PLC运料小车课程设计

PLC运料小车课程设计

Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

摘 要

传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多，故障率高的缺点，且维护维修不易等缺点。作为目前国内控制市场上的主流控制器，plc在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。 在国际上PLC迅速发展的形势下，我国多数PLC厂家还没有拥有自主知识产权，能够参与国际竞争的PLC产品 ，其中之一就是研发实力不够。虽然资金投入、生产和质量管理等因素也占有非常大的比重，但对产品的质量起着决定性作用的是研发投入、研发成果产品化以及生产工艺等。而技术则是贯穿着其中每一个环节，PLC核心技术的开发、产品的后续开发、生产工艺的技术水平是决定产品质量的前提，如何在技术上进一步增强自己的实力，将是国产品牌取得市场竞争优势的关键。 依据得到的样本分析，初步得出正在使用的众多PLC的品牌中 ，西门子、三菱及omron占据绝对的优势，60%左右的用户使用了这些品牌的PLC产品，而rockwell/ab、ge-fanuc和富士等品牌也占有相当的市场份额。

关键词：运料小车; 三菱PLC; 线圈; 行程开关

目录

1 概述

PLC的基本概念

PLC[可编程控制器] 是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程的存储器，用于其内部储存程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC的发展与应用

PLC的发展历程

20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。

20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口

能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易 PLC的发展趋势

随着技术的进步和市场的需求，PLC总的发展趋势是向高速度、高性能、高集成度、小体积、大容量、信息化、标准化、软PLC标准化，以及与现场总线技术紧密结合等方向发展，主要体现在以下几个方面：

1 加强PLC通信联网的信息处理能力 2 开放性和标准化

3 体积小型化、运算速度高速化 4 软PLC的出现

PLC基本结构

1 电源

可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去

2 中央处理单元(CPU)

(CPU)是可编程逻辑的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映

象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

3 存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 4 输入输出接口电路

（1）现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

（2）现场输出接口电路由输出数据、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

5 功能模块

如计数、定位等功能模块。 6 通信模块

基本原理

当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

1 输入采样阶段

在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

2 用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控

制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该所规定的指令。

在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

3 输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。

PLC功能特点

1 可靠性高、抗干扰能力强 2 控制系统结构简单、通用性强 3 丰富的I/O接口模块 4 编程简单、使用方便 5 设计安装简单、维修方便 6 体积小、重量轻、能耗低

2 硬件设计

控制要求

系统启动后，选择手动方式（按下微动按钮A4），通过ZL、XL、RX、LX四个开关的状态决定小车的运行方式。装料开关ZL为ON，系统进入装料状态，灯S1亮，ZL为OFF，右行开关RX为ON，灯R1、R2、R3依次点亮，模拟小车右行，卸料开关XL为ON，小车进入卸料，XL为OFF，左行开关LX为ON，灯L1、L2、L3依次点亮，模拟小车左行。

拨动停止按钮后，再触动微动按钮A3，系统进入自动模式，即“装料->右行->卸料->装料->左行->卸料->装料”循环。

再次拨动停止按钮后，选择单周期方式（按下微动按钮A2），小车运行来回一次。

同理，选择单步方式（选择A1按钮），每按动一次A1，小车相应的运行一步。 运料小车实验面板图

图 运料小车实验面板图

表 输入输出接线列表

面板 PLC 面板 PLC A4 SD S1 ST S2 ZL R1 XL R2 RX R3 LX L1 A1 [ L2 A2 L3 A3 PLC的选择

PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型，整体型PLC的I\\O点数固定，因此用户的选择余地小，用于小型控制系。模块型PLC提供多种I\\O卡件或插卡，因此用户可以较

合理地选择和配置控制系统的I\\O点数扩展方便灵活一般用于大中型控制系统。本课程设计选用西门子S7-200（CPU226）可编程控制器。 电源的选择

PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VDC电源，于国内电网电压一致。在重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源电网因操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 存储器的选择

由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I\\O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 输入输出选择

输入输出模块的选择应考虑与应用要求统一，例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块的类型。通常继电器输出模块具有价格低，使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁、电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求一致。可根据应用要求，合理选择智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I\\O机架等。

系统流程图

开始 开始 选择模式按下按钮 装料 N Y 是否装完 Y 右行 N Y 是否到达卸料点 N 卸料 Y 是否卸 左行 N Y 是否到达装料 Y N 是否结束 Y Y 结束 图 系统流程图 I/O分配表

表 I/O分配表 输入信号 启动按钮SD 停止按钮ST 运料按钮ZL 卸料按钮XL 右行按钮RX 左行按钮LX 单步方式A1 单周期方式A2 输出信号 装料接触器KM1 卸料接触器KM2 接触器KM3 接触器KM4 接触器KM5 接触器KM6 接触器KM7 接触器KM8 自动方式A3 手动方式A4 I/O接线图

图 I/O接线图

3 软件设计 4 调试

硬件调试

接通电源，检查可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。

软件调试

按要求输入梯形图，转换成语句表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器RAM，进行下一步的调试。

运行调试

在硬件与软件调试正确的基础上，打开可编程控制器的“RUN”开关进行调试，观察运行的情况是否正确，以确定PLC的控制系统设计符合要求。 手动运行方式

按下启动系统；按下微动按钮A4（）选择手动方式；按下装料开关ZL为ON，系统进入装料状态，灯S1（亮，从A处装料；按右行开关RX为ON，灯R1、R2、R3（、、）依次点亮，模拟小车右行；按下卸料开关XL为ON，小车进入卸料状态，

灯 S2（）亮，在B处卸料；按下装料开关ZL为ON，系统进入装料状态，灯S1（亮，从B处装料；按左行开关LX为ON，灯L1、L2、L3（、、）依次点亮，模拟小车左行；按下卸料开关XL为ON，小车进入卸料状态，灯S2（）亮，在A处卸料。

自动运行模式

拨动停止按钮后，再触动微动按钮A3，系统进入自动模式，即“装料—右行—卸料—装料—左行—卸料—装料”循环。 单周期运行方式

再次拨动停止按钮后，选择单周期方式，按下微动按钮A2（），小车运行来回一次。

单步运行方式

同理，选择单步方式,按下A1按钮（），每按动一次A1（），小车相应的运行一步。

5 结束语

本次课程设我选择的题目是运料小车控制模拟。通过这次课程设计我对可编程控制器原理及应用有了更深入的理解，锻炼了自己的动手能力和分析能力，同时我更加理解了PLC优越灵活的控制能力。由于PLC在基于控制方面采用“梯形图”语言进行编程易于接受，这种梯形图与继电器控制电路相呼应，形式更加简练，直观性强。 在这次课程设计中，我学会了怎么去发现问题，解决问题。遇到问题时和同组同学认真讨论，查找资料，积极询问老师，从中我学到了许多知识。并且我更加清楚的知道了，很多设计理念来自于实际，需要根据设计要求灵活的去选择PLC型号和编程。 感谢我的指导老师，从一开始论文方向的选定，到最后的整篇论文的完成，都是非常耐心的对我进行指导。给我提供建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错

误，修改论文。老师诲人不倦的工作作风，对工作的专业态度，使我受益匪浅。在此，谨向导师致以崇高的敬意和我衷心的感谢！

6 参考文献

[1]西门子S7系列可编程控制器应用技术（化工工业出版社） 张万忠编 [2]电气控制与PLC应用技术（机械工业出版社） 黄永红编 [3]PLC编程实用指南（机械工业出版社） 宋伯生编 [4]SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册

西门子公司

[5]电气控制技术（北京理工大学出版社） 刘顺禧编 [6]S7-200编程及应用（机械工业出版社） 廖常初编

附 录

网络1 LD

O 设置启动功能

AN 当为高电平时完成小车启动功能 = 网络2

LD 设置手动运行方式 O LPS A = LPP

R ，3 将,，复位

网络3 LD

O 设置自动运行模式 LPS A = LRD

R ，LPP

R ，网络4 LD

O LPS A = LRD

R ，LPP

R ，网络5

LD O LPS A

1 复位 2 将,复位 设置单周期运行方式2 将，复位 1 将复位 设置单步运行方式 = LPP

R ，3 将，,复位 网络6 LD A A LD C1

O C2 O C3 O C4 O C5 O C6

CTU C0，网络7 LD A A

LD C2 O C3 O C4 O C5 O C6

CTU C1，网络8 LD

小车装料 +1 增计数指令，当前值为小车右行 +2 增计数指令，当前值为1时C0置位2时C1置位 A A

LD C3 小车卸料 O C4 O C5 O C6

CTU C2，网络9 LD A A LD C4 O C5 O C6

CTU C3，网络10 LD A A

LD C5 O C6

CTU C4，网络11 LD A A

+3 增指令，当前值为3时C2置位 +4 增计数指令，当前值为4时C3置位小车左行 +5 增计数指令，当前值为5时C4置位 LD C6

CTU C5，+6 增计数指令，当前值为6时C5置位 网络12 LD

A 小车停车 A LD C6

CTU C6，+7 增计数指令，当前值为7时C6置位 网络13 LD O A AN

TON T38，+15 定时指令，当前值为15时，T38置位 网络14 LD T38 = 网络15 LD O LPS

TON T40，30 定时指令，当前值为30 时，T40置位 LPS AN T40 =

网络16 LD O = 网络17 LD LPS

TON T42，+15 定时指令，当前值为15 时，T42置位 LPP AN T42 = 网络18 LD

SHRB ，，+12 移位寄存器指令，最低位，长度为12 网络19 LD

A 装料 0 O O C0 O C3 AN

= 灯亮 网络20 LD

A 卸料 O O O C2 O C5 AN

= 网络21 LD O = 网络22 LD O = 网络23 LD O = 网络24 LD O = 网络25 LD O

灯亮 = 网络26 LD O = 网络 27

LD O C1

S ，1 TON T50 +10 TON T51 +20 TON T52 +30 R ，1 网络 28 LD T50LPS

S ，1 R ，1 网络 29 LD T51LPS

S ，1 R ，1 网络 30

右行按钮； 置1；

定时指令，当前值是定时指令，当前值是定时指令，当前值是置1； 置1； 置0； 置1； 置0； 10时，20时，30时，T50置位；T51置位；T51置位； LD T52

R ，1 置0； 网络 31

LD 左行按钮； O C4

S ,1 TON T53 +10 TON T54 +20TON T55 +30R ，1 网络 32 LD T53 LPS

S ，1 R ，1 网络 33 LD T54 LPS

S ，1 R ，1 网络 34 LD T54 LPS R ，1

置1；

定时指令，当前值是 复位； 置1； 置0； 置1； 置0 10时，T53置位； 网络35 LD A LD T60

CTU C10，+2 増计指令，当前是+2时，C10置位； 网络36 LD C10 AN T60

TON T60，网络37 LD T60 R 网络38 LD ED OLD LD ED OLD LD ED OLD LD ED

R 网络39

+20 定时指令。当前值为20时，复位指令，所以灯灭 T60置位 LD ED

R 复位指令，将C0和C6复位 网络40 LD ED

R T50，6 网络41

LD LPS = LPP LPS R ，12 LPP R ，6

定时指令，当前值为停止 6时，T50复位