1、中州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)號： 201025090206設(shè)計(jì)題目：自動往返小汽車的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué) 院： 工程技術(shù)學(xué)院專 業(yè)： 機(jī)電一體化 班 級： 10級對口2班 姓 名： 楊麗麗 指導(dǎo)教師： 上官同英 日 期： 2013 年 3 月 5 日誠信聲明本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立工作所取得的成果并撰寫完成的，鄭重確認(rèn)沒有剽竊、抄襲等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范的侵權(quán)行為。文中除已經(jīng)標(biāo)注引用的內(nèi)容外，不包含其他人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。畢業(yè)設(shè)計(jì)

2、（論文）作者簽名： 指導(dǎo)導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 簽字日期：畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書班級： 10機(jī)電對口2班 學(xué)生： 楊麗麗 學(xué)號 201025090206 設(shè)計(jì)題目： 自動往返小汽車的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要：設(shè)計(jì)一個能自動往返于起跑線與終點(diǎn)線之間的小汽車的控制系統(tǒng)。但不能用人工遙控（包括有線和無線）。跑道寬度0.5m，表面貼有白紙，兩側(cè)有擋板，擋板與地面垂直，其高度不低于20cm。在跑道的A、B、C、D各點(diǎn)處畫有2cm寬的黑線，各段的長度與下圖所示：設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：1.設(shè)計(jì)完成的功能要求： 1）、車輛從起跑線出發(fā)（出發(fā)前，車體不得超出起跑線），到達(dá)終點(diǎn)線后停留10秒，然后自動返回起跑線（允許倒車返回）。2

3、）、BC間為限速區(qū)，車輛往返均要求低速通過，但不允許在限速區(qū)內(nèi)停車。3）、在往返過程中隨時(shí)顯示當(dāng)前行車時(shí)間和路程，直接回到終點(diǎn)。（顯示裝置應(yīng)安裝在小車上面。）2.設(shè)計(jì)內(nèi)容要求（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定系統(tǒng)中輸入/輸出信號的種類、數(shù)量和特點(diǎn)。（2）確定CPU的選型與硬件接口等的配置。（3）進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，主要是整個系統(tǒng)的電路原理圖的繪制。（4）進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)控制要求編寫控制系統(tǒng)的控制程序和監(jiān)控程序。（5）撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。3. 設(shè)計(jì)說明書的要求：1）、分析控制要求、控制對象，確定控制方案；3）、根據(jù)控制要求選擇單片機(jī)及相關(guān)控制元件的型號；3）、畫出該控制系統(tǒng)的總體硬件原理圖；4）、畫出程序流程圖

4、；5）、源程序清單，并加注釋； 6）、其它按照畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)所述要求。 指導(dǎo)老師（簽字）： 2012年12月17日前 言 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器不斷更新、發(fā)展，可編程控制器在中低頻電器開關(guān)控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。這是因?yàn)? 它與傳統(tǒng)的繼電器控制相比具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn): 它結(jié)構(gòu)緊湊, 編程容易, 強(qiáng)弱電并用, 控制速度快, 抗干擾性能強(qiáng), 故障率低, 與外圍電路的連接簡單等。 PLC控制是自動控制中最常見控制方式之一，小車自動往返與定位控制就是控制應(yīng)用的一個典型例子，由于可編程控制器具有很好的處理小車自動往返與定位控制以及良好的穩(wěn)定性，而且可以很簡單的改變控制的方式，因此運(yùn)用PLC來設(shè)計(jì)小

5、車自動往返與定位運(yùn)動越來越普遍。 隨著技術(shù)的發(fā)展，其控制功能也不斷增強(qiáng)，可編程程序控制器還可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，模擬量控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等，并通過數(shù)字，模擬的輸入、輸出控制各種類型的機(jī)械生產(chǎn)過程。長期以來，PLC及其網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)始終戰(zhàn)斗在工業(yè)自動化控制行業(yè)的主戰(zhàn)場，其提供的安全和完善的解決方案，為各種各樣的自動化設(shè)備提供了非常可靠的控制應(yīng)用，在電力、冶金、化工、機(jī)械等行業(yè)發(fā)揮了重大作用，被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱之一。 隨著生產(chǎn)自動化程度的增加，單一的邏輯控制功能顯然不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的要求，而PLC新增加的這些功能正好適應(yīng)了生產(chǎn)發(fā)展的需求。相信在未來的自動化生產(chǎn)控制中，PLC及其網(wǎng)絡(luò)必

6、將得到更加廣泛的。摘 要可編程序控制器（Programmable controller）簡稱PLC，可編程控制器(PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。本文介紹了一種基于PLC控制的生產(chǎn)流水線自動控制小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，論述了小車控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)方案及其控制原理。將PLC運(yùn)用到小車自動控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。PLC小車自動控制系統(tǒng)具有連線簡單控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)

7、性好，維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：PLC 循環(huán)控制 往返小車 程序設(shè)計(jì)目 錄前言4摘要5第一章 編程控制器（PLC）概況7 1.1 PLC的定義7 1.2 PLC的發(fā)展7 1.3 PLC的特點(diǎn)8 1.4 PLC的基本組成及各部分作用8 1.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域10 1.6 PLC的選擇11 1.7 設(shè)計(jì)背景及意義 13第二章 硬件設(shè)計(jì) 14 2.1 主電路圖14 2.2 I/O地址分配14 2.3I/O接線圖15 2.4 元件列表16第三章 軟件設(shè)計(jì)163.1程序流程圖 163.2 梯形圖 173.3 STL指令 203.4 程序分析22第四章 程序調(diào)試22第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)23致謝 24參考

8、文獻(xiàn) 25第一章 可編程控制器（PLC）概況1.1 PLC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。它采用可以編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破鲗?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?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(中央處理單元)存儲器(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。近年來發(fā)展極為迅速、應(yīng)用面極廣的工業(yè)控制裝置。它按照成熟而有效的繼電器控制概念和

9、設(shè)計(jì)思想，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品。1.2 PLC的發(fā)展1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，并公開招標(biāo)提出十項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn):(1)編程方便，現(xiàn)場可修改程序；(2)維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；(3)可靠性高于繼電器控制裝置；(4)體積小于繼電器控制裝置；(5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；(6)成本可與繼電器控制裝置競爭；(7)輸入可以是交流115V；(8)輸出為交流115V, 2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；(9)在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；(10)用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4K。 1969年，美國數(shù)字公司(DEC)研制出了第

10、一臺可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。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。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代PLC產(chǎn)品 。1.3 PLC的特點(diǎn)PLC之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開的:(1)功能齊全，它的適用性極強(qiáng)，幾乎所有的控制要求，它均能滿足；(2)應(yīng)用靈活， 其標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使得它不僅可以適應(yīng)大小不同、功能繁復(fù)的控制要求，而且可以適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場合；(3)操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。盡管PLC有各種型號，但都可以適應(yīng)惡劣

11、的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，耐熱、防潮、抗震等性能也很好，一般平均無故障率可達(dá)幾萬小時(shí)。1.4 PLC的基本組成及各部分作用PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式兩類。整體式PLC是將中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU是PLC的核心，I/O單元是連接CPU與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能I/O單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或

12、模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴(kuò)展底板。CPU底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過10m.無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。1.4.1、中央處理單元（CPU）CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運(yùn)算、控制中心。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)和編程的語法錯誤;(3) 用掃描的方式接收輸入信號，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來;(4) PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐

13、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。現(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種:（1）通用微處理器，如8080, 8088, Z80A, 8085等。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。（2）單片機(jī)，如AT80C51等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能UO模塊。（3）位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支。它主要追求運(yùn)算速度快，它以4位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處

14、理器。改變微程序存儲器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個微處理器同時(shí)進(jìn)行處理。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的PLC使用。1.4.2、存儲器根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種:（1）系統(tǒng)程序存儲器:和各種計(jì)算機(jī)一樣，PLC也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器ROM或EPROM。（2）用戶程序存儲器:用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用

15、程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時(shí)讀寫的RAM。由于RAM掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲器的PLC，都有后備電池(鏗電池)保護(hù)RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動時(shí)，可將用戶程序?qū)懭隕PROM.目前較先進(jìn)的PLC(如歐姆龍公司的CPMIA型PLC)采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護(hù)。（3）工作數(shù)據(jù)存儲器:工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)

16、存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲PLC的開關(guān)量輸入/輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個數(shù)據(jù)占一個字。它存儲用戶程序執(zhí)執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來存放A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。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)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。1.4.3、 I/O單元I/O單元也稱為I/O模塊。PLC通過I/O單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以

17、及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí)CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件。1.4.4、電源部分PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V, +12V, +24V的直流電源，使PLC能正常工作。電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部;對于模塊式PLC，有的

18、采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個模塊中。1.4.5、擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。1.4.6、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。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的PLC或計(jì)算機(jī)相連。當(dāng)PLC與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印;當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí).可將過程圖像顯示出來;當(dāng)與其他PLC相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制;當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。1.4.7、編程器編程器的作用

19、是提供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。 編程器有簡易型和智能型兩類。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)化為語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有LCD或CRL圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用PC作為編程器，PLC生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)

20、程編程和傳送?，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。1.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，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)日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類:1、開關(guān)量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺設(shè)備，也可用于多機(jī)群控及自動化流

21、水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2、工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量)，PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。3、運(yùn)動控制PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。一般使用專用的運(yùn)動控制模塊，如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。4、數(shù)據(jù)處理PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)

22、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。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5、通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信包括PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。1.6 PLC的選擇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。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)部電路采取了先進(jìn)的抗

23、干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如西門子公司生產(chǎn)的S7系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。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)。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2、 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品

24、。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(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。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使

25、用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。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。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。5、體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100 mm，重量小于150 g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小，很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。6、小車往返系統(tǒng)方案的選擇實(shí)現(xiàn)小車往返系統(tǒng)控制有很多方法來實(shí)現(xiàn)，可以用單片機(jī)、可編程控制器PLC等元器件來實(shí)現(xiàn)。但在單片機(jī)控制

26、系統(tǒng)電路中需要加入A/D，D/A轉(zhuǎn)換器，線路復(fù)雜，還要分配大量的中斷口地址。而且單片機(jī)控制電路易受外界環(huán)境的干擾，也具有不穩(wěn)定性。另外控制程序需要具有一定編程能力的人才能編譯出，在維修時(shí)也需要高技術(shù)的人員才能修復(fù)，所以在此也不易用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。而從上述對PLC的特點(diǎn)了解可知，PLC具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此我們歸納出：可編程控制器PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時(shí)間都在30萬小時(shí)以上；安裝，操作和維護(hù)也較容易；編程簡單，PLC的基本指令不多，編程器使用比較方便，程序設(shè)計(jì)和產(chǎn)品調(diào)試周期短，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。此外PLC內(nèi)部定時(shí)、計(jì)數(shù)資源豐富，可以方便地實(shí)現(xiàn)對往返小車的控制。因此，最終我選擇了用可

27、編程控制器來實(shí)現(xiàn)往返小車系統(tǒng)的控制，完成本次的設(shè)計(jì)題目。1.7 設(shè)計(jì)背景及意義傳統(tǒng)的運(yùn)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(diǎn)，PLC作為目前國內(nèi)市場的主流控制器，在技術(shù)、行業(yè)影響等方面有重要作用。利用PLC控制代替繼電器控制已經(jīng)是大勢所趨。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，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(shí)的技術(shù)還不夠成熟，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。（2）自動控制：通過機(jī)器人技術(shù)，自動化設(shè)備終于實(shí)現(xiàn)了PLC在小車

28、自動控制系統(tǒng)在自動方面的應(yīng)用。（3）全自動控制：PLC大多采用多CPU結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。本文介紹了一種基于西門子PLC控制的生產(chǎn)流水線自動控制小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。將PLC運(yùn)用到小車自動控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。PLC小車自動控制系統(tǒng)具有連線簡單控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。利用PLC 控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)小車相關(guān)運(yùn)動，小車在一個周期內(nèi)的運(yùn)動由4段組成。設(shè)小車最初在左端，當(dāng)按下啟動按鈕，則小車自動循環(huán)地工作，若按下停止按鈕，則小車完成本次循環(huán)工作后，停止在最初位置。其運(yùn)動路線示意圖如下圖1-1所示。 如圖1-1 小車

29、運(yùn)動路線示意圖第二章 硬件設(shè)計(jì)2.1 主電路圖如圖2-1為小車循環(huán)控制的主電路原理圖。該電路圖利用兩個接觸器的主觸點(diǎn)KM1、KM2分別接至電機(jī)的三相電源進(jìn)線中，其中相對電源的任意兩相對調(diào)，即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，也可達(dá)到小車左右運(yùn)行的目的。假設(shè)接通KM1為正轉(zhuǎn)（小車右行），則接通KM2為反轉(zhuǎn)（小車左行）。圖2-1小車循環(huán)控制的主電路原理2.2 I/O地址分配如表2-1為小車循環(huán)運(yùn)動PLC控制的I/O分配表。在運(yùn)行過程中，這些I/O口分別起到了控制各階段的輸入和輸出的作用，并且也使小車的控制過程更清晰明了，動作與結(jié)果顯示更加方便直接。表2-1 I/O口分配表輸入輸出I0.0行程開關(guān)SQ1Q0.0右

30、行I0.1行程開關(guān)SQ2Q0.1左行I0.2行程開關(guān)SQ3I0.3行程開關(guān)SQ4I0.4過載FRI0.5啟動SB1I0.6停止SB22.3 I/O接線圖如圖2-2為小車循環(huán)運(yùn)動PLC控制的I/O接線圖。在進(jìn)行調(diào)試過程時(shí)，在PLC模塊上，當(dāng)I0.0有輸入信號，即按下SQ1；當(dāng)I0.1有輸入信號，也即按下SQ2，以此類推，I/O接線圖就是把實(shí)際的開關(guān)信號變成調(diào)試時(shí)的輸入信號。同理，輸出信號也是利用PLC模塊把小車的實(shí)際運(yùn)動用Q0.0、Q0.1的狀態(tài)表現(xiàn)出來。圖2-2小車循環(huán)運(yùn)動PLC控制的I/O接線圖2.4 元件列表如表2-2為小車循環(huán)運(yùn)動PLC控制的元件列表。在本次設(shè)計(jì)中就是利用這些元件，用若干

31、導(dǎo)線連接起來組成了我們需要的原理圖、I/O接線圖。表2-2 元件列表序號代號名稱型號數(shù)量1M三相異步電機(jī)J02-22-4,1.5kw 1410轉(zhuǎn)/分，380V，3.49安12QS空氣開關(guān)DZ47-3P33FR熱繼電器JR36-2014CPUPLC處理器CPU22215KM交流接觸器CJX2-0926SB按鈕27SQ行程開關(guān)48FU熔斷器RT16-2049L導(dǎo)線若干第三章 軟件設(shè)計(jì)3.1 程序流程圖如圖3-1為小車循環(huán)運(yùn)動PLC控制的程序流程圖。小車在一個周期內(nèi)的運(yùn)動由4段組成。設(shè)小車最初在左端，當(dāng)按下啟動按鈕，則小車自動循環(huán)地工作，若按下停止按鈕，則小車完成本次循環(huán)工作后，停止在最初位置。首先

32、小車位于初始位置，按下SB1啟動后，小車向右行駛；當(dāng)碰到行程開關(guān)SQ4，小車轉(zhuǎn)向，向左行駛；碰到行程開關(guān)SQ2，小車再一次轉(zhuǎn)向，向右行駛；碰到行程開關(guān)SQ3，小車又向左行駛，直到再次碰到SQ1，然后開始依次循環(huán)以上過程。若不按下停止按鈕SB2則小車一直進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動，若此時(shí)按下停止按鈕SB2，小車又碰到行程開關(guān)SQ1，則小車回到初始位置。圖3-1小車循環(huán)運(yùn)動PLC控制的程序流程圖3.2 梯形圖如圖3-2為小車循環(huán)運(yùn)動PLC控制的梯形圖，此設(shè)計(jì)按照以下程序運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)流水線上的一輛自動控制小車的運(yùn)動。其中，小車在一個周期內(nèi)的運(yùn)動有4段組成。設(shè)小車最初在左端，當(dāng)按下啟動按鈕，則小車自動循環(huán)的工

33、作，若按下停止按鈕，則小車完成本次循環(huán)工作后，停在初始位置。圖3-2 小車循環(huán)運(yùn)動PLC控制梯形圖3.3 STL指令 如下為圖梯形圖對應(yīng)的指令程序：Network1啟動LD I0.5O M0.0AN M1.0AN I0.4= M0.0Network2左行LD I0.0O M0.1O M0.3AN I0.3AN M0.5= M0.1Network3右行LD I0.3O M0.2O M0.5AN M0.3AN I0.0= M0.2Network4循環(huán)LD M0.0LPSAN Q0.1AN M0.2A M0.1= Q0.0LPPAN Q0.0A M0.2AN M0.1= Q0.1Network5LD

34、 I0.1A M0.4= M0.3Network6LD I0.3O M0.4AN M0.3= M0.4Network 7LD I0.2A M0.6= M0.5Network 8LD I0.3O M0.6AN I0.0= M0.6Network 9LD I0.6O M0.7AN M1.0= M0.7Network 10LD M0.7A I0.0= M1.03.4 程序分析運(yùn)行過程：首先按下I0.5（即啟動按鈕SB1閉合），啟動程序，中間繼電器M0.0接通，常開觸點(diǎn)閉合且實(shí)現(xiàn)自鎖；接著按下I0.0(即小車碰到行程開關(guān)SQ1)，則網(wǎng)絡(luò)2中，中間繼電器M0.1接通，常開觸點(diǎn)閉合且實(shí)現(xiàn)自鎖，此時(shí)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)

35、4（循環(huán)），則此時(shí)Q0.0有輸出，狀態(tài)指示燈亮，即小車向右行駛，由于網(wǎng)絡(luò)4設(shè)置了互鎖，此時(shí)向左行駛的線路斷開；接著按下I0.3(即小車碰到行程開關(guān)SQ4)，則網(wǎng)絡(luò)3中，中間繼電器M0.2接通，常開觸點(diǎn)閉合且實(shí)現(xiàn)自鎖，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)6里中間繼電器M0.4和網(wǎng)絡(luò)8里中間繼電器M0.6也得電，且都實(shí)現(xiàn)自鎖。此時(shí)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)4（循環(huán)），則此時(shí)Q0.1有輸出，狀態(tài)指示燈亮，即小車向左行駛，由于網(wǎng)絡(luò)4設(shè)置了互鎖，此時(shí)向右行駛的線路斷開；這時(shí)按下I0.1（即小車碰到行程開關(guān)SQ2），中間繼電器M0.4的常開觸點(diǎn)已閉合，此時(shí)中間繼電器M0.3線圈帶電，常開觸點(diǎn)閉合，在網(wǎng)絡(luò)2中，使中間繼電器M0.1線圈再次得電且自鎖，

36、再次運(yùn)行至網(wǎng)絡(luò)4，則此時(shí)Q0.0有輸出（狀態(tài)燈亮），小車向右行駛；當(dāng)按下I0.2（即小車碰到行程開關(guān)SQ3），中間繼電器M0.6常開觸點(diǎn)已閉合，則此時(shí)中間繼電器M0.5線圈帶電，常開觸點(diǎn)閉合，則程序運(yùn)行至網(wǎng)絡(luò)3，可再次實(shí)現(xiàn)中間繼電器M0.2線圈帶電且自鎖，則程序再次運(yùn)行至循環(huán)網(wǎng)絡(luò)4，使Q0.1有輸出，實(shí)現(xiàn)小車左行。依次進(jìn)行如上循環(huán)，實(shí)現(xiàn)小車的自動循環(huán)工作過程。若電機(jī)過載則熱繼電器的常閉觸點(diǎn)斷開，即I0.4斷開，此時(shí)程序中斷，電機(jī)立即停止。停止過程：當(dāng)按下I0.6,即按下停止按鈕SB2，程序運(yùn)行至網(wǎng)絡(luò)9，此時(shí)中間繼電器M0.7線圈得電，并實(shí)現(xiàn)自鎖，程序接著運(yùn)行至網(wǎng)絡(luò)10，若此時(shí)不按下I0.0（即

37、小車不碰到行程開關(guān)SQ1），則小車并不停止運(yùn)動，且繼續(xù)之前的路線，只有按下I0.0（即小車碰到行程開關(guān)SQ1），才能實(shí)現(xiàn)本程序停止，即小車停止在初始位置。也即實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能，當(dāng)按下停止按鈕，小車完成本次循環(huán)工作后，停止在初始位置。第四章 程序調(diào)試先將系統(tǒng)梯形圖導(dǎo)入西門子仿真軟件進(jìn)行仿真。首先將PLC主機(jī)的電源開關(guān)撥到關(guān)狀態(tài)，嚴(yán)格按圖接線，注意12V和24V電源的正負(fù)不要短接，電路不要短路，否則會損壞PLC觸點(diǎn)。將電源線插進(jìn)PLC主機(jī)表面的電源孔中，再將另一端插到220V電源插板。 將PLC主機(jī)上的電源開關(guān)撥到開狀態(tài)，并且必須將PLC串口置于STOP狀態(tài)，然后通過計(jì)算機(jī)或編程器將程序

38、下載到PLC中，下載完后，再將PLC串口置于RUN狀態(tài)。此時(shí)可以開始進(jìn)行程序的調(diào)試。在調(diào)試過程中我遇到了以下問題，但通過老師的指導(dǎo)，再經(jīng)過自己的反復(fù)思考和修改后，終于使程序更加完善、完整，并且能夠順利運(yùn)行和顯示。起初，我把編寫好的程序已經(jīng)導(dǎo)入PLC，并且按以上過程都已連接并準(zhǔn)備好，但是當(dāng)加上啟動信號后，運(yùn)行的結(jié)果并不像設(shè)計(jì)本身那樣，結(jié)果紊亂，后來經(jīng)過自己又重新檢查梯形圖，發(fā)現(xiàn)原來是因?yàn)樽约捍中模褞讉€中間繼電器的序號編寫錯了，造成了剛才的程序紊亂。然后當(dāng)我再次進(jìn)行調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)在小車向右正常運(yùn)行后，再向左運(yùn)行時(shí)，Q0.0和Q0.1均有輸出，這次我自己檢查了，卻不知道到底是哪里錯了，結(jié)果就讓同學(xué)幫

39、我檢查程序。原來，在循環(huán)程序段里我沒有設(shè)計(jì)輸出的互鎖，結(jié)果造成了同時(shí)輸出的錯誤。還有就是在停止時(shí)，當(dāng)我按了停止鍵之后，小車立即就停止了。沒有像設(shè)計(jì)要求的那樣：若按下停止按鈕，則小車完成本次循環(huán)工作后，停止初始位置。我認(rèn)為這應(yīng)該是我的程序設(shè)計(jì)的不夠完整，然后我就開始重新研究程序，仔細(xì)思考，發(fā)現(xiàn)在停止程序段里，如果再加一個I0.0的常開開關(guān)也許就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求了。所以，在修改完再次運(yùn)行之后，我又重新按步驟調(diào)試、運(yùn)行之后，結(jié)果就正確顯示了。到此，整個程序能夠正常運(yùn)行，且結(jié)果正確。第五章 設(shè)計(jì)總結(jié) 在設(shè)計(jì)的過程中，不斷的學(xué)習(xí)，思考和同學(xué)間的相互討論，運(yùn)用科學(xué)的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握PLC控制系統(tǒng)一般的流程，學(xué)會對常見問題的處理方法，積累設(shè)計(jì)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮教學(xué)與實(shí)踐的結(jié)合。全能提高個人系統(tǒng)開發(fā)的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應(yīng)工作崗位上的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不但加深我對在課程上所學(xué)到的PLC理論知識的認(rèn)識和理解，重新讓自己認(rèn)識到了這門學(xué)科的在應(yīng)用方面的廣闊前景，并且通過知識與應(yīng)用于實(shí)踐的結(jié)合更加豐富了自己的知識。擴(kuò)展了知識面，不但掌握了本專業(yè)的相關(guān)知識，而且對其他專業(yè)的知識