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1、武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书1摘 要可编程控制器是一种为工业机械控制所设计的专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，它是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称 PLC。随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。长期以来，
2、PLC 及其网络控制系统始终战斗在工业自动化控制行业的主战场，其提供的安全和完善的解决方案，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，在电力、冶金、化工、机械等行业发挥了重大作用，被公认为现代工业自动化三大支柱之一。PLC 广泛用于自动化生产线上，有些生产机械工作台需要按一定顺序实现自动往返运动，有还要求某些位置有一定时间停留，以满足生产工艺要求。用 PLC 程序实现运料小车自动往返顺序控制，具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，程序设计方法多样，便于不同层次设计人员理解和掌握。此次的课程设计我们设计的是小车往复运动 PLC 自动控制。用型号为西门子公司 S7系列的 S7-300 的
3、PLC 实现小车在运输过程中装料、卸料的往复运动过程。通过 I/O 地址的分配，实现 PLC 与控制路线的接口连接。关键词：可编程控制器（PLC） 小车往复运动 S7 系列 S7-300武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书2目录第一章 方案概述 .31.1 小车往复运动 PLC 自动控制设计 .31.2 往复运动的实现要求 .31.3 设计系统要求 .3第二章 原理控制线路图 .52.2 PLC I/O 接线原理图 .62.3 顺序功能图 .72.4 控制程序梯形图 .8第三章 系统仿真与运行 .123.1 组态 .123.2 调用函数 .133.3 完成仿真 .13结束语 .14参考文献
4、 .15附录 .16武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书3第一章 方案概述该方案的目的是实现运料小车的往复运动，在运送过程中，根据站点的不同进行往复，是按照顺序进行运送的设计，并通过对电机的控制实现一定的循环。热继电器(FR)用于电动机的过载保护，断相及电流不平衡运行保护。(FU)熔断器起电机主回路短路保护作用,而自锁起零压保护作用。1.1 小车往复运动 PLC 自动控制设计该设计主要实现自动化生产线上自动送料小车往复运动，它的整个过程如图 1-1 所示：图 1-1 运料小车自动往返顺序控制系统示意图1.2 往复运动的实现要求1） 、按下启动按钮 SB1，小车从原位 A 开始装料，10 秒
5、后小车前进驶向 1 号位，到达 1 号位后停 8 秒卸料并后退；2） 、小车后退到原位 A 继续装料，10 秒后小车第二次前进驶向 2 号位，到达 2 号位后停 8 秒卸料并再次后退返回原位 A，然后开始下一轮循环工作；3） 、若按下停止按钮 SB2，需完成一个工作周期后才停止工作。装料电机的控制线圈为 YV1，卸料电机的控制线圈为 YV2，小车前进电机的控制线圈为 YM1，后退电机的控制线圈为 YM2。武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书41.3 设计系统要求1） 、PLC 型号：西门子公司 S7 系列，S7-3002） 、编程环境：SIMATIC Manager /Step7 V5.4
6、 或更高版本3） 、根据控制要求分配 PLC I/O 地址，画出 PLC 与控制对象的接线图，设计控制流程，按照模块化的方式设计程序，既可以采用 LAD 编程，也可以采用 STL 编程，还可以采用组合方式编程。4） 、编写的需要输入 PLC，调试通过。武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书5第二章 原理控制线路图2.1 电机主线路控制原理图根据要求画出的主控制线路图如图 2-1 所示,其中 FR 热继电器 用于电动机的过载保护，断相及电流不平衡运行保护。FU 熔断器起电机主回路短路保护作用。 图2-1 电机主控制线路图武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书62.2 PLC I/O 接线原理
7、图接线原理图如图 2-2 所示；图 2-2 控制系统 PLC 的 I/O 接线图该图采用西门子 s7-300 的 PLC 来实现控制，各个接口根据其不同的功能，有的已进行标识。接入 FR 热继电器 用于电动机的过载保护，断相及电流不平衡运行保护。以此来保护装料、卸料、前进和后退的电机。武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书7对于线路图中各个接口功能的详细说明如表 3-1 所示：表2-1 I/O口分配表列表SB1 SB2 SQ1 SQ2 SQ3输入I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4YV1 YV2 YM1 YM2输出Q4.0 Q4.1 Q4.2 Q4.32.3 顺序功能图如图 3-
8、3 所示的顺序功能图，其中 I0.0 是一个启动信号，当给予 PLC 一个 I0.0 的信号时，PLC 就启动，沿着顺序一直往下执行。图 2-3 PLC 控制的顺序功能图武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书82.4 控制程序梯形图Network:1 的主要作用是完成整个过程的装料驱动，并在装料的同时实现延时 10s。图 2-4 梯形图 Network:1Network:2 的作用是在装料完成，定时时间到之后，向前移动。图 2-5 梯形图 Network:2Network:3 的作用是到达 1 号位或是 2 号位压下行程开关之后，前进停止，开始卸料，并对卸料武汉理工大学机电传动与控制课程设计
9、说明书9时间进行限时定时。图 2-6 梯形图 Network:3Network:4 的作用是定时时间到后，实现倒退，回到原位（A）处。图 2-7 梯形图 Network:4Network:5 的作用是实现周期性循环，并在按下停止按钮 SB2 之后仍然继续完成该周期的运行再停回原位（A）处。武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书10图 2-8 梯形图 Network:5Network:6 的作用是驱动区分小车是第一次还是第二次经过 I0.3 的内部继电器的驱动。图 2-9 梯形图 Network:6如上所述。根据系统控制要求小车在原位 A（I0.2）处卸料，在 1 号位,I0.3 和 2号位(
10、I0.4)两处轮流卸料。小车在第一个工作循环中有两次前进都要经过 I0.3,第一次碰到它时停下卸料，第二次碰到它时要继续前进，因此应设置一个具有记忆功能的内部继电器 M0.1，区分是第一次还是第二次碰到 I0.3。小车在第一次碰到 I0.3 和 I0.4 都要停止前进，所以将他们的常闭触点与 Q4.2 的线圈串联，同时，(I0.3)的常闭触点并联了内部继电器 M0.1 的约束，M0.1 的作武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书11用是记忆 I0.3 第几次被碰到，它只在小车第二次前进经过 I0.3 时起作用。它的启动条件和停止条件分别是小车碰到 I0.3 和 I0.4，当小车第一次前进经过
11、 I0.3 时，M0.1 的常开触点将 Q4.2 控制在电路中 I0.3 的常闭触点短接，因此小车第二次经过 I0.3 时不会停止，会继续前进至I0.4，M0.1 才复位。此外，将 M0.1 的另一对常开触点与 I0.0 并联，为第二次驱动 Q4.0 装料做准备。为了实现两处卸料，将 I0.3 和 I0.4 的触点并联后驱动 Q4.1 和 T1，为避免小车往返经过 I0.3时，出现短暂的卸料动作，将 Q4.2 和 Q4.3 的常闭触点与 Q4.1 的线圈串联。小车从 I0.4 开始后退，防止经过 I0.3 时 M0.1 再次被置位，导致小车下一个工作周期第一次前进到达 I0.3 时无法停止的现
12、象，因此在 M0.1 的起动电路中串入 Q4.3 的常闭触点。为了实现周期性工作，程序中设置了内部继电器 M0.0，其常开触点与 I0.0 并联后驱动Q4.0。I0.0 接通，M0.0 置位，为开始下一轮循环工作做准备。当按下停止按钮 SB2 时，I0.1 分断，M0.0 复位，系统完成本周起工作后停止工作。完整的梯形图见附录。武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书12第三章 系统仿真与运行在对系统的仿真中，根据实际条件，进行组态，选择合适的电源和CPU 。完成配置，并进行梯形图的输入，最后仿真，检验结果是否正确。3.1 组态根据PLC选择对应的地址和相应的电源、CPU、输入、输出等的型号，
13、配置如下图3-1：图 3-1 系统的组态武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书133.2 调用函数对输入的梯形图进行调用，在OB1模块中调用FC1，下载程序，并进行仿真图3-2函数调用图3.3 完成仿真根据实际条件，对相应的输入进行控制，观察输出是否正确。并进行调试和修改。武汉理工大学机电传动与控制课程设计说明书14图 3-3 系统仿真运行结果显示结束语两周的课程设计，是对如电工学、PLC 电力拖动等相关课程的综合复习。用学过的知识构建一个全新的网络，结合实际中的例子小车往复运动 PLC 控制设计的实例，形成知识的整合。自此课程设计是和组员一起完成的，针对我们两人的擅长项目不同，明确分工的明细，相互配合较好。在设计过程中也遇到了很多的困难，例如在开始的时候有的地方很不理解，经过讨论依然没有得出结论，最后求助老师，在老师的帮助下，对于设计的内容形成了系统化的理解。构建一个基本网络，根据这些网络要求，写出基本的设计步骤，遵照步骤一步一步执行下来，慢慢的实现了设计要求。还有就是
