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1、2012级课程设计说明书小车多方式运行的PLC控制系统设计院 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 凌 昇 指导教师： 罗雪莲 职称 教授 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 1201 完成时间： 2015年12月 湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师罗雪莲学生姓名凌昇课题名称小车多方式运行的PLC控制系统设计内容及任务一、目标 设计一个基于PLC的多方式运行的小车控制系统。二、任务根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行小车多方式运行的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提
2、高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1. 设计该系统电气控制硬件系统；2PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。3选择电器元件，编制元件目录表。4设计该系统PLC控制梯形图。5用计算机绘制PLC控制电路图。6进行系统仿真测试，实现小车多方式运行的控制要求。7. 编写设计说明书。三、要求小车系统由直流电机、继电器、小车和4个站台等组成，每个站台有检测传感器、指示灯和按钮。采用S7-200PLC进行控制，控制要求如下：1. 小车起始位置停在x（x=14）号站台，SYx传感器为ON;2. 假如y(y=14)号站台呼叫，如果： xy，小车左行到呼叫站台停车；
3、 xy，小车右行到呼叫站台停车； x=y，小车停止；3. 小车在SY1和SY4处要有可靠的保护功能，自动往返或准确停车，不能向外撞；4. 小车路过每个站台要有指示灯显示；但LB1和LB4灯要闪3次；图1 小车运行示意图主要参考资料1史国生主编，电气控制与可编程控制器技术M。北京：化学工业出版社，2012。2于广庆主编，可编程控制器原理及系统设计M。北京：清华大学出版社，2004。3 吴启红主编，变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书（第二版）M。北京：机械工业出版社，2010。4 史国生，鞠勇。电气控制与可编程控制器技术实训教程M。北京：化学工业出版社，2010。5 于晓云，许连阁
4、。可编程控制技术应用项目化教程M。北京：化学工业出版社，2011。6 廖常初。PLC编程及应用M。北京：机械工业出版社，2005年。7 胡学林。可编程控制器应用技术M。北京：高等教育出版社，2001年。8 三菱FX系列可编程序控制器编程手册M。三菱公司编，2001年。9 三菱可编程序控制器应用101例M。三菱公司编, 1994年。10 史宜巧，孙业明，景绍学。PLC技术及应用项目教程M。北京：机械工业出版社，2009。教研室意见教研室主任：（签字）年月日摘 要现代工业生产中，有许多场合需要自动控制车辆在指定道路上行驶，如柔性制造系统中物料小车的自动控制、自动化仓库中物件存取小车的自动控制等。小
5、车多方式运行系统选用的是三菱FX2N作为系统的控制器，结合硬件原理图使用相应编程软件对小车的运行进行控制。系统通过按键输入呼叫小车。小车多方式运行的硬件系统包括：三菱FX2N实验系统、小车工位检测系统、按键和LED灯模块等。利用Auto CAD完成电路原理图的绘制，并完成系统的模拟运行，通过硬件、软件的联调、测试。小车多方式运行的功能和性能指标完全符合设计任务书的要求。系统具有成本低廉、应用范围广等优点。关键字：小车运行；可编程控制器；硬件设计；软件设计目录1绪论11.1 课题的背景及意义11.2 设计的主要工作12设计方案23硬件系统的设计33.1PLC的选型33.2 系统I/O分配43.3
6、 系统硬件电路43.4系统元器件选型54 小车控制系统软件设计84.1 PLC小车控制系统的介绍84.2系统程序设计85系统调试运行及结果分析115.1 系统的使用说明115.2系统运行结果115.3设计结论错误！未定义书签。5.4设计体会12结束语13参考文献14致谢15附录A 元器件表16附录B 程序清单171 绪论1.1 课题的背景及意义在现代化工业生产中，为了提高生产效率，降低成本，减轻工人劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统，自动控制系统已被广泛应用于人类社会各个领域，在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到各个物理量，包括温度、流量、压力、厚度、
7、张力、速度等，有相应的控制系统，再次基础上通过数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统，以及具有控制与管理双重功能的过程控制系统。小车广泛应用于自动生产线冶金、有色金属、煤矿、港口、码头等行业，各工序之间的物品常用与有轨小车来运转。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。1.2 设计的主要工作小车多方式运行设计采用三菱FX2N为核心控制器，由电源、按键模块、三菱FX2N实验系统等模块组成。通过设计电路原理图，将PLC（Programmable Logic Controller）和各个模块连接。利用GX Developer开发软件设计小车运行系统程序
8、，并把程序下载到PLC系统中进行调试。测试其运行结果。2 设计方案按照设计要求小车的运行传动选择直流电机，每个站台都设置行程开关、LED指示灯、呼叫按钮等器件。系统的运行框图如图1所示。图1 系统框图小车多方式运行的PLC控制系统尽可能地考虑了设计的简单、方便、容易实现、便于设计等方面。系统中共有10个输入，6个输出继电器。根据输入输出继电器的点数，和系统中软元件使用情况可大致确定可编程控制器即PLC为FX2N-32MR。控制器选用三菱PLC相对于其他MCU（Microcontroller Unit）等控制器有较多的优势。三菱PLC的驱动能力强，可输出24V的电压，其他的MCU如51系列最多输
9、出5V电压，想要驱动电机这样的大功率设备需要外加驱动电路；三菱PLC易学易用，其他MCU至少需要熟悉C语言；三菱PLC体积小，维护方便，易于扩展实现网络化，其他的MCU要实现网络化则需要外加网络通信芯片，并需要编写驱动程序加大了编程难度，不易维护。综上系统方案总控制器选用三菱小型PLC。小车多方式运行的PLC控制系统根据硬件电路设计程序梯形图，在梯形图程序设计时，考虑提高人机交互，方便用户操作等因素。系统不断检测小车的位置和呼叫按键的状态，保证小车的正常运行。同时小车在工位1和工位4时，程序会保证小车准确停车，不会向外撞相应的指示灯会闪3次作为提示。3 硬件系统的设计3.1 PLC的选型小车多
10、方式运行PLC控制系统是比较简单的顺序控制，则需选择具有逻辑运算、定时器、计数器等基本功能的小型PLC，在选用PLC时主要考虑一下几个方面。1. 规模适当小车多方式运行的PLC控制系统的输入、输出点数以及软件对PLC功能指令的要求是选择PLC的机型规模的重要依据。小车多方式运行的PLC控制系统一共包括有输入继电器10个、输出继电器6个。并要留有一定的余地，即10%的备用量。则可选择小型PLC即可满足要求。同时还应确定用户程序的存储器的容量。一般的粗略估算的方法是：（输入+输出）*（1012）= 指令步数。系统中大概的步数为160192。2. 功能相当，结构合理对于以开关量进行控制的系统，一般的
11、低档机就能满足要求。对于以开关量为主，带少量的模拟量控制系统，可选带A/D、D/A转换的低档机。对于有模拟量控制的系统，特别是闭环系统可根据控制的实时性要求选择高速PLC。小车多方式运行系统中都是开关量控制，则选用一般的低档机即可。3. 输入、输出功能及负载能力的选择为了提高抗干扰能力，输入、输出均应选用具有光电隔离的模块，输出形式可分为无触点和有触点。无触点输出大多使用大功率三极管或双向可控硅电路，其优点是可靠性高、寿命长，缺点是价格高、过载能力差。有触点输出是使用继电器触点输出，其优点是使用电压范围宽、导通压降损失小、价格便宜，缺点是寿命短、响应速度慢。负载能力则要注意所承受的电压、电流值
12、。由输入、输出设备确定。综上所述，PLC可选用三菱FX2N-32MR。三菱FX2N-32MR一共有32个输入、输出点数。其中输入有16个、输出有16个满足设计要求并留有一定余量。带有输入、输出隔离，继电器输出的电压范围广，带负载能力强。在电子电路、机械结构及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路：在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。三菱FX2N系列有如下特点：（1） 抗干扰能力强，可靠性好。（2） 控制系统结构简单，通用性强。（3） 编程方便，易于使用。（4） 功能较为完善，设计施工调
13、试周期短。（5） 体积小，维护操作方便，易于实现网络化。（6） 扩展功能和监视功能等。3.2 系统I/O分配小车多方式运行的PLC控制系统中，一共使用了10个输入继电器、6个输出继电器。系统的I/O分配表如表1所示。表1 I/O分配表输入 功能说明 输出 功能说明X0 SB0启动按钮 Y0 电机向左运行KA1X1 SB1停止按钮 Y1 电机向右运行KA2X2 SY1工位1传感器 Y2 LB1工位1指示灯X3 SY2工位2传感器 Y3 LB2工位2指示灯X4 SY3工位3传感器 Y4 LB3工位3指示灯X5 SY4工位4传感器 Y5 LB4工位4指示灯X6 SB2工位1呼叫按钮X7 SB3工位2呼叫按钮X10 SB4工位3呼叫按钮X11 SB5工位4呼
