【正文】 第 1 頁 共 77 頁 電氣自動化技術專業(yè)畢業(yè) 設計 設計課題： 基于 PLC 的運料小車 控制系統(tǒng) 設計 學生姓名： 陳博 學 號： 0220200201 指導老師： 吳麗麗 專 業(yè)： 電氣自動化技術 年 級： 11 級 2020年 6 月 3 日 浙江廣廈建設職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 共 77 頁 摘要： 隨著科學技術的日新月異，對自動化程度要求越來越高，原有的 生產線已不能滿足要求。在工業(yè)生產中運料是一個非常重要的環(huán)節(jié)，但是其崗位對人體傷害較大或者是勞動負荷較大。所以運料小車在工業(yè)生產中發(fā)揮了重要作用，為企業(yè)節(jié)省了人力、物力等，節(jié)約了生產成本提高了經濟效益。但是，相比傳統(tǒng)接觸器、繼電器控制的運料小車電氣控制線路比較復雜，不容易檢修及維護?；?PLC的自動 運料 小車控制系統(tǒng)可以解決上述問題，因此對它的設計具有了現(xiàn)實可能性。 關鍵詞： 可編程控制器 ； 三相異步電動機 ； 運料小車 浙江廣廈建設職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 第 2 頁 共 77 頁 目 錄 引言 ........................................................................................................ 1 1 運料小車需求分析 ............................................................................ 2 2 運料小車控制系統(tǒng)的方案論證 ....................................................... 4 運料小車控制系統(tǒng)的控制內容與要求 ..................................... 4 運料小車的運動流程 ............................................................. 4 方案論證 ..................................................................................... 4 3 運料小車 控制系統(tǒng)的硬件配置 ....................................................... 6 4 運料小車控制系統(tǒng)的軟件設計 ....................................................... 8 I/O分配表 ............................................................................ 8 5 程序的運行調試與仿真 ............................................................... 13 6 設計小結 ........................................................................................... 14 ................................................................... 14 ................................................................... 14 總 結 .................................................................................................. 15 致謝 ...................................................................................................... 16 參考文獻 .............................................................................................. 17 附 錄 一 ............................................................................................ 18 浙江廣廈建設職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 第 1 頁 共 77 頁 引言 可編程控制器是在計算機技術、通信技術和繼電器控制技術的發(fā)展基礎上開發(fā)起來的，最初叫做可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），即 PLC，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。 大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)使得 PLC 在問世后的發(fā)展極為迅速?，F(xiàn)在， PLC 不僅能實現(xiàn)繼電器的邏輯控制功能，同時還具有數(shù)字量和模擬量的采集和控制、 PID 調節(jié)、通信聯(lián)網(wǎng)、故障自診斷及 DCS 生產監(jiān)控等功能。 毫無疑問， PLC 將在今后的工業(yè)生產中起到非常重要的作用。在 20 世紀 80 年代，美國的工業(yè)市場調查報告和 1989 年美國的一份分散控制系統(tǒng)（ DCS）的調研報告中，都能看出 PLC 在工業(yè)控制中的重要作用。 浙江廣廈建設職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 第 2 頁 共 77 頁 1 運料小車需求分析 運料小車 專門用于粒料、粉料、片狀料、帶狀材料等產品的輸送。在各行業(yè)應用都十分廣泛。當今社會，越來越多的廠家采用 機械化 輸送，這種方式 代替 人力 勞動將成為必然，其具有較高的精確度，而且省時，省力還大大減少了勞動強度，降低勞動成本節(jié)約人力資源。真正的做到了低 成本， 高回報。在今飛速發(fā)展的年代這種自動化產品會受到越來越多 行業(yè) 的青睞與喜歡 。 制造業(yè)是現(xiàn)代經濟發(fā)展中占有關鍵地位，它的發(fā)展狀況主導著經濟發(fā)展的前景，但是，在我國，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、私營企業(yè)，由于受資金管理等方面的限制，一般來說，送料絕大多數(shù)是采用人工手動送料，嚴重缺乏保護裝置，這造成“效率低，勞動強度大，事故發(fā)生率大”等特點。 隨著信息科技迅猛、市場經濟的發(fā)展，國內、國際市場競爭日益激烈，產品更新更為迅速，近年來，由于 PLC 控制技術的發(fā)展，送料機構自動化水平也需越來越高。提高自動化的水平不僅可以提高生產效率，同時 也能保證工人的人身安全。傳統(tǒng)的手工送料已經不再滿足要求，這時運料小車應運而生。運料小車專門用于粒料、粉料、片狀料、帶狀等材料的輸送，這無疑是輕、重工行業(yè)不可缺少的設備。 從世界第一臺 PLC 被設計出來到現(xiàn)在， PLC歷經幾次更新?lián)Q代，各方面的性能得到了很大完善，技術已經完全成熟。其中運料小車控制系統(tǒng)隨著 PLC 的發(fā)展過程經歷一下幾個發(fā)展階段 : ① 手動控制：上世界六十年代末七十年代初，是 PLC 發(fā)展的早期階段，那個時候便有一些工業(yè)過程運用了 PLC 控制系統(tǒng)控制運料小車，但是由于那是技術并不成熟，只能采用人工手動控制機器 ，初期的運料小車控制系統(tǒng)多采用繼電器和接觸器組成的復雜控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅體積龐大，系統(tǒng)穩(wěn)定性也不高，故障率高，也沒有通信模塊，操作控制極為不便，控制效果也不佳。 ② 自動控制：至上世紀八十年代，電子科學技術飛速發(fā)展，計算機的成本及價格變得越來越低，這種情況下，很多大型企業(yè)開始采用 PC機與 PLC 通信控制方式，這種控制方式在控制方面更加靈活。 ③ 全自動控制：本世紀開始科技迅猛發(fā)展，電子計算機的更新周期越來越短，電子設備的向著高性能，低成本發(fā)展。運用今天高性能 PLC 控制運料小車可以實現(xiàn)完全自動化，并且能滿足工業(yè) 過程的各種要求，另外在設備維護也極為方便，維護成本大大降低。 隨著科學技術的發(fā)展，自動化的實現(xiàn)水平在國民經濟的發(fā)展中起著越來越重要的作用，尤其是對機械行業(yè)的生產效率、制造精度、以及可靠性和安全性提出了更高的要求。對于自動運料裝置，目前的企業(yè)中多采用以下幾種運料方式： ① 機械手加穿梭小車式自動化輸送方案：該自動化輸送系統(tǒng)也是自動沖壓生產線中最常用的系統(tǒng)，它主要是由自動上料，和取料機械手以及穿梭下車組成。目前沖壓車間里由不同廠商提供的各式自動化輸送系統(tǒng)的都是基于該機構和原理進行設計制造的。一個取料機械手，帶有中 置并按工件形狀排部的真空吸盤式端拾器：負責將工件從上一壓機取出安放在穿梭下車上。一個穿梭小車：它負責將工件由取料機械手的放置位置移送到上料機械手的取料位置。一個帶有中置端拾器的上料機械手：負責將工件由穿梭下車拾起送入到下一臺壓機。采用此種輸送方案工件將通過機械手簡單的“拾取和“擺放”動作由前一臺壓機輸送到下一臺軋機，其穿梭下車的主要功用是通過它的穿梭運動縮短取料和上料機械手的輸送行程，從而提高整線的生產效率。其是優(yōu)點可使用于多數(shù)大中小型企業(yè)。缺點是裝置較復雜，物料的運送步浙江廣廈建設職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 第 3 頁 共 77 頁 驟繁多，增加了加工時間，操作不便。 ② 運用機械手進行送料方式：機械手與小車相連，然后通過鋼索與滑塊相連，滑塊再連接重物，重物的上升和下降控制著小車的前進與后退。保證了操作人的安全，同時提高了生產效率。優(yōu)點是可以進行連續(xù)生產，缺點是全部操作都需機械手，導致機械結構過多，機械故障多。 ③ 新型的多機連線自動搬運送料：這種方案是由四臺開式雙電 2500KN壓力機驅動，生產線絕大多數(shù)零部件都已國產化，其送料精度及生產效率達到國外生產線的同等水平，成本較國外生產線低廉，占用空間少。優(yōu)點是工作穩(wěn)定高，步進電機控制，精度高，布矩一樣大，消耗功耗低，所需電壓也低 。 ④ 氣缸傳動，生產效率以及送料準確性都比較低，無法滿足具體的生產需要，已經面臨淘汰。 綜上所述，本著保障人身安全、提高生產效率、節(jié)約資金的科學人性化管理的方針下對運料小車進行自動化設計。此設計中運料小車控制系統(tǒng)是采用以 PLC 為核心的自動控制技術來實現(xiàn)的，這不僅大大提高了工作的效率，使整個過程安全可靠。 浙江廣廈建設職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 第 4 頁 共 77 頁 2 運料小車控制系統(tǒng)的方案論證 運料小車控制系統(tǒng)的控制內容與要求 運料小車的運動流程 某自動生產線上運料小車的運動如圖 ： 圖 在生產線上有 5 個編號為 l～ 5的站點供小車停靠，在每一個?？空景惭b一個行程開關以監(jiān)測小車是否到達該站點。對小車的控制除了啟動按鈕和停止按鈕之外，還設有 4個呼叫按鈕開關 (SK2～ SK5）分別與 4個?？空军c相對應。 設備控制要求 運料小車在自動化生產線上運動的控制要求如下： ① 按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； ② 按下啟動按鈕后，小車在 1 號站停 20S 裝料，結束后若有呼叫按鈕按下，小車右行，到達呼叫按鈕對應的?？空緯r小車停止 并卸料， 15S 后卸料完畢小車右行，到達裝料?？奎c時小車停止。 ③ 呼叫按鈕開關 SK2～ SK5 應具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 方案論證 早期運料小車電氣控制系統(tǒng)多為繼電器 .接觸器組成的復雜系統(tǒng) ， 這種系統(tǒng)存在設計周期長 、 體積大 、 成本高等缺陷 ， 幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能 ， 必須有專人負責操作 。 后來，單片機應用到運料小車控制系統(tǒng)中。單片機 有優(yōu)異的性能價格比 、 集成度高 、 體積小 、 有很高的可靠性 、 控制功能強 、 低功耗 、 低電壓 ， 便于生產便攜式產品 ， 外部總線增加了 I C 及 SPI， 單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型 、 規(guī)范 ，容易 構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng) 。單片機編程方法復雜，不容易上手，使用于簡單應用。 將 PLC 應用到運料小車電氣控制系統(tǒng) ， 可實現(xiàn)運料小車的自動化控制 ， 降低系統(tǒng)的運行費用 。 PLC 運料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單 ， 控制速度快 ， 精度高 ， 可靠性和可維護性好 ， 安裝 、 維修和改造方便等優(yōu)點 。運料小車控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)構成圖如 ： 自動化生產線 運料小車 1號站 _____ 2 號站 4 號站 3 號站 5 號站 運料小車 浙江廣廈建設職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書 第 5 頁 共 77 頁 圖 運料小車控制系統(tǒng)圖 、