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自动往返小车设计

来源：九壹网

毕业设计报告(论文)

报告(论文)题目：自动往返小车的控制作者所在系部：机械工程系作者所在专业：机械设计制造及其自动化作者所在班级：作者姓名：作者学号：指导教师姓名：完成时间：

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本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）自动往返小车PLC控制设计

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特此声明

毕业设计（论文）作者：王小聪指导教师：

2010年 6 月 17日 20010年 6 月 17日

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摘要

本文介绍了用西门子可编程控制器，根据自动往返小车的运动规律：装料、右行、卸料、左行、装料、再右行送料进行软件编程，以实现多个料仓同时要料和先后要料目的。主要介绍了控制系统硬件设计、软件设计和程序仿真与调试。硬件设计主要包括I/O设备设计和机型的选择，软件设计主要有I/O分配列表、外部界限图、流程图和程序设计。采用梯形控制直观易懂，为电气人员所熟悉；采用PLC控制使接线简化，安装方便，而且保证运行的可靠性，减少维修量，提高了工效。

关键词可编程控制器继电器往返小车

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Abstract

This article describes the use of Siemens PLC,according to law of motion automatically from car: loading, the right line, discharge, left row, loading, and then feed to the right line of software programming to achieve the expected number of silos at the same time and has the purpose to be expected. Introduces the control system hardware and software design. Hardware design includes I / O device design and choice of models, software design primarily I / O distribution list, outer limit of the diagrams, flowcharts and program design. Trapezoidal control intuitive easy to understand , the electrical workers are familiar with it; using PLC control to simplify wiring is easy installation, and ensure the reliability, reduce maintenance, improve the work efficiency

Keywords PLC relay running car;

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摘要 ............................................................................................................................................ I Abstract ........................................................................................................................................ II 第一章绪论 ............................................................................................................................... 1

1.1 PLC控制的发展及简介 ................................................................................................. 1 1.2 自动往返小车PLC控制设计的目的和意义 ................................................................ 6 1.3 PLC控制自动往返小车的优点 ..................................................................................... 6 1.4 PLC在自动往返小车控制方面的应用 ......................................................................... 7 1.5 PLC控制自动送料小车的具体事例.............................................................................. 8 第二章控制系统的硬件设计 ................................................................................................. 10

2.1 I/O设备选择 ............................................................................................................... 10 2.2 PLC 机型的选择 .......................................................................................................... 10 第三章控制系统的软件设计 ................................................................................................. 15

3.1 I/O口地址分配表 ....................................................................................................... 15 3.2 外部接线图 ................................................................................................................... 16 3.3 方案的设计与介绍 ...................................................................................................... 16 3.4 自动往返小车的控制设计 .......................................................................................... 17 3.5 状态控制流程图 .......................................................................................................... 18 3.6自动往返小车梯形图 ................................................................................................... 18 第四章程序仿真与调试 ........................................................................................................... 48

4.1 程序用S7-200仿真软件进行仿真 ............................................................................ 48 4.2 具体的仿真调试过程 .................................................................................................. 48 第五章总结 ............................................................................................................................. 56 致谢 ............................................................................................................................................. 57 参考文献 ..................................................................................................................................... 58

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第一章绪论

1.1 PLC控制的发展及简介

1.1.1 PLC控制的发展

可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字

图1-1 PLC外观图

1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。它是一种以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、通信技术和传统的继电器控制技术而发展起来的新型

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工业控制装置，具有编程容易、体积小、使用灵活方便、抗干扰能力强、可靠性高等一系列优点，是专门为工业控制应用而设计的一种通用控制器，近年来在工业生产的许多领域，如冶金、机械、电力、石油、煤炭、化工、轻纺、交通、食品、环保、轻工、建材等工业部门得到了广泛的应用，已经成为工业自动化的三大支柱之一.由于PLC的应用日益广泛，学习和掌握其原理与应用设计对于工业领域的广大科技工作者以及大专院校电气和机电等有关专业的学生而言很有必要。

PLC作为工控机的一员,在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计,当今世界PLC生产厂家约150家,生产300多个品种。预计到2000年,销售额约为86亿美元,占工控机市场份额的50%,PLC将在工控机市场中占有主要地位,并保持继续上升的势头。它还具有如下优点：

（1）可靠性高，抗干扰能力强。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强。 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎。PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可

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以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（4）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。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改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

（5）体积小，重量轻，能耗低。以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。PLC在60年代末引入我国时,只用作离散量的控制,其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等,最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的PLC具有PID调节功能,它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域,广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。但PLC也面临着其它行业工控产品的挑战,各厂家正采取措施不断改进产品,主要表现为以下几个方面:

（1）微型、小型PLC功能明显增强。很多有名的PLC厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的PLC。三菱的FXOS14点(8个24VDC输入,6个继电器输出),其尺寸仅为58mm×mm,仅大于信用卡几个毫米,而功能却有所增强,使PLC的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业,如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等,甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。

（2）集成化发展趋势增强。由于控制内容的复杂化和高难度化,使PLC向集成化方向发展,PLC与PC集成、PLC与DCS集成、PLC与PID集成等,并强化了通讯能力和网络化,尤其是以PC为基的控制产品增长率最快。PLC与PC集成,即将计算机、PLC及操作人员的人—机接口结合在一起,使PLC能利用计算机丰富的软件资源,而计算机能和PLC的模块交互存取数据。以PC机为基的控制容易编程和维护用户的利益,开放的体系结构提供灵活性,最终降低成本和提高生产率。

（3）向开放性转变。PLC存在严重的缺点,主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的,绝大多数的PLC是专用总线、专用通信网络及协议,编程虽多为梯形图,但各公司的组态、寻址、语文结构不一致,使各种PLC互不兼容。国际电工协会(IEC)在1992年颁布了IEC1131-3《可编程序控制器的编程软件标准》,为各PLC厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以PC为基、在WINDOWS平台下,符合IEC1131-3国际标准的新一代开放体系结构的PLC正在规划中。

PLC自动控制技术的发展也就为以此为母体的也混和控制系统的发展打下了坚实的基础。此外，随着精密液位传感器的产生和发展，以及其它配套硬件的不断优化升级，

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使得液体混合控制系统设计有了充足的理论准备。

1.1.2 PLC控制的未来展望

21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。

1.1.3 PLC的基本组成及各部分的作用的简介

可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。

（1）处理单元（CPU）

CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU的功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。

（2）存储器（RAM、ROM）

存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。

（3）输入输出单元（I/O单元）

I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC

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的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。

（4）电源

PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。

（5）编程器

编程器是PLC的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。

1.1.4 PLC的工作原理

PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

（1）输入处理

输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。

（2）程序执行

根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。

（3）输出处理

程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外

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界输出控制信号，驱动外部负载。

1.2 自动往返小车PLC控制设计的目的和意义

在工业生产领域中,经常需要把某批物品从A地搬运到B地,以往常采用传统的继电器接触器控制,使用硬连接电器多,可靠性差,自动化程度不高。当前国内许多地方的此类控制系统主要是采用电器控制,虽然在某种程度上节省了劳动力 ,但是数目众多的继电器、接线使得设备的日常维护和维修工作变得繁重。但随着电子技术的不断发展,PLC在控制方面的功能已经不断强化。用于回路调节和组态画面的功能不断完善,而且PLC的抗干扰的能力也非常强,对电源的质量要求比较低。目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造,大大提高了控制系统的可靠性和自控程度,为企业提供了更可靠的生产保障,所以PLC在工业控制系统中得到了良好的应用。

运料小车是煤矿及其它工业企业运料的主要设备之一,用可编程控制器PLC与变频器相结合,再通过变频器优良的调速性能,实现运料小车的自动化控制运行。用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法。它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点,寿命长、维修量少、查找外部线路简单。同时采用变频器改善了原系统工作台启动调速性能,有利于节能(原系统机械变速,低速时电机功率损耗大) ,提高了效率,为企业创造较好的经济效益。同时也为今后PLC在其它方面的应用积累了宝贵的经验。，在各种自动化生产线中, 运货的送料车是自动化生产线中的重要组成部分, 尤其是多加工工位的自动化生产线, 自动送料车有节约运货时间、减少工人的劳动强度等优点, 所以自动送料小车在自动化生产线中得到广泛的应用。而送料车的自动化控制常常采用PLC 来进行控制可以更加简单便利。

1.3 PLC控制自动往返小车的优点

PLC控制自动往返小车有以下优点

（1）控制方式上：电气控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能都很是困难；而PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。

（2）工作方式上：电气控制并行工作，而PLC串行工作，不受制约。

（3）控制速度上：电气控制速度慢，触点易抖动；而PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，故而无抖动之说。

（4）可靠、维修上：电气控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差；PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。

综上所述，选择PLC控制自动小车往返送料。

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1.4 PLC在自动往返小车控制方面的应用

1.4.1 PLC在运料小车自动控制系统中的应用

早期运料小车电气控制系统多为继电器- 接触器组成的复杂系统,这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷,几乎无数据处理和通信功能,必须有专人负责操作。将PLC 应用到运料小车电气控制系统,可实现运料小车的自动化控制,降低系统的运行费用。PLC 运料小车电气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,安装、维修和改造方便等优点。

系统稳定可靠,操作简便,设备维护量小。不仅克服了老式主令控制故障率高等缺点,而且料车上料采用了慢- 快- 慢的运行模式,有效地避免了运料操作中容易出现的飞车、掉道等故障的发生。

1.4.2 基于PLC的自动化流水线上的自动小车控制系统

采用AB公司MicroLogix1000系列17612L16BWA型可编程控制器,开发出流水线上自动小车控制系统,取代了以前以单片机为核心的控制系统,克服了人机对话难,修改工艺参数麻烦,维修不便等问题。

目前,可编程控制器以其可靠性高、耐恶劣环境能力强、使用极为方便三大特点,迅速占领了工业生产自动化领域, 成为工业自动化领域的强有力工具。技改前流水线上的自动小车是基于单片机的控制系统,由于使用汇编语言编程,程序篇幅长且较为复杂,非计算机专业的技术人员难以掌握,如果某些工艺参数需要修改时,系统中的EPROM需要拔下在专用装置上进行程序的擦除和写入,操作十分不便。另外,单片机系统的使用期较长,出现的故障越来越多,影响了生产的正常运行. 该项目以可编程控制器为核心的控制系统弥补了以上不足,为自动化流水线的高效率和高可靠性提供了保障。

以可编程控制器为核心的自动小车控制系统已成功通过试运行,系统运行可靠,故障率明显降低,提高了生产率,为实现自动化流水线的高效率和高可靠性提供了保障。

1.4.3 运料小车自动往返顺序控制

基于运料小车自动往返顺序控制的PLC程序设计，在自动化生产线上,有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动,并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留,以满足生产工艺要求。用PLC程序实现运料小车自动往返顺序控制,不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点,而且程序设计方法多样,便于不同层次设计人员的理解和掌

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握。以松下电工FP0系列PLC为例,可以提出基于运料小车自动往返顺序控制的五种PLC程序设计方法。

1.4.4 自动送料车的呼车控制

针对FX2N 系统的PLC 进行编程, 实现了自动送料车在生产线中的送料、运动方向显示和停车制动等方面的要求，在各种自动化生产线中, 运货的送料车是自动化生产线中的重要组成部分, 尤其是多加工工位的自动化生产线, 自动送料车有节约运货时间、减少工人的劳动强度等优点, 所以自动送料小车在自动化生产线中得到广泛的应用。而送料车的自动化控制常常采用PLC 来进行控制可以更加简单便利。针对FX2N 系统的PLC来进行编程实现自动送料车在生产线中的送料。

1.5 PLC控制自动送料小车的具体事例

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第二章控制系统的硬件设计

2.1 I/O设备选择

根据自动往返小车的控制要求确定该系统所需的输入设备和输出设备。

（1）输出设备；呼车按钮（SB1、SB2、SB3、SB4），开始按钮（SB5），都选用指示灯按钮，型号：LAB16S。停止按钮（SB6）选用急停按钮，型号：LAB16-V。还有行程开关（SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5）选用TZ8000系列行程开关。

（2）输出设备；四个输出（KM1、KM2、KM3、KM4）即左行、右行装料、卸料都选用CJ20-10/CJ20-16型接触器。其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20为设计序号，10/16为主触头的额定电流。

相关元件的主要技术参数及原理如下：（1）操作频率为1200/h （2）极限寿命为1000万次（3）主触头额定电流10/16(A) （4）额定电压380/220（V）（5）功率：AC：2.5KW。

2.2 PLC 机型的选择

2.2.1 PLC机型的选择

目前比较多用的PLC主要有西门子系列，OMRON 系列，三菱系列，松下系列等等，各类型有缺点分别如下：

OMRON PLC；

首先,程序的代号太繁琐(如:输入端子1的代号是0.01,输出端子1是100.01,而内部的继电器却有40.00什么的)再次,PLC编程器结构太大(带24V变压),像个箱子一样,远没有松下,KEYENCE的小巧;再加上数据线因针孔相插的原因,容易损坏.最后,OMRON PLC实在是比较贵,除了一些重要的设备上使用外,真的不如用其它PLC.故OMRON 一般只能使用在重型机械的控制及要求稳点性能高的设备上.

三菱PLC；

有自带24V变压和外置24V变压两种.外置变压的结构与KEYENCE的较为相似,比较矮.内置变压的比较高.三菱PLC性能比较稳定,烧点的现象没有KEYENCE那么严重.(但也有发生)三菱PLC程序代号较为简单(如:输入点1用X1,输出点1用Y1,内部断电器有M1等)

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成本方面较OMRON KEYENCE便宜.

松下 PLC；

老型号的松下PLC体积很小,输入输出的点都是积中在一起与OMRON的扩展口有点相似新型号的在模仿KEYENCE及三菱等PLC的输入输出用一个一个的接线点表示.松下PLC可以说优缺并存,优点在于体积小,价格低.缺点在于容易烧点,这种PLC有时,你接到设备上闲置一段时间都有可能烧坏。

西门子PLC；

与之上各PLC相比西门子PLC有如下优点：

1）配置简单。各种机型均可采用相同配置，简化设备采购和仓库库存管理。 2）编程方便。用户可根据不同机型的流程要求编制程序，程序调试和修改都非常简便，能根据客户需求进行变化；程序可采用密码保护，保护自己的劳动成果。而且PLC采用的梯形图语言简单易学，容易上手，不象单片机控制系统那样复杂而且一旦定型不易修改，不能根据客户需求变化。

3）系统能非常方便地连接到PC机监控系统或其他系统如楼宇自控系统中，根据应用情况，有时可无须增加额外硬件就能实现；增加适当硬件可连接到互联网上。 4）系统外观高档，控制灵活，精确度高；故障率极低，节省维护成本。

综上所述，在本次设计中选用西门子PLC进行过程控制。

2.2.2 西门子PLC系列的选择

结合学院的实验条件以及编程的可操作性和简易型选用s7-200进行编程和仿真实验s7-200包括CPU224 6ES7214-1BD23-0XB0,CPU226 6ES7216-2BD23-0XB0,CPU222等SIMATIC S7-200系列是西门子定位于小型应用的可编程序逻辑控制器(Micro PLC)。本次设计选用S7-200系列PLC，它具有如下优点：

1、其功能强

1）S7-200有5种CPU模块，最多可以扩展7 个扩展模块，扩展到248点数字3量I/O或38路模拟量I/O，最多有30多KB的程序储存空间和数据储存空间。

2）直接读，写模拟量I/O模块，不需要复杂的编程。

3）使用向导中的PID调节控制面板，可以实现PID参数自整定。

4）S7-200的CPU模块集成了很强的位置控制功能，此外还有位置控制模块EM253。使用位置控制向导可以方便的实现位置控制的编程。

2、先进的程序结构

S7-200的程序结构简单清晰，在编程软件中，主程序、子程序和中断程序分页存放。使用各种程序块中的局部变量，易于将程序块移植到别的项目。子程序用输入、输出变量作为软件接口，便于实现结构化编程。

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3、灵活方便的寻址方法

S7-200的输入(I)、输出(Q)、位存储器(M)、顺序控制继电器(S)、变量存储器(V)局部变量(L)均可按位(bit)、字节、字和双字读写。

4、功能强大、使用方便的编程软件

编程软件STEP-7Micro/WIN V3.2和STEP-Micro/WIN V4.0可以使用包括文本在内的多种语言，有梯形图、语句表和功能快图编程语言，和SMATIC、IEC61131-3两种编程模式。S7-200的指令功能强，易于掌握。选用SETP-7Micro/WIN V3.2编程软件。

2.2.3 可编程控制器控制系统的I/O点数估算

本设计对运料车的控制需要5个行程开关来限位（SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5），6个按钮进行运行方式选择和停车（SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6），4个输出口（KM1、KM2、KM3、KM4）即左行、右行装料、卸料，共11个输入点、4个输出点。另外I/O点数还得加10%～20%的备用量，输入点总数范围为（13.2～14.2）取14，输出点数大于4。所以所选用的PLC输入点数应大于等于14，输出点数大于4。

2.2.4 西门子PLC系列CPU的选择

S7-200选用西门子S7-200系列的可提供4种不同的基本型号：

1）CPU221(AC/DC/RELAY)。输入点数为6，输出点数为4。无扩展模块。2K字节程序和数据存储空间。4个的30kHz高速计数器，2路的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。DC24V电源CPU的输入电流/最大负载是80mA/450mA.AC240V电源CPU的输入电流/最大负载是15mA/60mA。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。外形尺寸 (长 X 宽 X 高, mm) 90 x 80 x 62 。

2）CPU222(AC/DC/RELAY)。输入点数为8，输出点数为6。可连接2个扩展模块， 2K字节程序和数据存储空间。4个的30kHz高速计数器，2路的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。DC24V电源CPU的输入电流/最大负载是85mA/500mA.AC240V电源

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CPU的输入电流/最大负载是20mA/70mA。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。外形尺寸 (长 X 宽 X 高, mm) 90 x 80 x 62 。

3)CPU223(AC/DC/RELAY)。输入点数为14，输出点数为10。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量或35路模拟量I/O 点。8K字节程序和数据存储空间。6个的30kHz高速计数器，2路的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。DC24V电源CPU的输入电流/最大负载是110mA/700mA.AC240V电源CPU的输入电流/最大负载是30mA/110mA。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。外形尺寸 (长 X 宽 X 高, mm) 120.5 x 80 x 62 。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

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4）CPU226(AC/DC/RELAY)。24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个的30kHz高速计数器，2路的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。DC24V电源CPU的输入电流/最大负载是150mA/1050mA.AC240V电源CPU的输入电流/最大负载是40mA/160mA。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

根据系统I/O点数估算选用西门子S7-200系列选用CPU226, 24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个的30kHz高速计数器，2路的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。

综上，PLC的型号确定为西门子S7-200系列CPU226型。

2.2.5 I/O模块

1）输入模块

输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。S7-200的输入滤波电路的延时时间可以用编程软件中的系统模块设置。采用直流输入模块。输入电流为数毫安。S7-200可以用CPU模块内部的DC24V电源作为输入回路的电源。它可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供DC24V电源。

2）输出模块

S7-200的CPU模块的数字量输入电路的功率器件有驱动直流负载的场效应晶体管和小型继电器，后者既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载，负载电源由外部提供。选用继电器输出电路，继电器同时起隔离和功率放大作用，每一路只给用户提供一对常开触点。与触点并联的RC电路和压敏电阻用来消除触点断开始产生的电弧。继电器输入模块的使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但动作速度较慢，寿命有一定的。如果系统输出量的变化不是很频繁建议优先选用继电器型输出模块。

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第三章控制系统的软件设计

3.1 I/O口地址分配表

I/O口输入列表

I/O口输出列表

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3.2 外部接线图

图3.2 外部接线图

3.3 方案的设计与介绍

整个设计过程是按理想工艺流程设计的，为设备安装，运行，维护和检修服务，设计的编写是按照国家关于电气自动化工程中的电气设备常用基本图形符号（GB4728）和其他相关标准和规范编写的。设计原则主要包括:工作条件；工程对电气控制线路提供的具体资料。系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽可能做到经济、合理、合用、减小设备成本。在方案选择，元器件选型时尽可能选择新技术，新产品。控制由人工控制到自动控制，有模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而更加趋于完善。

要实现整个小车自动往返和送料控制系统的设计，需要从要怎样实现各格呼车信号开关以及电动机的启动控制这个角度去考虑，现在就这问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。

就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统，单片机控制，工业控制计算机控制，可编程控制器控制。本设计选用可编程控制器控制。

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3.4 自动往返小车的控制设计

总体设计要求及技术要点：

某自动生产线上运料小车的运动如图所示，运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向右行，电机反转，小车向左行，在生产线上有5个料仓供小车停靠卸料，在每一个料仓安装一个行程开关以检测小车是否到达该料仓。对小车的控制除了启动按钮和停止按钮(SB5、SB6)之外，还设有４个呼车要料按钮开关（SB1、SB2、SB3、SB4）,分别于4个停靠点对应。5 个行程开关（SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5）。

（1）系统启动，小车是否在原位I1.0出，如果不在原位就左行到达原位，到达原位后按下启动按钮后开始装料5秒，5秒后停止装料，在原位等待呼车。

（2）当出现多个按钮同时呼车要料时其料仓号小者优先，系统对同时要料的料仓号进行记忆和比较确定料仓小的优先给送料，小车右行到料仓号小的料仓后停止，然后卸料5秒，5秒后左行回到原位装料，按后再比较送料，如此循环直到同时要料仓都送完料。

（3）当不是多个按钮同时呼车要料时按先要料者优先的原则，系统对要料的料仓的先后顺序进行记忆和确定先要料的料仓优先给送料，小车右行到先要料的料仓后停止，然后卸料5秒，5秒后左行回到原位装料，按后再记忆的先后顺序送料，如此循环直到同时要料料仓都送完料。

（4）当停止按钮按下时，运料车回后停止。根据控制要求控制程序应包括主程序、自动子程序。

图3.4 自动往返小车运动示意图

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3.5 状态控制流程图

3.6自动往返小车梯形图

3.6.1 主程序

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3.6.2 子程序

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第四章程序仿真与调试

4.1 程序用S7-200仿真软件进行仿真

第一步，把程序导出保存为“0000.awl”文件。第二步，打开仿真软件，选择CPU226。第三步，装载“0000.awl”文件。第四步，监控梯形图，运行PLC。

第五步，点击输入点，使相应输入点闭合，查看梯形图输出情况，如图4-6所示。第六步，根据仿真情况对程序进行相应的修改和调试。

4.2 具体的仿真调试过程

1）系统上电后小车没有在原位时小车左行Q0.0亮

2）系统上电后小车没有在原位时小车左行，到原位I1.0处时停止不动。

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3）按下启动按钮后装料5秒钟Q0.2亮，5秒后装料结束，监控Q1.0亮。

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4）四号料仓先要料，小车右行Q0.1亮，监控Q1.7亮。

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5）二号料仓在四号料仓要料后要料，监控Q1.6亮。

6）小车到二号料仓不停止继续前进直到四号料仓停止后卸料5秒Q0.3亮。监控Q1.2、Q1.5亮。卸料5秒后小车左行Q0.0亮。

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7）到原为后停止左行装料5秒。

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8）装料5秒后右行，监控Q0.0亮。

9）小车到二号料仓停止并卸料5秒钟Q0.3亮，监控Q1.2，Q1.5亮。

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10）装完了后小车左行Q0.0亮。

11）到原位后装料5秒Q0.2亮，5秒后装料结束。监控Q0.0亮。

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第五章总结

本次设计是自动往返小车控制的系统设计，该设计以小车自动往返送料为目的，任务简单明确，实现了多个料仓同时要料料仓号小者优先和多个料仓先后要料时先要料者优先的送料，为了确定把要料权交给那个料仓，必须确定一定得规则。同时要料时要对要料仓号进行比较，在该程序应用了比较指令，料仓号小者优先。不同时要料时，先要料者优先，该程序中应用优先级程序构成了一个记忆要料先后顺序的程序段，按照要料的先后顺序送料。程序设计以自动往返小车控制系统为中心的，从控制系统的硬件做成，软件选用到系统的设计过程（包括设计方案，设计流程，设计要求，梯形图设计等），旨在对其中的设计和编程过程做简单的介绍和说明，本设计采用SIEMENS公司的S7-200系列的PLC来实现设计要求，用PLC实现先后顺序的记忆，这是以往所没有的。

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致谢

论文暂告收尾，这也意味着我在北华航天工业学院的四年的学习生活既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这四年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。

论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的。PLC自动控制理论是工程界一直探讨的热门话题，老师的谆谆诱导、同学的出谋划策及朋友的支持鼓励，是我坚持完成论文的动力源泉。在此，我特别要感谢我的导师唐明媚老师。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，他都费尽心血。没有唐老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。

感谢机械工程系我们班的各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢我的我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。

时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激。

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