PLC在4位送料小车方向自动控制中的应用

电 气 与 PLC 控 制 技 术 课 程 设 计

题 目：PLC在4位送料小车方向自动控制中的应用 学 院： 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导老师：

PLC在4位送料小车方向自动控制中的应用

摘要：

可编程序控制器（Programmable controller）简称PLC，由于PLC可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，所以PLC的应用领域不断迅速扩大。对早期的PLC，凡是有继电器的地方，都可采用。尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不段增强，所以，目前PLC在国内外已被广泛应用于各个行业。本设计是为了实现送料小车的手动和自动化的转化，改变以往小车的单纯手动送料，减少了劳动力，提高了生产效率，实现了自动化生产！而且本送料小车的设计是由于工作环境恶劣，不允许人进入工作环境的情况下孕育而成的。

关键字：PLC；送料小车；自动化

前言：

自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过采用数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统，以及具有控制与管理双重功能的过程控制系统。在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系统等。在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。此外，在办公室自动化、图书管理 、交通管理乃至日常家务方面，自动控制技术也都有着实际的应用。随着控制理论和控制技术的发展，自动控制系统的应用领域还在不断扩大，几乎涉及生物、医学、生态、经济、社会等所有领域。

运料小车是工业运料的主要设备之一。广泛应用于自动生产线 冶金、有色盒属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。

本文采用PLC技术，研究了运料小车的控制方法。

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问题的提出及研究意义：

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，故障率高的缺点，且维护维修不易等缺点。作为目前国内控制市场上的主流控制器，plc在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。

课程设计目的：

培养学生综合运用PLC及有关先修课程的基础知识，去解决某一实际问题的基本训练。通过电路设计，了解单片机的工作特征，掌握单片的工作原理，从而加深对该课程知识的理解。

通过本课程设计，主要训练和培养学生以下能力：

(1) 查阅资料：收集与本设计有关的资料（包括从已发表的文献和生产现场中收集的）。 (2) 方案选择：树立即考虑技术的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性。并注意提高分析和实际解决问题的能力。

(3) 迅速准确的进行工程计算的能力。

(4) 用简洁的文字，清晰的图表来自己设计思想的能力。

课程设计的内容：

本论文的任务设计一个运料小车往返运动PLC控制系统。系统控制要求如下： 某车间有4个工作台，送料车往返于工作台之间送料，每个工作台设有一个到位开关（SQ）和一个呼叫按钮（SB）,送料车开始应能停留在4个工作台中任意一个到位开关的位置上，系统受起动和停止按钮控制。具体控制要求如下：

（1）当送料小车所在暂停位置的SQ号码大于呼叫的号码时，料车往左行，到呼叫的SB位置后停止；

（2）当送料小车所在暂停位置的SQ号码小于呼叫的号码时，料车往右行，到呼叫的SB位置后停止。

试用传送和比较指令编程实现送料小车的控制要求。

系统硬件设计：

控制要求分析：

设送料小车先暂停于m号工作台（则根据题意可知：

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SQm为ON）处，这时n号工作台呼叫（SBn为ON），

（1）当送料小车所在暂停位置的SQ号码大于呼叫SB号码时，送料小车往左行，到呼叫的SB位置后停止。即m>n，送料小车左行，直至

SQn动作，到位停车；

（2）当送料小车所在暂停位置的SQ号码小于呼叫SB号码时，送料小车往右行，到呼叫的SB位置后停止。即mSQn动作，到位停车；

（3）送料小车所停位置SQ的号码与呼叫按钮SB的号码相同时，送料小车不动。即m=n，送料小车原位不动。

图1 控制系统流程图

电机正反转的特点

自动控制是生产机械电气化自动中应用最多和作用原理最简单的一种形式，在位置控制的电气自动装置线路中，由行程开关或终端开关的动作发出信号来控制电动机的工作状态。若在预定的位置电动机需要停止，则将行程开关的常闭触点串接在相应的控制电路中，这样在机械装置运动到预定位置时行程开关动作，常闭触点断开相应的控制电路，电动机停转，机械运动也停止。若需停止后立即反向运动，则应将此行程开关的常开触点并接在另一控制回路中的启动按钮处，这样在行程开关动作时，常闭触点断开了正向运动控制的电路，同时常开触点又接通了反向运动的控制电路。

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前进后退SQ1SQ2图2 控制图

电动机

L1L2L3QSFU1KM2FRUVWM图3 电动机正反转原理图

行程开关的特点

行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。

（1）直动式行程开关其结构原理，其动作原理与按钮开关相同，但其触点的分合速度取决于生产机械的运行速度，不宜用于速度低于0．4m／min的场所。直动式行程开关组成:

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推杆、弹簧、动断触点、动合触点。

（2）滚轮式行程开关其结构原理，当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的撞杆时，撞杆转向右边，带动凸轮转动，顶下推杆，使微动开关中的触点迅速动作。当运动机械返回时，在复位弹簧的作用下，各部分动作部件复位。滚轮式行程开关组成：滚轮、上转臂、弹簧、套架、滑轮、压板、触点、横板滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮(羊角式)非自动复位式，双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线路。

（3）微动开关式行程开关的组成：常用的有ZXL系列产品：推杆、弹簧、压缩弹簧、动断触点、动合触点。

输入输出端口设置

送料小车PLC的 I/O分配表

输入/输出接口是PLC与外界连接的接口。输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等开关量输入信号。另一个是由电位器、测速发电机和各种变送器等模拟量输入信号。

输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置(模拟量)等。 数字量输入部分：

这个控制系统的输入有起动按钮开关、停止按钮开关、4个呼叫按钮开关、4个行程开关共10个点输入。具体的输入分配如下表：

输入 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SB0 SB1

功能说明 X001 X003 X005 X007 X000 X002 5

限位1 限位2 限位3 限位4 呼叫1 呼叫2 数字量输出部分：

这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相异步电动机。但是电机有正转和反转两种状态，反别对应正转继电器和反转继电器，所以，输出点有两个。具体的输出分配如下表：

SB2 SB3 SB10 SB12 内部继电器部分

内部继电器地址分配如下表：

内部继电器地址 M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 X004 X006 X010 X012 呼叫3 呼叫4 启动按钮 停止按钮 功能说明 小车运行停止 1号站呼叫 2号站呼叫 3号站呼叫 4号站呼叫 小车所在站编号>呼叫编号 小车所在站编号<呼叫编号 小车所在站编号=呼叫编号 6

SB0SQ1X000X001SB1X002FX-2NSQ2X003SB2X004SQ3X005Y000KM1KM2SB3X006Y001KM2KM1SQ4X007SB5X010220VSB6X012COM~COM

图4 送料小车系统的硬件连接图

PLC软件的实现：

送料小车控制的梯形图：

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梯形图对应的指令语句：

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梯形图设计过程：

（1）起动和停止按钮的控制

当按下启动按钮时，小车开始运行，辅助继电器M0得电，实现自锁，当按下停止按钮时，小车停止运行，该辅助继电器M0失电。

（2）行程开关控制

四个行程开关分别用数字1-4表示，当小车在1号位时，行程开关X001得电，将数字1传送到数据寄存器D1；当小车在2号位时，行程开关X003得电，将数字2传送到数据寄存器D1，其他的行程开关设计原理相同。

（3）呼叫按钮控制：

四个呼叫按钮分别用1-4表示，由于四个呼叫按钮设计了4个辅助继电器M1-M4，所以有自锁功能，先按下者优先，

（4）比较：

当按下起动和呼叫按钮后，开始对行程开关数据寄存器D1和呼叫按钮数据寄存器D2中的数据进行比较。当D1>D2时，小车当前所处停靠位置大于呼叫按钮的编码，M5得电，小车左行，当D1=D2时，小车当前所处停靠位置等于呼叫按钮的编码，M6得电，小车不动，当D1（5）向左运动：

当小车当前所处停靠位置大于呼叫按钮的编码时，小车左行，左行指示灯亮，运动到呼叫位置，呼叫位行程开关动作，小车停止运动，左行指示灯熄灭。

（6）向右运动：

当小车当前所处停靠位置小于呼叫按钮的编码时，小车右行，右行指示灯亮，运动到呼叫位置，呼叫位行程开关动作，小车停止运动，右行指示灯熄灭。

总结：

在做这个设计中，我学会了很多以前没学过的知识，也巩固了很多以前没学好的知识，使我的专业理论知识更加扎实，软件操作更加熟练了。做完这个设计后，我得出几个结论如下：

一、该小车控制系统的研究方向：由于本小车系统并不完善，只做了送料，没有设计小车怎么装料和小车到料仓后送料的多少。这两方面是该系统设计的完善，是将来的研究方向。

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二、经过这次毕业设计培养了我们的设计能力以及全面的考虑问题能力。学习的过程是痛苦的但是收获成功的喜悦更是让人激动的。相信通过这次毕业设计它对我以后的学习及工作都会产生积极的影响。

心得体会：

通过这次课程设计，我学到了很多PLC和单片机方面的知识，同时也加强了对画图工具的使用，在老师的精心指导下和同学合作之下最终成功地完成了此次设计，并从中学到了很多的知识和经验。

本次课程设计使我认识到：

一、设计思路是实施操作的坚实基础。设计思路是电路的生命。

二、活学活用。这次设计让我真正体会到了书本知识永远是基础，而基础正是你向高层次迈进的扎实阶梯，没有这个基础，就无法实现技术上的腾飞。在实践当中，灵活运用书本上所讲的知识，万变不离其中，只有扎实掌握了核心的方法，才有可能做到孰能正巧，活用巧用。

参考文献：

[1]周万珍，高鸿宾.PLC分析与设计应用.北京：电子工业出版社，2004. [2] 廖常初.PLC编程及应用[M] . 北京：机械工业出版社，2008. [3]电气控制与PLC应用，机械工业出版社，2001.

[4]蔡宏斌主编.电气与PLC控制技术.清华大学出版社2007. [5]MITSUBISSHI ELECTRIC CORPORATION.CC-Link用户手册，2003. [6]现代电气控制及PLC应用[M]，人民邮电出版社.

[7] MITSUBISSHI ELECTRIC CORPORATION.FX系列特殊功能模块用户手册，2001. [8]张万忠.可编程控制器应用技术.北京：化学工业出版社，2005. [9]余雷声等.电气控制与PLC应用[M]，人民邮电出版社.

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