运料小车的PLC控制系统设计

课题设计论文课题名称:运料小车的PLC设计班级：P14电气一班姓名：徐志浩学号：201403170015指导教师：张涛2016年10月16日目录第一章绪论..........................................................11.1课题选题背景及意义............................................11.2运料小车的控制概况............................................11.3运料小车的发展现状............................................2第二章总体方案论述..................................................32.1系统控制方案设计..............................................32.2PLC选型......................................................42.3电动机选型....................................................62.4接触器选型....................................................72.5热继电器选型..................................................72.6断路器选型....................................................82.7行程开关选型..................................................8第三章系统硬件电路设计.............................................103.1控制方案的设计...............................................103.2硬件电路接线图...............................................10第四章控制系统软件设计.............................................134.1程序流程图...................................................134.2程序梯形图...................................................154.3梯形图编程的分析.............................................16总结.................................................................18参考文献.............................................................19第一章绪论1.1课题选题背景及意义制造业是现代经济发展中占有关键地位，它的发展状况主导着经济发展的前景，但是，在我国，大部分乡镇企业、私营企业，由于受资金管理等方面的限制，一般来说，送料绝大多数是采用人工手动送料，严重缺乏保护装置，这造成“效率低，劳动强度大，事故发生率大”等特点。随着信息科技迅猛、市场经济的发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅速，近年来，由于PLC控制技术的发展，送料机构自动化水平也需越来越高。提高自动化的水平不仅可以提高生产效率，同时也能保证工人的人身安全。传统的手工送料已经不再满足要求，这时运料小车应运而生。运料小车专门用于粒料、粉料、片状料、带状等材料的输送，这无疑是轻、重工行业不可缺少的设备。1.2运料小车的控制概况从世界第一台PLC被设计出来到现在，PLC历经几次更新换代，各方面的性能得到了很大完善，技术已经完全成熟。其中运料小车控制系统随着PLC的发展过程经历一下几个发展阶段。（1）手动控制：上世界六十年代末七十年代初，是PLC发展的早期阶段，那个时候便有一些工业过程运用了PLC控制系统控制运料小车，但是由于那是技术并不成熟，只能采用人工手动控制机器，初期的运料小车控制系统多采用继电器和接触器组成的复杂控制系统，这种系统不仅体积庞大，系统稳定性也不高，故障率高，也没有通信模块，操作控制极为不便，控制效果也不佳。（2）自动控制：至上世纪八十年代，电子科学技术飞速发展，计算机的成本及价格变得越来越低，这种情况下，很多大型企业开始采用PC机与PLC通信控制方式，这种控制方式在控制方面更加灵活。（3）全自动控制：本世纪开始科技迅猛发展，电子计算机的更新周期越来越短，电子设备的向着高性能，低成本发展。运用今天高性能PLC控制运料小车可以实现完全自动化，并且能满足工业过程的各种要求，另外在设备维护也极为方便，维护成本大大降低。1.3运料小车的发展现状随着科学技术的发展，自动化的实现水平在国民经济的发展中起着越来越重要的作用，尤其是对机械行业的生产效率、制造精度、以及可靠性和安全性提出了更高的要求。对于自动运料装置，目前的企业中多采用以下几种运料方式。（1）机械手加穿梭小车式自动化输送方案：该自动化输送系统也是自动冲压生产线中最常用的系统，它主要是由自动上料，和取料机械手以及穿梭下车组成。目前冲压车间里由不同厂商提供的各式自动化输送系统的都是基于该机构和原理进行设计制造的。一个取料机械手，带有中置并按工件形状排部的真空吸盘式端拾器：负责将工件从上一压机取出安放在穿梭下车上。一个穿梭小车：它负责将工件由取料机械手的放置位置移送到上料机械手的取料位置。一个带有中置端拾器的上料机械手：负责将工件由穿梭下车拾起送入到下一台压机。采用此种输送方案工件将通过机械手简单的“拾取和“摆放”动作由前一台压机输送到下一台轧机，其穿梭下车的主要功用是通过它的穿梭运动缩短取料和上料机械手的输送行程，从而提高整线的生产效率。其是优点可使用于多数大中小型企业。缺点是装置较复杂，物料的运送步骤繁多，增加了加工时间，操作不便。（2）运用机械手进行送料方式：机械手与小车相连，然后通过钢索与滑块相连，滑块再连接重物，重物的上升和下降控制着小车的前进与后退。保证了操作人的安全，同时提高了生产效率。优点是可以进行连续生产，缺点是全部操作都需机械手，导致机械结构过多，机械故障多。（3）新型的多机连线自动搬运送料：这种方案是由四台开式双电2500KN压力机驱动，生产线绝大多数零部件都已国产化，其送料精度及生产效率达到国外生产线的同等水平，成本较国外生产线低廉，占用空间少。优点是工作稳定高，步进电机控制，精度高，布矩一样大，消耗功耗低，所需电压也低。（4）气缸传动，生产效率以及送料准确性都比较低，无法满足具体的生产需要，已经面临淘汰。第二章总体方案论述2.1系统控制方案设计运料小车由两个电动机带动，沿轨道行进。每个锅炉之间的距离为80米，卸料位置由行程开关控制，装料、卸料时间由PLC定时器控制。为增加系统的稳定性，PLC及一些控制元件安装在一个电控柜里面，只有电动机安装在运料小车内，两个电动机同时带动小车的两个动力轮子，改善小车的平稳性能，提供足够的机械动力。电动机和控制柜之间的线路通过划线连接，电控柜设置在轨道附近，便于操作。为避免运料过程中煤撒到轨道上影响行程开关正常工作，将行程开关设置在轨道的外侧，而不是轨道的下方，通过轮子侧面专门做的凸起部分触碰行程开关，这样更保证了系统的安全性、可靠性。运料小车工作示意图如图2-1所示。可清晰直观地理解送料过程。向前向后行程开关SQ3行程开关SQ4行程开关SQ5小车底门向前启动SB1向后启动SB2停止SB3装料处C点D点E点料斗B点A点行程开关SQ2行程开关SQ1图2-1运料小车工作示意图初始状态时，运料小车处于起始位置E点。当按下启动按钮后，小车向前进到达A点(装料处)进行装料，装料时间30秒。装料结束运料小车后退，首先在B点卸料，卸料时间为15s；卸料结束返回A点装料，装料时间30秒，装料结束向C点前进，途经B点位置不再停止，在C点卸料时间为15s；卸料结束返回A点装料，装料结束向D点前进，途径B点、C点不再停车；卸料结束返回A点装料，装料结束向E点前进卸料，途径B点、C点、D点都不再停车，E点卸料结束后，重新返回A点，如此反复。运料小车电气控制系统主要包括可编程逻辑控制器、行程开关、接触器、电机，具体如图2-2所示。FX1s-20MR前进启动后退启动停止行程开关接触器闭合电机正反转图2-2运料小车控制系统框图2.2PLC选型PLC作为一种发展成熟的控制器，在现代工业过程中的应用极为广泛。其工作原理图如图2-3所示。中央处理单元（CPU）编程的外部设备电源输出电路输入电路用户程序存储器系统程序存储器图2-3PLC工作原理图PLC控制系统的特点：（1）PLC作为一种通用的工业主控制器，可靠性、稳定性高，在各种恶劣的工作环境都能很好地工作，不易发生故障，而且容易检修，维护方便（2）PLC在程序编写上有多种方式，有好几种编程语言编程，它拥有好几种编程语言，包括梯形图、指令表、顺序功能图、逻辑功能图，其中梯形图最简单、直观，最为常用。（3）PLC本身的结构设计使得其在工业过程中使用很方便，很容易控制与操作。回到本设计中，分析运料小车的工艺流程及其控制要求等，根据需要的输入输出的端口数，本文选用日本三菱公司生产的FX1s-20MR。PLC实物图如图2-4所示。图2-4PLC实物图FX1s系列PLC规格和型号FX1s系列PLC根据I/O点的不同，有10/14/20/30共四种基本规格，基本规格中，根据PLC电源的不同，可以分为AC电源输入与DC电源输入两种基本类型；根据输出类型，可以分为继电器输出与晶体管输出两个类型。因此，本系列PLC共有16种不同的产品可以供用户选择。本文选用日本三菱公司生产的FX1s-20MR。FX1s系列PLC的型号中各参数的含义如图2-5所示：FX1s________MPLC基本型号I/O点数确定10:6输入/4输出14:8输入/6输出20：12输入/8输出30:16输入/14输出电源类型D：直流24V其他：交流电源输出类型：R:继电器输出T:晶体管输出单元代号M：基本单元图2-5FX1s系列PLC型号各参数含义FX1s-20MR的特点：①采用整体式固定的I/O型结构，其中央处理器、输入/输出和电源安装于一体，结构紧凑，主要用在全部是数字量输入、数字量输出的控制点少的设备上。②可直接连接220V电压，内置EEPROM存储器大小为8K，运算速度快，每条基本逻辑控制指令为0.55~0.7微秒，每条应用指令为3.7到几百微秒，可实现高速控制。③该系列晶体管输出有晶体管输出和继电器输出两种方式，可输出2路100KHz脉冲，直接驱动伺服电机或者步进电机。编程指令、编程元件较丰富，性价比高。④具有内置式扩展功能模块与功能板，系统具有一定的扩展性能。选用FX1s-20MR的原因：①FX1s-20MR可编程控制器输入点数为12，输出点数为8。设计中用到8个输入口，4个输出口，首先在I/O口数量上满足要求，并且还有拓展端口。②FX1s-20MR主要用在全部是数字量输入、输出的控制点少的设备上，本设计中涉及到的输入量、输出量也全为数字量，并且控制点少。③FX1s-20MR可以直接连接220V电压，对电源的要求也一般化。运算速度快，相较本设计中需要的运算速度搓搓有余。④相较其他功能更强大的PLC而言，这款PLC的性价比更高，因为它没有诸如A/D模块这种有其他拓展功能的模块，因而成本低于其他PLC。2.3电动机选型电动机根据所需电源分为直流电动机和交流电动机。直流电动机结构上较交流电动机复杂，使用上也不如直流电动机方便，维护成本也较交流电机高，而且需要直流供电