基于PLC控制的小车自动化送料系统毕业论文设计.docx
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基于PLC控制的小车自动化送料系统毕业论文设计
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西安航空职业技术学院
毕业设计（论文）
论文题目：
基于PLC的自动控制运送料小车设计
所属系部：
指导老师：
职称：
学生姓名：
学号:
专业：
西安航空职业技术学院制
西安航空职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
题目：
基于PLC的自动控制运送料小车设计
任务与要求：
1实现送料小车的手动和自动化的转化
2根据控制要求进行了小车系统的具体设计
3画端子接线图、梯形图（分段设计说明和系统总梯形图）和程序指令
时间：
20**年8月20日至20**年10月20日共8周
所属系部：
电子工程系
学生姓名：
学号：
专业：
应用电子
指导单位或教研室：
西安航空职业技术学院
指导教师：
职称：
讲师
西安航空职业技术学院制
摘要
可编程序控制器（Programmablecontroller）简称PLC，由于PLC的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，所以PLC的应用领域在迅速扩大。
对早期的PLC，凡是有继电器的地方，都可采用。
而对当今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。
尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不段增强，所以，目前PLC在国内外已被广泛应用于各个行业。
本设计是为了实现送料小车的手动和自动化的转化，改变以往小车的单纯手动送料，减少了劳动力，提高了生产效率，实现了自动化生产！
而且本送料小车的设计是由于工作环境恶劣，不允许人进入工作环境的情况下孕育而成的。
本文从第一章送料小车的系统方案的确定为切入点，介绍了为什么选用PLC控制小车；第二章介绍了送料小车的应达到的控制要求；第三章STEP7-MicroWIN32编程软件介绍及功能；第四章根据控制要求进行了小车系统的具体设计，包括端子接线图、梯形图（分段设计说明和系统总梯形图）和程序指令设计；最后得出结论。
关键词：
PLC；送料小车；控制；程序设计
Abstract
ProgrammablelogiccontrollerreferredtoPLC，becauseoftheofPLCintherapidlyexpanding.InearlyPLC，alwaysuse.Butintoday'sPLCtocontrolsystemthatalmostsaythereisneedofplaceofPLC.Especiallyinrecentyears，thecostofPLC，functionandnotincrease，so，atthemoment，PLCatwidelyusedinvariousindustries.
Inordertoachievethedesignofthecarfeedthetransformationofmanualandautomated，simpletochangethepast，carmanualfeed，areductionoftheworkforce，increasedproductivity，automatedproduction!
Feedingandthecarisdesignedtobeasaresultofbadworkingconditionsarenotallowedtoentertheworkingenvironmentofthecircumstancesformed.
ThisarticlefromthefirstchapterofthefeedsystemofthecaridentifiedasanentrypointtointroduceacarWhychoosePLCcontrol;ChapterIIintroducedthecarfeedthecontrolrequirementstobemet;ChapterIIIunderthecontrolofthecarsystemtocarryoutthespecificdesign，includingtheterminalwiringdiagram，ladderdiagram（Sub-totalsystemdesigndescriptionsandladder）andproceduresforinstructiondesign;thefinalconclusion.
Keywords:
PLC;FeedingCar;Control;ProgramDesign
前言1
1控制系统介绍和控制过程要求2
1.1控制系统在送料小车中的作用与地位2
1.2控制系统介绍2
2送料小车系统方案的选择4
2.1可编程控制器PLC的优点4
2.2小车送料系统方案的选择5
3STEP7-MicroWIN32编程软件介绍及功能6
3.1STEP7-MicroWIN32编程软件介绍6
3.2、基本功能6
3.3、其他功能6
4基于PLC的送料小车接线图及梯形图9
4.2PLC端子接线图10
4.3梯形图分段设计12
4.4程序运行原理说明调试与完善16
4.5系统总梯形图设计17
4.6小车程序设计22
结论27
谢辞28
参考文献29
前言
随着社会迅速的发展，各机械产品层出不穷。
控制系统的发展已经很成熟，应用范围涉及各个领域，例如：
机械、汽车制造、化工、交通、军事、民用等。
PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。
PLC的应用不但大大地提高了电气控制系统的可靠性和抗干扰能力，而且大大地简化和减少了维修维护的工作量。
PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点，在机械制造、冶金等领域得到了广泛的应用。
送料小车控制系统采用了PLC控制。
从送料小车的工艺流程来看，其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。
我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联锁关系，从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时，不会对其它工作方式的程序造成影响，使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。
在设计该PLC送料小车设计程序的同时总结了以往PLC送料小车设计程序的一般方法、步骤，并且把以前学过的基础课程融汇到本次设计当中来，更加深入的了解了更多的PLC知识。
1控制系统介绍和控制过程要求
1.1控制系统在送料小车中的作用与地位
在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。
控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。
一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人身安全事故，这样将给企业造成重大损失。
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。
1.2控制系统介绍
图1-1送料小车
本控制系统只要是用于控制送料小车的自动送料。
它既能减轻人的劳动强度又能自动准确到达人不能达到或很难到达的预定位置。
如图1-1，推车机可以沿轨道上下移动，到达预定位置。
推车机上是一个小型泵站，通过控制电磁阀换向，使两油缸伸出、缩回，顶出送料小车，再由各个仓位控制要料。
用PLC对送料小车实现控制，其具体要求如下：
（1）送料小车1动作要求：
送料小车负责向四个料仓送料，送料路上从左向右共有4个料仓（位置开关SQ1，SQ2，SQ3，SQ4）分别受PLC的I0.0，I0.1，I0.2，I0.3检测，当信号状态为1是，说明运料小车到达该位置。
小车行走受两个信号的驱动，Q0.4驱动小车左行，Q0.5驱动小车右行。
料仓要料由4个手动按钮（SB1，SB2，SB3，SB4）发出（对应于PLC为I0.4，I0.5，I0.6，I0.7）按钮发出信号其相应指示灯就亮（HL1-HL4），指示灯受PLC的Q0.0-Q0.3控制。
送料小车2动作要求：
送料小车负责向四个料仓送料，送料路上从左向右共有4个料仓（位置开关SQ11，SQ12，SQ13，SQ14）分别受PLC的I1.0，I1.1，I1.2，I1.3检测，当信号状态为1是，说明运料小车到达该位置。
小车行走受两个信号的驱动，Q1.5驱动小车左行，Q1.4驱动小车右行。
料仓要料由4个手动按钮（SB11，SB12，SB13，SB14）发出（对应于PLC为I1.4，I1.5，I1.6，I1.7）按钮发出信号其相应指示灯就亮（HL11-HL14），指示灯受PLC的Q1.0-Q1.3控制。
（2）运料小车行走条件：
运料小车右行条件：
小车在1，2，3号仓位，4号仓要料；小车在1，2号仓位，3号仓要料；小车在1号仓位，2号仓要料。
运料小车左行条件：
小车在4，3，2，0号仓位，1号仓要料；小车在4，3，0号仓位，2号仓要料；小车在4，0号仓位，3号仓要料；小车在0位，4号仓位要料。
运料小车停止条件：
要料仓位与小车的车位相同时，应该是小车的停止条件。
运料小车的互锁条件：
小车右行时不允许左行启动，同样小车左行时也不允许右行启动。
2送料小车系统方案的选择
2.1可编程控制器PLC的优点
可编程控制器PLC对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。
目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的推广应用。
可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。
1.可靠性高，抗干扰能力强
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技术，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。
例如西门子公司生产的S7系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
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，同时维护也变得容易起来。
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。
5.体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小，很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2.2小车送料系统方案的选择
实现小车送料系统控制有很多方法来实现，可以用单片机、可编程控制器PLC等元器件来实现。
但在单片机控制系统电路中需要加入AD，DA转换器，线路复杂，还要分配大量的中断口地址。
而且单片机控制电路易受外界环境的干扰，也具有不稳定性。
另外控制程序需要具有一定编程能力的人才能编译出，在维修时也需要高技术的人员才能修复，所以在此也不易用单片机来实现。
而从上述第一节对PLC的特点了解可知，PLC具有很多优点，因此我们归纳出：
可编程控制器PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；安装，操作和维护也较容易；编程简单，PLC的基本指令不多，编程器使用比较方便，程序设计和产品调试周期短，具有很好的经济效益。
此外PLC内部定时、计数资源丰富，可以方便地实现对送料小车的控制。
因此，最终我选择了用可编程控制器PLC来实现送料小车系统的控制，完成本次的设计题目。
3STEP7-MicroWIN32编程软件介绍及功能
3.1STEP7-MicroWIN32编程软件介绍
STEP7-MicroWIN32是西门子公司专为SIMATICS7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。
下面将介绍该软件的安装、基本功能以及如何应用编程软件进行编程、调试和运行监控等内容。
3.2、基本功能
STEP7-MicroWIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能。
（1）在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。
在脱机方式时，计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。
（2）在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。
（3）在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。
经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色*，且在错误处加上红色波浪线。
（4）对用户程序进行文档管理，加密处理等。
（5）设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。
3.3、其他功能
（1）运动控制
S7-200提供有开环运动控制的三种方式：
脉宽调制（PWM）-内置于S7-200，用于速度、位置或占空比控制。
脉冲串输出（PTO）-内置于S7-200，用于速度和位置控制。
EM253位控模块-用于速度和位置控制的附加模块。
为了简化您应用程序中位控功能的使用，STEP7-MicroWIN提供的位控向导可以帮助您在几分钟内全部完成PWM、PTO或位控模块的组态。
该向导可以生成位控指令，您可以用这些指令在您的应用程序中对速度和位置进行动态控制。
对于位控模块，STEP7-MicroWIN还提供了一个控制面板，可以控制、监视和测试您的运动操作。
（2）创建调制解调模块程序
使用EM241调制解调模块可以将S7-200直接连到一个模拟电话线上，并且支持S7-200与STEP7-MicroWIN的通讯。
该调制解调模块还支持Modbus从站RTU协议，该模块与S7-200之间的通讯通过扩展IO总线实现。
STEP7-MicroWIN提供一个调制解调扩展向导，它可以帮助您设置一个远端的调制解调器，或者设置将S7-200连向远端设备的调制解调模块。
（3）USS协议库
STEP7-MicroWIN指令库，该指令库包括预先组态好的子程序和中断程序，这些子程序和中断程序都是专门为通过USS协议与驱动通讯而设计的。
通过USS指令，您可以控制这个物理驱动，并读写驱动参数。
可以在STEP7-MicroWIN指令树的库文件夹中找到这些指令。
当您选择一个USS指令时，系统会自动增加一个或多个相关的子程序（USS1到USS7）。
西门子库在一张单独的CD上出售，STEP7-MicroWIN附加件：
指令库，订货号是6ES7830-2BC00-0YX0。
在定购和安装了1.1版本的西门子库后，任何后续STEP7-MicroWINV3.2x和V4.0升级都会在不需要附加费用的情况下自动升级您的库（当增加或修改库时）。
（4）Modbus从站协议指令
STEP7-MicroWIN指令库包含有专门为Modbus通讯设计的预先定义的子程序和中断服务程序，使得与Modbus主站的通讯简单易行。
使用Modbus从站协议指令，您可以将S7-200组态作为ModbusRTU从站，与Modbus主站通讯。
可以在STEP7-MicroWIN指令树的库文件夹中找到这些指令。
通过这些新指令，可以将S7-200作为Modbus从站。
当选择一个Modbus从站指令时，会有一个或多个相关的子程序自动添加到您的项目中。
西门子库在一张单独的光盘上出售，STEP7-MicroWIN附加件：
指令库，订货号为6ES7830-2BC00-0YX0。
在定购和安装了1.1版本的西门子库后，任何后续的STEP7-MicroWINV3.2x和V4.0升级都会在不需要附加费用的情况下自动升级您的库（当增加或修改库时）。
（5）使用配方
STEP7-MicroWin软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配方。
配方存在存储卡中，而不是PLC中。
STEP7-MicroWIN软件和S7-200PLC已经支持配方功能。
STEP7-MicroWin软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配方。
所有配方存在存储卡中。
因此，为了使用配方功能，必须要在PLC中插入一块64K或者256K的存储卡。
要查阅关于存储卡的更多信息。
（6）使用数据归档
STEP7-MicroWin提供数据归档向导，将过程测量数据存入存储卡中。
将过程数据移入存储卡可以节省V存储区的地址空间，否则这些数据将储存在V存储区中。
（7）PID自整定和PID整定控制面板
S7-200PLC已经支持PID自整定功能，STEP7-MicroWIN中也添加了PID整定控制面板。
这就大大增强了S7-200PLC的功能，并且使这一功能的使用变得更加容易。
4基于PLC的送料小车接线图及梯形图
4.1送料小车PLC的IO分配表
根据控制要求，PLC控制送料小车的输入\输出（I\0）地址编排如下表所示，其中SB5为启动开关，为SB6停止开关，SA6、SA7为手动\连续选择开关，SA1、SA2为上下、左右转换开关，SA3、SA4、SA5为油缸单动联动转换开关。
Q0.0-Q0.3和Q1.0-Q1.3控制8个要料指示灯，Q0.4-Q0.5和Q1.4-Q1.5控制小车1、2左行右行，Q0.6-Q0.7和Q1.6-Q1.7。
如表4-1所示：
4-1IO分配表
输入点分配
输出点分配
输入接点
输入开关名称
输出接口
驱动设备
I0.0-I0.3
小车1行程开关
（SQ1-SQ4）
Q0.0-Q0.3
小车1要料指示灯
（HL1-HL4）
I0.4-I0.7
小车1控制按钮
（SB1-SB4）
Q0.4-Q0.5
小车1左右行线圈
I1.0-I1.3
小车2行程开关
（SQ11-SQ14）
Q0.6-Q0.7
油缸1伸出缩回
线圈
I1.4-1.7
小车2控制按钮
（SB11-SB14）
Q1.0-Q1.0
小车2要料指示灯
（HL11-HL14）
I2.0-I2.5
推车机行程开关
（SQ5-SQ10）
Q1.4-Q1.5
小车2左右行线圈
I2.6-I2.7
起动，停止按钮
（SB5，SB6）
Q1.6-Q1.7
油缸2伸出缩回
线圈
I3.0-I3.1
手动，连续
转换开关（SA6，SA7）
Q2.0-Q2.1
推车机上下行线圈
I3.2-I3.3
推车机上下，左右
转换开关（SA1，SA2）
I3.4-I3.6
油缸单动联动
转换开关（SA3-SA5）
4.2PLC端子接线图
PLC型号的选择：
由于该系统是在原来CPU226的基础上改进的设备，而现在共用了31个输入，用直流24V；18个输出，用交流电220V，所以我选择用S7-200系列CPU226，加一个EM223的扩展模块。
CPU226的主要的技术参数：
输入24VDC，24点；输出220VAC，16点；电源电压为AC100—240V5060Hz。
EM223的主要技术参数：
输入24VDC，8点；输出220VAC，8点；电源电压为AC100—240V5060Hz。
如图4-1所示：
图4-1端子接线图
4.3梯形图分段设计
本次设计的自动送料小车梯形图，是分开来画的。
由总程序结构图、自动操作程序图、手动操作程序图、小车1左右自动送料运行程序图、小车2左右自动送料运行程序图组成。
图4-2总系统结构图
（1）程序的总结构图如图4-2所示：
因为在手动操作方式下，各种动作都是用按钮控制来实现的，其程序可独立于自动操作程序而另行设计。
因此，总程序可分为两段独立的部分：
手动操作程序和自动操作程序。
当选择手动操作时，则输入点I3.0接通，其常闭触点断开，执行手动程序，并由于I3.1的常闭触点为闭合，则跳过自动程序。
若选择自动操作方式，将跳过手动程序段而执行自动程序。
（2）自动程序设计，自动操作控制主要是由行程开关来控制推车机的上行、下行，两缸的伸出、缩回。
通过行程开关的上限、下限、左限、右限准确的控制推车机到达预定位置。
自动程序时，手动自动转换开关拨到连续档SA7，按下启动按钮SB6，推车机上行，碰到上位行车开关SQ6，上行停止；同时两个油缸动作，推动两小车向左移动，小车1、2碰到左位行程开关SQ10、SQ5，说明两小车到位，这时各个仓位可向小车要料；而且两油缸缩回，碰到行程右位开关SQ8、SQ9停止收缩，推车机下行到行程开关位SQ7时停止。
如图4-3所示：
图4-3自动操作程序图
（3）手动操作程序的设计，手动操作控制简单，可按照一般继电器控制系统的逻辑设计法来设计。
手动程序时，手动自动转换开关拨到手动档SA6，上下、左右转换开关拨到上下行档时，按启动按钮SB5推车机上行，按停止按钮SB6推车机下行；上下、左右转换开关拨到左右档时，拨动单动联动转换开关SA3（缸1动作），按启动按钮SB5，缸1伸出推动小车1左行；按停止按钮SB6，缸1缩回；拨动转换开关到SA5（缸2动作），按启动按钮SB5，缸2伸出推动小车2左行，按停止按钮SB6，缸2缩回；拨动单动联动转换开关到SA4（两缸同时动作）按启动按钮SB5，两缸伸出推动两小车左行；按停止按钮SB6，两缸缩回。
如图4-4所示：
图4-4手动操作程序图
（4）小车1自动送料运行程序，把小车1送到指定位置后，四个仓位就可以向小车要料了，M0.0-M0.3分别代表小车1的1号料仓到4号料仓的要料状态，运料小车1当前所处位置由
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