PLC课程设计.docx
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摘要
针对工业控制企业生产线上运输工程的需要设计了自动生产线上运料小车的自动控制系统的工作过程。
该控制过程属于双向控制，运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向右行，电机反转，小车向左行。
在生产线上有4个编码为1-4的站点供小车停靠，在每一个停靠点安装一个行程开关以监视小车是否到达该站点。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
它主要由两部变频器分电路构成，一是主电路（整流模块、电解电容和逆变模块），二是控制电路（开关电源板、控制电路板），本次设计采用变频器控制小车，实现变速。
关键词：
可编程控制器；运料小车；自动生产线；变频器
Abstract:
Industrialproductionforcontroloftheonlineneedsoftransportprojectsdesignedautomatedproductionlinematerialshippedthecar'sautomaticcontrolsystemworkingprocess.Thecontroloftwo-wayprocesscontrol,andtransportmaterialfromacarthree-phaseasynchronousmotordrag,themotoristransferred,therightcarline,theelectricalreversal,thecarleftline.Inlinewithfourforthel-4codingsiteforcarparking,aberthineachoftheinstallationofatripswitchtomonitorwhetherthecararrivedatthesite.
Variable-frequencytheuseofpowersemiconductorsdeviceistheroleofthepowertoanotherfrequencychangethefrequencyofelectricalenergycontroldevice,itismainlycomposedofthetwoVariable-frequencyinacircuitthatisthemaincircuit（thismoduleoftheelectrolyticcapacitorsandturnedaway,andcontrolmodule） （switchpowercircuit
panelsandcontrolboard）,thisdesignadoptsVariable-frequencycontrol,theimplementationoftheshift.
Keywords:
PLC,material-carrieddolly,automaticproductionline;Variable-frequencyDrive;
目录
1.绪论 1
2.PLC的发展与控制原理 2
3.设计目的，设计要求 3
4.系统方案设计及确定 4
4.1自动方案设计 4
4.2手动方案设计 5
5.运料小车控制系统的方案论证 6
5.1控制电路电器元件选择及确定 6
5.2I/O分配表 6
5.3PLC外部接线 6
5.4PLC控制程序 6
6.运料小车控制系统程序设计 7
7.变频器与可编程控制器的连接 10
8.调试 11
8.1调试工具 11
8.2调试步骤 11
8.3调试总结 11
9.设计小结 12
附录 14
1.绪论
可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。
它以微处理器为核心,用编写的程序进行逻辑控制、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。
如今，PLC在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。
在就业竞争日益激烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。
任何生产机械电气控制系统的设计，都包括两个基本方面：
一个是满足生产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用以及维修的需要。
因此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。
前者决定一台设备使用效能和自动化程度，即决定着生产机械设备的先进性、合理性,而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面的性能。
工厂车间传统设备人工呼叫小车运行方式，所使用的行程开关在长时间使用后会出现许多问题，在实际应用中行程开关时常会发生开关失灵的现象，导致小车制动时发生的“溜车”现象，引发安全事故。
当今社会工业自动化已逐步形成,传统设备已渐渐被替代。
所以本文运用PLC与变频器实现小车自动装卸料（变频器是将固定频率的交流电变成频率可调的交流电），完成生产自动化。
可编程控制器是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前它以被广泛应用于各个领域。
可编程逻辑控制器，简称PLC。
要完成好电气控制系统的设计系统，除要求我们掌握必要的电气设计基础知识外，还要求我们必须经过反复实践，深入生产现场，将我们所学的理论知识和积累的经验技术应用到设计中来。
本次课程设计正是本着这一目的而着手实施的实践性环节，它是一项初步的模拟工程训练。
通过这次课程设计，我感到更深地了解一般电气控制系统的设计要求、设计内容和设计方法。
2.PLC条件下运料小车的发展与控制原理
运料小车的发展——由于PLC的不断发展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产率的不断提高，运料小车控制经历了以下几个阶段：
1） 手动控制：
在20世纪60年代末70年代初期，便有一些工业生产采用PLC来实现运料小车的控制，但是由于当时的技术还不够成熟，只能够用手动的方式来控制机器，而且早期运料小车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。
2） 自动控制：
在20世纪80年代，由于计算机的价格下降，这时的大型工控企业将PLC充分的与计算机相结合，通过机器人技术，自动化设备终于实现了PLC在运料小车控制系统在自动方面的应用。
3） 全自动控制：
现阶段，由于PLC技术的向高性能高速度、大容量发展大型PLC大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。
将PLC运用到运料小车控制系统，可实现运料小车的全自动控制,降低系统的运行费用。
PLC运料小车自动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，维修和改造方便等优点。
控制原理：
小车到达目标工位的判断是基于工作台上几个限位压力传感器得到的。
当小车经过工位处的接近开关或限位开关时，限位开关处的传感器感应到信号，将信号传送给PLC,PLC控制变频器，再由变频器控制小车的运停和速度变化，实行各工位运料卸料的一体化。
本次设计要加入变频器实现调速，小车通过运行在不同工作段切换不同的速度，符合一定的机械要求。
图2-1就是本次设计小车运行状态的基本情况。
本次设计采用往返工作台模拟，行程开关也成为限位开关或位置开关，是一种利用生产机械某些运动部件的撞击来发出控制信号的主令电器，所以成为行程开关。
图2-2行程开关电气图及文字符号。
简单介绍接近开关：
接近开关又称无触点位置开关是传感器的一种，它与运动部件无机械接触而能准确操作的位置开关。
按工作原理来分，接近开关有高频振荡型、感应电桥形、霍尔效应型、光电型、永磁及磁敏元件型、电容型和超声波型等多种类型,其中以高频振荡型最为常用。
高频振荡型接近开关的工作原理:
当有金属物体靠近一个以一定频率稳定振荡的高频振荡器的感应头附近时，由于
感应作用，该物体内部会产生涡流及磁滞损耗，以致振荡回路因电阻增大、能耗增加而使振荡减弱，直至停止振荡。
检测电路根据振荡器的工作状态控制输出电路的工作，输出信号去控制继电器或其它电器，以达到控制目的。
a）常开触点 b）常闭触点
图2-2行程开关电气图及文字符号
3.设计目的与设计要求
目的：
了解PLC控制系统。
a） 能够上网查询相关资料，培养对新知识新技术的独立学习能力和应用能力。
b） 设计实现自动小车运料。
完成PLC控制系统梯形图设计。
c） 在熟悉变频器的用法基础上，实现运料小车的控制，实现不同速度运到要求之处，并且自动卸料，回到原地自动装料的控制过程。
要求：
独立完成一个小的系统设计，增强分析问题、解决问题的能力，为日后的毕业设计及科研工作奠定良好的基础。
1） 确定控制方案，选择PLC和变频器及电动机型号。
2） 完成PLC与变频器的连接
3） 在实验室条件下，通过试验调试初步验证其程序的正确性。
5
2）第二种方案：
从0点出发以速度VI到达A点，停下自动卸料，返回0点，再停下料斗开关打开，装料5s,料斗关闭；然后以速度V2到达B点，停下自动卸料，返回0点，停下料斗开关打开，装料5s,料斗关闭；最后以速度V3到达C点，停下自动卸料，返回0点，停下料斗开关打开，装料5s,料斗关闭，可以不断的往复运行，图4-2为OABC运行方式二的示意图。
4.系统方案设计及确定
本次设计课题方案确认为：
变速小车控制，小车在0、A、B、C之间做定轨迹运行和不定轨迹运行，分别实现自动和手动控制，并用变频器控制小车的速度，是小车往返于不同工作点，本次主要采取两种自动和一种手动控制方案，下面做具体介绍。
4.1自动方案设计
1）第一种方案：
从0点出发，以爬行的速度到达A点，停下，再启动以慢速（高于爬行的速度）到达B点，停下，再启动以快速到达C点，停下，然后快速返回0点停下，然后可以重新启动，可以不断的往返运行，图4-1即小车往返运行示意图。
4
4.2手动方案设计
本方案为手动控制，首先小车现在0点装料5S,然后可以根据需要在0点设置三个按钮，分别控制小车到达A点、B点或C点，而且C点距离最远也是紧急需求，即如果C点需要需将料物先送到C点，A点、B点不能切断其运行状态,B点的需求其次，即B点发出需求信号时，A点能切断，不能得到料物，二此时如C点需求，在料物还未卸载之前，都要先送至C点；同理如果A点发出需求信号需将料物送到A点，但是在料物为卸载之前，B点或C点发出需求信号，都要将物料转移到相应点。
注意：
物料一旦卸载就不再相应其他高级需求信号。
图4-3为根据需求送料的四个站点，通过选择按钮
0ABC
图4-3根据需求运料至站点
5.运料小车控制系统的方案论证
3.1控制电路电器元件选择及确定
3.2I/O分配表
表5-1小车往返运行I0分配表
I
启动
停止
A点接近开关
B点接近开关
C点行
程开关
0点行程开关
0.00
0.01
1.00
1.01
1.02
1.03
0
右行
左行
10.0
10.01
3.3PLC外部接线
本次设计PLC的外部接线分为两部分，一部分是主电路，由总电源和变频器组成，三相电接变频器的输入（位于变频器上方），输出连往返工作台的三项异步电机，三用星型连接；另一部分为微机控制的PLC控制电路，将PLC的基本模块的电源连接好，并且将所需的输入按钮，如启动停止按钮连接，变频器的si、s2分别连PLC的正反转，如10.0、10.01,s5、s6,s7、sc分别与PLC的11.0、11.01、11.02和COM口相连，本次设计需将10、11通道所有通道公共端相连，再将A、B、C、0、的接近开关和行程开关与PLC的相应输入相连，并且要求连接完毕进行检查，确保连线正确。
3.4PLC控制程序
6.运料小车控制系统程序设计
6.1.程序流程图
1）图6-1为小车往返运动从0点爬行运到A点停，慢速运到B点停，再快速到
C点，然后返回的流程图。
图6-1小车往返运行流程图
根据流程图设计设计运料小车的控制系统图，过程中需要考虑屏蔽问题，比如我们可以采用子程序的方式，用IL和ILC指令，在IL框我们可以用延时来屏蔽过A点的接近开关，
2）图6-2为运料小车往返控制的流程图。
图6-2运料小车往返控制流程图
根据上图设计PLC控制小车运料系统的梯形图，并且注意屏蔽，即在送到A点返回时，再送向B时还会经过A点，此时我们考试应该将A返回后把A点的加紧开关屏蔽掉，以便去B点时经过A点没什么反映。
3）图6-3为自动方案流程图，只是其中两种情况，即C点要求物料必须将物料送至C点，而B点需求，再响应请求后，还要考虑送货过程中C点是否更需要，如果需要再没将物料卸下之前，均需响应C点，物料一旦卸下就不再响应任何请求，待小车返回装完时重新发出请求。
A点同理，只是优先级最低,根据要求及流程图设计梯形图。
6-3按键选择送料地点流程图
12
6.变频器与可编程控制器的连接
变频器通常分为4部分：
整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电；高容量电容存储转换后的电能；逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波；控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。
变频器与PLC的连接就是将
7.调试
通过不断的调试验证梯形图，并且不断的校验
8.1调试工具
微型计算机，可编程控制器，变频器
8.2调试步骤
将变频器与PLC先连接好，同时将主电路和控制电路都接好线，并且检查正确无误，合闸，设置变频器的参数，本次实习中我们需设置的参数有nOO3=l,n004=l,n006=0,n024—n026设置频率，这里必须是递增的，而且最大可设60HZ,导入梯形图到CXP软件，设备选CPM2*是他默认，然后PLC在线工作—上传至PLC—工作模式为运行，启动程序，观察现象，看是否符合要求，不符合要求的相应的分析并更正程序直到最后现象正确即为完成。
8.3调试总结
通过调试让我们更加确认自己的程序是否正确，而且根据现象可以研究自己的梯形图，发现问题，解决问题，最后不断地改进，让我们体会到自己努力，研究最终得到正确程序的过程。
8.设计小结
两周的实习很快就结束了，在这两周里我们真正的学到了很多的东西，从硬件的设计，我们自己动手查询资料，灵活的运用了网络资源，并通过分析理解，不断的推敲，将梯形图慢慢的设计成型，自然过程中经历了很多，我们和同学一起探讨，和老师一起学习，并不断的改进，从中学到知识真正的理解。
其实梯形图的设计还是很容易设计成功的，我们设计完梯形图要经过不断地验证更正，然后获得一个正确的图形，在梯形图设计的同时，又要考虑变频如何实现，并且通过与本组同学的相互合作，分工完成各自的工作并且最后汇总，一起相互学习对方的知识，让我感到受益匪浅。
通过本次实习我不仅学会了简单的编程工作，并将其在PLC中实现还学会了用变频器，知道了一些变频器的知识，可以动手连接线路，并且和其他组成员的学习了解了编码器的一些知识，我感觉这样的实习很有意义，自己选课题，然后查资料，不断地去实践，最后获得我们要求的成果，通过和大家一起学习，效率也提高了，也学到了许多自己不知道的知识。
回顾此次设计，其实有很多的不足之处，我们花费了大量的时间在编程和变频器的调试上，有了中轻松的心态，没有像想象的高效，以后的工作和学习中要注意，时时事事认真透彻的学习和完成。
本次课程设计顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在大家共同努力下顺利的解决。
同时，在老师和同学那里我学得到很多实用的知识，很感谢学校给了我们这个学习的机会，感谢老师给我们争取了这次机会，我们真的收益颇多，相信以后我会更加努力的学习知识并将其运用实践，在学习中成长，在成长中不断的成熟。
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