基于PLC控制的小車運料控制系統(tǒng)設計

基于PLC控制的小車運料控制系統(tǒng)設計,基于PLC控制的小車運料控制系統(tǒng)設計,基于,plc,控制,節(jié)制,小車,控制系統(tǒng),設計 上海師范大學天華學院 2013 屆 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目 基于PLC控制的小車運料控制系統(tǒng)的設計 學生姓名 學 號 專業(yè)、班級 系 部 指導教師姓名 一、課題的作用和意義 小車自動運料系統(tǒng),由于其控制簡單,成本低,因此廣泛應用于車站、碼頭、倉庫、礦井等生產場所。但傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)，有著其自身的缺點。例如：整個運行過程中，小車的速度很難設定，如果太快，啟動和制動時由于存在小車慣性很容易造成物料的掉落、拋灑，這樣就不能實現(xiàn)安全的啟動。 隨著經濟的不斷發(fā)展，運料小車的應用也不斷擴大到各個領域。早期運料小車電氣控制系統(tǒng)多為繼電器-接觸器組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數據處理和通信功能，必須有專人負責操作?，F(xiàn)將PLC應用到運料小車電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用。PLC運料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，安裝、維修和改造方便、設計施工調試周期短等優(yōu)點。 在自動化生產線上，有些生產機械的工作臺需要按一定的順序實現(xiàn)自動往返運動，并且有的還要求在某些位置有一定時間的停留，以滿足生產工藝要求。用PLC程序實現(xiàn)運料小車自動往返順序控制，不僅具有程序設計簡易、方便、可靠性高等特點，并且程序設計方法多樣，便于不同層次的設計人員的理解和掌握。 二、國內外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 由于PLC的不斷發(fā)展和革新，使得生產線的運輸控制也將得到不斷的改善和生產率的不斷提高，運料小車控制經歷了以下幾個階段: （1）手動控制 ：在20世紀60年代末70年代初期，便有一些工業(yè)生產采用PLC來實現(xiàn)運料小車的控制，但是由于當時的技術還不夠成熟，只能夠用手動的方式來控制機器，而且早期運料小車控制系統(tǒng)多為繼電器一接觸器組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數據處理和通信功能，必須有專人負責操作。 （2）自動控制 ：在20世紀80年代，由于計算機的價格下降，這時的大型工控企業(yè)將PLC充分的與計算機相結合，通過機器人技術，自動化設備終于實現(xiàn)了PLC在運料小車控制系統(tǒng)在自動方面的應用。 （3）全自動控制 ：現(xiàn)階段，由于PLC技術的向高性能 高速度、大容量發(fā)展大型PLC大多采用多CPU結構，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。將PLC運用到運料小車控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的運行費用。PLC運料小車自動控制系統(tǒng)具有連線簡單控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，維修和改造方便等優(yōu)點。 雖然PLC在小車運料控制系統(tǒng)中有廣泛的應用，但這些系統(tǒng)大部分都至少存在以下2個問題沒有得到很好的解決：1、弧光短路問題；2、PLC電源凈化問題。 三、完成任務的可能思路、方案 運料小車應實現(xiàn)的功能及控制要求如下： 實現(xiàn)一處裝料、多處卸料（不少于四處）的小車自動運料。 經分析，運料小車在自動化生產線上運動的控制方案如下： （1）按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （2）當小車當前沒有接收到呼叫信號時，小車原地等待直至收到呼叫信號，呼叫按鈕開關應具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 （3）當小車接收到呼叫信號時，裝料電機開啟，小車開始裝料，120s后，小車向右運行，運行到按對應的呼叫站時停止； （4）當小車停在呼叫站點時，卸料電機開啟，小車開始裝料，120s后，小車向左運行，運行到裝料站時停止；如此循環(huán)往復。 四、畢業(yè)設計（論文）進度安排 第1周—第2周 布置任務、文獻檢索、外文翻譯、開題報告、方案定稿 第3周—第4周 完成設計方案初稿、論文設計計算、論文目錄 第5周—第6周 完成圖紙繪制、論文撰寫 第7周—第8周 導師審核圖紙、論文；學生校對圖紙、論文 第9周—第10周 完成圖紙、論文打?。粶蕚浯疝q 第11周—第12周 進行答辯 五、參考文獻 [1]謝劍英.微型計算機控制技術[M].國防工業(yè)出版社.2001.6 [2]史國生，趙陽等.電氣控制與可編程控制器技術[M].北京:化學工業(yè)出版社.2004.1 [3]胡學林.可編程控制器教程[M].北京:電子工業(yè)出版社.2003.7 [4]劉美俊.通用變頻器應用技術[M].福建:福建科學技術出版社.2001.6 [5]幻劉國光.提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的軟件設計.機床電器[J].2004.11. [6]秦虹.PLC控制系統(tǒng)的編程方法簡述.機床電氣[J].2002.7 [7]楊長能，張興毅.可編程控制器基礎及應用[M]重慶:重慶大學出社.2000.2 [8]鄭瑜平.可編過程控制器[M]北京:北京航空航天大學出版社，1999.2 [9]謝劍英.微型計算機控制技術[M].北京:國防工業(yè)出版社.2001.4 [10]寥常初.PLC編程及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社.2005.1 [11]張永飛.可編程控制器應用技術[M].中國電力出版社.1998.6 學生姓名 _____________（簽名） 日期： 年 月 日 指導教師評語：（建議填寫內容：對學生提出的方案給出評語，明確是否同意開題，提出學生完成上述任務的建議、注意事項等） 指導教師 _____________（簽名） 日期： 年 月 日 注：1. 本開題報告，須雙面打印。由學生填寫并經指導老師審核、評價； 2. 本開題報告一式兩份，一份須與學生的畢業(yè)設計（論文）一并存檔，一份作系部存檔用。 4 0 LDI M2 1 ANI M3 2 ANI M4 3 ANI M5 4 ANI X007 5 AND M0 6 LD X002 7 OR M1 8 ANB 9 MOV K1 D0 14 OUT M1 15 LDI M1 16 ANI M3 17 ANI M4 18 ANI M5 19 ANI X010 20 AND M0 21 LD X003 22 OR M2 23 ANB 24 MOV K2 D0 29 OUT M2 30 LDI M1 31 ANI M2 32 ANI M4 33 ANI M5 34 ANI X011 35 AND M0 36 LD X004 37 OR M3 38 ANB 39 MOV K3 D0 44 OUT M3 45 LDI M1 46 ANI M2 47 ANI M3 48 ANI M5 49 ANI X012 50 AND M0 51 LD X005 52 OR M4 53 ANB 54 MOV K4 D0 59 OUT M4 60 LDI M1 61 ANI M2 62 ANI M3 63 ANI M4 64 ANI X013 65 AND M0 66 LD X006 67 OR M5 68 ANB 69 MOV K5 D0 74 OUT M5 75 LD< K0 D0 80 OUT M6 81 MOV D0 D1 86 LD M6 87 OUT T0 K120 90 OUT Y002 91 LD T0 92 RST D0 95 LD T0 96 OR M9 97 ANI T4 98 ANI M7 99 ANI M8 100 ANI Y001 101 OUT M9 102 LD M9 103 OUT T2 K2 106 LD T2 107 OUT Y000 108 LD X007 109 MOV K1 D0 114 LD X010 115 MOV K2 D0 120 LD X011 121 MOV K3 D0 126 LD X012 127 MOV K4 D0 132 LD X013 133 MOV K5 D0 138 LD= D0 D1 143 OUT M7 144 LD M10 145 ANI M6 146 ANI M7 147 ANI M8 148 ANI Y000 149 OR M11 150 OUT M10 151 LD M7 152 OUT T3 K2 155 LD T3 156 OUT Y003 157 OUT T1 K120 160 LD T1 161 RST D0 164 OUT M11 165 LD M10 166 OUT Y001 167 LD X007 168 MOV K1 D0 173 LD X010 174 MOV K2 D0 179 LD X011 180 MOV K3 D0 185 LD X012 186 MOV K4 D0 191 LD X013 192 MOV K5 D0 197 LD X014 198 MOV K0 D0 203 LD= D0 K0 208 OUT M8 209 END 0 M2 M3 M4 M5 X007 M0 X002 MOV K1 D0 M1 M1 15 M1 M3 M4 M5 X010 M0 X003 MOV K2 D0 M2 M2 30 M1 M2 M4 M5 X011 M0 X004 MOV K3 D0 M3 M3 45 M1 M2 M3 M5 X012 M0 X005 MOV K4 D0 M4 M4 60 M1 M2 M3 M4 X013 M0 X006 MOV K5 D0 M5 M5 75 K0 D0 M6 MOV D0 D1 86 M6 K120 T0 Y002 91 T0 RST D0 95 T0 T4 M7 M8 Y001 M9 M9 102 M9 K2 T2 106 T2 Y000 108 X007 MOV K1 D0 114 X010 MOV K2 D0 120 X011 MOV K3 D0 126 X012 MOV K4 D0 132 X013 MOV K5 D0 138 = D0 D1 M7 144 M10 M6 M7 M8 Y000 M10 M11 151 M7 K2 T3 155 T3 Y003 K120 T1 160 T1 RST D0 M11 165 M10 Y001 167 X007 MOV K1 D0 173 X010 MOV K2 D0 179 X011 MOV K3 D0 185 X012 MOV K4 D0 191 X013 MOV K5 D0 197 X014 MOV K0 D0 203 = D0 K0 M8 209 END基于PLC控制的小車運料控制系統(tǒng) 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 第一章 緒 論 1 1.1 課題的提出背景 1 1.2 運料小車的發(fā)展概況 2 1.3 課題的意義及應用 3 1.4 本課題的主要工作 3 第二章 可編程控制器（PLC）概述 4 2.1 可編程序控制器定義 4 2.2 PLC的特點 4 2.2.1編程方法簡單易學 4 2.2.2硬件配套齊全，用戶使用方便 5 2.2.3通用性強，適應性強 5 2.2.4可靠性高，抗干擾能力強 5 2.2.5系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少 7 2.2.6維修工作量小，維修方便 7 2.2.7體積小，能耗低 7 2.3 PLC的應用領域 8 2.3.1開關量邏輯控制 8 2.3.2運動控制 8 2.3.3閉環(huán)過程控制 8 2.3.4數據處理 9 2.3.5通信 9 2.4 PLC的基本結構 9 2.4.1 CPU模塊 9 2.4.2 I/O模塊 10 2.4.3 編程器 10 2.4.4 電源 11 第三章 運料小車控制系統(tǒng)及硬件選型設計 12 3.1 系統(tǒng)的運行方式 12 3.2 控制系統(tǒng)的方案設計及論證 12 3.2.1 控制系統(tǒng)的方案設計 12 3.2.2方案論證 12 3.3 系統(tǒng)的控制原理 14 3.4 PLC選型 15 3.4.1 選型分析 15 3.4.2 系統(tǒng)的安裝 15 3.4.3 輸入/輸出模塊選擇 16 3.4.4 開關量I/O點的節(jié)省和模擬量I/O模塊的代用 17 3.4.5 抗干擾措施 17 3.5 系統(tǒng)資源分配 17 3.5.1 I/O地址分配 17 3.5.2 數字量輸入部分 17 3.5.3 數字量輸出部分 18 3.5.4 內部繼電器部分 18 3.6 工作臺設計 19 3.6.1膠帶輸送機結構與工作過程 19 3.6.2簡單計算及選用 21 3.6.3 輸送帶 25 3.6.4驅動滾筒 26 第四章 基于PLC的運料小車控制系統(tǒng)的硬件設計 27 4.1 系統(tǒng)工作原理分析 27 4.1.1 運料小車的運動流程 27 4.1.2設備控制要求 27 4.2 系統(tǒng)硬件介紹 28 4.3 系統(tǒng)硬件設計 29 4.4 系統(tǒng)控制流程 31 第五章 系統(tǒng)軟件源程序設計 33 5.1 小車行程開關 33 5.2 呼叫按鈕 33 5.4 比較 35 208 OUT M8 36 5.5 向左運動 36 5.6 向右運動 37 第六章 檢測裝置 38 6.1傳感器 38 6.1.1傳感器的定義 38 6.1.2 傳感器的分類 39 6.2選擇溫濕度傳感器需注意的問題 41 6.3定時器 44 致謝 V 參考文獻 VI 摘 要 近年來，隨著科學技術的進步和微電子技術的迅速發(fā)展，可編程序控制技術已廣泛應用于自動化控制領域，可編程序控制器（PLC）以其高可靠性和操作簡便等特點，已經形成了一種工業(yè)趨勢。 可編程控制器是一種新型的通用控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，專門為工業(yè)控制而設計，這一新型的通用自動控制裝置以其高可靠性、較強的工作環(huán)境適應性和極為方便的使用性能，深受自動化領域技術人員的普遍歡迎。 運料小車在現(xiàn)代化的工廠中普遍存在。傳統(tǒng)的工廠依靠人力推車運料，這樣浪費了大量的人力物力，降低了生產效率。而現(xiàn)代工業(yè)生產中大量運用PLC控制運料小車，并結合組態(tài)王軟件完成數據通信、網絡管理、人機界面(HMI)和數據處理，使生產自動化，智能化，大大提高了生產效率，降低了勞動成本。 關鍵詞：PLC、運料小車、控制系統(tǒng)、I/O點 控制要求及實現(xiàn)方案 運料小車應實現(xiàn)的功能及控制要求如下： 實現(xiàn)一處裝料、多處卸料（不少于四處）的小車自動運料。 經分析，運料小車在自動化生產線上運動的控制方案如下： （1）按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （2）當小車當前沒有接收到呼叫信號時，小車原地等待直至收到呼叫信號，呼叫按鈕開關應具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 （3）當小車接收到呼叫信號時，裝料電機開啟，小車開始裝料，120s后，小車向右運行，運行到按對應的呼叫站時停止； （4）當小車停在呼叫站點時，卸料電機開啟，小車開始裝料，120s后，小車向左運行，運行到裝料站時停止；如此循環(huán)往復。 4 摘 要 近年來，隨著科學技術的進步和微電子技術的迅速發(fā)展，可編程序控制技術已廣泛應用于自動化控制領域，可編程序控制器（PLC）以其高可靠性和操作簡便等特點，已經形成了一種工業(yè)趨勢。 可編程控制器是一種新型的通用控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，專門為工業(yè)控制而設計，這一新型的通用自動控制裝置以其高可靠性、較強的工作環(huán)境適應性和極為方便的使用性能，深受自動化領域技術人員的普遍歡迎。 本文設計了一種由PLC控制的運料小車，該小車能在裝料站完成裝料過程，然后根據5個卸料站點的呼叫信號運行到相應呼叫站點進行卸料，卸料完成之后返回裝料站等待下一個呼叫信號。本文對小車的控制系統(tǒng)經行了詳細設計，其中包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，并結合三菱PLC編程軟件GX Developer ,對系統(tǒng)程序經行了仿真分析。 關鍵詞：PLC，運料小車，控制系統(tǒng) ABSTRACT In recent years, with the scientific and technological progress and rapid development of microelectronic technology, programmable control technology has been widely used in automation and control, programmable logic controller (PLC) for its high reliability and simple operation, has been formation of an industry trend. Programmable controller is a new type of universal control devices, it will traditional relay - contactor control technology, computer technology and communication technology integration, designed specifically for industrial control, this new automatic control device to the general its high reliability, strong work environment is very easy adaptability and performance, by the automation of technical staff in general. In this paper, a PLC control car transporter, the car in the loading station to complete the loading process, and then run according to the five discharge site call signal to the corresponding call site discharge, after the completion of the discharge Returning Assemblies feed station waits for the next call signal. The detailed design of the control system of the car line, including hardware and software systems, combined with Mitsubishi PLC programming software GX Developer, the system program line simulation analysis. Keywords: PLC，transporter cart，control system 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 第一章 緒 論 1 1.1 課題的提出背景 1 1.2 運料小車的發(fā)展概況 1 1.2.1手動控制 1 1.2.2自動控制 2 1.2.3全自動控制 2 1.3 本課題的主要工作 2 第二章 可編程控制器（PLC）概述 3 2.1 可編程序控制器定義 3 2.2 PLC的特點 3 2.2.1編程方法簡單易學 3 2.2.2硬件配套齊全，用戶使用方便 4 2.2.3通用性強，適應性強 4 2.2.4可靠性高，抗干擾能力強 4 2.2.5系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少 5 2.2.6維修工作量小，維修方便 5 2.2.7體積小，能耗低 6 2.3 PLC的應用領域 6 2.3.1開關量邏輯控制 6 2.3.2運動控制 6 2.3.3閉環(huán)過程控制 6 2.3.4數據處理 7 2.3.5通信 7 2.4 PLC的基本結構 7 2.4.1 CPU模塊 7 2.4.2 I/O模塊 8 2.4.3 編程器 9 2.4.4 電源 9 第三章 運料小車控制系統(tǒng)及硬件選型設計 10 3.1 系統(tǒng)的運行方式 10 3.2 控制系統(tǒng)的方案設計及論證 10 3.2.1 控制系統(tǒng)的方案設計 10 3.2.2方案論證 10 3.3 系統(tǒng)的控制原理 11 3.4 PLC選型 13 3.4.1 選型分析 13 3.4.2 系統(tǒng)的安裝 14 3.4.3 輸入/輸出模塊選擇 14 3.4.4 開關量I/O點的節(jié)省和模擬量I/O模塊的代用 15 3.4.5 抗干擾措施 15 3.5 系統(tǒng)資源分配 15 3.5.1 I/O地址分配 15 3.5.2 數字量輸入部分 15 3.5.3 數字量輸出部分 16 3.5.4 內部繼電器部分 16 3.6 工作臺設計 17 3.6.1膠帶輸送機結構與工作過程 17 3.6.2簡單計算及選用 19 3.6.3 輸送帶 23 3.6.4驅動滾筒 24 第四章 基于PLC的運料小車控制系統(tǒng)的硬件設計 25 4.1 系統(tǒng)工作原理分析 25 4.1.1 運料小車的運動流程 25 4.1.2設備控制要求 25 4.2 系統(tǒng)硬件介紹 26 4.3 系統(tǒng)硬件設計 27 4.4 系統(tǒng)控制流程 29 第五章 系統(tǒng)軟件源程序設計 31 5.1 小車行程開關 31 5.2 呼叫按鈕 31 5.3 比較 33 5.4 向左運動 34 5.5 向右運動 35 第六章 系統(tǒng)程序仿真調試 36 6.1 控制系統(tǒng)的調試 36 6.1.1編程軟件 36 6.1.2 程序的構成 36 6.1.3 程序的下載安裝和調試 37 6.2 本章主要完成的工作及總結 39 致謝 V 參考文獻 VI IV 第一章 緒 論 1.1 課題的提出背景 新中國成立特別是改革開放以來，我國社會主義現(xiàn)代化建設取得了舉世矚目的偉大成就。同時，必須清醒地看到，我國正處于并將長期處于社會主義初級階段。全面建設小康社會，既面臨難得的歷史機遇，又面臨一系列嚴峻的挑戰(zhàn)。經濟增長過度依賴能源資源消耗，環(huán)境污染嚴重；經濟結構不合理，農業(yè)基礎薄弱，高技術產業(yè)和現(xiàn)代服務業(yè)發(fā)展滯后；自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè)核心競爭力不強，經濟效益有待提高。在擴大勞動就業(yè)、理順分配關系、提供健康保障和確保國家安全等方面，有諸多困難和問題亟待解決。從國際上看，我國也將長期面臨發(fā)達國家在經濟、科技等方面占有優(yōu)勢的巨大壓力。為了抓住機遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要進行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加強社會管理等。與此同時，我們比以往任何時候都更加需要緊緊依靠科技進步和創(chuàng)新，帶動生產力質的飛躍，推動經濟社會的全面、協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展[1]。 進入21世紀，我國作為一個發(fā)展中大國，加快科學技術發(fā)展、縮小與發(fā)達國家的差距，還需要較長時期的艱苦努力，同時也有著諸多有利條件。中華民族擁有5000年的文明史，中華文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成獨特的創(chuàng)新文化。只要我們增強民族自信心，貫徹落實科學發(fā)展觀，深入實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略，奮起直追、迎頭趕上，經過15年乃至更長時間的艱苦奮斗，就一定能夠創(chuàng)造出無愧于時代的輝煌科技成就[2]。 1.2 運料小車的發(fā)展概況 由于PLC的不斷發(fā)展和革新，使得生產線的運輸控制也將得到不斷的改善和生產率的不斷提高，運料小車控制經歷了以下幾個階段: 1.2.1手動控制 在20世紀60年代末70年代初期，便有一些工業(yè)生產采用PLC來實現(xiàn)運料小車的控制，但是由于當時的技術還不夠成熟，只能夠用手動的方式來控制機器，而且早期運料小車控制系統(tǒng)多為繼電器一接觸器組成的復雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數據處理和通信功能，必須有專人負責操作。 1.2.2自動控制 在20世紀80年代，由于計算機的價格下降，這時的大型工控企業(yè)將PLC充分的與計算機相結合，通過機器人技術，自動化設備終于實現(xiàn)了PLC在運料小車控制系統(tǒng)在自動方面的應用[3]。 1.2.3全自動控制 現(xiàn)階段，由于PLC技術的向高性能 高速度、大容量發(fā)展大型PLC大多采用多CPU結構，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。將PLC運用到運料小車控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的全自動控制，降低系統(tǒng)的運行費用。PLC運料小車自動控制系統(tǒng)具有連線簡單控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，維修和改造方便等優(yōu)點。 1.3 本課題的主要工作 本文所做的工作就是通過PLC控制運料小車在工作臺上各呼叫站間運動，以達到生產實際之用。全文主體思路共分為6節(jié)，第一節(jié)概述運料小車問題的提出和意義，運料小車控制系統(tǒng)的發(fā)展概況，明確論文要解決的問題；第二節(jié)介紹了可編程序控制器（PLC）。第三節(jié)詳細介紹基于PLC的運料小車的硬件設計，分析被控對象和明確系統(tǒng)控制要求。第四節(jié)詳細闡述運料小車系統(tǒng)的軟件設計。第五節(jié)是調試結果和小結,分析系統(tǒng)的優(yōu)缺點及對未來工作的展望。 第二章 可編程控制器（PLC）概述 2.1 可編程序控制器定義 現(xiàn)代的可編程序控制器是以微處理器為基礎的新型工業(yè)控制裝置，是將計算機技術應用于工業(yè)控制領域的嶄新產品。1985年國家電工委員會（IEC）的可編程序控制器標準草案第三稿對可編程序控制器作了如下定義：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令[4]，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械活生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充去功能的原則設計?！? 可編程序控制器從誕生至今，在短短的30年來里，得到了異常迅猛的發(fā)展，已經成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。 2.2 PLC的特點 2.2.1編程方法簡單易學 考慮到企業(yè)中一般電氣技術人員和技術工人的傳統(tǒng)讀圖習慣，可編程序控制器配備了他們易于接受和掌握的梯形圖語言。梯形圖語言的電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相當接近，只用可編程序控制器的二十幾條開關量邏輯控制指令就可以實現(xiàn)繼電器電路的功能。通過閱讀可編程序控制器的使用手冊活接受短期培訓，電氣技術人員或技術工人只需要幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。簡易編程器的操作和使用也很簡單。上述特點是可編程序控制器近年來獲得迅速普及的原因之一。 這種編程語言的出現(xiàn)，促進了一次新的社會分工，即由計算機專業(yè)人員研制可編程序控制器的硬件和編程語言，并用匯編語言設計可編程序控制器的系統(tǒng)程序，使可編程序控制器成為一種通用的控制裝置；工廠的自控和電氣人員根據被控設備的具體情況，用他們最容易掌握的梯形圖語言編制用戶程序。因此，即使不熟悉電子線路、不懂計算機原理和匯編語言的人，在自動化領域也大有用武之地，在計算機時代也可大顯身手。 梯形圖語言實際上是一種面向用戶的高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序將它“編譯”成匯編語言后再去執(zhí)行。與直接用匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行時間要長一些，但是對于大多數控制設備來說，這是微不足道的。 2.2.2硬件配套齊全，用戶使用方便 可編程序控制器配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設計和制作硬件裝置。用戶在硬件方面的設計工作，只是確實可編程序控制器的硬件配置和設計外部接線圖而已?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，各種外部接線都有相應的接線端子。 可編程序控制器的輸入/輸出端可以直接與AC200V或DC24V的強電信號相接，它還具有較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器的線圈。 2.2.3通用性強，適應性強 由于可編程序控制器的系列化和模塊化，硬件配置相當靈活，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。 2.2.4可靠性高，抗干擾能力強 絕大多數用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件?？删幊绦蚩刂破鞑扇×艘幌盗杏布蛙浖垢蓴_措施，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現(xiàn)場。例如FX系列可編程序控制器在幅度為1000V、寬度1μs的脈沖干擾下能可靠地工作[5]。從實際的使用情況來看，用戶對可編程序控制器的可靠性都相當滿意。 可以說，可編程序控制器是可靠性最高的工業(yè)控制設備，可編程序控制器的平均無故障時間可達30萬小時。如果使用冗余控制系統(tǒng)，可靠性還可以進一步提高。事實上，在可編程序控制器控制系統(tǒng)中發(fā)生的故障，絕大部分都是由可編程序控制器外部的開關、傳感器和執(zhí)行元件引起的。 可編程序控制器用軟件取代了繼電器系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障的大量觸點和接線，這是可編程序控制器具有高可靠性的主要原因之一。除此之外，可編程序控制器還采取了一系列抗干擾、提高可靠性的措施。 可編程序控制器的故障分為永久性故障和可以恢復的故障。由于外部或內部的原因，系統(tǒng)的某些元器件損壞或失效引起的不可恢復的故障稱為永久性故障?？删幊绦蚩刂破髦芷谛缘貦z測系統(tǒng)的硬件，發(fā)現(xiàn)永久性故障時，查明故障的種類，自動地采取相應的措施，盡可能減輕故障對系統(tǒng)的影響，同時通知操作人員?？删幊绦蚩刂破鬟€有檢查用于保持存儲器中的信息的鋰電池電壓是否過低，交流電源是否掉電，輸入、輸出電路的電源電壓是否超過允許的范圍等。在寫入、編輯程序時，還要檢查正在寫入的用戶程序的語法錯誤，發(fā)現(xiàn)問題后，可編程序控制器自動做出相應的反應，如報警、封鎖輸出等。 可以恢復的故障有電磁干擾引起，干擾往往以窄脈沖的形式從電源線或I/O引線進入可編程序控制器內部。瞬時出現(xiàn)的干擾脈沖可能使可編程序控制器偏離正常的程序執(zhí)行路線，將內存空間中某一隨機的區(qū)域中的內容當作程序來執(zhí)行，一般不能自動返回正常的程序執(zhí)行路線。從外部看，系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。 為了削弱和消除干擾對系統(tǒng)的影響，可編程序控制器采取了很多硬件措施，以切斷干擾進入可編程序控制器的途徑。濾波是最主要的措施之一，在電源電路和I/O模塊中設置了大量的濾波電路，如RC,RL和π形濾波電路，它們對高頻干擾信號有良好的抑制作用。電源是干擾進入可編程序控制器的主要途徑之一，對于微處理器用的直流5V電源[6]，采取了多級濾波和穩(wěn)壓的措施。 由于采取了以上抗干擾措施，可編程序控制器具有用戶完全可以信賴的極高的可靠性。 2.2.5系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少 可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。 可編程序控制器的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，設計梯形圖所花的時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖花的時間要少很多。 可編程序控制器的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，輸出信號的狀態(tài)可以觀察可編程序控制器上有關的發(fā)光二極管，調試好后再將可編程序控制器安裝在現(xiàn)場統(tǒng)調。調試過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，調試花費的時間比繼電器系統(tǒng)少很多。 2.2.6維修工作量小，維修方便 可編程序控制器的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示功能?？删幊绦蚩刂破骰蛲獠康妮斎胙b置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據可編程序控制器上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除可編程序控制器的故障。 2.2.7體積小，能耗低 以OMRON的CPM1A型超小型可編程序控制器（10個I/O）點為例，其底部尺寸僅為90mm×67mm，功耗≤30VA。由于體積小，可編程序控制器很容易裝入機械設備內部[7]，是實現(xiàn)機電一體化的理想的控制設備。 2.3 PLC的應用領域 在發(fā)達的工業(yè)國家，可編程序控制器已經廣泛地應用在所有的工業(yè)部門，隨著可編程序控制器的性能價格比的不斷提高，過去許多使用專用計算機的場合也可以使用可編程序控制器。可編程序控制器的應用范圍不斷擴大，主要有以下幾個方面： 2.3.1開關量邏輯控制 這是可編程序控制器最基本最廣泛的應用，可編程序控制器的輸入信號和輸出信號都是只有通/斷狀態(tài)的開關量信號[8]，這種控制與繼電器控制最為接近，可以用價格較低，僅有開關量控制功能的可編程序控制器作為繼電器控制系統(tǒng)的替代物。開關量邏輯控制可以用于單臺設備，也可以用于自動化生成線，如機床電氣控制、沖壓、鑄造機械、運輸帶、包裝機械的控制，電梯的控制，化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制，冶金系統(tǒng)的高爐上料系統(tǒng)、軋機、連鑄機、飛剪的控制，電鍍生產線、啤酒罐裝生產線、汽車裝配生產線、電視機和收音機生產線的控制等。 2.3.2運動控制 可編程序控制器可用于對直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊，世界上各主要可編程序控制器廠家生產的可編程序控制器幾乎都有運動控制功能?？删幊绦蚩刂破鞯倪\動控制功能廣泛地用于各種機械，如金屬切割機床、金屬成形機械、裝配機械、機器人、電梯等。 2.3.3閉環(huán)過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制?？删幊绦蚩刂破魍ㄟ^模擬量I/O模塊，實現(xiàn)模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的A/D轉換和D/A轉換，并對模擬量實行閉環(huán)PID控制?，F(xiàn)代的大中型可編程序控制器一般都有PID閉環(huán)控制功能，這一功能可以用PID子程序來實現(xiàn)，更多的是使用專用的智能PID模塊。 可編程序控制器的模擬量PID控制功能已經廣泛地應用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 2.3.4數據處理 現(xiàn)代的可編程序控制器具有數學運算（包括矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、轉換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析和處理。這些數據可以與儲存在存儲器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 2.3.5通信 可編程序控制器的通信包括可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器漢人其他智能控制設備之間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，近年來國外工廠自動化通信網絡發(fā)展得很快，各著名的可編程序控制器生產廠商都推出了自己的網絡系統(tǒng)。 并不是所有的可編程序控制器都具有上述全部功能，有些小型可編程序控制器只具有上述的部分功能，但是價格較低。 2.4 PLC的基本結構 可編程序控制器主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。 可編程序控制器實際上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結構與一般微機控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(中央處理單元)、存儲器（RAM和EPROM）、輸入/輸出模塊（簡稱I/O）模塊、編程器和電源五大部分組成。 2.4.1 CPU模塊 CPU模塊又叫中央處理單元或控制器，它主要由微處理器（CPU）和存儲器組成。 CPU的作用類似于人的大腦和心臟。它采用掃描方式工作，每一次掃描要完成以下工作： （1）輸入處理：將現(xiàn)場的開關量輸入信號和數據分別讀入輸入映像寄存器和數據寄存器。 （2）程序執(zhí)行：逐句讀入和解釋用戶程序，產生相應的控制信號去控制有關的電路，完成數據的存取、傳送和處理工作，并根據運算結果更新各有關寄存器的內容。 （3）輸出處理：將輸出映像寄存器的內容送給輸出模塊，去控制外部負載。 可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序相當于個人計算機的操作系統(tǒng)，它使可編程序控制器具有基本的智能，能夠完成可編程序控制器設計者規(guī)定的各項工作。系統(tǒng)程序由可編程序控制器生產廠家設計并固化在ROM內，用戶不能直接存取?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蛴捎脩粼O計，他決定了可編程序控制器的輸入信號和輸出信號之間的具體關系。用戶程序存儲器的容量一般以字（每個字由16位二進制數組成）為單位，日本的可編程序控制器一般以步為單位，每一步存儲一條指令。 2.4.2 I/O模塊 I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。輸入信號有兩類：一類是從按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號；另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。 可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節(jié)閥、調速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等。 CPU模塊的工作電壓一般是5V，而可編程序控制器的輸入/輸出信號電壓一般較高，如直流24V和交流220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作，所以CPU模塊不能直接與外部輸入/輸出裝置相連[9]。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與噪聲隔離的作用。 2.4.3 編程器 編程器除了用來輸入和編輯用戶程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運行是梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。 編程器可以永久地連接在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運行。一般只在程序輸入、調試階段和檢修時使用，一臺編程器可供多臺可編程序控制器公用。 2.4.4 電源 可編程序控制器一般使用220V交流電源。可編程序控制器內部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內的元件提高直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測裝置（如接近開關）提供24V直流電源。驅動現(xiàn)場執(zhí)行機構的直流電源一般由用戶提供[10]。 第三章 運料小車控制系統(tǒng)及硬件選型設計 3.1 系統(tǒng)的運行方式 圖3.1 運料小車運行方式 在生產線上有5個編碼為l～5的站點供小車停靠，在每一個?？空景惭b一個行程開關以監(jiān)測小車是否到達該站點。對小車的控制除了啟動按鈕和停止按鈕之外，還設有5個呼叫按鈕開關(HJ1-HJ5 )與停靠站點相對應。運料小車由一臺三相異步電動機拖動，電機正轉，小車向右行，電機反轉，小車向左行。 3.2 控制系統(tǒng)的方案設計及論證 3.2.1 控制系統(tǒng)的方案設計 運料小車在自動化生產線上運動的控制方案如下: （1）、按下啟動按鈕,系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （2）、當小車當前所處停靠站的編碼小于呼叫按鈕HJ的編碼時，小車向右運行，運行到呼叫按鈕HJ所對應的?？空緯r停止； （3）、當小車當前所處?？空镜木幋a大于呼叫按鈕HJ的編碼時，小車向左行，運行到呼叫按鈕HJ所對應的停靠站時停止； （4）、當小車當前所處?？空镜木幋a等于呼叫按鈕HJ的編碼時，小車保持不動； （5）、呼叫按鈕開關HJ1-HJ5應具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 3.2.2方案論證 工廠運輸是協(xié)調生產的重要環(huán)節(jié)和工廠設施的重要組成部分，它的效率直接影響生產成本及生產率[11]。目前，加工中小產品機械加工車間運輸系統(tǒng)主要有空間運輸和地面運輸兩種?？臻g運輸主要是小噸位橋式起重機和電動葫蘆，其控制方式多為下拉線式，這種方式有以下缺點： （1）設備復雜，功率消耗大，投資高。設備不僅有前后、左右水平運行機構，而且還有升降機構。尤其升降機構遠比水平機構所需功率大的多，故整機功率大，機構復雜，投資高。 （2）操作不方便，運輸效率低。吊裝物品在空中水平運行速度慢，且需較多的升降輔助時間，故運輸效率低。另外操作人員在進行操作時必須跟著起重機走，因此操作不方便。 （3）只適應車間內部運輸。一般機械加工用的毛坯、成品車間不在同一車間內，起重機不能跨車間運輸。地面運輸主要采用叉車及手推運料小車，叉車需專人駕駛且無固定軌道，在車間內運行極不安全，手推運料小車需人為動力，勞動強度大，運輸效率低[12]。 隨著經濟的發(fā)展，有軌運料小車不斷擴大到工廠運輸領域，從手動到自動，逐漸形成了機械化、自動化。早期運料小車電氣控制系統(tǒng)多為繼電器-接觸器組成的復雜系統(tǒng)，系統(tǒng)能耗較多；工藝流程的更新需要大量的人力物力；因系統(tǒng)是通過各種硬件接線的邏輯控制來實現(xiàn)系統(tǒng)的運行，導致機械接觸點較多，系統(tǒng)運行的可靠性差；這種系統(tǒng)存在設計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數據處理和通信功能，必須有專人負責操作。后來，單片機應用到運料小車控制系統(tǒng)中。但是單片機開發(fā)周期長，使用難，開發(fā)成本高，批量成本低，對人要求高，而且其穩(wěn)定性不夠高。 由于PLC技術的日漸成熟，PLC 開發(fā)周期短，使用容易，開發(fā)成本低，批量成本高，對人要求低，并且穩(wěn)定性好,抗干擾能力強。目前對基于PLC的運料小車控制系統(tǒng)正在開發(fā)研究。 將PLC應用到運料小車電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)運料小車的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用。PLC運料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護性好，安裝、維修和改造方便等優(yōu)點，不增加外部控制電器即可實現(xiàn)任意復雜邏輯控制等特點，實現(xiàn)了運料小車的智能控制[13]。 3.3 系統(tǒng)的控制原理 電源部分：把外部供應電流經過整流，濾波，穩(wěn)壓處理后轉換成滿足PLC內部的CPU存儲器和I/O接口等電路工作所需要的直流電源或電源模塊來給PLC供電[14]。 輸入部分：用行程開關和按鈕作為輸入設備，將行程開關，啟動按鈕，停止按鈕，呼叫按鈕的控制信號送入PLC。 控制部分：采用大規(guī)模集成電路制作的微處理器和存儲器，執(zhí)行按照被控對象要求編制程序，并存入程序存儲器中，完成控制任務，產生控制信號輸出，驅動輸出設備工作[15]。根據運料小車隨機運動控制的要求，可將5個行程開關賦予不同的值；同時，將5個按鈕也對應賦值。當小車碰到某個行程開關時，就將該行程開關的值送到內部輔助繼電器通道。當操作者按了某個按鈕時，就將該按鈕的值送到內部輔助繼電器通道。然后將這兩個通道的值進行比較，根據比較的結果使小車作相應的運動，直到兩個通道的值相等時小車才停止。 輸出部分：用電動機作為輸出設備，將PLC的輸出信號轉換為驅動被控對象工作的信號，就是通過PLC輸出的信號來驅動電機的正轉反轉和停止，從而來控制運料小車的左行右行以及停止。 系統(tǒng)的控制結構原理圖如圖3.2所示 按鈕，行程開關 電源 PLC 用戶程序 電動機 運料小車 輸入部分 控制部分 輸出部分 圖3.2 系統(tǒng)控制結構原理圖啟動按鈕 停止按鈕 5個呼叫按鈕 5個行程開關 三菱 P L C 三相異步電動機 變頻器 圖3.3 運料小車控制系統(tǒng)圖 3.4 PLC選型 3.4.1 選型分析 在工程中主要根據工藝要求、控制對象、用戶需要等方面選擇合適的PLC，以獲得最佳的性能價格比。就一個控制系統(tǒng)而言，PLC的選型原則和考慮因素如下: (1)PLC一般用于開關量控制為主兼有模擬量控制的系統(tǒng)，尤其適合于動作頻繁、邏輯關系復雜、程序多變的系統(tǒng)。應用于這樣的系統(tǒng)，將會最大限度發(fā)揮技術經濟效果。 (2)是否與計算機連接，是否要求構成網絡信息系統(tǒng)，以及對遠程站的設置要求。是否需要中斷輸入、雙機熱備、位置控制、高速計數器等特殊模塊和智能模塊。 (3)開關量I/O點數、模擬量I/O路數、電壓等級及輸出功率、內存容量。I/O點數直接關系到PLC輸入/輸出模塊的選擇，I/0點數一般要考慮1-2個的余量，特別是開關量輸入更應考慮多些余量;合適的電壓等級可提高PLC的抗干擾能力:主機用戶內存容量的大小對設備費的影響不大，故建議內存容量可選大一些。 (4)其他考慮因素選擇PLC還要對其外型、結構、系統(tǒng)組成、設置條件、價格、技術服務、應用業(yè)績等多項指標綜合分析比較，然后才能確定理想的PLC產品。 通過對上述因素的考慮以及對目前市面上PLC產品的考察，本文選用三菱PLC，具體型號為FX-1N。FX-1N具體性能參數如下：輔助繼電器：1536點；定時器：256點；計數器：235點；數據寄存器：8000點；基本指令：0.55-0.7μs/指令；應用指令：3.7-100μs/指令。 3.4.2 系統(tǒng)的安裝 無遠程功能的PLC用在單機或控制范圍不大的系統(tǒng)，有遠程功能的PLC則用于大范圍的控制系統(tǒng)。遠程系統(tǒng)中，本地站一般設在集中控制室，遠程站一般設在低壓配電室或儀表室，這樣可使PLC的外部接線最短。PLC忌安裝在高溫、結凝、特別是有振動沖擊的場所。 3.4.3 輸入/輸出模塊選擇 模塊電源:在選擇交流I/O模塊時，宜采用隔離變壓器為其供電，這樣可防止外部電路故障沖擊模塊。電源線采用雙絞線，絞距1-2cm。隔離變壓器的容量按PLC電源組件容量的1.5-2倍選擇。直流模塊的外接電源，其波紋值應滿足模塊要求;若是模擬量直流模塊，尚需用穩(wěn)壓電源。 電壓等級:在選擇I/O模塊時，電壓等級是一個比較重要的參數，它要根據現(xiàn)場設備與模塊之間的距離來選。當外部線路較長時，可選用AC220V模塊;當外線短且控制相對集中時可選擇優(yōu)24V模塊。 輸出電路:PLC的模塊輸出方式一般有3種:晶體管輸出、繼電器輸出、雙向可控硅輸出。 確定負載類型根據PLC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或晶閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行很重要。每個輸出點、每組輸出點、每個輸出模塊的負載電源不得超過額定電流。其中繼電器輸出模塊的負載電流以不能太接近額定電流，當接近額定電流時，最好先帶動一個小型中繼，再通過中繼擴展輸出模塊的輸出容量。采用雙向可控硅輸出模塊，其負載電流必須大于雙向可控硅的維持電流，否則應在負載上并聯(lián)電阻。對于動作頻繁、電感性或功率因素低的負載，不宜選用繼電器輸出模塊，而應該采用晶體管輸出模塊。如果PLC輸出帶感性負載，負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。當頻率為10次/min以下時，既可采用繼電器輸出方式;也可采用PLC輸出驅動中間繼電器或者固態(tài)繼電器(SSR)，再驅動負載;對于兩個重要輸出量不僅在PLC內部互鎖，建議在PLC外部也進行硬件上的互鎖，以加強PLC系統(tǒng)運行的安全性、可靠性。輸入電路:PLC輸入電路電源一般應采用DC24V，這對系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關重要，同時其帶負載(接近開關等)時要注意容量，同時作好防短路措施(因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行)，建議該電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜熔絲，防止短路，以直流輸入模板為例。 3.4.4 開關量I/O點的節(jié)省和模擬量I/O模塊的代用 相同控制作用且每個接點在編程中僅使用一次的若干個輸入接點，可在外部電路進行串、并聯(lián)后作為一個輸入點處理，編程時用常開編程接點。如某個設備的多個故障信號接點可在外部電路串聯(lián)后接在一個輸入點上，而不必占用多個輸入點。相同控制邏輯的輸出，如集中聯(lián)鎖控制系統(tǒng)發(fā)往各現(xiàn)場的啟動預告信號，可只用一個輸出點，再用接線端子擴展至各現(xiàn)場設備。 3.4.5 抗干擾措施 由于產生干擾的因素是復雜而多樣的，因此采取的抗干擾措施要根據情況而定。PLC供電電源一般為AC85-240V，適應電源范圍較寬，但為了抗干擾，應加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1:l隔離變壓器等);隔離變壓器也可以采用雙隔離技術，即變壓器的初、次級線圈屏蔽層與初級電氣中性點接大地，次級線圈屏蔽層接PLC輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。設置一個PLC信號專用接地裝置。該裝置不能和防雷接地裝置、電器設備接地裝置有金屬連接。接地電阻可參見使用說明書，一般小于100。即可。接地線進入PLC控制柜中的信號接地端子排。當出現(xiàn)干擾時將PLC的接線端子與信號接地端子排連。 3.5 系統(tǒng)資源分配 3.5.1 I/O地址分配 由于CPU模塊有14點數字量輸入，10點數字量輸出，所以不再需要I/O模塊。采用I/O自動分配方式，模塊上的輸入端子對應的輸入地址是X000-X015，輸出端子對應的輸出地址是Y000-Y011。 3.5.2 數字量輸入部分 這個控制系統(tǒng)的輸入有啟動按鈕開關、停止按鈕開關、5個呼叫按鈕開關、5個行程開關共12點輸入。具體的輸入分配如表3.1所示。 表3.1 輸入地址分配 輸入地址 對應的外部設備 X000 啟動按鈕開關 X001 停止按鈕開關 X002 1號站呼叫按鈕開關 X003 2號站呼叫按鈕開關 X004 3號站呼叫按鈕開關 X005 4號站呼叫按鈕開關 X006 5號站呼叫按鈕開關 X007 1號站行程開關 X10 2號站行程開關 X011 3號站行程開關 X012 4號站行程開關 X013 5號站行程開關 3.5.3 數字量輸出部分 這個控制系統(tǒng)需要控制的外部設備只有控制小車運動的三相電動機。但是電機有正轉和反轉兩種狀態(tài)，分別對應正轉繼電器和反轉繼電器，所以輸出點有2個。具體的輸出分配表如表3.2所示。 表3.2 輸出地址分配 輸出地址 對應外部設備 Y000 電機正傳繼電器 Y001 電機反轉繼電器 Y002 電機停車 Y002 裝料電機繼電器 Y003 卸料電機繼電器 3.5.4 內部繼電器部分 內部繼電器地址分配如表3.3所示。 表3.3 內部繼電器地址分配 內部繼電器地址 功能說明 M0 小車運行停止 M1 1號站呼叫 M2 2號站呼叫 M3 3號站呼叫 M4 4號站呼叫 M5 5號站呼叫 M6 有呼叫信號 M7 小車途徑站編號＝呼叫站編號 M8 小車途徑站編號＝裝料站編號 3.6 工作臺設計 3.6.1膠帶輸送機結構與工作過程 如圖所示為固定式膠帶輸送機的一般結構。它主要由輸送帶、驅動輪、張緊輪、支承裝置（上、下托輥）、驅動裝置、張緊裝置、進料裝置、卸料裝置和機架等部分組成。驅動輪、張緊輪及上、下托輥通過軸固定安裝于機架，輸送帶環(huán)繞于驅動輪和張緊輪，形成封閉環(huán)形的運轉構件，為了防止輸送帶下垂，每隔一定距離安裝了可轉動的上、下托輥，支承輸送帶，驅動裝置安裝于驅動輪端（頭部），通過驅動輪的磨擦傳動實現(xiàn)輸送帶的驅動，安裝于張緊輪端（尾部）的張緊裝置可完成輸送帶的張緊。 圖3.4 1、輸送帶 輸送帶是承載、傳遞動力和輸送物料的重要構件。糧油、飼料加工廠中常用普通型和輕型橡膠輸送帶，它由數層帶膠的帆布帶經硫化膠結后的芯層和上下表面橡膠覆蓋層組成。其規(guī)格尺寸主要為膠帶寬度，標準值一般為300mm、400mm、500mm、650mm、800mm、1000mm、1200mm等。橡膠輸送帶的連接方法有硫化連接和機械連接法兩種。 2、支承裝置 支承裝置的作用是支承輸送帶和物料，防止輸送帶下垂。其結構如圖所示，它主要由支架和托輥兩部分組成，托輥可隨輸送帶的前進而轉動。常用的支承裝置有單節(jié)平型和多節(jié)槽型[16]，前者用于輸送包裝物料和輸送機的無載分支（下托輥），后者用于輸送散 體物料。 圖3.5 驅動輪、張緊輪。主要包括軸、軸承和滾筒等部分。它們的作用是支承、驅動和張緊輸送帶。 （a）.鋼板焊制 （b）.鑄鐵澆制 圖3.6 3、驅動裝置 圖為膠帶輸送機頭部結構，其中驅動裝置由電動機、聯(lián)軸器、減速傳動機構和驅動輪等部分構成，它的作用是進行動力傳遞，實現(xiàn)輸送帶的連續(xù)運轉。 4、張緊裝置 張緊裝置是用于實現(xiàn)輸送帶的張緊，保證輸送帶有足夠的張力的構件。它安裝于輸送機尾部的張緊輪上，工程實際中常用的有滑塊式螺桿張緊裝置和小車式張緊裝置，前者一般用于移動式膠帶輸送機，后者用于張力較大的固定式膠帶輸送機。 5、進卸料裝置 輸送包裝物料時，進卸料用傾斜淌板，中間卸料用擋板；輸送散裝物料時，進卸料用進料斗和卸料斗，中間卸料用卸料小車。 了解了膠帶輸送的一般結構后，下面來分析其工作過程。物料通過進料裝置進入輸送帶，由于輸送帶的連續(xù)運轉，將物料輸送到卸料點，然后利用卸料裝置將物料卸下，卸完料后的空帶經下部空載段回帶。概括起來就是：利用環(huán)繞并張緊于驅動輪、張緊輪的封閉環(huán)形輸送帶作為承載、牽引和輸送物料的構件，通過輸送帶的連續(xù)運轉實現(xiàn)物料的輸送。 3.6.2簡單計算及選用 1、輸送量計算 輸送散體物料時，膠帶輸送機的輸送量與所采用的支承裝置型式有關，通常可利用以下經驗公式計算： 對于平直單托輥： Q=150B2υrC（t/h） 對于側托輥傾角α=300的三節(jié)式槽型托輥： Q=200B2υrC(t/h) 對于側托輥傾角α=300的二節(jié)式槽型托輥： Q=220B2υrC(t/h) 對于側托輥傾角α=450的三節(jié)式槽型托輥： Q=240B2υrC(t/h) 對于側托輥傾角α=600的三節(jié)式槽型托輥： Q=250B2υrC(t/h) 式中：O——輸送量(t/h) B——輸送帶寬度(m)； υ——輸送帶線速度，即輸送速度(m／s)，其大小與輸送距離、輸送寬度、輸送傾角及物料種類等因素有關，通常顆粒狀物料可取1.5—4.0m／s，粉狀物料取0.8—1.25m／s，包裝物料取1—1.5m／s； r——物料容重(kg／m3)，查附錄四得出。 C——傾斜輸送的傾角系數，輸送傾角β=00一7 0時，C=1；β=80～150時，C=0.9—0.95；β=160一20 0時，C=0.8—0.9；β=210一25 0時，C=0.75—0.8。 輸送包裝物料時： 式中：G——每包物料重量 υ——輸送速度(m/s) a——兩包物料間的平均距離(m)。 輸送包裝物料時的膠帶寬度，一般比糧包寬度大100—200mm。 實際計算時，一般都是利用輸送量計算式根據輸送量確定帶寬，在此基礎上選定所用輸送機的型號。 [例題] 某面粉廠用一臺固定式膠帶輸送機在水平方向輸送小麥(r=0.75t／m3)知輸送量為70t／h。試確定輸送機帶寬。 解：根據輸送機工作條件及物料種類，初取υ=2.5m／s，水平輸送C=1。如選用側托輥傾角為300的三節(jié)槽型托輥，根據： B= 應選用帶寬為500mm的膠帶，此時υ=2.13(m／s)。 如選用側托輥傾角為300的二節(jié)槽型托輥，根據： 應選用帶寬為500mm的膠帶，此時υ=1.94(m／s)。 如選用側托輥傾角為450的三節(jié)槽型托輥，根據： 還應選用帶寬為500mm的膠帶，此時υ=1.78(m／s)。 如選用側托輥傾角為600的三節(jié)槽型托輥，根據： 仍應選用帶寬B為500mm的膠帶，此時υ=1.7(m/s)。 通過以上計算，比較幾種情況，應選用帶寬B為500mm的輸送帶，支承裝置應選用側托輥傾角為300的三節(jié)槽型托輥，此時實際輸送速度為2.13m/s。 2、選用 膠帶輸送機的型號表示方法： 完整的型號表示包括的內容與斗提機相同。舉例如下： TDSP50X100型膠帶輸送機 T——專業(yè)代號(糧油機械通用設備)； DS——品種代號(膠帶輸送機)； P——型式代號（水平式）；[膠帶輸送機型式較多，常見的型號代號為：G（固定式）、X（傾斜式）、S（伸縮式）、Z（轉向式）、Y（移動式）]； 50×100——規(guī)格代號[帶寬（cm）×中心距（m）]。 膠帶輸送機的選用，除了應遵循輸送設備選用的一般原則，具體選用時還應考慮以下幾點： 1．根據工藝的要求及有關工作條件，確定所選輸送機的機型。一般情況，糧油、飼料加工廠較長距離水平或傾角較小的傾斜方向散體或包裝物料輸送，應選用固定式水平膠帶輸送機，短距離傾斜方向散體或包裝物料的輸送或裝卸應選用移動式膠帶輸送機。 2．根據物料是散裝或包裝及輸送量大小，確定支承托輥的型式。無載分支均應選用平直單托輥，有載分支輸送包裝物料時選用平直單托輥，輸送散裝物料時，選用不同型式的槽形托輥。 3．根據工藝所需輸送量計算確定輸送帶寬度，然后依據輸送長度及有關條件確定型號規(guī)格。選型時可參考有關資料中關于膠帶輔送機的規(guī)格及參數的內容。 圖3.7 安裝時應注意保證機架中心線與輸送機縱向中心線重合，所有托輥與驅動輪、張緊輪應在同一水平面內，且軸線與輸送機縱向中心線垂直。 2．操作與維護 膠帶輸送機在操作時同樣應遵循“空載起動，空載停車” 的原則。同時應注意以下問題： （1）開機前應檢查輸送帶的松緊程度，以免出現(xiàn)輸送帶下垂、打滑空轉或拉斷等現(xiàn)象?？赏ㄟ^張緊裝置調節(jié)輸送機的松緊。 （2）工作時，應經常檢查托輥的工作情況，如托輥有不轉動的情況，將導致運行阻力增大，膠帶嚴重磨損。 （3）注意輸送帶的保養(yǎng)，嚴禁其與汽油、柴油、機油等腐蝕性物質接觸，經常檢查清除表面粘附物。 （4）注意定期對驅動輪、張緊輪等轉動構件加注潤滑油。 （5）應定期對輸送機進行檢修，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，以保證其使用壽命。 （6）輸送機應注意保管，避免日曬、夜露和雨淋，防止腐蝕和生銹。如長期不使用，應放松輸送機，入庫保存。 3.6.3 輸送帶 輸送帶的種類很多，按照其制作材料的種類可分為： 1、橡膠帶 橡膠帶在生產中應用最廣，它是由若干層棉織物或化纖織物相互結合，并在外表上履上橡膠制成的。上下兩面所履的橡膠稱履面。上覆面是輸送帶的 承載面，與被運物料相接觸，其厚度為2-6mm。下覆面是輸送帶與滾筒及支撐拖滾想接觸的一面，也稱運轉面，厚度常為1.5——2mm橡膠帶兩側及易磨損，故采用高耐磨性的材料。 一般的腹面材料為天然橡膠、丁納膠或特種材料，應其防滑性好，輸送可靠，應此被廣泛的應用于一般的輸送裝置中。 圖3.8 2、塑料帶 3、合成繩芯和細鋼繩芯帶 輸送帶的接頭方法有兩種，一種是機械接頭，另一種是硫化接頭塑化接頭。橡膠帶常用機械接頭和硫化接頭。 TD75型通用固定帶式輸送?? DT75型通用固定帶式輸送機為全國統(tǒng)一標準設計的輸送機，主要用于各種散狀物料的輸送、如煤炭、礦石、焦炭、砂子、爐渣、糧食等，是工礦企業(yè)、港口碼頭、電力、倉儲等行業(yè)較理想的輸送設備。 3.6.4驅動滾筒 驅動滾筒是輸送帶裝置中傳遞運動與動力的重要部件。為了傳遞必要的前應力，輸送帶與滾筒間必須有足夠的摩擦力，滾筒與輸送帶弧面上摩擦力的綜合及為滾筒所傳遞的圓周力，也稱牽應力。 提高牽引力的途徑有三：其一、增大饒出段張力，但輸送帶強度也相應提高，輸送帶的造價也隨之增加，可見這并不是很好的辦法。其二，增大摩擦系數。其三，增大包角數值，可采用加張緊輪。滾筒的結構形式基本上有四種：鋼板卷制焊接、無縫鋼管、鑄鋼及鑄焊聯(lián)合機構 第四章 基于PLC的運料小車控制系統(tǒng)的硬件設計 4.1 系統(tǒng)工作原理分析 4.1.1 運料小車的運動流程 某自動生產線上運料小車的運動如圖4.1所示，運料小車由一臺三相異步電動機拖動，電機正轉，小車向右行，電機反轉，小車向左行。在生產線上有5個編碼為1-5的站點供小車?？?，在每個?？空景惭b一個行程開關以監(jiān)測小車是否到達該站點。對小車的控制除了啟動按鈕和停止按鈕之外，還設有5個呼叫按鈕開關（HJ1-HJ5）分別與5個?？空军c相對應。 經分析，運料小車的整個工作過程如下： 開始按下啟動開關，小車停在裝料站等待，系統(tǒng)檢測到呼叫信號，裝料站電機運行開始裝料，同時定時器T0開始計時，當計時滿120S時，小車右行，系統(tǒng)檢測到途徑站點編碼為呼叫站點編碼，小車停止，卸料電機工作開始卸料，同時定時器T0開始計時，當計時滿120S時，小車左行，系統(tǒng)檢測到途徑站點編碼為裝料站點編碼，小車停止等待，如此循環(huán)往復。 圖4.1 運料小車示意圖 4.1.2設備控制要求 運料小車應實現(xiàn)的功能及控制要求如下： 實現(xiàn)一處裝料、多處卸料（不少于四處）的小車自動運料。當沒有呼叫信號時小車停在裝料處等待呼叫信號。 經分析，運料小車在自動化生產線上運動的控制方案如下： （1）按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （2）當小車當前沒有接收到呼叫信號時，小車原地等待直至收到呼叫信號，呼叫按鈕開關應具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 （3）當小車接收到呼叫信號時，裝料電機開啟，小車開始裝料，120s后，小車向右運行，運行到按對應的呼叫站時停止； （4）當小車停在呼叫站點時，卸料電機開啟，小車開始裝料，120s后，小車向左運行，運行到裝料站時停止；如此循環(huán)往復。 4.2 系統(tǒng)硬件介紹 (1)低壓斷路器 圖4.2 低壓斷路器圖 低壓斷路器也稱為自動空氣開關，用來接通和分斷負載電路，也可以用來控制不頻繁啟動的電動機。 (2)接觸器 圖4.3 接觸器圖 接觸器是用于遠距離頻繁接通和分斷交直流回路及大容量用電回路的低壓控制電器。主要控制對象是電動機，實現(xiàn)啟停、正反轉、制動和調速等控制功能。 (3)熔斷器 圖4.4 熔斷器圖 熔斷器主要用于短路保護。 (4)主令電器 圖4.5 主令電器圖 主令電器是一種專門發(fā)布命令的電器，用來接通和斷開控制電路，實現(xiàn)控制對象的啟動、停止、急停等操作。只能用于控制電路，不允許分合主回路。 4.3 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)硬件接線圖如圖4.6、4.7所示， 圖4.6 主電路圖 圖4.7 系統(tǒng)控制電器圖 圖中KM1 和KM2 分別是控制電機正轉運行（小車前進）和反轉運行（小車后退）的交流接觸器。用KM1 和KM2 的主觸點改變進入電動機的三相電源的相序, 即可以改變電動機的旋轉方向。電路外部無需接互鎖輔助常閉觸點，F(xiàn)X-1N的內部程序已經能實現(xiàn)此功能。通過主電路與PLC 的控制電路的接線,才能實現(xiàn)PLC對系統(tǒng)的控制。 4.4 系統(tǒng)控制流程 根據系統(tǒng)控制要求，分析出如下系統(tǒng)控制流程圖， 圖4.8 控制系統(tǒng)流程 第五章 系統(tǒng)軟件源程序設計