PLC关键，起神经中枢作用，每套PLC最少有一个CPU，它按PLC系统程序给予功效接收并存贮用户程序和数据，用扫描方法采集由现场输入装置送来状态或数据，并存入要求寄存器中，同时，诊疗电源和PLC内部电路工作状态和编程过程中语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令要求任务产生对应控制信号，去指挥相关控制电路。
CPU关键由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联络数据、控制及状态总线组成，CPU单元还包含外围芯片、总线接口及相关电路。内存关键用于存放程序及数据，是PLC不可缺乏组成单元。
（2） I/O模块
PLC和电气回路接口，是经过输入输出部分（I/O）完成。I/O模块集成了PLCI/O电路，其输入暂存器反应输入信号状态，输出点反应输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常见I/O分类以下：
开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方法分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理基础配置能力，即受最大底板或机架槽数限制。
（3） 电源模块
PLC电源用于为PLC各模块集成电路提供工作电源。同时，有还为输入电路提供24V工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常见为24VDC）。
（4）底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间联络，使CPU能访问底板上全部模块，机械上，实现各模块间连接，使各模块组成一个整体。
2.3.2 PLC系统其它设备
(1)编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检验维护不可缺乏器件，用于编程、对系统作部分设定、监控PLC及PLC所控制系统工作情况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC通常有手持型编程器，现在通常由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统上位机。
(2) 人机界面：最简单人机界面是指示灯和按钮，现在液晶屏（或触摸屏）式一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面很普及。
(3) PLC通信联网
依靠优异工业网络技术能够快速有效地搜集、传送生产和管理数据。所以，网络在自动化系统集成工程中关键性越来越显著，甚至有些人提出"网络就是控制器"见解说法。
PLC含有通信联网功效，它使PLC和PLC 之间、PLC和上位计算机和其它智能设备之间能够交换信息，形成一个统一整体，实现分散集中控制。多数PLC含有RS-232接口，还有部分内置有支持各自通信协议接口。PLC通信现在关键采取经过多点接口（MPI）数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。
3 控制系统设计
3.1. 运料小车运动分析
某自动生产线上运料小车运动图3-1所表示，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。在生产线上有5个编码为1—5站点供小车停靠，在每个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否抵达该站点。对小车控制除了开启按钮和停止按钮之外，还设有5个呼叫按钮开关（HJ1-- HJ5）分别和5个停靠站点相对应。
1号站
2号站
3号站
4号站
5号站
运料小车
自动化生产线

图3-1 运料小车示意图
3.1.2设备控制要求
运料小车在自动化生产线上运动控制要求以下：
（1）按下开启按钮，系统开始工作，按下停止按钮，系统停止工作；
（2）当小车目前所处停靠站编码小于呼叫按扭HJ编码时，小车向右运行运行到按钮HJ所对应停靠站时停止；
（3）当小车目前所处停靠站编码大于呼叫按扭HJ编码时，小车向左运行，运行到按钮HJ所对应停靠站时停止；
（4）当小车目前所处停靠站编码等于呼叫按扭HJ编码时，小车保持不动；呼叫按钮开关HJ1--HJ5应含有互锁功效，先按下者优先。
3．1.2 小车运动分析
小车在呼叫按钮之间运动图3-2所表示，

图3-2 小车在呼叫按钮之间运动

依据生产工艺要求设计出小车在运料过程中速度改变情况图3-3所表示，

图3-3 小车在两呼叫按钮之间运料过程中速度改变情况

依据料车运料过程中速度曲线图"确定变频器频率改变情况图3-4所表示，

图3-4 变频器频率改变情况
依据系统控制要求，分析出以下系统控制步骤图，

图 3-5 控制系统步骤图
3.2 运料小车控制系统PLC选型和资源配置
3.3.1 控制系统图
控制系统图3-5所表示

（a）

开启按钮
停止按钮
5个呼叫按钮
5个行程开关
三菱 P L C
三相异步电动机
变频器

(b)
3-6 运料小车控制系统图
3-7PLC框架配置图
3.3 系统资源分配
3.5.1 I\ O地址分配
因为CPU模块有14点数字量输入，10点数字量输出，所以不再需要输入＼输出模块。采取I＼O自动分配方法，模块上输入端子对应输入地址是X000—X015，输出端子对应输出地址是Y000—Y011。
3.5.2 数字量输入部分
这个控制系统输入有开启按钮开关、停止按钮开关、5个呼叫按钮开关、5个行程开关共12点输入。具体输入分配如表3-1所表示。

输入地址
对应外部设备
X000
开启按钮开关
X001
停止按钮开关
X002
1号站呼叫按钮开关
X003
2号站呼叫按钮开关
X004
3号站呼叫按钮开关
X005
4号站呼叫按钮开关
X006
5号站呼叫按钮开关
X007
1号站行程开关
X010
2号站行程开关
X011
3号站行程开关
X012
4号站行程开关
X013
5号站行程开关

表3-1 输入地址分配
3.5.3 数字量输出部分
这个控制系统需要控制外部设备只有控制小车运动三相电动机。不过电机有正转和反转两种状态，分别对应正转继电器和反转继电器，所以输出点有2个。具体输出分配表如表3-2所表示。

输出地址
对应外部设备
Y000
电机反转继电器
Y001
电机正转继电器
表3-2 输出地址分配
3.5.4 内部继电器部分
内部继电器地址分配如表3-3所表示。

内部继电器地址
功效说明
M0
小车运行停止
M1
1号站呼叫
M2
号站呼叫
M3
号站呼叫
M4
号站呼叫
M5
号站呼叫
M6
小车所在站编号＞呼叫编号
M7
小车所在站编号＜呼叫编号
M8
小车所在站编号＝呼叫编号
表3-3 内部继电器地址分配
3.4 系统硬件设计
系统硬件接线图图3-7、3-8所表示，

图3-8 主电路

图3-9 辅助电路

图中KM1 和KM2 分别是控制电机正转运行（小车前进）和反转运行（小车后退）交流接触器。用KM1 和KM2 主触点改变进入电动机三相电源相序, 即能够改变电动机旋转方向。图3 中KM1 线圈串联了KM2 辅助常闭触点,KM2 线圈串联了KM1辅助常闭触点,组成了硬件互锁电路。能够避免因为正反转（小车前进、后退）切换过程中电感延时作用,造成原来接通接触器主触点还未断弧时, 另一个接触器主触点已经合上而造成交流电源瞬间短路故障。经过主电路和PLC 控制电路接线, 才能实现PLC 对系统控制。
3.5 系统软件源程序设计
3.7.1 行程开关
在该程序中，5个站行程开关分别用数字0-4来表示，当小车在1号站时，行程开关X007得电，将数字0传送到数据寄存器D0；当小车在2号站时，行程开关X010得电，将数字1传送到数据寄存器D0。依次类推，当小车在5号站时，行程开关X013得电，将数字4传送到数据寄存器D0。它助记符程序为：
LD X007
MOV K0 D0 ；小车在1号站
LD X010
MOV K1 D0 ；小车在2号站
LD X011
MOV K2 D0 ；小车在3号站
LD X012
MOV K3 D0 ；小车在4号站
LD X013
MOV K4 D0 ；小车在5号站
3.7.2 小车启停辅助继电器
当按下开启按钮时，小车开始运动，该辅助继电器M0得电；当按下停止按钮时，小车停止运动，该辅助继电器M0失电。它助记符程序为：
LD X000
OR M0
ANI X001
OUT M0 ；小车启停辅助继电器
3.7.3 呼叫按钮
在该程序中，5个站呼叫按钮分别用数字0-4来表示，而且因为5个呼叫按钮开关HJ1—HJ5含有互锁功效，先按下者优先，所以需5个辅助继电器M1-M5。当按下1号站呼叫按钮开关时，行程开关X002得电，数字0传送到数据寄存器D1，同时1号按钮开关辅助继电器得电；当按下2号站呼叫按钮开关时，行程开关X003得电，数字1传送到数据寄存器D1，同时2号按钮开关辅助继电器得电；依次类推，当按下5号站呼叫按钮开关时，行程开关X006得电，数字4传送到数据寄存器D1，同时5号按钮开关辅助继电器得电；它助记符程序为：
LDI M2
ANI M3
ANI M4
ANI M5
ANI X007
AND M0
LD X002
OR M1
ANB
MOV K0 D1 ；1号站呼叫按钮开关
OUT M1 ；1号站呼叫按钮开关辅助继电器
LDI M1
ANI M3
ANI M4
ANI M5
ANI X010
AND M0
LD X003
OR M2
ANB
MOV K1 D1 ；2号站呼叫按钮开关
OUT M2 ；2号站呼叫按钮开关辅助继电器
LDI M1
ANI M2
ANI M4
ANI M5
ANI X011
AND M0
LD X004
OR M3
ANB
MOV K2 D1 ；3号站呼叫按钮开关
OUT M3 ；3号站呼叫按钮开关辅助继电器
LDI M1
ANI M2
ANI M3
ANI M5
ANI X012
AND M0
LD X005
OR M4
ANB
MOV K3 D1 ；4号站呼叫按钮开关
OUT M4 ；4号站呼叫按钮开关辅助继电器
LDI M1
ANI M2
ANI M3
ANI M4
ANI X013
AND M0
LD X006
OR M5
ANB
MOV K4 D1 ；5号站呼叫按钮开关
OUT M5 ；5号站呼叫按钮开关辅助继电器
3.7.4 比较
按下开启按钮和呼叫按钮后，开始对行程开关数据寄存器D0和呼叫按钮数据寄存器D1中数据进行比较。当（D0）＞（D1）时，即小车目前所处停靠站编码大于呼叫按钮编码时，M6得电，小车向左运行；当（D0）=（D1）时，即小车目前所处停靠站编码等于呼叫按钮编码时，M7得电，小车不动；当（D0）＜（D1）时，即小车目前所处停靠站编码小于呼叫按钮编码时，M8得电，小车向右运行。它助记符程序为：
LD M0
CMP D0 D1 M6
3.7.5 向左运动
小车目前所处停靠站编码大于呼叫按钮编码时，小车向左运行，运行到呼叫按钮所对应停靠站时停止。它助记符程序为：
LD M6
LD M1
ANI X007
LD M2
ANI X010
ORB
LD M3
ANI X011
ORB
LD M4
ANI X012
ORB
LD M5
ANI X013
ORB
ANB
OUT Y000 ；小车向左运动
3.7.6 向右运动
小车目前所处停靠站编码小于呼叫按钮编码时，小车向右运行，运行呼叫按钮所对应停靠站时停止。它助记符程序为：
LD M8
LD M1
ANI X007
LD M2
ANI X010
ORB
LD M3
ANI X011
ORB
LD M4
ANI X012
ORB
LD M5
ANI X013
ORB
ANB
OUT Y001 ；小车向右运动
4 控制系统调试
4.1 编程软件
编程软件采取三菱企业编程软件GX-Developer,它适适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序线上更改、监控及调试，含有异地读写PLC程序功效。
4.2 程序组成
将对应程序转换成对应梯形图输入编程软件中，以下所表示：

开始运行程序，PLC将运行已经设置好程序和参数，按下开启按钮和呼叫按钮后，小车抵达呼叫那个站点。
4.3 程序下载、安装和调试
将各个输入和输出端子和实际控制中按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件安装。打开GX-Developer编程软件，打开运料小车程序，即可在线调试,最终调试结果符合设计要求，图4-1所表示

图4-1 程序调试

总结
本文关键介绍了运料小车发展过程及现代社会对运料小车功效要求，和运料小车以后发展趋势。伴随现代工业发展，工业自动化程度越来越高，运料小车应用前景可观。在指导老师精心指导下，我在本文中处理了以下问题：控制系统硬件电路正确设计及连接，节省了成本，优化了配置；实现了生产工作台5个呼叫站呼叫要求，小车能正确无误应答各呼叫站呼叫；软件编程调试方面，经过三菱编程软件已经正确调试了设计程序，并在设计调试中收获很多宝贵经验。
致谢
雪莱说“世间走得最快永远是最美好东西”。这段青春经历将永远充溢在我心中”，白驹过隙，两年充实而愉快硕士时光立即过去，接到录用通知，满怀欣喜，背上行囊，走进铜陵，仿佛这些画面就在昨天。
本文是在指导老师悉心指导下完成。指导老师渊博学识、严谨治学态度、深厚科研功底和敏锐学术前瞻性对我学术研究影响很大；杨老师对工作敬业精神和忘我热情，深深地感动着我，并将激励我以后在工作上不停进取，以优异成绩回报老师培养。在完成毕业设计这段时间里，导师对我学习、工作等方面全部给了真诚关心和帮助，这段美好时光，我将永铭于心。正是导师关心才使得我能够顺利完成学业。在这里请许可我向导师致以最真诚谢意

参考文件
[1]谢剑英.微型计算机控制技术[M].国防工业出版社..6
[2]史国生，赵阳等.电气控制和可编程控制器技术[M].北京:化学工业出版社..1
[3]胡学林.可编程控制器教程[M].北京:电子工业出版社..7
[4]刘美俊.通用变频器应用技术[M].福建:福建科学技术出版社..6
[5]幻刘国光.提升PLC控制系统可靠性软件设计.机床电器[J]..11.
[6]秦虹.PLC控制系统编程方法简述.机床电气[J]..7