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1、1 本本 科科 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 题目题目 基于基于 PLCPLC 的机械小车运料自动控制系统的机械小车运料自动控制系统 院（系部）院（系部） 专业名称专业名称 年级班级年级班级 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 2013 年年 5 月月 14 日日 年 I 摘要 早期的机械运料小车电气控制系统大多为继电器-接触器组成的复 杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺点，几乎无数 据处理和通信功能，还必须有专人负责操作。将PLC应用到机械运料小 车电气控制系统，可实现机械运料小车的自动化控制，降低系统的运行 费用，节省劳力。PLC机械运料小车电气控制系统具有连线简
2、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。 本设计以PLC控制技术为核心，采用德国西门子S7-200的PLC,论述 了机械运料小车控制系统的软硬件设计方案及其控制原理，实现了机械 运料小车的自动控制。通过实际应用，说明所设计的控制系统运行可靠， 满足了实际需要。 关键词：PLC 机械运料小车 自动化控制 II AbstractAbstract Most of the early mechanical the car transporter electrical control system relay - contactor complex system com
3、posed of, such a system design cycle, bulky, cost disadvantages, almost no data processing and communications functions, there must also be the person responsible for the operation. PLC application to mechanical car transporter electrical control system can achieve the mechanical car transporter aut
4、omation control, reduce system operating costs, labor-saving. PLC mechanical car transporter electrical control system has a simple connection, control speed, high precision, reliability and maintainability, easy installation, maintenance and renovation. The design of PLC control technology as the c
5、ore, with Germanys Siemens S7-200 PLC, discusses the mechanical car transporter control system hardware and software design and its control principle, to achieve a mechanical automatic control of the car transporter. Through the practical application of the design of the control system is reliable,
6、meet the actual needs. KeyKey words:words: PLC mechanical car transporter automation control i 目 录 前 言1 1.1 设计背景及意义1 1.2 设计取得的成果3 2 PLC 概述.4 2.1 PLC 的产生与定义.4 2.1.1 PLC 的产生.4 2.1.2 PLC 的定义.4 2.2 PLC 的发展及趋势.5 2.3 PLC 的特点及其功能.7 2.3.1 PLC 的基本特点.7 2.3.2 PLC 的功能.8 2.3.3 PLC 与 DCS、工业 PC.8 2.4 PLC 的基本组成及其各部
7、分作用.9 2.5 PLC 的工作原理.11 2.6 PLC 的工作过程.12 3 方案设计13 ii 3.1 方案的比较13 3.2 系统描述14 3.3 控制要求14 3.4 主要电气元件的配置15 3.5 PLC 机型的选择.17 4 PLC 控制系统硬件设计.19 41 系统主回路与控制回路的设计19 4.1.1 硬件设计概述.19 4.1.2 系统主回路设计19 总体电路图见附录 120 4.2 机械运料小车控制系统的实现原理20 4.2 PLC 的外部接线图.22 根据机械运料小车的工作原理和 I/O 地址分配表画出 PLC 的外部接线图，如下:.22 5 PLC 控制系统的软件设
8、计.24 5.1 S7 程序设计的基本步骤.24 5.1 控制系统的顺序功能图24 5.2 控制系统的梯形图25 iii 7 STEP7-MICRO/WIN 编程软件的应用.27 结束语30 致 谢32 参考文献34 附录：35 外文资料与中文翻译.35 1 前前 言言 1.11.1 设计背景及意义设计背景及意义 PLC 控制系统的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域。 在各种应用领域中， 尤其在生产过程和科学研究产业领域中，电气控 制技术应用更为广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制 方法使用的更为普遍。 长期以来，PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各 样的
9、自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制 应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动 化设备的要求。 由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了 PLC 的发 展，使得 PLC 的功能日益增强。如 PLC 可进行模拟量控制、位置控制 和 PID 控制等，易于实现化的需要。柔性制造系统。远程通信功能的实 现更使 PLC 如虎添翼。目前， PLC 已成为工业控制的标准设备，应用 面几乎覆盖了所有工业企业。PLC 是一种固态电子装置，它利用已存入 的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC 通过输入/输出（I/O）装 置发出控制信号和接受输入信号。由于
10、PLC 综合了计算机和自动化技术， 所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容 易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且 可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从 而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及 信息、网络时代的到来，扩展了 PLC 的功能，使它具有很强的联网通讯 能力，从而更广泛地应用于众多行业。 2 进入 21 世纪，中国是一个发展中大国，要加快科学技术发展、缩 小与发达国家的差距，仍需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有 利条件。我国企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得生产物的输 送成为
11、生产物流系统中的一个重要环节。运料小车自动控制正是用来实 现输送生产物的控制系统，随着 PLC 的发展，国外生产线上的运输控制 系统非常广泛的采用该控制系统，而且有些制造厂还开发研制出了专用 的逻辑处理控制芯片，我国的大部分工控企业的运料小车自动控制系统 都是从国外引进的，成本高，为了满足现代化生产流通的需要，让 PLC 技术与自动化技术相结合，充分的利用到我国的工控企业生产线上，让 该系统能够在各种环境下工作，可以达到成本低、维护方便、易控制， 安全可靠，效率高等目的。 传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多、 故障率高且维修不易等缺点。例如：整个运行过程中，运料小车的速度
12、 很难设定，如果太快，启动和制动时由于存在运料小车惯性难以控制的 缺陷易造成物料的掉落、抛洒，这样就不能实现安全的启动停止。 PLC 作为目前国内市场的主流控制器，在技术、行业影响等方面有 重要作用。利用 PLC 控制代替继电器控制已经是大势所趋。 随着 PLC 的不断发展和革新，生产线的运输控制也得到了不断的改 善和生产率的不断提高，运料小车自动控制系统经历了以下几个阶段 ： （1）手动控制：但是由于当时的技术还不够 成熟，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。 （2）自动控制：通过机器人技术，自动化设备终于实现了 PLC 在小 车自动
13、控制系统在自动方面的应用。 （3）全自动控制：PLC 大多采用 CPU 结构，不断向高性能、高速度 3 和大容量方向发展。 现代企业为提高生产车间物流自动化水平,实现生产环节间的运输 自动化,使厂房内的物料搬运全自动化,许多企业在生产车间广泛使用无 人小车,运料小车在车间工作台或生产线之间自动往返装料卸料。由于 运料小车自动往返的实际意义, 可实现运料小车的全自动控制，降低系 统的运行费用。 1.21.2 设计取得的成果设计取得的成果 本文介绍了一种基于西门子 S7-200 PLC 控制的自动控制运料小车 系统设计方案。将 PLC 运用到运料小车自动控制系统，可实现小车的全 自动控制，降低系统
14、的运行费用。PLC 运料小车自动控制系统具有连线 简单控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，维修和改造方便等优 点。利用 PLC 控制技术，可实现运料小车的相关运动，运料小车在一 个周期内的运动由 4 段组成。设小车最初在左端，当按下启动按钮，则 小车自动循环地工作，若按下停止按钮，则小车完成本次循环工作后， 停止在最初位置。 本设计的控制系统是采用 PLC 的编程语言梯形图，梯形图是在 可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许 多功能、使用灵活的指令，使得逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性 强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路。可编程控制器是 一种数字运算操
15、作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计。 它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制， 定时、计数和算术等操作的指令，并采用模拟式的输入和输出，控制各 种的机械或生产过程。 4 2 2 PLCPLC 概述概述 2.12.1 PLCPLC 的产生与定义的产生与定义 2.1.12.1.1 PLCPLC 的产生的产生 最初的电气自动控制装置是继电-接触器控制系统，它是一种以继 电器、接触器、按钮、开关等为主要器件组成的逻辑控制系统，它具有 结构简单、生产成本低、抗干扰能力强、故障检修直观方便、适用范围 广的特点。它不仅可以实现生产设备、生产过程的自动控制，而且还可 以满足
16、大容量、远距离、集中控制的要求。因此，直至今日“继电-接 触器控制系统”仍是工业自动控制领域最基本的控制系统之一。 但是，由于“继电-接触器控制系统”的控制元件均为独立元件， 它决定了系统的“逻辑控制”与“顺序控制”功能只能通过控制元件间 的不同连接实现，因此，不可避免地存在以下不足：通用性、灵活性 差；运行费用高、噪声大；体积大，材料消耗多；功能局限性大； 可靠性低，使用寿命短；不具备现代工业控制所需要的数据通信、 网络控制功能。 为了解决“继电-接触器控制系统”存在的通用性、灵活性差、功 能局限性大与通信、网络方面欠缺的问题。1968 年，美国最大的汽车 制造商通用汽车公司（GM 公司）提出了一种新颖控制器的十大技术 要求，并面向社会进行招标。由此，PLC 应运而生。 2.1.22.1.2 PLCPLC 的定义的定义 1969 年美国 GOULD 公司首先将 PLC 技术进行商品化并
