基于運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制的PLC程序設(shè)計(jì)

1、1.運(yùn)料小車的發(fā)展概況工廠運(yùn)輸現(xiàn)大多采用地面運(yùn)輸，地面運(yùn)輸主要采用叉車及手推運(yùn)料小車，叉車需專人駕駛且無固定軌道，在車間內(nèi)運(yùn)行極不安全，手推運(yùn)料小車需人為動(dòng)力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，運(yùn)輸效率低。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，運(yùn)料小車不斷擴(kuò)大到工業(yè)運(yùn)輸?shù)母鱾€(gè)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、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負(fù)責(zé)操作。后來，單片機(jī)應(yīng)用到運(yùn)料小車控制系統(tǒng)中。但是單片機(jī)開發(fā)周期長，使用難，開發(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開發(fā)周期短，使用容易，開發(fā)成本低，批量

2、成本高，對(duì)操作人員技術(shù)要求要求不高，并且穩(wěn)定性好,抗干擾能力強(qiáng)，使得對(duì)基于PLC的運(yùn)料小車控制系統(tǒng)的開發(fā)研究逐步加強(qiáng)。PLC(ProgrammableLogicalController)是20世紀(jì)70年代以來以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。由于它具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，使其在自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。將PLC應(yīng)用到運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車的自動(dòng)化控制。降并且，控制系統(tǒng)具有連線簡(jiǎn)單，自動(dòng)控制，控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，安裝、維修和改造方便可以降低系統(tǒng)的運(yùn)行

3、費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。2.可編程控制器（PLC）概述2.1 PLC的概述PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其圖2-1 PLC三菱FX系列內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或

4、生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。”2.2.1 PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造（5）體積小，重量輕，能耗低2.2 PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。圖2-2 PLC 的組成框

5、圖（1）CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。（2） I/O模塊PLC與

6、電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用

7、IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。（3） 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。（4）底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。其它設(shè)備(1)編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、

8、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。(2) 人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。(3) PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點(diǎn)說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC

9、與PLC 之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點(diǎn)接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 3.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 小車運(yùn)動(dòng)分析 1）按下開始按鈕SB1，運(yùn)貨小車電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，運(yùn)貨小車自動(dòng)后退，到達(dá)倉庫A裝料，停留5秒后，運(yùn)貨小車電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，運(yùn)貨小車自動(dòng)前進(jìn)，向倉庫B運(yùn)動(dòng)，到達(dá)倉庫B后停4秒卸料并后退，向倉庫A運(yùn)動(dòng)，到達(dá)倉庫A后，開始下一輪循環(huán)工作；2）若按下停止按鈕SB2，運(yùn)貨小車電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)貨小車停止運(yùn)動(dòng)

10、；3）在2）的條件下，按下手動(dòng)后退按鈕SB3,運(yùn)貨小車后退，向倉庫A的方向運(yùn)動(dòng)；4）在2）的條件下，按下手動(dòng)前進(jìn)按鈕SB4，運(yùn)貨小車前進(jìn),向倉庫B的方向運(yùn)動(dòng)。3.2 流程圖基于運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制的PLC程序設(shè)計(jì)的流程圖如圖（一）所示 圖（一）運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制的PLC程序設(shè)計(jì)的流程圖3.3 輸入輸出分配表 輸入地址分配表如下表（一）所示PLC X元件對(duì)應(yīng)外部設(shè)備X000開始按鈕X001停止按鈕X002手動(dòng)后退按鈕X003手動(dòng)前進(jìn)按鈕輸出地址分配表如下表（二）所示PLC Y元件對(duì)應(yīng)外部設(shè)備Y001電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)Y002電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)3.4 編程邏輯框圖基于運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制的PLC程序

11、設(shè)計(jì)的編程邏輯框圖如圖（二）所示3.5 梯形圖基于運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制的PLC程序設(shè)計(jì)的梯形圖如圖（三）所示：圖（四）運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制的PLC程序設(shè)計(jì)的梯形3.6 指令語句基于運(yùn)料小車自動(dòng)往返順序控制的PLC程序設(shè)計(jì)的編程如下所示：1. LD M8002 ；取指令開始2. SET S0 ；置位指令3. STL S0 ；激活狀態(tài)4. LD X000 ；取小車運(yùn)行開始指令5. ANI X001 ；串聯(lián)常閉的停止按鈕6. SET S20 ；置位S20轉(zhuǎn)移條件7. LD X002 ；取小車手動(dòng)后退指令8. ANI X003 ；串聯(lián)常閉的小車手動(dòng)前進(jìn)按鈕9. AND X001 ；串聯(lián)常開的停

12、止按鈕10. SET S23 ；置位S23轉(zhuǎn)移條件11. LD X003 ；取手動(dòng)前進(jìn)指令12. ANI X002 ；串聯(lián)常閉的手動(dòng)后退按鈕13. AND X001 ；串聯(lián)常開的停止按鈕14. SET S24 ；置位S24轉(zhuǎn)移指令15. STL S20 ；激活S20轉(zhuǎn)移條件16. OUT T0 K50 ；延時(shí)5S17. LDI Y002 ；對(duì)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)取非18. ANI X001 ；對(duì)停止指令取非19. OUT Y001 ；輸出電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)指令20. LD T0 ；取延時(shí)5S，小車自動(dòng)后退21. SET S21 ；置位S21轉(zhuǎn)移指令22. STL S23 ；激活S23轉(zhuǎn)移指令23. LD X00

13、1 ；取停止指令24. ANI Y002 ；對(duì)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)取非25. OUT Y001 ；輸出電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)指令26. LDI X001 ；對(duì)停止指令取反27. OR X003 ；并聯(lián)常開手動(dòng)前進(jìn)按鈕28. OUT S0 ；輸出S029. STL S24 ；激活S24轉(zhuǎn)移指令30. LD X001 ；取停止指令31. ANI Y001 ；對(duì)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)取非32. OUT Y002 ；輸出電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)33. LDI X001 ；對(duì)小車停止指令取非34. OR X002 ；并聯(lián)常開的手動(dòng)后退按鈕35. OUT S0 ；輸出S036. STL S21 ；激活S21轉(zhuǎn)移指令37. OUT T1 K40 ；輸出T

14、1，延時(shí)4S38. LDI Y001 ；對(duì)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)取非39. ANI X001 ；對(duì)停止指令取非40. OUT Y002 ；輸出電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)41. LD T1 ；取T142. SET S22 ；置位S22轉(zhuǎn)移條件43. STL S22 ；激活S22轉(zhuǎn)移條件44. LDI Y002 ；對(duì)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)取反45. ANI X001 ；對(duì)停止指令取非46. OUT Y001 ；輸出電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)47. LDI X001 ；對(duì)停止指令取反48. OUT S0 ；輸出S049. RET ；步進(jìn)結(jié)束50. END ；結(jié)束指令4.控制系統(tǒng)的調(diào)試4.1 編程軟件編程軟件采用三菱公司的編程軟件GX-Developer,

15、它適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。4.2硬件調(diào)試接通電源，檢查可編程控制器是否可以正常工作，接頭是否接觸良好，然后把其與電腦的通信口連接。4.3軟件調(diào)試按要求輸入梯形圖，轉(zhuǎn)換成指令表，并進(jìn)行語法的檢查，正確后設(shè)置正確的通信口，將指令讀入到指定的可編程控制器ROM，進(jìn)行下一步的調(diào)試。4.4運(yùn)行調(diào)試在硬件與軟件調(diào)試正確的基礎(chǔ)上，打開可編程控制器的“RUN”開關(guān)進(jìn)行調(diào)試；觀察運(yùn)行的情況是否正確，以確定PLC的控制系統(tǒng)設(shè)

16、計(jì)符合要求。5.小車的性能分析及設(shè)計(jì)改進(jìn)5.1小車的優(yōu)缺點(diǎn)分析 本設(shè)計(jì)運(yùn)用的可編程控制器實(shí)現(xiàn)的運(yùn)料小車自動(dòng)控制，避開了以往繼電器接觸不良、開關(guān)易損壞等缺點(diǎn)，可靠性和穩(wěn)定性都有所提高。在檢測(cè)小車是否到達(dá)裝料、卸料點(diǎn)的時(shí)候，運(yùn)用了行程開關(guān)，這樣的檢驗(yàn)系統(tǒng)讓小車的停靠位置更加準(zhǔn)確。與此同時(shí)，由于輸入輸出很明顯，不需要好多額外的外接電路，讓設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔。這也是采用了成熟的可編程控制器帶來的好處。即使在出現(xiàn)故障、緊急停止等環(huán)節(jié)中都能快捷操作。但設(shè)計(jì)過程中，只是基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求，沒有功能擴(kuò)展，讓系統(tǒng)顯得比較簡(jiǎn)單。5.2設(shè)計(jì)的改進(jìn)及推廣在實(shí)際的運(yùn)用過程中，為了便于智能化、無人化、遠(yuǎn)程化的操作，該設(shè)計(jì)控制器

17、還應(yīng)該聯(lián)網(wǎng)，讓多臺(tái)控制器組成局域網(wǎng)，構(gòu)成一套網(wǎng)路系統(tǒng)，便于通訊和控制操作。如修改軟件設(shè)計(jì)中的一些參數(shù)，能適合在不同的場(chǎng)合都能適合。在具體的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該還可以設(shè)計(jì)顯示功能，顯示運(yùn)料小車到達(dá)指定的裝料、卸料點(diǎn)時(shí)所需時(shí)間；還可以在小車底部安裝一個(gè)傳感器，用來檢測(cè)小車中的料是否卸完。這樣就可更好地控制小車的運(yùn)行，更加便于人們工作。此外，該運(yùn)料小車控制器可以運(yùn)用于大型的養(yǎng)殖行業(yè)，便于送料和喂養(yǎng)。這樣就可以節(jié)約時(shí)間，提高效率?？?結(jié)本文主要介紹了運(yùn)料小車的發(fā)展過程及現(xiàn)代社會(huì)對(duì)運(yùn)料小車的功能要求，以及運(yùn)料小車以后的發(fā)展趨勢(shì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化程度越來越高，運(yùn)料小車應(yīng)用前景可觀。在經(jīng)過認(rèn)真學(xué)習(xí)與總

18、結(jié)后，我在本文中解決了如下問題：控制系統(tǒng)硬件電路的正確設(shè)計(jì)及連接，節(jié)約了成本，優(yōu)化了配置；實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工作過程中，小車能正確無誤的往返循環(huán)運(yùn)輸；軟件編程調(diào)試方面，通過三菱編程軟件已經(jīng)正確調(diào)試了設(shè)計(jì)程序，并在設(shè)計(jì)調(diào)試中收獲很多寶貴經(jīng)驗(yàn)。結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)主要任務(wù)是設(shè)計(jì)小車往返運(yùn)動(dòng)控制，通過一周的設(shè)計(jì)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了往返運(yùn)動(dòng)控制，其中小車往返控制，按下啟動(dòng)按鈕，小車可以啟動(dòng)并且按照相對(duì)應(yīng)的運(yùn)行方式運(yùn)行。經(jīng)過本次的實(shí)踐，通過理論與實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)一步加深我們的理論知識(shí)。要想在短暫的課程設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)，盡可能能多的學(xué)一些東西，這就需要我們跟老師有很好的溝通，加深彼此的了解。剛開始時(shí)，老師并不了解我們的工作和學(xué)習(xí)能力，不清楚我們會(huì)做那些工作，所以跟老師進(jìn)行溝通是很必要的。通過溝通