PLC控制运料小车.docx

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PLC控制运料小车

毕业设计（论文）

题目:

PLC控制运料小车

学生姓名：

xxx

学号：

************

班级：

xxxxxx

指导教师：

xxxx

完成日期：

2011-10-5

信息处理与控制工程系

毕业设计任务书

设计（论文）题目

PLC控制运料小车

选题时间

2011-9-6

完成时间

2011-10-5

论文（设计）字数

18939

关键词

运料小车，三菱PLC，线圈，行程开关

设计（论文）题目的来源、理论和实际意义：

我们专业在大一第二学期学习了可编程控制器，既就是PLC的相关课程，了解了它在现代工业生产和人们生活中的重要性。

现在，我在重庆正阳新材料公司实习，我们公司目前的项目是电石的生产，这就涉及到了关于PLC的应用，如石灰窑运输石灰石的运料小车，电石炉除尘系统的应用等一些地方都需要PLC的应用来控制，以保证生产的安全性和时效性。

PLC在现代的重工业中的使用尤为广泛，这不仅为企业带来了可观的经济效益，也为我国的国民生产总值带来了很大的增长！

设计（论文）的主要内容：

1、PLC现已广泛应用于工业控制的各个领域；

2、PLC在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋；

3、运料小车运行的功能设计，利用PLC比用传统的继电器有很多继电器无可比拟的优势；

4、我国关于PLC设计的成果还没达到先进，国外的一些好的产品如西门子、三菱及omron占绝对的优势；

5、PLC常用的编辑语言及它所拥有的一些特点；

学生签字：

指导教师签字：

系负责人签字：

年月日

摘要

可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。

可编程控制器（ProgrammableLogicController）即PLC,现已广泛应用于工业控制的各个领域。

他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（ProgrammableController），简写为PC。

后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（PersonalComputer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。

传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器有着接线繁多，故障率高的缺点且维护维修不易等缺点。

作为国内控制场上的主流控制器，PLC在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。

在国际上PLC迅速发展的形势下，我国多数PLC厂家还没有拥有自主知识产权，能够参与国际竞争的PLC产品，其中之一就是研发实力不够。

虽然资金投入、生产和质量等因素也占非常大的比重，但对产品的质量起着决定作用的是研发投入、研发成果产品化以及生产工艺等。

而技术则是贯穿着其中每一个环节，PLC核心技术的开发、产品的后续开发、生产工艺的技术水平是决定产品质量的前提，如何让在技术上进一步增强自己的实力，将是国产品牌取得竞争优势的关键。

根据得到的样本分析，初步得出正在使用的PLC的品牌中，西门子、三菱及omron占绝对的优势，60%左右的用户使用了这些品牌的plc产品，而rockwell/ab,ge_fanuc和富士等品牌也占有相当的市场份额。

关键词：

运料小车，三菱PLC，线圈，行程开关

Abstract

Traditionaltransportmaterialsaremostlycarrelaycontrol,relaycontrolwiringhasnumerousshortcomingsofthehighfailurerate,andtherepairisnoteasytomaintaintheshortcoming.Asacontrolofthecurrentdomesticmarket,themainstreamcontroller,plcinthemarket,technology,industryhasanimportantroleintheimpactoftheuseofPLCcontroltoreplacetherelaycontrolhasbecomeatrend.

TherapiddevelopmentofPLCintheinternationalsituation,themajorityofourPLCmanufacturersdonothaveindependentintellectualpropertyrights,toparticipateininternationalcompetitionPLCproducts,oneofwhichisthedevelopmentofstrengthisnotenough.Althoughthecapitalinvestment,productionandqualitymanagementandotherfactorsalsoaccountforaverylargeproportion,butthequalityoftheproductplaysadecisiveroleintheR&Dinvestment,researchanddevelopmentproductsandproductionofcrafts.ThetechnologyisapartofeachofwhichrunsthroughPLCcoretechnologydevelopment,productfollow-updevelopmentandproductionprocessistodeterminetheproductqualityandtechnicallevelofthepremise,howtofurtherenhancetheirtechnicalstrength,

Domesticbrandsgainmarketwillbethekeytocompetitiveadvantage.

BasedonobtainedsamplesforanalysisandpreliminaryresultsarebeingusedinmanybrandsinthePLC,Siemens,Mitsubishiandomrontakeabsoluteadvantage60%oftheusersofthesebrandsofPLCproducts,rockwell/ab,ge-fanuc,andFujiandotherbrandsalsohasaconsiderablemarketshare.

Keywords:

transportmaterialscar,MitsubishiPLC,coil,travelswitch

第一章绪论

1.1问题的提出与研究

传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器有着接线繁多，故障率高的缺点且维护维修不易等缺点。

作为国内控制场上的主流控制器，PLC在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。

在国际上PLC迅速发展的形势下，我国多数PLC厂家还没有拥有自主知识产权，能够参与国际竞争的PLC产品，其中之一就是研发实力不够。

虽然资金投入、生产和质量等因素也占非常大的比重，但对产品的质量起着决定作用的是研发投入、研发成果产品化以及生产工艺等。

而技术则是贯穿着其中每一个环节，PLC核心技术的开发、产品的后续开发、生产工艺的技术水平是决定产品质量的前提，如何让在技术上进一步增强自己的实力，将是国产品牌取得竞争优势的关键。

根据得到的样本分析，初步得出正在使用的PLC的品牌中，西门子、三菱及omron占绝对的优势，60%左右的用户使用了这些品牌的plc产品，而rockwell/ab,ge_fanuc和富士等品牌也占有相当的市场份额。

PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。

但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。

PLC的应用通常可分为五种类型：

（1）顺序控制。

这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。

PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。

如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。

（2）运动控制。

PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。

在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。

每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。

相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。

（3）闭环过程控制。

PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。

PID（ProportionalIntergralDerivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。

当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。

（4）数据处理。

在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。

著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。

为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。

通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。

美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。

预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。

（5）通信和联网。

为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。

作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内现状

我国可编程控制器的研究、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。

最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。

接下来是在这种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。

目前，我国已可以自己生产中小型可编程控制器。

上海东屋有限公司生产的CF系列，杭州机床电气产生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列，杭州电子计算机产生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。

此外，无锡华光公司、上海乡岛等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。

可以预期，随着我国现在化程度的深入，PLC在我股票将有更广阔的应用天地。

1.2.2国外现状

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，他按照逻辑顺序动作，并按照逻辑关系进行联锁保护动作的控制，及大量离散的数据采集。

传统上这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1986年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子

技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Pomgrammable,是世界上公认的第一台PLC。

限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要有分立元件和小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。

20世纪70年代初出现了微处理器，使PLC增加了运算、数据传送及数据处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

1.3本文研究的目的和研究内容

1.3.1本文研究的目的

传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器有着接线繁多，故障率高的缺点且维护维修不易等缺点。

作为国内控制场上的主流控制器，PLC在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。

在国际上PLC迅速发展的形势下，我国多数PLC厂家还没有拥有自主知识产权，能够参与国际竞争的PLC产品，其中之一就是研发实力不够。

虽然资金投入、生产和质量等因素也占非常大的比重，但对产品的质量起着决定作用的是研发投入、研发成果产品化以及生产工艺等。

而技术则是贯穿着其中每一个环节，PLC核心技术的开发、产品的后续开发、生产工艺的技术水平是决定产品质量的前提，如何让在技术上进一步增强自己的实力，将是国产品牌取得竞争优势的关键。

根据得到的样本分析，初步得出正在使用的PLC的品牌中，西门子、三菱及omron占绝对的优势，60%左右的用户使用了这些品牌的plc产品，而rockwell/ab,ge_fanuc和富士等品牌也占有相当的市场份额。

送料小车是基于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送料小车的运行，因此，送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。

送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。

1.3.2本文研究的主要内容

自动送料小车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂、石灰石等材料的运输。

自动送料小车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程。

这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。

本文的任务设计一个运料小车往返运动PLC控制系统。

系统控制要求如下：

压下行程开关SQ3，SQ3为小车的原位开关。

按下启动按钮SB2，装料电磁阀YC1得电，延时20秒，小车装料结束。

接着控制器KM3、KM5得电，向右快行。

此后，电磁阀YC2得电，卸料开始，延时15秒，卸料结束；接触器KM4、KM5得电，小车向左快行；碰到限位开关SQ1，KM5失电，小车慢行；碰到SQ3、KM4失电，小车停止，回到原位，完成一个循环工作过程。

整个过程分为装料、右快行、卸料、左快行、左慢行六个状态，如此周而复始的循环。

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。

对于突然停电应对小车进行复位，有以下过程完成一个循环，复位——装料——右快行——右慢行——卸料——左快行——左慢行——停止。

YC1T1

从送料小车的工艺流程来看，期控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统，因此，此送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式。

在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间复杂的连锁关系，从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时，不会对其他工作方式的程序造成任何影响，使得程序的设计，修改和故障查找工作大为简化。

第二章PLC的结构、工作原理及系统控制

2.1PLC的结构

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。

基本结构如图1-1所示。

图1.2整体式结构

图1.3模块式结构

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。

基本结构框图如图1-2所示。

2.2PLC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[6]。

PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段：

输入阶段（将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。

扫描过程如图1-3所示。

图1.4循环扫描

在输入阶段中，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[7]。

2.3PLC的编辑语言

2.3.1PLC梯形图

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[8]。

例如，一个简单PLC控制系统，当常开按钮SBFl动作时，水泵开启，当常闭按钮SBSl动作时，水泵停止运行。

用继电器控制和用PLC控制的梯形图如图1-4和图1-5所示。

图1.5继电气控制电路

图1.6PLC控制梯形图

2.3.2助记符语言

助记符语言与汇编语言类似，它使用字符来代表可编程控制器的某种操作，这就要求用户要有一定的计算机编程基础。

用助记符语言编写上一个例子的程序如下：

LDX0

ORY0

ANIX1

OUTY0

2.4PLC控制系统的构成、设计原理及步骤

PLC控制系统由硬件部分和软件部分组成。

硬件部分不仅包括选择符合控制要求的PLC机型、存储器容量、电源模块、输入/输出模块、通信模块、模拟量输入/输出模块和特殊功能模块等，还应当包括选择合适的可编程控制器外围装置、设备与接口，如输入设备（控制按钮、开关、传感器等）、执行装置（接触器、继电器等）和由执行装置控制的现场设备（水泵、鼓风机、阀门等）。

软件部分主要包括对PLC进行I/O点地址、内部继电器、定时器、计数器等的分配，PLC控制程序的设计（梯形图、语句表、流程图等），还有一些技术文件等[9]。

PLC控制系统是为工艺流程服务的，所以它首先要能很好地实现工艺提出的控制要求。

PLC控制系统的设计应遵循以下原则。

（1）根据工艺流程进行设计，力求控制系统能最大限度地满足控制要求。

（2）在满足控制要求的前提下，尽量减少PLC系统硬件费用。

（3）考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑PLC的可扩展性。

（3）控制系统使用和维护方便、安全可靠。

一般PLC控制系统的设计步骤如图1-6所示，具体操作如下。

（1）控制要求分析

在设计PLC控制系统之前，必须对工艺过程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才

能真正明白自己所要完成的任务，并更好地完成任务，设计出令人满意的控制系统。

（2）确定输入/输出设备

根据控制要求选择合适的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备（接触器、继电器等），根据所选用的输入/输出设备的类型和数量确定PLC的I/0点数。

（3）选择合适PLC

确定PLC的I/0点数后，就根据I/0点数、控制要求等来进行PLC的选择。

选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。

（4）I/0点数分配

点数分配就是规定PLC的I/0端子和输入/输出设备。

（5）PLC程序设计

首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的联系，然后画出程序流程图，最后再进行程序编制。

（6）模拟调试

程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。

（7）现场联机调试

现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。

在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。

（8）整理技术文件

这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O接线原理图、程序清单和使用说明书等。

图1.7设计步骤示意图

2.5PLC的应用领域

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，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。

这特别适合多品种、小批量的生产场合。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类:

（1）开关量逻辑控制

取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

（2）工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

（3）运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

（4）数据处理

PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

（5）通信及联网

PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制[10]。

2.6PLC的特点

PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的:

1）功能