运料小车控制系统的设计

目录

摘要 (2)

一可编程控制器（PLC）的概述 (2)

1.1 PLC简介 (2)

1.2 PLC的特点 (1)

1.3 PLC构成 (3)

1.4 PLC的工作原理 (3)

1.5 PLC的编程语言 (4)

二运料小车系统介绍 (5)

2.1 运料小车的控制系统主回路 (5)

2.2 运料小车运行的控制要求 (6)

2.3 方案选择 (6)

三运料小车控制系统的总体设计 (6)

3.1 PLC的选用 (6)

3.2 PLC电气原理图 (7)

3.3 I/O分配 (7)

3.4 运料小车系统设计流程图 (8)

3.5 运料小车控制系统接线图 (9)

3.6 运料小车控制系统梯形图 (9)

3.7 运料小车程序指令表 (10)

四总结 (11)

参考文献 (11)

摘要早期运料小车电气控制系统多为继电器—接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎数据处理和通信功能，必须有专人负责操作，将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用，PLC运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，可靠性和可维护性好，易于安装、维修和改造等优点。随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。并且PLC在运料小车控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。

本文主要是对PLC进行系统介绍后，进入具体的介绍，最后写出运料小车对应PLC的接口图及其对应的梯形图。

关键词：PLC；运料小车；控制系统；梯形图

一可编程控制器（PLC）的概述

1.1 PLC简介

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,PLC自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。

1.2 PLC的特点

1、可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路设计，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。从PLC 的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点意减少到数千分之一，故障也就大大降低。

2、配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3、易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也便得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

1.3 PLC构成

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。

整体式（又称箱体式）结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，但灵活性较低。

模块式（又称组合式）结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认，其特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的PLC，但同时价格也较高。

1.4PLC的工作原理

PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。

输入阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。

在执行阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。

在输出阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部没备传送输出信号，开始控制外部设备。

1.5PLC的编程语言

可编程控制器的编程语言主要有梯形图语言、助记符语言及功能块图等。其中梯形图语言是在继电器控制电路图的基础上发展而来的。最大的优点就是直观易懂，使用简单方便。对来自电气方面的用语，通过梯形图很容易就能掌握，同时它也是PLC的主要编程语言。

二运料小车系统介绍

运料小车是工业送料的主要设备之一。广泛应用于自动生产线、冶金、有色盒属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用有轨小车来转运。小车通常采用电动机驱动，电动机正转小车前进，电动机反转小车后退。小车运行图如图1示：

A端B端

图1 小车运行图

2.1运料小车的控制系统主回路

运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向左行，电机反转，小向右行。电动机正反转主回路如图2所示：

图2 电动机正反转主回路

2.2 运料小车运行的控制要求

小车停在后退终端，当小车压下后限位开关SQ1时，按下启动按钮SB,按下正向行驶开关SB2,KM1线圈接通，电机正转，小车前进驶向B端。当小车压下行程开关SQ2时，小车停止运动开始装料，定时7S后装料完成。此时KM2线圈接通，电机反转，小车后退返回A端，当小车压下行程开关SQ1时，小车停止运动开始卸料，定时5S后卸料完成。此时回归初始状态，如此循环进行。当按下停止按钮SB时，小车停止运行。

小车停在前进终端，当小车压下前限位开关SQ2时，按下启动按钮SB,按下反向行驶开关SB2，KM2线圈接通，电机反转，小车后退驶向A端。当小车压下行程开关SQ1时，小车停止运动开始卸料，定时5S后卸料完成。此时KM1 线圈接通，电机正转，小车前进驶向B端。当压下行程开关SQ2时，小车停止运动开始装料，定时7S后装料完成。此时回归初始状态，如此循环进行。当按下停止按钮SB时，小车停止运行。

2．3 方案选择

将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。PLC运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便等优点。

第3章运料小车控制系统的总体设计

3.1 PLC的选用

根据运料小车输入输出设备的分配，在I/O方面只需要6个输入口和3个输出口，同时考虑适当的余量，选用FX2N-16MR的PLC即可。如图3所示：

图3 运料小车控制系统图

3.2 PLC电气原理图如图4所示：

图4 PLC电气原理接线图

3.3I/O分配

这个控制系统的输入有1个启动(停止)按钮开关、2个行程开关、一个正向启动按钮、一个反向启动按钮、热继电器等。这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相电动机一个。电机有正转和反转两个状态，分别对应正转继电器和反转继电器，此外该硬件电路还必须接有定时器，实现装卸料的延时

功能。对应的地址分配表如表5所示：

表5 PLC I/O分配

3.4运料小车系统设计流程图如图6 所示：

图6 运料小车设计流程图

3.5 运料小车控制系统接线图7

图

7 运料小车系统接线图

3.6 运料小车控制系统梯形图

根据小车运动的控制要求，画出小车控制系统的梯形图如图8所示：

图8 运料小车梯形图

3.7运料小车程序的指令表

LD X000

ZRST M0 M1

LD X001

ANI X003

SET M0

LD M0

LD Y000

AND M0

ORB

ANI M1

MPS

ANI X003

OUT Y000

MPP

AND X003

OUT T0 K70

LD X002

ANI X004

ORB

SET M1

RST M0

LD M1

LD Y001

AND M1

ORB

ANI M0

MPS

ANI X004

OUT T1 K50

LD T1

SET M0

RST M1

END

第四章总结

课程设计是在教学过程的一种总结性的实践教学环节。通过课程设计，能使我们综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的训练。

早期运料小车电气控制系统多为继电器-接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。PLC运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便等优点。

随着经济的不断发展，运料小车的应用也不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。但是，传统的继电器接触器控制在工作中已经暴露出种种弊端，因此，新的控制设计已成为社会发展的必然趋势。本设计运用的可编程控制器实现的自动运料小车控制器，避开了以往继电器接触不良、开关易损坏等缺点，可靠性和稳定性都有所提高。在检测小车是否到装料、卸料点的时候，运用了行程开关使小车的停靠位置更加准确。同时，由于输入输出很明显，不需要好多额外的外接电路，让设计更简洁。这也是采用了成熟的可编程控制器带来的好处。即使在出现故障、紧急停止等环节中都能快捷操作。

参考文献

[1] 戴冠英.《PLC在运料小车自动化系统中的运用》工矿自动化.2005年

[2] 何友华.《可编程控制器及常用控制电路》冶金工业出版社.2008年

[3] 胡学林.《可编程控制器应用技术》高等教育出版社.2003年

[4] 刘柏生.《PLC编程应用指南》机械工业出版社.2007年