一、  任務(wù)描述

運(yùn)料小車的運(yùn)動(dòng)過程

某自動(dòng)生產(chǎn)線上運(yùn)料小車的運(yùn)動(dòng)如下圖1-1所示,運(yùn)料小車由一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車向右行，電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車向左行。在生產(chǎn)線上有5個(gè)編碼為1—5的站點(diǎn)供小車停靠，在每一個(gè)停靠站安裝一個(gè)行程開關(guān)以監(jiān)測(cè)小車是否到達(dá)該站點(diǎn)。對(duì)小車的控制除了啟動(dòng)按鈕和停止按鈕之外，還設(shè)有5個(gè)呼叫按鈕開關(guān)（HJ1—HJ5）分別與5個(gè)停靠站點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。

運(yùn)料小車

 

自動(dòng)化生產(chǎn)線

1號(hào)站          2號(hào)站          3號(hào)站             4號(hào)站           5號(hào)站

圖 1-1 運(yùn)料小車示意圖

二、設(shè)計(jì)內(nèi)容

1、設(shè)計(jì)任務(wù)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)PLC控制程序使得運(yùn)料小車將1號(hào)站的物料自動(dòng)運(yùn)到5號(hào)站，卸料后自動(dòng)返回1號(hào)站裝料；如此往復(fù)。

2、設(shè)計(jì)要求

（1）、按下啟動(dòng)按鈕,系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作；

（2）、當(dāng)小車當(dāng)前所處停靠站的編碼小于呼叫按鈕HJ的編碼時(shí)，小車向右運(yùn)行，運(yùn)行到呼叫按鈕HJ所對(duì)應(yīng)的停靠站時(shí)停止；

（3）、當(dāng)小車當(dāng)前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕HJ的編碼時(shí)，小車向左行，運(yùn)行到呼叫按鈕HJ所對(duì)應(yīng)的停靠站時(shí)停止；

（4）、當(dāng)小車當(dāng)前所處停靠站的編碼等于呼叫按鈕HJ的編碼時(shí)，小車保持不動(dòng)；

（5）、呼叫按鈕開關(guān)HJ1-HJ5應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。

（6）、設(shè)計(jì)PLC硬件電器連接圖。

（7）、畫出運(yùn)料小車操作流程圖，設(shè)計(jì)PLC控制程序，包括繪出程序框圖、設(shè)計(jì)梯形或者狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖以及寫出指令程序，另外程序必須加以注釋說明其作用。

三、整體方案論證

1、控制系統(tǒng)圖如圖3-1所示

     

圖3-1 運(yùn)料小車控制系統(tǒng)圖

2、控制系統(tǒng)流程圖如圖3-2所示

 

圖3-2 控制系統(tǒng)流程圖

3、程序的構(gòu)成

開始運(yùn)行程序，PLC將運(yùn)行已經(jīng)設(shè)置好的程序和參數(shù)，按下啟動(dòng)按鈕和呼叫按鈕后，小車到達(dá)呼叫的那個(gè)站點(diǎn)。

四、運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)控制PLC I/O地址分配

1、PLC框架配置圖

運(yùn)料小車控制采用三菱的FX2N系列整體式PLC，它控制著整個(gè)系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地運(yùn)行。   

PLC框架配置圖如圖4-1所示：

 

圖4-1 PLC框架配置圖

2、I/O地址分配

由于CPU模塊有14點(diǎn)數(shù)字量輸入，10點(diǎn)數(shù)字量輸出，所以不再需要輸入/輸出模塊。采用I/O分配采用自動(dòng)分配方式，模塊上的輸入端子對(duì)應(yīng)的輸入地址是X000—X015，輸入端子對(duì)應(yīng)的輸出地址是Y000—Y011。

2.1、數(shù)字量輸出部分

這個(gè)控制系統(tǒng)需要控制的外部設(shè)備只有控制小車運(yùn)動(dòng)的三相電動(dòng)機(jī)一個(gè)。但是電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩個(gè)狀態(tài)，分別都應(yīng)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)繼電器，所以輸出點(diǎn)應(yīng)該有2個(gè)。具體的輸出分配如表4-1 所示：

表4-1                            輸出地址分配

輸出地址	對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備
Y000	電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器KM1
Y001	電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器KM2

2.2、數(shù)字量輸入部分

這個(gè)控制系統(tǒng)的輸入有啟動(dòng)按鈕開關(guān)、停止按鈕開關(guān)、5個(gè)呼叫按鈕開關(guān)、5個(gè)行程開關(guān)共12輸入點(diǎn)。具體的輸入分配如表4-2 所示：

表4-2                            輸入地址分配

輸入地址	對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備
X000	啟動(dòng)按鈕開關(guān)SB1
X001	停止按鈕開關(guān)SB2
X002	1號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)HJ1
X003	2號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)HJ2
X004	3號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)HJ3
X005	4號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)HJ4
X006	5號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)HJ5
X007	1號(hào)站行程開關(guān)LS1
X010	2號(hào)站行程開關(guān)LS2
X011	3號(hào)站行程開關(guān)LS3
X012	4號(hào)站行程開關(guān)LS4
X013	5號(hào)站行程開關(guān)LS5

2.3、內(nèi)部繼電器部分

內(nèi)部繼電器地址分配如表4-3 所示：

表4-3                         內(nèi)部繼電器地址分配

內(nèi)部繼電器地址	功能說明
M0	小車運(yùn)行停止
M1	1號(hào)站呼叫
M2	2號(hào)站呼叫
M3	3號(hào)站呼叫
M4	4號(hào)站呼叫
M5	5號(hào)站呼叫
M6	小車所在站編號(hào) > 呼叫編號(hào)
M7	小車所在站編號(hào) = 呼叫編號(hào)
M8	小車所在站編號(hào) < 呼叫編號(hào)

五、硬件連線圖

PLC外部接線圖

根據(jù)運(yùn)料小車隨機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的要求，可將5個(gè)行程開關(guān)賦予不同的值；同時(shí)，將5個(gè)按鈕也對(duì)應(yīng)賦值。當(dāng)小車碰到某個(gè)行程開關(guān)時(shí)，就將該行程開關(guān)的值送到內(nèi)部輔助繼電器通道。當(dāng)操作者壓了某個(gè)按鈕時(shí)，就將該按鈕的值送到內(nèi)部輔助繼電器通道。然后將這兩個(gè)通道的值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果使小車作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，直到兩個(gè)通道的值相等時(shí)小車才停止。由此可得到如圖5-1 所示的運(yùn)料小車隨機(jī)運(yùn)動(dòng)控制PLC外部接線圖：

 

圖5-1 PLC外部接線圖

六、軟件設(shè)計(jì)

1、行程開關(guān)

在該程序中，5個(gè)站的行程開關(guān)分別用數(shù)字0-4 來表示，當(dāng)小車在1號(hào)站時(shí)，行程開關(guān)X007得電，將數(shù)字0傳送到數(shù)據(jù)寄存器D0；當(dāng)小車在2號(hào)站時(shí)，行程開關(guān)X010得電，將數(shù)字1傳送到數(shù)據(jù)寄存器D0。依次類推，當(dāng)小車在5號(hào)站時(shí)，行程開關(guān)X007得電，將數(shù)字4傳送到數(shù)據(jù)寄存器D0。它所對(duì)應(yīng)的梯形圖如圖6-1所示：

 

圖6-1 行程開關(guān)梯形圖

所對(duì)應(yīng)的助記符程序?yàn)椋?/P>

LD      X007

MOV     K0      D0                     ；小車在1號(hào)站

LD      X010

MOV     K1      D0                     ；小車在2號(hào)站

LD      X011

MOV     K2      D0                     ；小車在3號(hào)站

LD      X012

MOV     K3      D0                     ；小車在4號(hào)站

LD      X013

MOV     K4      D0                     ；小車在5號(hào)站

2、小車啟停輔助繼電器

當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，小車開始運(yùn)動(dòng)，該輔助繼電器M0得電；當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，小車停止運(yùn)動(dòng)，該輔助繼電器M0失電。它所對(duì)應(yīng)的梯形圖如圖6-2所示：

 

圖6-2 小車啟停輔助繼電器梯形圖

所對(duì)應(yīng)的助記符程序?yàn)椋?/P>

LD      X000

OR      M0

ANI     X001

OUT     M0                             ；小車啟停輔助繼電器

3、呼叫按鈕

在該程序中，5個(gè)站的呼叫按鈕分別用數(shù)字0-4 來表示，而且由于5個(gè)呼叫按鈕開關(guān)HJ1—HJ5具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先，所以需要5個(gè)輔助繼電器M1—M5。當(dāng)按下1號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)X002得電，數(shù)字0傳送到數(shù)據(jù)寄存器D1，同時(shí)1號(hào)按鈕開關(guān)輔助繼電器得電；當(dāng)按下2號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)X003得電，數(shù)字1傳送到數(shù)據(jù)寄存器D1，同時(shí)2號(hào)按鈕開關(guān)輔助繼電器得電。依次類推，當(dāng)按下5號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)X006得電，數(shù)字4傳送到數(shù)據(jù)寄存器D1，同時(shí)5號(hào)按鈕開關(guān)輔助繼電器得電。它所對(duì)應(yīng)的梯形圖如圖6-3所示：

 

圖6-3 呼叫按鈕梯形圖

所對(duì)應(yīng)的助記符程序?yàn)椋?/P>

LDI     M2

ANI     M3

ANI     M4

ANI     M5

ANI     X007

AND     M0

LD      X002

OR      M1

ANB

MOV     K0     D1

；1號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)

OUT     M1

；1號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)輔助繼電器        

LDI     M1

ANI     M3

ANI     M4

ANI     M5

ANI     X010

AND     M0

LD      X003

OR      M2

ANB

MOV     K1     D1

；2號(hào)站呼叫按鈕開關(guān) 

OUT     M2

 ；2號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)輔助繼電器       

LDI     M1

ANI     M2

ANI     M4

ANI     M5

ANI     X011

AND     M0

LD      X004

OR      M3

ANB

MOV     K2     D1

；3號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)  

OUT     M3

；3號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)輔助繼電器       

LDI     M1

ANI     M2

ANI     M3

ANI     M5

ANI     X012

AND     M0

LD      X005

OR      M4

ANB

MOV     K3     D1

；4號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)  

OUT     M4

；4號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)輔助繼電器       

LDI     M1

ANI     M2

ANI     M3

ANI     M4

ANI     X013

AND     M0

LD      X006

OR      M5

ANB

MOV     K4     D1

；5號(hào)站呼叫按鈕開關(guān) 

OUT     M5

；5號(hào)站呼叫按鈕開關(guān)輔助繼電器        

4、比較

按下啟動(dòng)按鈕和呼叫按鈕后，開始對(duì)行程開關(guān)數(shù)據(jù)寄存器D0和呼叫按鈕數(shù)據(jù)寄存器D1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。當(dāng)（D0）>（D1）時(shí)，即小車當(dāng)前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕的編碼時(shí)，M6得電，小車向左運(yùn)行；當(dāng)（D0）=（D1）時(shí)，即小車當(dāng)前所處停靠站的編碼等于呼叫按鈕的編碼時(shí)，M7得電，小車停止不動(dòng)；當(dāng)（D0）<（D1）時(shí)，即小車當(dāng)前所處停靠站的編碼小于呼叫按鈕的編碼時(shí)，M8得電，小車向右運(yùn)行。它所對(duì)應(yīng)的梯形圖如圖6-4所示：

 

圖6-4 比較梯形圖

所對(duì)應(yīng)的助記符程序?yàn)椋?/P>

LD      M0

CMP     D0     D1     M6

5、向左運(yùn)動(dòng)

小車當(dāng)前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕的編碼時(shí)，小車向左運(yùn)行，運(yùn)行到呼叫按鈕所對(duì)應(yīng)的停靠站時(shí)停止。它所對(duì)應(yīng)的梯形圖如圖6-5所示：

    

圖6-5 向左運(yùn)動(dòng)梯形圖

所對(duì)應(yīng)的助記符程序?yàn)椋?/P>

LD      M6

LD      M1

ANI     X007

LD      M2

ANI     X010

ORB

LD      M3

ANI     X011

ORB

LD      M4

ANI     X012

ORB

LD      M5

ANI     X013

ORB

ANB

OUT     Y000

6、向右運(yùn)動(dòng)

小車當(dāng)前所處停靠站的編碼小于呼叫按鈕的編碼時(shí)，小車向右運(yùn)行，運(yùn)行到呼叫按鈕所對(duì)應(yīng)的停靠站時(shí)停止。它所對(duì)應(yīng)的梯形圖如圖6-6所示：

   

圖6-6 向右運(yùn)動(dòng)梯形圖

所對(duì)應(yīng)的助記符程序?yàn)椋?/P>

LD      M8

LD      M1

ANI     X007

LD      M2

ANI     X010

ORB

LD      M3

ANI     X011

ORB

LD      M4

ANI     X012

ORB

LD      M5

ANI     X013

ORB

ANB

OUT     Y001

七、控制面板設(shè)計(jì)

設(shè)備的操作面板設(shè)計(jì)

設(shè)備的操作方式大致分為手動(dòng)方式和自動(dòng)方式，圖7-1所示的操作面板就是據(jù)此考慮的：

 

圖7-1 操作面板

八、元件明細(xì)表

PLC設(shè)備元件明細(xì)表如下表8-1所示：

表8-1                             元件明細(xì)表

序號(hào)	標(biāo)號(hào)	名稱	規(guī)格型號(hào)	數(shù)量
1	SB1	啟動(dòng)按鈕開關(guān)		1
2	SB2	停止按鈕開關(guān)		1
3	HJ1—HJ5	呼叫按鈕開關(guān)		5
4	LS1—LS5	行 程 開 關(guān)		5
5	KM1	電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器		1
6	KM2	電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器		1

參 考 文 獻(xiàn)

[1]何家才等.工業(yè)控制工程實(shí)踐技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社,2003

[2]鐘肇新等.可編程控制器原理及應(yīng)用.華南理工大學(xué)出版社,2003

[3]張萬鐘等.電器與PLC控制技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社,2003

[4]程周.電氣控制與PLC應(yīng)用.電子工業(yè)出版社,2003

[5]求是科技.PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐.人民郵電出版社,2004