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1、机电一体化课程设计2012级小车自动往返装卸料控制学生姓名 学 号 系 别 专业班级 指导教师 完成日期 I目录目录I1. 引言12. 设计任务12.1 设计内容12.2 控制要求11）手动控制方式12）单步运行方式23）单周期运行控制要求24）自动循环控制方式要求23.总体方案的确定23.1 小车自动往返装卸料控制系统的构成23.2 工作过程23.3 方案设计31）小车自动控制主电路图32）PLC装卸料小车接线示意图33）总体设计方案44.控制系统软件设计44.1小车自动往返装卸料控制流程图44.2 I/O分配表54.3 PLC程序设计51）主程序中调用运行方式子程序52）手动子程序运行63
2、）单步子程序运行74）单周期子程序运行84）自动子程序运行94.4组态软件的界面设置104.5 组态与PLC通信124.6 程序调试与运行141）手动方式142）单步方式143）单周期方式154）自动方式155.程序调试心得与建议15参考文献151. 引言近年来，随着大规模集成电路的发展，可编程控制器得到了迅速的发展。PLC是以微机技术为核心的通用工业控制装置，它将传统的继电器-接触器控制技术与计算机和通信技术融为一体，在工业自动化、机电一体化以及传统的工业控制方面，得到了广泛的应用，发挥着越来越大的作用。它采用一类可编程控制器的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数及
3、算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出信号，控制各种类型的机械或是生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。目前，PLC的主要品牌有西门子、三菱、欧姆龙、韩国LG、美国AB、ABB、松下、富士、施耐德等。而且PLC控制是自动控制中最常见控制方式之一，小车自动往返与定位控制就是控制应用的一个典型例子，由于可编程控制器具有很好的处理小车自动往返与定位控制以及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此运用PLC来设计小车自动往返与定位运动越来越普遍。通过本设计，让我们掌握小车往返运行装卸料的控制原理。并且能够综合应用
4、与与PLC控制技术应用在实际工程中为今后的工作打下基础。了解设计过程，实际动手操作，对于以后遇到类似的问题也知道如何取解决。2. 设计任务2.1 设计内容设计小车自动往返装卸料控制，由PLC控制，组态软件作为人机控制，实现系统运行监控。编写PLC梯形图和设计组态软件用户程序，最终调试达到控制要求。2.2 控制要求如图2-1所示，设计小车自动往返装卸料控制，具体控制要求如下：一辆小车在A,B两点之间运行，在A,B两点各设一个限位开关，如图所示，小车在A点时（后限位开关受压动作），操作控制按钮可使小车向前行至料斗下碰到前限位开关，停止，装料后再返回A地将料卸下。小车要求有4种控制方式。a) 手动控
5、制方式；b) 单步运行控制方式； c) 单周期运行控制方式；d) 自动循环运行控制方式。详细控制要求如下：1）手动控制方式在手动控制方式下，可用4个控制按钮控制小车的向前、向后运行，以及车门的打开和料斗门的打开。小车的运行由三相异步电动机控制，小车的车门和料斗的车门由电磁铁控制，当电磁铁得电时，料斗门或斗门打开，失电时关闭。小车向前运行： 小车在料斗下面时不能向前运行，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，按下向前运行按钮，小车向前进，当小车行至料斗下时，碰到前限位开关时应停下来。小车向后运行： 小车在A地点时不能后退，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，料斗门未关闭时不能运
6、行，按下向后运行按钮时，小车向后运行至A地点时，小车碰到后限位开关应停下来。料斗门打开控制： 小车必须在B点料斗门下时，才能打开料斗门，以避免将料卸在地上。按一下料斗门打开按钮，控制料斗门的电磁铁得电，斗门打开，延时10秒种后电磁铁失电,斗门关闭。车门打开控制： 小车必须在A地点时，才能打开车门，以保证将料卸在规定地点。按一下车门打开按钮，控制车门的电磁铁得电，车门打开，延时10秒种后电磁铁失电，车门关闭。2）单步运行方式小车在A地，并且在车门关好的情况下，按下小车前进按钮，小车自动向前运行，从A地运行到B地停；再按下料斗门打开按钮，料斗门打开装料10秒；再按下小车后退按钮，小车自动向后运行到
7、A处停止；再按下车门打开按钮，车门打开，卸料10秒后车门关闭。3）单周期运行控制要求小车在A地点，并且在车门关好的情况下，按一下向前运行按钮。小车就从A地点运行到B地点停下来，然后料斗门打开装料10秒钟，之后小车自动向后行到A地点停止，车门打开卸料10秒钟后，车门关闭。4）自动循环控制方式要求小车在A地点时，按一下向前运行按钮，小车将自动重复单周期运行过程，断开运行开关时，小车将在完成一个循环之后，结束运行。在手动控制方式下不能运行，单周期，双周期和自动运行方式，反之，在单周期，双周期和自动运行方式下也不能进行手动控制。图2-1 小车自动往返装卸料控制图3.总体方案的确定PLC控制是自动控制中
8、最常见控制方式之一，由于可编程控制器具有很好的处理小车自动往返与装卸料控制以及良好的稳定性，而且可以很简单的改变控制的方式，因此运用PLC来设计小车自动往返与装卸料运动越来越普遍。3.1 小车自动往返装卸料控制系统的构成小车前进和后退开关来控制。在装料和卸料的地方用限位开关来实现，当小车前进到达B地时，碰到前限位开关，实现小车停车装料动作，并且用定时器计时装料10秒；当小车后退到达A地时，碰到后限位开关，实现小车车门开卸料动作，并且用定时器计时卸料10秒。3.2 工作过程工作过程如图3-1所示：图3-1 小车自动往返装卸料工作过程3.3 方案设计根据控制目的和要求，进过仔细分析各种因素，制定了
9、整体的设计方案:以西门子S7-200为核心，完成对输入输出点的控制。监控系统通过MCGS通信协议与PLC进行I/O点的通信。1）小车自动控制主电路图图3-2小车自动控制示意图2）PLC装卸料小车接线示意图图3-3 自动往返小车PLC外部接线图3）总体设计方案本设计是基于PLC的小车往返运动装卸料控制系统的设计，我采用的PLC可编程语言是西门子S7-200系列PLC编程语言。首先在设计外部程序时，用西门子S7-200汇编一个主程序调用四个子程序。主程序决定小车的运行方式，手动，单步，单周期还是自动。然后在子程序中详细汇编各种方式的小车往返装卸料。再次在设计的系统中运用继电器M来控制PLC和计算机
10、内部的组态进行读写。这样既能达到PLC控制小车自动往返装卸料界面的监控状态，又能由组态中开关自行控制小车自动往返装卸料界面的监控状态。4.控制系统软件设计4.1小车自动往返装卸料控制流程图图4-1 小车往返顺序功能图根据图3-4 汇编PLC程序能够实现小车自动往返装卸料控制。并且确定输入输出的分配能够更快的编译程序得到实现。4.2 I/O分配表I/O点分配表输入信号输出信号代号名称与功能输入地址代号名称与功能输出地址SQ1手动方式I0.0KM1前进Q0.0SQ2单步方式I0.1KM2后退Q0.1SQ3单周期I0.2YV1料门Q0.2SQ4自动方式I0.3YV2车门Q0.3SB1前进I0.4SB
11、2后退I0.5SB3料门I0.6SB4车门I0.7SQ5启动I1.0SQ6前限位I1.1SQ7后限位I1.2表4-1 I/O分配表4.3 PLC程序设计1）主程序中调用运行方式子程序手动子程序调用图4-2 手动子程序调用单步子程序调用图4-2 单步子程序调用单周期子程序调用图4-3 单周期子程序调用自动子程序调用图4-4 自动子程序调用2）手动子程序运行图4-5 手动运行3）单步子程序运行图4-6 单步运行4）单周期子程序运行图4-7单周期运行4）自动子程序运行图4-8 自动运行4.4组态软件的界面设置图4-9 组态界面设置如图4-9所示，小车从A地到B地自动往返运行，并且在B点进行装料，在A
12、点进行开车门卸料。输出的Q要通过脚本程序的编写连接小车运行。限位开关的感应也需要在脚本程序中添加。图4-10 运行策略脚本程序如下所示：IF 前进输出=1 THEN 后限位开关1=0小车=小车+15endifIF 装料=1 THEN 小车=小车endifIF 及时到=1 THEN 装料=0endifIF 后退输出=1 THEN前限位开关1=0小车=小车-15endifIF 卸料=1 THEN 小车=小车endifIF 及时到1=1 THEN 卸料=0endifIF 小车=0 THEN后退输出=0后限位开关1=1endifIF 小车 = 600 THEN前进输出=0 前限位开关1=1 Endif
13、脚本程序中编写完成，然后通过定时器开启装卸料时间。图4-11 定时器计时图图4-12 对象选择类型4.5 组态与PLC通信在通用串口设备属性中要选择串口端口号（1255）0-COM1才能通讯成功，并且通讯的时候要关闭西门子S7-200程序编辑。如图4-12所示图4-13 通用串口设备属性图4-14 设备编辑窗口在图4-14设备编辑窗口，添加所需要的设备通道，并且选择可读写的M和Q。在连接变量中选择变量类型并且命名不能相同，否则通讯后读写不出来。图4-15 I输入连接变量图4-16 Q输出连接变量图4-17 M继电器连接变量4.6 程序调试与运行1）手动方式前进：小车在料斗下面时不能向前运行，小
14、车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，按下向前运行按钮，小车向前进，当小车行至料斗下时，碰到前限位开关时应停下来。装料：小车必须在B点料斗门下时，才能打开料斗门，以避免将料卸在地上。按一下料斗门打开按钮，控制料斗门的电磁铁得电，斗门打开，延时10秒种后电磁铁失电,斗门关闭。后退：小车在A地点时不能后退，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，料斗门未关闭时不能运行，按下向后运行按钮时，小车向后运行至A地点时，小车碰到后限位开关应停下来。卸料：小车必须在A地点时，才能打开车门，以保证将料卸在规定地点。按一下车门打开按钮，控制车门的电磁铁得电，车门打开，延时10秒种后电磁铁失电，车门关闭。2）单步方式小车在A地，并且在车门关好的情况下，按下小车前进按钮，小车自动向前运行，从A地运行到B地停；再按下料斗门打开按钮，料斗门打开装料10秒；再按下小车后退
