装卸料小车PLC控制设计.doc

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编号

《电气控制与PLC》

课程设计

（级本科）

题目：

装卸料小车PLC控制设计

院（系）：

物理与机电工程学院

专业：

电气工程及其自动化

作者姓名：

指导教师：

职称：

完成日期：

年月日

课程设计任务书

学生姓名

学号

专业方向

电气工程及其自动化

班级

题目名称

装卸料小车PLC控制设计

一、设计内容及技术要求：

1.完成运料小车控制要求。

一辆小车在A、B两点之间运行，在AB两点之间各设一个限位开关，如图所示，小车在A点时（后限位开关受压动作），操作控制按钮可使小车前行至料都下碰到前限位开关停止，装料后再返回A点将料卸下。

小车要求有3种控制方式。

（1）手动控制方式

（2）单周期运行控制方式

（3）自动循环运行控制方式

A手动方式

在手动控制方式下，可用4个控制按钮控制小车向前、向后运行，以及车门的打开和料斗门的代开。

小车的运行有三相异步电动机控制，小车的车门和料斗的车门由电磁铁控制，当电磁铁得电时料斗门或车门打开，失电关闭。

（1）手动控制要求

a小车向前运行：

小车在料斗下面时不能向前运行，小车的车门在打开不能运行，小车采用点动控制，按下向前运行按钮，小车向前进，当小车行至料斗下时碰到前限位开关时应停下来。

b小车向后运行：

小车在A地点时不能后退，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，料斗门未关闭时不能运行，按下向后运行按钮时，小车向后运行至A地点时小车碰到后限位开关时应停下来。

c料斗门打开控制：

小车必须在B地点时，才能打开车门，以保证将料卸在地上。

按下料斗门打开按钮，控制料斗门的电磁铁得电，斗门打开，延时十秒后电磁铁失电斗门关闭。

d车门打开控制：

小车必须在A地点时，才能打开车门，以保证将料卸在规定地点。

按一下车门打开按钮，控制车门的电磁铁得电，车门打开，延时十秒后电磁铁失电，车门关闭。

B单周期运行控制要求

小车在A地点，并且在车门关好的情况下，按一下向前运行按钮。

小车就从A地点运行到B地点停下来，然后料斗门打开装料十秒钟，之后小车自动向后运行到A地点停止，车门打开卸料4秒钟后，车门关闭。

C自动循环控制要求

小车在A地点时，按一下向前运行按钮，小车将自动重复单周期运行过程，断开运行开关时，小车将在完成一个循环后，结束运行。

在手动控制方式下不能运行单周期、双周期、自动运行方式，反之，单周期、双周期和自动运行方式下也不能运行手动控制。

2.可编程控制器输入输出接线图设计。

3.控制面板原件布置图设计。

4.控制梯形图和程序设计。

5.编写设计说明书。

6.绘制必要的图纸。

二、课程设计说明书撰写要求：

1.设计应根据原始资料，满足控制要求。

2.设计说明书书写工整、整齐，图纸应清洁规范，电气符号和文字符号符合国标。

3.完成设计说明书（包括封面、目录、设计任务书、设计思路、硬件设计图、程序清单、总结体会、参考文献等）。

三、设计进度

第一周

星期一、二讲解设计课题内容、布置课程设计任务。

星期三、四PLC输入输出接线图，初步设计。

星期五梯形图、控制面板初步设计

第二周

星期一、二PLC输入输出接线图，梯形图、控制面板修改完善。

星期三、四绘图，编写说明书，装订说明书

星期五答辩

指导老师签字:

目录

前言 6

一设计目的和任务 6

1.1设计目的 7

1.2设计任务 7

二硬件设计 7

2.1I/O点数分配 7

2.2CPU选择 8

2.3小车往复运动控制 8

2.4控制面板设计设计如下 8

2.5控制面板与PLC接线 9

三软件设计 10

3.1手动控制方式 10

3.2单周期控制方式 11

3.3自动控制方式 12

四程序设计 13

4.1手动程序设计 13

4.2单周期控制方式 15

4.3自动控制方式 16

五程序调试仿真结果 18

六小结 20

七参考文献 21

附录 22

前言

PLC是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。

它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。

PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。

普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。

而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。

特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。

随着电子技术的飞速发展，人们对于生产过程提出了更高的要求，然而由于控制过程与对象越加复杂，因此要实现生产加工过程的理想控制就更加困难。

可编程控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。

它是20世纪70年代以来，随着社会生产的发展和技术进步，工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞速发展，PLC的功能和性能已经有了很大的提高，从当初用于逻辑控制和顺序控制领域，扩展到运动控制和过程控制领域。

现在的可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。

它以其功能强大、可靠性高、编程简单、使用方便以及体积小、功耗低等突出的优越性，迅速普及并成为当代工业自动化的支柱设备之一。

这次课程设计服从于《电气控制与PLC》课程设计指导书及任务书的要求，编写时力求结合编程及调试实际过程、突出PLC应用及特点。

一设计目的和任务

1.1设计目的

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

作为目前国内控制市场上的主流控制器，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。

所以本设计采用plc作为运料小车的核心控制器件。

1.2设计任务

本设计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：

能实现如下三种控制要求

1.手动控制方式

2.单周期运行控制方式

3.自动循环运行控制方式

二硬件设计

2.1I/O点数分配

分析控制要求，确定输入、输出设备系统的起动SD、停止ST需要2个按钮，起点和终点处的两个行程开关是用来自动控制小车的往复运动的，也应作为输入设备。

RX小车右行起动按钮

LX小车左行起动按钮

ZL装料按钮

XL卸料按钮S2卸料指示灯

A1单周期开关

A2双周期开关

A3手动按钮

A4自动按钮

SQ1右限位开关

SQ2左限位开关

总计12个输入点数

S1装料指示灯

S2卸料指示灯

L1左行指示灯

R1右行指示灯

总计4个输出点数

I/O点数分配表如下表

表2.1I/O点数分配

2.2CPU选择

经分析控制要求得到需要具有12个输入4个输出的PLC，因此选择西门子S7-200系列中的CPU224,此型号CPU具有14个输入，10个输出，所以此型号能够满足要求，且留有一定的余量。

2.3小车往复运动控制

要实现小车的左右往复运动，只要对小车的拖动电动机实现正反转控制即可。

这里用两个接触器分别控制小车右行（KM1）左行（KM2）。

图2.1电动机正反转控制

2.4控制面板设计设计如下

图2.2控制面板示意图

2.5控制面板与PLC接线

图2.3控制面板与PLC接线

三软件设计

3.1手动控制方式

3.1.1手动控制要求

A小车向前运行：

小车在料斗下面时不能向前运行，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，按下向前运行按钮，小车向前进，当小车行至料斗下时碰到前限位开关时应停下来。

B小车向后运行：

小车在A地点时不能后退，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，料斗门未关闭时不能运行，按下向后运行按钮时，小车向后运行至A地点时小车碰到后限位开关时应停下来。

C料斗门打开控制：

小车必须在B地点时，才能打开车门，以保证将料卸在地上。

按下料斗门打开按钮，控制料斗门的电磁铁得电，斗门打开，延时十秒后电磁铁失电斗门关闭。

D车门打开控制：

小车必须在A地点时，才能打开车门，以保证将料卸在规定地点。

按一下车门打开按钮，控制车门的电磁铁得电，车门打开，延时十秒后电磁铁失电，车门关闭。

3.1.2控制流程图

图3.1手动控制流程图

3.2单周期控制方式

3.2.1单周期控制要求

小车在A地点，并且在车门关好的情况下，按一下向前运行按钮。

小车就从A地点运行到B地点停下来，然后料斗门打开装料十秒钟，之后小车自动向后运行到A地点停止，车门打开卸料4秒钟后，车门关闭。

完成双周期。

3.2.2控制流程图

图3.2单周期控制流程图

3.3自动控制方式

3.3.1自动控制要求

小车在A地点时，按一下自动运行按钮，小车将自动重复双周期运行过程，断开运行开关时，小车将前在完成一个循环后，结束运行。

在手动控制方式下不能运行双周期、自动运行方式，反之，双周期和自动运行方式下也不能运行手动控制。

3.3.2控制流程图

图3.3自动控制流程图

四程序设计

4.1手动程序设计

4.2单周期控制方式

4.3自动控制方式

五程序调试仿真结果

图5.1自动运行（右行）按下右行按钮

图5.2自动运行（右行）右行输出

图5.3自动运行（装料）按下右限位开关

图5.4自动运行（装料）装料输出

图5.5自动运行（左行）

图5.6自动运行（卸料）按下左限位开关

图5.7自动运行（卸料）卸料输出

六小结

课程设计的过程，是一次将大学本课程所学理论知识与实际相结合的过程，通过课程设计我学会了如何把理论知识与工程实际相联系，这将对以后走上工作岗位打下基础。

另外，在设计过程中，用到了如word、AutoCAD等软件，这大大提高了自己的计算机水平。

在设计的过程中得到了老师和同学的帮助，增进了师生之间的感情。

由于设计过程中需要用到许多工程手册，这也提高了自己查找资料运用资料的能力。

在完成课程设计之后我不仅对工程实际有所了解，同时也巩固了自己所学的理论知识，通过课程设计我是受益匪浅。

本文的设计工作是在我的老师的精心指导和悉心关怀下完成的，在我的学业和设计的研究工作中无不倾注着老师辛勤的汗水和心血。

老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受的启迪。

从尊敬的老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。

在此我要向我的老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。

在此，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意！

衷心地感谢在百忙之中评阅设计和参加答辩的各位老师！

七参考文献

[1]章文浩．可编程控制器原理及实验．国防工业出版社，2003

[2]鱼雷声.电气控制与PLC应用.北京：

机械工业出版社，2003

[3]章文浩.可编程控制器原理及实验.北京：

国防工业出版社，2003

[4]黄云龙.可编程控制器教程.北京：

机械工业出版社，2003

[5]戴一平.可编程控制器技术及应用.北京：

机械工业出版社，2004

[6]王兆义.小型可编程控制器使用技术.北京：

机械工业出版社，2001.1

[7]吴丽.电气控制与PLC实用教程.郑州:

黄河水利出版社，2005.2

[8]王也仿.可编程控制器应用技术.北京：

机械工业出版社，2001

[9]张晓峰.电气控制与可编程控制技术及应用.北京：

国防工业出版社，2010

附录

梯形图程序

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