论文送料小车控制系统的总体设计方案.doc

毕 业 项 目 报 告课题名称系/专 业 /班 级学 号学生姓名指导教师：200 年 月 日目录摘要Abstract第一章 绪论8 1.1课题的背景意义8 1。2 设计内容及要求9第二章 系统硬件设计 12 2。1系统硬件选型 122 。 2 硬件的选型 1 22.2。1步进电机的选型 2.2。2步进电机驱动器的选型2.2.3 传感器的选型2.2.4 PLC的选型2.3 PLC输入输出地址分配162.4 PLC的选型18第三章 系统软件设计 21 3.1 梯形图概述 213.2系统流程图设计 243。3梯形图设计 27第四章 PLC控制送料小车的设计 31 4.1自动送料小车概述 31 4.2 控制要求 3 4.3 PLC的选型18 。 4。4 控制程序设计 35第五章 设计小结 42参考文献摘 要随着科学技术的日新月异,自动化程度要求越来越高，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题.我们为各个装料生产领域所生产的可编程控制器装料系统.它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制;充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。关键词:plc可编程控制器自动送料Abstract ：Alongwith sciences and technologys changing with each new day， theautomaticity request is getting higher and higher, the originalproduction feeds the installment not to be able to satisfy currenthighly automated by far the need. Reduces the labor intensity， thesafeguard production reliability， the security, reduces theproduction cost， reduces the environmental pollution, to enhancethe product the quality and the economic efficiency is the majorissue which the enterprise produces must face。 We to feed theprogrammable controller charging system which one by one realm ofproduction produces。 It integrates the automatic controltechnology， the Measurement Technique， the new sensor technology,the computer management technology in a bodys integration ofmachinery product； Carries on the centralism surveillance, thecontrol supervisor fully using the computer technology to theproduction process and disperses the control; Has absorbed thedispersionlike control system and the common control systemsmerit fully， uses the standardization, the modulation, thesystematized design， the disposition is nimble， the configurationis convenient.key word: the plc programmable controller feedsautomatically第一章 绪论1。1课题的背景意义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。送料小车是基于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送料小车的运行，因此,送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。送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。 所以，对送料小车控制系统的设计要予以重视。1。设计内容及要求 本课题的主要设计内容有：确定送料小车控制系统的总体设计方案; 设计送料小车拖动电机的电器控制线路原理图；确定送料小车控制系统PLC的型号规格，确定PLC I/O元件，列出PLC I/O元件分配表；设计送料小车控制系统的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设计题目：送料小车的设计设计目的:1) 熟练掌握PLC的指令系统，学会定时器、计数器和特殊继电器在实际中的应用。2) 通过设计牢固掌握用功能表图设计梯形图的方法、步骤及绘制梯形图所遵循的规则和设计技巧。学会时序控制程序的设计和调试方法.3) 学会PLC输入/输出点的分配、接线。对PLC有系统的了解。设计要求:某车间有6个工作台 送料车往返于工作台之间送料，如图所示。每个工作台设有一个到位开关（SQ）和一个呼 “按钮（SB）。具体控制要求：(I)送料车开始应能停留在6个工作台中任意一个到位开关的位置上。（2）设送料车现暂停于M号工作台(SQm闭合)处,若这时n号工作台呼叫(SBn闭合） 若：mn,送料车左行，直至SQn动作，到位停车，即送料车停车位置SQ的编号大于呼叫按钮SB的编号时，送料车往左运行至呼叫位置后停止；mn，送料车右行直至SQn动作，到位停车,即进料车所停位置SQ的编号小于呼叫按钮SB前编号时，送料车往右运行至呼叫位置后停止； m=n,送料车原位不动，即送料车所停位置SQ的编号与呼叫按钮SB的编号相同时，送科车不动.第二章 系统硬件设计2.1系统硬件选型的原则 1。 步进电机：步进电机有步角距、静力矩、电流三大要素组成。根据负载的控制精度要求选择步角的大小，根据负载的大小确定静力矩，静力矩一经确定根据电机矩频特性曲线来判断电机的电流.一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了2驱动器：遵循先选电机候选驱动的原则,电机的相数、电流大小是驱动器选择的决定因素:在选型中,还要根据PLC输出信号的极性来决定驱动器输入信号是共阳极或共阴极。为了改善电机的运行性能和提高控制精度，通常通过选择带细分功能的驱动器来实现，目的驱动器的细分等级有8倍、16倍、32倍、64倍等，最高可达256倍细分。在实际应运中，应根据控制要求和步进电机的特性选择合适的细分倍数，以达到更高的速度和更大的高速转矩。使电机运转精度更高，振动更小3 传感器:传感器的选型原则可以从以下六个方面来叙述:1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型2)灵敏度的选择3） 频率响应特性4）线性范围5）稳定性6）测量精度根据具体的测量工作，从以上六个方面综合考虑，以选择最合适的传感器。4。 PLC:运行PLC具有高速脉冲输出功率，通过选择具有高速脉冲输出功能或专用运动控制功能的模块来实现。2。2硬件的选型2.2。1步进电机的选型型号布距角相电流保持转矩静转矩转动惯量重量绝缘等级配适驱动器DN5654A1。82.0A1.0N.m0。04 N.m260g.cm2600gBDMD402DMD403DM4832。2。2步进电机驱动器的选型说明最小值典型值最大值输出相电流额定值（A）025-2。0电源电压直流（V）103240逻辑输入电流（mA）610302.2.3传感器的选型（1）看T1的选型主要技术指标单位技术指标灵敏度mv/v20。0130。01非线性FS0。02 0。03滞后重复性FS0。02蠕变FS/30min0.03零点输出FS1零点温度系数FS/100。02 0.03额定输出温度系数FS/10输入电阻38510输出电阻3503绝缘电阻M5000供桥电器V10(DC/AC)MAX：15（DC/AC）温度补偿范围-10+50允许温度范围20-+60允许过负荷%FS150连接电缆mm53000（6000）连接方式输入Input:红Red(+）黑Black（-）输出output:绿Green(+）白（2)定位传感器T2的选型传感器的主要技术指标型号GDJ211B光源蓝响应时间50us检测距离8mm开关输出亮通+暗通两条线输出（NPN型）开关输出电流200mA开关输出电平低电平（通）：1.5v 高电平（断）=0。7v（RL=)=电源电压及电流1030VDC。80mA保护功能电源反相保护、负载短路保护工作环境温度050度、日照1000Lux重量450g外形尺寸6028105mm 引线2m2。2.4 PLC选型根据控制要求，系统的输入量有:启、停按钮信号，1号位6 号位的限位开关SQlSQ6信号，1号位-6号位的呼叫开关SB1SB6信号：系统的输出信号有:前进、后退控制电机接触器驱动信号，电机运行的声光信号。共需实际输人点数l7个，输出点数4个，本文选用日本三菱公司的FXON-40MR产品，其输入点数为24，输出点数为I6点.小车行驶控制系统PLC的IO资源配置表如表l所示：表1 系统I/O资源配置表序号元件名设备名作用1X0SB0启动按钮开关2X1SB11号站呼叫按钮开关3X2SB22号站呼叫按钮开关4X3SB33号站呼叫按钮开关5X4SB44号站呼叫按钮开关6X5SB55号站呼叫按钮开关7X6SB66号站呼叫按钮开关8X11SB111号站呼叫按钮开关9X12SB122号站呼叫按钮开关10X13SB133号站呼叫按钮开关11X14SB144号站呼叫按钮开关12X15SB155号站呼叫按钮开关13X16SB166号站呼叫按钮开关14Y0KMO电机正转继电器15Y1KM1电机反转继电器系统I/O资源配置表（2）外围设备在外围设备方面,采用RS232通信或RS485通信方式,与上位机连接，外部输入设备有光电开关，接近开关，按钮等.外部输出设备有接触器,电磁阀,指示灯等。输入/输出点分配如图41所示。图41 PLC输入/输出点分配图第三章 系统控制软件设计3.1PLC梯形图概述 梯形图是使用的最多的图形编程语言,被称为为PLC的第一编程语言。梯形图与电气控制的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制.梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元，（软继电器），每一个软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元为“1状态.则表示梯形图中对应软继电器线圈“通电”，通常开触点接通,常闭触点断开,称这种状态时软继电器的“1或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态,对应软继电器的线圈和触点的状态与上述相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态，使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。梯形图两侧的公共线称为母线(Bus bar），在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线(左母线和右母线）之间有 一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”，从左向右流动。右母线 可以不画出。3.2系统流程图控制系统流程图如图4-2所示，通过比较小车当前位置和呼叫信号位置决定小车运行方向,当小车当前位置与呼叫信号位置相同,则小车停止运行；每次只允许出现一个呼叫信号，其实现方法可以采用竞争电路实现，具体实现方法见下文控制程序部分。图42控制程序流程图3.3梯形图的设计第四章 PLC控制送料小车的设计4.1自动送料小车概述自动送料小车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。自动送料小车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程.这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。送料小车控制系统采用了PLC控制。从送料小车的工艺流程来看,期控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统，因此，此送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式.在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间复杂的连锁关系，从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时，不会对其他工作方式的程序造成任何影响,使得程序的设计,修改和故障查找工作大为简化.4。2控制要求：某车间有6个工作台 送料车往返于工作台之间送料,如图所示.每个工作台设有一个到位开关(SQ)和一个呼 “按钮(SB)。具体控制要求：(I)送料车开始应能停留在6个工作台中任意一个到位开关的位置上。（2)设送料车现暂停于M号工作台(SQm闭合)处，若这时n号工作台呼叫(SBn闭合) 若：mn，送料车左行，直至SQn动作，到位停车，即送料车停车位置SQ的编号大于呼叫按钮SB的编号时,送料车往左运行至呼叫位置后停止；mn，送料车右行直至SQn动作，到位停车，即进料车所停位置SQ的编号小于呼叫按钮SB前编号时，送料车往右运行至呼叫位置后停止； m=n，送料车原位不动，即送料车所停位置SQ的编号与呼叫按钮SB的编号相同时,送科车不动。4.3 PLC选型根据控制要求,系统的输入量有:启、停按钮信号，1号位6 号位的限位开关SQlSQ6信号，1号位6号位的呼叫开关SB1SB6信号：系统的输出信号有:前进、后退控制电机接触器驱动信号,电机运行的声光信号。共需实际输人点数l7个,输出点数4个，本文选用日本三菱公司的FXON40MR产品，其输入点数为24，输出点数为I6点。小车行驶控制系统PLC的IO资源配置表如表l所示：表1 系统I/O资源配置表序号元件名设备名作用1X0SB0启动按钮开关2X1SB11号站呼叫按钮开关3X2SB22号站呼叫按钮开关4X3SB33号站呼叫按钮开关5X4SB44号站呼叫按钮开关6X5SB55号站呼叫按钮开关7X6SB66号站呼叫按钮开关8X11SB111号站呼叫按钮开关9X12SB122号站呼叫按钮开关10X13SB133号站呼叫按钮开关11X14SB144号站呼叫按钮开关12X15SB155号站呼叫按钮开关13X16SB166号站呼叫按钮开关14Y0KMO电机正转继电器15Y1KM1电机反转继电器系统I/O资源配置表(2）外围设备在外围设备方面，采用RS232通信或RS485通信方式，与上位机连接，外部输入设备有光电开关,接近开关,按钮等.外部输出设备有接触器，电磁阀，指示灯等.输入/输出点分配如图4-1所示.图41 PLC输入/输出点分配图44控制程序设计本程序设计的关键是处理好呼叫按钮和到位开关的位置关系，为此我们采用了将每个位置的行程开关与每个位置的按钮记录到数据寄存器中去， 如将送料小车当前位置送到数据寄存器DO中，将呼叫工作台号送数据寄存器Dl中，然后通过比较DO与Dl中的数据，决定送料小车运行方向和达到的目标位置。(1)流程图控制系统流程图如图4-2所示，通过比较小车当前位置和呼叫信号位置决定小车运行方向，当小车当前位置与呼叫信号位置相同,则小车停止运行;每次只允许出现一个呼叫信号,其实现方法可以采用竞争电路实现，具体实现方法见下文控制程序部分。图4-2控制程序流程图（2）控制程序程序梯形图如图4-3所示。程序解释如下。第l段到第6段：6个站的行程开关分别用常数l6来表示, 当小车在l号站时，行程开关X1l得电，将数字l传送到数据寄存器DO； 当小车在2号站时,行程开关X12得电，将数字2传送到数据寄存器DO.依此类推,当小车在6号站时，行程开关X16得电，将数字6传送到数据寄存器DO。第7段到第l2段：6个站的呼叫按钮分别用数字l6表示, 而且由于6个按钮开关SB1SB6通过M2实现互锁功能， 先按下者优先。当按下l号站呼叫按钮开关SB1时，X1得电，数字l传送到数据寄存器Dl， 同时将M3触发，从而获得优先权，在完成SB1呼叫任务之前再按下其他呼叫信号都无效。依此类推，当按下6号站呼叫按钮开关SB6时，行程开关X6得电,数字6传送到数据寄存器D1,在执行完SB6呼叫任务之前，再按下其他呼叫信号无效 。第l3段：按下启动按钮后， 开始对行程开关数据寄存器DO和呼叫按钮数据寄存器D1中的数据进行比较.当(D1） （D0）时，即小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮的编码时,M0得电,Y0有输出，接通接触器KM0，小车向右运行；当(D1)= (DO）时， 即小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮的编码时，小车不动， 当(D1) (D0）时， 即小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮的编码时，M2得电，Y1有输出，接通接触器KM1，小车向左运行.（3)控制程序拓展本例是设计PLC在生产线上6个站的范围内来回装料运转，如果需要扩展到更多的运转站，程序不需要进行大范围的修改， 只需要增加对DO和D1的赋值行， 以及增加驱动M3的一条语句，就可以实现扩展到多个站的运转了.图43 控制程序程序梯形图第五章 设计小结随着毕业日子的到来，课程设计也接近了尾声.经过几周的奋战我的课程设计终于完成了.在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结,但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面.课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂,有点眼高手低.通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了,同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论:知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 在此要感谢我们的指导老师冯老师和张老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献:(1）求是科技编著PLC应用开发技术与工程实践M北京：人民邮电出版社,2005（2）张万忠可编程控制器应用技术M北京：化学工业出版社2002(3）王炳实 机床电器控制 机械工业出版社. 2006. (4） PLC控制系统梯形图和语句表-郑凤翼 郑丹丹 赵春江 编著（5） 王振民。PLC原理及应用 M .大庆石油学院.1461.（6） 谢克明，夏路易.可编程控制器原理与程序设计 M .北京：电子工业出版社,2005。1-20。(7） 王永华。现代电气控制及PLC应用技术 M 。北京： 北京航空航天大学出版社，2003。80-96。（8) 殷洪义。可编程控制器选择设计与维护 M 。北京：机械工业出版社，2002.2449.