基于PLC控制的小車(chē)運(yùn)料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于PLC控制的小車(chē)運(yùn)料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于PLC控制的小車(chē)運(yùn)料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于,plc,控制,節(jié)制,小車(chē),控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 上海師范大學(xué)天華學(xué)院 2013 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目 基于PLC控制的小車(chē)運(yùn)料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專(zhuān)業(yè)、班級(jí) 系 部 指導(dǎo)教師姓名 一、課題的作用和意義 小車(chē)自動(dòng)運(yùn)料系統(tǒng),由于其控制簡(jiǎn)單,成本低,因此廣泛應(yīng)用于車(chē)站、碼頭、倉(cāng)庫(kù)、礦井等生產(chǎn)場(chǎng)所。但傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)，有著其自身的缺點(diǎn)。例如：整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，小車(chē)的速度很難設(shè)定，如果太快，啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)由于存在小車(chē)慣性很容易造成物料的掉落、拋灑，這樣就不能實(shí)現(xiàn)安全的啟動(dòng)。 隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，運(yùn)料小車(chē)的應(yīng)用也不斷擴(kuò)大到各個(gè)領(lǐng)域。早期運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)多為繼電器-接觸器組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、成本高等缺陷，幾乎無(wú)數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專(zhuān)人負(fù)責(zé)操作。現(xiàn)將PLC應(yīng)用到運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的自動(dòng)化控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。PLC運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)具有連線簡(jiǎn)單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，安裝、維修和改造方便、設(shè)計(jì)施工調(diào)試周期短等優(yōu)點(diǎn)。 在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，有些生產(chǎn)機(jī)械的工作臺(tái)需要按一定的順序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)，并且有的還要求在某些位置有一定時(shí)間的停留，以滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求。用PLC程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)料小車(chē)自動(dòng)往返順序控制，不僅具有程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易、方便、可靠性高等特點(diǎn)，并且程序設(shè)計(jì)方法多樣，便于不同層次的設(shè)計(jì)人員的理解和掌握。 二、國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 由于PLC的不斷發(fā)展和革新，使得生產(chǎn)線的運(yùn)輸控制也將得到不斷的改善和生產(chǎn)率的不斷提高，運(yùn)料小車(chē)控制經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段: （1）手動(dòng)控制 ：在20世紀(jì)60年代末70年代初期，便有一些工業(yè)生產(chǎn)采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的控制，但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)還不夠成熟，只能夠用手動(dòng)的方式來(lái)控制機(jī)器，而且早期運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)多為繼電器一接觸器組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、成本高等缺陷，幾乎無(wú)數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專(zhuān)人負(fù)責(zé)操作。 （2）自動(dòng)控制 ：在20世紀(jì)80年代，由于計(jì)算機(jī)的價(jià)格下降，這時(shí)的大型工控企業(yè)將PLC充分的與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，通過(guò)機(jī)器人技術(shù)，自動(dòng)化設(shè)備終于實(shí)現(xiàn)了PLC在運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)在自動(dòng)方面的應(yīng)用。 （3）全自動(dòng)控制 ：現(xiàn)階段，由于PLC技術(shù)的向高性能 高速度、大容量發(fā)展大型PLC大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。將PLC運(yùn)用到運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的全自動(dòng)控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。PLC運(yùn)料小車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)具有連線簡(jiǎn)單控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。 雖然PLC在小車(chē)運(yùn)料控制系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，但這些系統(tǒng)大部分都至少存在以下2個(gè)問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決：1、弧光短路問(wèn)題；2、PLC電源凈化問(wèn)題。 三、完成任務(wù)的可能思路、方案 運(yùn)料小車(chē)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能及控制要求如下： 實(shí)現(xiàn)一處裝料、多處卸料（不少于四處）的小車(chē)自動(dòng)運(yùn)料。 經(jīng)分析，運(yùn)料小車(chē)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上運(yùn)動(dòng)的控制方案如下： （1）按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （2）當(dāng)小車(chē)當(dāng)前沒(méi)有接收到呼叫信號(hào)時(shí)，小車(chē)原地等待直至收到呼叫信號(hào)，呼叫按鈕開(kāi)關(guān)應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 （3）當(dāng)小車(chē)接收到呼叫信號(hào)時(shí)，裝料電機(jī)開(kāi)啟，小車(chē)開(kāi)始裝料，120s后，小車(chē)向右運(yùn)行，運(yùn)行到按對(duì)應(yīng)的呼叫站時(shí)停止； （4）當(dāng)小車(chē)停在呼叫站點(diǎn)時(shí)，卸料電機(jī)開(kāi)啟，小車(chē)開(kāi)始裝料，120s后，小車(chē)向左運(yùn)行，運(yùn)行到裝料站時(shí)停止；如此循環(huán)往復(fù)。 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排 第1周—第2周 布置任務(wù)、文獻(xiàn)檢索、外文翻譯、開(kāi)題報(bào)告、方案定稿 第3周—第4周 完成設(shè)計(jì)方案初稿、論文設(shè)計(jì)計(jì)算、論文目錄 第5周—第6周 完成圖紙繪制、論文撰寫(xiě) 第7周—第8周 導(dǎo)師審核圖紙、論文；學(xué)生校對(duì)圖紙、論文 第9周—第10周 完成圖紙、論文打??；準(zhǔn)備答辯 第11周—第12周 進(jìn)行答辯 五、參考文獻(xiàn) [1]謝劍英.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].國(guó)防工業(yè)出版社.2001.6 [2]史國(guó)生，趙陽(yáng)等.電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2004.1 [3]胡學(xué)林.可編程控制器教程[M].北京:電子工業(yè)出版社.2003.7 [4]劉美俊.通用變頻器應(yīng)用技術(shù)[M].福建:福建科學(xué)技術(shù)出版社.2001.6 [5]幻劉國(guó)光.提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的軟件設(shè)計(jì).機(jī)床電器[J].2004.11. [6]秦虹.PLC控制系統(tǒng)的編程方法簡(jiǎn)述.機(jī)床電氣[J].2002.7 [7]楊長(zhǎng)能，張興毅.可編程控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]重慶:重慶大學(xué)出社.2000.2 [8]鄭瑜平.可編過(guò)程控制器[M]北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1999.2 [9]謝劍英.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社.2001.4 [10]寥常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005.1 [11]張永飛.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社.1998.6 學(xué)生姓名 _____________（簽名） 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：（建議填寫(xiě)內(nèi)容：對(duì)學(xué)生提出的方案給出評(píng)語(yǔ)，明確是否同意開(kāi)題，提出學(xué)生完成上述任務(wù)的建議、注意事項(xiàng)等） 指導(dǎo)教師 _____________（簽名） 日期： 年 月 日 注：1. 本開(kāi)題報(bào)告，須雙面打印。由學(xué)生填寫(xiě)并經(jīng)指導(dǎo)老師審核、評(píng)價(jià)； 2. 本開(kāi)題報(bào)告一式兩份，一份須與學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一并存檔，一份作系部存檔用。 4 0 LDI M2 1 ANI M3 2 ANI M4 3 ANI M5 4 ANI X007 5 AND M0 6 LD X002 7 OR M1 8 ANB 9 MOV K1 D0 14 OUT M1 15 LDI M1 16 ANI M3 17 ANI M4 18 ANI M5 19 ANI X010 20 AND M0 21 LD X003 22 OR M2 23 ANB 24 MOV K2 D0 29 OUT M2 30 LDI M1 31 ANI M2 32 ANI M4 33 ANI M5 34 ANI X011 35 AND M0 36 LD X004 37 OR M3 38 ANB 39 MOV K3 D0 44 OUT M3 45 LDI M1 46 ANI M2 47 ANI M3 48 ANI M5 49 ANI X012 50 AND M0 51 LD X005 52 OR M4 53 ANB 54 MOV K4 D0 59 OUT M4 60 LDI M1 61 ANI M2 62 ANI M3 63 ANI M4 64 ANI X013 65 AND M0 66 LD X006 67 OR M5 68 ANB 69 MOV K5 D0 74 OUT M5 75 LD< K0 D0 80 OUT M6 81 MOV D0 D1 86 LD M6 87 OUT T0 K120 90 OUT Y002 91 LD T0 92 RST D0 95 LD T0 96 OR M9 97 ANI T4 98 ANI M7 99 ANI M8 100 ANI Y001 101 OUT M9 102 LD M9 103 OUT T2 K2 106 LD T2 107 OUT Y000 108 LD X007 109 MOV K1 D0 114 LD X010 115 MOV K2 D0 120 LD X011 121 MOV K3 D0 126 LD X012 127 MOV K4 D0 132 LD X013 133 MOV K5 D0 138 LD= D0 D1 143 OUT M7 144 LD M10 145 ANI M6 146 ANI M7 147 ANI M8 148 ANI Y000 149 OR M11 150 OUT M10 151 LD M7 152 OUT T3 K2 155 LD T3 156 OUT Y003 157 OUT T1 K120 160 LD T1 161 RST D0 164 OUT M11 165 LD M10 166 OUT Y001 167 LD X007 168 MOV K1 D0 173 LD X010 174 MOV K2 D0 179 LD X011 180 MOV K3 D0 185 LD X012 186 MOV K4 D0 191 LD X013 192 MOV K5 D0 197 LD X014 198 MOV K0 D0 203 LD= D0 K0 208 OUT M8 209 END 0 M2 M3 M4 M5 X007 M0 X002 MOV K1 D0 M1 M1 15 M1 M3 M4 M5 X010 M0 X003 MOV K2 D0 M2 M2 30 M1 M2 M4 M5 X011 M0 X004 MOV K3 D0 M3 M3 45 M1 M2 M3 M5 X012 M0 X005 MOV K4 D0 M4 M4 60 M1 M2 M3 M4 X013 M0 X006 MOV K5 D0 M5 M5 75 K0 D0 M6 MOV D0 D1 86 M6 K120 T0 Y002 91 T0 RST D0 95 T0 T4 M7 M8 Y001 M9 M9 102 M9 K2 T2 106 T2 Y000 108 X007 MOV K1 D0 114 X010 MOV K2 D0 120 X011 MOV K3 D0 126 X012 MOV K4 D0 132 X013 MOV K5 D0 138 = D0 D1 M7 144 M10 M6 M7 M8 Y000 M10 M11 151 M7 K2 T3 155 T3 Y003 K120 T1 160 T1 RST D0 M11 165 M10 Y001 167 X007 MOV K1 D0 173 X010 MOV K2 D0 179 X011 MOV K3 D0 185 X012 MOV K4 D0 191 X013 MOV K5 D0 197 X014 MOV K0 D0 203 = D0 K0 M8 209 END基于PLC控制的小車(chē)運(yùn)料控制系統(tǒng) 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 第一章 緒 論 1 1.1 課題的提出背景 1 1.2 運(yùn)料小車(chē)的發(fā)展概況 2 1.3 課題的意義及應(yīng)用 3 1.4 本課題的主要工作 3 第二章 可編程控制器（PLC）概述 4 2.1 可編程序控制器定義 4 2.2 PLC的特點(diǎn) 4 2.2.1編程方法簡(jiǎn)單易學(xué) 4 2.2.2硬件配套齊全，用戶(hù)使用方便 5 2.2.3通用性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng) 5 2.2.4可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 5 2.2.5系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 7 2.2.6維修工作量小，維修方便 7 2.2.7體積小，能耗低 7 2.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 8 2.3.1開(kāi)關(guān)量邏輯控制 8 2.3.2運(yùn)動(dòng)控制 8 2.3.3閉環(huán)過(guò)程控制 8 2.3.4數(shù)據(jù)處理 9 2.3.5通信 9 2.4 PLC的基本結(jié)構(gòu) 9 2.4.1 CPU模塊 9 2.4.2 I/O模塊 10 2.4.3 編程器 10 2.4.4 電源 11 第三章 運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)及硬件選型設(shè)計(jì) 12 3.1 系統(tǒng)的運(yùn)行方式 12 3.2 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及論證 12 3.2.1 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 12 3.2.2方案論證 12 3.3 系統(tǒng)的控制原理 14 3.4 PLC選型 15 3.4.1 選型分析 15 3.4.2 系統(tǒng)的安裝 15 3.4.3 輸入/輸出模塊選擇 16 3.4.4 開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)的節(jié)省和模擬量I/O模塊的代用 17 3.4.5 抗干擾措施 17 3.5 系統(tǒng)資源分配 17 3.5.1 I/O地址分配 17 3.5.2 數(shù)字量輸入部分 17 3.5.3 數(shù)字量輸出部分 18 3.5.4 內(nèi)部繼電器部分 18 3.6 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 19 3.6.1膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程 19 3.6.2簡(jiǎn)單計(jì)算及選用 21 3.6.3 輸送帶 25 3.6.4驅(qū)動(dòng)滾筒 26 第四章 基于PLC的運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 27 4.1 系統(tǒng)工作原理分析 27 4.1.1 運(yùn)料小車(chē)的運(yùn)動(dòng)流程 27 4.1.2設(shè)備控制要求 27 4.2 系統(tǒng)硬件介紹 28 4.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 29 4.4 系統(tǒng)控制流程 31 第五章 系統(tǒng)軟件源程序設(shè)計(jì) 33 5.1 小車(chē)行程開(kāi)關(guān) 33 5.2 呼叫按鈕 33 5.4 比較 35 208 OUT M8 36 5.5 向左運(yùn)動(dòng) 36 5.6 向右運(yùn)動(dòng) 37 第六章 檢測(cè)裝置 38 6.1傳感器 38 6.1.1傳感器的定義 38 6.1.2 傳感器的分類(lèi) 39 6.2選擇溫濕度傳感器需注意的問(wèn)題 41 6.3定時(shí)器 44 致謝 V 參考文獻(xiàn) VI 摘 要 近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域，可編程序控制器（PLC）以其高可靠性和操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，已經(jīng)形成了一種工業(yè)趨勢(shì)。 可編程控制器是一種新型的通用控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，這一新型的通用自動(dòng)控制裝置以其高可靠性、較強(qiáng)的工作環(huán)境適應(yīng)性和極為方便的使用性能，深受自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)人員的普遍歡迎。 運(yùn)料小車(chē)在現(xiàn)代化的工廠中普遍存在。傳統(tǒng)的工廠依靠人力推車(chē)運(yùn)料，這樣浪費(fèi)了大量的人力物力，降低了生產(chǎn)效率。而現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中大量運(yùn)用PLC控制運(yùn)料小車(chē)，并結(jié)合組態(tài)王軟件完成數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)管理、人機(jī)界面(HMI)和數(shù)據(jù)處理，使生產(chǎn)自動(dòng)化，智能化，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)成本。 關(guān)鍵詞：PLC、運(yùn)料小車(chē)、控制系統(tǒng)、I/O點(diǎn) 控制要求及實(shí)現(xiàn)方案 運(yùn)料小車(chē)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能及控制要求如下： 實(shí)現(xiàn)一處裝料、多處卸料（不少于四處）的小車(chē)自動(dòng)運(yùn)料。 經(jīng)分析，運(yùn)料小車(chē)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上運(yùn)動(dòng)的控制方案如下： （1）按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （2）當(dāng)小車(chē)當(dāng)前沒(méi)有接收到呼叫信號(hào)時(shí)，小車(chē)原地等待直至收到呼叫信號(hào)，呼叫按鈕開(kāi)關(guān)應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 （3）當(dāng)小車(chē)接收到呼叫信號(hào)時(shí)，裝料電機(jī)開(kāi)啟，小車(chē)開(kāi)始裝料，120s后，小車(chē)向右運(yùn)行，運(yùn)行到按對(duì)應(yīng)的呼叫站時(shí)停止； （4）當(dāng)小車(chē)停在呼叫站點(diǎn)時(shí)，卸料電機(jī)開(kāi)啟，小車(chē)開(kāi)始裝料，120s后，小車(chē)向左運(yùn)行，運(yùn)行到裝料站時(shí)停止；如此循環(huán)往復(fù)。 4 摘 要 近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域，可編程序控制器（PLC）以其高可靠性和操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，已經(jīng)形成了一種工業(yè)趨勢(shì)。 可編程控制器是一種新型的通用控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，這一新型的通用自動(dòng)控制裝置以其高可靠性、較強(qiáng)的工作環(huán)境適應(yīng)性和極為方便的使用性能，深受自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)人員的普遍歡迎。 本文設(shè)計(jì)了一種由PLC控制的運(yùn)料小車(chē)，該小車(chē)能在裝料站完成裝料過(guò)程，然后根據(jù)5個(gè)卸料站點(diǎn)的呼叫信號(hào)運(yùn)行到相應(yīng)呼叫站點(diǎn)進(jìn)行卸料，卸料完成之后返回裝料站等待下一個(gè)呼叫信號(hào)。本文對(duì)小車(chē)的控制系統(tǒng)經(jīng)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，其中包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，并結(jié)合三菱PLC編程軟件GX Developer ,對(duì)系統(tǒng)程序經(jīng)行了仿真分析。 關(guān)鍵詞：PLC，運(yùn)料小車(chē)，控制系統(tǒng) ABSTRACT In recent years, with the scientific and technological progress and rapid development of microelectronic technology, programmable control technology has been widely used in automation and control, programmable logic controller (PLC) for its high reliability and simple operation, has been formation of an industry trend. Programmable controller is a new type of universal control devices, it will traditional relay - contactor control technology, computer technology and communication technology integration, designed specifically for industrial control, this new automatic control device to the general its high reliability, strong work environment is very easy adaptability and performance, by the automation of technical staff in general. In this paper, a PLC control car transporter, the car in the loading station to complete the loading process, and then run according to the five discharge site call signal to the corresponding call site discharge, after the completion of the discharge Returning Assemblies feed station waits for the next call signal. The detailed design of the control system of the car line, including hardware and software systems, combined with Mitsubishi PLC programming software GX Developer, the system program line simulation analysis. Keywords: PLC，transporter cart，control system 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 第一章 緒 論 1 1.1 課題的提出背景 1 1.2 運(yùn)料小車(chē)的發(fā)展概況 1 1.2.1手動(dòng)控制 1 1.2.2自動(dòng)控制 2 1.2.3全自動(dòng)控制 2 1.3 本課題的主要工作 2 第二章 可編程控制器（PLC）概述 3 2.1 可編程序控制器定義 3 2.2 PLC的特點(diǎn) 3 2.2.1編程方法簡(jiǎn)單易學(xué) 3 2.2.2硬件配套齊全，用戶(hù)使用方便 4 2.2.3通用性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng) 4 2.2.4可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 4 2.2.5系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 5 2.2.6維修工作量小，維修方便 5 2.2.7體積小，能耗低 6 2.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 6 2.3.1開(kāi)關(guān)量邏輯控制 6 2.3.2運(yùn)動(dòng)控制 6 2.3.3閉環(huán)過(guò)程控制 6 2.3.4數(shù)據(jù)處理 7 2.3.5通信 7 2.4 PLC的基本結(jié)構(gòu) 7 2.4.1 CPU模塊 7 2.4.2 I/O模塊 8 2.4.3 編程器 9 2.4.4 電源 9 第三章 運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)及硬件選型設(shè)計(jì) 10 3.1 系統(tǒng)的運(yùn)行方式 10 3.2 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及論證 10 3.2.1 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 10 3.2.2方案論證 10 3.3 系統(tǒng)的控制原理 11 3.4 PLC選型 13 3.4.1 選型分析 13 3.4.2 系統(tǒng)的安裝 14 3.4.3 輸入/輸出模塊選擇 14 3.4.4 開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)的節(jié)省和模擬量I/O模塊的代用 15 3.4.5 抗干擾措施 15 3.5 系統(tǒng)資源分配 15 3.5.1 I/O地址分配 15 3.5.2 數(shù)字量輸入部分 15 3.5.3 數(shù)字量輸出部分 16 3.5.4 內(nèi)部繼電器部分 16 3.6 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 17 3.6.1膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程 17 3.6.2簡(jiǎn)單計(jì)算及選用 19 3.6.3 輸送帶 23 3.6.4驅(qū)動(dòng)滾筒 24 第四章 基于PLC的運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 25 4.1 系統(tǒng)工作原理分析 25 4.1.1 運(yùn)料小車(chē)的運(yùn)動(dòng)流程 25 4.1.2設(shè)備控制要求 25 4.2 系統(tǒng)硬件介紹 26 4.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 27 4.4 系統(tǒng)控制流程 29 第五章 系統(tǒng)軟件源程序設(shè)計(jì) 31 5.1 小車(chē)行程開(kāi)關(guān) 31 5.2 呼叫按鈕 31 5.3 比較 33 5.4 向左運(yùn)動(dòng) 34 5.5 向右運(yùn)動(dòng) 35 第六章 系統(tǒng)程序仿真調(diào)試 36 6.1 控制系統(tǒng)的調(diào)試 36 6.1.1編程軟件 36 6.1.2 程序的構(gòu)成 36 6.1.3 程序的下載安裝和調(diào)試 37 6.2 本章主要完成的工作及總結(jié) 39 致謝 V 參考文獻(xiàn) VI IV 第一章 緒 論 1.1 課題的提出背景 新中國(guó)成立特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)取得了舉世矚目的偉大成就。同時(shí)，必須清醒地看到，我國(guó)正處于并將長(zhǎng)期處于社會(huì)主義初級(jí)階段。全面建設(shè)小康社會(huì)，既面臨難得的歷史機(jī)遇，又面臨一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)過(guò)度依賴(lài)能源資源消耗，環(huán)境污染嚴(yán)重；經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后；自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益有待提高。在擴(kuò)大勞動(dòng)就業(yè)、理順?lè)峙潢P(guān)系、提供健康保障和確保國(guó)家安全等方面，有諸多困難和問(wèn)題亟待解決。從國(guó)際上看，我國(guó)也將長(zhǎng)期面臨發(fā)達(dá)國(guó)家在經(jīng)濟(jì)、科技等方面占有優(yōu)勢(shì)的巨大壓力。為了抓住機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要進(jìn)行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加強(qiáng)社會(huì)管理等。與此同時(shí)，我們比以往任何時(shí)候都更加需要緊緊依靠科技進(jìn)步和創(chuàng)新，帶動(dòng)生產(chǎn)力質(zhì)的飛躍，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展[1]。 進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中大國(guó)，加快科學(xué)技術(shù)發(fā)展、縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，還需要較長(zhǎng)時(shí)期的艱苦努力，同時(shí)也有著諸多有利條件。中華民族擁有5000年的文明史，中華文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成獨(dú)特的創(chuàng)新文化。只要我們?cè)鰪?qiáng)民族自信心，貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，深入實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，奮起直追、迎頭趕上，經(jīng)過(guò)15年乃至更長(zhǎng)時(shí)間的艱苦奮斗，就一定能夠創(chuàng)造出無(wú)愧于時(shí)代的輝煌科技成就[2]。 1.2 運(yùn)料小車(chē)的發(fā)展概況 由于PLC的不斷發(fā)展和革新，使得生產(chǎn)線的運(yùn)輸控制也將得到不斷的改善和生產(chǎn)率的不斷提高，運(yùn)料小車(chē)控制經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段: 1.2.1手動(dòng)控制 在20世紀(jì)60年代末70年代初期，便有一些工業(yè)生產(chǎn)采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的控制，但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)還不夠成熟，只能夠用手動(dòng)的方式來(lái)控制機(jī)器，而且早期運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)多為繼電器一接觸器組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、成本高等缺陷，幾乎無(wú)數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專(zhuān)人負(fù)責(zé)操作。 1.2.2自動(dòng)控制 在20世紀(jì)80年代，由于計(jì)算機(jī)的價(jià)格下降，這時(shí)的大型工控企業(yè)將PLC充分的與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，通過(guò)機(jī)器人技術(shù)，自動(dòng)化設(shè)備終于實(shí)現(xiàn)了PLC在運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)在自動(dòng)方面的應(yīng)用[3]。 1.2.3全自動(dòng)控制 現(xiàn)階段，由于PLC技術(shù)的向高性能 高速度、大容量發(fā)展大型PLC大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。將PLC運(yùn)用到運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的全自動(dòng)控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。PLC運(yùn)料小車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)具有連線簡(jiǎn)單控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。 1.3 本課題的主要工作 本文所做的工作就是通過(guò)PLC控制運(yùn)料小車(chē)在工作臺(tái)上各呼叫站間運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到生產(chǎn)實(shí)際之用。全文主體思路共分為6節(jié)，第一節(jié)概述運(yùn)料小車(chē)問(wèn)題的提出和意義，運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)的發(fā)展概況，明確論文要解決的問(wèn)題；第二節(jié)介紹了可編程序控制器（PLC）。第三節(jié)詳細(xì)介紹基于PLC的運(yùn)料小車(chē)的硬件設(shè)計(jì)，分析被控對(duì)象和明確系統(tǒng)控制要求。第四節(jié)詳細(xì)闡述運(yùn)料小車(chē)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。第五節(jié)是調(diào)試結(jié)果和小結(jié),分析系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及對(duì)未來(lái)工作的展望。 第二章 可編程控制器（PLC）概述 2.1 可編程序控制器定義 現(xiàn)代的可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，是將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的嶄新產(chǎn)品。1985年國(guó)家電工委員會(huì)（IEC）的可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿對(duì)可編程序控制器作了如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令[4]，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械活生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充去功能的原則設(shè)計(jì)?！? 可編程序控制器從誕生至今，在短短的30年來(lái)里，得到了異常迅猛的發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。 2.2 PLC的特點(diǎn) 2.2.1編程方法簡(jiǎn)單易學(xué) 考慮到企業(yè)中一般電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人的傳統(tǒng)讀圖習(xí)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(yǔ)言。梯形圖語(yǔ)言的電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相當(dāng)接近，只用可編程序控制器的二十幾條開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。通過(guò)閱讀可編程序控制器的使用手冊(cè)活接受短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員或技術(shù)工人只需要幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶(hù)程序。簡(jiǎn)易編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)單。上述特點(diǎn)是可編程序控制器近年來(lái)獲得迅速普及的原因之一。 這種編程語(yǔ)言的出現(xiàn)，促進(jìn)了一次新的社會(huì)分工，即由計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員研制可編程序控制器的硬件和編程語(yǔ)言，并用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)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(jù)被控設(shè)備的具體情況，用他們最容易掌握的梯形圖語(yǔ)言編制用戶(hù)程序。因此，即使不熟悉電子線路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人，在自動(dòng)化領(lǐng)域也大有用武之地，在計(jì)算機(jī)時(shí)代也可大顯身手。 梯形圖語(yǔ)言實(shí)際上是一種面向用戶(hù)的高級(jí)語(yǔ)言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺熬幾g”成匯編語(yǔ)言后再去執(zhí)行。與直接用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的用戶(hù)程序相比，執(zhí)行時(shí)間要長(zhǎng)一些，但是對(duì)于大多數(shù)控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，這是微不足道的。 2.2.2硬件配套齊全，用戶(hù)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(hù)選用，用戶(hù)不必自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶(hù)在硬件方面的設(shè)計(jì)工作，只是確實(shí)可編程序控制器的硬件配置和設(shè)計(jì)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(yīng)的接線端子。 可編程序控制器的輸入/輸出端可以直接與AC200V或DC24V的強(qiáng)電信號(hào)相接，它還具有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器的線圈。 2.2.3通用性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng) 由于可編程序控制器的系列化和模塊化，硬件配置相當(dāng)靈活，可以組成能滿(mǎn)足各種控制要求的控制系統(tǒng)。硬件配置確定后，可以通過(guò)修改用戶(hù)程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 2.2.4可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 絕大多數(shù)用戶(hù)都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件。可編程序控制器采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。例如FX系列可編程序控制器在幅度為1000V、寬度1μs的脈沖干擾下能可靠地工作[5]。從實(shí)際的使用情況來(lái)看，用戶(hù)對(duì)可編程序控制器的可靠性都相當(dāng)滿(mǎn)意。 可以說(shuō)，可編程序控制器是可靠性最高的工業(yè)控制設(shè)備，可編程序控制器的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。如果使用冗余控制系統(tǒng)，可靠性還可以進(jìn)一步提高。事實(shí)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(kāi)關(guān)、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(xiàn)故障的大量觸點(diǎn)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(fù)的故障。由于外部或內(nèi)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(fù)的故障稱(chēng)為永久性故障。可編程序控制器周期性地檢測(cè)系統(tǒng)的硬件，發(fā)現(xiàn)永久性故障時(shí)，查明故障的種類(lèi)，自動(dòng)地采取相應(yīng)的措施，盡可能減輕故障對(duì)系統(tǒng)的影響，同時(shí)通知操作人員?？删幊绦蚩刂破鬟€有檢查用于保持存儲(chǔ)器中的信息的鋰電池電壓是否過(guò)低，交流電源是否掉電，輸入、輸出電路的電源電壓是否超過(guò)允許的范圍等。在寫(xiě)入、編輯程序時(shí)，還要檢查正在寫(xiě)入的用戶(hù)程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，可編程序控制器自動(dòng)做出相應(yīng)的反應(yīng)，如報(bào)警、封鎖輸出等。 可以恢復(fù)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(jìn)入可編程序控制器內(nèi)部。瞬時(shí)出現(xiàn)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(nèi)存空間中某一隨機(jī)的區(qū)域中的內(nèi)容當(dāng)作程序來(lái)執(zhí)行，一般不能自動(dòng)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(duì)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(jìn)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(shè)置了大量的濾波電路，如RC,RL和π形濾波電路，它們對(duì)高頻干擾信號(hào)有良好的抑制作用。電源是干擾進(jìn)入可編程序控制器的主要途徑之一，對(duì)于微處理器用的直流5V電源[6]，采取了多級(jí)濾波和穩(wěn)壓的措施。 由于采取了以上抗干擾措施，可編程序控制器具有用戶(hù)完全可以信賴(lài)的極高的可靠性。 2.2.5系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)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(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖所花的時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖花的時(shí)間要少很多。 可編程序控制器的用戶(hù)程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，輸出信號(hào)的狀態(tài)可以觀察可編程序控制器上有關(guān)的發(fā)光二極管，調(diào)試好后再將可編程序控制器安裝在現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)調(diào)。調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，調(diào)試花費(fèi)的時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少很多。 2.2.6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妮斎胙b置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)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。 2.2.7體積小，能耗低 以O(shè)MRON的CPM1A型超小型可編程序控制器（10個(gè)I/O）點(diǎn)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(jī)械設(shè)備內(nèi)部[7]，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想的控制設(shè)備。 2.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門(mén)，隨著可編程序控制器的性能價(jià)格比的不斷提高，過(guò)去許多使用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合也可以使用可編程序控制器?？删幊绦蚩刂破鞯膽?yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面： 2.3.1開(kāi)關(guān)量邏輯控制 這是可編程序控制器最基本最廣泛的應(yīng)用，可編程序控制器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)都是只有通/斷狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)[8]，這種控制與繼電器控制最為接近，可以用價(jià)格較低，僅有開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備，也可以用于自動(dòng)化生成線，如機(jī)床電氣控制、沖壓、鑄造機(jī)械、運(yùn)輸帶、包裝機(jī)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(jī)、連鑄機(jī)、飛剪的控制，電鍍生產(chǎn)線、啤酒罐裝生產(chǎn)線、汽車(chē)裝配生產(chǎn)線、電視機(jī)和收音機(jī)生產(chǎn)線的控制等。 2.3.2運(yùn)動(dòng)控制 可編程序控制器可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。早期直接用開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，世界上各主要可編程序控制器廠家生產(chǎn)的可編程序控制器幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能?？删幊绦蚩刂破鞯倪\(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械，如金屬切割機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等。 2.3.3閉環(huán)過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)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^(guò)模擬量I/O模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量實(shí)行閉環(huán)PID控制?，F(xiàn)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(lái)實(shí)現(xiàn)，更多的是使用專(zhuān)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(jīng)廣泛地應(yīng)用于塑料擠壓成形機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 2.3.4數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的可編程序控制器具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與儲(chǔ)存在存儲(chǔ)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(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過(guò)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)。 2.3.5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(shè)備之間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，近年來(lái)國(guó)外工廠自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各著名的可編程序控制器生產(chǎn)廠商都推出了自己的網(wǎng)絡(luò)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(jià)格較低。 2.4 PLC的基本結(jié)構(gòu) 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(shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似，甚至與之無(wú)異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(中央處理單元)、存儲(chǔ)器（RAM和EPROM）、輸入/輸出模塊（簡(jiǎn)稱(chēng)I/O）模塊、編程器和電源五大部分組成。 2.4.1 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(chǔ)器組成。 CPU的作用類(lèi)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(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。 （2）程序執(zhí)行：逐句讀入和解釋用戶(hù)程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)去控制有關(guān)的電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。 （3）輸出處理：將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負(fù)載。 可編程序控制器的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。系統(tǒng)程序由可編程序控制器生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)并固化在ROM內(nèi)，用戶(hù)不能直接存取?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩?hù)程序由用戶(hù)設(shè)計(jì)，他決定了可編程序控制器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的具體關(guān)系。用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量一般以字（每個(gè)字由16位二進(jìn)制數(shù)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(chǔ)一條指令。 2.4.2 I/O模塊 I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)。輸入信號(hào)有兩類(lèi)：一類(lèi)是從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字撥碼開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)；另一類(lèi)是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)。 可編程序控制器通過(guò)輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類(lèi)外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)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(hào)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[9]。I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與噪聲隔離的作用。 2.4.3 編程器 編程器除了用來(lái)輸入和編輯用戶(hù)程序外，還可以用來(lái)監(jiān)視可編程序控制器運(yùn)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(lái)后可編程序控制器也可以運(yùn)行。一般只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時(shí)使用，一臺(tái)編程器可供多臺(tái)可編程序控制器公用。 2.4.4 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?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)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(cè)裝置（如接近開(kāi)關(guān)）提供24V直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直流電源一般由用戶(hù)提供[10]。 第三章 運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)及硬件選型設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)的運(yùn)行方式 圖3.1 運(yùn)料小車(chē)運(yùn)行方式 在生產(chǎn)線上有5個(gè)編碼為l～5的站點(diǎn)供小車(chē)?？?，在每一個(gè)?？空景惭b一個(gè)行程開(kāi)關(guān)以監(jiān)測(cè)小車(chē)是否到達(dá)該站點(diǎn)。對(duì)小車(chē)的控制除了啟動(dòng)按鈕和停止按鈕之外，還設(shè)有5個(gè)呼叫按鈕開(kāi)關(guān)(HJ1-HJ5 )與?？空军c(diǎn)相對(duì)應(yīng)。運(yùn)料小車(chē)由一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車(chē)向右行，電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車(chē)向左行。 3.2 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及論證 3.2.1 控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 運(yùn)料小車(chē)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上運(yùn)動(dòng)的控制方案如下: （1）、按下啟動(dòng)按鈕,系統(tǒng)開(kāi)始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （2）、當(dāng)小車(chē)當(dāng)前所處?？空镜木幋a小于呼叫按鈕HJ的編碼時(shí)，小車(chē)向右運(yùn)行，運(yùn)行到呼叫按鈕HJ所對(duì)應(yīng)的?？空緯r(shí)停止； （3）、當(dāng)小車(chē)當(dāng)前所處?？空镜木幋a大于呼叫按鈕HJ的編碼時(shí)，小車(chē)向左行，運(yùn)行到呼叫按鈕HJ所對(duì)應(yīng)的?？空緯r(shí)停止； （4）、當(dāng)小車(chē)當(dāng)前所處?？空镜木幋a等于呼叫按鈕HJ的編碼時(shí)，小車(chē)保持不動(dòng)； （5）、呼叫按鈕開(kāi)關(guān)HJ1-HJ5應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 3.2.2方案論證 工廠運(yùn)輸是協(xié)調(diào)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)和工廠設(shè)施的重要組成部分，它的效率直接影響生產(chǎn)成本及生產(chǎn)率[11]。目前，加工中小產(chǎn)品機(jī)械加工車(chē)間運(yùn)輸系統(tǒng)主要有空間運(yùn)輸和地面運(yùn)輸兩種?？臻g運(yùn)輸主要是小噸位橋式起重機(jī)和電動(dòng)葫蘆，其控制方式多為下拉線式，這種方式有以下缺點(diǎn)： （1）設(shè)備復(fù)雜，功率消耗大，投資高。設(shè)備不僅有前后、左右水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)，而且還有升降機(jī)構(gòu)。尤其升降機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)比水平機(jī)構(gòu)所需功率大的多，故整機(jī)功率大，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，投資高。 （2）操作不方便，運(yùn)輸效率低。吊裝物品在空中水平運(yùn)行速度慢，且需較多的升降輔助時(shí)間，故運(yùn)輸效率低。另外操作人員在進(jìn)行操作時(shí)必須跟著起重機(jī)走，因此操作不方便。 （3）只適應(yīng)車(chē)間內(nèi)部運(yùn)輸。一般機(jī)械加工用的毛坯、成品車(chē)間不在同一車(chē)間內(nèi)，起重機(jī)不能跨車(chē)間運(yùn)輸。地面運(yùn)輸主要采用叉車(chē)及手推運(yùn)料小車(chē)，叉車(chē)需專(zhuān)人駕駛且無(wú)固定軌道，在車(chē)間內(nèi)運(yùn)行極不安全，手推運(yùn)料小車(chē)需人為動(dòng)力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，運(yùn)輸效率低[12]。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有軌運(yùn)料小車(chē)不斷擴(kuò)大到工廠運(yùn)輸領(lǐng)域，從手動(dòng)到自動(dòng)，逐漸形成了機(jī)械化、自動(dòng)化。早期運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)多為繼電器-接觸器組成的復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)能耗較多；工藝流程的更新需要大量的人力物力；因系統(tǒng)是通過(guò)各種硬件接線的邏輯控制來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)械接觸點(diǎn)較多，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性差；這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、成本高等缺陷，幾乎無(wú)數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專(zhuān)人負(fù)責(zé)操作。后來(lái)，單片機(jī)應(yīng)用到運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)中。但是單片機(jī)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，使用難，開(kāi)發(fā)成本高，批量成本低，對(duì)人要求高，而且其穩(wěn)定性不夠高。 由于PLC技術(shù)的日漸成熟，PLC 開(kāi)發(fā)周期短，使用容易，開(kāi)發(fā)成本低，批量成本高，對(duì)人要求低，并且穩(wěn)定性好,抗干擾能力強(qiáng)。目前對(duì)基于PLC的運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)正在開(kāi)發(fā)研究。 將PLC應(yīng)用到運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車(chē)的自動(dòng)化控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。PLC運(yùn)料小車(chē)電氣控制系統(tǒng)具有連線簡(jiǎn)單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，安裝、維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)，不增加外部控制電器即可實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜邏輯控制等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)料小車(chē)的智能控制[13]。 3.3 系統(tǒng)的控制原理 電源部分：把外部供應(yīng)電流經(jīng)過(guò)整流，濾波，穩(wěn)壓處理后轉(zhuǎn)換成滿(mǎn)足PLC內(nèi)部的CPU存儲(chǔ)器和I/O接口等電路工作所需要的直流電源或電源模塊來(lái)給PLC供電[14]。 輸入部分：用行程開(kāi)關(guān)和按鈕作為輸入設(shè)備，將行程開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)按鈕，停止按鈕，呼叫按鈕的控制信號(hào)送入PLC。 控制部分：采用大規(guī)模集成電路制作的微處理器和存儲(chǔ)器，執(zhí)行按照被控對(duì)象要求編制程序，并存入程序存儲(chǔ)器中，完成控制任務(wù)，產(chǎn)生控制信號(hào)輸出，驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備工作[15]。根據(jù)運(yùn)料小車(chē)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的要求，可將5個(gè)行程開(kāi)關(guān)賦予不同的值；同時(shí)，將5個(gè)按鈕也對(duì)應(yīng)賦值。當(dāng)小車(chē)碰到某個(gè)行程開(kāi)關(guān)時(shí)，就將該行程開(kāi)關(guān)的值送到內(nèi)部輔助繼電器通道。當(dāng)操作者按了某個(gè)按鈕時(shí)，就將該按鈕的值送到內(nèi)部輔助繼電器通道。然后將這兩個(gè)通道的值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果使小車(chē)作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，直到兩個(gè)通道的值相等時(shí)小車(chē)才停止。 輸出部分：用電動(dòng)機(jī)作為輸出設(shè)備，將PLC的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作的信號(hào)，就是通過(guò)PLC輸出的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和停止，從而來(lái)控制運(yùn)料小車(chē)的左行右行以及停止。 系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)原理圖如圖3.2所示 按鈕，行程開(kāi)關(guān) 電源 PLC 用戶(hù)程序 電動(dòng)機(jī) 運(yùn)料小車(chē) 輸入部分 控制部分 輸出部分 圖3.2 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)原理圖啟動(dòng)按鈕 停止按鈕 5個(gè)呼叫按鈕 5個(gè)行程開(kāi)關(guān) 三菱 P L C 三相異步電動(dòng)機(jī) 變頻器 圖3.3 運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)圖 3.4 PLC選型 3.4.1 選型分析 在工程中主要根據(jù)工藝要求、控制對(duì)象、用戶(hù)需要等方面選擇合適的PLC，以獲得最佳的性能價(jià)格比。就一個(gè)控制系統(tǒng)而言，PLC的選型原則和考慮因素如下: (1)PLC一般用于開(kāi)關(guān)量控制為主兼有模擬量控制的系統(tǒng)，尤其適合于動(dòng)作頻繁、邏輯關(guān)系復(fù)雜、程序多變的系統(tǒng)。應(yīng)用于這樣的系統(tǒng)，將會(huì)最大限度發(fā)揮技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。 (2)是否與計(jì)算機(jī)連接，是否要求構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，以及對(duì)遠(yuǎn)程站的設(shè)置要求。是否需要中斷輸入、雙機(jī)熱備、位置控制、高速計(jì)數(shù)器等特殊模塊和智能模塊。 (3)開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)、模擬量I/O路數(shù)、電壓等級(jí)及輸出功率、內(nèi)存容量。I/O點(diǎn)數(shù)直接關(guān)系到PLC輸入/輸出模塊的選擇，I/0點(diǎn)數(shù)一般要考慮1-2個(gè)的余量，特別是開(kāi)關(guān)量輸入更應(yīng)考慮多些余量;合適的電壓等級(jí)可提高PLC的抗干擾能力:主機(jī)用戶(hù)內(nèi)存容量的大小對(duì)設(shè)備費(fèi)的影響不大，故建議內(nèi)存容量可選大一些。 (4)其他考慮因素選擇PLC還要對(duì)其外型、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、設(shè)置條件、價(jià)格、技術(shù)服務(wù)、應(yīng)用業(yè)績(jī)等多項(xiàng)指標(biāo)綜合分析比較，然后才能確定理想的PLC產(chǎn)品。 通過(guò)對(duì)上述因素的考慮以及對(duì)目前市面上PLC產(chǎn)品的考察，本文選用三菱PLC，具體型號(hào)為FX-1N。FX-1N具體性能參數(shù)如下：輔助繼電器：1536點(diǎn)；定時(shí)器：256點(diǎn)；計(jì)數(shù)器：235點(diǎn)；數(shù)據(jù)寄存器：8000點(diǎn)；基本指令：0.55-0.7μs/指令；應(yīng)用指令：3.7-100μs/指令。 3.4.2 系統(tǒng)的安裝 無(wú)遠(yuǎn)程功能的PLC用在單機(jī)或控制范圍不大的系統(tǒng)，有遠(yuǎn)程功能的PLC則用于大范圍的控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)程系統(tǒng)中，本地站一般設(shè)在集中控制室，遠(yuǎn)程站一般設(shè)在低壓配電室或儀表室，這樣可使PLC的外部接線最短。PLC忌安裝在高溫、結(jié)凝、特別是有振動(dòng)沖擊的場(chǎng)所。 3.4.3 輸入/輸出模塊選擇 模塊電源:在選擇交流I/O模塊時(shí)，宜采用隔離變壓器為其供電，這樣可防止外部電路故障沖擊模塊。電源線采用雙絞線，絞距1-2cm。隔離變壓器的容量按PLC電源組件容量的1.5-2倍選擇。直流模塊的外接電源，其波紋值應(yīng)滿(mǎn)足模塊要求;若是模擬量直流模塊，尚需用穩(wěn)壓電源。 電壓等級(jí):在選擇I/O模塊時(shí)，電壓等級(jí)是一個(gè)比較重要的參數(shù)，它要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與模塊之間的距離來(lái)選。當(dāng)外部線路較長(zhǎng)時(shí)，可選用AC220V模塊;當(dāng)外線短且控制相對(duì)集中時(shí)可選擇優(yōu)24V模塊。 輸出電路:PLC的模塊輸出方式一般有3種:晶體管輸出、繼電器輸出、雙向可控硅輸出。 確定負(fù)載類(lèi)型根據(jù)PLC輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點(diǎn)動(dòng)作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或晶閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行很重要。每個(gè)輸出點(diǎn)、每組輸出點(diǎn)、每個(gè)輸出模塊的負(fù)載電源不得超過(guò)額定電流。其中繼電器輸出模塊的負(fù)載電流以不能太接近額定電流，當(dāng)接近額定電流時(shí)，最好先帶動(dòng)一個(gè)小型中繼，再通過(guò)中繼擴(kuò)展輸出模塊的輸出容量。采用雙向可控硅輸出模塊，其負(fù)載電流必須大于雙向可控硅的維持電流，否則應(yīng)在負(fù)載上并聯(lián)電阻。對(duì)于動(dòng)作頻繁、電感性或功率因素低的負(fù)載，不宜選用繼電器輸出模塊，而應(yīng)該采用晶體管輸出模塊。如果PLC輸出帶感性負(fù)載，負(fù)載斷電時(shí)會(huì)對(duì)PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對(duì)直流感性負(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對(duì)交流感性負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護(hù)PLC。當(dāng)頻率為10次/min以下時(shí)，既可采用繼電器輸出方式;也可采用PLC輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器或者固態(tài)繼電器(SSR)，再驅(qū)動(dòng)負(fù)載;對(duì)于兩個(gè)重要輸出量不僅在PLC內(nèi)部互鎖，建議在PLC外部也進(jìn)行硬件上的互鎖，以加強(qiáng)PLC系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。輸入電路:PLC輸入電路電源一般應(yīng)采用DC24V，這對(duì)系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關(guān)重要，同時(shí)其帶負(fù)載(接近開(kāi)關(guān)等)時(shí)要注意容量，同時(shí)作好防短路措施(因?yàn)樵撾娫吹倪^(guò)載或短路都將影響PLC的運(yùn)行)，建議該電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜熔絲，防止短路，以直流輸入模板為例。 3.4.4 開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)的節(jié)省和模擬量I/O模塊的代用 相同控制作用且每個(gè)接點(diǎn)在編程中僅使用一次的若干個(gè)輸入接點(diǎn)，可在外部電路進(jìn)行串、并聯(lián)后作為一個(gè)輸入點(diǎn)處理，編程時(shí)用常開(kāi)編程接點(diǎn)。如某個(gè)設(shè)備的多個(gè)故障信號(hào)接點(diǎn)可在外部電路串聯(lián)后接在一個(gè)輸入點(diǎn)上，而不必占用多個(gè)輸入點(diǎn)。相同控制邏輯的輸出，如集中聯(lián)鎖控制系統(tǒng)發(fā)往各現(xiàn)場(chǎng)的啟動(dòng)預(yù)告信號(hào)，可只用一個(gè)輸出點(diǎn)，再用接線端子擴(kuò)展至各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 3.4.5 抗干擾措施 由于產(chǎn)生干擾的因素是復(fù)雜而多樣的，因此采取的抗干擾措施要根據(jù)情況而定。PLC供電電源一般為AC85-240V，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1:l隔離變壓器等);隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級(jí)線圈屏蔽層與初級(jí)電氣中性點(diǎn)接大地，次級(jí)線圈屏蔽層接PLC輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。設(shè)置一個(gè)PLC信號(hào)專(zhuān)用接地裝置。該裝置不能和防雷接地裝置、電器設(shè)備接地裝置有金屬連接。接地電阻可參見(jiàn)使用說(shuō)明書(shū)，一般小于100。即可。接地線進(jìn)入PLC控制柜中的信號(hào)接地端子排。當(dāng)出現(xiàn)干擾時(shí)將PLC的接線端子與信號(hào)接地端子排連。 3.5 系統(tǒng)資源分配 3.5.1 I/O地址分配 由于CPU模塊有14點(diǎn)數(shù)字量輸入，10點(diǎn)數(shù)字量輸出，所以不再需要I/O模塊。采用I/O自動(dòng)分配方式，模塊上的輸入端子對(duì)應(yīng)的輸入地址是X000-X015，輸出端子對(duì)應(yīng)的輸出地址是Y000-Y011。 3.5.2 數(shù)字量輸入部分 這個(gè)控制系統(tǒng)的輸入有啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)、停止按鈕開(kāi)關(guān)、5個(gè)呼叫按鈕開(kāi)關(guān)、5個(gè)行程開(kāi)關(guān)共12點(diǎn)輸入。具體的輸入分配如表3.1所示。 表3.1 輸入地址分配 輸入地址 對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備 X000 啟動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān) X001 停止按鈕開(kāi)關(guān) X002 1號(hào)站呼叫按鈕開(kāi)關(guān) X003 2號(hào)站呼叫按鈕開(kāi)關(guān) X004 3號(hào)站呼叫按鈕開(kāi)關(guān) X005 4號(hào)站呼叫按鈕開(kāi)關(guān) X006 5號(hào)站呼叫按鈕開(kāi)關(guān) X007 1號(hào)站行程開(kāi)關(guān) X10 2號(hào)站行程開(kāi)關(guān) X011 3號(hào)站行程開(kāi)關(guān) X012 4號(hào)站行程開(kāi)關(guān) X013 5號(hào)站行程開(kāi)關(guān) 3.5.3 數(shù)字量輸出部分 這個(gè)控制系統(tǒng)需要控制的外部設(shè)備只有控制小車(chē)運(yùn)動(dòng)的三相電動(dòng)機(jī)。但是電機(jī)有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器，所以輸出點(diǎn)有2個(gè)。具體的輸出分配表如表3.2所示。 表3.2 輸出地址分配 輸出地址 對(duì)應(yīng)外部設(shè)備 Y000 電機(jī)正傳繼電器 Y001 電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器 Y002 電機(jī)停車(chē) Y002 裝料電機(jī)繼電器 Y003 卸料電機(jī)繼電器 3.5.4 內(nèi)部繼電器部分 內(nèi)部繼電器地址分配如表3.3所示。 表3.3 內(nèi)部繼電器地址分配 內(nèi)部繼電器地址 功能說(shuō)明 M0 小車(chē)運(yùn)行停止 M1 1號(hào)站呼叫 M2 2號(hào)站呼叫 M3 3號(hào)站呼叫 M4 4號(hào)站呼叫 M5 5號(hào)站呼叫 M6 有呼叫信號(hào) M7 小車(chē)途徑站編號(hào)＝呼叫站編號(hào) M8 小車(chē)途徑站編號(hào)＝裝料站編號(hào) 3.6 工作臺(tái)設(shè)計(jì) 3.6.1膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)與工作過(guò)程 如圖所示為固定式膠帶輸送機(jī)的一般結(jié)構(gòu)。它主要由輸送帶、驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪、支承裝置（上、下托輥）、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、進(jìn)料裝置、卸料裝置和機(jī)架等部分組成。驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪及上、下托輥通過(guò)軸固定安裝于機(jī)架，輸送帶環(huán)繞于驅(qū)動(dòng)輪和張緊輪，形成封閉環(huán)形的運(yùn)轉(zhuǎn)構(gòu)件，為了防止輸送帶下垂，每隔一定距離安裝了可轉(zhuǎn)動(dòng)的上、下托輥，支承輸送帶，驅(qū)動(dòng)裝置安裝于驅(qū)動(dòng)輪端（頭部），通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪的磨擦傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)輸送帶的驅(qū)動(dòng)，安裝于張緊輪端（尾部）的張緊裝置可完成輸送帶的張緊。 圖3.4 1、輸送帶 輸送帶是承載、傳遞動(dòng)力和輸送物料的重要構(gòu)件。糧油、飼料加工廠中常用普通型和輕型橡膠輸送帶，它由數(shù)層帶膠的帆布帶經(jīng)硫化膠結(jié)后的芯層和上下表面橡膠覆蓋層組成。其規(guī)格尺寸主要為膠帶寬度，標(biāo)準(zhǔn)值一般為300mm、400mm、500mm、650mm、800mm、1000mm、1200mm等。橡膠輸送帶的連接方法有硫化連接和機(jī)械連接法兩種。 2、支承裝置 支承裝置的作用是支承輸送帶和物料，防止輸送帶下垂。其結(jié)構(gòu)如圖所示，它主要由支架和托輥兩部分組成，托輥可隨輸送帶的前進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的支承裝置有單節(jié)平型和多節(jié)槽型[16]，前者用于輸送包裝物料和輸送機(jī)的無(wú)載分支（下托輥），后者用于輸送散 體物料。 圖3.5 驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪。主要包括軸、軸承和滾筒等部分。它們的作用是支承、驅(qū)動(dòng)和張緊輸送帶。 （a）.鋼板焊制 （b）.鑄鐵澆制 圖3.6 3、驅(qū)動(dòng)裝置 圖為膠帶輸送機(jī)頭部結(jié)構(gòu)，其中驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪等部分構(gòu)成，它的作用是進(jìn)行動(dòng)力傳遞，實(shí)現(xiàn)輸送帶的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 4、張緊裝置 張緊裝置是用于實(shí)現(xiàn)輸送帶的張緊，保證輸送帶有足夠的張力的構(gòu)件。它安裝于輸送機(jī)尾部的張緊輪上，工程實(shí)際中常用的有滑塊式螺桿張緊裝置和小車(chē)式張緊裝置，前者一般用于移動(dòng)式膠帶輸送機(jī)，后者用于張力較大的固定式膠帶輸送機(jī)。 5、進(jìn)卸料裝置 輸送包裝物料時(shí)，進(jìn)卸料用傾斜淌板，中間卸料用擋板；輸送散裝物料時(shí)，進(jìn)卸料用進(jìn)料斗和卸料斗，中間卸料用卸料小車(chē)。 了解了膠帶輸送的一般結(jié)構(gòu)后，下面來(lái)分析其工作過(guò)程。物料通過(guò)進(jìn)料裝置進(jìn)入輸送帶，由于輸送帶的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將物料輸送到卸料點(diǎn)，然后利用卸料裝置將物料卸下，卸完料后的空帶經(jīng)下部空載段回帶。概括起來(lái)就是：利用環(huán)繞并張緊于驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪的封閉環(huán)形輸送帶作為承載、牽引和輸送物料的構(gòu)件，通過(guò)輸送帶的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)物料的輸送。 3.6.2簡(jiǎn)單計(jì)算及選用 1、輸送量計(jì)算 輸送散體物料時(shí)，膠帶輸送機(jī)的輸送量與所采用的支承裝置型式有關(guān)，通?？衫靡韵陆?jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 對(duì)于平直單托輥： Q=150B2υrC（t/h） 對(duì)于側(cè)托輥傾角α=300的三節(jié)式槽型托輥： Q=200B2υrC(t/h) 對(duì)于側(cè)托輥傾角α=300的二節(jié)式槽型托輥： Q=220B2υrC(t/h) 對(duì)于側(cè)托輥傾角α=450的三節(jié)式槽型托輥： Q=240B2υrC(t/h) 對(duì)于側(cè)托輥傾角α=600的三節(jié)式槽型托輥： Q=250B2υrC(t/h) 式中：O——輸送量(t/h) B——輸送帶寬度(m)； υ——輸送帶線速度，即輸送速度(m／s)，其大小與輸送距離、輸送寬度、輸送傾角及物料種類(lèi)等因素有關(guān)，通常顆粒狀物料可取1.5—4.0m／s，粉狀物料取0.8—1.25m／s，包裝物料取1—1.5m／s； r——物料容重(kg／m3)，查附錄四得出。 C——傾斜輸送的傾角系數(shù)，輸送傾角β=00一7 0時(shí)，C=1；β=80～150時(shí)，C=0.9—0.95；β=160一20 0時(shí)，C=0.8—0.9；β=210一25 0時(shí)，C=0.75—0.8。 輸送包裝物料時(shí)： 式中：G——每包物料重量 υ——輸送速度(m/s) a——兩包物料間的平均距離(m)。 輸送包裝物料時(shí)的膠帶寬度，一般比糧包寬度大100—200mm。 實(shí)際計(jì)算時(shí)，一般都是利用輸送量計(jì)算式根據(jù)輸送量確定帶寬，在此基礎(chǔ)上選定所用輸送機(jī)的型號(hào)。 [例題] 某面粉廠用一臺(tái)固定式膠帶輸送機(jī)在水平方向輸送小麥(r=0.75t／m3)知輸送量為70t／h。試確定輸送機(jī)帶寬。 解：根據(jù)輸送機(jī)工作條件及物料種類(lèi)，初取υ=2.5m／s，水平輸送C=1。如選用側(cè)托輥傾角為300的三節(jié)槽型托輥，根據(jù)： B= 應(yīng)選用帶寬為500mm的膠帶，此時(shí)υ=2.13(m／s)。 如選用側(cè)托輥傾角為300的二節(jié)槽型托輥，根據(jù)： 應(yīng)選用帶寬為500mm的膠帶，此時(shí)υ=1.94(m／s)。 如選用側(cè)托輥傾角為450的三節(jié)槽型托輥，根據(jù)： 還應(yīng)選用帶寬為500mm的膠帶，此時(shí)υ=1.78(m／s)。 如選用側(cè)托輥傾角為600的三節(jié)槽型托輥，根據(jù)： 仍應(yīng)選用帶寬B為500mm的膠帶，此時(shí)υ=1.7(m/s)。 通過(guò)以上計(jì)算，比較幾種情況，應(yīng)選用帶寬B為500mm的輸送帶，支承裝置應(yīng)選用側(cè)托輥傾角為300的三節(jié)槽型托輥，此時(shí)實(shí)際輸送速度為2.13m/s。 2、選用 膠帶輸送機(jī)的型號(hào)表示方法： 完整的型號(hào)表示包括的內(nèi)容與斗提機(jī)相同。舉例如下： TDSP50X100型膠帶輸送機(jī) T——專(zhuān)業(yè)代號(hào)(糧油機(jī)械通用設(shè)備)； DS——品種代號(hào)(膠帶輸送機(jī))； P——型式代號(hào)（水平式）；[膠帶輸送機(jī)型式較多，常見(jiàn)的型號(hào)代號(hào)為：G（固定式）、X（傾斜式）、S（伸縮式）、Z（轉(zhuǎn)向式）、Y（移動(dòng)式）]； 50×100——規(guī)格代號(hào)[帶寬（cm）×中心距（m）]。 膠帶輸送機(jī)的選用，除了應(yīng)遵循輸送設(shè)備選用的一般原則，具體選用時(shí)還應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： 1．根據(jù)工藝的要求及有關(guān)工作條件，確定所選輸送機(jī)的機(jī)型。一般情況，糧油、飼料加工廠較長(zhǎng)距離水平或傾角較小的傾斜方向散體或包裝物料輸送，應(yīng)選用固定式水平膠帶輸送機(jī)，短距離傾斜方向散體或包裝物料的輸送或裝卸應(yīng)選用移動(dòng)式膠帶輸送機(jī)。 2．根據(jù)物料是散裝或包裝及輸送量大小，確定支承托輥的型式。無(wú)載分支均應(yīng)選用平直單托輥，有載分支輸送包裝物料時(shí)選用平直單托輥，輸送散裝物料時(shí)，選用不同型式的槽形托輥。 3．根據(jù)工藝所需輸送量計(jì)算確定輸送帶寬度，然后依據(jù)輸送長(zhǎng)度及有關(guān)條件確定型號(hào)規(guī)格。選型時(shí)可參考有關(guān)資料中關(guān)于膠帶輔送機(jī)的規(guī)格及參數(shù)的內(nèi)容。 圖3.7 安裝時(shí)應(yīng)注意保證機(jī)架中心線與輸送機(jī)縱向中心線重合，所有托輥與驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪應(yīng)在同一水平面內(nèi)，且軸線與輸送機(jī)縱向中心線垂直。 2．操作與維護(hù) 膠帶輸送機(jī)在操作時(shí)同樣應(yīng)遵循“空載起動(dòng)，空載停車(chē)” 的原則。同時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題： （1）開(kāi)機(jī)前應(yīng)檢查輸送帶的松緊程度，以免出現(xiàn)輸送帶下垂、打滑空轉(zhuǎn)或拉斷等現(xiàn)象?？赏ㄟ^(guò)張緊裝置調(diào)節(jié)輸送機(jī)的松緊。 （2）工作時(shí)，應(yīng)經(jīng)常檢查托輥的工作情況，如托輥有不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，將導(dǎo)致運(yùn)行阻力增大，膠帶嚴(yán)重磨損。 （3）注意輸送帶的保養(yǎng)，嚴(yán)禁其與汽油、柴油、機(jī)油等腐蝕性物質(zhì)接觸，經(jīng)常檢查清除表面粘附物。 （4）注意定期對(duì)驅(qū)動(dòng)輪、張緊輪等轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件加注潤(rùn)滑油。 （5）應(yīng)定期對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行檢修，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，以保證其使用壽命。 （6）輸送機(jī)應(yīng)注意保管，避免日曬、夜露和雨淋，防止腐蝕和生銹。如長(zhǎng)期不使用，應(yīng)放松輸送機(jī)，入庫(kù)保存。 3.6.3 輸送帶 輸送帶的種類(lèi)很多，按照其制作材料的種類(lèi)可分為： 1、橡膠帶 橡膠帶在生產(chǎn)中應(yīng)用最廣，它是由若干層棉織物或化纖織物相互結(jié)合，并在外表上履上橡膠制成的。上下兩面所履的橡膠稱(chēng)履面。上覆面是輸送帶的 承載面，與被運(yùn)物料相接觸，其厚度為2-6mm。下覆面是輸送帶與滾筒及支撐拖滾想接觸的一面，也稱(chēng)運(yùn)轉(zhuǎn)面，厚度常為1.5——2mm橡膠帶兩側(cè)及易磨損，故采用高耐磨性的材料。 一般的腹面材料為天然橡膠、丁納膠或特種材料，應(yīng)其防滑性好，輸送可靠，應(yīng)此被廣泛的應(yīng)用于一般的輸送裝置中。 圖3.8 2、塑料帶 3、合成繩芯和細(xì)鋼繩芯帶 輸送帶的接頭方法有兩種，一種是機(jī)械接頭，另一種是硫化接頭塑化接頭。橡膠帶常用機(jī)械接頭和硫化接頭。 TD75型通用固定帶式輸送?? DT75型通用固定帶式輸送機(jī)為全國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的輸送機(jī)，主要用于各種散狀物料的輸送、如煤炭、礦石、焦炭、砂子、爐渣、糧食等，是工礦企業(yè)、港口碼頭、電力、倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)較理想的輸送設(shè)備。 3.6.4驅(qū)動(dòng)滾筒 驅(qū)動(dòng)滾筒是輸送帶裝置中傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力的重要部件。為了傳遞必要的前應(yīng)力，輸送帶與滾筒間必須有足夠的摩擦力，滾筒與輸送帶弧面上摩擦力的綜合及為滾筒所傳遞的圓周力，也稱(chēng)牽應(yīng)力。 提高牽引力的途徑有三：其一、增大饒出段張力，但輸送帶強(qiáng)度也相應(yīng)提高，輸送帶的造價(jià)也隨之增加，可見(jiàn)這并不是很好的辦法。其二，增大摩擦系數(shù)。其三，增大包角數(shù)值，可采用加張緊輪。滾筒的結(jié)構(gòu)形式基本上有四種：鋼板卷制焊接、無(wú)縫鋼管、鑄鋼及鑄焊聯(lián)合機(jī)構(gòu) 第四章 基于PLC的運(yùn)料小車(chē)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 4.1 系統(tǒng)工作原理分析 4.1.1 運(yùn)料小車(chē)的運(yùn)動(dòng)流程 某自動(dòng)生產(chǎn)線上運(yùn)料小車(chē)的運(yùn)動(dòng)如圖4.1所示，運(yùn)料小車(chē)由一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車(chē)向右行，電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車(chē)向左行。在生產(chǎn)線上有5個(gè)編碼為1-5的站點(diǎn)供小車(chē)停靠，在每個(gè)?？空景惭b一個(gè)行程開(kāi)關(guān)以監(jiān)測(cè)小車(chē)是否到達(dá)該站點(diǎn)。對(duì)小車(chē)的控制除了啟動(dòng)按鈕和停止按鈕之外，還設(shè)有5個(gè)呼叫按鈕開(kāi)關(guān)（HJ1-HJ5）分別與5個(gè)?？空军c(diǎn)相對(duì)應(yīng)。 經(jīng)分析，運(yùn)料小車(chē)的整個(gè)工作過(guò)程如下： 開(kāi)始按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，小車(chē)停在裝料站等待，系統(tǒng)檢測(cè)到呼叫信號(hào)，裝料站電機(jī)運(yùn)行開(kāi)始裝料，同時(shí)定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)滿(mǎn)120S時(shí)，小車(chē)右行，系統(tǒng)檢測(cè)到途徑站點(diǎn)編碼為呼叫站點(diǎn)編碼，小車(chē)停止，卸料電機(jī)工作開(kāi)始卸料，同時(shí)定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)滿(mǎn)120S時(shí)，小車(chē)左行，系統(tǒng)檢測(cè)到途徑站點(diǎn)編碼為裝料站點(diǎn)編碼，小車(chē)停止等待，如此循環(huán)往復(fù)。 圖4.1 運(yùn)料小車(chē)示意圖 4.1.2設(shè)備控制要求 運(yùn)料小車(chē)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能及控制要求如下： 實(shí)現(xiàn)一處裝料、多處卸料（不少于四處）的小車(chē)自動(dòng)運(yùn)料。當(dāng)沒(méi)有呼叫信號(hào)時(shí)小車(chē)停在裝料處等待呼叫信號(hào)。 經(jīng)分析，運(yùn)料小車(chē)在自動(dòng)化生產(chǎn)線上運(yùn)動(dòng)的控制方案如下： （1）按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （2）當(dāng)小車(chē)當(dāng)前沒(méi)有接收到呼叫信號(hào)時(shí)，小車(chē)原地等待直至收到呼叫信號(hào)，呼叫按鈕開(kāi)關(guān)應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 （3）當(dāng)小車(chē)接收到呼叫信號(hào)時(shí)，裝料電機(jī)開(kāi)啟，小車(chē)開(kāi)始裝料，120s后，小車(chē)向右運(yùn)行，運(yùn)行到按對(duì)應(yīng)的呼叫站時(shí)停止； （4）當(dāng)小車(chē)停在呼叫站點(diǎn)時(shí)，卸料電機(jī)開(kāi)啟，小車(chē)開(kāi)始裝料，120s后，小車(chē)向左運(yùn)行，運(yùn)行到裝料站時(shí)停止；如此循環(huán)往復(fù)。 4.2 系統(tǒng)硬件介紹 (1)低壓斷路器 圖4.2 低壓斷路器圖 低壓斷路器也稱(chēng)為自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)，用來(lái)接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可以用來(lái)控制不頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。 (2)接觸器 圖4.3 接觸器圖 接觸器是用于遠(yuǎn)距離頻繁接通和分?jǐn)嘟恢绷骰芈芳按笕萘坑秒娀芈返牡蛪嚎刂齐娖鳌Ｖ饕刂茖?duì)象是電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)啟停、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和調(diào)速等控制功能。 (3)熔斷器 圖4.4 熔斷器圖 熔斷器主要用于短路保護(hù)。 (4)主令電器 圖4.5 主令電器圖 主令電器是一種專(zhuān)門(mén)發(fā)布命令的電器，用來(lái)接通和斷開(kāi)控制電路，實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象的啟動(dòng)、停止、急停等操作。只能用于控制電路，不允許分合主回路。 4.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件接線圖如圖4.6、4.7所示， 圖4.6 主電路圖 圖4.7 系統(tǒng)控制電器圖 圖中KM1 和KM2 分別是控制電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行（小車(chē)前進(jìn)）和反轉(zhuǎn)運(yùn)行（小車(chē)后退）的交流接觸器。用KM1 和KM2 的主觸點(diǎn)改變進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的三相電源的相序, 即可以改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。電路外部無(wú)需接互鎖輔助常閉觸點(diǎn)，F(xiàn)X-1N的內(nèi)部程序已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)此功能。通過(guò)主電路與PLC 的控制電路的接線,才能實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)系統(tǒng)的控制。 4.4 系統(tǒng)控制流程 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，分析出如下系統(tǒng)控制流程圖， 圖4.8 控制系統(tǒng)流程 第五章 系統(tǒng)軟件源程序設(shè)計(jì)