基于PLC控制的小車運料控制系統(tǒng)設計

基于PLC控制的小車運料控制系統(tǒng)設計,基于PLC控制的小車運料控制系統(tǒng)設計,基于,plc,控制,節(jié)制,小車,控制系統(tǒng),設計 2005 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第 1 頁 共 2 2 頁 目 錄 目 錄 1 摘 要 關 鍵 詞 2 第 一 章 概 述 3 1 . 1 可 編 程 序 控 制 器 定 義 3 1 . 2 可 編 程 控 制 器 的 特 點 3 1 . 3 P L C 的 應 用 領 域 5 1 . 4 P L C 的 基 本 結 構 6 第 二 章 運 料 小 車 控 制 系 統(tǒng) 的 方 案 論 證 及 設 計 任 務 書 8 2 . 1 方 案 論 證 8 2 . 2 控 制 要 求 8 第 三 章 運 料 小 車 P L C 控 制 系 統(tǒng) 設 計 9 3 . 1 輸 入 輸 出 點 分 配 9 3 . 2 根 據 控 制 要 求 繪 制 功 能 圖 9 3 . 2 . 1 模 擬 圖 9 3 . 2 . 2 狀 態(tài) 示 意 圖 1 0 3 . 2 . 3 順 序 功 能 圖 1 0 3 . 3 步 與 動 作 1 1 3 . 3 . 1 步 1 1 3 . 3 . 2 初 始 步 1 2 3 . 3 . 3 活 動 步 1 2 3 . 3 . 4 與 步 對 應 的 動 作 或 命 令 1 2 3 . 4 使 用 起 保 停 電 路 的 方 法 編 程 1 3 3 . 4 . 1 工 步 狀 態(tài) 的 邏 輯 表 達 式 1 3 3 . 4 . 2 P L C 硬 件 I / O 連 接 圖 1 4 3 . 4 . 3 梯 形 圖 1 4 3 . 4 . 4 生 成 指 令 語 句 表 1 5 3 . 4 . 5 電 氣 控 制 主 電 路 圖 1 6 3 . 5 使 用 過 程 中 英 文 說 明 1 7 3 . 6 P L C 型 號 的 選 擇 1 7 第 四 掌 對 畢 業(yè) 設 計 的 認 識 1 8 第 五 章 致 謝 1 9 參 考 文 獻 2 0 A B S T R A C T K e y w o r d 2 2 魏恩杰：PLC 運料小車控制 第 2 頁 共 2 2 頁 基 于 P L C 控 制 的 運 料 小 車 控 制 系 統(tǒng) ： 近年來，隨著科學技術的進步和微電子技術的迅猛發(fā)展，可編程序控制器技術已廣 泛應用于自動化控制領域?？删幊绦蚩刂破饕云涓呖煽啃院筒僮骱啽愕忍攸c，已經形成了一種 工業(yè)趨勢。目前，可編程序控制器（PLC ）、計算機輔助設計/ 計算機輔助制造（CAD/CAM ）、機 器人（Rob ）和數控（NC ）技術已發(fā)展成為工業(yè)自動化的四大支柱技術。 可編程序控制器是一種新型的通用自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器- 接觸器控制技術、計 算機技術和通訊技術融為一體，專門為工業(yè)控制而設計。這一新型的通用自動控制裝置以其高 可靠性、較強的工作環(huán)境適應性和極為方便的使用性能，深受自動化領域技術人員的普遍歡迎。 運料小車在現代化的工廠中普遍存在，而自動化的運料小車卻并不多見，大多數的工廠仍 然靠人力推車運料，這樣浪費了大量的人力物力，降低了生產效率。 基于PLC 的應用及系統(tǒng)設計原理。本人設計了用PLC 控制的運料小車控制系統(tǒng)，使其達到 自動化，節(jié)省人力，提高效率。本文詳細地闡述了系統(tǒng)組成、系統(tǒng)硬件接線和系統(tǒng)軟件設計， 并詳細介紹了系統(tǒng)工作原理。 : 運料小車控制 PLC I/O 接線 電氣控制主電路 2005 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第 3 頁 共 2 2 頁 可 編 程 序 控 制 器 定 義 可編程序控制器（Programmable Controller ）簡稱PLC ，在辦公自動化和工業(yè)自動化中 廣泛使用的個人計算機（Personal Computer ）也簡稱PC ，為了避免混淆，現在一般將可編程序 控制器簡稱PLC （Programmable Logic Controller ）。現代的可編程序控制器是以微處理器為基 礎的新型工業(yè)控制裝置，是將計算機技術應用于工業(yè)控制領域的嶄新產品。1985 年國家電工委 員會（IEC ）的可編程序控制器標準草案第三稿對可編程序控制器作了如下定義：“可編程序控 制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲 器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通 過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械活生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P 設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充去功能的原則設計?！?可編程序控制器從誕生至今，在短短的30 年來里，得到了異常迅猛的發(fā)展，已經成為當 代工業(yè)自動化的主要支柱之一。 1.2.1 編程方法簡單易學 考慮到企業(yè)中一般電氣技術人員和技術工人的傳統(tǒng)讀圖習慣，可編程序控制器配備了他們 易于接受和掌握的梯形圖語言。梯形圖語言的電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相當接 近，只用可編程序控制器的二十幾條開關量邏輯控制指令就可以實現繼電器電路的功能。通過 閱讀可編程序控制器的使用手冊活接受短期培訓，電氣技術人員或技術工人只需要幾天時間就 可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。簡易編程器的操作和使用也很簡單。上述特點是 可編程序控制器近年來獲得迅速普及的原因之一。 這種編程語言的出現，促進了一次新的社會分工，即由計算機專業(yè)人員研制可編程序控制 器的硬件和編程語言，并用匯編語言設計可編程序控制器的系統(tǒng)程序，使可編程序控制器成為 一種通用的控制裝置；工廠的自控和電氣人員根據被控設備的具體情況，用他們最容易掌握的 梯形圖語言編制用戶程序。因此，即使不熟悉電子線路、不懂計算機原理和匯編語言的人，在 自動化領域也大有用武之地，在計算機時代也可大顯身手。 梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖程序時，用 解釋程序將它“編譯”成匯編語言后再去執(zhí)行。與直接用匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行 時間要長一些，但是對于大多數控制設備來說，這是微不足道的。 1.2.2 硬件配套齊全，用戶使用方便 可編程序控制器配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設計和制作硬 件裝置。用戶在硬件方面的設計工作，只是確實可編程序控制器的硬件配置和設計外部接線圖 而已?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，各種外部接線都有相應的接線端子。 可編程序控制器的輸入/ 輸出端可以直接與AC 200V 或DC 24V 的強電信號相接，它還具有 較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器的線圈。 1.2.3 通用性強，適應性強 由于可編程序控制器的系列化和模塊化，硬件配置相當靈活，可以組成能滿足各種控制要 求的控制系統(tǒng)。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。 魏恩杰：PLC 運料小車控制 第 4 頁 共 2 2 頁 1.2.4 可靠性高，抗干擾能力強 絕大多數用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件?？删幊绦蚩刂破鞑扇×艘幌盗杏?件和軟件抗干擾措施，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現場。例如FX 系列可編程序控制器 在幅度為1000V 、寬度 1 s 的脈沖干擾下能可靠地工作。從實際的使用情況來看，用戶對可編程 序控制器的可靠性都相當滿意。 可以說，可編程序控制器是可靠性最高的工業(yè)控制設備，可編程序控制器的平均無故障時 間可達30 萬小時。如果使用冗余控制系統(tǒng)，可靠性還可以進一步提高。事實上，在可編程序控 制器控制系統(tǒng)中發(fā)生的故障，絕大部分都是由可編程序控制器外部的開關、傳感器和執(zhí)行元件 引起的。 可編程序控制器用軟件取代了繼電器系統(tǒng)中容易出現故障的大量觸點和接線，這是可編程 序控制器具有高可靠性的主要原因之一。除此之外，可編程序控制器還采取了一系列抗干擾、 提高可靠性的措施。 可編程序控制器的故障分為永久性故障和可以恢復的故障。由于外部或內部的原因，系統(tǒng) 的某些元器件損壞或失效引起的不可恢復的故障稱為永久性故障。可編程序控制器周期性地檢 測系統(tǒng)的硬件，發(fā)現永久性故障時，查明故障的種類，自動地采取相應的措施，盡可能減輕故 障對系統(tǒng)的影響，同時通知操作人員?？删幊绦蚩刂破鬟€有檢查用于保持存儲器中的信息的鋰 電池電壓是否過低，交流電源是否掉電，輸入、輸出電路的電源電壓是否超過允許的范圍等。 在寫入、編輯程序時，還要檢查正在寫入的用戶程序的語法錯誤，發(fā)現問題后，可編程序控制 器自動做出相應的反應，如報警、封鎖輸出等。 可以恢復的故障有電磁干擾引起，干擾往往以窄脈沖的形式從電源線或I/O 引線進入可編 程序控制器內部。瞬時出現的干擾脈沖可能使可編程序控制器偏離正常的程序執(zhí)行路線，將內 存空間中某一隨機的區(qū)域中的內容當作程序來執(zhí)行，一般不能自動返回正常的程序執(zhí)行路線。 從外部看，系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。 為了削弱和消除干擾對系統(tǒng)的影響，可編程序控制器采取了很多硬件措施，以切斷干擾進 入可編程序控制器的途徑。濾波是最主要的措施之一，在電源電路和I/O 模塊中設置了大量的 濾波電路，如RC,RL 和 形濾波電路，它們對高頻干擾信號有良好的抑制作用。電源是干擾進 入可編程序控制器的主要途徑之一，對于微處理器用的直流5V 電源，采取了多級濾波和穩(wěn)壓的 措施。 隔離是抗干擾的另一主要措施，可編程序控制器的輸入、輸出電路一般用光電耦合器來傳 遞信號，繼電器型輸出模塊則用繼電器實現隔離。采用以上隔離措施后，使外部電路與CPU 模 塊之間完全沒有電路上的聯系，有效抑制了外部干擾源對可編程序控制器的影響，還可以避免 外部電路的高電壓竄如CPU 模塊。 在工業(yè)環(huán)境下，往往存在著強烈的空間電磁干擾，為了消除其影響，用導電導磁材料屏蔽 可編程序控制器的電源變壓源，并用良好的導電材料屏蔽易受空間電磁波干擾影響的CPU 模塊。 即使采取了以上措施，強干擾仍然可能進入可編程序控制器的CPU 模塊，是可編程序控制 器偏離正常的程序運行路線。作為一種補救措施，用監(jiān)控定時器（Watch Dog ，俗稱看門狗）使 可編程序控制器自動恢復正常的工作狀況。監(jiān)控定時器是一種硬件定時器，它的定時時間大于 可編程序控制器的最大掃描周期?？删幊绦蚩刂破髟谡９ぷ鲿r，每一次掃描都將它復位，使 2005 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第 5 頁 共 2 2 頁 它重新開始定時，它不會因為定時時間到而動作。如果干擾使可編程序控制器不再執(zhí)行正常的 掃描程序，監(jiān)控定時器不再被周期性的復位，當它的定時時間到時，它產生的輸出脈沖重新啟 動系統(tǒng)，使可編程序控制器恢復正常工作。這一自恢復過程所用的時間是很短的（小于1s ），對 系統(tǒng)的正常工作不會有什么影響。 干擾有可能使可編程序控制器中的用戶程序遭到破壞，求和檢查（Sum Check ）可以診斷這 種故障。在可編程序控制器運行時，CPU 周期性地將用戶存儲器各字節(jié)中的數相加，并與運行開 始時的值相比較，如果總數變化，可以斷定用戶程序遭到破壞，CPU 自動做出相應的處理。 由于采取了以上抗干擾措施，可編程序控制器具有用戶完全可以信賴的極高的可靠性。 1.2.5 系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少 可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計 數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。 可編程序控制器的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌 握。對于復雜的控制系統(tǒng)，設計梯形圖所花的時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖花的時間要少很多。 可編程序控制器的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，輸出信號 的狀態(tài)可以觀察可編程序控制器上有關的發(fā)光二極管，調試好后再將可編程序控制器安裝在現 場統(tǒng)調。調試過程中發(fā)現的問題一般通過修改程序就可以解決，調試花費的時間比繼電器系統(tǒng) 少很多。 1.2.6 維修工作量小，維修方便 可編程序控制器的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示功能?？删幊绦蚩刂破骰蛲獠康?輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據可編程序控制器上的發(fā)光二極管或編程器提供的信 息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除可編程序控制器的故障。 1.2.7 體積小，能耗低 以OMRON 的CPM1A 型超小型可編程序控制器（10 個I/O ）點為例，其底部尺寸僅為90mm 67mm ，功耗30VA 。由于體積小，可編程序控制器很容易裝入機械設備內部，是實現機電一體 化的理想的控制設備。 在發(fā)達的工業(yè)國家，可編程序控制器已經廣泛地應用在所有的工業(yè)部門，隨著可編程序控 制器的性能價格比的不斷提高，過去許多使用專用計算機的場合也可以使用可編程序控制器。 可編程序控制器的應用范圍不斷擴大，主要有以下幾個方面： 1.3.1 開關量邏輯控制 這是可編程序控制器最基本最廣泛的應用，可編程序控制器的輸入信號和輸出信號都是只 有通/ 斷狀態(tài)的開關量信號，這種控制與繼電器控制最為接近，可以用價格較低，僅有開關量控 制功能的可編程序控制器作為繼電器控制系統(tǒng)的替代物。開關量邏輯控制可以用于單臺設備， 也可以用于自動化生成線，如機床電氣控制、沖壓、鑄造機械、運輸帶、包裝機械的控制，電 梯的控制，化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制，冶金系統(tǒng)的高爐上料系統(tǒng)、軋機、連鑄機、飛 剪的控制，電鍍生產線、啤酒罐裝生產線、汽車裝配生產線、電視機和收音機生產線的控制等。 1.3.2 運動控制 魏恩杰：PLC 運料小車控制 第 6 頁 共 2 2 頁 可編程序控制器可用于對直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關量I/O 模塊連接位 置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊，世界上各主要可編程序控制器廠家 生產的可編程序控制器幾乎都有運動控制功能?？删幊绦蚩刂破鞯倪\動控制功能廣泛地用于各 種機械，如金屬切割機床、金屬成形機械、裝配機械、機器人、電梯等。 1.3.3 閉環(huán)過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制?？删幊绦蚩刂破魍ㄟ^ 模擬量I/O 模塊，實現模擬量（Analog ）和數字量（Digital ）之間的A/D 轉換和D/A 轉換，并 對模擬量實行閉環(huán)PID 控制?，F代的大中型可編程序控制器一般都有PID 閉環(huán)控制功能，這一 功能可以用PID 子程序來實現，更多的是使用專用的智能PID 模塊。 可編程序控制器的模擬量PID 控制功能已經廣泛地應用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處 理爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 1.3.4 數據處理 現代的可編程序控制器具有數學運算（包括矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、 轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。這些數據可以與儲存 在存儲器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。數 據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶 金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 1.3.5 通信 可編程序控制器的通信包括可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器漢人其他智能控 制設備之間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，近年來國外工廠自動化通信網絡發(fā)展得很快，各 著名的可編程序控制器生產廠商都推出了自己的網絡系統(tǒng)。 并不是所有的可編程序控制器都具有上述全部功能，有些小型可編程序控制器只具有上述 的部分功能，但是價格較低。 可編程序控制器主要由CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。 可編程序控制器實際上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結構與一般微機控制系統(tǒng)相似， 甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU( 中央處理單元) 、存儲器（RAM 和EPROM ）、輸入/ 輸 出模塊（簡稱I/O ）模塊、編程器和電源五大部分組成。 1.4.1 CPU 模塊 CPU 模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微處理器（CPU ）和存儲器組成。 CPU 的作用類似于人的大腦和心臟。它采用掃描方式工作，每一次掃描要完成以下工作： (1 ）輸入處理：將現場的開關量輸入信號和數據分別讀入輸入映像寄存器和數據寄存器。 (2 ）程序執(zhí)行：逐句讀入和解釋用戶程序，產生相應的控制信號去控制有關的電路，完成 數據的存取、傳送和處理工作，并根據運算結果更新各有關寄存器的內容。 (3 ）輸出處理：將輸出映像寄存器的內容送給輸出模塊，去控制外部負載。 可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序相當于個人計 算機的操作系統(tǒng)，它使可編程序控制器具有基本的智能，能夠完成可編程序控制器設計者規(guī)定 2005 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第 7 頁 共 2 2 頁 的各項工作。系統(tǒng)程序由可編程序控制器生產廠家設計并固化在ROM 內，用戶不能直接存取。 可編程序控制器的用戶程序由用戶設計，他決定了可編程序控制器的輸入信號和輸出信號之間 的具體關系。用戶程序存儲器的容量一般以字（每個字由16 位二進制數組成）為單位，日本的 可編程序控制器一般以步為單位，每一步存儲一條指令。 1.4.2 I/O 模塊 I/O 模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場和CPU 模塊的橋梁。輸入模塊用來接 收和采集輸入信號。輸入信號有兩類：一類是從按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、限位開關、 接近開關、光電開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速 發(fā)電機各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。 可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節(jié)閥、調速裝置等執(zhí)行器，可 編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等。 CPU 模塊的工作電壓一般是5V ，而可編程序控制器的輸入/ 輸出信號電壓一般較高，如直 流24V 和交流220V 。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU 模塊中的元器件，或使可 編程序控制器不能正常工作，所以CPU 模塊不能直接與外部輸入/ 輸出裝置相連。I/O 模塊除了 傳遞信號外，還有電平轉換與噪聲隔離的作用。 1.4.3 編程器 編程器除了用來輸入和編輯用戶程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運行是梯形圖中 各種編程元件的工作狀態(tài)。 編程器可以永久地連接在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運行。 一般只在程序輸入、調試階段和檢修時使用，一臺編程器可供多臺可編程序控制器公用。 1.4.4 電源 可編程序控制器一般使用 220V 交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀炔康闹绷鞣€(wěn)壓電源為各模塊 內的元件提高直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測裝置（如 接近開關）提供24V 直流電源。驅動現場執(zhí)行機構的直流電源一般由用戶提供。 魏恩杰：PLC 運料小車控制 第 8 頁 共 2 2 頁 工業(yè)的發(fā)展，運料小車不斷擴大到各個領域，而自動化的運料小車卻并不多見，大多數的 工廠仍然使用傳統(tǒng)的車運料，這樣浪費了大量的人力物力，降低了生產效率。而如今隨著科 學 技術的發(fā)展，運料小車從手動到自動，逐漸形成了機械化、自動化。將 PLC 應用到運料小車電 氣控制系統(tǒng)，可實現運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用，降低了勞動力，提高了生 產效率。 設計控制要求：設計一個運料小車的PLC 控制裝置，電機功率M 為3KW ，運料小車的功能及 控制要求如下： 小車可在A 、B 兩地分別啟動； 小車在A 、B 兩地的停留等待裝料、卸料時間均為2 分鐘； 小車在A 地啟動時停車等待裝料； 裝料完畢自動駛向B 地，到達B 地后停車等待裝料； 卸料完畢后自動駛向A 地，如此循環(huán)； 2005 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第 9 頁 共 2 2 頁 運料小車PLC 輸入輸出點分配表見下表3-1 分類 輸入信號 輸出信號 步序繼電器 其它 信 號 名 稱 起 動 按 鈕 停 止 按 鈕 左 限 位 開 關 右 限 位 開 關 右行 接觸 器 左行 接觸 器 裝 料 電 磁 鐵 卸 料 電 磁 鐵 預 備 狀 態(tài) 一 工 步 二 工 步 三 工 步 四 工 步 激 活 初 始 步 裝料 卸料 時間 現場 信號 S B1 S B2 S Q 1 S Q2 KM1 KM2 YV1 YV2 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 L t 0 t 1 P LC 地址 X0 X3 X1 X2 Y0 Y1 Y2 Y3 M0 M1 M2 M3 M4 M8 0 0 2 T0 T 1 表3-1 首先把工作循環(huán)分成預備、裝料、右行、卸料和左行共5 步，它們的轉換條件分別為SB（X0 ）、 T0 、SQ2 （X2 ）、T1 和SQ1 （X1 ）。畫出了功能圖，并且填寫了各步對應的動作及執(zhí)行電器的工作 情況。 3.2.1 模擬圖 根據設計要求，畫出運料小車運行模擬圖 圖3-1 3.2.2 狀態(tài)示意圖 分析其運料控制過程，可得出以下狀態(tài) 魏恩杰：PLC 運料小車控制 第 1 0 頁 共 2 2 頁 圖3-2 3.2.3 順序功能圖 圖3-3 用經驗設計法設計梯形圖時，沒有一套固定的方法和步驟可以循環(huán)，具有很大的試探性和 隨意性，對于不同的控制系統(tǒng)，沒有一種通用的容易掌握的設計方法。在設計較為復 雜系統(tǒng)的 2005 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第 1 1 頁 共 2 2 頁 梯形圖時，用大量的中間單元來完成記憶、聯鎖和互鎖等功能，由于需要考慮的因素很多，它 們往往又交織在一起，分析起來非常困難，并且很容易遺漏一些應該考慮的問題。修改某一局 部電路時，可能對系統(tǒng)的其他部分產生意想不到的影響，因此梯形圖的修改也很麻煩，花了很 長的時間還得不到一個滿意的結果。用經驗法設計出的梯形圖往往很難閱讀，給系統(tǒng)的修改和 改進帶來了很大的困難。 所謂順序控制，就是按照生產預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部狀態(tài) 和時間的順序，在生產過程中各個執(zhí)行機構自動地有序地進行操作。使用順序控制設計法時首 先根據系統(tǒng)的工藝過程，畫出順序功能圖，然后根據順序功能圖畫出梯形圖。有的 P L C 編程軟 件為用戶提供了順序功能圖（S F C ）語言，在編程軟件中生成順序功能圖后便完成了編程工作。 順序控制設計法是一種先進的設計方法，很容易被初學者接受，對于有經驗的設計者也會 提高設計的效率，程序的閱讀和測試修改也很方便。某廠有經驗的電氣工程師用經驗設計法設 計某控制系統(tǒng)的梯形圖，花了兩周的時間，同一系統(tǒng)改用順序控制設計法，只用了不到半天的 時間，就完成了梯形圖的設計和模擬調試，現場試車一次成功。 順序控制設計法用轉換條件控制代表各步的編程元件，讓他們的狀態(tài)按一定的順序變化， 然后用代表各步的編程元件去控制 P L C 的各輸出繼電器。轉換條件為當前步進入下一步的信號， 可以是外部的輸入信號，如按扭、指令開關、限位開關的接通和斷開等，也可以是 P L C 內部產 生的信號，如定時器、記數器常開觸點的接通等，還可能是若干個信號的與、或、非邏輯組合。 順序功能圖（S e q u e n t i a l f u n c t i o n c h a r t , 簡稱為 S F C ）是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特 性的一種圖形，也是設計 P L C 的順序控制程序的有力工具。 順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術，它是一種通用的技術語言，可以供進 一步設計和不同專業(yè)的人員之間進行技術交流之用。 3.3.1 步 順序控制設計法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這 些階段稱為步（S t e p ），可以用編程元件（例如內部輔助繼電器 M 和狀態(tài)繼電器 S ）來代表各步。 步是根據輸出量的狀態(tài)變化來劃分的。在任何一步之內，各輸出量的 O N / O F F 狀態(tài)不變，但是 相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的，步的這種劃分方法使代表各步的編程元件的狀態(tài)與各輸出 量的狀態(tài)之間有著極為簡單的邏輯關系。 送料小車開始停在左側限位開關 X 1 處（見圖3-1 ），按下起動按扭 X 0 ，Y 2 變?yōu)?O N ，打開 貯料斗的閘門，開始裝料，同時用定時器 T 0 定時，2 分鐘后關閉貯料斗的閘門，Y 0 變?yōu)?O N ， 開始右行，碰到限位開關 X 2 后停下來卸料（Y 3 為 O N ），同時用定時器 T 1 定時；2 分鐘后 Y 1 變?yōu)?O N ，開始左行，碰到限位開關 X 1 后返回初始狀態(tài)，停止運行。 根據 Y 0 Y 3 的 O N / O F F 狀態(tài)的變化。顯然一個周期可以分為裝料、右行、卸料和左行這 4 步，另外還應設置等待起動的初始步，分別用 M 0 M 4 來代表這 5 步。圖3-1 ）是運料小車運行 的空間示意圖，圖3-2 ）是描述該系統(tǒng)的順序功能圖，圖中用矩形方框表示步，方框中可以用數 字表示該步的編號，一般用代表該步的編程元件的元件號作為步的編號，如 M 0 等，這樣在根 據順序圖設計梯形圖時較為方便。 魏恩杰：PLC 運料小車控制 第 1 2 頁 共 2 2 頁 3.3.2 初始步 與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應的步稱為初始步，初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待起動命令的相對靜止 的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，每一個順序功能圖至少應該有一個初始步。 3.3.3 活動步 當系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。步處于活動 狀態(tài)時，相應的動作被執(zhí)行；處于不活動狀態(tài)時，相應的非存儲型動作被停止執(zhí)行。 3.3.4 與步對應的動作或命令 可以將一個控制系統(tǒng)劃分為被控系統(tǒng)和施控系統(tǒng)，例如在數控車床系統(tǒng)中，數控裝置是施 控系統(tǒng)，而車床是被控系統(tǒng)。對于被控系統(tǒng)，在某一步中要完成某些“動作”（a c t i o n ）；對于施 控系統(tǒng)，在某一步中則要向被控系統(tǒng)發(fā)出某些“命令”( c o m m a n d ) 。為了敘述方便，下面將命令 或動作統(tǒng)稱為動作，并用矩形框中的文字或符號表示，該矩形框應與相應的步的符號相連。 如果某一步有幾個動作，可以用圖 3-4 中的 兩 種畫法來表 示，但 是并不 隱含 這些動 作之間 的 任 何順序。說 明命令 的語句 應清 楚的表 明該命 令 是 存儲 型的還 是非存 儲型的 。例 如某步 的存儲 型 命令“打開 1 號閥并保持”，是指該步為活動步時 1 號閥打開，該步為不活動步時繼續(xù)打開；非存儲 型命令“打開 1 號閥”，是指該步為活動步時打開，為不活動步時關閉。 除了以上的基本結構之外，使用動作的修飾詞（見表3-2 ）可以在一步中完成不同的動作。 修飾詞允許在不增加邏輯的情況下控制動作。例如，可以使用修飾詞 L 來限制配料閥打開的時 間。 表3-2 動作的修飾詞 N 非存儲型 當步變?yōu)椴换顒硬綍r動作終止 S 置位（存儲） 當步變?yōu)椴换顒硬綍r動作繼續(xù)，直到動作被復位 R 復位 被修飾詞S ，SD ，SL 或DS 起動的動作被終止 L 時間限制 步變?yōu)榛顒硬綍r動作被起動，直到步變?yōu)椴换顒硬交蛟O定時間到 D 時間延遲 步變?yōu)榛顒硬綍r延遲定時器被起動，如果延遲之后步仍然是活動 的，動作被起動和繼續(xù)，直到步變?yōu)椴换顒硬?P 脈沖 當步變?yōu)榛顒硬?，動作被起動并且只?zhí)行一次 SD 存儲與時間延遲 在時間延遲之后動作被起動，一直到動作被復位 DS 延遲與存儲 在延遲之后如果步仍然是活動的，動作被起動直到被復位 SL 存儲與時間限制 步變?yōu)榛顒硬綍r動作被起動一直到設定的時間到或動作被復位 在圖3-3 中定時器 T 0 的線圈應在 M 1 為活動步時“通電”，M 1 為不活動步時斷電，從這個 意義上來說，T 0 的線圈相當于步 M 1 的一個動作，所以將 T 0 作為步 M1 的動作來處理。步 M 1 下面的轉換條件 T 0 由在指定時時間到時閉和的 T 0 的常開觸點提供。因此動作框中的 T 0 對應 的是 T 0 的線圈，轉換條件 T 0 對應的是 T 0 的常開觸點。 a ） b） 圖3-4 多個動作的表示方法 2005 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第 1 3 頁 共 2 2 頁 3 . 4 使 用 起 保 停 電 路 的 方 法 編 程 根據順序功能圖設計梯形圖時，可用內部輔助繼電器 M （特殊輔助繼電器除外）來代表各 步。某一步為活動步時，對應的輔助繼電器為 O N ，某一轉換實現時，該轉換的后續(xù)步變?yōu)榛顒?步，前級步變?yōu)椴换顒硬?。很多轉換條件都是短信號，即它存在的時間比它的后續(xù)步激活為活 動步的時間短，因此應使用有記憶（或稱保持）功能的電路來控制代表步的輔助繼電器。如常 用的有起、保、停電路和置位、復位指令組成的電路。 起保停電路僅僅使用與觸點和線圈有關的通用邏 輯 指令，各種型號 P L C 都有這一類指令，所以這種編程方 法，適用于任何型號 P L C 。 如圖 3-5 所示，采用了起保停電路進行順序控制梯 形圖編程。圖中 M 2 、M3 和 M 4 是順序功能圖中順序相 連的 3 步，X 2 是步 M 3 之前的轉換條件。設計起保停電 路的關鍵是找出它的起動條件和停止條件。根據轉換實現的基本規(guī)則，轉換實現的條件是它的 前級步為活動步，并且滿足相應的轉換條件，所以步 M 3 變?yōu)榛顒硬降臈l件是它的前級步 M 2 為活動步，且轉換條件 X 2 = 1 。在起保停電路中，則應將前級步 M2 和轉換條件 X 2 對應的常開 觸點串聯，作為控制 M 3 的起動電路。 當 M 3 和 X 3 均為 O N 時，步 M 4 變?yōu)榛顒硬?，這時步 M 3 應變?yōu)椴换顒硬?，因此可以?M 4 = 1 作為 使輔助繼電器 M 3 變?yōu)?O F F 的條件，即將后續(xù)步 M 4 的常閉觸點與 M 3 的線圈串聯， 作為起保停電路的停止電路。圖3-5 中的梯形圖可以用邏輯代數式表示為： 在這個例子中，M 4 的常閉觸點可以用 X 3 的常閉觸點來代替。但是當轉換條件由多個信號 經“與、或、非”邏輯運算組合而成時，將它的邏輯表達式求反，再將對應的觸點串并聯電路 作為起保停電路的停止電路，不如使用后續(xù)步的常閉觸點這樣簡單方便。 3.4.1 工步狀態(tài)的邏輯表達式 根據功能圖直接寫出五個工步狀態(tài)的以 P L C 地址表達的邏輯式： 各執(zhí)行電器（即輸出信號）的邏輯表達式為： Y 0 0 2 = M1 ，T 0 = M 1 Y 0 0 0 = M2 Y 0 0 3 = M3 ，T 1 = M 3 Y 0 0 1 = M4 3.4.2 PLC 硬件I/O 連接圖 圖3-5 用起保停電路控制步 a ） b） 魏恩杰：PLC 運料小車控制 第 1 4 頁 共 2 2 頁 根據設計要求畫出 I / O 連接圖，圖中電動機的功率為 3 K W 圖3-6 3.4.3 梯形圖 根 據 其 I/O 連 接 圖 使 用 FXGPWIN 軟 件 畫 出 其 梯 形 圖 2005 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第 1 5 頁 共 2 2 頁 圖3-7 3.4.4 生成指令語句表 使用FXGPWIN 軟件的轉換功能，生成下列語句表 0 LD M4 14 AND T0 28 ANI M0 1 AND X001 15 OR M2 29 ANI X003 2 OR M8002 16 ANI M3 30 OUT M4 3 OR M0 17 ANI X003 31 LD M1 4 ANI M1 18 OUT M2 32 OUT Y002 5 ANI X003 19 LD M2 33 OUT TO K1200 6 OUT M0 20 AND X002 36 LD M2 7 LD M0 21 OR M3 37 OUT Y000 8 AND X000 22 ANI M4 38 LD M3 9 OR M1 23 ANI X003 39 OUT Y003 10 ANI M2 24 OUT M3 40 OUT T1 K1200 11 ANI X003 25 LD M3 43 LD M4 12 OUT M1 26 AND T1 44 OUT Y001 13 LD M1 27 OR M4 45 END 魏恩杰：PLC 運料小車控制 第 1 6 頁 共 2 2 頁 3.4.5 電氣控制主電路圖 根據設計要求在考慮安全的情況下畫出下列電氣控制主電路圖 u v w KM1 KM2 3 KR S B 2 S B 1 K T K M 1 K R S Q 2 K M 2 K M 1 K T K M 2 S Q 1 K M 1 K M 2 K T 圖3-8 2005 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第 1 7 頁 共 2 2 頁 按下正向啟動按鈕 SB1 ，接觸器 KM1 得電并自鎖，由于延時開關 KT1 的作用，小車將有 2 分鐘停止于原地，然后電動機轉動帶動小車由 A 點走向 B 點，當運行到 ST2 位置時，小車壓下 右限位開關SQ2 ，SQ2 的動斷觸點使KM1 斷電，但SQ2 的動合觸點使KM2 得電動作并自鎖，由于 延時開關KT2 的作用，小車在B 地停留2 分鐘，然后電動機反轉，帶動小車由B 點走向A 點, 當 小車壓下左限位開關SQ1 時，使KM2 斷電，KM1 又得電動作，這樣一直循環(huán)下去。按下停止按鈕 SB2 ，斷電，小車停止。 Us e p r o c e d u r e d e c l a r a t i o n Pr es s es down f or war d s t ar t but t on SB, c ont ac t dev i c e KM1 r es ul t s i n t he el ec t r i c i t y and t he s el f - l oc k i ng, as a r es ul t of t he t i me - del ay s wi t c h KT1 f unc t i on, t he c ar wi l l hav e 2 mi nut es s t ops i n- s i t u, t hen t he el ec t r i c mot or r ot at i on dr i v es t he c ar t o mov e t owar d B poi nt s by A s pot , when mov es t o t he ST2 pos i t i on, t he c ar depr es s es r i ght l i mi t s wi t c h SQ2, SQ2 t o mov e t he br eak c ont ac t t o c aus e t he KM1 power f ai l ur e, but t he SQ2 f r ont c ont ac t c aus es KM2 t o r es ul t i n t he el ec t r i c i t y mov ement and t he s el f - l oc k i ng, as a r es ul t of t he t i me - del ay s wi t c h KT2 f unc t i on, t he c ar paus es 2 mi nut es i n B, t hen t he el ec t r i c mot or r ev er s e, dr i v es t he c ar t o move t owar d A poi nt s by B s pot , when t he c ar depr es s es l ef t l i mi t s wi t c h SQ1, c aus es t he KM2 power f ai l ur e, KM1 t he el ec t r i c i t y mov ement , Suc h s t r ai ght c i r c ul at i on get s down. PLC 型號為FXos-14MR-001, 根據I/O 連接圖可知運料小車的輸入與輸出點數的多少，而工 業(yè)上大多數時候是用交流（AC 電源）所以FXos-14MR-001 這個型號的PLC 可以滿足設計要求。 魏恩杰：PLC 運料小車控制 第 1 8 頁 共 2 2 頁 通過這次畢業(yè)設計。我學會了PLC 的基本編程方法，對PLC 的工作原理和使用方法也有了 更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我的工程素質。由于平時大家都是學理論，沒有過 實際開發(fā)設計的經驗，拿到的時候都不知道怎么做。但通過各方面的查資料并學習。我基本學 會了PLC 設計的步聚和基本方法，在沒有做實踐設計以前，我知道的撐握的都是思想上的，對 一些細節(jié)不加重視，當我把自己想出來的程序與到PLC 中的時候，問題出現了，不是不能運行， 就是運行的結果和要求的結果不相符合。能過解決一個個在調試中出現的問題，我對PLC 的理 解得到加強，看到了實踐與理論的差距。這次畢業(yè)設計使我收益匪淺，學到的知識讓我終生受 用。 2005 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第 1 9 頁 共 2 2 頁 在本論文的完成過程中，首先感謝我的指導老師彭昌術老師，3 個月來彭老師的悉心指導與 無微不至的關懷幫助下，才使我的論文得以順利完成。彭老師為論文課題的研究提出了許多指 導性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導和幫助。他對科研事業(yè)的執(zhí)著追求和 不懈努力的精神，都值得我永遠學習，他嚴謹治學、實事求是不斷探索的科研作風，給我留 下了深刻的印象，使我受益匪淺，是我今后人生路上的最好榜樣。此外，我還要感謝系上的領 導和老師對我的關心和幫助。 在論文的寫作過程中，也得到了許多同學的寶貴建議，在此一并致以誠摯的謝意。 由于本人已經在外工作，這次的畢業(yè)論文我在時間上準備得不是很充分, 所以論文中必定有 很多不全面的論述和觀點，在此就要感謝評閱老師對本論文進行的認真評閱和批評指正。 最后，向所有給予我關懷和幫助的師長和同學們表示衷心的感謝！ 魏恩杰：PLC 運料小車控制 第 2 0 頁 共 2 2 頁 廖常初主編. 可編程序控制器應用技術. 重慶. 重慶大學出版社，2002.7 廖常初主編. PLC 梯形圖程序的設計方法與技巧. 電工技術，1998 ，（8 ）1999 ，（5 ） 廖常初主編. PLC 應用技術問答. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.1 戴一平主編. 可編程序控制器技術及應用. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.1 王兆義主編. 小型可編程控制器實用技術. 北京：機械工業(yè)出版社，2005.7 周美蘭 周封 王岳宇等編. PLC 電氣控制與組態(tài)設計. 北京：科學出版社，2004.1 宋德玉主編. 可編程序控制器原理及應用系統(tǒng)設計技術. 北京：冶金工業(yè)出版社，2005 宋伯生主編. PLC 編程實用指南. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.2 日 岡本裕生主編. 圖解繼電器與可編程控制器. 北京：科學出版社，2007 常斗南主編. 可編程序控制器原理 應用 實驗. 北京: 機械工業(yè)出版社,1998 戴明宏主編. 電器控制與PLC 應用. 北京: 北京航空航天大學出版社,2007 黃凈主編. 電氣控制與可編程控制器. 北京: 機械工業(yè)出版社,2004 李向東主編. 電器控制與PLC . 北京: 機械工業(yè)出版社,2007 王兆義主編. 可編程控制器使用技術. 北京：機械工業(yè)出版社，2004 鐘肇新主編. 可編程控制器原理及應用. 廣州：華南理工大學出版社，1999 路林吉，王堅，江龍康編著. 可編程控制器原理及應用. 北京：清華大學出版社出版，2003 陳在平主編. 可編程序控制器技術與應用系統(tǒng)設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2003 易傳祿主編. 可編程序控制器應用指南. 上海：上?？破粘霭嫔纾?002 方承遠主編. 工廠電氣控制技術. 北京：機械工業(yè)出版社,1998 湯以范主編. 電氣與可編程序控制器技術. 北京：機械工業(yè)出版社，2004 2005 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 第 2 1 頁 共 2 2 頁 郁漢琪主編. 機床電氣及可編程序控制器實驗、課程設計指導書. 高等教育出版社,2001 董儒胥主編. 電工電子選訓教程. 上海交通大學出版社,2006 胡學林主編. 可編程控制器教程（基礎篇）（實訓篇）. 電子工業(yè)出版,2007 魏恩杰：PLC 運料小車控制 第 2 2 頁 共 2 2 頁 AB S T R AC T K e y wo r d AB S T R AC T Aut hor : en- j i e, wei Gui de a t eac her : c ang- s u , peng I n r ec ent y ear s , al ong wi t h s c i enc e s and t ec hnol ogy s pr ogr es s and mi c r oel ec t r oni c t ec hnol ogy s r api d dev el opment , t he pr ogr ammabl e c ont r ol l er t ec hnol ogy has wi del y appl i ed i n t he aut omat ed c ont r ol domai n. Pr ogr ammabl e c ont r ol l er by i t s r edundant r el i abi l i t y and oper at i on s i mpl e and s o on c har ac t er i s t i c s , h ad al r eady f or med one i ndus t r y t endenc y. At pr es ent , t he pr ogr ammabl e c ont r ol l er ( PLC) , t he c omput er - ai ded des i gn/ c omput er aux i l i ar y manuf ac t ur e ( CAD/ CAM) , t he r obot ( Rob) and t he numer i c al c ont r ol ( NC) t he t ec hnol ogy has dev el oped i nt o t he i ndus t r i al aut omat i on f our bi g pr op t ec hnol ogy. The pr ogr ammabl e c ont r ol l er i s one k i nd of new gener al aut omat i c c ont r ol dev i c e, i t t he t r adi t i onal r el ay - c ont ac t dev i c e c ont r ol t ec hnol ogy, t he c omput er t ec hnol ogy and t he mec hani c s of c ommuni c at i on mer ges i nt o one or gan i c whol e, des i gns s pec i al l y f or t he i ndus t r i al c ont r ol . Thi s new gener al aut omat i c c ont r ol dev i c e by i t s r edundant r el i abi l i t y, s t r ong wor k i ng c ondi t i ons c ompat i bi l i t y and gr eat c onv eni enc e oper at i onal per f or manc e, dept h aut omat ed domai n t ec hni c al per s onne l s gener al r ec ept i on. Mov es mat er i al s t he c ar i n t he moder ni z ed f ac t or y t h e uni v er s al ex i s t enc e, but t he aut omat i on mov es mat er i al s t he c ar ac t ual l y not muc h t o s ee, t he maj or i t y f ac t or i es s t i l l depended on t he manpower c ar t t o mov e mat er i al s , l i k e t hi s has was t ed t he mas s i v e manpower and r es our c es , c ut t he pr oduc t i on ef f i c i enc y. Bas ed on PLC appl i c at i on and s y s t em des i gn pr i nc i pl e. My s el f des i gned hav e c ont r ol l ed wi t h PLC mov e mat er i al s t he c ar c ont r ol s y s t em, enabl ed i t t o ac hi ev e t he aut omat i on, s av ed t he manpower , r ai s ed t he ef f i c i enc y. Thi s ar t i c l e el abor at ed i n det ai l t he s y s t em c ompos i t i on, t he s y s t em har dwar e wi r i ng and t he s y s t em s of t war e des i gn, and i nt r oduc ed t he s y s t em pr i nc i pl e of wor k i n det ai l . K E Y WOR D Mov es mat er i al s t he c ar PLC I / O wi r i ng el ec t r i c c ont r ol mai n c i r c ui t