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1、目录之中。机电工程学院机电工程学院课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书设计题目设计题目: :电动运输小车的电动运输小车的 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计学生姓名：学生姓名：学学号：号：专业班级：专业班级：机制机制 F09F09指导教师：指导教师：2012年年12月月14 日日内容摘要内容摘要随着经济的发展，电动运输小车在医药、冶金、建材、饲料加工等行业被广泛地应用，不仅节省了人力和物力，而且也提高了产品的质量，提高了生产率，同时也可以实现现代化科学管理。本设计介绍的是基于可编程控制器西门子S7-200的电动运输小车的设计与实现，能够指示小车的停车位和呼车功能、是否可以呼车及小车是否
2、到位、能够实现电机正转、电机反转、可以紧急停车等功能。本文阐述了可编程控制器西门子 S7-200 的功能特点以及操作。 提出了系统的总体设计方案。本系统具有价格低廉、高可靠性、高性能和智能化的特点。通过该系统的成功研制和应用，生产效率将大幅提高，工人的劳动强度将大幅度降低，控制精度也将进一步提高。关键词：关键词：可编程控制器；呼车；西门子 S7-200；PLC目目录录第第 1 1 章章引引言言 （ 1 ）第第 2 2 章章设设计计方方案案 （ 3 ）总 体 方 案 说 明 （ 3 ）控 制 方 式 选 择 （ 3 ）系 统 可 靠 性 设 计 （ 3 ）第第 3 3 章章P P L L C C
3、 控控 制制 系系 统统 设设 计计 （ 5 ）工 艺 过 程 （ 5 ）主 电 路 的 设 计 （ 5 ）控 制 流 程 图 （ 6 ）I / O 地 址 分 配 表 （ 7 ）元 器 件 目 录 表 （ 8 ）I / O 接 线 图 （ 8 ）控 制 程 序 编 制 （ 梯 形 图 ） （ 1 0 ）语 句 表 （ 1 6 ）程序调试（20）结结论论 （ 2 3 ）设设 计计 总总 结结 （ 2 4 ）谢谢辞辞 （ 2 5 ）参参 考考 文文 献献 （ 2 6 ）第第 1 1 章章 引引 言言这次设计是毕业前最后一次课程设计， 也是为做毕业设计做铺垫吧， 通过这次设计，将所学的东西融会贯通
4、。这篇论文是以西门子 S7-200 为主要载体， 结合他对应的编程软件来对运输小车的控制进行编程，虽然没有具体的见到他的硬件，但是也对这样一个程序对应的接口做了了解。本文主要是在对 PLC 进行系统的介绍后，进入具体西门子，针对S7-200 这个型号进PLC 技术代表了当今电气程序控制的世界先进水平。它与数控技术，工业机器人技术已成为机械工业自动化和 CIM 的三大支柱。据预测，在 90 年代，美、日、德等发达国家的控制屏将完全由 PLC 所占据。由于 PLC 吸收了微电子技术和计算机技术的最新成果，发展十分迅速，使它已远远超出单纯取代继电器的应用领域，远远超出逻辑控制的范畴，在从单机自动化到
5、整条生产线自动化，乃至整个工厂的生产自动化；从FMS、工业机器人到大型分散型控制系统中都担当着重要角色。一、一、PLCPLC 的由来的由来1968 年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM） ，为了适应汽车型号不断更新的要求，以在激烈的竞争的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，特拟定了十项公开招标的技术要求，即：（1）编程简单方便，可在现场修改程序；（2）硬件维护方便，最好是插件式结构；（3）可靠性要高于继电器控制装置；（4）体积小于继电器控制装置；（5）可将数据直接送入管理计算机；（6）成本上可与继电器柜竞争；（7）输入可以是交流 115V；（8）
6、输出为交流 115V，2A 以上，能直接驱动电磁阀；（9）扩展时，原有系统只需做很小的改动；（10） 用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。二、二、 PLCPLC 的发展的发展PLC 问世以来，其发展极为迅速。由最初的 1 位机发展为 8 位机，现在的大型 PLC行硬件及其软件的介绍，最后写出运输小车对应 PLC 的接口图及其对应的程序。已采用了 32 位微处理器，可同时进行多任务操作，其技术已经相当成熟。目前，世界上有 PLC 生产厂 200 多家，比较著名的有美国的AB 公司、通用电气公司，日本的三菱、松下电工、欧姆龙，德国的西门子，法国的施耐德等。生产的PLC 品种繁多，产品的更新换代
7、也极快，著名的生产公司几乎每 12 年即可推出一种新产品。PLC 的结构不断改进，功能日益增强，性能价格比越来越高。展望未来，PLC 在规模和功能上正朝着两个方向发展。一方面，大型PLC 不断向大容量、高速度、多功能的方向发展，能取代工业控制微机对大规模复杂系统进行综合性的自动控制。另一方面，小型PLC 向超小型、简易、廉价方向发展，能真正完全取代最小的继电接触器系统，适应单机、数控机床和工业机器人等领域的控制要求。另外，不断增强 PLC 的联网通信功能，便于分散控制与集中控制的实现；大力开发智能 I/O 模块，极大地增强 PLC 的过程控制能力，提高它的适应性和可靠性；不断使PLC 的编程语
8、言与编程工具向标准化和高级化方向发展。三、三、 PLCPLC 的应用领域的应用领域PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类:(1)开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合
9、机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。(2)工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(3)运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块， 广泛用于各种机械、 机床、 机器人、电梯等场合。第第 2 2 章章 设计方案设计方案总体方案说明总体方案说明首先来分
10、析下整个运输小车的控制系统。（1） 按下启动按钮 SB八盏指示灯全亮某个行程开关STX 闭合将该工位号 VB0 传入系统。（2）按下某个呼车按钮系统得电并自锁，八盏指示灯全灭将该呼车位号VB1 传入系统系统对VB0，VB1 进行大小比较根据比较结果进行正，反转或原位不动辅助继电器M4 得电， 其动断触点断开其他呼车按钮呼车无效小车到达所呼车位时，定时器T37 启动30s 后其动断触点断开辅助继电器M2 失电，八盏指示灯全亮，其他呼车按钮呼车有效。（3）假如小车停在 3 位，而 3 号工作台呼叫，则小车原位不动。控制方式选择控制方式选择我们电动运输小车的任务主要由两大部分，其中最主要的就是运输小
11、车的 PLC 梯形图设计， 也就是程序设计； 其次是三相异步电机的驱动主电路设计。 为此我们采用了 PLC控制系统。因为 PLC 控制系统具有简便的编程性。PLC 相当于一个微型计算机， 内部有 CPU 可以用来处理一些普通指令和更多的特殊功能指令。还有许多的存储器可以存放数据，在作为工业控制的情况下，我们可以把 PLC 当成是一个集成了许多继电器的盒子，可以单纯的把PLC 当成是一个开关。因为此次的小车所需的输入、输出比较少，所以使用了西门子的S7200CPU226型号的 PLC。这个型号的 PLC 提供了 24 个输入和 16 个输出口。根据任务书要求输入只需要18 个，输出需要只 10
12、个满足设计要求。在硬件上需要实现电机的正反转，这利用了继电器线圈通电常开点闭合、常闭点断开的特点来改变电机的旋转方向。系统可靠性设计系统可靠性设计由于采用的是 PLC 控制系统，它具有以下优点，完全满足可靠性要求（1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用RC 滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型
13、PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成表决系统 ,使可靠性更进一步提高。第第 3 3 章章 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计工艺过程工艺过程电动运输小车 PLC 控制系统控制要求：电动运输小车 PLC 控制系统示意图如下图所示。 其中电动运输车供 8 个加工点使用，对车的控制要求如下：PLC 上电后，车停在某个加工点（也称工位） 。若无用车呼叫（也称呼车）时，则各工位的批示灯全亮，表示各工位均可以呼车。（1）若某工位呼车，各工位的指示灯均灭，表示此时再呼车无效。（2）停车位呼车则小车不动。当呼车位号大于停车位号时，小车自动向高位行驶，当呼车位号小于停车位号时，小车
14、自动向低位行驶，当小车到达呼车位时自动停车。（3）小车到达某位时应停车 30S 供该工位使用，不应立即被其他工位呼走。（4）临时停电后再复电，小车不会自行启动。ST1ST1ST2ST2ST3ST3ST4ST4ST5ST5ST6ST6ST7ST7ST8ST8SB1SB1SB2SB2SB3SB3SB4SB4SB5SB5SB6SB6SB7SB7SB8SB8图 3-1 电动运输小车呼车系统示意图主电路的设计主电路的设计根据电动运输小车的控制要求，应该选用一个电动机，并且保证电动机能正反转.所设计的主电路图如下：QFUKM1FRM3 图 3-2 主电路图控制流程图控制流程图根据电动运输小车的控制要求，设
15、计如下流程图：KM2启动系统输入停车信号N有呼车？Y输入呼车信号封锁呼车信号低位何处呼车？高位小车驶向低位小车驶向高位到达所呼车位停30s解除呼车信号封锁图 3-3 控制流程图I/OI/O 地址分配表地址分配表分配表如下表 1 所示：表 3-1 /地址分配表输入启动按钮SB停止按钮SB0呼车按钮SB1呼车按钮SB2呼车按钮SB3呼车按钮SB4呼车按钮SB5呼车按钮SB6呼车按钮SB7呼车按钮SB8行程开关ST2行程开关ST3行程开关ST4行程开关ST5行程开关ST6行程开关ST7行程开关ST8地址输出电机正转接触器KM1电机反转接触器KM2工位指示灯HL1工位指示灯HL2工位指示灯HL3工位指
16、示灯HL4工位指示灯HL5工位指示灯HL6工位指示灯HL7工位指示灯HL8地址元器件目录表元器件目录表表 3-2 元器件目录表序号代号名称数量规格型号备注1111111SBSB0SB1-SB8ST1-ST8KM1,KM2HL1-HL8FU启动按钮停止按钮呼车按钮行程开关接触器指示灯熔断器1188281LA19-11LA19-11NP2-BA21LXK-131CJX4-d-1610NP2-EV164RT18-32绿色红色线圈电压22VAC红色I/OI/O 接线图接线图接线图如图 3-4。图 3-4 I/O 接线图控制程序编制（梯形图）控制程序编制（梯形图）梯形图如下：AABBCCDDEEFF语句
17、表语句表Network 1LDOAN=Network 2LDOOOOOOOOAANT37=Network 3LDANS, 8Network 4LDAR, 8Network 5LDAMOVB1, VB0Network 6LDAMOVB2, VB0Network 7LDAMOVB3, VB0Network 8LDAMOVB4, VB0Network 9LDAMOVB5, VB0Network 10LDAMOVB6, VB0Network 11LDAMOVB7, VB0Network 12LDAMOVB8, VB0Network 13LDAANMOVB1, VB1Network 14LDAANMOV
18、B2, VB1Network 15LDAANMOVB3, VB1Network 16LDAANMOVB4, VB1Network 17LDAANMOVB5, VB1Network 18LDAANMOVB6, VB1Network 19LDAANMOVB7, VB1Network 20LDAANMOVB8, VB1Network 21LDANLPSABVB0, VB1AN=Network 22LDAB=VB0, VB1ANT37=TONT37, 300Network 23LDOOOAA=程序调试程序调试程序调试有模拟器调试和现场调试等方法， 根据课程设计要求并结合实际情况使用了 STEP7-Mi
19、cro/WIN32 模拟器进行了本程序的调试。西门子 S7200 的仿真软件版是从西班牙原版直接汉化过来的，支持 TD200 仿真界面和增减计数器等多种指令。调试方法如下：1.将在 STEP7-Micro/WIN32 中编译正确的程序在文件菜单中导出为 AWL 文件；2.打开仿真软件，点“配置”-“CPU 型号”，然后选择 CPU 226；3.点“程序”-“载入程序”；4.选择 STEP7-Micro/WIN32 的版本；5.将先前导出的 AWL 文件打开；6.点“PLC”-“运行”，开始调试程序。手动运行工作台调试程序，部分运行情况如下：1.按下启动按钮开关 SB1，无呼车，各工位指示灯亮。
20、如图 3-5图 3-5 程序调试 a2.按下呼车按钮 SB3,各位指示灯灭。如图 3-6图 3-6 程序调试 b3.按下呼车按钮 SB3，小车驶向该工位。如图 3-7图 3-7 程序调试 c4，按下呼车按钮 SB4，小车驶向高位。如图 3-8图 3-8 程序调试 d结论结论此次课程设计主要其实是对 PLC 的编程过程和操作过程进行熟悉、强化。相对于课程设计任务书上的要求， 我所设计的程序已经完全满足了。 虽然将课程设计要求完成了，但是还有很多方面欠缺考虑，在实际生活中的许多运用问题，我们都忽略掉了。比如接触触点的多选，这样会给企业带来额外的费用，这是我们的经验跟思维都不够完善的地方。在今后的设
21、计中我们应该更多地去考虑一些面向现场和实际使用的问题。设计总结设计总结通过本次设计，我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工
22、作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。虽然自己所编的程序的相对比较简单，但是通过的这次的自我学习，也学到了许多的知识，至少学到很多独立解决问题的方法和培养了这样的能力。谢辞谢辞首先，我感谢王宗才老师。本设计是在王老师精心指导和大力支持下完成的。他平日里工作繁多，但在我做课程设计的每个阶段，从查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，论文写作等整个过程中都给予了我悉心的指导。本课题在研究过程中王老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神
23、，给以终生受益无穷之道。王宗才老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。在他的引导下，我认识了设计的思路，极大的开拓了我的学术视野，也为本篇设计打下了理论基础。在这次设计中王老师又给我提出了许多宝贵的意见。虽然我遇到了许多困难，但是我及时的和老师讨论这些问题，最终问题都迎刃而解了。减少了我在这次设计中的困惑和完成时间。在论文撰写方面更是给予了方向性的指导和建设性的意见和建议。在此还要感谢和我一起讨论各位同学。你们让我明白了，一个人的能力是有限的，大家的力量才是强大的，没有大家的共同努力，不可能这么快完成这次课程设计的。参考文献1 王宗才.机电传动与控制.北京：电子工业出版社，2 邓星钟.机电传动控制.武汉：华中科技大学出版社，20073 周宏甫.机电传动控制.北京：化学工业出版社，20064 罗宇航.流行 PLC 实用程序及设计.西安：电子科技大学出版社，5 柴瑞娟，陈海霞.西门子编程技术及应用.北京：机械工业出版社，6 陈建明.电气控制与 PLC 应用.北京：电子工业出版社，20107 王永华.现代电气控制及 PLC 应用技术.北京：航空航天大学出版社，2008
