PLC控制的运料小车运动设计

1摘要现在的工业生产中，分工越来越细化，流水线生产已经成为企业生产环节中一种重要的生产模式。但是由于一些生产车间的环境恶劣，或者是有些物料本身需要自动化的生产设备进行运送，运料小车在这种情况下应运而生。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，PLC及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。因而可以说PLC是近乎理想的工业控制计算机。本文是在对于运料小车的运动设计，围绕以下几方面展开研究：（1）通过查阅国内外的相关文献材料，结合运料小车的工艺流程，用三维软件设计了小车的运动轨迹模型图，使得该轨迹在保证工作要求的前提下，提高了工作的安全性和效率。（2）通过查阅PLC的相关资料，考虑到该设计中运料小车的要求，选择了合适的PLC型号，并画出了PLC的硬件接线原理图。（3）选择了符合运料小车运动要求的一系列电子电器元件，并利用PROTEL99se绘制了硬件电路接线图。（4）利用S7-200MWv4.0编程软件，编写了小车的运动控制程序梯形图，并结合程序语句，在计算机上进行了仿真模拟，取得了良好的设计效果。关键词：PLC；运料小车；梯形图；仿真2目录第一章绪论...............................................................................................................................31.1课题的研究背景及意义..........................................................................................................31.2设计要求及主要内容.............................................................................................................3第二章运料小车的整体方案分析与设计.....................................................................42.1小车整体方案分析.................................................................................................................42.2运料小车的工艺流程.............................................................................................................52.3小车的运动轨迹设计.............................................................................................................52.4运料小车的运行方式分析.....................................................................................................62.5运料小车结构设计.................................................................................................................7第三章硬件系统设计.............................................................................................................93.1PLC的选型..............................................................................................................................93.2PLC的接线图........................................................................................................................113.3变频器的选型.......................................................................................................................113.4电动机的选择.......................................................................................................................133.5其他电器元件的选取...........................................................................................................17第四章软件系统的设计......................................................................................................204.1梯形图概述...........................................................................................................................204.2运料小车梯形图程序设计...................................................................................................204.3程序仿真...............................................................................................................................26第五章总结.............................................................................................................................30参考文献....................................................................................................................................313第一章引言1.1课题的研究背景及意义随着我国工业自动化的不断发展，运料小车成为了工业运料的主要设备之一。由于其工作效率高、运行稳定、大大降低了工人的劳动强度、减少了工人的体力劳动，在冶金、有色金属、煤矿、港口、码头、工业自动化生产线等领域得到了广泛的应用。早期运料小车电气控制系统多为“继电器一接触器”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，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。20世纪以来随着人类科技的迅猛发展，各种工业化自动控制产品都在向着控制可靠，操作简单，通用性强，价格低廉等方向发展，使自动控制的实现越来越容易。PLC应运而生。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，PLC及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。因而可以说PLC是近乎理想的工业控制计算机。PLC的输入/输出接口是已经按不同需求做好的，可直接与控制现场的设备相连接。同时，PLC具有很强的监控功能，利用编程器、监视器或触摸屏等人机界面可对PLC的运行状态进行监控。随着PLC技术的成熟、性价比的不断提高，其应用范围不断扩大，在工业自动化中发挥着越来越重要的作用。本设计将PLC应用到工业送料小车的电气控制系统中，实现了运料小车的自动化控制，使运料小车不再需要人工控制，降低了系统的运行费用，提高了系统的自动化程度。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。1.2设计要求及主要内容本设计主要实现运料小车在A、B两个装料点装料之后在C点卸料。由于小车运行过程中会有拐弯，在拐弯处必须减速运行以保证小车的稳定。直线运行时为了提高小车的效率必须使小车在较高的速度运行。设计的主要内容有：1.设计运料小车的结构以及运料小车的运行轨迹；2.确定设计的工艺流程；3.进行系统硬件的电路的设计；4.进行系统电机以及变频器的选型；5.进行运料小车控制系统的PLC功能分析和设计，并进行PLC选型、I/O口的分配及I/O接线图；6.编写小车PLC控制程序并进行仿真。4第二章运料小车方案分析与设计2.1小车整体方案分析运料小车一般是用在焦化厂等工业领域的设备，它的突出特点就是要求能在两个相距不太远的工艺地点上实现自动化的物料传送功能。但是，所谓运料小车并不一定就是小车的形状，它可以根据生产的产品的种类，设计成漏斗状的盒子或者小的平台，只要在它的下面安装一个负责控制的PLC单元和一个带动行走部件的电机，即可统称为运料小车，本设计中采用漏斗形式小车，小车的结构会有详细介绍。小车的行走距离一般比较短，从几米到几十米不等，这个根据物料的生产工艺确定。整个运料周期可根据产量进行调整，载料小车的运行模式通过主令控制器和PLC来实现，速度变化通过改变变频器的频率来实现。同时，智能主令控制器还将检测到的料车位置以模拟信号形式送给PLC，PLC再将这些信号送给上位机，通过编程软件在上位机动态画面上显示出料车的位置和状态，从而实现对运料过程的监视和在线控制。根据实际情况的小车运行分析可知，最合理的设计方式就是在小车运行的整个过程中，实现全面的控制和监测。那么如果要能够实现这种目的的话，在整个设计部分需要用到的主要硬件应该包括1).可编程控制器PLC的使用。在这一部分当中，最重要的就是根据电磁控制器的数量决定输入输出的接口的多少，然后在保证接口有富余的前提下，对PLC进行选型。这一部分的内容是需要仔细分析的部分。2).变频器的使用。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。在该设计中，变频器不是一个特别重要的部分，因此它的重点就放在选型上。53)、如果是设计具有实际效果的运料小车，那还需要一个工控机的分析与选型的环节，因为在实际环境下，我们需要的是一个能够随时监控的状态，那么就必须要用到可视的工控机环节。4)、该设计方案中使用最多的就是各种行程开关和继电器了，在利用PLC进行控制时，最主要的就是把PLC的输入输出口与电磁继电器的接口对应好，即进行端口标记与分配，从而能够进行准确的控制过程。硬件的接线图如下图2-1所示，这是外在连线示意图，具体的硬件连线要在各种设备的零件选型完成以后才可以给出详细的接线原理图，要用到PROTEL连线绘图或者Au