『壹』 plc畢業論文設計
PLC的自動送料小車
摘 要
可編程序控制器（Programmable controller）簡稱PLC，由於PLC的可靠性高、環境適應性強、靈活通用、使用方便、維護簡單，所以PLC的應用領域在迅速擴大。對早期的PLC，凡是有繼電器的地方，都可採用。而對當今的PLC幾乎可以說凡是需要控制系統存在的地方就需要PLC。尤其是近幾年來，PLC的成本下降，功能又不段增強，所以，目前PLC在國內外已被廣泛應用於各個行業。
本設計是為了實現送料小車的手動和自動化的轉化，改變以往小車的單純手動送料，減少了勞動力，提高了生產效率，實現了自動化生產！而且本送料小車的設計是由於工作環境惡劣，不允許人進入工作環境的情況下孕育而成的。
本文從第一章送料小車的系統方案的確定為切入點，介紹了為什麼選用PLC控制小車；第二章介紹了送料小車的應達到的控制要求；第三章根據控制要求進行了小車系統的具體設計，包括端子接線圖、梯形圖(分段設計說明和系統總梯形圖)和程序指令設計；最後得出結論。
關鍵詞：PLC，送料小車，控制，程序設計
目 錄
前 言 1
第1章 控制系統介紹和控制過程要求 2
1.1 控制系統在送料小車中的作用與地位 2
1.2 控制系統介紹 2
第2章 送料小車系統方案的選擇 4
2.1 可編程式控制制器 PLC的優點 4
2.2 小車送料系統方案的選擇 5
第3章 基於PLC的送料小車接線圖及梯形圖 6
3.1 送料小車PLC的 I/O分配表 6
3.2 PLC端子接線圖 7
3.3 梯形圖分段設計 8
3.4 程序運行原理說明調試與完善 13
3.5 系統總梯形圖設計 13
3.6 小車程序設計 18
結 論 23
謝 辭 24
參考文獻 25
前 言
隨著社會迅速的發展，各機械產品層出不窮。控制系統的發展已經很成熟，應用范圍涉及各個領域，例如：機械、汽車製造、化工、交通、軍事、民用等。PLC專為工業環境應用而設計，其顯著的特點之一就是可靠性高，抗干擾能力強。PLC的應用不但大大地提高了電氣控制系統的可靠性和抗干擾能力，而且大大地簡化和減少了維修維護的工作量。PLC以其可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、控製程序可變、體積小、質量輕、功能強和價格低廉等特點 ，在機械製造、冶金等領域得到了廣泛的應用。
送料小車控制系統採用了PLC控制。從送料小車的工藝流程來看，其控制系統屬於自動控制與手動控制相結合的系統，因此，此送料小車電氣控制系統設計具有手動和自動兩種工作方式。我在程序設計上採用了模塊化的設計方法，這樣就省去了工作方式程序之間復雜的聯鎖關系，從而在設計和修改任何一種工作方式的程序時，不會對其它工作方式的程序造成影響，使得程序的設計、修改和故障查找工作大為簡化。
在設計該PLC送料小車設計程序的同時總結了以往PLC送料小車設計程序的一般方法、步驟，並且把以前學過的基礎課程融匯到本次設計當中來，更加深入的了解了更多的PLC知識。
第1章 控制系統介紹和控制過程要求
1.1 控制系統在送料小車中的作用與地位
在現代化工業生產中，為了提高勞動生產率，降低成本，減輕工人的勞動負擔，要求整個工藝生產過程全盤自動化，這就離不開控制系統。
控制系統是整個生產線的靈魂，對整個生產線起著指揮的作用。一旦控制系統出現故障，輕者影響生產線的繼續進行，重者甚至發生人身安全事故，這樣將給企業造成重大損失。
送料小車是基於PLC控制系統來設計的，控制系統的每一步動作都直接作用於送料小車的運行，因此，送料小車性能的好壞與控制系統性能的好壞有著直接的關系。送料小車能否正常運行、工作效率的高低都與控制系統密不可分。
1.2 控制系統介紹
圖1-1 送料小車
本控制系統只要是用於控制送料小車的自動送料。它既能減輕人的勞動強度又能自動准確到達人不能達到或很難到達的預定位置。如圖1-1，推車機可以沿軌道上下移動，到達預定位置。推車機上是一個小型泵站，通過控制電磁閥換向，使兩油缸伸出、縮回，頂出送料小車，再由各個倉位控制要料。
用PLC對送料小車實現控制，其具體要求如下：
(1) 送料小車1動作要求：送料小車負責向四個料倉送料，送料路上從左向右共有4個料倉（位置開關SQ1，SQ2，SQ3，SQ4）分別受PLC的I0.0，I0.1，I0.2，I0.3檢測，當信號狀態為1是，說明運料小車到達該位置。小車行走受兩個信號的驅動，Q0.4驅動小車左行，Q0.5驅動小車右行。料倉要料由4個手動按鈕（SB1，SB2，SB3，SB4）發出(對應於PLC為I0.4，I0.5，I0.6，I0.7)按鈕發出信號其相應指示燈就亮（HL1-HL4），指示燈受PLC的Q0.0-Q0.3控制。
送料小車2動作要求：送料小車負責向四個料倉送料，送料路上從左向右共有4個料倉（位置開關SQ11，SQ12，SQ13，SQ14）分別受PLC的I1.0，I1.1，I1.2，I1.3檢測，當信號狀態為1是，說明運料小車到達該位置。小車行走受兩個信號的驅動，Q1.5驅動小車左行，Q1.4驅動小車右行。料倉要料由4個手動按鈕（SB11，SB12，SB13，SB14）發出(對應於PLC為I1.4，I1.5，I1.6，I1.7)按鈕發出信號其相應指示燈就亮（HL11-HL14），指示燈受PLC的Q1.0-Q1.3控制。
(2)運料小車行走條件：
運料小車右行條件：小車在1，2，3號倉位，4號倉要料；小車在1，2號倉位，3號倉要料；小車在1號倉位，2號倉要料。
運料小車左行條件：小車在4，3，2，0號倉位，1號倉要料；小車在4，3，0號倉位，2號倉要料；小車在4，0號倉位，3號倉要料；小車在0位，4號倉位要料。
運料小車停止條件：要料倉位與小車的車位相同時，應該是小車的停止條件。
運料小車的互鎖條件：小車右行時不允許左行啟動，同樣小車左行時也不允許右行啟動。
第2章 送料小車系統方案的選擇
2.1 可編程式控制制器 PLC的優點
可編程式控制制器 PLC對用戶來說，是一種無觸點設備，改變程序即可改變生產工藝。目前，可編程式控制制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的推廣應用。可編程式控制制器是面向用戶的專用工業控制計算機，具有許多明顯的特點。
1. 可靠性高，抗干擾能力強
高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由於採用現代大規模集成電路技術，採用嚴格的生產工藝製造，內部電路採取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如西門子公司生產的S7系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗餘CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬體故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟體中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。
2. 配套齊全，功能完善，適用性強
PLC發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用於各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用於各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。
3. 易學易用，深受工程技術人員歡迎
PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它介面容易，編程語言易於為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。
4. 系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。
5. 體積小，重量輕，能耗低
以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小於100 mm，重量小於150 g，功耗僅數瓦。由於體積小，很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。
2.2 小車送料系統方案的選擇
實現小車送料系統控制有很多方法來實現，可以用單片機、可編程式控制制器PLC等元器件來實現。
但在單片機控制系統電路中需要加入A/D，D/A轉換器，線路復雜，還要分配大量的中斷口地址。而且單片機控制電路易受外界環境的干擾，也具有不穩定性。另外控製程序需要具有一定編程能力的人才能編譯出，在維修時也需要高技術的人員才能修復，所以在此也不易用單片機來實現。
而從上述第一節對PLC的特點了解可知，PLC具有很多優點，因此我們歸納出：可編程式控制制器PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間都在30萬小時以上；安裝，操作和維護也較容易；編程簡單，PLC的基本指令不多，編程器使用比較方便，程序設計和產品調試周期短，具有很好的經濟效益。此外PLC內部定時、計數資源豐富，可以方便地實現對送料小車的控制。
因此，最終我選擇了用可編程式控制制器PLC來實現送料小車系統的控制，完成本次的設計題目。
第3章 基於PLC的送料小車接線圖及梯形圖
3.1 送料小車PLC的 I/O分配表
輸入點分配 輸出點分配
輸入接點 輸入開關名稱 輸出介面 驅動設備
I0.0-I0.3 小車1行程開關
(SQ1-SQ4) Q0.0-Q0.3 小車1要料指示燈
(HL1-HL4)
I0.4-I0.7 小車1控制按鈕
(SB1-SB4) Q0.4-Q0.5 小車1左右行線圈
I1.0-I1.3 小車2行程開關
(SQ11-SQ14) Q0.6-Q0.7 油缸1伸出縮回
線圈
I1.4-1.7 小車2控制按鈕
(SB11-SB14) Q1.0-Q1.0 小車2要料指示燈
(HL11-HL14)
I2.0-I2.5 推車機行程開關
(SQ5-SQ10) Q1.4-Q1.5 小車2左右行線圈
I2.6-I2.7 起動，停止按鈕
(SB5，SB6) Q1.6-Q1.7 油缸2伸出縮回
線圈
I3.0-I3.1 手動，連續
轉換開關(SA6，SA7) Q2.0-Q2.1 推車機上下行線圈
I3.2-I3.3 推車機上下，左右
轉換開關 (SA1，SA2)
I3.4-I3.6 油缸單動聯動
轉換開關(SA3-SA5)
3-1 I/O分配表
根據控制要求，PLC控制送料小車的輸入\輸出(I\0)地址編排如下表所示，其中SB5為啟動開關，為SB6停止開關，SA6、SA7為手動\連續選擇開關，SA1、SA2為上下、左右轉換開關，SA3、SA4、SA5為油缸單動聯動轉換開關。Q0.0-Q0.3和Q1.0-Q1.3控制8個要料指示燈，Q0.4-Q0.5和Q1.4-Q1.5控制小車1、2左行右行，Q0.6-Q0.7和Q1.6-Q1.7。如表3-1所示：
3.2 PLC端子接線圖
PLC型號的選擇：由於該系統是在原來CPU226的基礎上改進的設備，而現在共用了31個輸入，用直流24V；18個輸出，用交流電220V，所以我選擇用S7-200系列CPU226，加一個EM223的擴展模塊。CPU226的主要的技術參數：輸入24VDC，24點；輸出220VAC，16點；電源電壓為AC100—240V 50/60Hz。
EM223的主要技術參數：輸入24VDC，8點；輸出220VAC，8點；電源電壓為AC100—240V 50/60Hz。如圖3-1所示：
圖3-1 端子接線圖
3.3 梯形圖分段設計
本次設計的自動送料小車梯形圖，是分開來畫的。由總程序結構圖、自動操作程序圖、手動操作程序圖、小車1左右自動送料運行程序圖、小車2左右自動送料運行程序圖組成。
圖3-2 總系統結構圖
（1）程序的總結構圖如圖3-2所示：因為在手動操作方式下，各種動作都是用按鈕控制來實現的，其程序可獨立於自動操作程序而另行設計。因此，總程序可分為兩段獨立的部分：手動操作程序和自動操作程序。當選擇手動操作時，則輸入點I3.0接通，其常閉觸點斷開，執行手動程序，並由於I3.1的常閉觸點為閉合，則跳過自動程序。若選擇自動操作方式，將跳過手動程序段而執行自動程序。
（2）自動程序設計，自動操作控制主要是由行程開關來控制推車機的上行、下行，兩缸的伸出、縮回。通過行程開關的上限、下限、左限、右限准確的控制推車機到達預定位置。自動程序時，手動自動轉換開關撥到連續檔SA7，按下啟動按鈕SB6，推車機上行，碰到上位行車開關SQ6，上行停止；同時兩個油缸動作，推動兩小車向左移動，小車1、2碰到左位行程開關SQ10、SQ5，說明兩小車到位，這時各個倉位可向小車要料；而且兩油缸縮回，碰到行程右位開關SQ8、SQ9停止收縮，推車機下行到行程開關位SQ7時停止。如圖3-3所示：
圖3-3 自動操作程序圖
（3）手動操作程序的設計，手動操作控制簡單，可按照一般繼電器控制系統的邏輯設計法來設計。手動程序時，手動自動轉換開關撥到手動檔SA6，上下、左右轉換開關撥到上/下行檔時，按啟動按鈕SB5推車機上行，按停止按鈕SB6推車機下行；上下、左右轉換開關撥到左/右檔時，撥動單動聯動轉換開關SA3（缸1動作），按啟動按鈕SB5，缸1伸出推動小車1左行；按停止按鈕SB6，缸1縮回；撥動轉換開關到SA5（缸2動作），按啟動按鈕SB5，缸2伸出推動小車2左行，按停止按鈕SB6，缸2縮回；撥動單動聯動轉換開關到SA4（兩缸同時動作）按啟動按鈕SB5，兩缸伸出推動兩小車左行；按停止按鈕SB6，兩缸縮回。如圖3-4所示：
圖3-4 手動操作程序圖
（4）小車1自動送料運行程序，把小車1送到指定位置後，四個倉位就可以向小車要料了，M0.0-M0.3分別代表小車1的1號料倉到4號料倉的要料狀態，運料小車1當前所處位置由I0.0-I0.3，運料小車1的右行，左行，停止控制由Q0.4、Q0.5。小車到位後，用上微分操作（P）來清除料倉要料狀態信號及控制小車停車。（上微分操作的注意事項，上微分脈沖只存在在一個掃描周期，接受這一脈沖控制的元件應寫在這一脈沖出現的語句之後）。小車1自動送料圖如下圖3-5所示：
圖3-5 小車1左右自動送料運行程序圖
（5）小車2自動送料運行程序，把小車2送到指定位置後，四個倉位就可以向小車要料了，M1.0-M1.3分別代表小車2的1號料倉到4號料倉的要料狀態。運料小車2當前所處位置由I1.0-I1.3，運料小車2的右行，左行，停止控制由Q1.4、Q1.5。小車到位後，用上微分操作（P）來清除料倉要料狀態信號及控制小車停車。
小車2自動送料圖3-6所示：
圖3-6 小車2左右自動送料運行程序圖
3.4 程序運行原理說明調試與完善
本程序是用梯形圖所寫的。在運行前，先選擇工作方式，手動/自動。選擇手動SA6時，把上/下、左/右轉換開關旋轉到上/下檔SA1，按下SB5起動點動按鈕，推車機上行，按下SB6停止點動按鈕，推車機下行；把上/下、左/右轉換開關旋轉到左/右檔SA2，再選擇小車的單動、聯動控制，小車1單動時把單動/聯動轉換開關旋轉到單動檔SA3，兩小車聯動時旋轉到聯動檔SA4，小車2單動時旋轉到單動檔SA5，這時按下起動按鈕SB5，油缸推動小車左行，按下停止按鈕SB6，油缸縮回。選擇自動SA7時，按下起動按鈕SB5，推車機開始上行，碰到上限行程開關SQ6時停車，兩缸自動推出小車，小車碰到左限行程開關SQ5、SQ10時，說明小車到位，各個倉位可以向小車要料，這時兩缸自動縮回，碰到右限行程開關SQ8、SQ9時，推車機自動下行，下行到位後（碰到SQ7）停車。只有再次按下起動按鈕SB5，才能再次運行。
手動程序中設置了聯鎖和保護電路。如推車機的上行、下行常閉觸點的聯鎖，推車機上下行行程有行程開關SQ6、SQ7控制保護。自動程序是根據推車機的位置、油缸的位置來控制電路執行下一條指令的。
油缸把小車推到位後，小車處於准備送料的初始位置，這時1-4號倉位都可以向小車要料。本設計中要料時刻不同時，先要料者優先，但是要料時刻相同時，卻不知道小車向哪個倉位送料，需要改進。
3.5 系統總梯形圖設計
由以上，我們畫出送料小車系統的總梯形圖，其中包括推車機的手動控製程序、自動控製程序、送料小車1控製程序、送料小車2控製程序。
如下圖3-7所示：
圖3-7送料小車梯形圖（a）
圖3-7 送料小車梯形圖（b）
圖3-7 送料小車梯形圖（c）
圖3-7 送料小車梯形圖（d）
3.6 小車程序設計
由系統總梯形圖，我們寫出送料小車的程序指令，如下表3-2所示：
表3-2 送料小車程序指令表
LDN I3.0 A I3.3
JMP 0 A I2.6
LD I3.2 AN I2.4
LPS = Q1.6
A I2.6 LD I2.4
AN I2.0 O M2.2
= Q2.0 AN I1.3
LPP = M2.2
A I2.7 LD I3.4
AN I2.1 O M2.0
= Q2.1 A I3.3
LD I3.5 A I2.7
= M2.0 AN I2.2
LD I3.4 = Q0.7
O M2.0 LD I3.6
A I3.3 O M2.0
A I3.3 A I3.3
A I2.6 A I2.7
AN I2.5 AN I2.3
= Q0.6 = Q1.7
LD I2.5 LBL 0
O M2.1 LDN I3.1
AN I0.3 JMP 1
= M2.1 LD I2.6
LD I3.6 O Q2.0
O M2.0 AN I2.0
AN Q2.1 O Q1.7
AN I2.7 AN I2.3
= Q2.0 AN Q1.6
LD I2.0 AN I2.7
O Q0.6 = Q1.7
AN I2.5 LD I2.5
AN Q0.7 AN I2.4
AN I2.7 O Q2.1
= Q0.6 AN Q2.0
LD I2.5 AN I2.1
O M2.1 AN I2.7
AN I0.3 = Q2.1
= M2.1 LBL 1
LD I2.0 LD I0.4
O Q1.6 AN M0.1
AN I2.4 AN M0.2
AN Q1.7 AN M0.3
AN I2.7 S M0.0 1
= Q1.6 S Q0.0 1
LD I2.4 LD I0.5
O M2.2 AN M0.0
AN I1.3 AN M0.2
= M2.2 AN M0.3
LD I2.5 S M0.1 1
O Q0.7 S Q0.1 1
AN I2.2 LD I0.6
AN Q0.6 AN M0.0
AN I2.7 AN M0.1
= Q0.7 AN M0.3
LD I2.4 S M0.2 1
S Q0.2 1 A I0.5
LD I0.7 OLD
AN M0.0 AN Q0.5
AN M0.1 S Q0.4
AN M0.2 LD I0.3
S M0.3 1 O I0.2
S Q0.3 1 O I0.1
LD I0.0 O M2.1
A M0.0 A I0.4
LD I0.1 LD I0.3
A M0.1 O I0.2
OLD O M2.1
LD I0.2 A I0.5
A M0.2 OLD
OLD LD I0.3
LD I0.3 O M2.1
A M0.3 A I0.6
OLD OLD
EU LD M2.1
R Q0.0 6 A I0.7
R M0.0 4 OLD
LD I0.0 AN Q0.4
O I0.1 S Q0.5 1
O I0.2 LD I1.4
A I.7 AN M1.1
LD I0.0 AN M1.2
O I0.1 AN M1.3
A I0.6 S M1.0 1
OLD S Q1.0 1
LD I0.0 LD I1.5
AN M1.0 LD I1.0
AN M1.2 O I1.1
AN M1.3 O I1.2
S M1.1 1 A I1.7
S Q1.1 1 LD I1.0
LD I1.6 O I1.1
AN M1.0 A I1.6
AN M1.1 OLD
AN M1.3 LD I1.0
S M1.2 1 A I1.5
S Q1.2 1 OLD
LD I1.7 AN Q1.5
AN M1.0 S Q1.4 1
AN M1.1 LD I1.3
AN M1.2 O I1.2
S M1.3 1 O I1.1
S Q1.3 1 O M2.2
LD I1.0 A I1.4
A M1.0 LD I1.3
LD I1.1 O I1.2
A M1.1 O M2.2
OLD A I1.5
LD I1.2 OLD
A M1.2 LD I1.3
OLD O M2.2
LD I1.3 A I1.6
A M1.3 OLD
EU LD M2.2
R Q1.0 6 A I1.7
R M1.0 4 OLD
AN Q1.4
S Q1.5 1
結 論
在做這個設計中，我學會了很多以前沒學過的知識，也鞏固了很多以前沒學好的知識，使我的專業理論知識更加扎實，軟體操作更加熟練了。做完這個設計後，我得出幾個結論如下：
一、送料小車在硬體設計中，加入了擴展模塊，可以在觸點不夠的情況下方便地實現該小車的系統控制；然後軟體設計中，運用了上微分指令，簡化了程序，還運用了互鎖和聯鎖，確保了系統的正常運行，減少了系統的故障點。在送料小車的系統中加入了手動操作程序，便於設備的維修，方便操作人員操作。
二、該小車系統在實施的情況下，其成本價格比較高。
三、該小車控制系統的研究方向：由於本小車系統並不完善，只做了送料，沒有設計小車怎麼裝料和小車到料倉後送料的多少。這兩方面是該系統設計的完善，是將來的研究方向。
最後，經過這次畢業設計培養了我們的設計能力以及全面的考慮問題能力。學習的過程是痛苦的但是收獲成功的喜悅更是讓人激動的。相信通過這次畢業設計它對我以後的學習及工作都會產生積極的影響。
謝 辭
本論文是在余炳輝導師親自指導下完成的。導師在學業上給了我很大的幫助，使我在設計過程中避免了許多無為的工作。導師一絲不苟、嚴謹認真的治學態度，精益求精、誨人不倦的學者風范，以及正直無私、磊落大度的高尚品格，更讓我明白許多做人的道理，在此我對導師表示衷心的感謝！
本論文能夠完成，要感謝機電學院的所有老師，是他們在這三年的時間里，教會我的專業知識。在我撰寫論文期間，得到了我的指導老師的幫助，在忙碌的工作之餘，給予我專業知識上的指導，而且教給我學習的方法和思路，使我在科研工作及論文設計過程中不斷有新的認識和提高。導師為論文課題的研究提出了許多指導性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導和幫助。多得他們的指導和幫助才使我能完成本論文。我會在以後的工作中為社會作出貢獻去回報他們對我的教導。希望每個人都和我一樣，通過做畢業設計，能夠學到很多的知識與道理，大家都能用一顆熱誠的心去投身未來的工作，報效祖國、父母、老師。
在本文結束之際，特向我敬愛的導師和機電學院所有老師致以最崇高的敬禮和深深的感謝！
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