编号:
毕业论文(设计)
题 目基于PLC的装卸料小车多方式运行的设计与控制 指导教师 王 志 娟 学生姓名 张 永 晖
学 号 201200302099 专 业 自 动 化
教学单位 德州学院机电工程系 （盖章）
二O一六年五月
德州学院毕业论文（设计）开题报告书
2016年xx月xx日 院（系） 姓 名 机电工程学院 张永晖 专 业 学 号 自动化 201200302099 论文（设计）题目 基于PLC的装卸料小车多方式运行的设计与控制 一、选题目的和意义 我国是发展中国家，工业自动化程度较低，工业自动化应用水平与工业发达国家相比滞后几十年，相当一部分机械行业仍采用传统继电器一接触器设备。我国正努力成为世界新的制造业基地，制造业的控制主要以离散控制为主，PLC是该领域控制系统的首选。同时，机械行业为提高劳动生产率和产品质量，必然会实现自动化控制，大量传统产业的自动化改造为PLC的提供更广阔的应用空间。在哥本哈根气候会议上，低碳经济成为人类关注的热点，提高生产效益成为当前各行各业的首要任务。具节能减排的自动化技术在全球提倡的“低碳经济”下当之无愧成为人们关注的技术之一。化工行业由于生产环境较差，使得PLC的使用寿命低于其它行业，相应的更换率就高于其它行业。大量使用PLC的化工设备需采 。中国现在前景十分广阔。 二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势
最早的可编程控制器是在1986年美国汽车通用公司所提出的一个控制要求,他们提出了当代最先进的可编程控制器必须具备以下几个条件:(1)使用起来操作简单，便于调节;(2)使用中的维修相比之前来说更加方便;(3)可编程控制器拥有更稳点的可靠性;(4)可以做到更加小巧;(5)可以直接把数据传送到计算机内;(6)成本相比之前来说更低;1969年，美国的数字设备公司成功生产出了首例PLC，并且在美国生产车间里取得了不错的成果，第一次把电气控制运用到编程控制器中，这也是全世界第一部PLC，美国的公司把这一成果称做Programmable。20世纪70年代初，出现了微处理器，科学家们就将微处理器添加到了PLC中，所以PLC就可以像计算机一样传送以及处理数据。20世纪70年代中期，计算机技术已经非常完善，人们又把计算机技术添加到了PLC中，PLC也就发生了本质上的变化，拥有了更快的运算速度，可以做到更加小巧，同时也可以更加高效的工作。20世纪80年代初，很多先进国家都已经引入了可编程控制器，PLC算是刚刚成熟，步入了正轨。20世纪中期，PLC的发展趋势已经能适应了世界上大部分工厂对控制器的需求，自然而然也就有了各种各样的特殊的机器。我国开始研制PLC产品是J二世纪70年代中期。1974开发了采用位片式微处理芯片的可编程顺序控制器，并且投入了应用，但一直未能形成批量生产。1977年我国又采用了美国的MCl4500集成芯片，成功研制了我国第一台具有实用价值的PLC，并且有了批量产品，开始应用于工业生产控制。为尽快提升我国PLc的技术水平，引进PLC的先进生产技术，我国1979年开始首次从美国引进PLC，引进初期的PLC主要用于冶金、电力、自动化生产线等较大的设备和系统；在以后的几年里，我国积极引进国外的PLC生产线，建立了一些合资企业。国内正在飞速发展。 三、课题设计方案 [主要说明：研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。]
1. 根据PLC控制，装卸料小车的自动控制。 2. 小车的不同控制方式。 3. 小车稳定性检测。 4. PLC梯形图。 四、计划进度安排 [主要说明：起止时间及分阶段的进度要求。] 2015.1210----2016.1.20 拟定设计（论文）题目； 2016.1.21----2016.2.16 搜集资料根据研究对象选用器件； 2016.2.16----2016.3.8 毕业设计（论文）题目论证； 2016.3.9 ----2016.3.11 改正不足，完成开题报告； 2016.3.12----2016.4.17 指导教师指导毕业设计（论文）内容，完成初稿； 2016.4.18----2016.4.22 学院开展毕业设计（论文）中期检查； 2016.4.23----2016.4.29 指导教师审阅并指导，毕业生进一步进行修改和完善； 2016.5.1 ----2016.5.13 学生完成毕业设计（论文），并提交定稿等材料； 2016.5.14----2016.5.15 进行毕业设计（论文）答辩。 五、主要参考文献
[1]张毅刚主编.单片机原理与应用设计[M](第二版).电子工业出版社.2015.6 [2] 戴成梅.智能小车运行状态控制系统设计[J].周口师范学院学报,2015（7）：75～78 [3] 欧燕文.探讨卸料机械手的PLC自动控制[J].计算机光盘软件与应用,2011（2）：20～21 [4] 杨善来.加料机PLC控制及大小车电气制动系统设计[J].有色冶金设计与研究,2011（1）：3～5 [5] 赵献丹.电机座加工线卸料机械手PLC控制系统设计[J].现代机械,2011（10）：103～105 指导教师意见及建议： 签名： 年 月 日 教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日
目录
摘要及关键词 ................................................................................................................................. 1 1.简介 .............................................................................................................................................. 1 1.1控制系统的运行方式 ............................................................................................................... 2 1.2选择可编程控制器PLC的原因 .............................................................................................. 6 2.选择S7-200的优点所在 ............................................................................................................ 7 3.控制电路设计 .............................................................................................................................. 7 3.1 I/O地址分配 ............................................................................................................................. 4 3.2接线图 ....................................................................................................................................... 5 4.软件设计 ...................................................................................................................................... 7 4.1主程序图 ................................................................................................................................... 7 4.2控制系统呼叫小车控制 ........................................................................................................... 8 4.3系统可靠性设计 ..................................................................................................................... 16 5.系统调试及结果分析 ................................................................................................................ 16 5.1系统调试 ................................................................................................................................. 16 5.2结果分析 ................................................................................................................................. 16 5.3控制系统的优点所在 ............................................................................................................. 17 6.结束语 ........................................................................................................................................ 18 参考文献 ....................................................................................................................................... 19 7.英文摘要 .................................................................................................................................... 20 谢辞 ............................................................................................................................................... 21
Directory
Abstract and key words ................................................................................................................... 1 1. Brief introduction ........................................................................................................................ 1 1.1Operation mode of control system ............................................................................................. 2 1.2 Selection reason ......................................................................................................................... 6 2. Choose the advantages of S7-200 ............................................................................................... 7 3. Control circuit design .................................................................................................................. 7 3.1 I/O address assignment .............................................................................................................. 4 3.2 Wiring diagram .......................................................................................................................... 5 4. Software design ........................................................................................................................... 7 4.1 Master program diagram ........................................................................................................... 7 4.2 Call control ................................................................................................................................ 8 4.3 System reliability design ......................................................................................................... 16 5. System debugging and result analysis ....................................................................................... 16 5.1 System debugging ................................................................................................................... 16 5.2 Result analysis ......................................................................................................................... 16 5.3 Advantages of control systems ................................................................................................ 17 6. Concluding remarks .................................................................................................................. 18 Reference ....................................................................................................................................... 19 7. Abstract in English .................................................................................................................... 20 Thank-you speech ......................................................................................................................... 21
德州学院 机电工程系 2016届 自动化专业 毕业论文（设计）
基于PLC的装卸料小车多方式运行的设计与控制
张永晖
（德州学院机电工程学院，山东德州 253023）
摘要：本论文将PLC应用到装卸料小车上，这样我们就可以实现了对装卸料小车的自动化控制。现在基于PLC的装卸料小车最重要的是可以实现装卸料小车的自动化控制，降低成本，在数据控制方面也可以非常精确也非常方便，并且可以提高生产效率。PLC应用到装卸料小车中目前已经在国外有了很多的实例，具有巨大的经济价值。
关键词：PLC；装卸料小车；自动控制；数据控制
1.简介
最早的可编程控制器是在1986年美国汽车通用公司所提出的一个控制要求,他们提出了当代最先进的可编程控制器必须具备以下几个条件:(1)使用起来操作简单，便于调节;(2)使用中的维修相比之前来说更加方便;(3)可编程控制器拥有更稳点的可靠性;(4)可以做到更加小巧;(5)可以直接把数据传送到计算机内;(6)成本相比之前来说更低;(7)输入的是交流电115V;(8)输出的电流也是交流电115V,可以直接带起来电磁阀;(9)可以有更大更方便的扩展;(10)在存储容量方面，至少要达到4KB。1969年，美国的数字设备公司成功生产出了首例PLC，并且在美国生产车间里取得了不错的成果，第一次把电气控制运用到编程控制器中，这也是全世界第一部PLC，美国的公司把这一成果称做Programmable[1]。20世纪70年代初，出现了微处理器，科学家们就将微处理器添加到了PLC中，所以PLC就可以像计算机一样传送以及处理数据。20世纪70年代中期，计算机技术已经非常完善，人们又把计算机技术添加到了PLC中，PLC也就发生了本质上的变化，拥有了更快的运算速度，可以做到更加小巧，同时也可以更加高效的工作。20世纪80年代初，很多先进国家都已经引入了可编程控制器，PLC算是刚刚成熟，步入了正轨。20世纪中期，PLC的发展趋势已经能适应了世界上大部分工厂对控制器的需求，自然而然也就有了各种各样的特殊的机器。
国内PLC发展趋势：国内所使用的PLC众多品牌中，西门子、三菱占主要地位，但是这些PLC公司绝大部分都是国外的，国内自己的特别少。
PLC品牌：三菱PLC的主要优势所在：三菱可以在任何条件下组建网络，只要有电即可，拜托了环境的限制，在此同时可以接入更多的端口进行工作，可以更好地利用有限的资源，可以说在信号方面仅次于无线网络。它自身可以提供高达14Mbps的带宽，为很多 公司和企业提供了较高的保障[2]。信号可以延伸到世界各地，这也是三菱PLC最大的优势
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所在。
虽然说，无线网络可以穿过墙体到达任何地方，但是对于比较复杂的建筑物来说，我们必须保证有很多个控制器才能使其工作，而且有一个最大的问题是，我们还是无法避免出现一些信号盲区。但是用电力线作为基础，就可以完美的解决这一问题，可以通往四面八方。所以，运营商就能将信号发往任何想要去的地方而不受限制。如果说这个技术可以完善并进行普及的话，对互联网时代的今天来说是一个质的提升。每一个电脑用户只需要拥有一个电力猫，就可以进行上网、聊天、接受电视信号、短信以及电话。正好可以用上现在已经非常完善的网络，并不需要重新连接线路，给我们的生活带来了很大的方便。而且不用打墙穿墙，就可以实现新号的传递，这样节省了人力物资，同样也避免了对于建筑物以及家具的损害。现在的技术和之前的组网技术相比较而言，PLC效率高工期短，使用起来更加方便，并且便于维修与操作，可以往更广的区域扩展。目前在中国已经有了这样的宽带上网的地方，但是费用相比之前的来说高一些，达到了70元/月，但是这个价格可以和很多地方的ADSL所耗费的资金差不多。PLC所提供的这样的一种技术，为宽带信号传递带来了极大的优势，而且可以在小区、学校、写字楼、商业机构广泛使用。
西门子PLC的主要特点：西门子PLC它的抗干扰能力是三菱所不能比的，同时也更加耐用，在使用中的维修率相对来说也低一些[3]；西门子PLC的dp通信效果也是三菱所达不到的；并且西门子的服务比较好，在网上的资料比较多，是我们可以经常接触到的一种。
1.1控制系统的运行方式
我们为了提高生产效率，要求装卸料小车在整个运行过程中都需要自动化控制，所以说我们需要一个完善的控制系统。控制系统是整个装卸料小车运行中最重要的一个环节，我们必须保证这个控制系统是非常精确的而且是不容易出错的。因为控制系统一旦出错并且发现不及时的话，整个流程就会发生故障，就会造成生产出的产品不符合要求，大大的降低了工作效率，严重的话则会对工作人员的人身安全有所危及。
因此，控制系统在这个装卸料小车多方式运行的设计中起着非常重要的作用，控制系统直接导致装卸料小车在运行中的流畅与否。
我总结出了下面图中的这样一组开关布局图如图1所示：
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图1 开关和控制按钮的位置
第一步，必须要确定好输入和输出的按钮位置，这是首要前提，我在这个程序中设置了一个启动开关SB9，还有一个停止开关SB10，这个两个开关都属于输入元件。在运行时，我找到了一台电动机，用电动机来拖动小车，当电动机正向运转时，装卸料小车向高位运行；当电动机反向运转时，装卸料小车向低位运行。我们给电动机安装了一个执行元件：接触器。每个按钮的工作位置需要一个限位开关，装卸料小车每到一个开关时，限位开关就会传给PLC控制系统一个控制信号，PLC接到信号，电动机随即停止运行，小车就会停在原地，不再向前运行。
用PLC控制装卸料小车的运行，需要以下几个必须具备的条件：
(1)当PLC开始运行时，小车会随机停在某一个工位上，如果有工位需要用车，那么那个工位就会亮起指示灯，小车接到信号就会运行到那个工位。
(2)PLC系统启动之后，当呼叫小车的工位比另一个呼叫的工位高的时候，小车可以自动驶向更高的工位；当呼叫小车的工位比另一个呼叫的工位低的时候，那么小车可以自动驶向更低的工位；当小车行驶到呼叫的工位时，小车就会停在原地。
(3)当小车到达呼车的工位30s内，呼叫小车没有反应。必须要等到30s的延时过去之后，其他工位呼叫小车才可以正常运行。
1.2选择可编程控制器PLC的原因
最早的时候，组成小车电气控制系统的都是用继电器和接触器共同构成的一个较为复杂的系统，这样做出来的系统有很多的缺点存在，比如设计周期太长、耗费金钱较多、使用的工人也比较多，并且不可以把一些数据进行加工和处理，需要有专门的工作人员来操作，大大的降低了工作效率。PLC经历了长时间的发展之后，已经形成了可以适应各种要求的PLC种类。可以应用到很多种的工业场合。并且现在的PLC具备了处理数据的功能，已经非常现代化。
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PLC作为用计算机控制的智能系统，可以面向很多工厂和企业。PLC的接线比较容易，一般来说工作人员也可以很好的理解其编程语言。操作便捷，使用的过程中维修方便，稳定性也更高。虽然PLC有多种多样的型号，但是都可以适应各种工作环境，耐低温耐高温，运行稳定，一般来说，可以稳定运行长达几万个小时。
2.选择S7-200的优点所在
如今的科技发展迅速，并且PLC的样式有很多种，可以运用到不同的实验中，选择一部能够满足本次试验要求的PLC非常重要。PLC自身所具备的优势：使用起来操作简单，便于调节，使用中的维修相比之前来说更加方便，可靠性相比之前的来说更高，所以说我选择了用PLC来做这次设计。西门子公司所研发的S7-200系列的PLC有诸多优点：功能丰富、通信流畅、造价低，所以很多厂家都在使用这款。我们一共需要18个输入点和11个输出点，所以总结出输入PLC的CPU至少有18个，我们就找到了几款可以满足拥有18个CPUS7-200系列PLC，这种PLC的CPU有三种，分别是224、224XP、226。我们在选择PLC的类型时，不仅仅要可以满足我们的技术需要，还必须要考虑造价问题，所以我选用了S7-200系列中的CPU 226 PLC。
通过对知识的查询以及老师的教导，我们发现PLC具备了非常多的优点，并且PLC非常可靠，工作效率高，在平均使用寿命上已经达到了三十年左右；在日常工作中的安装、操作、维修方面也很方便；而且我选用PLC作为小车行驶的控制系统，它所需要的控制指令也不算多，在操作中比较方便，在设计程序和调试时也很便捷，设计出来PLC的周期不长，耗资也很少。另一方面，PLC小车资源丰富，可以轻松的控制整个装卸料小车的运行。
最早的时候，组成小车电气控制系统的都是用继电器和接触器共同构成的一个较为复杂的系统，这种系统的缺点很多[4]，比如设计出来的周期太长、耗费金钱较多、使用的工人也比较多，并且不可以把一些数据进行加工和处理，需要有专门的工作人员来操作，大大的降低了效率。PLC经历了长时间的发展之后，已经形成了可以适应各种要求的PLC种类。可以应用到很多种的工业场合。并且现在的PLC具备了处理数据的功能，已经非常现代化。
所以，最后通过各种比较，我选择了用可编程控制器PLC来控制装卸料小车的多方式运行。
3.控制电路设计
系统的控制电路设计。
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3.1 I/O地址分配
根据控制要求，PLC控制运输小车的输入\\输出(I\\0)地址编排如下表所示:
表1 I/O地址分配
输入 I2.0 I2.1 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I0.4 I1.5 I1.6 I1.7 起始按钮SB9 停止按钮SB10 1号工位呼车SB1 2号工位呼车SB2 3号工位呼车SB3 4号工位呼车SB4 5号工位呼车SB5 6号工位呼车SB6 7号工位呼车SB7 8号工位呼车SB8 1号工位限位开关SQ1 2号工位限位开关SQ2 3号工位限位开关SQ3 4号工位限位开关SQ4 5号工位限位开关SQ5 6号工位限位开关SQ6 7号工位限位开关SQ7 8号工位限位开关SQ8 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 输出 电动机正传KM1 电动机反传KM2 呼车指示灯HL 1号工位成功呼车指示灯 2号工位成功呼车指示灯 3号工位成功呼车指示灯 4号工位成功呼车指示灯 5号工位成功呼车指示灯 6号工位成功呼车指示灯 7号工位成功呼车指示灯 8号工位成功呼车指示灯 3.2接线图
S7-200系列中的CPU 226 PLC可以输入多达24个点结构图，输出的点数也多达16个点；模拟量输入点数也高达32个点，输出点数也达到了32个点；最大输入输出点数为256；允许最大扩展7个模块；有内置时钟功能；脉冲输出为2个20kHZ；用户程序区达到了8KB；数据存储区达到了6KB[5]。
我总结出了本次试验的接线图如下所示：
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图2 接线图
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4.软件设计
4.1主程序图
主程序图如图3所示：
系统启动 呼车信号封锁 传送停车位信号 高位呼 何处呼车车 低位呼 传送呼车位信号 小车驶向高位 小车驶向低位 无 有呼车 小车到达呼车位停30s 有 解除呼叫信号封锁
图3控制系统程序设计图
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4.2小车呼叫控制系统
小车正转流程图如图4所示： 系统启动 初始停车位置 判断位置呼叫 位置大于呼车位 向高位行驶 Y 接触到限位开关 N 指示灯亮30s Y 是否呼叫 N
小车停止运行 图4 正转流程图
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小车反转流程图如图5所示：
Y 接触到限位开关 向高位行驶 位置大于呼车位 判断位置呼叫 初始停车位置 系统启动 N Y N 小车停止运行 是否呼叫 指示灯亮30s 图5 反转流程图
I1.0-I1.7表示1-8号这些工位呼叫小车的状态，Q1.0-Q1.7是表示呼叫小车成功时的指示灯工作，如果有一个工位呼叫小车成功，那么那个工位的呼叫指示灯就一直亮着，
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直到小车已经到达了那个工位。
我总结出了梯形图如下所示：
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参考文献：
[1]张毅刚主编.单片机原理与应用设计[M](第二版).电子工业出版社.2015.6
[2] 戴成梅.智能小车运行状态控制系统设计[J].周口师范学院学报,2015（7）：75～78 [3] 欧燕文.探讨卸料机械手的PLC自动控制[J].计算机光盘软件与应用,2011（2）：20～21 [4] 杨善来.加料机PLC控制及大小车电气制动系统设计[J].有色冶金设计与研究,2011（1）：3～5 [5] 赵献丹.电机座加工线卸料机械手PLC控制系统设计[J].现代机械,2011（10）：103～105 [6] 刘畅.基于PLC的运料小车应用控制系统设计[J].科技创新与应用,2015（3）：28～31 [7]廖常初主编.S7-200PLC编程及应用[M](第二版).机械工业出版社.2014.5 [8]尹为高.语音小车的硬件平台设计[J].科技资讯, 2011,(1)
[9]郁汉琪,盛堂红,电气控制与可编程程序控制器应用技术[M]，南京：东南大学出版社。2010:22-27 [10] 范国伟,电气控制与PLC应用技术[M]，北京：人民邮电出版社。2013(02):163-165
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Design and control of multi way operation of loading and unloading trolley based on PLC
Zhang Yonghui
（Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, 253023） Abstract: In this paper the applications of PLC to loading on the car, so we can realize the automatic control of loading the car.Of loading car based on PLC is now the most important thing is that can realize the automation of loading the car control, reduce the cost, also can be very precise in terms of data control is also very convenient, and can improve production efficiency.PLC is applied to the loading the car is now in a foreign country has a lot of examples, have great economic value.
Key Words: The automatic control, Call the car control,S7-200, The main program diagram
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谢辞
本论文是在王志娟老师的指导下完成的，在此我要感谢王志娟老师，她为我们操了那么多心，付出了那么多。而且王老师不仅仅是帮助我们完成论文，还在为人处事方面给我们做了一个很好的榜样。在步入社会之前，我很高兴可以做王老师的学生，学到了很多。王老师在平时课很多，需要有很多工作上的事需要处理，根本挤不出来时间照顾我们，但是王老师一直把我们论文的事放在心上，从刚开始的论文题目的确定，到资料的查询，再到论文整体的大纲确定，再到解决我们写论文时的种种疑惑，还有最后论文的格式，这些王老师都给了我们很多很多的意见。在做毕业设计的这两个月的时间内，王老师不仅仅教会了我们做论文，还在为人处事方面教会了我们很多，在此我向王老师表达我最诚挚最崇高的敬意。
在此，我还要感谢所有教过我的机电工程系的老师们，没有他们，我这几年来什么也学不到，并且我是在有这个专业知识的基础上才能完成的这篇论文。他们日复一日的在把他们的知识倾囊而出的教给我们，我会在以后的生活中用另一种方式来报答他们对我的教育和指导。
作者： 年 月
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德州学院毕业论文（设计）中期检查表
院(系)：机电工程学院 专业： 自动化 年 月 日
毕业论文（设计）题目：基于PLC的装卸料小车多方式运行的设计与控制 学生姓名 指导教师 张永晖 王志娟 学 号 职 称 201200302099 讲师 计划完成时间：2016年5月13日 毕业论文（设计）的进度计划： 2015.1210----2016.1.20 拟定设计（论文）题目； 2016.1.21----2016.2.15 搜集资料根据研究对象选用器件； 2016.2.16----2016.3.8 毕业设计（论文）题目论证； 2016.3.09----2016.3.11 改正不足，完成开题报告； 2016.3.12----2016.4.17 指导教师指导毕业设计（论文）内容，完成初稿； 2016.4.18----2016.4.22 学院开展毕业设计（论文）中期检查； 2016.4.23----2016.4.29 指导教师审阅并指导，进一步进行修改和完善； 2016.5.01----2016.5.13 学生完成毕业设计（论文），并提交定稿等材料； 2016.5.14----2016.5.15 进行毕业设计（论文）答辩。 完成情况： 到现在为止，为完成本论文我通过查找资料学到了很多专业性知识，在丰富了自己的专业技能的同时，更了解了一些元器件的功能与使用。 通过对PLC以及这些元器件工作原理的学习和了解，帮助我既完成了本次研究所需用的PLC的CPU型号以及执行设备的选用，又完成了相关控制软件程序的设计。在完成了论文的拟定后，使得我的专业知识有了进一步的提升了，并且我有信心完成好接下来的基于PLC的控制系统设计。 指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页） 签 名： 年 月 日
备 注：