小车多方式运行的PLC控制系统设计样本.doc

摘   要 

随着科技发展，技术不断更新，浮现了可编程逻辑控制器，简称PLC，是一种工业控制微型计算机。它编程以便、操作简朴特别是高通用性等长处，使它在工业生产过程中得到了广泛应用。在中华人民共和国，小车半自动化控制前景美好，在许多公司装配车间得到广泛运用。使得工业生产趋向于半自动化、自动化、无人工厂方向发展，其中PLC技术运用成为自动化技术主流之一。
 小车多方式运营PLC控制系统设计一方面分析了小车多方式运营工作原理、控制规定，依照工艺规定，记录了小车多方式运营所需要输入和输出端子，其中输入点为9个，输出点为6个，共计15个输入输出点。依照PLCI/O点数和内存容量选型原则，选取了三菱FX2N-32MR继电器型PLC作为小车多方式运营控制器，同步选取了其他电器元件，设计了PLC外部接线图。然后运用SFC（Sequential Function Chart，顺序功能图）图法设计了自动喷泉程序梯形图。为了验证设计对的性，运用三菱GX Developer仿真软件进行程序仿真。仿真成果证明，设计可以有效保证小车多方式运营精确性、迅速性、安全性，满足工艺规定，具备一定应用价值。
核心词：多方式；硬件设计；软件设计；PLC

目 录
1 绪论 1
1.1 小车多方式运营控制现状和背景意义 1
1.2 电气控制与可编程控制器技术发展史 1
1.3 重要内容 2
2 小车多方式运营PLC控制系统硬件设计 3
2.1 工作原理及控制规定 3
2.2 I/O点记录及PLC选型 3
2.2.1 输入点记录 3
2.2.2 输出点记录 4
2.2.3 PLC选型 4
2.2.4 元器件选取 5
2.3 I/O分派及PLC外部接线图设计 5
2.3.1 I/O分派表 5
2.3.2 内部辅助继电器 6
2.3.2 PLC外部接线图设计 6
3 小车多方式运营PLC控制系统软件设计 7
3.1 控制程序设计思路 7
3.2 控制程序流程图 7
3.3 控制程序状态转移图 8
4 仿真调试 10
4.1 三菱可编程控制器软件简介 10
4.2 控制程序梯形图 10
4.3 控制程序仿真图 12
结束语 14
参照文献 15
致 谢 16
附 录 17
附录A 梯形图 17

1 绪论
1.1 小车多方式运营控制现状和背景意义
20世纪60年代此前，汽车流水线自动控制系统基本上都采用老式继电器控制。在60年代初，美国汽车制造业竞争越发激烈，而汽车每一次更新周期越来越短，这样对汽车流水线自动控制系统更新就越来越频繁，本来继电器控制就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车更新间。因此人们就想能有一种通用性和灵活性较强控制系统来代替原有继电器控制系统。1968年，美国通用汽车公司一方面提出可编程控制器概念。在1969年，美国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台PLC。这是由一种新控制系统代替继电器控制系统，它规定尽量地缩短汽车流水线控制系统时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线控制。这种控制系统一方面在美国通用汽车生产线上使用，并获得了令人满意效果。
PLC在制造和冶金等其她工业部门相继得到了应用。1971年，日本引进了这项技术，并开始生产自己PLC。1973年，欧洲某些国家也研制出了自己PLC。1974年，国内也开始仿照美国PLC技术研制自己PLC，终于在1977年研制出第一台具备实用价值PLC。大规模集成电路和超大规模集成电路浮现使得PLC在问世后发展极为迅速。当前，PLC不但能实现继电器逻辑控制功能，同步还具备数字量和模仿量采集和控制、PID调节、通信联网、故障自诊断及DCS生产监控等功能。毫无疑问，PLC将在此后工业生产中起到非常重要作用。在20世纪80年代，美国工业市场调查报告和1989年美国一份分散控制系统（DCS）调研报告中，都能看出PLC在工业控制中重要作用。
在自动化生产线上，有些生产机械工作台需要按一定顺序实现自动来回运动，并且有还规定在某些位置有一定期间停留，以满足生产工艺规定。用PLC程序实现小车自动来回顺序控制，不但具备程序设计简易、以便、可靠性高等特点，并且程序设计办法多样，便于不同层次设计人员理解和掌握。
1.2 电气控制与可编程控制器技术发展史
1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置规定，并公开招标提出十项原则:
(1)编程以便，现场可修改程序；
(2)维修以便，采用模块化构造；
(3)可靠性高于继电器控制装置；
(4)体积不大于继电器控制装置；
(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)顾客程序存储器容量至少能扩展到4K。
1969年，美国数字公司(DEC)研制出了第一台可编程序控制器，满足了GM公司装配线规定。这种新型工业控制装置简朴易懂、操作以便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，不久在美国其他工业领域推广使用。随着集成电路技术和计算机技术发展，当前已有了第五代PLC产品。随着技术发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模仿量控制、顺序控制、定期、计数等，并通过数字，模仿输入、输出控制各种类型机械生产过程。
长期以来，PLC及其网络控制系统始终战斗在工业自动化控制行业主战场，其提供安全和完善解决方案，为各种各样自动化设备提供了非常可靠控制应用，在电力、冶金、化工、机械等行业发挥了重大作用，被公以为当代工业自动化三大支柱之一。
近来计算机和信息技术飞速发展，不断成倍扩大功能和成倍减少价格，使PLC、通信联网技术、过程控制软件都获得了长足进步，也使PLC广泛应用成为也许。从1968年开始至今，PLC已经经历了四次更新换代,现阶段PLC产品不但全面使用16位、32位高性能微解决器，高性能片位式微解决器，RISC(ReduCedInstruCtionSetComputer)精简指令系统CPU等高档CPU，并且，在一台PLC中配备各种微解决器，进行多道解决。同步，生产了大量内含微解决器智能模板，使得最新PLC产品成为具备逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据解决功能、联网通信功能名副其实多功能解决器。
随着生产自动化限度增长，单一逻辑控制功能显然不能满足当代生产规定，而PLC新增长这些功能正好适应了生产发展需求。相信在将来自动化生产控制中，PLC及其网络必将得到更加广泛应用。
1.3 重要内容
设计内容重要涉及了小车多方式运营发展状况及PLC现状；小车多方式运营控制系统构成；I/O点记录；小车多方式运营软件设计；仿真与调式等。
设计阐明书共分4章。
第1章 绪论，重要简介了小车多方式运营控制现状和背景意义。
第2章 小车多方式运营硬件设计，重要简介了小车多方式运营控制系统硬件设计，重要写了小车多方式运营工作原理、I/O点记录及PLC选型、I/O口分派和PLC外部接线图设计。
第3章 小车多方式运营软件设计，重要简介了小车多方式运营流程图、单独花样设计。
第4章 仿真与调式，重要简介了仿真软件用法与仿真成果。

2 小车多方式运营PLC控制系统硬件设计
2.1 工作原理及控制规定
小车系统由直流电机、继电器、小车和 4 个站台等构成，每个站台有检测传感器、批示灯和按钮。小车由直流电机拖动，电动机正转，小车右行，电动机左转，小车左行，在生产线上有4个编码为1-4个站点供小车停靠，在每个停靠站安装一种行程开关以检测小车与否到达该站，如果小车到站，该站批示灯会亮，此外还设有4个呼喊按钮（SB1—SB4）分别与4个停靠站点相应。电路图如下所示：

图1 主电路图
图1中KM1和KM2分别是控制电机正转运营和反转运营交流接触器。用KM1和KM2主触点变化进入电动机三相电源相序，既可以变化电动机旋转方向。图中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，构成了硬件互锁电路。可以避免由于正反转（小车右行、左行）切换过程中电感延时作用，导致本来接通接触器主触点尚未断弧时，另一种接触器主触点已经合上而导致电源瞬间短路故障。通过主电路与PLC控制电路接线，才干实现PLC对系统控制。
2.2 I/O点记录及PLC选型
2.2.1 输入点记录
小车多方式运营PLC控制系统共需要9个输入信号，其中启动/停止按钮占用1个输入接口，用以控制整个电路开始和结束；每个站台处呼喊开关SB1~SB4共占用4输入个接口，有小车呼喊需要时只需按下相应开关即可；每个站台处传感器SY1~SY4共占用4个输入接口，用来发出小车位置信号和到达相应站台时自动停止信号。
表1 输入记录
序号
输入点
数量
1
启动/停止开关
1
2
呼喊站台1开关
1
3
呼喊站台2开关
1
4
呼喊站台3开关
1
5
呼喊站台4开关
1
6
限位1行程开关
1
7
限位2行程开关
1
8
限位3行程开关
1
9
限位4行程开关
1
共计

9

2.2.2 输出点记录
控制系统输出信号共有6个。其中控制电动机正反转（即小车左右移动）需要2个输出信号，此外4个用于控制批示灯LB1~LB4亮灭。
表2 输出记录
序号
输出点
数量
1
左行
1
2
右行
1
3
第一种站台批示灯
1
4
第二个站台批示灯
1
5
第三个站台批示灯
1
6
第四个站台批示灯
1
共计

6
2.2.3 PLC选型
当前应用最广泛PLC有三菱、西门子、欧姆龙、松下等等。
三菱PLC构造灵活、传播质量高、速度快、带宽稳定、范畴广、成本低、合用面广但是数据解决比西门子弱。
西门子PLC性能强大、可操作性强、有相配套伺服系统和组态软件但是价钱太高。
欧姆龙PLC欧姆龙编程软件对符号地址格式有规定，东欧老机床器件符号输进去好多都不认，按它原则老图标示都要变很不以便。
松下PLC超小型尺寸，轻松扩展，扩展单元可直接连接到控制单元上、不需任何电缆。从I/O10点到最大I/O128点选取空间。
依照其输入输出点数，综合考虑选取三菱FX2N系列FX2N-32MR型PLC。
2.2.4 元器件选取
依照设计中小车运营规定及主电路和控制电路对元器件性能规定，选用原件清单
如表3所示。
表3 元器件选取清单
序号
符号
名称
型号
数量
1
KM1-KM2
接触器
CJ20-10
2
2
FU1-FU2
熔断器
XRNP1-10
2
3
QF1-QF2
自动空气开关
HUM18-63C32/1
2
4
M
直流电机
Z4-100-1
1
5
SB5
启动/停止按钮
ZB2-BE101C
1
6
SB1-SB4
呼喊站台按钮
ZB2-BE101C
4
7
SY1-SY4
传感器
FM-T02N-P31P2
4
8
LB1-LB4
批示灯
WDM-JD125-1
4
2.3 I/O分派及PLC外部接线图设计
2.3.1 I/O分派表
（1）小车起始位置停在 x（x=1～4）号站台，SYx 传感器为 ON;
（2）如果 y(y=1～4)号站台呼喊，如果：
① x﹥y，小车左行到呼喊站台停车；
② x﹤y，小车右行到呼喊站台停车；
③ x=y，小车停止；
（3）小车在SY1和SY4处要有可靠保护功能，自动来回或精确停车，不能向外撞；
（4）小车路过每个站台要有批示灯显示；但 LB1 和 LB4 灯要闪 3 次；
表4 I/O分派表
序号
名称
输入接口
功能阐明
序号
名称
输出接口
功能阐明
1
SB1
X001
呼喊站台1
1
KM1
Y001
左行
2
SB2
X002
呼喊站台2
2
KM2
Y002
右行
3
SB3
X003
呼喊站台3
3
LB1
Y003
第一种站台批示灯
4
SB4
X004
呼喊站台4
4
LB2
Y004
第二个站台批示灯
5
SB5
X005
启动/停止
5
LB3
Y005
第三个站台批示灯
6
SY1
X011
限位1
6
LB4
Y006
第四个站台批示灯
7
SY2
X012
限位2

8
SY3
X013
限位3

9
SY4
X014
限位4

2.3.2 内部辅助继电器
本设计使用9个输入继电器，6个输出继电器，8个辅助继电器。内部继电器功能如表5所示。
表5 功能阐明表
序号
内部继电器地址
名称
功能阐明
1
M0
小车运营停止
2
M1
1号站台呼喊
3
M2
2号站台呼喊
4
M3
3号站台呼喊
5
M4
4号站台呼喊
6
M5
小车所在站台编号>呼喊站台编号
7
M6
小车所在站台编号=呼喊站台编号
8
M7
小车所在站台编号<呼喊站台编号
2.3.2 PLC外部接线图设计

图2 系统接线图
3 小车多方式运营PLC控制系统软件设计
3.1 控制程序设计思路
程序控制算法实现重要可归纳为如下三种方案。
方案一:采用按钮呼喊信号互锁方式。保证只有1个按钮呼喊信号被记忆，只有待系统记忆信号被解决后，方能再次响应其她信号。该办法长处是程序简朴，容易实现，且该算法有较好移植性能迅速移植到工台数量较多系统上，局限性是该算法灵活性差，效率低下，不能满足工业生产高效性需求，例如在极短时间间隔内，先最左边工台呼喊，另一方面最右边工台呼喊，紧接着左边第二个工台呼喊，则小车要先从右往左响应第一种呼喊，又从最左边运营到最右边响应第二次呼喊，最后又要运营至最左边第二个工台响应第三次呼喊，走路程极长，响应时间长，故不采用该算法。
方案二：采用信号记录排序方式。即一方面对工台发出信号按照位置顺序进行编码，在数据寄存器区开辟一片区域准时间顺序存储呼喊信号，小车先从数据寄存器获取一种信号信息往一种方向运动，并在每次接触到位置开关时，删除一种呼喊信号，并依照小车位置信号与呼喊位置信号比较，看该方向呼喊信号与否都被响应，如果仍存在未被响应信号则继续保持运动方向不变，若无该方向信号，则检测与否有反方向信号，有则反向运营，没有则停止。该算法有较高效率，能满足工业生产高效性需求。但该算法比较复杂，需要PLC有较快运算速度和较大内存存储空间，在工台较多且工台呼喊频繁场合也许会由于超过存储区而产生信号遗失。故不采用该算法。
方案三：采用小车位置编码及呼喊信号保持办法。由于小车每次只能在接触到一种位置开关时，使一种位置开关变为高电平，故可以在每次小车接触到位置开关时进行执行一次编码指令，将位置开关高电平信号进行编码从而拟定小车位置信号；用批示灯输出来保持每次呼喊信号，通过判断输出给批示灯信号来判断相应位置与否有呼喊信号输出，并依照小车位置来判断小车运动方向，同步做一互锁，小车一种方向运动时，若仍有比较信号为高电平则小车运动方向被保持。直至响应完此方向信号为止，这种方案算法代码量与方案一相差不多，而实现效果又能实现方案二最优途径效果，故采用此方案。
故控制程序大体方案按方案三思路。即保证小车先响应完一种方向上所有需要响应信号后再响应反方向信号。这样能使小车效率达到最高，运营途径最短。
3.2 控制程序流程图
小车多方式运营设计重要用了跳转指令完毕循环过程，用定期器定期实现小车多方式运营，通过互锁实现单独方向运营不会浮现短路故障状况。通电后，进入工作状态。如按下启动按钮，小车开始进入准备工作状态，若不按，则回到初始状态。如按下启动开关，小车按照设定程序开始运营。如果按下停止按钮，系统则停止运营，如果不按停止按钮，系统则按照选取方式继续运营下去直到按下停止按钮。流程图如图3所示。

图3 流程图
3.3 控制程序状态转移图
如图所示小车一种周期内运动路线由4段构成，它们分别相应于S31～S34所代表4步，S0代表初始步。假设小车位于原点（最左端），系统处在初始步，S0为“1”状态。按下起动按钮X5，系统由初始步S0转换到步S31。S31STL触点接通，Y0线圈“通电”，小车右行，行至最右端时，限位开关X14接通，使S32置位，S31被系统程序自动置为“0”状态，小车变为左行，小车将这样一步一步地顺序工作下去，最后返回起始点，并停留在初始步。

图4 小车控制系统功能表图与梯形图

4 仿真调试
4.1 三菱可编程控制器软件简介
GX Developer是三菱PLC编程软件。其具备软件共通化、程序原则化等特点，可以运用Windows优越性，使操作性能更加优越。其操作办法简便，易学易懂，可以让操作人员在复杂系统状况下也可以通过简朴设定与可编程控制器CPU连接，通过调试功能实现程序仿真，从而达到相应目。
本设计采用编程软件GX Developer为编程软件，详细操作办法如下：双击软件打开GX Developer，然后点击工程选取‘新建工程’，依次选取‘FX CPU’、‘FX2N（C）’和‘梯形图’，显示页面如图5所示，最后点击拟定后就可以开始编程梯形图。编程完后进行程序转换。然后运用GX Simulator进行程序仿真。

图5 创立新工程页面
4.2 控制程序梯形图
 （1）图6梯形图为小车启停辅助继电器程序，按下启动按钮小车运动，M0得电并且保持，按下停止按钮，M0失电。

图6 启停梯形图
（2）呼喊位置拟定可通过批示灯亮灭来加以判断。即采用自锁电路，当总开关X5按下，且呼喊按钮Xn按下时，输出继电器Ym线圈高电平并保持，只有当小车离开该工作台并触遇到其她工作台限位开关时，批示灯熄灭，即呼喊位置转移。程序如下图所示：

图7 呼喊按钮梯形图
（3）图8梯形图为四个行程开关程序，采用图示指令，当总开关X5按下，系统会通过行程开关设立自动判断小车位置。例如，当小车处在1号工作台时，此时行程开关X11会被置以高电平，同步系统自动将K1写入D0，即记录小车此时位置。如下图所示：

图8 小车位置拟定梯形图
（4）小车运动方向控制可以通过触点比较指令来实现，即通过比较小车所在位置与呼喊站台位置大小从而决定小车运动方向，同步实现两个方向运动互锁，即当小车往一种方向运营时，此外一种不得导通，保证不发生程序干涉。当小车所处位置不不大于呼喊按钮编码时，M5得电，不大于时M7得电，等于时M6得电。当M5得电时，小车向左行，当M7得电时，小车向右行。

图9 小车运动方向控制梯形图
4.3 控制程序仿真图
按规定输入梯形图，检查并编译。本次设计实验里，对的输入梯形图，编译成功。同步通过在线工作后把程序写入可编程序控制器程序存储区，然后进行运营调试，在前面对的操作和正常进行基本上，使PLC进入运营状态，观测运营状况，成果是本PLC设计运营正常，没有未知错误，对于多组不同站台呼喊检测数据，小车均可以以预想行动路线运动，即可以实现循环工作。依照以上调试状况，该小车多方式运营PLC控制设计符合规定。仿真成果如下图所示。

图10 仿真图
结束语

本次课程设计中，小车多方式运营plc控制系统，它控制过程属于双向控制，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，在每一种停靠点安装一种检测传感器以监视小车与否到达该站点。该课程小车控制系统运用三菱公司生产FX系列20点可编程序控制器运营重要控制装置，编写软件指令来实现其详细控制规定，在设计程序某些运用了PLC辅助继电器来实现控制具备互锁功能，在工作台上工人通过请示按钮达到实现控制小车运营方向。 
该控制系统用于柔性制造系统中物料小车自动控制、自动化仓库中物件存取小车自动控制等，该控制系统价格低廉，体积小，可以安全可靠进行生产，并且效率高，灵活性强，可以较好适应变化和纠正错误，运营速度快，易管理。
通过本次课程设计，让我对PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好理解，也让我理解了关于PLC设计原理。有诸多设计理念来源于实际，从中找出最适合设计办法。 PLC课程都是极理论东西，所做过几种实验也都是在已知程序图状况下学习使用编程器，这并不能提高PLC设计水平，而这次课程设计是从主线上让咱们理论联系实际，在这种依照实际状况进行系统设计状况下可以让咱们对PLC有更深刻结识。
不积跬步何以至千里，课程设计是大学学习阶段非常难得理论与实际相结合机会，通过这次课程设计，我挣脱了单纯理论知识学习状态，和实际设计结合，锻炼了综合运用所学专业基本知识能力，提高了查阅文献资料、设计手册能力，并且通过对整体掌控，对局部取舍，以及对细节斟酌解决，使得能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，毅力及耐力也都得到了不同限度提高

参照文献
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[10]三菱电机株式会社.三菱 PLC 编程手册[M]. 日本：三菱电机株式会社，

致 谢
这次课程设计之因此获得成功，得到了多方面协助。一方面，感谢学校为咱们提供这次学习机会，使咱们在多方面有了提高和完善，在理论方面得到了巩固，实践动手能力方面有了提高。然后该课程设计是在教师细心指引下完毕，在设计过程中，自始至终凝聚着教师心血。教师那治学严谨态度，渊博学识感染着我。她那诲人不倦、宽厚朴实作风给咱们留下了不可磨灭影响，是我学习榜样，使我终身受益无穷，感谢指引教师协助，在设计过程中遇到难题时，指引教师总是耐心提供协助，在这里向教师表达由衷地感谢。最后，对同组同窗表达感谢，这次设计能获得成功，也离不开彼此之间团结互助！此外还要感谢我某些同窗，她们在我需要协助时候无私伸出了援助之手。对于她们协助我表达深深感谢，可以说如果没有她们协助我就不也许顺利准时完毕课程设计。在此，真诚感谢所有协助过我教师和同窗们。

附 录
附录A 梯形图