运料小车控制系统的设计

目录摘要………………………………………………………………………2一可编程控制器（PLC）的概述......................................21.1PLC简介...................................................21.2PLC的特点.................................................11.3PLC构成...................................................31.4PLC的工作原理.............................................31.5PLC的编程语言.............................................4二运料小车系统介绍...............................................52.1运料小车的控制系统主回路..................................52.2运料小车运行的控制要求...................................62.3方案选择..................................................6三运料小车控制系统的总体设计.....................................63.1PLC的选用.................................................63.2PLC电气原理图.............................................73.3I/O分配...................................................73.4运料小车系统设计流程图....................................83.5运料小车控制系统接线图....................................93.6运料小车控制系统梯形图…………………………………………………93.7运料小车程序指令表……………………………………………………10四总结..........................................................11参考文献..........................................................111摘要早期运料小车电气控制系统多为继电器—接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎数据处理和通信功能，必须有专人负责操作，将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用，PLC运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，可靠性和可维护性好，易于安装、维修和改造等优点。随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。并且PLC在运料小车控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。本文主要是对PLC进行系统介绍后，进入具体的介绍，最后写出运料小车对应PLC的接口图及其对应的梯形图。关键词：PLC；运料小车；控制系统；梯形图一可编程控制器（PLC）的概述1.1PLC简介PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,PLC自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。1.2PLC的特点1、可靠性高，抗干扰能力强2高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路设计，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点意减少到数千分之一，故障也就大大降低。2、配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也便得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。1.3PLC构成PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。整体式（又称箱体式）结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，但灵活性较低。3模块式（又称组合式）结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认，其特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的PLC，但同时价格也较高。1.4PLC的工作原理PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。输入阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。在执行阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。在输出阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部没备传送输出信号，开始控制外部设备。1.5PLC的编程语言4可编程控制器的编程语言主要有梯形图语言、助记符语言及功能块图等。其中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。二运料小车系统介绍运料小车是工业送料的主要设备之一。广泛应用于自动生产线、冶金、有色盒属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。小车运行图如图1示：A端B端图1小车运行图2.1运料小车的控制系统主回路运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向左行，电机反转，小向右行。电动机正反转主回路如图2所示：图2电动机正反转主回路52.2运料小车运行的控制要求小车停在后退终端，当小车压下后限位开关SQ1时，按下启动按钮SB,按下正向行驶开关SB2,KM1线圈接通，电机正转，小车前进驶向B端。当小车压下行程开关SQ2时，小车停止运动开始装料，定时7S后装料完成。此时KM2线圈接通，电机反转，小车后退返回A端，当小车压下行程开关SQ1时，小车停止运动开始卸料，定时5S后卸料完成。此时回归初始状态，如此循环进行。当按下停止按钮SB时，小车停止运行。小车停在前进终端，当小车压下前限位开关SQ2时，按下启动按钮SB,按下反向行驶开关SB2，KM2线圈接通，电机反转，小车后退驶向A端。当小车压下行程开关SQ1时，小车停止运动开始卸料，定时5S后卸料完成。此时KM1线圈接通，电机正转，小车前进驶向B端。当压下行程开关SQ2时，小车停止运动开始装料，定时7S后装料完成。此时回归初始状态，如此循环进行。当按下停止按钮SB时，小车停止运行。2．3方案选择将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。PLC运料小车电气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。第3章运料小车控制系统的总体设计3.1PLC的选用根据运料小车输入输出设备的分配，在I/O方面只需要6个输入口和3个输出口，同时考虑适当的余量，选用FX2N-16MR的PLC即可。如图3所示：6图3运料小车控制系统图3.2PLC电气原理图如图4所示：图4PLC电气原理接线图3.3I/O分配这个控制系统的输入有1个启动(停止)按钮开关、2个行程开关、一个正向启动按钮、一个反向启动按钮、热继电器等。这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相电动机一个。电机有正转和反转两个状态，分别对应正转继电器和反转继电器，此外该硬件电路还必须接有定时器，实现装卸料的延时功能。对应的地址分配表如表5所示：PLC停止按钮右行按钮左行按钮行程开关三相异步电动机7输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号总启停按钮SBX000正转接触器KM1Y000右行按钮SB2X001反转接触器KM2Y001左行按钮SB3X002原点行程开关SQ1X004终点行程开关SQ2X003表5PLCI/O分配3.4运料小车系统设计流程图如图6所示：NYNYYNY图6运料小车设计流程图开始按下右行开关到达B端小车右行电机正转装料定时7秒小车左行电机反转到达A端卸料定时5秒停止按钮结束83.5运料小车控制系统接线图7图7运料小车系统接线图3.6运料小车控制系统梯形图根据小车运动的控制要求，画出小车控制系统的梯形图如图8所示：图8运料小车梯形图X0COM1X1Y0X2Y1FX1NX3X4COMCOMSBSB2SB3SQ2SQ1KM2KM1KM1KM2~220VFRFU93.7运料小车程序的指令表LDX000ZRSTM0M1LDX001ANIX003SETM0LDM0LDY000ANDM0ORBANIM1MPSANIX003OUTY000MPPANDX0