基于plc的机械小车运料自动控制系统设计毕业设计

基于plc的机械小车运料自动控制系统设计毕业设计内容摘要：

PLC的特点及其功能 PLC的基本 特点 （ 1） 可靠性高 PLC 作为一种通用的工业控制器 ，它必须在各种不同的工业环境中正常工作。 对工作环境的要求较低，抗干扰能力强，平均无故障工作时间长，是 PLC 在各工业得到广泛应用的重要原因之一。 PLC 的可靠性与硬件的设计制造以及软件设计密切相关。 硬件设计 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 8 PLC 在硬件设计上采用了光电隔离、使用开关电源、选用高可靠性器件、有效的抗干扰与电磁屏蔽等措施 来提高 PLC 的可靠性。 软件设计 在软件设计上采用了特殊的“循环扫描”方式 与专用的编程语言，并采用了系统程序与用户程序相对独立的软件结构。 （ 2） 使用方便 由于大多数 PLC 都采用了基本单元加扩展或模块化结构形式，因此，输入 /输出信号的数量、形式、驱动能力等可以根据实际控制需要进行选择与确定且需要，时还可以随时更换或增减 I/O 模块 ； PLC 具有可以满足不同控制要求的特殊功能模块，使得使用灵活与多变；可以通 过个人计算机在现场随时对 PLC 程序进行调整与修改，还可以对系统的信号与工作状态进行动态监控，调整、维修方面等。 （ 3） 功能完善，应用灵活。 （ 4） 环境要求低，适应性强。 （ 5） 体积小，重量轻，能耗低。 （ 6） 维修工作量小，维修方便。 （ 7） 系统的设计，安装，调试工作量少。 PLC的功能 （ 1） 基本控制功能。 它可以对开关量进行逻辑运算与处理，并实现定时、计数、代码转换、数据化比较等功能； （ 2） 特殊控制功能。 通过 PLC 的特殊功能模块， PLC 可以用于温度、电压、速度、位置等控制的场合，对模拟 量与数字量进行处理与控制。 （ 3） 通信与网络功能， PLC 可以与外围设备进行数据通信，并组成 PLC网络系统与工厂自动化系统。 PLC与 DCS、工业 PC 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 9 自从微型计算机问世以来，工业控制一直是其重要的应用领域。 在工业控制上，除 PLC 之外，工业控制计算机（简称 PC）与集散控制系统（简称 DCS）也是其中代表性产品。 PLC 与工业 PC、 DCS 的主要区别为： 在硬件上，工业 PC 机采用了通用计算机的结构形式，具有兼容性强、通信方便的特点； DCS 注重于对模拟量的输入 /输出的控制与回路调节功能的设计；而 PLC 侧重 于对开关量的逻辑控制。 在软件上，工业 PC 机可以使用多种应用程序，适应算法复杂，实时性强的控制要求； DCS 在模拟量处理与 PID 调节运算方面有其优势； PLC采用面向基层应用人员的简单编程语言与特殊的程序执行方式（循环扫描），工业 PC 与 DCS 在编程方便、直观以及运行可靠性方面不及 PLC。 PLC的基本组成及其各部分作用 PLC 的硬件主要由中央处理器（ CPU）、存储器、输入接口电路、输出接口电路、通信接口、内部电源等部分组成。 PLC 的软件主要是系统程序和应用程序。 PLC 的系统程序一般由管理程序、指令译码 程序、标准程序块三部分组成； PLC 的用户程序是指 PLC的使用者根据各种控制要求与控制条件编制的 PLC 用户程序，常称为“用户程序”。 （ 1） 中央处理器（ CPU） PLC 的 CPU 在系统程序的控制下工作，主要功能进行 PLC 的循环扫描处理，内容包括执行输入采样、执行 PLC 用户程序、内部诊断、通信处理和输出刷新五个方面。 （ 2） 存储器 PLC 内部所使用的存储器，按用途分为：系统程序存储器、用户程序存储器、内部数据存储器。 在 S7200 中，系统存储器采用 ROM 单独存河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 10 储。 用户存储器采用 EEPROM，内部划分为“ 用户程序存 储区域 ” 、 “ 参数存储区域 ” 、 “ 保持数据存储区域 ” 三个区域。 “用户程序存储区”用于PLC 用户程序；“参数存储区”用于存储 PLC 硬件、软件配置参数；“保持数据存储区”用于存储需要断电保持的部分数据存储器内容。 数据存储器在 S7200 中称“数据存储区域”，采用动态 RAM 进行存储。 （ 3） 输入接口电路 输入接口的作用 是完成外部信号到 PLC 内部信号的转换。 通常情况下，来自生产设备或控制现场的各种输入信号，通过输入接口电路可以讲开关量信号转换成 PLC 内控制所需要的、 CPU 能够直接处理的 TTL 电平，将模拟量信号转换成 PLC 内部所需要的数字量等。 输入接口电路一般由信号连接器件（如接线端子、插头等）、输入电路（ RC 滤波器、限流电路、整流电路、稳压电路等）、信号 隔离 /电平转换电路（如光电耦合器件、模拟开关等）、输入信号寄存电路等环节组成。 （ 4） 输出接口电路 输出接口的主要作用是完成 PLC 内部信号到外部信号的转换。 通过输出接口电路，可以将 CPU 处理完成的逻辑运算结果转换到外部执行元件所需要的控制信号，将处理完成的数字量信号转换成外部控制、显示所需要的模拟量等。 输出接口电路一般由信号连接器件（如接线端子、插头等）、输出驱动电路 （如中间继电器、 大功率晶体管、双向晶体管等 ） 、信号隔离 /电平转换电路（如光电耦合器件、模拟开关等）、输出信号寄存电路等环节组成。 （ 5） 通信接口 通信接口的主要作用是实现 PLC 与外部设备之间的数据交换。 最基本的通信接口有 RS23 RS42 RS485 等标准的串行接口。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 11 （ 6） 内部电源 PLC 的外部输入电源有交流输入和直流输入两种。 由于 PLC 内部一般采用开关电源 ，因此大部分 PLC 对输入电压的要求不高，交流输入时，一般为单相 AC85260V,50/60HZ；直流输入时要求 ,但部分PLC 对“纹波”有一定的要求。 PLC 内部电源的作用主要是提供 PLC 内部的 TTL 集成运算放大器等组件的工作电源，因此，需要将外部输入转换为 DC5V、 DC24V 等不同的电压。 PLC的工作原理 在 PLC 电路中， PLC 可以分为输入电路、内部控制、输出电路三部分。 其中输入电路代表了实际 PLC 的输入接口电路板、输入采样、输入缓冲等部分；内部控制电路代表了实际 PLC 的控制程序执行过程；输出电路代表了实际 PLC 的输出接口电路、输出刷新、输出缓冲等部分。 （ 1） 输入电路 由外部输入信号、 PLC 输入接线端、等 效输入继电器三部分。 外部输入信号经 PLC 的输入接线端与输入继电器接入。 每个输入继电器与输入信号一一对应，当外部输入“ 1” 时，输入继电器“线圈”得电，内部控制电路中对应的输入接点“吸合”。 （ 2） 输出电路 由内部输出接点、 PLC 输出接线端、输出执行元件三部分组成。 内部输出接点经 PLC 的输出接线端与输出执行元件连接，每个输出接点与内部控制电路中的输出线圈一一对应，当输出线圈为“ 1” 时，输出接点接通，且每一个输出线圈只能有一个用于驱动外部执行元件的接点。 （ 3） 内部控制电路 由 PLC 用户程序转化而来，它将 PLC 程 序中的顺序控制逻辑转化成河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 12 普通的继电器控制线路。 在 内部控制电路中， PLC 的定时器、计数器可以用继电器控制线路的时间继电器、计数继电器进行等效。 PLC的工作过程 当 PLC 投入运行后，主要的工作过程可以分为输入采样、执行程序、通信处理、 CPU 诊断、输出刷新五个基本步骤，并且不断循环执行。 如果不考虑 PLC 的公共处理过程， PLC 的正常执行用户程序的工作过程分为 3 步：① PLC 一次性将全部输入端的状态 (输入信号 )读入输入缓冲寄存器，生成“输入映像”； ② 执行 PLC 用户程序，进行逻辑运算处理，运 算结果立即写入指 定的标志寄存器、数据寄存器、输出缓冲寄存器中； ③ 用户程序处理完成， PLC 一次性将全部“输出映像”输出到 PLC的输出端。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 13 3 方案设计 方案的比较 方案 1： 运料 小车在最初位置 时 ，按下启动按钮， 电机正转，小车开始前进， 到达 右限位 开关，电机停转，小车停止 ；按下电机反转启动按钮，小车后退，到达左限位开关，电机停转，小车停止，按下停止按钮，小车完成一个工作周期。 方案 2： 运料小车在最初位置时，按下正转启动按钮，如果运料小车处于停止状态，则立即正转运行，到达右限位开关后停止；等待装料10s 后，电机自动切换到反转，小车开始后退，直至到达左限位开关处停止，等待卸料 5s 后，运料小车回到最初位置，按下停止按钮，运料小车完成一个工作周期。 针对 这两 个方案， 做出一些分析 并得出方案 3：在 KM1 的线圈串联了 KM2 的辅助常闭触点 ,KM2 的线圈串联了 KM1的辅助常闭触点 ,组成了硬件互锁电路 ，以此 避免由于正反转 (运料 小车前进 ,后退 )切换过程中电感的延时作用 ,导致原来接通的接触器的主触点还未断弧 时 , 另一个接触器的主触点已经合上而造成交流电源瞬间短路的故障。 在运料小车装料、卸料的过程中，用指示灯 L1， L2 来显示当前的运料小车所处的状态，也方便工作人员的监管。 限位开关的作用是为保证运料小车能够在准确的位置停车。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 14 系统描述 本设计的控制对象 是机械运料小车的 电动机 ， 其目的是通过控制电机的正反转来控制机械运料小车在 A、 B 两地 自动 往复运动 ，从而实现在B 地卸料、在 A 地装料这一 过程。 机械 运料 小车的控制示意图和 动作循环图如下 ： 图 31 运料小车的控制示意图 和动作循环图 控制要求 控制系统各 部分的工作过程如下： （ 1） 机械运料小车在初始位置处，按下启动按钮 SB1， 电机正转， 则机械运料小车前行，； （ 2） 机械运料小车运行至 右限位开关 ST1， 电机停转， 运料 小车停止，等待装料 ， 装料指示 L1 灯亮； （ 3） 延时 10s 后， 指示灯灭， 装料完成 ，电机反转， 运料小车后退 ，直至运行至左限位开关 ST2 处， 电机停转， 运料 小车停止， 等待卸料，河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 15 卸料指示 L2 灯亮； （ 4） 延时 8s，指示灯灭，卸料完成 ,到此完成一个工作周期，若不按停止按钮，此过程可以循环。 主要 电气元件的配置 根据系统的控制要求，选择设计所需要的电气 元件： （ 1） 三 相异步电动机的选择 通过对 控制要求 的分析，控制系统需要一台三相异步电动机 M,为满足工艺要求，电动机的功率选定为 1KW,型号： J02224, 1410 转/分， 380V， 安。 （ 2） 开关的选择 在该系统的主电路中，采用三级的组合开关。 电动机的最大容量为 1KW，则三级组合开关的额定电流为 10A，型号为 HZ1010。 （ 3） 熔断器的选择 在本系统中， 需要 熔断器保护一 台 三相异步电动机， 启动电流为额定电流四至七倍，为了防止启动时烧断熔体，熔体的额定电流一般去电动机额定电流的 至 倍， 则 额 定 电 流 为 ： ，其中：AII NN a x  ，所以 熔体的 最大额定电流为。