基于plc控制的運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于PLC控制的運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要 </b></p><p>　　現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中，分工越來越細(xì)化，流水線生產(chǎn)已經(jīng)成為企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中一種重要的生產(chǎn)模式。但是由于一些生產(chǎn)車間的環(huán)境惡劣，或者是有些物料本身需要自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)送，運(yùn)料小車在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生。PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)

2、用而設(shè)計(jì)，PLC及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。因而可以說PLC是近乎理想的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。</p><p>　　本文是在對(duì)于運(yùn)料小車的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，圍繞以下幾方面展開研究：</p><p>　?。?） 通過查閱國(guó)內(nèi)外的相關(guān)文獻(xiàn)材料，結(jié)合運(yùn)料小車的工藝流程，用Solid works 三維軟件設(shè)計(jì)了小車的運(yùn)動(dòng)軌跡模型圖，使得該軌跡在保證工作要求的前

3、提下，提高了工作的安全性和效率。</p><p>　?。?） 通過查閱PLC的相關(guān)資料，考慮到該設(shè)計(jì)中運(yùn)料小車的要求，選擇了合適的PLC型號(hào)，并畫出了PLC的硬件接線原理圖。</p><p>　?。?） 選擇了符合運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)要求的一系列電子電器元件，并利用PROTEL 99 se 繪制了硬件電路接線圖。</p><p>　　（4） 利用S7-200 MW v4.0

4、編程軟件，編寫了小車的運(yùn)動(dòng)控制程序梯形圖，并結(jié)合程序語句，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了仿真模擬，取得了良好的設(shè)計(jì)效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC；運(yùn)料小車；梯形圖；仿真</p><p>　　THE MOVEMENT DESIGN OF MATERIAL CAR BASED ON PLC</p><p><b>　　Abstract</b><

5、/p><p>　　Now in the modern industry, more and more refined division, assembly line production has become an important part of enterprise production of production mode. Different departments at the same time fro

6、m different workshop produce different materials, and those materials need to be mutual transported. But because some production workshop environment is bad, or some material itself needs automation production equipment

7、delivery, the material the small car in this situation arises at the historic m</p><p>　　(1) Through the access to domestic and foreign literature material, combined with the material of the car process, wi

8、th Solid works 3D software design of the car trajectory model picture, make the tracks in the precondition of guarantee, and improve work security and efficiency. </p><p>　　(2) By referring to the relevant

9、material PLC, considering the design requirements of the material in the car, choose the suitable PLC model, and draw the PLC hardware wiring diagram. </p><p>　　(3) Choose the material conform to the requir

10、ements of the car movement a series of electronic components, and use the PROTEL 99 se to draw the hardware circuit with wiring diagram. </p><p>　　(4) Use S7-200 MW v4.0 programming software, write the smal

11、l car movement control process ladder diagram, and combined with program statements, and in the computer on the simulation, has obtained the good design effect. </p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

12、t;p><b>　　摘要Ⅰ</b></p><p>　　AbstractⅡ</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的研究背景及意義1</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)要求及主要內(nèi)容1</p><p>　　2 運(yùn)料小車的

13、整體方案分析與設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 小車整體方案分析3</p><p>　　2.2 運(yùn)料小車的工藝流程4</p><p>　　2.3 小車的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.4 運(yùn)料小車的運(yùn)行方式分析6</p><p>　　2.5 運(yùn)料小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p><p&g

14、t;　　3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 PLC的選型8</p><p>　　3.2 PLC的接線圖9</p><p>　　3.3 變頻器的選型10</p><p>　　3.4 電動(dòng)機(jī)的選擇12</p><p>　　3.4.1 正確選用電動(dòng)機(jī)的基本原則12</p><

15、p>　　3.4.2小型異步電動(dòng)機(jī)的選擇13</p><p>　　3.5 其他電器元件的選取16</p><p>　　3.5.1 行程開關(guān)的選型16</p><p>　　3.5.2 電磁繼電器的選擇17</p><p>　　4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 梯形圖概述19</p

16、><p>　　4.2 運(yùn)料小車梯形圖程序設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.2.1 程序設(shè)計(jì)流程圖19</p><p>　　4.2.2 PLC輸入輸出分配表21</p><p>　　4.2.3 運(yùn)料小車工作流程圖21</p><p>　　4.3 程序仿真25</p><p>　　5 總結(jié)

17、與展望29</p><p>　　5.1 設(shè)計(jì)總結(jié)29</p><p>　　5.2 后續(xù)工作展望29</p><p><b>　　設(shè)計(jì)圖紙說明31</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p>　　附錄 程序仿真清單33</p

18、><p><b>　　致謝42</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題的研究背景及意義</p><p>　　隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，運(yùn)料小車成為了工業(yè)運(yùn)料的主要設(shè)備之一。由于其工作效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、減少了工人的體力勞動(dòng)，在冶

19、金、有色金屬、煤礦、港口、碼頭、工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　早期運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)多為“繼電器一接觸器”組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負(fù)責(zé)操作。而20世紀(jì)以來隨著人類科技的迅猛發(fā)展，各種工業(yè)化自動(dòng)控制產(chǎn)品都在向著控制可靠，操作簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，價(jià)格低廉等方向發(fā)展，使自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)越來越容易。PLC（可編程邏輯控制

20、器）應(yīng)運(yùn)而生[1]。</p><p>　　PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，PLC 及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。因而可以說PLC 是近乎理想的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。PLC的輸入/ 輸出接口是已經(jīng)按不同需求做好的，可直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備相連接。如輸入接口可以與各種開關(guān)、傳感器連接；輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁

21、閥等連接。同時(shí)，PLC 具有很強(qiáng)的監(jiān)控功能，利用編程器、監(jiān)視器或觸摸屏等人機(jī)界面可對(duì)PLC 的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。隨著PLC技術(shù)的成熟、性價(jià)比的不斷提高，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在工業(yè)自動(dòng)化中發(fā)揮著越來越重要的作用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)將PLC應(yīng)用到工業(yè)送料小車的電氣控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)料小車的自動(dòng)化控制，使運(yùn)料小車不再需要人工控制，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。PLC運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)具有連

22、線簡(jiǎn)單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，安裝、維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)要求及主要內(nèi)容</p><p>　　本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車在A、B兩個(gè)裝料點(diǎn)裝料之后在C點(diǎn)卸料。由于小車運(yùn)行過程中會(huì)有拐彎，在拐彎處必須減速運(yùn)行以保證小車的穩(wěn)定。直線運(yùn)行時(shí)為了提高小車的效率必須使小車在較高的速度運(yùn)行。</p><p><b>　　

23、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)運(yùn)料小車的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)料小車的運(yùn)行軌跡；</p><p>　　2.確定設(shè)計(jì)的工藝流程；</p><p>　　3.進(jìn)行系統(tǒng)硬件的電路的設(shè)計(jì)；</p><p>　　4.進(jìn)行系統(tǒng)電機(jī)以及變頻器的選型；</p><p>　　5.進(jìn)行運(yùn)料小車控制系統(tǒng)的PLC功能分

24、析和設(shè)計(jì)，并進(jìn)行PLC選型、I/O口的分配及I/O接線圖；</p><p>　　6.編寫小車PLC控制程序并進(jìn)行仿真。</p><p>　　2 運(yùn)料小車的整體方案分析與設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 小車整體方案分析</p><p>　　運(yùn)料小車一般是用在焦化廠等工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備，它的突出特點(diǎn)就是要求能在兩個(gè)相距不太遠(yuǎn)的工藝地點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

25、的物料傳送功能。但是，所謂運(yùn)料小車并不一定就是小車的形狀，它可以根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品的種類，設(shè)計(jì)成漏斗狀的盒子或者小的平臺(tái)，只要在它的下面安裝一個(gè)負(fù)責(zé)控制的PLC單元和一個(gè)帶動(dòng)行走部件的電機(jī)，即可統(tǒng)稱為運(yùn)料小車，本設(shè)計(jì)中采用漏斗形式小車，小車的結(jié)構(gòu)會(huì)有詳細(xì)介紹。小車的行走距離一般比較短，從幾米到幾十米不等，這個(gè)根據(jù)物料的生產(chǎn)工藝確定。整個(gè)運(yùn)料周期可根據(jù)產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)整，載料小車的運(yùn)行模式通過主令控制器和PLC來實(shí)現(xiàn)，速度變化通過改變變頻器的頻率來

26、實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，智能主令控制器還將檢測(cè)到的料車位置以模擬信號(hào)形式送給PLC，PLC再將這些信號(hào)送給上位機(jī)，通過編程軟件在上位機(jī)動(dòng)態(tài)畫面上顯示出料車的位置和狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)料過程的監(jiān)視和在線控制。</p><p>　　根據(jù)實(shí)際情況的小車運(yùn)行分析可知，最合理的設(shè)計(jì)方式就是在小車運(yùn)行的整個(gè)過程中，實(shí)現(xiàn)全面的控制和監(jiān)測(cè)。那么如果要能夠?qū)崿F(xiàn)這種目的的話，在整個(gè)設(shè)計(jì)部分需要用到的主要硬件應(yīng)該包括</p><

27、p>　　1). 可編程控制器PLC的使用。在這一部分當(dāng)中，最重要的就是根據(jù)電磁控制器的數(shù)量決定輸入輸出的接口的多少，然后在保證接口有富余的前提下，對(duì)PLC進(jìn)行選型。這一部分的內(nèi)容是需要仔細(xì)分析的部分。</p><p>　　2). 變頻器的使用。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保

28、護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。在該設(shè)計(jì)中，變頻器不是一個(gè)特別重要的部分，因此它的重點(diǎn)就放在選型上。</p><p>　　3)、如果是設(shè)計(jì)具有實(shí)際效果的運(yùn)料小車，那還需要一個(gè)工控機(jī)的分析與選型的環(huán)節(jié)，因?yàn)樵趯?shí)際環(huán)境下，我們需要的是一個(gè)能夠隨時(shí)監(jiān)控的狀態(tài)，那么就必須要用到可視的工控機(jī)環(huán)節(jié)。</p><p>　　4)、該設(shè)計(jì)方案中使用最多的就是各種行程開關(guān)和

29、繼電器了，在利用PLC進(jìn)行控制時(shí)，最主要的就是把PLC的輸入輸出口與電磁繼電器的接口對(duì)應(yīng)好，即進(jìn)行端口標(biāo)記與分配，從而能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的控制過程。</p><p>　　硬件的接線圖如下圖2-1所示，這是外在連線示意圖，具體的硬件連線要在各種設(shè)備的零件選型完成以后才可以給出詳細(xì)的接線原理圖，要用到PROTEL連線繪圖或者AutoCAD的電氣設(shè)計(jì)模塊。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)硬件接線

30、示意圖</p><p>　　分析來看，本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容就是在根據(jù)工況的要求，選出適合的各種元器件，然后在用Protel電氣繪圖元件畫出接線圖，最后利用step-7編程軟件把小車運(yùn)動(dòng)過程中需要的程序?qū)懗鰜?，并且進(jìn)行程序的仿真。</p><p>　　2.2 運(yùn)料小車的工藝流程</p><p>　　運(yùn)料小車的工藝流程主要分為兩次的加料和一次的卸料。在相鄰的兩個(gè)加料處進(jìn)行不

31、間斷加料。每次的加料時(shí)間為20S。在加料完畢后，小車沿著既定的運(yùn)動(dòng)軌跡到達(dá)卸料的地方，進(jìn)行自動(dòng)卸料作業(yè)。這個(gè)過程持續(xù)25S的時(shí)間。</p><p>　　2.3 小車的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)小車的運(yùn)行軌跡進(jìn)行設(shè)計(jì)的根據(jù)就是小車的工藝流程分析。從上面的流程分析可知，小車的軌跡應(yīng)該是一種循環(huán)往復(fù)的形式，而且小車的運(yùn)行要在一個(gè)非直線的環(huán)境下運(yùn)行，這就給小車的軌跡設(shè)計(jì)帶來了難度。因?yàn)樵?/p>

32、每次過彎道的過程中，為了比較小車發(fā)生危險(xiǎn)，應(yīng)該對(duì)小車的速度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。這里就在每個(gè)拐彎的地方用到了行程開關(guān)，通過PLC的控制，達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目的，使得小車能夠平穩(wěn)的拐彎，而且還能達(dá)到高效的目的。為了達(dá)到運(yùn)料小車的工藝流程要求，本文給出了一種最優(yōu)的軌跡方案，其軌跡三維模型圖如下所示。</p><p>　　圖2-2 小車在甲處裝料</p><p>　　圖2-3 小車在乙處裝料</p&

33、gt;<p>　　圖2-4 小車在規(guī)定位置自動(dòng)卸料</p><p>　　系統(tǒng)的工作示意圖圖如下圖2-4,包括帶導(dǎo)軌的運(yùn)行工作臺(tái),電機(jī)，變頻器，行程開關(guān)，起動(dòng)停止控制按鈕，急停按鈕，可編程控制器，繼電器，電源等。由上面的模型圖，我們可以清晰的看到運(yùn)料小車的運(yùn)行軌跡。為了進(jìn)行進(jìn)一步的分析，我們可以通過圖2-4來進(jìn)行分析</p><p>　　圖2-4 小車運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖<

34、/p><p>　　圖中1和3是裝料點(diǎn)，9點(diǎn)是卸料點(diǎn)。假定小車停在14點(diǎn)與1點(diǎn)之間，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，小車順時(shí)針慢速行駛，到達(dá)行程開關(guān)1，小車到達(dá)裝料的甲處，電機(jī)停止，甲處綠燈亮，開始裝料，同時(shí)定時(shí)器1開始計(jì)時(shí)。定時(shí)器1到達(dá)定時(shí)時(shí)間后，裝料的甲處的狀態(tài)完成，PLC控制變頻器在高頻率段工作，小車快速行駛，至行程開關(guān)2，PLC控制變頻器工作在低頻段，小車減速，至行程開關(guān)3，小車運(yùn)行至裝料乙處，電機(jī)停止，乙處綠燈亮，開始裝料

35、，同時(shí)定時(shí)器2開始計(jì)時(shí)。定時(shí)器2到達(dá)定時(shí)時(shí)間后，裝料乙狀態(tài)完成，PLC控制變頻器在高頻率段工作，小車快速行駛，至行程開關(guān)4，小車即將拐彎，PLC控制變頻器工作在低頻段，使電機(jī)減速，至行程開關(guān)5處，小車完成拐彎，PLC控制變頻器工作在高頻段，小車快速行駛。到達(dá)6處減速拐彎，7處加速。小車到達(dá)行程開關(guān)8處PLC控制變頻器低頻工作，小車減速準(zhǔn)備卸料，到達(dá)9處，小車停止，9處綠燈亮，小車底板打開開始卸料，同時(shí)定時(shí)器3開始工作。到達(dá)定時(shí)器3定時(shí)時(shí)

36、間，卸料底板閉合，變頻器開始工作在高頻段，小車快速前進(jìn)、拐彎到達(dá)裝料的甲處，如此循環(huán)，直至按下停止按鈕。當(dāng)按下急停按鈕時(shí)，小車立即停止，紅燈亮，報(bào)警鈴報(bào)警。整</p><p>　　2.4 運(yùn)料小車的運(yùn)行方式分析</p><p>　　以上對(duì)小車的工藝流程和運(yùn)行軌跡進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，由于是彎道設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)中要包含有很多限位器，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)彎的過程中，要把速度降低到合適的數(shù)值，否則容易引起翻車的危

37、險(xiǎn)，這么多的限位器開關(guān)，也是后續(xù)的PLC選型的一個(gè)重要考慮方面，因?yàn)椴煌腜LC有個(gè)數(shù)不同的輸入輸出接口，因此要綜合這些方面進(jìn)行選型。</p><p>　　運(yùn)料小車在運(yùn)行過程中，要進(jìn)行多次的速度變化，還要經(jīng)過上下坡等一系列的過程，運(yùn)行方式比較復(fù)雜，這也給PLC的控制環(huán)節(jié)提出了很高的要求。這個(gè)運(yùn)料小車的運(yùn)行過程主要就是包括速度的加速與減速，上坡與下坡，還有裝料和卸料時(shí)的位置確定，因此，由于運(yùn)料小車的這種運(yùn)行方式比較

38、復(fù)雜，對(duì)限位器，PLC的選型，電機(jī)的調(diào)頻調(diào)速等電氣元件和技術(shù)的選擇與設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行仔細(xì)的分析。</p><p>　　如前所述，焦化廠車間中，由于有的車間特別不適合工作人員進(jìn)行工作，因此就需要用自動(dòng)控制的小車進(jìn)行物料的傳送，在焦化廠中，反應(yīng)池和地面的加料設(shè)備往往有一定的高度距離，因此，在小車的設(shè)計(jì)中還要考慮到坡度的變化帶給小車設(shè)計(jì)的影響。主要就是包括對(duì)小車的車輪要進(jìn)行適合軌道的設(shè)計(jì)，小車的單次承載能力不能過大，因?yàn)?/p>

39、在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候還要考慮它的慣性力。</p><p>　　2.5 運(yùn)料小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本文主要考慮小車加料與卸料的方便簡(jiǎn)潔，其結(jié)構(gòu)示意如圖2-5. 考慮到裝料的方便，本小車位于裝料的上部采用敞口式，物料可直接從下料口裝入小車，不需要其他環(huán)節(jié)，裝料過程簡(jiǎn)單且易于監(jiān)控，當(dāng)然這樣的裝料方式對(duì)于某些粉塵類物料，需要考慮粉塵的飄揚(yáng)污染環(huán)境。小車的四周做成一定的拔模斜度，便于物料的順利卸

40、載。小車底部開卸料口，通過電磁閥的得電與失電來控制小車底部卸料底板的開合，控制簡(jiǎn)單。</p><p>　　圖2-5 小車的正面模型圖</p><p>　　圖2-6 小車的底面模型圖</p><p><b>　　3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的硬件控制系統(tǒng)主要包括PLC、變頻器、電機(jī)、行程開關(guān)、電磁

41、線圈、報(bào)警鈴以及報(bào)警燈、電源等。這些都是為了能夠更好滿足運(yùn)料小車運(yùn)行需求，需要對(duì)它們進(jìn)行一一的選型和分析設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1 PLC的選型</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)國(guó)外的PLC產(chǎn)品有幾百種型號(hào)，而且功能也日趨完善。PLC的結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法及價(jià)格等各不相同，使用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，應(yīng)該合理的選擇PLC，提高PLC在控制系統(tǒng)中的作用。PLC的選型可

42、以從以下幾個(gè)方面考慮。</p><p><b>　　a 機(jī)型的選擇</b></p><p>　　選擇機(jī)型主要以滿足系統(tǒng)功能要求為宗旨，不要盲目的貪大求全而造成不必要的投資以及設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可以從以下幾個(gè)方面考慮：在工藝過程比較固定，環(huán)境比較好的場(chǎng)合可以選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；給予其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。因?yàn)槟K式結(jié)構(gòu)的PLC配置靈活，裝配和維

43、修方便，也便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。對(duì)于以開關(guān)量控制為主的以及帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目可以選用帶有A/D,D/A轉(zhuǎn)換的低檔機(jī)；而在應(yīng)用PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等控制比較復(fù)雜、控制功能要求比較全的工程項(xiàng)目則應(yīng)該選用高檔機(jī)。另外，對(duì)于大型的控制系統(tǒng)，應(yīng)該盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。</p><p><b>　　b 硬件選擇與配置</b></p><p>　　1）輸入/輸出的選擇與配置

44、</p><p>　　確定I/O點(diǎn)數(shù)，即確定PLC的控制規(guī)模。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需的I/O點(diǎn)數(shù)，應(yīng)考慮到以后工藝和設(shè)備的改動(dòng)或I/O點(diǎn)的損壞、故障等，一般應(yīng)預(yù)留10%～20%的備用量[2]，實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。同時(shí)應(yīng)考慮PLC提供的內(nèi)部繼電器和寄存器的數(shù)量，以節(jié)省I/O資源。I/O模塊有開關(guān)量、模擬量，還有特殊功能輸入/輸出模塊，如定位、高速計(jì)數(shù)器輸入，脈沖

45、捕捉等功能。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便

46、提高控制水平和降低應(yīng)用成本。</p><p><b>　　2）存儲(chǔ)器類選擇</b></p><p>　　存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算

47、，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的

48、存儲(chǔ)器。</p><p><b>　　3）電源的選擇</b></p><p>　　PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為

49、防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。如果電源的干擾特別嚴(yán)重，可以選擇安裝一個(gè)變比為1:1的隔離變壓器來減少干擾。</p><p><b>　　4）處理速度</b></p><p>　　PLC采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則PLC將掃描不到該信

50、號(hào)，造成信號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長(zhǎng)度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，PLC接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約0.2～0.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型PLC的掃描時(shí)間不大于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時(shí)間不大于0.2ms/K。</p><p><b>　　5）經(jīng)濟(jì)性的考慮</b></p&g

51、t;<p>　　選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品[3]。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出的卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能

52、價(jià)格比。 </p><p>　　綜合以上的選型要求和原則，考慮到本系統(tǒng)屬于小型的控制系統(tǒng)，其輸入輸出數(shù)量分別為17/8，不需要高的控制精度，在滿足系統(tǒng)要求的功能的情況下，選擇小型的S7-200PLC。其中CPU226型有24路輸入點(diǎn)，16路輸出點(diǎn)，2個(gè)擴(kuò)展模塊，248路數(shù)字量I/O點(diǎn)，35路模擬量I/O點(diǎn)。存儲(chǔ)器為24576字節(jié)，6個(gè)計(jì)數(shù)器，2路RS-485串行通信接口。編程軟件為STEP7-Micro/WIN3

53、2。</p><p>　　3.2 PLC的接線圖</p><p>　　考慮到以上的PLC的選型，為了便于后續(xù)的程序編制和仿真，需要設(shè)計(jì)出明</p><p>　　圖3-1 PLC的接線圖</p><p>　　確的接線圖，本設(shè)計(jì)的接線圖如圖3.1所示。其中SB1、SB2、SB3是控制按鈕，而SQ1-SQ14是分布在運(yùn)動(dòng)軌跡上的行程開關(guān)。L1-L4

54、是指裝料和卸料出的狀態(tài)指示燈，其中L4是急停情況下的紅色指示燈，其他三個(gè)是綠色的信號(hào)燈。B是報(bào)警鈴，而KM1是電磁繼電器的線圈，用來控制運(yùn)料小車車門的關(guān)閉。KM2和KM3是變頻器的高低速控制繼電器的線圈，通過他們的交替通電，實(shí)現(xiàn)小車的加速與減速運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　3.3 變頻器的選型</p><p>　　變頻器的選擇主要需要考慮一下幾個(gè)方面：</p><p>

55、;　　1） 變頻器及被控制的電機(jī)[4]。電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)一般不多于2為宜，否則變頻器的容量應(yīng)該適當(dāng)增大。為減少主電源穩(wěn)壓器干擾,在中間電路或變頻器輸入電路中增加電抗器,或安裝前置隔離變壓器。一般當(dāng)電機(jī)與變頻器距離超過50m時(shí),應(yīng)在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護(hù)電纜。</p><p>　　2） 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用。主要考慮變頻器的工作環(huán)境，如溫度、濕度、粉塵、酸堿度等因素。常見的變頻器結(jié)構(gòu)有敞開型、封閉型

56、和密閉型三種。敞開型主要可裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏、盤、架上，尤其適于多臺(tái)變頻器集中使用時(shí)選用,但環(huán)境條件要求較高。封閉型適于一般用途,可有少量粉塵或少許溫度、濕度的場(chǎng)合。密閉型則可適應(yīng)與環(huán)境差的場(chǎng)合。</p><p>　　3） 容量的選擇。變頻器容量選定過程，實(shí)際上是一個(gè)變頻器與電機(jī)的最佳匹配過程，最常見、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機(jī)的額定功率，但實(shí)際匹配中要考慮電機(jī)的實(shí)際功率與額定功率相差多少，

57、通常都是設(shè)備所選能力偏大，而實(shí)際需要的能力小，因此按電機(jī)的實(shí)際功率選擇變頻器是合理的，避免選用的變頻器過大，使投資增大。對(duì)于輕負(fù)載類，變頻器電流一般應(yīng)按1.1In(In為電動(dòng)機(jī)額定電流)來選擇，或按廠家在產(chǎn)品中標(biāo)明的與變頻器的輸出功率額定值相配套的最大電機(jī)功率來選擇。</p><p>　　4） 控制方式。目前常見的有兩種，一種是早期的V/F控制，另外一種就是現(xiàn)在的矢量控制。這兩種控制方式的主要區(qū)別在于：第一，控制

58、精度。矢量控制是閉環(huán)控制，因此，控制精度較高，而V/F控制屬于開環(huán)控制，其控制精度相對(duì)于矢量控制來講，要低一些。第二，就是低頻扭矩。這主要看負(fù)載的慣性，如果負(fù)載的慣性較大，而且需要長(zhǎng)期低頻運(yùn)轉(zhuǎn)的話，就要選用矢量控制的變頻器，所謂的低頻，一般是指小于等于10Hz。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中所采用的電機(jī)較小，控制精度要求不高，所以可采用V/F控制的容量較小的變頻器。由于小車只在兩種速度下運(yùn)行，對(duì)變頻器變頻的要求也

59、不高。選擇一款380V通用變頻器，其具體參數(shù)如表所示。</p><p>　　表3-1 變頻器的參數(shù)</p><p>　　3.4 電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，運(yùn)料小車的電機(jī)選擇也是一個(gè)很重要的方面。由于在小車的自動(dòng)運(yùn)行過程中，小車要經(jīng)過多次的加減速問題，因此在選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，要注意對(duì)啟停性能方面的側(cè)重要求。</p><p>　

60、　3.4.1 正確選用電動(dòng)機(jī)的基本原則</p><p>　　為了更好的達(dá)到運(yùn)料小車在運(yùn)行過程中的功率要求，在選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，要根據(jù)電源電壓、使用條件、拖動(dòng)對(duì)象選擇電動(dòng)機(jī)，要求電源電壓與電動(dòng)機(jī)額定電壓相符。并且還要考慮到安裝地點(diǎn)和工作環(huán)境，選擇各種型式的電動(dòng)機(jī)</p><p>　　1) 首先根據(jù)工作情況的要求，確定電壓的的大小，選擇高壓的380V，還是選擇低壓的220V。</p&

61、gt;<p>　　2） 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速及其它控制性能應(yīng)滿足機(jī)械特性和生產(chǎn)工藝過程的要求，電動(dòng)機(jī)工作過程中對(duì)電源供電質(zhì)量的影響（如電壓波動(dòng)、諧波干擾等），應(yīng)在容許的范圍內(nèi)；</p><p>　　3） 按預(yù)定的工作制、冷卻方法基輔在情況所確定的電動(dòng)機(jī)功率，電動(dòng)機(jī)的溫升應(yīng)在限定的范圍內(nèi)；</p><p>　　4） 根據(jù)環(huán)境條件、運(yùn)行條件、安裝方式、傳動(dòng)方式，選定

62、電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、安裝、防護(hù)形式，保證電動(dòng)機(jī)可靠工作；</p><p>　　5） 綜合考慮一次投資以及運(yùn)行費(fèi)用，整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、合理、可靠和安全。</p><p>　　3.4.2小型異步電動(dòng)機(jī)的選擇 </p><p>　　由于本設(shè)計(jì)中的運(yùn)料小車結(jié)構(gòu)比較小，因此在選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，首先要考慮的就是選擇結(jié)構(gòu)比較小的電動(dòng)機(jī)，因此在該設(shè)計(jì)中，選擇結(jié)構(gòu)比較小的異步電動(dòng)機(jī)。

63、在控制上，由于小車需要載著物料不斷的自行移動(dòng)，因此，在電源控制上選擇由電纜輸送的電源控制方法。由于運(yùn)料小車主要是在變頻器的控制下，基于PLC進(jìn)行速度的控制，因此對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度變化方面的要求不是很高，關(guān)注點(diǎn)主要集中在結(jié)構(gòu)和功率的方面。</p><p>　　小型三相異步電動(dòng)機(jī)，通常包括H80-315MM的電機(jī)，其產(chǎn)量大、用途廣，在電網(wǎng)的總負(fù)荷中，它的用電量為40%左右。六十年代初流行的為JO2系列電動(dòng)機(jī)，該系列電機(jī)的

64、功率等級(jí)、安裝尺寸與國(guó)際市場(chǎng)上的通用標(biāo)準(zhǔn)不同，另外該電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較低和缺乏噪聲控制指標(biāo)，因此現(xiàn)在我國(guó)現(xiàn)在使用的電機(jī)為Y系列電機(jī)。該電機(jī)堅(jiān)固耐用、安全可靠因此使用范圍越來越廣。然而有些用戶使用的電機(jī)年損壞率高5%，究其原因多半是選型不當(dāng)、使用不妥、保護(hù)不善的緣故。</p><p>　　小型異步電動(dòng)機(jī)可分為：基本系列、派生系列和專用系列。 </p><p>　　1） 基本系列：使用范圍廣、生產(chǎn)

65、量大，是一種通用電機(jī)，如Y系列（IP44）小型三相異步電動(dòng)機(jī)。 </p><p>　　2） 派生系列：按照不同的使用要求，在基本系列的基礎(chǔ)上做了部分改動(dòng)，另部件與基本系列有較高的通用性和一定程度的統(tǒng)一性。派生系列有電氣派生（如高效電機(jī)，YX系列）、結(jié)構(gòu)派生（如繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)YR系列）、特殊環(huán)境派生（隔爆型電動(dòng)機(jī)，YB系列）等幾種。 </p><p>　　3） 專用系列：與一般用途不同，具有

66、特殊使用要求和特殊防護(hù)條件系列，如YZ、YZR冶金及起重用異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　a 基本系列技術(shù)參數(shù) </p><p>　　1）外殼防護(hù)結(jié)構(gòu)型式 </p><p>　　Y系列小型三相異步電動(dòng)機(jī)基本系列 有IP23、IP44兩種外殼防護(hù)等級(jí)。IP23的含義是：IP－表示防護(hù)等級(jí)的標(biāo)志符號(hào)，后面的兩位數(shù)字的要求如下：第一位數(shù)字，能防止手指接觸及機(jī)殼內(nèi)帶電或

67、轉(zhuǎn)動(dòng)部分，能防止直徑大于12MM的小固體異物進(jìn)入；第二位數(shù)字，與沿垂直線成60度或小于60度的淋水對(duì)電機(jī)應(yīng)無有害影響。</p><p>　　圖3-2 小型異步電動(dòng)機(jī)Y系列IP44型電動(dòng)機(jī)</p><p>　　由于電動(dòng)機(jī)需要安裝在運(yùn)料小車上，所以在結(jié)構(gòu)上要首先滿足結(jié)構(gòu)尺寸上的要求，下面是該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座號(hào)、功率及轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)表如表3-2。</p><p>　　

68、2） 安裝結(jié)構(gòu)及型式 </p><p>　　Y系列電動(dòng)機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)，分為地腳安裝、用地腳附帶凸緣端蓋安裝和用一個(gè)凸緣端蓋安裝等三種。根據(jù)三種基本安裝結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)的安裝型式又分為臥式安裝或立式安裝和輸出軸伸向上或向下，即B3、B35、B5、V1、V15等安裝方式。在該設(shè)計(jì)中，小電機(jī)是通過螺栓連接在運(yùn)料小車的底部。小車的底部開了一個(gè)遮護(hù)的槽，把小型電動(dòng)機(jī)裝置在這個(gè)槽內(nèi)，在車底部利用電鉆，鉆出一定數(shù)量的螺栓孔，電動(dòng)機(jī)就

69、在這里通過螺栓的連接，與小車連為一體，與運(yùn)料小車一起向前移動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的輸出端是一個(gè)皮帶輪，通過電動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，帶動(dòng)主動(dòng)軸上的帶輪旋轉(zhuǎn)，從而推動(dòng)小車向前移動(dòng)。關(guān)于皮帶輪的選取，現(xiàn)在已經(jīng)有很多型號(hào)的皮帶輪可供選擇，可以根據(jù)具體的工程需要，選擇合適的皮帶。在該設(shè)計(jì)方案中，由于小車有不斷的啟動(dòng)和停止過程，中間還有可能會(huì)因?yàn)橹T如軌跡等的問題發(fā)生過載現(xiàn)象，因此設(shè)計(jì)中充分考慮到這一點(diǎn)，選擇皮帶傳輸方式，一方面工藝上容易實(shí)現(xiàn)，另一方面，可以很好的實(shí)現(xiàn)

70、過載保護(hù)。 </p><p><b>　　3） 冷卻方式 </b></p><p>　　Y系列電機(jī)基本是靠周圍空氣來循環(huán)冷卻。因?yàn)檫\(yùn)料小車在運(yùn)行過程中需要不斷地啟動(dòng)和停止，在這一過程中，會(huì)有比較大的熱量產(chǎn)生，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候，也要注意電動(dòng)機(jī)的散熱問題，從而能夠讓小車一直以比較高效的狀態(tài)運(yùn)行。</p><p>　　Y系列IP44三相異步電機(jī)在運(yùn)行

71、過程中內(nèi)部損耗（鐵損、銅損、機(jī)械損耗）產(chǎn)生的熱量全部傳遞到電機(jī)表面，通過安裝在非軸的伸端的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)周圍空氣連續(xù)吹拂電機(jī)表面，帶走上述熱量，達(dá)到冷卻電機(jī)的目的。 在該設(shè)計(jì)中，冷卻的時(shí)候是通過散熱風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)成后開口的方案，這樣可以使得小車在移動(dòng)的過程中，可以最大程度的實(shí)現(xiàn)散熱問題。</p><p>　　表3-2 Y系列IP44型電動(dòng)機(jī)機(jī)座號(hào)、功率及轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)表</p><p>　　b

72、電動(dòng)機(jī)額定功率的計(jì)算</p><p>　　在選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，要根據(jù)容量、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)選擇電動(dòng)機(jī)，如果容量選擇過小，就會(huì)發(fā)生長(zhǎng)期過載現(xiàn)象，影響電動(dòng)機(jī)壽命甚至燒毀。如果容量選擇過大，電動(dòng)機(jī)的輸出機(jī)械功率不能充分利用，功率因數(shù)也不高。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率是隨著負(fù)載變化的。為了選擇合適的電動(dòng)機(jī)，需要結(jié)合實(shí)際的工作情況，對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出功率做一定的計(jì)算，從而更加準(zhǔn)確合理的選擇電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)的功率可以由下面的公式

73、求出。</p><p>　　P=P1/η1η （3-1）</p><p>　　式中:P－電動(dòng)機(jī)的功率(KW);P1－生產(chǎn)機(jī)械功率(KW);</p><p>　　η1－生產(chǎn)機(jī)械本身效率;η－電動(dòng)機(jī)效率。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中的生產(chǎn)機(jī)械是運(yùn)料小車，它的功率是由小車一次可以運(yùn)載的貨物重量

74、決定的。在該設(shè)計(jì)中，假定小車每次可以運(yùn)送的貨物重量每次不超過100公斤，那么小車的功率最大不超過0.5KW。由于摩擦等的存在，電動(dòng)機(jī)等的效率最高不會(huì)超過0.8。由上述公式可得出，電動(dòng)機(jī)的功率大約為0.78 KW，因此可以選擇功率為1.1 KW的80 1型號(hào)的電動(dòng)機(jī)。 </p><p>　　3.5 其他電器元件的選取</p><p>　　除了PLC的選型和變頻器的選擇以外，還有一些其他元器件

75、如行程開關(guān)、電磁繼電器等。這些元器件很多都是已高度標(biāo)準(zhǔn)化了的零件，因此在選擇的時(shí)候，主要考慮到實(shí)際的用途和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行選擇。</p><p>　　3.5.1 行程開關(guān)的選型</p><p><b>　　a 行程開關(guān)概述</b></p><p>　　行程開關(guān)，是位置開關(guān)（又稱限位開關(guān)）的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件

76、的碰撞使其觸頭動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。通常，這類開關(guān)被用來限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。</p><p>　　在電氣控制系統(tǒng)中，位置開關(guān)的作用是實(shí)現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測(cè)。用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)[5]。構(gòu)造：由操作頭、觸點(diǎn)系統(tǒng)和外殼組成。</p><p>　　圖3-2 行程開

77、關(guān)的表示符號(hào)</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝在生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。</p><p>　　行程開關(guān)被廣泛應(yīng)用在各工業(yè)部門的各種生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中如組合機(jī)床和自動(dòng)線。少者用幾個(gè)兒十個(gè)，多者可達(dá)上百個(gè)。若其中任

78、何一個(gè)發(fā)生故障或損壞, 都會(huì)迫使生產(chǎn)機(jī)械停下來。所以, 行程開關(guān)的運(yùn)行好壞, 直接影響到生產(chǎn)機(jī)械的開動(dòng)率和產(chǎn)品質(zhì)量。近幾年來, 集成電路控制裝置逐漸增多, 在這種控制系統(tǒng)中, 由于采用集成電路, 控制裝置本身的故障率大大下降, 而行程開關(guān)的可靠性問題卻變得突出了。因此, 如何正確選擇和使用行程開關(guān)是一個(gè)值得重視的問題。</p><p>　　b 行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)種類</p><p>　　行程

79、開關(guān)主要包括以下兩種結(jié)構(gòu)：</p><p><b>　　1）滾輪式行程開關(guān)</b></p><p>　　當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的擋鐵塊(撞擊塊)壓到行程開關(guān)的滾輪上時(shí)，傳動(dòng)桿連同轉(zhuǎn)軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)，使凸輪推動(dòng)撞塊，當(dāng)撞擊塊碰壓到一定位置時(shí)，推動(dòng)微動(dòng)快速動(dòng)作。當(dāng)滾輪上的擋鐵塊被移開后，復(fù)位彈簧就使行程開關(guān)復(fù)位。這種是單輪自動(dòng)恢復(fù)式行程開關(guān)。而雙輪旋轉(zhuǎn)式行程開關(guān)不能自動(dòng)復(fù)原，它是依靠運(yùn)動(dòng)機(jī)

80、械反向移動(dòng)時(shí)，擋鐵塊碰撞另一滾輪將其復(fù)原。 </p><p>　　當(dāng)被控機(jī)械上的撞擊塊撞擊帶有滾輪的撞桿時(shí)，撞桿轉(zhuǎn)向右邊，帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，頂下推桿，使微動(dòng)開關(guān)中的觸點(diǎn)迅速動(dòng)作。當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)械返回時(shí)，在復(fù)位彈簧的作用下，各部分動(dòng)作部件復(fù)位。 </p><p>　　2）微動(dòng)式的行程開關(guān)　</p><p>　　微動(dòng)式的行程開關(guān)主要包括推桿、彈簧、壓縮彈簧、動(dòng)斷觸點(diǎn)、動(dòng)合觸.它的

81、作用原理和滾輪式行程開關(guān)類似，只是在受到很小的撞擊以后，就會(huì)發(fā)生動(dòng)作，動(dòng)作反應(yīng)過程比較靈敏。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，用到了比較多的行程開關(guān)，在選擇的時(shí)候，考慮到作用效果和實(shí)際工況，選擇以微動(dòng)式的行程開關(guān)為主。</p><p>　　3.5.2 電磁繼電器的選擇</p><p>　　電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱

82、輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。</p><p>　　電磁繼電器一般由電磁鐵、銜鐵、彈簧片、觸點(diǎn)等組成的，其工作電路由低壓控制電路和高壓工作電路兩部分構(gòu)成。</p><p>　　圖3-2 電磁繼電器原理示意圖</p><p>　　

83、電磁繼電器還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)化控制。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼

84、電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。</p><p>　　在該設(shè)計(jì)中，用到了三個(gè)繼電器，他們分別用來控制小車的車門關(guān)閉，變頻器的高低速度控制。</p><p>　　綜合以上的硬件選型，可以將硬件接線圖畫出，如下圖3-3所示。</p><p>　　圖3-4 硬件電路接線圖</p><p&g

85、t;　　4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1 梯形圖概述</b></p><p>　　梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電氣控制的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。</p><p>　　PL

86、C梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲(chǔ)單元，（軟繼電器），每一個(gè)軟繼電器與PLC存儲(chǔ)器中映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。該存儲(chǔ)單元為“1”狀態(tài)。則表示梯形圖中對(duì)應(yīng)軟繼電器線圈“通電”，通常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱這種狀態(tài)時(shí)軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲(chǔ)單元為“0”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述相反，稱該軟繼電器為“0

87、”或“OFF”狀態(tài)，使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。</p><p>　　梯形圖兩側(cè)的公共線稱為母線（Bus bar），在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線(左母線和右母線)之間有一個(gè)左正、右負(fù)的直流電源電壓，母線之間有“能流”，從左向右流動(dòng)。右母線可以不畫出。</p><p>　　4.2 運(yùn)料小車梯形圖程序設(shè)計(jì)</p>&

88、lt;p>　　4.2.1 程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)中小車主要需要實(shí)現(xiàn)的功能是小車在兩個(gè)位置的裝料、卸料以及小車拐彎時(shí)的加減速控制，具體的程序流程圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4-1 程序流程圖</p><p>　　4.2.2 PLC輸入輸出分配表</p><p>　　該設(shè)計(jì)采用行程開關(guān)以及按鈕作為輸入信號(hào)，

89、控制系統(tǒng)的啟動(dòng)停止以及變頻器的加速、減速，從而實(shí)現(xiàn)送料小車的裝料、卸料以及加速、減速行駛。其輸入輸出地址分配如表1所示，輸入輸出接口電路如圖2所示。利用電磁閥線圈的得電和失電來控制小車卸料閥門的開啟和關(guān)閉。</p><p>　　表4-1 PLC輸入輸出口分配</p><p>　　4.2.3 運(yùn)料小車工作流程圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)的小車行程如上圖2.4所示

90、，小車在裝料地點(diǎn)甲和裝料地點(diǎn)乙處分別裝載不同的物料，然后沿著既定的軌道走到對(duì)面就，在卸料點(diǎn)9處進(jìn)行卸料作業(yè)。然后在經(jīng)過兩個(gè)彎道，小車又進(jìn)入裝料地點(diǎn)甲處，從而又開始了一個(gè)循環(huán)。整個(gè)過程是在PLC的自動(dòng)控制下完成的，小車在正常的情況下進(jìn)行的是一種自動(dòng)運(yùn)行方式下的循環(huán)作業(yè)方式。具體的工作流程圖如下圖所述。</p><p>　　行程開關(guān)1 行程開關(guān)2</p&

91、gt;<p>　　行程開關(guān)3 行程開關(guān)4</p><p>　　行程開關(guān)5 行程開關(guān)6 行程開關(guān)7 行程開關(guān)8</p><p>　　行程開關(guān)9 行程開關(guān)10</p><p>　

92、　行程開關(guān)11 行程開關(guān)12 行程開關(guān)13 </p><p>　　行程開關(guān)14 準(zhǔn)備進(jìn)行下一循環(huán)</p><p>　　圖4-2 運(yùn)料小車工作流程圖</p><p>　　本文的軟件設(shè)計(jì)是在西門子S7-200的編程軟件上進(jìn)行的。在進(jìn)行編程以前，首先要進(jìn)行I/O口分配。在上表4-1所示，根據(jù)輸入輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系，

93、首先進(jìn)行各變量的對(duì)應(yīng)和定義。以上進(jìn)行的是把各種輸入定義成在編程軟件里的輸入表示符號(hào)。這樣的話，每個(gè)輸入在編程軟件中就都由相應(yīng)的虛擬存儲(chǔ)地址對(duì)應(yīng)。當(dāng)輸入從低電平到高電平發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，通過程序段的控制，使得輸出端進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。</p><p>　　圖4.3 程序設(shè)計(jì)中的I/O分配表</p><p>　　下面是根據(jù)控制要求，利用編程軟件S7-200，得到的梯形圖LAD。</p>&

94、lt;p>　　圖4.4 運(yùn)料小車的PLC控制程序梯形圖</p><p><b>　　程序語句：</b></p><p>　　LDN I0.2</p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　LD I0.0</p><p>　　O

95、 Q1.2</p><p>　　O I0.4</p><p>　　O I0.6</p><p>　　O I1.0</p><p>　　O I1.2</p><p>　　O I1.4</p><p>　　O

96、I1.6</p><p>　　O I2.0</p><p><b>　　ALD</b></p><p>　　AN I0.1</p><p>　　AN I0.3</p><p>　　AN I0.5</p><p>　　AN

97、 I0.7</p><p>　　AN I1.1</p><p>　　AN I1.3</p><p>　　AN I1.5</p><p>　　AN I1.7</p><p>　　AN Q1.1</p><p>　　=

98、 Q1.2</p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　LD IO.1</p><p>　　O I0.7</p><p>　　O I1.1</p><p>　　O I1.5</p><p>　　O

99、 I1.7</p><p>　　O Q1.1</p><p>　　O T37</p><p><b>　　ALD</b></p><p>　　AN I0.0</p><p>　　AN I0.4</p><p>　

100、　AN I0.6</p><p>　　AN I1.0</p><p>　　AN I1.2</p><p>　　AN I1.4</p><p>　　AN I1.6</p><p>　　AN I2.0</p><p>　　AN

101、 Q1.2</p><p>　　= Q1.1</p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　A I0.3</p><p>　　= Q0.0</p><p>　　TON T37, 200</p><p&

102、gt;<b>　　LRD</b></p><p>　　A I0.5</p><p>　　= Q0.1</p><p>　　TON T37, 200</p><p><b>　　LPP</b></p><p>　　A I1.3&

103、lt;/p><p>　　= Q0.2</p><p>　　= Q0.5</p><p>　　TON T37, 250</p><p>　　END_ORGNIZATION _BLOCK </p><p><b>　　4.3 程序仿真</b></p>

104、<p>　　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)軟件模擬實(shí)際環(huán)境進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。它具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、靈活、可多次重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛地應(yīng)用于幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，成為分析、綜合各種復(fù)雜系統(tǒng)的一種強(qiáng)有力的工具和手段。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)調(diào)試、改造都大量應(yīng)用仿真技術(shù)[6]。例如，在設(shè)計(jì)開始階段，利用仿真技術(shù)論證方案，優(yōu)選合理方案；在設(shè)計(jì)階段，仿真技術(shù)可幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)選系統(tǒng)合理結(jié)構(gòu)，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，

105、以期獲得系統(tǒng)最優(yōu)品質(zhì)和性能；在調(diào)試階段，利用仿真技術(shù)分析系統(tǒng)響應(yīng)與參數(shù)關(guān)系，指導(dǎo)調(diào)試工作，可以迅速完成調(diào)試任務(wù)；對(duì)已經(jīng)運(yùn)行的系統(tǒng)，利用仿真技術(shù)可以在不影響生產(chǎn)的條件下分析系統(tǒng)的工作狀態(tài)，預(yù)防事故發(fā)生，尋求改進(jìn)薄弱環(huán)節(jié)，以提高系統(tǒng)的性能和運(yùn)行效率。</p><p>　　目前，在可編程序控制器(PLC)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試中，越來越多地使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。各個(gè)PLC生產(chǎn)廠家?guī)缀醵纪瞥鲎约旱腜LC仿真軟件。其基本思想是

106、利用計(jì)算機(jī)來構(gòu)造一個(gè)虛擬的PLC，使得幾乎所有在實(shí)際PLC上做的事情，在虛擬PLC上都可以實(shí)現(xiàn)。PLC仿真技術(shù)的研究能夠使控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)脫離PLC硬件本身，能夠給系統(tǒng)的開發(fā)提供了一種有效的輔助手段，具有經(jīng)濟(jì)、靈活、高效等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，PLC仿真為PLC程序的調(diào)試提供強(qiáng)有力的手段和工具，為校驗(yàn)PLC控制系統(tǒng)提供了完美的虛擬環(huán)境。</p><p>　　本文為了對(duì)設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行仿真校驗(yàn)，結(jié)合s7-200的編程軟件特點(diǎn)

107、，選擇使用s7-200漢化的仿真軟件進(jìn)行程序的仿真，其仿真效果如下。 </p><p>　　在系統(tǒng)上電以前，整個(gè)程序是不工作的。如下圖4-5所示。表示停止?fàn)顟B(tài)的紅燈亮。此時(shí)并沒有輸入和輸出。</p><p>　　圖4-5 系統(tǒng)初始化</p><p>　　當(dāng)上電以后，此時(shí)的系統(tǒng)已經(jīng)為工作做好了準(zhǔn)備，但是此時(shí)也還沒有輸入和輸出的變化，只是整個(gè)系統(tǒng)處于上電啟動(dòng)狀態(tài)。代表系

108、統(tǒng)運(yùn)行的綠燈亮起。</p><p>　　圖4-6 系統(tǒng)啟動(dòng)狀態(tài)</p><p>　　當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SB1，電機(jī)開始在低轉(zhuǎn)速下向前運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)按鈕SB1由前面的輸入輸出分配表可知，SB1代表的是仿真圖中的I0.0，而代表輸出的則是Q1.2，還是由前述的分配表可知，它是代表變頻器低速狀態(tài)。在這種情況下，變頻器低速運(yùn)行，控制著電機(jī)低速運(yùn)行。</p><p>　　圖4-7

109、 運(yùn)料小車低速行駛</p><p>　　如果小車運(yùn)行在向前進(jìn)的過程中，遇到了限位開關(guān)，比如碰到裝料地點(diǎn)甲處的行程開關(guān)時(shí)SQ1，按照要求，小車是要停下來，然后綠燈1亮起，顯示在裝料狀態(tài)。這種狀態(tài)維持20S，在定時(shí)器的控制下，當(dāng)時(shí)間超過了預(yù)置的時(shí)間時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)加速的線圈，也就是Q1.1，此時(shí)對(duì)應(yīng)的是變頻器的加速調(diào)節(jié)檔位。 </p><p>　　圖4-8 運(yùn)料小車停車加料</p>