【正文】 自動化水平 ,實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)間的運輸自動化 ,使廠房內(nèi)的物料搬運全自動化 ,許多企業(yè)在生產(chǎn)車間廣泛使用無人小車 ,運料 小車在車間工作臺或生產(chǎn)線之 間自動往返裝料卸料。利用 PLC 控制代替繼電器控制已經(jīng)是大勢所趨。運料小車自動控制正是用來實現(xiàn)輸送生產(chǎn)物的控制系統(tǒng)，隨著 PLC 的發(fā)展，國外生產(chǎn)線上的運輸控制系統(tǒng)非常廣泛的采用該控制系統(tǒng)，而且有些制造廠還開發(fā)研制出了專用的邏輯處理控制芯片，我國的大部分工控企業(yè)的運料小車自動控制系統(tǒng)都是從國外引進的，成本高，為了滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)流通的需要，讓 PLC 技術(shù)與自動化技術(shù)相結(jié)合，充分的利用到我國的工控企業(yè)生產(chǎn)線上，讓該系統(tǒng)能夠在各種環(huán)境下 工作，可以達到成本低、維護方便、 易控制，安全可靠 ，效率高 等目的 。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。目前， PLC 已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，應(yīng)用面幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)。 由于計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，極大的推動了 PLC 的發(fā)展，使得 PLC 的功能日益增強。在各種應(yīng)用領(lǐng)域中， 尤其在生產(chǎn)過程和科學(xué)研究產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，電氣控制技術(shù)應(yīng)用更為 廣泛。 本設(shè)計以 PLC控制技術(shù)為核心，采用德國西門子 S7200的 PLC,論述了機械運料小車控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計方案及其控制原理，實現(xiàn)了機械運料小車的自動控制 ?！?1— 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 題目 基于 PLC 的機械小車運料自動控制系統(tǒng) 院（系部） 專業(yè)名稱 年級班級 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2020 年 5 月 14 日 年 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 I 摘要 早期 的機械 運料小車電氣控制系統(tǒng)大多為繼電器 接觸器組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計周期長、體積大、成本高等缺點，幾乎無 數(shù)據(jù)處理和通信功能，還必須有專人負責(zé)操作。通過實際應(yīng)用，說明所設(shè)計的控制系統(tǒng)運行可靠，滿足了實際需要。在機械設(shè)備的控制中，電氣控制也比其他的控制方法使用的更為普遍。如 PLC 可進行模擬量控制、位置控制和PID 控制等，易于實現(xiàn) 化的需要。 PLC 是一種固態(tài)電子裝置，它利用已存入的程序來控制機器的運行或工藝的工序。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來，擴展了 PLC 的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè) 。 傳統(tǒng)的運料小車大都是 繼電器控制，而繼電器控制有著接線繁多、故障率高且維修不易等缺點。 隨著 PLC 的不斷發(fā)展和革新，生產(chǎn)線的運輸控制也 得到 了 不斷的改善和生產(chǎn)率的不斷提高， 運料 小車自動控制系統(tǒng)經(jīng)歷了以下幾個階段 ： （ 1） 手動控制：但是由于當(dāng)時的技術(shù)還不夠成熟，這種系統(tǒng)存在設(shè)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(zé)操作。由于 運料 小車自動往返的實際意義 , 可實現(xiàn)運料小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的運行費用。利用 PLC 控制技術(shù)，可實現(xiàn)運料小車的相關(guān)運動，運料小車在一個周期內(nèi)的運動由 4 段組成。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制，定時、計數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并采用模擬式的輸入和輸出，控制各種的機械或生產(chǎn)過程。 但是，由于“繼電 接觸器控制系統(tǒng)”的控制元件均為 獨立元件，它決定了系統(tǒng)的“邏輯控制”與“順序控制”功能只 能通過控制元件間的不同連接實現(xiàn)，因此，不可避免地存在以下不足：① 通用性、靈活性差；②運行費用高、噪聲大；③體積大，材料消耗多；④ 功能局限性大； ⑤可靠性低，使用壽命短； ⑥ 不具備現(xiàn)代工業(yè)控制所需要的數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò) 控制功能。 PLC的定義 1969年美國 GOULD公司首先將 PLC技術(shù)進行商品化并推向市場； 1971年，在引進美國技術(shù)后，日本研制出了自己的第一臺 PLC； 1973 年德國河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 SIEMENS 公司研制出歐洲第一臺 PLC； 1974 年，法國隨之研制出了 PLC。同時，微電子技術(shù)、信息技術(shù)的高速發(fā)展，為 PLC 的發(fā)展提供了技術(shù)保證，從而使得 PLC 的結(jié)構(gòu)、性能 等都與傳統(tǒng)意義上的 PLC 具有較大的區(qū)別。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有 PLC 結(jié)構(gòu)形式取得市場的認可，并迅速得到發(fā)展和推廣。各 PLC 生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的規(guī)格，并且形成了固定 I/O 點型、基本單元加 擴展模塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型的基本結(jié)構(gòu)模式。 本階段，性能被提高的同時， PLC 的體積被大幅度縮小，出現(xiàn)各種小型化、微型化 PLC。 一方面， PLC 在不斷提高速度、位數(shù)的同時，開發(fā)了適用于過程控制、運動控制的特殊功能與模塊，使得 PLC 的應(yīng)用范圍涉及 工業(yè)自動化的全部領(lǐng)域。 （ 1） 體積的小型化 電子產(chǎn)品體積的小型化是微電子技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。隨著微處理器性能的日益提高， PLC 的 CPU 的基本性能得到同步發(fā)展 ，具體體現(xiàn)在運算速度、數(shù)據(jù)處理能力、存儲容量等方面。而被通過現(xiàn)場總線等形式可以進行現(xiàn)場間的通信與連接，以實現(xiàn)集中、統(tǒng)一控制與管理；通過網(wǎng)絡(luò)連接，可以工廠自動化與現(xiàn)代化管理奠定基礎(chǔ)。 PLC 的可靠性與硬件的設(shè)計制造以及軟件設(shè)計密切相關(guān) 。 （ 3） 功能完善，應(yīng)用靈活 。 （ 7） 系統(tǒng)的設(shè)計，安裝，調(diào)試工作量少 。 （ 3） 通信與網(wǎng)絡(luò)功能， PLC 可以與外圍設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信，并組成 PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與工廠自動化系統(tǒng)。 在軟件上，工業(yè) PC 機可以使用多種應(yīng)用程序，適應(yīng)算法復(fù)雜，實時性強的控制要求； DCS 在模擬量處理與 PID 調(diào)節(jié)運算方面有其優(yōu)勢； PLC采用面向基層應(yīng)用人員的簡單編程語言與特殊的程序執(zhí)行方式（循環(huán)掃描），工業(yè) PC 與 DCS 在編程方便、直觀以及運行可靠性方面不及 PLC。 （ 1） 中央處理器（ CPU） PLC 的 CPU 在系統(tǒng)程序的控制下工作，主要功能進行 PLC 的循環(huán)掃描處理，內(nèi)容包括執(zhí)行輸入采樣、執(zhí)行 PLC 用戶程序、內(nèi)部診斷、通信處理和輸出刷新五個方面?！坝脩舫绦虼鎯^(qū)”用于PLC 用戶程序；“參數(shù)存儲區(qū)”用于存儲 PLC 硬件、軟件配置參數(shù)；“保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲區(qū)”用于存儲需要斷電保持的部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲器內(nèi)容。 輸入接口電路一般由信號連接器件（如接線端子、插頭等）、輸入電路（ RC 濾波器、限流電路、整流電路、穩(wěn)壓電路等）、信號 隔離 /電平轉(zhuǎn)換電路（如光電耦合器件、模擬開關(guān)等）、輸入信號寄存電路等環(huán)節(jié)組成。 （ 5） 通信接口 通信接口的主要作用是實現(xiàn) PLC 與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。 PLC 內(nèi)部電源的作用主要是提供 PLC 內(nèi)部的 TTL 集成運算放大器等組件的工作電源，因此，需要將外部輸入轉(zhuǎn)換為 DC5V、 DC24V 等不同的電壓。外部輸入信號經(jīng) PLC 的輸入接線端與輸入繼電器接入。 （ 3） 內(nèi)部控制電路 由 PLC 用戶程序轉(zhuǎn)化而來，它將 PLC 程 序中的順序控制邏輯轉(zhuǎn)化成河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 普通的繼電器控制線路。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 3 方案設(shè)計 方案的比較 方案 1： 運料 小車在最初位置 時 ，按下啟動按鈕， 電機正轉(zhuǎn)，小車開始前進， 到達 右限位 開關(guān)，電機停轉(zhuǎn)，小車停止 ；按下電機反轉(zhuǎn)啟動按鈕，小車后退，到達左限位開關(guān)，電機停轉(zhuǎn)，小車停止，按下停止按鈕，小車完成一個工作周期。 限位開關(guān)的作用是為保證運料小車能夠在準(zhǔn)確的位置停車。 （ 2） 開關(guān)的選擇 在該系統(tǒng)的主電路中，采用三級的組合開關(guān)。 （ 4） 時間繼電器（ KT） 本系統(tǒng)中 需 要 延時 10S，并考慮到價格費用方面，可選用空氣阻尼式時間繼電器，可選用 JS72A 型號的空氣阻尼式時間繼電器，其觸點額定電壓為 380V，觸點額定電流為 5A 均能符合要求。當(dāng)電動機啟動電流為其額定電流的 6 倍及啟動時間不超過 5S時間較長、拖動沖擊性負載或不允許停車時，熱元件整定電流調(diào)節(jié)到電動機額定電流的 倍。在 CPU 性能滿足控制要求的前提下， CPU 的價格也在考慮的范圍之內(nèi)。 （ 4） 開關(guān)量輸出模塊的選擇 該系統(tǒng)中有用到繼電器，一般開關(guān)輸出 模塊的輸出方式常為繼電器輸出。全部的輸入點均為觸點輸入信號。 系統(tǒng)主回路設(shè)計 （ 1） 主回路設(shè)計的內(nèi)容 在 PLC控制系統(tǒng)中，主回路采用的是電機主回路，主要由一臺三相鼠籠式異步電機 M、熱繼電器 FR、 電機保護的 熔斷器 FU、 正轉(zhuǎn)控制交流接觸器 KM1與反轉(zhuǎn)交流接觸器 KM2的兩組 主觸點構(gòu)成電動機的正反轉(zhuǎn)接線，還有空氣隔離開關(guān) QS將 380V三相電源引入。 （ 4）接地與抗干擾 從安全 角度 考慮，在控制系統(tǒng)中裝有總接地母線，用于 電位平衡與接地，主回路用的是三相四線制，以防止干擾，提高線路的可靠性。 實現(xiàn)互鎖的 具體做法： KM1 線圈回路串入 KM2 的常閉輔助觸點， KM2線圈回路串入 KM1 的常閉觸點。 機械運料小車的實現(xiàn)原理 如下 : 首先合上空氣開關(guān) QS,接通三相電源。線圈 KM1 和 KM2， 指示燈 L L2，輸出信號地址依次為： 、 、 。 機械運料小車的控制系統(tǒng)的程序設(shè)計在 STEP7Micro/WIN32的編程軟件上完成。 （ 2） 建立程序文件 通過編程軟件的“符號編輯器”對“符號地址表” 進行編寫定義的符號地址如圖 51， 控制系統(tǒng)的順序功能圖 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 25 圖 61 順序功能圖 由于初始步狀態(tài)實在 PLC 從 STOP 向 RUN 切換瞬間由特殊繼電器 產(chǎn)生初始脈沖啟動的，因此在編程時首先應(yīng)加入由 對初始步 置位的程序。為避免同時接通 和 ，除在 PLC 外部接線設(shè)置互鎖外，在相應(yīng)的程序中設(shè)置互鎖。 STEP7Micro/WIN 軟件具有參數(shù)設(shè)置、編程、調(diào)試、運行和在線診斷等功能。 STEP7Micro/WIN 軟件可以使用 SIMATIC 與 IEC 611313 兩種指令系統(tǒng)。 即便采用 SIMATIC 指令系統(tǒng)， STEP7Micro/WIN 軟件中所包括的全部指令，并非可以用于 S7200 系列的全部 PLC，它與 PLC 的 CPU 模塊的型號 選擇 有關(guān)，某些功能指令只能在特定的 CPU 模塊中使用。 硬盤空間要求：不低于 100MB； 操作系統(tǒng)： Windows9 Windows9 Windows ME、 Windows20Win XP 等系統(tǒng)。可以通過 OK、 Next等常規(guī)操作進行回答。 結(jié) 束語 又是一年畢業(yè)季，畢業(yè)論文是每一位畢業(yè)生都要上交的一份答卷。我覺得無論是