学 号_ 0910111086__
毕 业 论 文
课 题 PLC运料小车控制系统设计
学生姓名
系 别
专业班级
指导教师 二零一三年六月
PLC 运料小车控制系统设计
摘 要
近年来，随着科技的进步和微电子行业的迅速发展，可编程序控制技术在自动化控制领域中得到广泛的运用，可编程序控制器（PLC ）因其可靠性和操作简便等特点，已经成为工业控制领域的主体。
运料小车在现代化工业生产中普遍存在。传统的运料小车大多是继电器控制，而继电器控制有着接线复杂、易出故障、维护维修不易等缺点。PLC 作为目前国际控制市场上的主流控制器，在市场、技术等方面有重大优势，利用PLC 控制来代替继电器控制已是大势所趋。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 功能强大，可扩展到多达128I/O点，且能增加特殊功能模块或扩展板，通信和数据连接功能选项使得FX1N 在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。本课题主要内容包括：分析被控对象和明确系统控制要求；PLC 选型；确定系统的I/O设备的数量及种类；控制流程设计；控制程序设计。
关键词：PLC ；运料小车；控制系统
Design of PLC transport dolly control system
Astract
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.
The car used for transport materials is common in modern factories. Traditional transport materials are mostly car relay control, relay control wiring has numerous shortcomings of the high failure rate, and the repair is not easy to maintain the shortcoming. PLC applied to transport materials to car electrical control system and can realize automatic control operation of the car and reduce system operating costs. It is powerful, can be expanded to as many as 128 I/O points, and can increase the special function modules or expansion boards. Communications and data connectivity options make FX1N in volume, communications and special function modules such important applications perfectly. The topics include: analysis of plant and a clear system control requirements; PLC selection; determine the system's I / O device number and type; control process design; control programming.
Key words ：PLC ; Material transport trolley；control system
目 录
摘要
Abstract
第一章 绪论…………………………………………………………………………………1
1.1研究背景…………………………………………………………………………………1
1.2运料小车控制系统的发展过程……………………………………………………………1
1.3本论文主要研究的内容…………………………………………………………………1
第二章 可编程控制器(PLC ) 概述…………………………………………………………2
2.1PLC 的定义…………………………………………………………………………………2
2.2PLC 的结构组成……………………………………………………………………２
2.3 PLC的工作原理……………………………………………………………………………３
2.4 PLC的编程语言……………………………………………………………………………３
2.5 PLC控制系统设计的方法…………………………………………………………………４
第三章 运料小车控制系统方案设计………………………………………………………５
3.1 控制内容与要求…………………………………………………………………………５
3.2 方案设计…………………………………………………………………………………５
第四章 控制系统硬件设计…………………………………………………………………７
4.1 PLC 选型…………………………………………………………………………………７
4.2 三相异步电动机选型……………………………………………………………………８
4.3 行程开关的选择…………………………………………………………………………８
4.4 继电器的选择……………………………………………………………………………８
4.5 PLC外部接线图……………………………………………………………………………８
第五章 控制系统软件设计…………………………………………………………………10
5.1 I/O地址分配………………………………………………………………………………10
5.2 软件流程图………………………………………………………………………………11
5.3 系统软件设计……………………………………………………………………………12
5.4 程序的调试………………………………………………………………………………30 总 结…………………………………………………………………………………31 参考文献…………………………………………………………………………………32 致 谢…………………………………………………………………………………33
图2-1 PLC组成框图……………………………………………………………………………2 图3-1 小车示意图……………………………………………………………………………5 图3-2 运料小车速度变化图…………………………………………………………………5 图3-3 运料小车控制系统图…………………………………………………………………6 图4-1 主电路图……………………………………………………………………………9 图4-2 PLC 接线图……………………………………………………………………………9 图5-1 软件流程图……………………………………………………………………………12 图5-2 小车启动梯形图 ………………………………………………………………………13 图5-3 作业点1呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………13 图5-4 作业点2呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………14 图5-5 作业点3呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………14 图5-6 作业点4呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………15 图5-7 作业点5呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………15 图5-8 作业点6呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………16 图5-9 作业点7呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………17 图5-10 作业点8呼叫梯形图程序……………………………………………………………17 图5-11 作业点9呼叫梯形图程序……………………………………………………………18 图5-12 作业点10呼叫梯形图程序 …………………………………………………………18 图5-13 行程开关梯形图程序 ………………………………………………………………19 图5-14 小车向左运行梯形图程序 …………………………………………………………21 图5-15 小车向右运行梯形图程序 …………………………………………………………23 图5-16 故障判断及处理梯形图程序 ………………………………………………………28 图5-17系统调试图…………………………………………………………………………30
表4-1 行程开关参数表………………………………………………………………………8 表5-1 输出地址分配表………………………………………………………………………10 表5-2 输入地址分配表………………………………………………………………………10 表5-3 继电器分配表…………………………………………………………………………11
第一章 绪论
1.1研究背景
PLC （可编程控制器）是20世纪60年代开始发展起来的用于取代继电器控制系统的一种新型工业装置。它以微处理器为核心，并将计算机技术、通信技术以及自动化技术结合为一体。由于其编程简单、可靠、体积小、功能完善，被广泛应用于各行各业。
运料小车在煤矿、仓库、港口车站、矿井等行业中被广泛应用，而其控制系统就是一种典型的PLC 系统。传统的运料小车大多是继电器控制，而继电器控制有着接线复杂、易出故障、维护维修不易等缺点。为了降低运料小车的运行成本, 实现自动化控制，应用可编程控制技术作为小车的控制系统。本课题主要介绍一种基于三菱FX1N 系列的运料小车PLC 控制方案。
1.2运料小车控制系统的发展过程
随着可编程控制技术的发展，小车的控制系统越来越完善，生产率不断提高。运料小车控制经历了以下三个阶段：
(1) 手动控制
20世纪60、70年代，PLC 技术便被一些企业运用到运料小车的控制中。由于可编程控制技术还处于起步阶段，发展不够成熟，机器的控制只能通过手动完成。而且早期的控制系统大多比较复杂，都是由接触器和继电器组成的系统。这种系统成本高、体积大、设计周期长，基本上没有数据处理功能和通信功能，而且操作复杂，必须有专人负责操作。
(2)自动控制
20世纪80年代，计算机技术迅速发展，计算机的价格有了一定下降。部分工控企业为了减少成本、实现自动化控制。通过机器人技术和自动化设备，将PLC 与计算机充分地结合在一起。将PLC 技术充分运用到运料小车的控制系统当中。
(3)全自动控制
现阶段，随着PLC 技术的发展，运料小车控制系统不断完善，大型PLC 不断向高性能、高速度和大容量等方向全面发展。PLC 运料小车自动控制系统的完善给工业生产带来了诸多便宜。例如新的控制系统价格低，为大型工控企业节约生产成本。由于新的系统具有连线简单，控制速度快，精度高，维修、改造方便等优点深受厂家欢迎。
1.3 本论文主要研究的内容
本论文在介绍运料小车控制系统相关背景的基础上，提出了运料小车控制系统设计方案。通过分析运料小车的控制要求确定来设计硬件部分和软件部分，并对软件进行调试，得到满足具体控制要求的系统。
第二章 可编程控制器(PLC)概述
2.1 PLC的定义
国际电工委员会(Internatio nal Electrical Com m ittee - IEC ) 对PLC 作了如下的定义: PLC 是一种为了满足工业环境而设计的电子工作系统。它运用了可编程的存储器，用在内部存储执行顺序运算、计算、逻辑运算、算术运算和计时等操作的指令，并且能够通过模拟式或者数字式的输入和输出，控制各类的生产过程或者各种机械。是近年来高速发展、运用面宽广的工业控制装置。可编程控制器根据成熟、有效的继电器控制理念和设计思路，运用不断发展更新的高新技术以及电子器件，逐渐发展成了各具特色的产品。
2.2 PLC的结构组成
PLC 的品种繁多，按其结构型式可分为整体箱式和模块组合式两种。整体箱式PLC 包括CPU 主板、I/O主板、显示面主板、内存块、电源等，这些结构组成了不可拆卸的整体。模块组合式PLC 包括CPU 模块（含存储器）、输入/输出模块、电源模块等几种类型的模块，组装在一个机架内，构成一个PLC 系统。
图2-1 PLC的组成框图
(1) CPU
CPU 即微处理器，实际就是一台单片机。上面除了CPU 、还有存储器、并行接口、串行接口、时钟。它是PLC 的核心部件，其作用是对整个PLC 的工作进行控制。它是PLC 的运算中心和控制中心，实现逻辑运算、算术运算并对整机进行协调、控制，按系统城区赋予的功能工作：
1) 对系统进行管理，如自诊断、查错、信息传送、时钟、计数、刷新等；
2) 进行程序解释，根据用户程序执行输入、输出操作等。
(2) 存储器
PLC 的存储器有两种：一是单片机上带的存储器，主要用于存储系统程序。二是用户程序存储器，通常都是CMOS 型的RAM ，存储用户程序及参数，用锂电池做后备，调
试起来也方便。还有EPROM 或EEPROM 。
(3) 输入/输出接口电路
输入/输出接口电路是PLC 与被控对象（机械设备或生产过程）联系的桥梁。现场信息输入接口传送给CPU ，CPU 的运算结果、发出的命令经输出接口送到有关设备或现场。输入输出信号分为开关量、模拟量、数字量三种类型。
(4) 电源
电源是PLC 整机的能源供给中心。PLC 系统中有两种电源：一种是内部电源，是PLC 主机内部电路的工作电源。要求性能稳定、工作可靠，一般使用开关稳压电源。另一种是外部电源（或称用户电源），用于传送现场信息或驱动现场执行机构，通常由用户另备。
(5) 扩展接口
用于系统扩展输入、输出点数。这种扩展接口实际为总线形式，可配接开关量的I/O单元，也可配置如模拟量、高速脉冲等单元以及通信适配器等。如I/O点离主机较远，可设置一个I/O子系统将这些I/O点归纳在一起，通过远程I/O接口与主机相连。
(6) 存储器接口
可根据使用需要扩展存储器，内部与总线相连，可扩展用户程序存储区、数据参数存储区。
(7) 外设接口
外设接口实际上是PLC 的通信口，可与手持式编程器、计算机或其它外围设备相连，以实现编程、调试、运行、监视、打印和数据传送等功能。
2.3 PLC的工作原理
PLC 的工作方式是周期循环扫描. 所谓扫描就是CPU 依次对各种规定的操作项目进行访问和处理。PLC 的工作过程基本上就是用户程序的执行过程。是在系统软件控制下，依次扫描个输入点状态（输入采样），按用户程序解算控制逻辑（程序执行），然后顺序向各输出点发出相应的控制信号（输出刷新）。
2.4 PLC的编程语言
2.4.1 梯形图语言
梯形图语言是在继电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图的基础上演变而来的，它与继电器控制原理图相呼应。其特点是使用方便、修改灵巧，这是传统的继电器控制系统梯形图的硬件接线无法比拟的。
2.4.2 指令表语言
指令表语言类似于计算机的助记符语言，它是PLC 最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC 的某种操作功能。下面介绍几个常用的指令。
（1）LD/LDI指令
LD/LDI指令表示一个与输入母线相连接的开始点。LD 表示常开触点逻辑运算开始，
LDI 表示常闭触点逻辑运算开始。
（2）OUT 指令
OUT 指令是线圈驱动指令，它是一个多程序步指令，且视具体目标元件而定。
（3）AND/ANI指令
AND/ANI指令是串联连接触点指令。AND 表示常开触点的串联，ANI 表示常闭触点的串联。它们串联的触点数目不受限制，可以多次使用。
（4）OR/ORI指令
OR/ORI指令是并联连接触点指令。OR 表示常开触点的并联，ORI 表示常闭触点的并联。需多次使用时，要使用ORB 指令。
（5）ANB 指令
两个或两个以上的触点并联的电路成为并联电路块。分支电路并联电路块与前面的电路串联时，使用ANB 指令。
（6）ORB 指令
两个或两个以上的触点串联的电路成为并联电路块，使用ANB 指令。
（7）传送指令MOV
传送指令MOV 的功能是将源操作数的内容传送道目标操作数
（8）比较指令CMP
比较指令CMP 是用来实现两个数据的大小比较。当输入条件满足时，执行比较指令，比较结果送到目标操作数为首地址的软件中。
2.5 PLC控制系统设计的方法
（1）分析工艺流程和控制要求
（2）确定输入输出（I/O）设备
（3）PLC 型号的选择
（4）I/O地址分配
（5）空隙系统程序设计
（6）系统调试
第三章 运料小车系统方案设计
3.1 控制内容与要求
3.1.1运料小车的运动流程
某生产线上用运料小车将生产原料运送至10个作业点上，供设备与生产人员使用，要求小车能够响应生产作业点的呼叫，并迅速准确地停靠各个生产作业点，使生产过程顺利进行。小车的控制机构有启动按钮和停止按钮。每个作业点分别编号、配备呼叫按钮和用于监视小车是否准确停靠的行程开关。运料小车工作示意图如图3-1所示。
3.1.2
运料小车能满足下面的控制要求：
按下启动按钮，系统开始工作；按下停止按钮，小车立即停止动作；呼叫按钮有互锁功能，当一个或多个呼叫按钮被按下后，系统能准确识别出按钮位置，响应最先按下的按钮。若小车停靠的位置编号小于呼叫按钮的编码值，电动机正转，小车向右运动到作业点停靠；反之，则向左运动到作业点停靠。若小车停靠的位置编号等于呼叫按钮的编码值，小车保持不动。若行程开关和电动机正反继电器出现故障，小车能及时停机，防止事故发生。 3.2 方案设计
3.2.1 运料小车运动分析
根据生产工艺要求，设计出小车在运料过程中的速度变化情况如图3-2所示。
图3-2 运料小车速度变化图
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3.2.2 控制方案
3.2.2.1 控制系统图
整个系统控制点数比较多，有数据处理、运料车位置显示、故障停止等。 控制系统图如图3-3所示：
图3-3 运料小车控制系统框图
3.2.2.2 PLC 框架配置
运料小车控制采用三菱的FX 1N 系列整体式PLC ，它控制着整个系统按照控制要求有条不紊地运行。
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第四章 控制系统的硬件设计
4.1 PLC的选型
4.1.1 选型分析
在PLC 控制系统硬件设计时，首先要确定控制方案，然后根据具体要求进行PLC 选型。设计选型的主要依据就是工艺特点和应用要求。所选择的PLC 硬件配置、软件配置及功能应该和装置规模及控制要求相适应。熟悉可编控制器、相关程序语言及功能表图可以缩短编程的时间。所以PLC 选型时，应该先分析工艺特点和要求、明确任务和范围、确定操作和动作，然后根据控制要求，估算I/O点数、存储器容量、确定PLC 功能以及外部设备的型号等。
4.1.2 PLC机型选择
根据系统I/O信号的性质和数量, 本论文选用FX 1N -40MR 主机。该型号的主机由AC24V 供电，自带24点数字量输入，16点数字量输出，可满足系统I/O信号要求，完成运料小车的控制任务。
(1)输入/输出模块的选择
对输入模块，应考虑信号传递距离、信号电平、信号供电方式、信号隔离等应用要求。 模块电源:在选择交流输入、输出模块时，供电电源为隔离变压器，可防止外部电路故障对模块电源造成一定的损伤。电源采用双绞线，绞距为1～2CM 。隔离变压器的容量为电源组件容量的1.5～2倍。选择直流模块时，其外接电源的波纹值应该满足模块的要求。若选择模拟量模块，应该备用一个电源它的作用就是稳定电压。
电压等级:电压等级在选择时是一个重要的参考数据，选择电压等级的主要依据是模块与现场设备的距离。距离较长时，可选用220V 模块；距离短并且控制集中时可选择优24V 模块。
对输出模块，应考虑输出模块类型。通常继电器输出模块价格便宜使用的范围也比较广泛，但是寿命很短而且响应时间长。可控硅输出模块价格贵，过载能力差但能适应开关频繁的场合。输出模块还有直流输出、交流输出、模拟量输出等。 (2)存储器的选择
由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降。为保证应用项目的正常投资，一般要求存储器的容量，256个I/O点至少选用8k 存储器。本系统I/O点数少于256个，因此8k 存储器足够使用。
(3)冗余功能的选择
控制单元冗余 ：CPU （包括存储器）及电源均应1：1冗余。
I/O接口冗余：控制回路的多点I/O卡应冗余配置、重点监测点的多点I/O卡应冗余配置、根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化接口单元。
(4)抗干扰措施
由于产生干扰的因素复杂多样，因此采用的抗干扰要根据情况而定。PLC 的供电电源一般为85V ～220V 左右，它的适应电源范围较宽。为了防止干扰，在电源引入端安装一个隔离变压器，可以减少设备与地面的干扰。该隔离变压器带有一个变比为1:1的屏蔽
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层。还可以在电源输入端串接一个LC 滤波电路。 4.2 三相异步电动机选型
使用电压：AC24～380V ；输出功率：2～100W ；转速等级：500～6000r/min；连续可输出转矩10～600N·m ；用于运料小车。 4.3 行程开关选择
LX2-121单臂式行程开关主要参数如表4-1。
4.4 继电器
在电动机的正反转继电器中所运用的微处理器智能控制技术为SMT 工艺。它不仅可以在输入端设置硬件、软件正反互锁，还可以在强电输出端也设置互锁。当撤销A 路控制信号而A 路晶闸管该断开却未断开时，B 路晶闸管即使有信号也不会立即接通。在380V 强电未接入情况下，即使输入端有控制信号也不会触发晶闸管导通。控制电压DC12～24V ，工作电流25～45mA 。 4.5 PLC外部接线图
4.5.1 主电路
主电路包括开始按钮开关、停止按钮开关和三相异步电动机。他的工作原理是当继电器接受到当前位置编码与呼叫站台编码比较结果后；可以通过控制继电器控制三相异步电动机的正反转，来控制运料小车向左运行或者向右运行。
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图4-1 主电路图
4.5.2 电气接线图
图4-2 电气接线图
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第五章 控制系统软件设计
5.1 I/O地址分配
由于CPU 模块有24点数字输入，16点数字输出，所以不需要输入输出模块。I/O地址分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X000－X031，输出端子对应的输出地址是Y000-Y017。 5.1.1 数字量输出部分
本控制系统所要控制的外部设备只有控制小车运动的三相电动机一个。但是电机有正转和反转两个状态，分别都对应正转和反转继电器，所以输出点应有两个具体输出，分配如下表5-1所示。
5.1.2 数字量输入部分
本控制系统有启动按钮开关、停止按钮开关、10个呼叫按钮开关、10个行程开关共22个输入点。具体的输入分配如表5-2所示。
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5.1.3 内部继电器部分
内部继电器分配如表5-3所示。
5.2 软件流程图
系统的工作过程是：流程开始，首先按下开始按钮，判断此时小车是否发生故障，如果发生故障则小车停止运行，如果没有故障小车开始运行并把当前位置编码输入数据寄存器中；然后按下呼叫按钮开关，比较小车当前位置编码与呼叫按钮位置编码，若小车当前位置编码大于呼叫作业点的编码，小车向右行驶并判断小车是否到达呼叫站台如果到达则小车停止运行，如果没有到达则小车继续向右运行；反之小车向左行驶并判断小车是否到达呼叫站台如果到达则小车停止运行，如果没有到达则小车继续向左运行，若二者相等小车则停在当前位置不动；工作完成后按下停止按钮，流程结束。
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图5-1 软件流程图
5.3 系统软件设计
5.3.1 小车启停控制
当按下小车启动按钮时，常开触点X000得电，辅助继电器M0得电，小车开始运动；按下停止按钮时，常闭出点X001得电，辅助继电器M0失电，小车停止运动。小车启停的梯形图程序如图5-2所示，该段小车启停控制程序为：
LD X000 OR M0
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ANI X001
OUT M0 ；小车启停辅助继电器
图5-2 小车启动梯形图
5.3.2 呼叫按钮
在该段程序中，有10个作业点，分别分配代码“0～9”。由于10个呼叫按钮开关之间是互锁的，先按下者优先，所以需要10个辅助继电器M1～M10。当有呼叫按钮按下时，相应的呼叫按钮开关得电，该站点的辅助继电器M 得电，同时把该作业点的代码送到数据寄存器D1中，以供判断小车下一步行动时使用。 例如，1作业点呼叫，X002得电，M1得电，代码“0”送入数据寄存器D1中，依此类推。本段呼叫按钮程序如图5-3、5-4、5-5、5-6、5-7、5-8、5-9、5-10、5-11、5-12所示，随后给出了其对应的指令语句表。
图5-3 作业点1呼叫梯形图程序
LAI M2 ANI M10 ANI M3 ANI X012 ANI M4 AND M0 ANI M5 LD X002
ANI M6 OR M1 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K0 D1 ；1号站呼叫按钮开关
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ANI M9 OUT M1 ；1号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-4 作业点2呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10
ANI M3 ANI X013 ANI M4 AND M0 ANI M5 LD X003 ANI M6 OR M2 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K1 D1 ；2号站呼叫按钮开关
ANI M9 OUT M2 ；2号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-5 作业点3呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10 ANI M2 ANI X014 ANI M4 AND
M0
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ANI M5 LD X004
ANI M6 OR M3 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K2 D1 ；3号站呼叫按钮开关
ANI M9 OUT M3 ；3号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-6 作业点4呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10 ANI M2 ANI X015
ANI M3 AND M0 ANI M5 LD X005 ANI M6 OR M4 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K3 D1 ；4号站呼叫按钮开关 ANI M9 OUT M4 ；4号站呼叫按钮开关辅助继电器
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图5-7 作业点5呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10 ANI M2 ANI X016 ANI M3 AND M0 ANI M4 LD X006 ANI M6 OR M5 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K4 D1 ；5号站呼叫按钮开关
ANI M9 OUT M5 ；5号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-8 作业点6呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10
ANI M2 ANI X017 ANI M3 AND M0 ANI M4 LD X007 ANI M5 OR M6 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K5 D1 ；6号站呼叫按钮开关
ANI M9 OUT M6 ；6号站呼叫按钮开关辅助继电器
LAI M1 ANI M10
ANI M2 ANI X020 ANI M3 AND M0 ANI M4 LD X024 ANI M5 OR M7 ANI M6 ANB
ANI M8 MOV K6 D1 ；7号站呼叫按钮开关
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ANI M9 OUT M7 ；7号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-9 作业点7呼叫梯形图程序
图5-10 作业点8呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10 ANI M2 ANI X021
ANI M3 AND M0 ANI M4 LD X025 ANI M5 OR M8 ANI M6 ANB
ANI M7 MOV K7 D1；8号站呼叫按钮开关 ANI M9 OUT M8 ；8号站呼叫按钮开关辅助继电器
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图5-11 作业点9呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10
ANI M2 ANI X022 ANI M3 AND M0 ANI M4 LD X010 ANI M5 OR M9 ANI M6 ANB
ANI M7 MOV K8 D1；9号站呼叫按钮开关 ANI M8 OUT M9 ；9号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-12 作业点10呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M9
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ANI M2 ANI X023
ANI M3 LD X011 ANI M4 AND M0 ANI M5 OR M10
ANI M6 ANB
ANI M7 MOV K9 D1 ；10号站呼叫按钮开关 ANI M8 OUT M10 ；10号站呼叫按钮开关辅助继电器 5.3.3 行程开关
当小车运动到10个站点的某一个时，对应的行程开关得电，并将相应的代码送入数据寄存器D0中，以供判断小车下一步的运动方向。例如，小车运动到1号作业点的时候，行程开关X012得电，代码“0”送入数据寄存器D0中。依此类推，本段行程开关程序如图5-13所示。
图5-13 行程开关梯形图程序
LD X012
MOV K0 D0；小车在1号站，代码“0”送D0 LD X013
MOV K1 D0；小车在2号站，代码“1”送D0 LD X014
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MOV K2 D0；小车在3号站，代码“2”送D0 LD X015
MOV K3 D0；小车在4号站，代码“3”送D0 LD X016
MOV K4 D0；小车在5号站，代码“4”送D0 LD X017
MOV K5 D0；小车在6号站，代码“5”送D0 LD X020
MOV K6 D0；小车在7号站，代码“6”送D0 LD X021
MOV K7 D0；小车在8号站，代码“7”送D0
LD X022
MOV K8 D0；小车在9号站，代码“8”送D0 LD X023
MOV K9 D0；小车在10号站，代码“9”送D0 5.3.4 比较
当按下启动按钮，如果有呼叫按钮被按下，系统开始对存有小车当前位置编码的数据寄存器D0和呼叫按钮代码的数据寄存器D1中的数据进行比较。当（D0＞D1）即小车当前位置编码大于呼叫作业点的编码时时，M11得电，小车向左运行。当（D0=D1）即小车当前位置编码等于呼叫按钮的编码时，M12得电，小车不动。当（D0＜（D1）即小车当前位置编码小于呼叫按钮的编码时时，M13得电，小车向右运行。
5.3.5 小车向左运行控制
若D0 D1，即小车当前位置编码大于呼叫作业点的编码时，继电器M11得电，小车向左运行，直到抵达呼叫的站点为止。本段小车向左运行控制程序如图5-14所示。
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图5-14 小车向左运行梯形图程序
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LD M11 ANI X017 LD M1 ORB
ANI X012 LD M7 LD M2 ANI X020 ANI X013 ORB
ORB LD M8 LD M3 ANI X021 ANI X014 ORB
ORB LD M9 LD M4 ANI X022 ANI X015 ORB
ORB LD M10 LD M5 ANI X023 ANI X016 ORB ORB ANB
LD M6 OUT Y000 ；小车向左运行 5.3.6 小车向右运行控制
若小车当前位置编码小于呼叫作业点的编码时，即D0 D1，继电器M13得电，小车向右运行。本段小车向右运行控制程序如图5-15所示。
LD M13 ANI X017 LD M1 ORB ANI X012 LD M7 LD M2 ANI X020 ANI X013 ORB
ORB LD M8 LD M3 ANI X021 ANI X014 ORB
ORB LD M9 LD M4 ANI X022 ANI X015 ORB
ORB LD M10 LD M5 ANI X023 ANI X016 ORB ORB ANB
LD M6 OUT Y001 ；小车向右运行
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5-15 小车向右运行梯形图程序
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图
5.3.7 故障判断及处理
正常情况下只有一个行程开关得电，电动机正反转继电器由于互锁，也只有一个接通。如果因为某些原因，出现两个或两个以上的行程开关得电的情况，或者出现了电动机正反转继电器中的两个继电器同时接通的情况，说明系统出现故障。此时小车行驶辅助继电器M0将被复位，小车停止运动。本段程序梯形图如图5-16所示。
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图5-16 故障判断及处理梯形图程序
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LD X012 OR X017 LD X013 OR X020 OR X014 OR X021 OR X015 OR X022 OR X016 OR X023 OR X017 ORB
OR X020 LD X016 OR X021 LD X017 OR X022 OR X023 ORB LD X013 LD X014 OR X015 OR X016 OR X017 OR X020 OR X021 OR X022 OR X023 ORB LD X014 LD X015 OR X016 OR X017 OR X020 OR X021 OR X022 OR X023 ORB LD X015 LD X016
OR X020 OR X021 OR X022 OR X023 ORB
LD X017 LD X020 OR X021 OR X022 OR X023 ORB
LD X020 LD X021 OR X022 OR X023 ORB
LD X021 LD X022 OR X023 ORB
LD X022 LD X023
ORB LD Y000
OR Y001
ORB
SET M0 ；- 29 -
5.4 系统的调试
5.4.1 编程软件
编程软件采用三菱公司的编程软件G X -Developer , 它适用于Q 、QnU 、QS 、QnA 、S 、A 、 CnC 、AnA 、FX 等可编程控制器。G X -Developer 编程软件支持梯形图、指令表、Label 、ST 及FB 、SFC 等语言程序的设计，网络参数设定，可进行在线上进行程序更改、监控及调试，具有异地读写PLC 程序功能。
5.4.2 程序的下载、安装和调试
首先将各个I/O端子和开始按钮、停止按钮、呼叫开关按钮等所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。然后打开G X -Developer 编程软件，输入运料小车程序，即可在线调试, 最终调试结果符合设计要求，如图5-17所示：
图5-17 系统调试图
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总 结
近年来，随着科学技术及微电子行业的迅速发展。自动化控制领域掀起一股高潮，可编程序控制技术得到广泛的运用。可编程序控制器（PLC ）因其可靠性和操作简便等特点，已经成为工业控制领域的主体。
早期的运料小车大多采用继电器控制，而采用继电器控制存在诸多缺点。随着科技的发展，可编程控制技术不断成熟并逐渐被工业生产所应用。本论文主要介绍的内容有论文研究的背景；运料小车的发展过程及对运料小车的功能要求；分析被控对象和明确系统控制要求；控制流程设计；确定系统的I/O设备的数量及种类；PLC 选型；控制程序设计等。 为了解决继电器控制接线复杂、易出故障、维护维修不易等缺点，采用PLC 控制。在方导师的指导下，实现了10个呼叫站的呼叫要求，故障停车，小车能正确无误的应答各呼叫站的呼叫；解决了许多问题例如控制系统硬件电路的正确设计及连接，优化配置，节约成本等。通过三菱编程软件GX-Developer 已经可以正确调试了设计程序，并在设计调试的过程中收获很多宝贵经验。
完成设计的过程是一个探索的过程。通过这次毕业设计，我将以前的很多知识从新梳理了一遍。以前模糊的概念现在能够理解得很深刻，设计过程中也学到了很多以前没接触过的知识。把理论知识充分应用到实践中，对我以后的工作有很大帮助。
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参考文献
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致 谢
光阴似箭，四年充实而愉快的大学时光即将过去，接到录取通知，满怀欣喜，背上行囊，走进铜陵，仿佛这些画面就在昨天。转眼间我就要毕业离开校园，进入社会中努力工作创造美好未来。
本文是在导师方老师的悉心指导下完成的。方老师严谨的治学态度、渊博的学识、深 厚的科研功底和敏锐的学术前瞻性对我的帮助很大；方老师的敬业精神和忘我热情，深深地感动着我，并将激励我今后在工作上不断进取，回报老师的培养。在完成毕业设计这段时间里，导师对我的学习、工作等方面都给予了真诚的关怀和帮助，这段美好时光，我将永铭于心。正是导师的帮助才使得我能够顺利完成学业。在这里请允许我向导师致以最真诚的谢意
感谢所有关心、爱护我成长的前辈、亲人和朋友们！特别感谢我的父母对我学习的鼓 励和支持，他们是我能够顺利完成学业的精神支柱。
最后对答辩委员会的专家表示崇高的敬意和深深的谢意！
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学 号_ 0910111086__
毕 业 论 文
课 题 PLC运料小车控制系统设计
学生姓名
系 别
专业班级
指导教师 二零一三年六月
PLC 运料小车控制系统设计
摘 要
近年来，随着科技的进步和微电子行业的迅速发展，可编程序控制技术在自动化控制领域中得到广泛的运用，可编程序控制器（PLC ）因其可靠性和操作简便等特点，已经成为工业控制领域的主体。
运料小车在现代化工业生产中普遍存在。传统的运料小车大多是继电器控制，而继电器控制有着接线复杂、易出故障、维护维修不易等缺点。PLC 作为目前国际控制市场上的主流控制器，在市场、技术等方面有重大优势，利用PLC 控制来代替继电器控制已是大势所趋。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 功能强大，可扩展到多达128I/O点，且能增加特殊功能模块或扩展板，通信和数据连接功能选项使得FX1N 在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。本课题主要内容包括：分析被控对象和明确系统控制要求；PLC 选型；确定系统的I/O设备的数量及种类；控制流程设计；控制程序设计。
关键词：PLC ；运料小车；控制系统
Design of PLC transport dolly control system
Astract
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.
The car used for transport materials is common in modern factories. Traditional transport materials are mostly car relay control, relay control wiring has numerous shortcomings of the high failure rate, and the repair is not easy to maintain the shortcoming. PLC applied to transport materials to car electrical control system and can realize automatic control operation of the car and reduce system operating costs. It is powerful, can be expanded to as many as 128 I/O points, and can increase the special function modules or expansion boards. Communications and data connectivity options make FX1N in volume, communications and special function modules such important applications perfectly. The topics include: analysis of plant and a clear system control requirements; PLC selection; determine the system's I / O device number and type; control process design; control programming.
Key words ：PLC ; Material transport trolley；control system
目 录
摘要
Abstract
第一章 绪论…………………………………………………………………………………1
1.1研究背景…………………………………………………………………………………1
1.2运料小车控制系统的发展过程……………………………………………………………1
1.3本论文主要研究的内容…………………………………………………………………1
第二章 可编程控制器(PLC ) 概述…………………………………………………………2
2.1PLC 的定义…………………………………………………………………………………2
2.2PLC 的结构组成……………………………………………………………………２
2.3 PLC的工作原理……………………………………………………………………………３
2.4 PLC的编程语言……………………………………………………………………………３
2.5 PLC控制系统设计的方法…………………………………………………………………４
第三章 运料小车控制系统方案设计………………………………………………………５
3.1 控制内容与要求…………………………………………………………………………５
3.2 方案设计…………………………………………………………………………………５
第四章 控制系统硬件设计…………………………………………………………………７
4.1 PLC 选型…………………………………………………………………………………７
4.2 三相异步电动机选型……………………………………………………………………８
4.3 行程开关的选择…………………………………………………………………………８
4.4 继电器的选择……………………………………………………………………………８
4.5 PLC外部接线图……………………………………………………………………………８
第五章 控制系统软件设计…………………………………………………………………10
5.1 I/O地址分配………………………………………………………………………………10
5.2 软件流程图………………………………………………………………………………11
5.3 系统软件设计……………………………………………………………………………12
5.4 程序的调试………………………………………………………………………………30 总 结…………………………………………………………………………………31 参考文献…………………………………………………………………………………32 致 谢…………………………………………………………………………………33
图2-1 PLC组成框图……………………………………………………………………………2 图3-1 小车示意图……………………………………………………………………………5 图3-2 运料小车速度变化图…………………………………………………………………5 图3-3 运料小车控制系统图…………………………………………………………………6 图4-1 主电路图……………………………………………………………………………9 图4-2 PLC 接线图……………………………………………………………………………9 图5-1 软件流程图……………………………………………………………………………12 图5-2 小车启动梯形图 ………………………………………………………………………13 图5-3 作业点1呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………13 图5-4 作业点2呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………14 图5-5 作业点3呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………14 图5-6 作业点4呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………15 图5-7 作业点5呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………15 图5-8 作业点6呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………16 图5-9 作业点7呼叫梯形图程序 ……………………………………………………………17 图5-10 作业点8呼叫梯形图程序……………………………………………………………17 图5-11 作业点9呼叫梯形图程序……………………………………………………………18 图5-12 作业点10呼叫梯形图程序 …………………………………………………………18 图5-13 行程开关梯形图程序 ………………………………………………………………19 图5-14 小车向左运行梯形图程序 …………………………………………………………21 图5-15 小车向右运行梯形图程序 …………………………………………………………23 图5-16 故障判断及处理梯形图程序 ………………………………………………………28 图5-17系统调试图…………………………………………………………………………30
表4-1 行程开关参数表………………………………………………………………………8 表5-1 输出地址分配表………………………………………………………………………10 表5-2 输入地址分配表………………………………………………………………………10 表5-3 继电器分配表…………………………………………………………………………11
第一章 绪论
1.1研究背景
PLC （可编程控制器）是20世纪60年代开始发展起来的用于取代继电器控制系统的一种新型工业装置。它以微处理器为核心，并将计算机技术、通信技术以及自动化技术结合为一体。由于其编程简单、可靠、体积小、功能完善，被广泛应用于各行各业。
运料小车在煤矿、仓库、港口车站、矿井等行业中被广泛应用，而其控制系统就是一种典型的PLC 系统。传统的运料小车大多是继电器控制，而继电器控制有着接线复杂、易出故障、维护维修不易等缺点。为了降低运料小车的运行成本, 实现自动化控制，应用可编程控制技术作为小车的控制系统。本课题主要介绍一种基于三菱FX1N 系列的运料小车PLC 控制方案。
1.2运料小车控制系统的发展过程
随着可编程控制技术的发展，小车的控制系统越来越完善，生产率不断提高。运料小车控制经历了以下三个阶段：
(1) 手动控制
20世纪60、70年代，PLC 技术便被一些企业运用到运料小车的控制中。由于可编程控制技术还处于起步阶段，发展不够成熟，机器的控制只能通过手动完成。而且早期的控制系统大多比较复杂，都是由接触器和继电器组成的系统。这种系统成本高、体积大、设计周期长，基本上没有数据处理功能和通信功能，而且操作复杂，必须有专人负责操作。
(2)自动控制
20世纪80年代，计算机技术迅速发展，计算机的价格有了一定下降。部分工控企业为了减少成本、实现自动化控制。通过机器人技术和自动化设备，将PLC 与计算机充分地结合在一起。将PLC 技术充分运用到运料小车的控制系统当中。
(3)全自动控制
现阶段，随着PLC 技术的发展，运料小车控制系统不断完善，大型PLC 不断向高性能、高速度和大容量等方向全面发展。PLC 运料小车自动控制系统的完善给工业生产带来了诸多便宜。例如新的控制系统价格低，为大型工控企业节约生产成本。由于新的系统具有连线简单，控制速度快，精度高，维修、改造方便等优点深受厂家欢迎。
1.3 本论文主要研究的内容
本论文在介绍运料小车控制系统相关背景的基础上，提出了运料小车控制系统设计方案。通过分析运料小车的控制要求确定来设计硬件部分和软件部分，并对软件进行调试，得到满足具体控制要求的系统。
第二章 可编程控制器(PLC)概述
2.1 PLC的定义
国际电工委员会(Internatio nal Electrical Com m ittee - IEC ) 对PLC 作了如下的定义: PLC 是一种为了满足工业环境而设计的电子工作系统。它运用了可编程的存储器，用在内部存储执行顺序运算、计算、逻辑运算、算术运算和计时等操作的指令，并且能够通过模拟式或者数字式的输入和输出，控制各类的生产过程或者各种机械。是近年来高速发展、运用面宽广的工业控制装置。可编程控制器根据成熟、有效的继电器控制理念和设计思路，运用不断发展更新的高新技术以及电子器件，逐渐发展成了各具特色的产品。
2.2 PLC的结构组成
PLC 的品种繁多，按其结构型式可分为整体箱式和模块组合式两种。整体箱式PLC 包括CPU 主板、I/O主板、显示面主板、内存块、电源等，这些结构组成了不可拆卸的整体。模块组合式PLC 包括CPU 模块（含存储器）、输入/输出模块、电源模块等几种类型的模块，组装在一个机架内，构成一个PLC 系统。
图2-1 PLC的组成框图
(1) CPU
CPU 即微处理器，实际就是一台单片机。上面除了CPU 、还有存储器、并行接口、串行接口、时钟。它是PLC 的核心部件，其作用是对整个PLC 的工作进行控制。它是PLC 的运算中心和控制中心，实现逻辑运算、算术运算并对整机进行协调、控制，按系统城区赋予的功能工作：
1) 对系统进行管理，如自诊断、查错、信息传送、时钟、计数、刷新等；
2) 进行程序解释，根据用户程序执行输入、输出操作等。
(2) 存储器
PLC 的存储器有两种：一是单片机上带的存储器，主要用于存储系统程序。二是用户程序存储器，通常都是CMOS 型的RAM ，存储用户程序及参数，用锂电池做后备，调
试起来也方便。还有EPROM 或EEPROM 。
(3) 输入/输出接口电路
输入/输出接口电路是PLC 与被控对象（机械设备或生产过程）联系的桥梁。现场信息输入接口传送给CPU ，CPU 的运算结果、发出的命令经输出接口送到有关设备或现场。输入输出信号分为开关量、模拟量、数字量三种类型。
(4) 电源
电源是PLC 整机的能源供给中心。PLC 系统中有两种电源：一种是内部电源，是PLC 主机内部电路的工作电源。要求性能稳定、工作可靠，一般使用开关稳压电源。另一种是外部电源（或称用户电源），用于传送现场信息或驱动现场执行机构，通常由用户另备。
(5) 扩展接口
用于系统扩展输入、输出点数。这种扩展接口实际为总线形式，可配接开关量的I/O单元，也可配置如模拟量、高速脉冲等单元以及通信适配器等。如I/O点离主机较远，可设置一个I/O子系统将这些I/O点归纳在一起，通过远程I/O接口与主机相连。
(6) 存储器接口
可根据使用需要扩展存储器，内部与总线相连，可扩展用户程序存储区、数据参数存储区。
(7) 外设接口
外设接口实际上是PLC 的通信口，可与手持式编程器、计算机或其它外围设备相连，以实现编程、调试、运行、监视、打印和数据传送等功能。
2.3 PLC的工作原理
PLC 的工作方式是周期循环扫描. 所谓扫描就是CPU 依次对各种规定的操作项目进行访问和处理。PLC 的工作过程基本上就是用户程序的执行过程。是在系统软件控制下，依次扫描个输入点状态（输入采样），按用户程序解算控制逻辑（程序执行），然后顺序向各输出点发出相应的控制信号（输出刷新）。
2.4 PLC的编程语言
2.4.1 梯形图语言
梯形图语言是在继电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图的基础上演变而来的，它与继电器控制原理图相呼应。其特点是使用方便、修改灵巧，这是传统的继电器控制系统梯形图的硬件接线无法比拟的。
2.4.2 指令表语言
指令表语言类似于计算机的助记符语言，它是PLC 最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表PLC 的某种操作功能。下面介绍几个常用的指令。
（1）LD/LDI指令
LD/LDI指令表示一个与输入母线相连接的开始点。LD 表示常开触点逻辑运算开始，
LDI 表示常闭触点逻辑运算开始。
（2）OUT 指令
OUT 指令是线圈驱动指令，它是一个多程序步指令，且视具体目标元件而定。
（3）AND/ANI指令
AND/ANI指令是串联连接触点指令。AND 表示常开触点的串联，ANI 表示常闭触点的串联。它们串联的触点数目不受限制，可以多次使用。
（4）OR/ORI指令
OR/ORI指令是并联连接触点指令。OR 表示常开触点的并联，ORI 表示常闭触点的并联。需多次使用时，要使用ORB 指令。
（5）ANB 指令
两个或两个以上的触点并联的电路成为并联电路块。分支电路并联电路块与前面的电路串联时，使用ANB 指令。
（6）ORB 指令
两个或两个以上的触点串联的电路成为并联电路块，使用ANB 指令。
（7）传送指令MOV
传送指令MOV 的功能是将源操作数的内容传送道目标操作数
（8）比较指令CMP
比较指令CMP 是用来实现两个数据的大小比较。当输入条件满足时，执行比较指令，比较结果送到目标操作数为首地址的软件中。
2.5 PLC控制系统设计的方法
（1）分析工艺流程和控制要求
（2）确定输入输出（I/O）设备
（3）PLC 型号的选择
（4）I/O地址分配
（5）空隙系统程序设计
（6）系统调试
第三章 运料小车系统方案设计
3.1 控制内容与要求
3.1.1运料小车的运动流程
某生产线上用运料小车将生产原料运送至10个作业点上，供设备与生产人员使用，要求小车能够响应生产作业点的呼叫，并迅速准确地停靠各个生产作业点，使生产过程顺利进行。小车的控制机构有启动按钮和停止按钮。每个作业点分别编号、配备呼叫按钮和用于监视小车是否准确停靠的行程开关。运料小车工作示意图如图3-1所示。
3.1.2
运料小车能满足下面的控制要求：
按下启动按钮，系统开始工作；按下停止按钮，小车立即停止动作；呼叫按钮有互锁功能，当一个或多个呼叫按钮被按下后，系统能准确识别出按钮位置，响应最先按下的按钮。若小车停靠的位置编号小于呼叫按钮的编码值，电动机正转，小车向右运动到作业点停靠；反之，则向左运动到作业点停靠。若小车停靠的位置编号等于呼叫按钮的编码值，小车保持不动。若行程开关和电动机正反继电器出现故障，小车能及时停机，防止事故发生。 3.2 方案设计
3.2.1 运料小车运动分析
根据生产工艺要求，设计出小车在运料过程中的速度变化情况如图3-2所示。
图3-2 运料小车速度变化图
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3.2.2 控制方案
3.2.2.1 控制系统图
整个系统控制点数比较多，有数据处理、运料车位置显示、故障停止等。 控制系统图如图3-3所示：
图3-3 运料小车控制系统框图
3.2.2.2 PLC 框架配置
运料小车控制采用三菱的FX 1N 系列整体式PLC ，它控制着整个系统按照控制要求有条不紊地运行。
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第四章 控制系统的硬件设计
4.1 PLC的选型
4.1.1 选型分析
在PLC 控制系统硬件设计时，首先要确定控制方案，然后根据具体要求进行PLC 选型。设计选型的主要依据就是工艺特点和应用要求。所选择的PLC 硬件配置、软件配置及功能应该和装置规模及控制要求相适应。熟悉可编控制器、相关程序语言及功能表图可以缩短编程的时间。所以PLC 选型时，应该先分析工艺特点和要求、明确任务和范围、确定操作和动作，然后根据控制要求，估算I/O点数、存储器容量、确定PLC 功能以及外部设备的型号等。
4.1.2 PLC机型选择
根据系统I/O信号的性质和数量, 本论文选用FX 1N -40MR 主机。该型号的主机由AC24V 供电，自带24点数字量输入，16点数字量输出，可满足系统I/O信号要求，完成运料小车的控制任务。
(1)输入/输出模块的选择
对输入模块，应考虑信号传递距离、信号电平、信号供电方式、信号隔离等应用要求。 模块电源:在选择交流输入、输出模块时，供电电源为隔离变压器，可防止外部电路故障对模块电源造成一定的损伤。电源采用双绞线，绞距为1～2CM 。隔离变压器的容量为电源组件容量的1.5～2倍。选择直流模块时，其外接电源的波纹值应该满足模块的要求。若选择模拟量模块，应该备用一个电源它的作用就是稳定电压。
电压等级:电压等级在选择时是一个重要的参考数据，选择电压等级的主要依据是模块与现场设备的距离。距离较长时，可选用220V 模块；距离短并且控制集中时可选择优24V 模块。
对输出模块，应考虑输出模块类型。通常继电器输出模块价格便宜使用的范围也比较广泛，但是寿命很短而且响应时间长。可控硅输出模块价格贵，过载能力差但能适应开关频繁的场合。输出模块还有直流输出、交流输出、模拟量输出等。 (2)存储器的选择
由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降。为保证应用项目的正常投资，一般要求存储器的容量，256个I/O点至少选用8k 存储器。本系统I/O点数少于256个，因此8k 存储器足够使用。
(3)冗余功能的选择
控制单元冗余 ：CPU （包括存储器）及电源均应1：1冗余。
I/O接口冗余：控制回路的多点I/O卡应冗余配置、重点监测点的多点I/O卡应冗余配置、根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化接口单元。
(4)抗干扰措施
由于产生干扰的因素复杂多样，因此采用的抗干扰要根据情况而定。PLC 的供电电源一般为85V ～220V 左右，它的适应电源范围较宽。为了防止干扰，在电源引入端安装一个隔离变压器，可以减少设备与地面的干扰。该隔离变压器带有一个变比为1:1的屏蔽
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层。还可以在电源输入端串接一个LC 滤波电路。 4.2 三相异步电动机选型
使用电压：AC24～380V ；输出功率：2～100W ；转速等级：500～6000r/min；连续可输出转矩10～600N·m ；用于运料小车。 4.3 行程开关选择
LX2-121单臂式行程开关主要参数如表4-1。
4.4 继电器
在电动机的正反转继电器中所运用的微处理器智能控制技术为SMT 工艺。它不仅可以在输入端设置硬件、软件正反互锁，还可以在强电输出端也设置互锁。当撤销A 路控制信号而A 路晶闸管该断开却未断开时，B 路晶闸管即使有信号也不会立即接通。在380V 强电未接入情况下，即使输入端有控制信号也不会触发晶闸管导通。控制电压DC12～24V ，工作电流25～45mA 。 4.5 PLC外部接线图
4.5.1 主电路
主电路包括开始按钮开关、停止按钮开关和三相异步电动机。他的工作原理是当继电器接受到当前位置编码与呼叫站台编码比较结果后；可以通过控制继电器控制三相异步电动机的正反转，来控制运料小车向左运行或者向右运行。
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图4-1 主电路图
4.5.2 电气接线图
图4-2 电气接线图
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第五章 控制系统软件设计
5.1 I/O地址分配
由于CPU 模块有24点数字输入，16点数字输出，所以不需要输入输出模块。I/O地址分配采用自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是X000－X031，输出端子对应的输出地址是Y000-Y017。 5.1.1 数字量输出部分
本控制系统所要控制的外部设备只有控制小车运动的三相电动机一个。但是电机有正转和反转两个状态，分别都对应正转和反转继电器，所以输出点应有两个具体输出，分配如下表5-1所示。
5.1.2 数字量输入部分
本控制系统有启动按钮开关、停止按钮开关、10个呼叫按钮开关、10个行程开关共22个输入点。具体的输入分配如表5-2所示。
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5.1.3 内部继电器部分
内部继电器分配如表5-3所示。
5.2 软件流程图
系统的工作过程是：流程开始，首先按下开始按钮，判断此时小车是否发生故障，如果发生故障则小车停止运行，如果没有故障小车开始运行并把当前位置编码输入数据寄存器中；然后按下呼叫按钮开关，比较小车当前位置编码与呼叫按钮位置编码，若小车当前位置编码大于呼叫作业点的编码，小车向右行驶并判断小车是否到达呼叫站台如果到达则小车停止运行，如果没有到达则小车继续向右运行；反之小车向左行驶并判断小车是否到达呼叫站台如果到达则小车停止运行，如果没有到达则小车继续向左运行，若二者相等小车则停在当前位置不动；工作完成后按下停止按钮，流程结束。
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图5-1 软件流程图
5.3 系统软件设计
5.3.1 小车启停控制
当按下小车启动按钮时，常开触点X000得电，辅助继电器M0得电，小车开始运动；按下停止按钮时，常闭出点X001得电，辅助继电器M0失电，小车停止运动。小车启停的梯形图程序如图5-2所示，该段小车启停控制程序为：
LD X000 OR M0
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ANI X001
OUT M0 ；小车启停辅助继电器
图5-2 小车启动梯形图
5.3.2 呼叫按钮
在该段程序中，有10个作业点，分别分配代码“0～9”。由于10个呼叫按钮开关之间是互锁的，先按下者优先，所以需要10个辅助继电器M1～M10。当有呼叫按钮按下时，相应的呼叫按钮开关得电，该站点的辅助继电器M 得电，同时把该作业点的代码送到数据寄存器D1中，以供判断小车下一步行动时使用。 例如，1作业点呼叫，X002得电，M1得电，代码“0”送入数据寄存器D1中，依此类推。本段呼叫按钮程序如图5-3、5-4、5-5、5-6、5-7、5-8、5-9、5-10、5-11、5-12所示，随后给出了其对应的指令语句表。
图5-3 作业点1呼叫梯形图程序
LAI M2 ANI M10 ANI M3 ANI X012 ANI M4 AND M0 ANI M5 LD X002
ANI M6 OR M1 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K0 D1 ；1号站呼叫按钮开关
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ANI M9 OUT M1 ；1号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-4 作业点2呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10
ANI M3 ANI X013 ANI M4 AND M0 ANI M5 LD X003 ANI M6 OR M2 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K1 D1 ；2号站呼叫按钮开关
ANI M9 OUT M2 ；2号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-5 作业点3呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10 ANI M2 ANI X014 ANI M4 AND
M0
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ANI M5 LD X004
ANI M6 OR M3 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K2 D1 ；3号站呼叫按钮开关
ANI M9 OUT M3 ；3号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-6 作业点4呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10 ANI M2 ANI X015
ANI M3 AND M0 ANI M5 LD X005 ANI M6 OR M4 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K3 D1 ；4号站呼叫按钮开关 ANI M9 OUT M4 ；4号站呼叫按钮开关辅助继电器
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图5-7 作业点5呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10 ANI M2 ANI X016 ANI M3 AND M0 ANI M4 LD X006 ANI M6 OR M5 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K4 D1 ；5号站呼叫按钮开关
ANI M9 OUT M5 ；5号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-8 作业点6呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10
ANI M2 ANI X017 ANI M3 AND M0 ANI M4 LD X007 ANI M5 OR M6 ANI M7 ANB
ANI M8 MOV K5 D1 ；6号站呼叫按钮开关
ANI M9 OUT M6 ；6号站呼叫按钮开关辅助继电器
LAI M1 ANI M10
ANI M2 ANI X020 ANI M3 AND M0 ANI M4 LD X024 ANI M5 OR M7 ANI M6 ANB
ANI M8 MOV K6 D1 ；7号站呼叫按钮开关
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ANI M9 OUT M7 ；7号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-9 作业点7呼叫梯形图程序
图5-10 作业点8呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10 ANI M2 ANI X021
ANI M3 AND M0 ANI M4 LD X025 ANI M5 OR M8 ANI M6 ANB
ANI M7 MOV K7 D1；8号站呼叫按钮开关 ANI M9 OUT M8 ；8号站呼叫按钮开关辅助继电器
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图5-11 作业点9呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M10
ANI M2 ANI X022 ANI M3 AND M0 ANI M4 LD X010 ANI M5 OR M9 ANI M6 ANB
ANI M7 MOV K8 D1；9号站呼叫按钮开关 ANI M8 OUT M9 ；9号站呼叫按钮开关辅助继电器
图5-12 作业点10呼叫梯形图程序
LAI M1 ANI M9
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ANI M2 ANI X023
ANI M3 LD X011 ANI M4 AND M0 ANI M5 OR M10
ANI M6 ANB
ANI M7 MOV K9 D1 ；10号站呼叫按钮开关 ANI M8 OUT M10 ；10号站呼叫按钮开关辅助继电器 5.3.3 行程开关
当小车运动到10个站点的某一个时，对应的行程开关得电，并将相应的代码送入数据寄存器D0中，以供判断小车下一步的运动方向。例如，小车运动到1号作业点的时候，行程开关X012得电，代码“0”送入数据寄存器D0中。依此类推，本段行程开关程序如图5-13所示。
图5-13 行程开关梯形图程序
LD X012
MOV K0 D0；小车在1号站，代码“0”送D0 LD X013
MOV K1 D0；小车在2号站，代码“1”送D0 LD X014
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MOV K2 D0；小车在3号站，代码“2”送D0 LD X015
MOV K3 D0；小车在4号站，代码“3”送D0 LD X016
MOV K4 D0；小车在5号站，代码“4”送D0 LD X017
MOV K5 D0；小车在6号站，代码“5”送D0 LD X020
MOV K6 D0；小车在7号站，代码“6”送D0 LD X021
MOV K7 D0；小车在8号站，代码“7”送D0
LD X022
MOV K8 D0；小车在9号站，代码“8”送D0 LD X023
MOV K9 D0；小车在10号站，代码“9”送D0 5.3.4 比较
当按下启动按钮，如果有呼叫按钮被按下，系统开始对存有小车当前位置编码的数据寄存器D0和呼叫按钮代码的数据寄存器D1中的数据进行比较。当（D0＞D1）即小车当前位置编码大于呼叫作业点的编码时时，M11得电，小车向左运行。当（D0=D1）即小车当前位置编码等于呼叫按钮的编码时，M12得电，小车不动。当（D0＜（D1）即小车当前位置编码小于呼叫按钮的编码时时，M13得电，小车向右运行。
5.3.5 小车向左运行控制
若D0 D1，即小车当前位置编码大于呼叫作业点的编码时，继电器M11得电，小车向左运行，直到抵达呼叫的站点为止。本段小车向左运行控制程序如图5-14所示。
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图5-14 小车向左运行梯形图程序
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LD M11 ANI X017 LD M1 ORB
ANI X012 LD M7 LD M2 ANI X020 ANI X013 ORB
ORB LD M8 LD M3 ANI X021 ANI X014 ORB
ORB LD M9 LD M4 ANI X022 ANI X015 ORB
ORB LD M10 LD M5 ANI X023 ANI X016 ORB ORB ANB
LD M6 OUT Y000 ；小车向左运行 5.3.6 小车向右运行控制
若小车当前位置编码小于呼叫作业点的编码时，即D0 D1，继电器M13得电，小车向右运行。本段小车向右运行控制程序如图5-15所示。
LD M13 ANI X017 LD M1 ORB ANI X012 LD M7 LD M2 ANI X020 ANI X013 ORB
ORB LD M8 LD M3 ANI X021 ANI X014 ORB
ORB LD M9 LD M4 ANI X022 ANI X015 ORB
ORB LD M10 LD M5 ANI X023 ANI X016 ORB ORB ANB
LD M6 OUT Y001 ；小车向右运行
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5-15 小车向右运行梯形图程序
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图
5.3.7 故障判断及处理
正常情况下只有一个行程开关得电，电动机正反转继电器由于互锁，也只有一个接通。如果因为某些原因，出现两个或两个以上的行程开关得电的情况，或者出现了电动机正反转继电器中的两个继电器同时接通的情况，说明系统出现故障。此时小车行驶辅助继电器M0将被复位，小车停止运动。本段程序梯形图如图5-16所示。
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图5-16 故障判断及处理梯形图程序
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LD X012 OR X017 LD X013 OR X020 OR X014 OR X021 OR X015 OR X022 OR X016 OR X023 OR X017 ORB
OR X020 LD X016 OR X021 LD X017 OR X022 OR X023 ORB LD X013 LD X014 OR X015 OR X016 OR X017 OR X020 OR X021 OR X022 OR X023 ORB LD X014 LD X015 OR X016 OR X017 OR X020 OR X021 OR X022 OR X023 ORB LD X015 LD X016
OR X020 OR X021 OR X022 OR X023 ORB
LD X017 LD X020 OR X021 OR X022 OR X023 ORB
LD X020 LD X021 OR X022 OR X023 ORB
LD X021 LD X022 OR X023 ORB
LD X022 LD X023
ORB LD Y000
OR Y001
ORB
SET M0 ；- 29 -
5.4 系统的调试
5.4.1 编程软件
编程软件采用三菱公司的编程软件G X -Developer , 它适用于Q 、QnU 、QS 、QnA 、S 、A 、 CnC 、AnA 、FX 等可编程控制器。G X -Developer 编程软件支持梯形图、指令表、Label 、ST 及FB 、SFC 等语言程序的设计，网络参数设定，可进行在线上进行程序更改、监控及调试，具有异地读写PLC 程序功能。
5.4.2 程序的下载、安装和调试
首先将各个I/O端子和开始按钮、停止按钮、呼叫开关按钮等所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。然后打开G X -Developer 编程软件，输入运料小车程序，即可在线调试, 最终调试结果符合设计要求，如图5-17所示：
图5-17 系统调试图
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总 结
近年来，随着科学技术及微电子行业的迅速发展。自动化控制领域掀起一股高潮，可编程序控制技术得到广泛的运用。可编程序控制器（PLC ）因其可靠性和操作简便等特点，已经成为工业控制领域的主体。
早期的运料小车大多采用继电器控制，而采用继电器控制存在诸多缺点。随着科技的发展，可编程控制技术不断成熟并逐渐被工业生产所应用。本论文主要介绍的内容有论文研究的背景；运料小车的发展过程及对运料小车的功能要求；分析被控对象和明确系统控制要求；控制流程设计；确定系统的I/O设备的数量及种类；PLC 选型；控制程序设计等。 为了解决继电器控制接线复杂、易出故障、维护维修不易等缺点，采用PLC 控制。在方导师的指导下，实现了10个呼叫站的呼叫要求，故障停车，小车能正确无误的应答各呼叫站的呼叫；解决了许多问题例如控制系统硬件电路的正确设计及连接，优化配置，节约成本等。通过三菱编程软件GX-Developer 已经可以正确调试了设计程序，并在设计调试的过程中收获很多宝贵经验。
完成设计的过程是一个探索的过程。通过这次毕业设计，我将以前的很多知识从新梳理了一遍。以前模糊的概念现在能够理解得很深刻，设计过程中也学到了很多以前没接触过的知识。把理论知识充分应用到实践中，对我以后的工作有很大帮助。
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参考文献
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Process of Sewage Treatment Based on Wavelet Neural Networks, Intelligent Systems Design and Applications,2006.6 .
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致 谢
光阴似箭，四年充实而愉快的大学时光即将过去，接到录取通知，满怀欣喜，背上行囊，走进铜陵，仿佛这些画面就在昨天。转眼间我就要毕业离开校园，进入社会中努力工作创造美好未来。
本文是在导师方老师的悉心指导下完成的。方老师严谨的治学态度、渊博的学识、深 厚的科研功底和敏锐的学术前瞻性对我的帮助很大；方老师的敬业精神和忘我热情，深深地感动着我，并将激励我今后在工作上不断进取，回报老师的培养。在完成毕业设计这段时间里，导师对我的学习、工作等方面都给予了真诚的关怀和帮助，这段美好时光，我将永铭于心。正是导师的帮助才使得我能够顺利完成学业。在这里请允许我向导师致以最真诚的谢意
感谢所有关心、爱护我成长的前辈、亲人和朋友们！特别感谢我的父母对我学习的鼓 励和支持，他们是我能够顺利完成学业的精神支柱。
最后对答辩委员会的专家表示崇高的敬意和深深的谢意！
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