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1、 昆明工业职业技术学院 毕业设计任务书 20 届 工科类 设计题目：运料小车 PLC 控制系统设计 学生姓名：朱宏东 指导教师：丁娱乐 层 次：本 科 技术职称：工程师 准考证号：学生专业：机械制造与自动化 助学中心名称：昆明工业职业技术学院 设计时间：2013 年 5 月 15 日2013 年 8 月 30 日 目录 第一章 概述 第二章 总体方案设计 第三章 硬件系统设计 第四章 软件系统设计 第五章 总结 致谢 参考文献 第一章 概述 随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用 PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生
2、产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人生安全事故，这样将给企业造成重大损失。运料小车是基于 PLC 控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于运料小车的运行，因此，运料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。运料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。本设计的主要内容有：确定运料小车控制系统的总体设计方案；设计运料小车拖动电
3、机的电器控制线路原理图；确定运料小车控制系统PLC 的型号规格，确定 PLC I/O 元件，列出 PLC I/O 元件分配表；设计运料小车控制系统的 PLC I/O接线图，PLC 程序的总体结构图和梯形图（包括公用程序、控制程序、信号显示和故障报警程序等 第二章 总体方案设计 本系统采用了 PLC 控制原理，设计总体控制方案，用组态软件进行实时控制的监控。21 送料车自动循环控制系统的构成 送料车前进和后退用开关来控制。在装料和卸料的地方有限位开关来实现，当小车到达卸料处时，碰到限位开关 SQ2，实现小车的停车和卸料动作；当小车到达装料出时，碰到限位开关 SQ1，实现小车的装料动作。22 工作
4、过程（1）第一次按下送料按钮，预先装满料的小车前进送料到达卸料处（SQ2）自动停下来卸料。（2）经过卸料所需设定的时间2 延时后，车子则自动的返回到装料处（SQ1）。（3）经过装料所需设定的时间1 延时后，车子自动的再次前进送料，卸完料后车子又自动返回装料，如此自动往返循环送料。当输入为停止信号时，系统将停止运行。工作过程如图 2.1 所示。图 2.1 送料车工作过程流程图 第三章 硬件系统设计 下图为送料小车的模拟图 某自动生产线上运料小车的运动如图3-1 所示，运料小车由一台三相异步电动机开始信号 小车前进 小车卸料 小车后退 小车装料 拖动，电机正转，小车向右行，电机反转，小车向左行。3
5、.1 运料小车 PLC 类型选择 1.根据控制要求可知，需要 2 个按钮、2 个限位开关、故需要 CPU 有至少 4 个I/O 点 2.CPU 系统要对一个模拟量进行控制，对速度要求一般。3.储存器种类选用 EPROM 类型，因它可以支持用户的改写，不需要后备电池的支持。4.应具有通信功能。5.结构形式选择模块式。综合以上控制要求选择西门子公司的 S7-200 224XP，PLC，因其具有功能强、功能强大、性价比高等特点。3.2建立 I/O 分配表 输入点 输入点作用 输出点 输出点作用 X0 启动按钮 SB0 Y0 前进 KM1 X1 停止按钮 SB1 Y1 卸料 KM2 X2 前进限位开关
6、 SQ2 Y2 后退 KM3 X3 后退限位开关 SQ1 Y3 装料 KM4 3.3 绘制 PLC 接线图 3.4 送料小车自动控制主电路图 三相异步电动机正反转主电路图 3.5电机的选择 伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可以使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩转速以驱动控制对象。在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。表 3-3 电机参数表 参数 型号 转矩（不小于）/(N.m)电流/A 电压/V 功率/W 最大
7、空载转速/(r/min)重量/kg 36LY54 9.8210 1.6 27 13 3500 0.1 55LY53 2.45110 3.8 12 45.4 1500 0.25 160LY51 4.9 3.8 27 102 160 1.8 2K-12F 0.16 4.5 220 0.76 1000 90 110SZ01 0.784 0.9 220 123 1500 701YX 1.8 7.52 27 194.4 900 依据运料小车控制系统的工艺流程、实际控制需求，本设计是利用西门子PLC 输出的模拟量、伺服控制器完成了对伺服电机转速精准的控制。提高了系统控制的可靠性和精确度。表 3-3 为部分
8、电机参数表，通过参数对比，选用的电机型号是 LY 系列 55LY53 直流力矩电动机。第 四 章 软件系统设计 4.1 PLC 程序的设计 根据控制系统要求，分析出如下列系统流程图。5-2 系统流程图 根据控制系统设计，在西门子编程软件中，编写程序。将对应程序转换成相应梯形图输入编程软件中，如图 5-3 所示；图 5-3 程序梯形图 4.2 组态监控设计 小车运行的现场监控时采用基于组态王的上位机来实现的。利用上位机的数据通信手段，数据处理能力和图形显示、多媒体技术，可以通过现场总线，实时接收和处理下位机PLC从现场采集的各种状态、控制、报警信号，并利用这些信 号驱动PC控制界面中的各种图形，
9、实时显示现场的各种状况，在操作员和停车库之间构造出形象、直观的界面，对操作运行和故障给出提示、报警等。4.2.1 组态王与 PLC 的通信 组态王把每一台与之通信的设备看作是外部设备。为实现组态王和外部设备通信，组态王内置了大量设备的驱动程序作为组态王和外部设备的通信接口。在开发过程中只需根据工程浏览器提供的“设备配置向导”一步步完成连接过程即可实现组态王和PLC的链接。在运行期间，组态王就可和PLC交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。本次设计中使用仿真PLC和组态王通信，仿真PLC可以模拟PLC为组态王提供数据，设定PLC链接在计算机的COM1口。对串行通信接口参数设置如图4-1：图 4
10、-1 串行通信接口参数设置 定义外部设备PLC1的步骤如下：在组态王工程浏览器的左侧选中“COM1”，在右侧双击“新建”，运行“设备配置向导”，在“PLC”下选择“亚控”；选择“仿真PLC”的“串口”项，单击“下一步”；为外部设备取一个名称，输入PLC1，单击“下一步”；为设备选择连接串口，设为COM1，单击“下一步”；填写设备地址：2，单击“下一步”；设置通信故障恢复参数（一般情况下使用一天默认设置即可），单击“下一步”；检查各项设备是否正确，确认无误后，单击“完成”。设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备PLC1。在定义数据库变量时，用户只要把I/O变量连接到这套设备上，
11、它就可以和组态王交换数据。本次设计中通信协议的设置如图4-2：图 4-2 通信协议的设置 4.2.2 组态设计 建立应用工程大致可以分为以下四个步骤：设计图形界面、构造数据库变量、建立动画链接、运行和调试。本次设计的具体步骤如以下介绍。（1）定义画面 新建画面的具体步骤如下：在工程浏览器中左侧的树形结构中选择“画面”，在右侧视图中双击“新建”，工程浏览器将弹出“新画面”对话框。在新画面对话框中设置以下各项：画面名称：“监控中心”；对应文件：pic00002.pic（自动生成）；注释：“反映小车运行的监控中心-主画面”；画面类型：“替换型”；画面风格：“标题杆”；画面边框：“粗边框”；左边：0；
12、右边：0；宽度：800；高度:600；在对话框中单击“确定”，便会产生一幅名为“监控中心”的画面。接下来在此画面中绘制各种所需图素。本次绘制中主要采用图形编辑工具箱内的图素。只需将所需的图素画在上面，可以通过推拉的法式来改变其大小和改变其颜色，以满足要求。具体做出的画面如图 1-1所示。（2）定义变量 对于本次设计建立的“监控中心”，需要从下位机采集一个开关信号、一个电动机正转信号、一个电动机反转信号、四个控制灯信号、三个定位灯信号，所以需要在数据库中定义这些变量。其中，对变量开关信号定义的具体操作步骤如下：点击工程浏览器中的“数据词典”图标，右边的工作区内将出现系统定义好的 17 个内存变量
13、。双击工作区最下面的“新建”图标，弹出“定义变量”对话框设置变量名为“开关”选择变量类型为“I/O 离散”（即 PLC 中的数字量）初始值采用默认的“关”（0状态）其他参数见图4-3。用同样的方法组态电动机正/反转变量。图4-3 定义变量对话框 对四个控制灯信号、三个定位灯信号变量分别定义成结构变量。对控制灯的定义如下：点击工程浏览器中的“结构变量定义”图标，双击右边的工作区内的提示语，进入“结构变量定义”对话框，单击“新建结构”按钮，弹出“结构变量名输入”对话框，输入结构变量名称：控制灯,单击“确定”按钮。如图4-4 图 4-4 结构变量定义框 然后就是增加成员选中“控制灯”结构，单击“增加
14、成员”按钮，弹出“添加成员”对话框，在“输入成员”文本框中输入成员名：工位S1。该变量的具体参数定义如图4-5。用同样的方法组态其他工位变量和定位灯的变量。图4-5 结构变量定义框（3）动画连接 动画连接就是在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值。对已经建立的“监控中心”，如果画面上小车能够随着变量“电动机正/反转”等变量值的改变实时地显示小车的运行情况，对于操作者来说，就能够看到一个真实反映工业现场的监控画面。建立动画连接：在画面上双击图形对象“M1”，弹出改对象的“动画连接”对
15、话框单击“闪烁”按钮进入“闪烁连接”对话框，在“闪烁条件”那块单击右边的“？”选择变量名为“本站点电动机正转”并且设置闪烁速度为100毫秒/隔。点击“确定”，返回到“动画连接”对话框点击“确定”，完成对“M1”的动画连接。定义如图4-6：以相同的方式定义其他模块，在定义各个模块时英注意它们运行特性，例如小车的运行就应该选择“位置与大小变换”中的“水平移动”。图4-6 动画连接定义（4）运行调试动画界面 PLC动画界面如下图所示，具体过程为：前进（图4-8）、装料（图4-9）、后退（图4-10）、卸料（图4-11）。图4-8 小车前进取料 图4-9 小车装料 图4-10 小车后退 图4-11 小
16、车卸料 第五章 设计小结 随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过了这学期学习和工作，我在老师的精心指导下，终于完成了运料小车自动往返控制的设计。本次课程设计设计的每一个阶段：总体设计、详细设计、程序的编制、系统调试、说明 书的编写，都是我在不断学习的过程中完成的。在此以前我并不清楚一个设计的流程有哪些，也没有很规范系统地编写过 PLC 程序和对程序进行系统调试，但自从本学期确定了课程设计的课题之后，我就开始对设计所涉及到的一些理论知识进行了系统的学习。在做课程设计的这段时间里，从设计题目系统的实现，再到课程设计的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从对设计相关技术很不了解的状态，我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己稚嫩作品一步步得到完善，每一次改进都是我学习的收获，每一次调试的成功都会让我兴奋许久。虽然我的课程设计不是很成熟，还有不足之处，但设计中的每一个过程，都有我的心血。希望我最终完成的毕设能够得到老师们的肯定，同时这次课程设计的经历也会使我终身受益，我感受到了做课程设计是要用心去做，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有进一步的研究，就不会有所突破。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。