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1、精选优质文档-倾情为你奉上XXXXX学院课程设计说明书设计题目: 电动运输小车的PLC控制系统设计 学生姓名： XXXXX 学 号： XXXXX 专业班级： XXXXX 指导教师： XXXXX 2012 年 12 月 7 日内容摘要随着经济的发展，电动运输小车在医药、冶金、建材、饲料加工等行业被广泛地应用，不仅节省了人力和物力，而且也提高了产品的质量，提高了生产率，同时也可以实现现代化科学管理。本设计介绍的是基于可编程控制器西门子S7-200的电动运输小车的设计与实现，能够指示小车的停车位和呼车功能、是否可以呼车及小车是否到位、能够实现电机正转、电机反转、可以紧急停车等功能。本文阐述了可编程控
2、制器西门子S7-200的功能特点以及操作。提出了系统的总体设计方案。本系统具有价格低廉、高可靠性、高性能和智能化的特点。通过该系统的成功研制和应用，生产效率将大幅提高，工人的劳动强度将大幅度降低，控制精度也将进一步提高。关键词：可编程控制器；呼车；西门子S7-200；PLC目 录专心-专注-专业第1章 引 言这篇论文是以西门子S7-200为主要载体，结合他对应的编程软件来对运输小车的控制进行编程，虽然没有具体的见到他的硬件，但是也对这样一个程序对应的接口做了了解。PLC技术代表了当今电气程序控制的世界先进水平。它与数控技术，工业机器人技术已成为机械工业自动化和CIM的三大支柱。据预测，在90年
3、代，美、日、德等发达国家的控制屏将完全由PLC所占据。由于PLC吸收了微电子技术和计算机技术的最新成果，发展十分迅速，使它已远远超出单纯取代继电器的应用领域，远远超出逻辑控制的范畴，在从单机自动化到整条生产线自动化，乃至整个工厂的生产自动化；从FMS、工业机器人到大型分散型控制系统中都担当着重要角色。本次课程设计的主要内容是用PLC控制电动运输小车的运动。运输小车在8个工位之间作有条件的运动。每个工位各有一个呼车按钮，一个行程开关和一个指示灯。呼车按钮用于呼车，当该工位需要呼车时，按下该工位的呼车按钮，小车运动到该工位点。行程开关的作用在于使小车在当前停车工位与呼车工位相比较之后，自行运动至该
4、呼车工位后自动停止。若呼车工位大于停车工位，小车前进；若呼车工位小于停车工位，小车后退。指示灯是呼车的标志信号。指示灯亮，表示8个工位可以呼车；指示灯灭，表示已经有工位呼车，其他工位不能呼车。本次设计的主电路非常简单，仅需用PLC控制两个接触器实现电动机的正反转。电动机正转，小车前进；电动机反转；小车后退。此次设计的重点在于PLC控制设计的编程部分。要实现按下呼车工位后，小车自行运动并在到达呼车工位后小车自动停止的控制要求，需要将每个工位处的呼车工位与停车工位（由各工位的行程开关控制）分别从1开始依次编号，并存于CPU的寄存器中，通过呼车工位号与停车工位号的比较，控制小车的前进和后退。在此基础
5、上，确定输入输出的点数，选择适当的CPU型号，在软件上编程调试，实现控制要求。第2章 系统总体方案设计2.1 总体方案选择说明首先来分析下整个运输小车的控制系统。（1）主电路实现电动机的正反转，每路中均安装断路器和热继电器，以保护电动机的正常运行。按下启动按钮SB八盏指示灯全亮某个行程开关闭合将该工位号VB0传入系统(2）按下某个呼车按钮系统得电并自锁，八盏指示灯全灭将该呼车位号VB1传入系统系统对VB0，VB1进行大小比较根据比较结果进行正，反转或原位不动辅助继电器M3得电，其动断触点M0.3断开其他呼车按钮呼车无效小车到达所呼车位时，定时器T37启动30s后其动断触点断开辅助继电器M1失电
6、，八盏指示灯全亮，其他呼车按钮呼车有效（3）假如小车停在3位，而3号工作台呼叫，则小车原位不动。(4)安装一个启动和停止按钮，用以总体控制小车的启动与停止。(5)控制要求由PLC编程实现。2.2 控制方式选择编程软件采用西门子S7-200软件可编程控制器。支持梯形图、指令表等语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。梯形图语言是在继电器控制电路图的基础上发展而来的。最大的优点就是直观易懂，使用简单方便。对来自电气方面的用语，通过梯形图很容易就能掌握，同时它也是PLC的主要编程语言。助记符语言与汇编语言类似，它使用字符来代表可编程控制器的某种操作，
7、这就要求用户要有一定的计算机编程基础。在我们编程之前要非常熟悉西门子S7-200软件可编程控制器的指令语言，这样我们才能够设计出真确的控制程序 。将PLC应用到小车循环运动控制系统，可实现小车的自动化控制，降低系统的运行费用。PLC小车循环运动控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便等优点。由于继电器-接触器控制系统电路复杂、接线繁琐，且不易实现控制要求，所以本次设计选择PLC控制系统。我们电动运输小车的任务主要由两大部分，其中最主要的就是运输小车的PLC梯形图设计，也就是程序设计；其次是三相异步电机的驱动主电路设计。为此我们采用了PLC控制系统。因为
8、PLC控制系统具有简便的编程性。PLC相当于一个微型计算机，内部有CPU可以用来处理一些普通指令和更多的特殊功能指令。还有许多的存储器可以存放数据，在作为工业控制的情况下，我们可以把PLC当成是一个集成了许多继电器的盒子，可以单纯的把PLC当成是一个开关。因为此次的小车所需的输入、输出比较少，所以使用了西门子的S7-200-CPU226型号的PLC。这个型号的PLC提供了24个输入和16个输出口。根据任务书要求输入只需要19个，输出需要3个满足设计要求。在硬件上需要实现电机的正反转，这利用了继电器线圈通电常开点闭合、常闭点断开的特点来改变电机的旋转方向。2.3 系统可靠性设计由于采用的是PLC
9、控制系统，它具有以下优点，完全满足可靠性要求（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。第章 PLC控制系统设计3.1 控制要求分析本次设计是运输小车的控制设计，如图3-1所示，其
10、中电动运输车供8个加工点使用。控制要求如下：（1）PLC上电后，车停在某加工点（也称工位），若没有用车呼叫（也称呼车）时，则各工位的指示灯亮，表示各工位可以呼车。（2）若某工位呼车时，工位的指示灯均灭，表示此后再呼车无效。（3）停车位呼车则小车不动。当呼车位号大于停车位号时，小车自动向高位行驶，当呼车位号小于停车位号时，小车自动向低位行驶。当小车到达呼车位时自动停车。（4）小车到达某工位时应停留30s供该工位使用，不应立即被其他工位呼走。（5）临时停电后再复电，小车不会自动启动。ST1SB1ST2SB2ST3SB3ST4SB4ST5SB5ST6SB6ST7SB7ST8SB8图3-1 运输小车控
11、制示意图3.2 设计主电路根据控制要求可以对其设计。通过分析可知，本此设计的主电路只需实现小车的正反转即可。因此可以通过两个接触器分别控制其正反转，即只需两相电源反接，实现正反转控制。主电路图如图3-2所示。L1L3L2QSKM1KM2FUFRM3图3-2 主电路控制图3.3 绘制控制流程图 根据控制要求及电气控制图，可以绘出以下控制流程图。如图3-3所示。开始按启动按钮是否停车位呼车位停车位呼车位是是是是是是否否否是否否小车右行小车左行停车位=呼车位停车位=呼车位小车停止小车停止按呼叫按钮结束图3-3 运输小车控制流程图3.4 确定I/O信号数量，选择PLC类型本次设计共有19个输入信号。每
12、个工位处有一个呼叫开关，当需要呼车时按下相应的呼叫开关，小车开始向呼叫位行驶。每个呼叫位应有一个行程开关，使得当小车到达呼叫位时，自动停止。另外，还有一个启动开关和停止开关，用以控制整个电路的启闭。若临时停电后再复电，小车也不会自动启动。还有一个热继电器，保护主电路。共有3个输出信号。其中控制电动机的正反转需要2个信号，还有一个控制指示灯的亮灭。据此可选择的S7-200系列PLC的CPU类型有226。CUP226共有24个输入端口和16个输出端口，可以满足本此设计要求，并且也可满足可靠性的要求。3.5 I/O点的分配与编号本设计中输入信号需要1个启动开关和1个停止开关，分别对应CPU226输入
13、端口的I0.0和I0.1端口；小车运行中共有8个工位，每个工位对应1个呼叫开关，共8个呼叫开关，分别对应CPU226输入端口的I1.0， I1.1， I1.2, I1.3，I1.4，I1.5，I1.6，I1.7；每个工位处还有一个行程开关，用于控制小车到达呼叫工位时自动停止，这8个行程开关分别对应输入端口的I2.0，I2.1，I2.2，I2.3，I2.4，I2.5，I2.6，I2.7；还有1个保护电路的热继电器。输出信号中，控制电源的正反转信号需要2个输出信号，分别是Q0.0和Q0.1；1个控制8个指示灯亮灭的信号，对应Q0.2。根据PLC控制系统所需控制信号及CPU226的输入/输出端口，本
14、此设计的I/O地址分配表如表3-1所示。表3-1 I/O地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号输入信号启动信号启动按钮开关SBI0.0停止信号停止按钮开关SB0I0.1工位1限位信号行程开关ST1I2.0工位2限位信号行程开关ST2I2.1工位3限位信号行程开关ST3I2.2工位4限位信号行程开关ST4I2.3工位5限位信号行程开关ST5I2.4工位6限位信号行程开关ST6I2.5工位7限位信号行程开关ST7I2.6工位8限位信号行程开关ST8I2.7工位1呼叫信号呼叫开关SB1I1.0工位2呼叫信号呼叫开关SB2I1.1工位3呼叫信号呼叫开关SB3I1.2工位4呼叫信号呼
15、叫开关SB4I1.3工位5呼叫信号呼叫开关SB5I1.4工位6呼叫信号呼叫开关SB6I1.5工位7呼叫信号呼叫开关SB7I1.6工位8呼叫信号呼叫开关SB8I1.7热继电器信号热继电器BBI0.2输出信号前进信号电动机正转控制接触器KM1Q0.0后退信号电动机反转控制接触器KM2Q0.1指示灯信号指示灯HLQ0.23.6 I/O接线图根据以上I/O分配表和CPU226的输入输出端口分布，可以进行系统接线图设计，如图3-3所示。图3-3 运输小车PLC控制系统的I/O接线图3.7 控制程序编制1. 程序设计关键点（1）运输小车的前进和后退小车经过某工位时，碰触该工位的行程开关，从而将该工位号，即
16、停车位号存于CPU寄存器VB1中。按下呼车按钮，将该工位的工位号放入CPU另一寄存器VB0中。两寄存器进行比较，若呼车工位号大于停车位号，小车前进；若呼车工位号小于停车位号，小车后退；若呼车工位号等于停车位号，小车自动停止。（2）保护电路主电路中，需要串入热继电器FR作为保护电路，热继电器FR的一个常闭触点作为输入信号，当主电路电流过大，热继电器控制信号发出信号，使热继电器常闭触点断开，使电动机停止工作。2. 编写梯形图根据控制要求及I/O分配表，在STEP 7Micro/WIN中作出梯形图，如下所示（梯形图为STEP 7-Micro/WIN编程软件中的截图）。3.8 语句表TITLE=PRO
17、GRAM COMMENTSNetwork 1 / Network Title/ 启动、停止LD I0.0O M0.0AN I0.1= M0.0Network 2 / 可呼车标志LD M0.0AN M0.1= Q0.2Network 3 / 停车工位1号送VB0LD M0.0A I2.0MOVB 1, VB0Network 4 / 停车工位2号送VB0LD M0.0A I2.1MOVB 2, VB0Network 5 / 停车工位3号送VB0LD M0.0A I2.2MOVB 3, VB0Network 6 / 停车工位4号送VB0LD M0.0A I2.3MOVB 4, VB0Network
18、7 / 停车工位5号送VB0LD M0.0A I2.4MOVB 5, VB0Network 8 / 停车工位6号送VB0LD M0.0A I2.5MOVB 6, VB0Network 9 / 停车工位7号送VB0LD M0.0A I2.6MOVB 7, VB0Network 10 / 停车工位8号送VB0LD M0.0A I2.7MOVB 8, VB0Network 11 / 呼车工位1号送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.0MOVB 1, VB1Network 12 / 呼车工位2号送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.1MOVB 2, VB1Network 13 / 呼车
19、工位3号送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.2MOVB 3, VB1Network 14 / 呼车工位4号送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.3MOVB 4, VB1Network 15 / 呼车工位5号送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.4MOVB 5, VB1Network 16 / 呼车工位6号送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.5MOVB 6, VB1Network 17 / 呼车工位7号送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.6MOVB 7, VB1Network 18 / 呼车工位8号送VB0LD M0.0AN M0.3A I1.7MO
20、VB 8, VB1Network 19 / 呼车标志LD I1.0O I1.1O I1.2O I1.3O I1.4O I1.5O I1.6O I1.7O M0.1A M0.0AN T37= M0.1Network 20 / 呼车位停车位比较，电动机启动标志LD M0.0A M0.1AN M0.2LPSAB VB0, VB1AN Q0.0= Q0.1Network 21 / 到达呼车位定时30SLD M0.0AB= VB0, VB1AN T37= M0.2TON T37, 300Network 22 / 是否可呼车控制LD Q0.0O Q0.1O M0.2A M0.0A M0.1= M0.3结
21、论PLC控制运输各工位运动是本次设计的主要内容。通过对控制要求的分析，系统控制方案的确定，最后编程调试，最终实现了运输小车的控制要求。本次设计中，行程开关的运用是一大特色。用各工位的行程开关记录当前小车所在的工位号，与呼车工位号相比较，从而控制小车的前进、后退和自动停止。若没有行程开关需要手动控制小车的运动及手支停车，难以实现控制要求。另一优点是在PLC编程中运用中间继电器进行逻辑控制，使程序更加清晰、简洁，并且实现了多种控制要求。比如启动、停止按钮和呼车信号指示灯都是通过中间继电器控制，以此达到控制要求。再者，安全保护措施也符合电气控制的一般要求。过载保护，停电再复电后小车不运动，均在本次设
22、计中有所体现。本次设计也存在许多不足之处。第一，PLC控制运输小车的输入点有19个，而输出点只有3个，所选226CPU虽然能够满足控制要求，但价格较高，且未能充分利用。若改选224CPU，另扩展一个有8位输入的模块，也可满足设计需要，并且成本较低。第二，突然停电后再复电呼车时，不能保证小车当前停车的位置恰好在某一工位处。若小车处于两工位之间的某一位置，按下任何一个呼车按钮，小车均会先前进一段距离，直至行至一工位处时，才开始或前进或后退的向该呼车工位移动。当然，运输小车的PLC控制系统还有许多有待改进之处。本次设计仅有8个加工工位，但使用的CPU输入输出点数却达到了22个之多。在实际生产中，加工
23、工位远远多于8个，若还用这种控制方法显然不太可能。但在此基础上加以改进就可满足多工位的控制要求。根据排列组合的原理，多个输入共同控制输出，可以得到多种结果。比如，本次设计，用3个输入就可得到8种不同组合的输出，从而控制8个工位的呼车信号，这样可以大大减少CPU输入输出的点数，提高CPU利用率，降低成本，提高效率。设计总结本次课程设计系统地运用了机电传动与控制中的知识，特别是PLC控制方面的知识。通过本次课程设计，加深了我对PLC控制的理解和掌握。刚开始学习PLC时，我仅仅认为PLC只是一个控制系统的硬件，但是，现在，我已经非常清楚地知道了PLC原理及功能。PLC技术与数控技术和工业机器人已成为
24、工业自动化的三大支柱。要实现工业自动化，绝对离不开PLC技术的支持。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆INTERNET成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。虽然自己所编的程序的相对比较简单，但是通过的这次的自我学习
25、，也学到了许多的知识，至少学到很多独立解决问题的方法和培养了这样的能力。总体而言，我的收获还是很大的。课程设计结束之后，我已经会编写简单的PLC控制程序，会运用STEP 7-Micro/WiN编程软件等。本次课程设计对我将来的工作也有非常重要的作用，同时也可使我进一步深层次的学习，最后达到熟悉掌握PLC的水平。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。谢 辞首先，我感谢王宗才老师。本设计文是在王老师精心指导和大力支持下完成的。他平日里工作繁多，但在我做课程设计的每
26、个阶段，从确定命题查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，论文写作等整个过程中都给予了我悉心的指导。本课题在研究过程中王老师多次询问研究进程，并为同学们指点迷津，帮助我们开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。王老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，给我以终生受益无穷之道。在这次设计中王老师给我提出了许多宝贵的意见。虽然我遇到了许多困难，但是我及时的和老师讨论这些问题，最终问题都迎刃而解了。减少了我在这次设计中的困惑和完成时间。在论文撰写方面更是给予了方向性的指导和建设性的意见和建议。在此还要感谢和我一起讨论各位同学，他们热情积极，给我极大地鼓励和帮助。你们让我明白了，
27、一个人的能力是有限的，大家的力量才是强大的，没有大家的共同努力，不可能这么快完成这次课程设计的。参考文献1齐占庆等.电气控制技术.北京：机械工业出版社，2002.2余雷声等.电气控制与PLC应用.北京：机械工业出版社，2001.3廖常初.PLC编程及应用.北京：机械出版社，2002.4高钦和.可编程序控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，2004.5高钟毓.机电控制工程（第二版）.北京：清华大学出版社，2002.6吴晓君.电气控制课程设计指导.北京：中国建材工业出版社，2007.7邓星钟.机电传动控制（第三版）.武汉：华中科技大学出版社，2001.8宋伯生.PLC编程实用指南M.北京：群众出版社，2007.