小车直线往返运动定位控制plc程序设计.doc

摘　　

本实验运用PLC技术通过西门子S7-200仪器来实现的。具体是由四个传感器、四个控制开关通过网络程序完毕的。实验涉及了PLC编程、西门子运用及现场操作等各方面知识。本设计是针对现代自动配货、配料运送等工业生产和商业运营的社会需求，设计一种小车直线定位控制系统。

关键词：PLC技术　　西门子　　PLC可编程控制　　程序网络梯形图

目　　录

１　　选题背景及意义
1.1　选题背景
随着智能机器人技术、汽车工业的迅速发展，关于智能小车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，可见其研究意义很大。智能小车，也成轮式机器人，是一种以电子为背景，涵盖智能控制、模式辨认、传感技术、电子电气、计算机、机械等多学科的科技创新性设计。一般重要由途径辨认、速度采集、角度控制及车速控制等模块组成。本设计就是在这样的背景下提出来的，设计的小车自动往返运动应当可以实时循环运动和制动等功能。
1.2　选题意义
为了使设计更为贴近生活，里面囊括了两个方面：一个是小车直线自动往返运营，这个设计在生活中一般被用在现代自动配货、配料运送等工业生产和蔼业运营中，目前已经成为了生活生产中不可或缺的一个设计。我们正在逐渐的完善它使其效率更高。另一个设计是小车制动控制，这个课题自身也是与生活息息相关的，对工业生产和商业运营来说是非常重要的因素。在这里我们研究的只是简朴地控制，是为我们以后的学习做个垫脚石。只有我们学好的基础，以后工作中才可以不断的改善和研发。基于这些因素，这次设计课题是非常故意义的。

2　　PLC简介

2.1　PLC概述
可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。初期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它重要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
2.1.1　PLC的由来
在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，规定用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：
（1）编程方便，现场可修改程序；
（2）维修方便，采用模块化结构；
（3）可靠性高于继电器控制装置；
（4）体积小于继电器控制装置；
（5）数据可直接送入管理计算机；
（6）成本可与继电器控制装置竞争；
（7）输入可以是交流115V；
（8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；
（9）在扩展时，原系统只要很小变更；
（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
　　1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简朴易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，不久地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。
　　这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，不久研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。
2.1.2　PLC的工作原理
当可编程逻辑控制器投入运营后，其工作过程一般分为三个阶段， 可编程逻辑控制器即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完毕上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运营期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度反复执行上述三个阶段。
输入采样阶段
在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，假如输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才干保证在任何情况下，该输入均能被读入。
用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中相应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中相应位的状态；或者拟定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有也许发生变化，并且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才干对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中假如使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内相应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。
2.2西门子S7-200
2.2.1　　西门子S7-200简介
西门子公司生产的S7-200小型PLC在我国工业控制方面有着广泛的应用，并受到广大电气工程人员的青睐，随着可编程控制器在各行各业的广泛应用，各种有关可编程控制器的书籍大量涌现，但是不少人在看了很多书之后，在真正进行编程的时候往往还是束手无策，不知从何下手，其因素是什么呢？那就是缺少一定数量的练习。假如只靠自己苦思冥想，则结果往往收效甚微，而学习和借鉴别人的编程方法不乏是一条学习的捷径。笔者编写这本书的目的就是，在读者已经掌握可编程控制器基础知识的前提条件下，为读者提供一个快速掌握PLC编程方法的学习捷径，达成抛砖引玉的目的。
2.2.2　　西门子S7-200的重要技术指标
西门子S7-200的重要技术指标如表2-1所示

表2-1　　西门子S7-200的重要技术指标
技术规范
CPU 224 CPU
224XP
集成的数字量输入/ 输出
14 入/10 出
14 入/10 出
可连接的扩展模块数量 (最大)
7
7
最大可扩展的数字量输入/ 输出范围
168
168
最大可扩展的模拟量输入/ 输出范围
35
35
用户程序区
8 KB
12 KB
数据存储区
8 KB
10 KB
数据后备时间 (电容)
100 小时
100 小时
后备电池 (选件)
200 天
200 天
编程软件
Step 7-Micro/WIN
Step 7-Micro/WIN
布尔量运算执行时间
0.22 μs
0.22 μs
标志寄存器/计数器/定期器
256/256/256
256/256/256
高速计数器
6 个30 KHz
6 个100 KHz
高速脉冲输出
2 个20 KHz
2 个100 KHz
通讯接口
1 个RS-485
2 个RS-485
外部硬件中断
4
4
模拟电位器
2 个8 位分辨率
2 个8 位分辨率
实时时钟
内置时钟
内置时钟
外形尺寸 (长 X 宽 X 高, mm)
120.5 x 80 x 62
120.5 x 80 x 62

3　　小车自动往返运动

3.1　重要任务
当按下第一站按钮时，小车开始运营，所通过指示灯亮，当按下第四站按钮，小车反向运营。当小车通过第一和第四个传感器时，小车也要反向运营。当按下第二站按钮时，小车停止运营。在没按停止按钮时，小车自动往返运营。
3.2　设计内容
3.2.1　小车运营模拟图
小车运营模拟图如图3-1所示

图3-1　　小车运营模拟图

位置传感器：CMCH KJN5002A；功能：检测小车是否通过某一站。
继电器：JZX-18FF，DC24V；功能：根据输入信号，来接通或断开小电流控制电路，实现控制和保护的自动控制系统。
电机：ZGA37F104i，DC24V，30rpm，带减速器直流电机；功能：带动小车运营。

3.2.2　主电路图
设计主电路图如图3-2所示

图3-2　　设计主电路图

3.2.3　PLC引脚接线表格
引脚接线表格如表3-1所示

表3-1　　引脚接线表格
输入信号
输出信号
信号元件及作用
PLC输入口地址
信号元件及作用
PLC输出口地址
第一站按钮SB1
I0.0
第一站指示灯LB1
Q0.0
第二站按钮SB2
I0.1
第二站指示灯LB2
Q0.1
第三站按钮SB3
I0.2
第三站指示灯LB3
Q0.2
第四站按钮SB4
I0.3
第四站指示灯LB4
Q0.3
电磁传感器SY1
I0.4
左行指示灯LF
Q0.4
电磁传感器SY2
I0.5
右行指示灯LZ
Q0.5
电磁传感器SY3
I0.6
电机右行继电器MZ
Q0.6
电磁传感器SY4
I0.7
电机左行继电器MF
Q0.7
接0V DC
1M
接24V DC
1L、2L

3.2.4　PLC接线图
设计所用PLC接线图如图3-3所示

图3-3　　PLC接线图

3.2.5　设计梯形图
设计梯形图如图3-4至图3-9所示

图3-4　　小车直线往返运动网络1

图3-5　　小车直线往返运动网络2

图3-6　　小车直线往返运动网络3

图3-7　　小车直线往返运动网络4

图3-8　　小车直线往返运动网络5

图3-9　　小车直线往返运动网络6

4　　小车定位控制

4.1　重要任务
按下第一站按钮，小车开始运营，同时在第二站和第三站之间做往返运动，计数器计数五次后，小车运营至第一站处。当小车在第二站和第三站运营时，按下第四站按钮，小车停止在其中任何位置。
4.2　设计内容
4.2.１　PLC接线图
设计所用PLC接线图如图4-1所示

图4-1　　PLC接线图

4.2.2　　设计梯形图
设计梯形图如图4-2至图4-5所示

图4-2　　小车定位控制网络1

图4-3　　小车定位控制网络2

图4-4　　小车定位控制网络3

图4-5　　小车定位控制网络4

结　　论

小车自动往返运动的这个设计是结合生活中常用的实例而来进行的。他的研究和设计不仅和生活息息相关，也是对我们掌握的知识的一个汇总，其中涉及PLC控制、西门子S7-200的应用以及网络编程等各方面知识。
小车自动往返的设计重要是通过网络程序来控制小车完毕自动循环往返运动，其中继电器是反映数据的主线依据。设计说明了小车可以在指定程序下完毕自动直线循环往返运动，并且可以手动急停。
小车制动控制的程序设计是通过计数器计数，使小车在完毕指定任务后回到某一指定位置。该设计说明了小车在一定的程序下可以通过时间控制使其完毕某一任务后按规定精确地回到指定位置，同时也可以手动急停。

参考文献

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