【正文】 院 （ 系 ） 名 稱 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2021 年 6 月 15 日 專科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 早期運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)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(jì)周期長、體積大、成本高等缺陷， 無 數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負(fù)責(zé)操作，將 PLC 應(yīng)用到運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車的自動(dòng)化控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用， PLC 運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，可靠性和可維護(hù)性好，易于安裝、維修和改造等優(yōu)點(diǎn)。 the PLC selection。 新中國成立特別是改革開放以來，我國社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)取得了舉世矚目的偉大成就。 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國作為一個(gè)發(fā)展中大國，加快科學(xué)技術(shù)發(fā)展、縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，還需要較長時(shí)期的艱苦努力，同時(shí)也有著諸多有利條件。這一方針是我國半個(gè)多世紀(jì)科技發(fā)展實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的概括總結(jié)，是面向未來、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 的重要抉擇。 運(yùn) 料小 車 自 動(dòng) 控制正是用 來實(shí)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(yùn)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 制了出了 專 用的 邏 輯處 理控制芯片，我 國 的大部分工控企業(yè) 的 運(yùn) 料小 車 自 動(dòng) 控制系 統(tǒng) 都是 從國 外引 進(jìn) 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(dòng) 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) 在各 種環(huán) 境下都能 夠 工作，而且成本低，易控制，安全可 靠，效率高。 可編程控制器實(shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異。 PLC 的特點(diǎn) （ 1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。 （ 4） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。另外還有獨(dú)立的 1/0 擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。通用微處理器的價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)，還可以借用微機(jī)成熟的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個(gè)微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個(gè)可以并行處理的部分，幾個(gè)微處理器同時(shí)進(jìn)行處理。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在 RAM 中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。 PLC 通過 I/0 單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。 通信接口 為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對話， PLC 配有多種通信接口。簡易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后，才能輸入。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 (4)數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算 (含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算 )、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù) 的采集、分析及處理。因此，我放棄了該方案。并使用定時(shí)器制作脈沖，不斷使移位程序重復(fù)執(zhí)行，并設(shè)置互鎖，使 輸入按鈕按一次只能輸入一個(gè)信號(hào)，必須放開按鈕后，再按才可再次輸入。 電子控制顯示電路 可行性論證 通過該電路和軟件實(shí)現(xiàn)了對運(yùn)動(dòng)小車的位置控制和位置指示燈控制，具體電路詳見圖 具體工作原理如以下介紹： 在該電路中發(fā)光二極管 D1,D2,D3,D4都一直處于發(fā)光狀態(tài)。 小車的運(yùn)行 這一步是把小車的程序分為 3個(gè)部分，分別對應(yīng)每一種運(yùn)行狀態(tài)（正傳、反轉(zhuǎn)和中途方向改變），當(dāng)比較輸出時(shí)得出與哪個(gè)數(shù)字相等，則有選擇性地執(zhí)行某個(gè)小車程序。 PLC框架配置如圖 。合適的電壓等級(jí)可提高 PLC 的抗干擾能力 :主機(jī)用戶內(nèi)存容量的大小對設(shè)備費(fèi) 的影響不大，故建議內(nèi)存容量可選大一些。直流模塊的外接電源，其波紋值應(yīng)滿足模塊要求 。每個(gè)輸出點(diǎn)、每組輸出點(diǎn)、每個(gè)輸出模塊的負(fù)載電源不得超過額定電流。輸入電路 :PLC 輸入電路電源一般應(yīng)采用 DC24V，這對系統(tǒng)供電安全和 PLC 安全至關(guān)重要，同時(shí)其帶負(fù)載 (接近開關(guān)等 )時(shí)要注意容量，同時(shí)作好防短路措施 (因?yàn)樵撾娫吹倪^載或短路都將影響 PLC 的運(yùn)行 )，建議該電源的容量為輸入電路功率的兩倍， PLC 輸入電路電源支路加裝適宜熔絲，防止短路，以直流輸入模板為例。該裝置 不能和防雷接地裝置、電器設(shè)備接地裝置有金屬連接。具體的輸入分配如表 31所示。 本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工作原理圖如圖 ，包括帶導(dǎo)軌的運(yùn)行工作臺(tái)， DC24V 電機(jī)，行程開關(guān)，起停按鈕，可編程控制器， DC24V 繼電器， DC12V 直流電源等。 圖 圖 梯形圖用于實(shí)現(xiàn)自鎖功能，當(dāng)按下某個(gè)呼叫按鈕時(shí)，同時(shí)觸發(fā) M4，并保持，使獲得優(yōu)先權(quán)，按下別的按鈕將無效， M2 是當(dāng)小車位置和按鈕編碼相同時(shí)觸發(fā)，使 M4失電，恢復(fù)到最初的情況。當(dāng)（ D0）＞（ D1）時(shí)，即小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a大于呼叫按鈕的編碼時(shí)， M6得電，小車向左運(yùn)行；當(dāng)（ D0） =（ D1）時(shí)，即小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a等于呼叫按鈕的編碼時(shí)， M7得電，小車 不動(dòng)；當(dāng)（ D0）＜（ D1）時(shí)，即小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a小于呼叫按鈕的編碼時(shí)， M8得電，小車向右運(yùn)行。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化程度越來越高，運(yùn)料小車應(yīng)用前景可觀。 程序的下載、安裝和調(diào)試 將各個(gè)輸入和輸出端子和實(shí)際控制中的按鈕、所需控制設(shè)備正確連接，完成硬件的安裝。它的助記符程序?yàn)椋? LD X000 OR M0 ANI X001 OUT M0 ；小車啟停輔助繼電器 呼叫按鈕 在該程序中， 5個(gè)站的呼叫按鈕分別用數(shù)字 04來表示，而且由于 5個(gè)呼叫按鈕開關(guān) HJ1— HJ5具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先，所以需 5個(gè)輔助 繼電器 M1M5。 圖 圖 ， 5個(gè)行程開關(guān)用數(shù)字 0－ 4 表示，當(dāng)小車到達(dá) 1 號(hào)時(shí)， 得電，將數(shù)字 0 傳入 MW0(用 R0 表示 )中； 以此類推。廣泛應(yīng)用于自動(dòng)生產(chǎn)線 冶金、有色盒屬、煤礦、港口、碼頭等行業(yè)，各工序之間的物品常用有軌小車來轉(zhuǎn)運(yùn)。采用 I＼ O 自動(dòng)分配方式，模塊上的輸入端子對應(yīng)的輸入地址是X000— X015，輸出端子對應(yīng)的輸出地址是 Y000— Y011。隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級(jí)線圈屏蔽層與初級(jí)電氣中性點(diǎn)接大地，次級(jí)線圈屏蔽層接 PLC 輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。也可采用 PLC 輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器或者固態(tài)繼電器(SSR)，再驅(qū)動(dòng)負(fù)載 。 確定負(fù)載類型根據(jù) PLC 輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及 PLC 輸出點(diǎn)動(dòng)作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或晶閘管輸出。電源線采用雙絞線，絞距 1~ZcM。 (3)開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù)、模擬量 1/0 路數(shù)、電壓等級(jí)及輸出功率、內(nèi)存容量。 圖 設(shè)備控制要求 運(yùn)料小車在自動(dòng)化生產(chǎn)線上運(yùn)動(dòng)的控制要求如下： 1 號(hào)站 2 號(hào)站 3 號(hào)站 4 號(hào)站 5 號(hào)站 運(yùn)料小 車 自動(dòng)化生產(chǎn)線 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 1）按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （ 2）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a小于呼叫按扭 HJ 的編碼時(shí)，小車向右運(yùn)行運(yùn)行到按鈕 HJ 所對應(yīng)的停靠站時(shí)停止； （ 3）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a大于呼叫按扭 HJ 的編碼時(shí)，小車向左運(yùn)行，運(yùn)行到按鈕 HJ所對應(yīng)的?？空緯r(shí)停止； （ 4）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a等于呼叫按扭 HJ 的編碼時(shí)，小車保持不動(dòng)；呼叫按鈕開關(guān) HJ1HJ5 應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 4個(gè)工位 S1,S2,S3,S4分別通過輸入過程映像寄存器的 0字節(jié) 4位（即 ,）來進(jìn)行檢測輸入信號(hào)。 功率驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是同過軟件部分輸出的不同要求時(shí)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)輸出（ =1）時(shí)，即 M1為低電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)（運(yùn)動(dòng)小車實(shí)現(xiàn)從左往右的運(yùn)動(dòng)）；當(dāng)輸出（ =1）時(shí)，即 M2為低電平，電機(jī)獲反向電壓而反轉(zhuǎn)（運(yùn)動(dòng)小車實(shí)現(xiàn)從右往左的運(yùn)動(dòng)）。 方案四： 接著，我嘗試使用計(jì)數(shù)器來移位數(shù)據(jù)，而不使用數(shù)據(jù)寄存器，但用計(jì)數(shù)器則存在不能同時(shí)輸入兩個(gè)相同信號(hào)的問題，最后，由于想到這不能符合課題要求，所以，也放棄了該方案。 方案一： 開始時(shí)，考慮的是一般較為習(xí)慣的繼電器控制電機(jī)和利用限位開關(guān)等實(shí)物控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)我所需要的功能。 (3)運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制?，F(xiàn)在很多 PLC 已不再提供編程器，而是提供微機(jī)編程軟件了，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。 編程器 編程器的作用是提供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。對于模塊式 PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與 CPU 封裝到一個(gè)模塊中。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懭? PLC(如歐姆龍公司的 CPMIA型 PLC)采用快閃存儲(chǔ)器作用戶程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不需用后備電池保護(hù)。用幾個(gè)位片級(jí)聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù) : (1) 接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； (2) 診斷電源、 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和 編程的語法錯(cuò)誤 ； (3) 用掃描的方式接收輸入信號(hào)，送入 PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來 ； ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 (4) PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作 ； (5) 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。按結(jié)構(gòu)形式的不同， PLC 可分為整體式和組合式兩類。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這種新型的工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 靈活、體積小、使用壽命長，很快在美國其它工業(yè)領(lǐng)域推廣使用。 ?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2章 可編程控制器（ PLC）概況 PLC 的定義 國際電工委員會(huì) (International Electrical Committee IEC),1987年的第三版對 PLC作了如下的定義 : PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總體目標(biāo)是：自主創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng) ，科技促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國家安全的能力顯著增強(qiáng)，為全面建設(shè)小康社會(huì)提供強(qiáng)有力的支撐；基礎(chǔ)科學(xué)和前沿技術(shù)研究綜合實(shí)力顯著增強(qiáng)，取得一批在世界具有重大影響的科學(xué)技術(shù)成果，進(jìn)入創(chuàng)新型國家行列，為在本世紀(jì)中葉成為世界科技強(qiáng)國奠定基礎(chǔ)，形成比較完善的中國特色國家創(chuàng)新體系。支撐發(fā)展，就是從現(xiàn)實(shí)的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵、共性技術(shù)，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。為了抓住機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要進(jìn)行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加強(qiáng)社會(huì)管理等。為了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài) ,緩解日趨緊張的供求關(guān)系 ,我們研究 了多功能天車。 PLC 在運(yùn)料小車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用， 已經(jīng)在 國內(nèi)外工程、工廠 中得到實(shí)際應(yīng)用，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值 ，其智能化和自動(dòng)化的思路 值得以后繼續(xù)深入研究和推廣。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，運(yùn)料小車不斷擴(kuò)大到各個(gè)領(lǐng)域，從手動(dòng)到自動(dòng)，逐漸形成了機(jī)械化、自動(dòng)化。 determine the system39。同時(shí)，必須清醒地看到，我國正處于并將長期處于社會(huì)主義初級(jí)階段。中華民族擁有 5000 年的文明史，中華文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成獨(dú)特的創(chuàng)新文化。 要把提高自主創(chuàng)新能力擺在全部科技工作的突出位置。 運(yùn)料車的發(fā)展現(xiàn)狀 由于 PLC 的不 斷發(fā) 展和革新，使得生 產(chǎn)線 的 運(yùn)輸 控制也 將 得到不 斷 的改善和生 產(chǎn) 率的不 斷 提高， 運(yùn) 料小 車 控制 經(jīng)歷 了以下幾 個(gè)階 段： （ 1）手 動(dòng) 控制：在 20 世 紀(jì) 60 年代末 70 年代初期，便有一些工 業(yè) 生 產(chǎn) 采用 PLC來實(shí)現(xiàn)運(yùn) 料小 車 的控制，但是由于 當(dāng)時(shí) 的技 術(shù)還 不 夠 成熟，只能 夠 用手 動(dòng) 的方式來 控制機(jī)器，而且早期 運(yùn) 料小 車 控制系 統(tǒng) 多 為繼電 器一接 觸 器 組 成的 復(fù)雜 系 統(tǒng) ，這種 系 統(tǒng) 存在 設(shè)計(jì) 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(fù)責(zé) 操作?？删幊绦蚩刂破髦饕?CPU(中央處理單元 )存儲(chǔ)器 (RAM和 EPROM),輸入 /輸出模塊 (簡稱為 I/O模塊 )、編程器和電源五大部分組成。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了