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1、基于运料小车自动往返顺序控制系统6.22.2015- 1 -1.运料小车的发展概况工厂运输现大多采用地面运输，地面运输主要采用叉车及手推运料小车，叉车需专人驾驶且无固定轨道，在车间内运行极不安全，手推运料小车需人为动力，劳动强度大，运输效率低。随着经济的发展，运料小车不断扩大到工业运输的各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。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。后来，单片机应用到运料小车控制系统中。但是单片机开发周期长，使用难，开发成本高，批量成本低，对人要求高，而且其稳
2、定性不够高。由于 PLC 开发周期短，使用容易，开发成本低，批量成本高，对操作人员技术要求要求不高，并且稳定性好,抗干扰能力强，使得对基于 PLC 的运料小车控制系统的开发研究逐步加强。 PLC(Programmable Logical Controller)是 20 世纪 70 年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，使其在自动化控制的各个领域中得到了广泛的应用。 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。降并且，控制系统具有连线简单，
3、自动控制，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便可以降低系统的运行费用等优点，低系统的运行费用。基于运料小车自动往返顺序控制系统6.22.2015- 2 -2.可编程控制器（PLC）概述2.1 PLC的概述PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：“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。它采用可以编制程序的存
4、储器，用来在其图 2-1 PLC 三菱 FX 系列内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”2.2.1 PLC 的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强（2）配套齐全，功能完善，适用性强（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造（5）体积小，重量轻，能耗低基于运料小车自动往返顺序控制系统6.22.2015- 3 -2.2 PLC的构成从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（
5、模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配 置。图 2-2 PLC 的组成框图（1）CPU 的构成CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取
6、指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。（2） I/O 模块PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入（DI），基于运料小车自动往返顺序控制系统6.22.2015- 4
7、-开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。（3） 电源模块PLC
8、 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC 或 110VAC），直流电源（常用的为 24VDC）。（4）底板或机架大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。其它设备(1)编程设备：编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器 PLC 一般有手持型编程器，目
9、前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。(2) 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。(3) PLC 的通信联网基于运料小车自动往返顺序控制系统6.22.2015- 5 -依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散
10、集中控制。多数 PLC 具有 RS-232 接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC 的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。 3.控制系统设计3.1 小车运动分析1）按下开始按钮 SB1，运货小车电动机反转，运货小车自动后退，到达仓库 A 装料，停留 5 秒后，运货小车电动机正转，运货小车自动前进，向仓库 B 运动，到达仓库 B 后停 4 秒卸料并后退，向仓库 A 运动，到达仓库 A 后，开始下一轮循环工作；2）若按下停止按钮 SB2，运货小车电动机停止转动，运货小车停止运动；3）在 2）的条件下，按下手动后退按钮 SB3,运货小
11、车后退，向仓库 A 的方向运动；4）在 2）的条件下，按下手动前进按钮 SB4，运货小车前进,向仓库 B 的方向运动。3.2 流程图基于运料小车自动往返顺序控制的 PLC 程序设计的流程图如图（一）所示基于运料小车自动往返顺序控制系统6.22.2015- 6 -图（一）运料小车自动往返顺序控制的 PLC 程序设计的流程图3.3 输入输出分配表输入地址分配表如下表（一）所示PLC X 元件 对应外部设备X000 开始按钮X001 停止按钮X002 手动后退按钮X003 手动前进按钮输出地址分配表如下表（二）所示PLC Y 元件 对应外部设备基于运料小车自动往返顺序控制系统6.22.2015- 7
12、 -Y001 电动机反转Y002 电动机正转3.4 编程逻辑框图基于运料小车自动往返顺序控制的 PLC 程序设计的编程逻辑框图如图（二）所示3.5 梯形图基于运料小车自动往返顺序控制的 PLC 程序设计的梯形图如图（三）所示：基于运料小车自动往返顺序控制系统6.22.2015- 8 -基于运料小车自动往返顺序控制系统6.22.2015- 9 -图（四）运料小车自动往返顺序控制的 PLC 程序设计的梯形3.6 指令语句基于运料小车自动往返顺序控制的 PLC 程序设计的编程如下所示：1. LD M8002 ；取指令开始2. SET S0 ；置位指令3. STL S0 ；激活状态4. LD X000
13、 ；取小车运行开始指令5. ANI X001 ；串联常闭的停止按钮6. SET S20 ；置位 S20 转移条件7. LD X002 ；取小车手动后退指令8. ANI X003 ；串联常闭的小车手动前进按钮9. AND X001 ；串联常开的停止按钮10.SET S23 ；置位 S23 转移条件11.LD X003 ；取手动前进指令12.ANI X002 ；串联常闭的手动后退按钮13.AND X001 ；串联常开的停止按钮14.SET S24 ；置位 S24 转移指令15.STL S20 ；激活 S20 转移条件16.OUT T0 K50 ；延时 5S17.LDI Y002 ；对电动机正转取非
14、18.ANI X001 ；对停止指令取非基于运料小车自动往返顺序控制系统6.22.2015- 10 -19.OUT Y001 ；输出电动机反转指令20.LD T0 ；取延时 5S，小车自动后退21.SET S21 ；置位 S21 转移指令22.STL S23 ；激活 S23 转移指令23.LD X001 ；取停止指令24.ANI Y002 ；对电动机正转取非25.OUT Y001 ；输出电动机反转指令26.LDI X001 ；对停止指令取反27.OR X003 ；并联常开手动前进按钮28.OUT S0 ；输出 S029.STL S24 ；激活 S24 转移指令30.LD X001 ；取停止指令
15、31.ANI Y001 ；对电动机反转取非32.OUT Y002 ；输出电动机正转33.LDI X001 ；对小车停止指令取非34.OR X002 ；并联常开的手动后退按钮35.OUT S0 ；输出 S036.STL S21 ；激活 S21 转移指令37.OUT T1 K40 ；输出 T1，延时 4S38.LDI Y001 ；对电动机反转取非39.ANI X001 ；对停止指令取非40.OUT Y002 ；输出电动机正转41.LD T1 ；取 T142.SET S22 ；置位 S22 转移条件43.STL S22 ；激活 S22 转移条件44.LDI Y002 ；对电动机正转取反45.ANI X001 ；对停止指令取非46.OUT Y001 ；输
