現(xiàn)代電氣控制及plc應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計(jì)--臺(tái)車呼叫控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　1、引言</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化越來越多的工廠設(shè)備采用PLC，變頻器，人機(jī)界面自動(dòng)化器件來控制，因此自動(dòng)化程度越來越高。電器控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而得到迅速發(fā)展的。</p><p>　　在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本，減輕工人的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，要求整個(gè)工藝生產(chǎn)過

2、程全盤自動(dòng)化，這就離不開控制系統(tǒng)。</p><p>　　控制系統(tǒng)是整個(gè)生產(chǎn)線的靈魂，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線起著指揮的作用。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，輕者影響生產(chǎn)線的繼續(xù)進(jìn)行，重者甚至發(fā)生人生安全事故，這樣將給企業(yè)造成重大損失。</p><p>　　臺(tái)車呼叫控制系統(tǒng)是基于PLC控制系統(tǒng)來設(shè)計(jì)的，控制系統(tǒng)的每一步動(dòng)作都直接作用于臺(tái)車的運(yùn)行，其控制重點(diǎn)轉(zhuǎn)向物資的控制和管理要求實(shí)時(shí)、協(xié)調(diào)和一體化，計(jì)算機(jī)之間、數(shù)

3、據(jù)采集點(diǎn)之間、機(jī)械設(shè)備的控制器之間以及它們與計(jì)算機(jī)之間的通信可以及時(shí)地匯總信息。因此，臺(tái)車性能的好壞與控制系統(tǒng)性能的好壞有著直接的關(guān)系。臺(tái)車能否正常運(yùn)行、工作效率的高低都與控制系統(tǒng)密不可分。它實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)作業(yè)后，滿足了人們速度、精度、高度、重量、重復(fù)存取和搬運(yùn)等要求，使總體效益和生產(chǎn)的應(yīng)變能力大大超過各部分獨(dú)立效益的總和，自動(dòng)化技術(shù)組建成為倉庫自動(dòng)化技術(shù)的核心，既可以節(jié)省開支，又減少了浪費(fèi)，因此建立一個(gè)便捷、可行的臺(tái)車呼叫控制系統(tǒng)是十分

4、迫切和需要的。本產(chǎn)品PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化開支，解決了勞動(dòng)強(qiáng)度大、經(jīng)濟(jì)效益差的問題。</p><p>　　一部電動(dòng)運(yùn)輸車供8個(gè)加工點(diǎn)使用。臺(tái)車的控制要求如下：PLC上電后，車停在某個(gè)工位，若無用車呼叫(下稱呼車)時(shí)，則各工位的指示燈亮，表示各工位可以呼車。工作人員按本工位的呼車按鈕呼車時(shí)，各工位的指示燈均滅，此時(shí)別的工位呼車無效。如停車工位呼車時(shí)，臺(tái)車不動(dòng)，呼車工位號(hào)大于停車位時(shí)，臺(tái)車自動(dòng)向高位行駛，當(dāng)呼車位號(hào)小于停車

5、位號(hào)時(shí)，臺(tái)車自動(dòng)向低位行駛，當(dāng)臺(tái)車到呼車工位時(shí)自動(dòng)停車。停車時(shí)間為30s供呼車工位使用，其他工位不能呼車。從安全角度出發(fā)，停電再來電時(shí)，臺(tái)車不會(huì)自行啟動(dòng)。為了區(qū)別，工位依1～8編號(hào)各設(shè)一個(gè)限位開關(guān)</p><p>　　2、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理</p><p>　　2.1.1 可編程序控制器概述</p>&

6、lt;p>　　可編程控制器簡(jiǎn)稱PC（英文全稱：Programmable Controller）， </p><p>　　它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，

7、控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域中的到了越來越廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM）。</p><p>　　2.1.2可編程控制器的特點(diǎn)</p><p>　　★可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　

8、★功能完善，適應(yīng)性強(qiáng)</p><p>　　★使用簡(jiǎn)單，調(diào)試維修方便</p><p>　　★采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便</p><p>　　★對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行柔性生產(chǎn)</p><p>　　2.1.3 PLC型號(hào)的選擇</p><p>　　綜合輸入輸出點(diǎn)的計(jì)算以及要實(shí)現(xiàn)的臺(tái)車呼叫系統(tǒng)功能，使用西

9、門子S7-200PLC（CPU224）加一個(gè)擴(kuò)展模塊，這樣就能完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求。S7-200PLC是一種小型可編程邏輯控制器（Micro PLC），可應(yīng)用于各種小型自動(dòng)化控制系統(tǒng)。高集成度的設(shè)計(jì)、低廉的成本使得S7-200成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。并且，西門子S7-200PLC具有：極高的可靠性、豐富的指令集、極快的浮點(diǎn)運(yùn)算速度、豐富的擴(kuò)展模塊、強(qiáng)大的內(nèi)部集成功能等幾個(gè)

10、方面的出色表現(xiàn)。</p><p>　　2.1.5 西門子S7-200PLC簡(jiǎn)介 </p><p>　　S7-200的用戶程序中包括了位邏輯、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7-200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。它集成6 輸入/4 輸出共10個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)，無

11、I/O 擴(kuò)展能力。擁有6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，4個(gè)獨(dú)立的30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的20kHz 高速脈沖輸出以及1個(gè)RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。</p><p>　　西門子S7-200PLC</p><p>　　一、PLC的工作方式</p><p>　　PLC對(duì)用

12、戶程序的執(zhí)行采用循環(huán)掃描的工作方式。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 </p><p>　　二、PLC的工作原理</p><p>　　PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，這是有別于微型計(jì)算機(jī)、繼電接觸器控制的重要特點(diǎn)。</p>

13、;<p>　　微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。繼電接觸器控制系統(tǒng)采用硬邏輯“并行”運(yùn)行的方式。PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在工作過程中，如果某個(gè)軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開和常閉觸點(diǎn)并不一定會(huì)立即動(dòng)作，只有CPU掃描到該接點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作：其常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合。也就是說，PLC在任一時(shí)刻只能執(zhí)行一條指令，是以“串行”方式工作，這樣便避免了繼電接觸器控制的觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配問題。</p><

14、p>　　三、PLC的工作過程</p><p>　　1． PLC整個(gè)工作過程包含五個(gè)階段：自診斷、與編程器等進(jìn)行通信、輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新。PLC的工作過程框圖</p><p>　　2. 輸入和輸出映像寄存器</p><p>　　輸入和輸出映像寄存器是在PLC的RAM工作區(qū)中將一特定區(qū)域的存儲(chǔ)單元作為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的存儲(chǔ)區(qū)。輸入映像

15、寄存器中存儲(chǔ)著對(duì)應(yīng)位輸入“繼電器”的通/斷狀態(tài)。高電平“1”為通，低電平“0”為斷。此處“繼電器”是指由系統(tǒng)軟件程序賊予的具有繼電器功能的“軟繼電器”。每位輸入映像寄存器也對(duì)應(yīng)著PLC每個(gè)實(shí)際輸入端的通/斷狀態(tài)。輸入映像寄存器的內(nèi)容只能被PLC中的CPU讀出，而不能被改寫。 輸出映像寄存器單元存儲(chǔ)著對(duì)應(yīng)位輸出寄存器的狀態(tài)。在執(zhí)行用戶程序時(shí)，輸出映像寄存器既可被PLC的CPU讀出，又可被CPU改寫。 </p><p&g

16、t;　　2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表 </p><p>　　為了區(qū)別，工位依1～8編號(hào)并各設(shè)一個(gè)限位開關(guān)。每個(gè)工位設(shè)一呼車按鈕，系統(tǒng)設(shè)啟動(dòng)按鈕和停機(jī)按鈕各1個(gè)，臺(tái)車設(shè)正反轉(zhuǎn)接觸器各1個(gè)，每工位設(shè)呼車指示燈1個(gè)，但并聯(lián)接于各個(gè)輸出口上。系統(tǒng)布置圖如圖</p><p><b>　　系統(tǒng)布置圖</b></p><p><b>　　系統(tǒng)方

17、框圖</b></p><p>　　外圍設(shè)備和I/O地址分配</p><p>　　本設(shè)計(jì)以PLC作為工具對(duì)臺(tái)車呼叫控制系統(tǒng)的各種操作進(jìn)行控制。，制定控制方案確定I/O點(diǎn)數(shù)選擇PLC機(jī)型（本次設(shè)計(jì)采用西門子S7-200PLC），選擇輸入、輸出設(shè)備，分配PLC的I/O地址程序設(shè)計(jì)（包括梯形圖的繪制），系統(tǒng)調(diào)試編制相關(guān)技術(shù)文件。</p><p>　　臺(tái)車呼叫控制

18、系統(tǒng)的總體流程圖</p><p>　　根據(jù)控制要求，系統(tǒng)的輸入量有：?jiǎn)?、停按鈕信號(hào)，1號(hào)位-8 號(hào)位的限位開關(guān)SQl—SQ8信號(hào)，1號(hào)位-8號(hào)位的呼叫開關(guān)SB1～SB8信號(hào);系統(tǒng)的輸出信號(hào)有：前進(jìn)、后退控制電機(jī)接觸器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，呼叫指示燈信號(hào)。共需實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)18個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)2個(gè)。配置表如表所示：</p><p>　　表1.3-1 系統(tǒng)I/O資源配置表</p><p&g

19、t;　　2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)</p><p><b>　　系統(tǒng)接線圖</b></p><p><b>　　3、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　臺(tái)車自動(dòng)往返控制系統(tǒng)的工作示意圖如圖所示?？刂埔笕缦拢?lt;/p><p>　　A. 按下起動(dòng)按鈕SB0，電動(dòng)機(jī)M正轉(zhuǎn)，臺(tái)車前進(jìn)；碰到限位開關(guān)SQ

20、1后，電動(dòng)機(jī)M反轉(zhuǎn)，臺(tái)車后退。</p><p>　　B. 臺(tái)車后退碰到限位開關(guān)SQ2后，電動(dòng)機(jī)M停轉(zhuǎn)，臺(tái)車停車5s后，第二次前進(jìn)，碰到限位開關(guān)SQ3，再次后退。</p><p>　　C. 當(dāng)后退再次碰到限位開關(guān)SQ2時(shí)，臺(tái)車停止。</p><p>　　臺(tái)車自動(dòng)往返控制系統(tǒng)的工作示意圖</p><p>　　對(duì)上述臺(tái)車自動(dòng)往返控制系統(tǒng)的控制要求進(jìn)

21、行分析可知其一個(gè)工作周期有5個(gè)工序，每個(gè)工序狀態(tài)繼電器的分配、功能與作用以及轉(zhuǎn)換條件如表所示。</p><p>　　每個(gè)工序狀態(tài)繼電器的分配、功能與作用、轉(zhuǎn)換條件</p><p>　　按下啟動(dòng)按鈕I0.0后主程序網(wǎng)絡(luò)1 的M0.0導(dǎo)通并自鎖，呼叫指示燈亮，此時(shí)可以通過呼叫按鈕多對(duì)臺(tái)車進(jìn)行呼叫。網(wǎng)絡(luò)2和網(wǎng)絡(luò)3一直調(diào)用子程序SBR_0和SBR_1。網(wǎng)絡(luò)4和網(wǎng)絡(luò)5的主要功能是在有呼叫信號(hào)M0.1

22、時(shí)，調(diào)用子程序SBR_2，同時(shí)屏蔽呼叫允許信號(hào)，關(guān)閉呼叫指示燈。正是因?yàn)樵谟泻艚行盘?hào)M0.1時(shí)，調(diào)用子程序SBR_2，使得停電再來電時(shí)，電機(jī)不會(huì)自行啟動(dòng)。M0.1時(shí)調(diào)用子程序SBR_0的主要作用是檢測(cè)小車位置；子程序SBR_1的主要作用是檢測(cè)呼叫信號(hào)；子程序SBR_2的主要作用是在有呼叫信號(hào)時(shí)，對(duì)呼叫信號(hào)做出反應(yīng)[</p><p>　　由此得出系統(tǒng)的控制程序流程圖。</p><p>　　臺(tái)

23、車呼叫控制程序流程圖</p><p><b>　　控制程序設(shè)計(jì)思路</b></p><p><b>　　4、程序設(shè)計(jì)、調(diào)試</b></p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　為期五天的“現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計(jì)”即將結(jié)束，五天來，我利用所學(xué)《現(xiàn)

24、代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)》的基本知識(shí)，認(rèn)真查閱相關(guān)資料，并在同學(xué)們的幫助下，完成了“臺(tái)車呼叫控制”的課程設(shè)計(jì)，下面我將從六方面闡述我在本次課程設(shè)計(jì)中的心得體會(huì)。</p><p>　?。?）將理論教學(xué)與實(shí)習(xí)實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)于PLC在實(shí)際設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有了較深刻的認(rèn)識(shí)；</p><p>　?。?）對(duì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法有了初步的了解；</p><p>　?。?）提高自

25、己對(duì)設(shè)計(jì)課題的分析能力、編程能力及解決實(shí)際問題的綜合能力與調(diào)試能力；</p><p>　?。?）通過學(xué)習(xí)這一次實(shí)踐，增強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，提高和鞏固了PLC方面的知識(shí)。讓我認(rèn)識(shí)到把理論應(yīng)用到實(shí)踐中去是多么重要。</p><p>　?。?）通過本次課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，增強(qiáng)了下階段的學(xué)習(xí)信心，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　（6）但是在設(shè)計(jì)過程中，仍存在許多問題與

26、不足：諸如對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)掌握的不牢固，所學(xué)到的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,以至于還有一些功能不能被動(dòng)完成。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王永華，現(xiàn)代電氣控制及PLC 應(yīng)用，北京航空航天大學(xué)出版社，2007.6, </p><p>　　[2] 張萬忠，劉明芹：電器與PLC控制技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社，2009.6, &

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