PLC运料小车自动控制设计课程设计.doc

潍 坊 学 院 课 程 设 计
目录
引言 I
1设计任务与要求 1
２PLC控制系统的硬件设计 2
2.1 PLC机型的选择 2
2.2 PLC容量估算 3
2.3 系统I/O地址的分配 3
2.4 安全回路设计 4
2.5 计算机和PLC的链接通信 5
３运料小车PLC控制的软件设计 5
3.1 STEP7-Micro/WIN编程软件 6
3.2运料小车控制梯形图设计 7
3.3运料小车控制语句表设计 9
3.4运料小车PLC控制设计说明 11
4 PLC控制系统的抗干扰性设计 11
4.1 抗电源干扰的措施 12
4.2控制系统的接地设计 12
4.3防I/O干扰的措施 13
5 PLC控制系统的调试 13
6小结 14
7参考文献 14

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引言
运料小车自动控制
随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化，自动化。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。它功能强大，可扩展到128I/O点。且能增加特殊功能模块或扩展板。ＰＬＣ在运料小车控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。本文以ＰＬＣ控制技术为核心，采用SIEMENS公司的S7-200系列的PLC，论述了运料小车控制的软硬件设计方案及其控制原理，实现了运料小车自动控制。

I
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1 设计任务与要求
（1）设计任务
某自动生产线上运料小车的运动如图1.1所示：
自动化生产线
运料小车
1号站

_____

2号站
4号站
3号站
5号站

图1.1 运料小车示意图
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，小向左行。电动机正反转图如图1.2所示：
在生产线上有5个编号为l～5的站点供小车停靠，在每一个停靠站安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。对小车的控制除了启动按钮和停止按钮之外，还设有5个呼叫按钮开关(SB1～SB5）分别与5个停靠站点相对应。

图1.2 三相异步电动机正反转主电路图
（2）设计要求
1）按下启动按钮,系统开始工作，按下停止按钮，系统停止工作；
2）当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮SB的编码时，小车向右运行，运行到呼叫按钮SB所对应的停靠站时停止；
3）当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮SB的编码时，小车向左行，运行到呼叫按钮SB所对应的停靠站时停止；
4）当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮SB的编码时，小车保持不动；
5）呼叫按钮开关SB1～SB5应具有互锁功能，先按下者优先。
6）设计PLC硬件电器连接图。
7）设计PLC控制程序(梯形图或指令程序)。
２ ＰＬＣ控制系统的硬件设计
2.1 ＰＬＣ机型的选择
PLC机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。S7-200系列PLC是西门子公司推出的一种小型PLC。S7-200系列PLC在集散自动化系统中充分发挥其强大功能适用范围从替代继电器的简单控制到复杂的自动化控制。它适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列PLC CUP模块外部结构，如图２.１所示。

图2.1　　S7-200系列PLC－CUP模块外部结构
2.2 ＰＬＣ容量估算
PLC的容量指I/O点数和用户存储器的存储容量两方面的含义。在选择PLC型号时不应盲目追求过高的性能指标，但是在I/O点数和存储器容量方面除了要满足控制系统要求外，还应留有余量，以做备用或系统扩展时使用。
2.3 系统Ｉ／Ｏ地址的分配
S7-200系列PLC地址分配原则有两点：
１）数字量和模拟量分别编址，数字量输入地址冠以字母“I”，数字量输出地址冠以字母“Q”，输出/输入字节可以重号。模拟量输入地址冠以字母“AI”，模拟量输出地址冠以字母“AQ”，输出/输入字可以重号。
２）是数字量模块的编址是以字节为单位。
本次小车运料plc控制设计，I/Q分布表，如表一。
表一 小车运料I/Q地址分配表
输入
输出
启动
I0.0
左移
Q0.0
1号站
I0.1
右移
Q0.1
2号站
I0.2
停止
Q0.2
3号站
I0.3

4号站
I0.4

5号站
I0.5

SB1
I1.1

SB2
I1.2

SB3
I1.3

SB4
I1.4

SB5
I1.5

停止
I0.7

2.4 安全回路设计
安全回路是保护负载或控制对象以及防止操作错误或控制失败而进行连锁控制的回路。在直接控制负载的同时，安全保护回路还给PLC输入信号，以便于PLC进行保护处理。安全回路一般考虑以下几个方面。
1）短路保护
2）互锁与联锁措施
3）失压保护与紧急停车措施
4）极限保护
2.5 计算机和PLC的链接通信
连接S7-200 CPU 可以用PC/PPI电缆建立个人计算机与PLC之间的通信连接，如图2.2所示。

图2.2 PC/PPI电缆建立个人计算机与PLC之间的通信连接
３运料小车ＰＬＣ控制的软件设计
软件设计是PLC控制系统设计的核心。要设计好PLC的应用软件，必须充分了解被控对象的生产工艺、技术特性、控制要求等。通过PLC的应用软件完成系统的各项控制功能。
S7-200系列PLC的编程语言非常丰富，有LAD（梯形图）、STL（语句表）、FBD（功能块图/逻辑功能图）、顺序功能图（SFC）等，用户可以选择一种语言编程，如果需要，也可混合使用几种语言编程。
3.1 STEP7-Micro/WIN编程软件
STEP7-Micro/WIN是专为S7-200 PLC设计的编程和配置软件，是SIEMENS公司S7-200系列PLC用户不可缺少的开发工具。STEP7-Micro/WIN的使用基于windows操作系统。STEP7-Micro/WIN编程软件的窗口如图3.1所示。

图3.1 STEP7-Micro/WIN编程软件的窗口
STEP7-Micro/WIN的使用步骤：
（1）创建程序
（2）下载程序
（3）运行程序
（4）监控程序状态
3.2运料小车控制梯形图设计
由表一及设计任务和要求，在STEP7-Micro/WIN做运料小车PLC控制梯形图，如图3.2所示。

图3.2 运料小车PLC控制梯形图
3.3运料小车控制语句表设计
由图3.2运料小车PLC控制梯形图，可写出运料小车控制语句表，如图3.3所示。

图3.3 运料小车控制语句表
3.4运料小车PLC控制设计说明
网络1：按下启动（I0.0）按钮,系统开始工作。
网络2：按下停止(I0.1)按钮，系统停止工作。
网络3：小车停车位置编码。用传送指令将一号站（I0.1）编码为0、二号站（I0.2）编码为1、三号站（I0.3）编码为2、四号站（I0.4）编码为3、五号站（I0.5）编码为4。
网络4：呼叫按钮编码，即按下呼叫按钮，当前按钮被编码。用传送指令将呼叫按钮SB1(I1.1)编码为0、呼叫按钮SB2(I1.2)编码为1、呼叫按钮SB3(I1.3)编码为2、呼叫按钮SB4(I1.4)编码为3、呼叫按SB5(I1.5)编码为4。
网络5：呼叫优先，呼叫按钮开关SB1～SB5应具有互锁功能，先按下者优先。
网络6：当小车当前所处停靠站的编码大于呼叫按钮SB的编码时，小车向左行，运行到呼叫按钮SB所对应的停靠站时停止。
网络7：当小车当前所处停靠站的编码小于呼叫按钮SB的编码时，小车向右运行，运行到呼叫按钮SB所对应的停靠站时停止。
网络8：当小车当前所处停靠站的编码等于呼叫按钮SB的编码时，小车保持不动。
4 PLC控制系统的抗干扰性设计
尽管PLC是专为工业生产环境而设计，有较强的抗干扰能力，但是如果环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈或PLC的安装和使用方法不当，还是有可能给PLC控制系统的安全和可靠性带来隐患。因此，在PLC控制系统设计中，还需要注意系统的抗干扰性设计。
4.1 抗电源干扰的措施
（1）采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰
（2）．硬件滤波措施 在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该使用带屏蔽层的隔离变压器对PLC系统供电。还可以。在隔离变压器一次侧串接滤波器，如图4.1所示。
（3）正确选择接地点，完善接地系统。

图4.1 滤波器和隔离变压器同时使用
4.2控制系统的接地设计
良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。接地系统的接地方式一般可分为3种方式：串联式单点接地、并联式单点接地、多分支单点接地即第3种接地方式。PLC采用第3种接地方式即单独接地。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。
4.3防I/O干扰的措施
由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动作或死机。可采取以下措施以减小I/O干扰对PLC系统的影响。
5 PLC控制系统的调试
统调试是系统在正式投入使用之前的必经步骤。与继电器控制系统不同，PLC控制系统既有硬件部分的调试还有软件的调试，与继电器控制系统相比，PLC控制系统的硬件调试要相对简单，主要是PLC程序的编制和调试。一般可按以下几个步骤进行：应用程序的编制和离线调试、控制系统硬件检查、应用程序在线调试、现场调试、总结整理相关资料、系统正式投入使用。
6小结
在本次设计中，虽然遇到了很多难题，但也收获了很多，这次实践充分将平时学习的理论知识与实践操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步稳固和提高自己理论知识结构，通过将所学知识应用于实际中去，在实际中发现问题、分析问题、解决问题，提高分析和解决问题能力。目前我国正处于经济发展的转型期并且随着科技的不断发展，未来工厂的生产过程必定会越来越智能化。小车送料是一种物料传输设备，因其高效、连续、快速的特性，被广泛的应用于矿业、化工、机械、电力、建材、轻工业以及港口码头等重要的工业领域。也正因为传送带的应用十分的广泛，对传送带的制造和自动化改进对于工业生产的意义日趋重大。PLC自诞生起便广受业界的关注，如今PLC依然是自动控制领域的一大支柱。传送带和PLC的结合为大势所趋，未来必将大放异彩。
7参考文献
[1]李长久、安宏伟.PLC原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2006
[2]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].北京：化学工业出版社，2003. 
[3]汪明.网络化控制变频调速系统[M].北京：中国电力出版社，2006.
[4]范永胜、王岷.电气控制及PLC应用[M].北京：中国电力出版社，2004. 
1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
25. 基于PIC单片机的智能手机充电器
26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究
27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
43. 基于MCS-51单片机的热量计
44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统
49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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