1、 1015321018 黃佳琛 10自動化1班 信息科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報告( 20122013 學(xué)年 第 二 學(xué)期 ) 題 目 裝卸料小車多方式運(yùn)行PLC控制 院（系、部） 控制系 課 程 名 稱 電氣控制技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì) 專 業(yè) 自動化 年 級 2010級 學(xué) 號 1015321018 姓 名 黃佳琛 指 導(dǎo) 老 師 晏來成 鄭義民 目錄第1章 引言31.1 三菱FX2N系列PLC介紹31.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求3第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理42.1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)42.1.2運(yùn)料小車的工作原理及其主要組成部分42.2 系統(tǒng)變量定義及分配表42.3 PLC接

2、線圖設(shè)計(jì)52.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)6第3章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)73.2 控制程序設(shè)計(jì)思路83.3 控制程序具體實(shí)現(xiàn)9第4章 上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)104.1 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊104.1.1 組態(tài)軟件104.1.2 組態(tài)通訊104.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)114.3 實(shí)現(xiàn)的效果11第5章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析145.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題145.2 結(jié)果分析14結(jié)束語14參考文獻(xiàn)15附錄：源程序16第一章 引言1.1三菱FX2N系列PLC介紹FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于FX2N系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功

3、能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求本次設(shè)計(jì)要求裝運(yùn)料小車滿足多方式運(yùn)行的PLC控制，實(shí)現(xiàn)控制如下：1.假設(shè)小車的初始位置是停在m（m15）號工作臺，此時SQm為ON。2.假設(shè)n（n15）號工作臺呼叫，如果：m n，小車左行到呼叫工作臺停車。m n，小車右行到呼叫工作臺停車。m n，小車不動。3.小車的停車位置應(yīng)有指示燈指示。第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理2.1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC按結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為整體式和模塊式兩類。整體式PLC 是將中央處理單元(CPU)

4、、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的I/O 擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU 是PLC 的核心，I/0 單元是連接CUP 與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。PLC 基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。2.1.2運(yùn)料小車的工作原理及其主要組成部分運(yùn)料小車工作原理是：運(yùn)料小車通過PLC的輸入單元接收來自各個工臺呼叫按鈕的呼叫信號和限位開關(guān)的通斷信號，然后PLC根據(jù)寫入的梯形圖程序?qū)斎雴卧杉降男盘栠M(jìn)行處理后更新輸出單元，從而使輸出單元所連接接觸器通斷狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而達(dá)到控制三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)向和運(yùn)轉(zhuǎn)，從而控制小車運(yùn)

5、行方向及運(yùn)行方式。2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表I/O口分配表軟元件號功能X000呼叫按鈕SB1X001呼叫按鈕SB2X002呼叫按鈕SB3X003呼叫按鈕SB4X004呼叫按鈕SB5X005位置開關(guān)SQ1X006位置開關(guān)SQ2X007位置開關(guān)SQ3X010位置開關(guān)SQ4X011位置開關(guān)SQ5X014啟動開關(guān)SQ6Y000接觸器KM1（左行）Y001接觸器KM2（右行）Y003呼叫指示燈L1Y004呼叫指示燈L2Y005呼叫指示燈L3Y006呼叫指示燈L4Y007呼叫指示燈L52.3 PLC接線圖設(shè)計(jì)2.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)1.接觸器KM1和KM2分別控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，兩者若同時閉合可能發(fā)生危險，故

6、在程序中Y000與Y002加入了互鎖，保證KM1和KM2只有其中一個被接通。2.使用開關(guān)SQ6作為系統(tǒng)的啟動/緊急制動開關(guān)，該開關(guān)閉合能使小車緊急制動并能保持小車位置信息，使開關(guān)斷開小車又能馬上恢復(fù)正常工作。3.使用限位開關(guān)。使用限位開關(guān)確保小車能準(zhǔn)確停在每個呼叫位置。第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)3.2控制程序設(shè)計(jì)思路程序控制算法實(shí)現(xiàn)主要可歸納為以下三種方案。方案一：采取按鈕呼叫信號互鎖的方式。保證只有1個按鈕呼叫信號被記憶，只有待系統(tǒng)記憶信號被處理后，方能再次響應(yīng)其他信號。該方法優(yōu)點(diǎn)是程序簡單，容易實(shí)現(xiàn)，且該算法有較好的移植性能快速移植到工臺數(shù)量較多的系統(tǒng)上，不足是該算法靈活

7、性差，效率低下，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的高效性需求，例如我在極短時間間隔內(nèi)，先最左邊工臺呼叫，其次最右邊工臺呼叫，緊接著左邊第二個工臺呼叫，則小車要先從右往左響應(yīng)第一個呼叫，又從最左邊運(yùn)行到最右邊響應(yīng)第二次呼叫，最后又要運(yùn)行至最左邊第二個工臺響應(yīng)第三次呼叫，走的路程極長，響應(yīng)時間長。故不采用該算法。方案二：采取信號記錄排序方式。即首先對工臺發(fā)出的信號按照位置順序進(jìn)行編碼，在數(shù)據(jù)寄存器區(qū)開辟一片區(qū)域按時間順序存儲呼叫信號，小車先從數(shù)據(jù)寄存器獲取一個信號信息往一個方向運(yùn)動，并在每次接觸到位置開關(guān)時，刪除一個呼叫信號，并根據(jù)小車位置信號與呼叫位置信號比較，看該方向信號是否都被響應(yīng)，如果仍存在未被響應(yīng)信號則

8、繼續(xù)保持運(yùn)動方向不變，若無該方向信號，則減少是否有反方向信號，有則反向運(yùn)行，沒有則停止。該算法既有較高的效率，能滿足工業(yè)生產(chǎn)的高效性需。求但該算法非常比較復(fù)雜，需要PLC有較快的運(yùn)算速度和較大的內(nèi)存存儲空間，且在工臺較多且工臺呼叫頻繁的場合可能會因?yàn)槌龃鎯^(qū)而產(chǎn)生信號遺失。方案三：采取小車位置編碼及呼叫信號保持的方法。由于運(yùn)料小車每次只能在接觸到一個位置開關(guān)時，使一個位置開關(guān)變?yōu)楦唠娖剑士梢栽诿看涡≤嚱佑|到位置開關(guān)時進(jìn)行執(zhí)行一次編碼指令，將位置開關(guān)高電平信號進(jìn)行編碼從而確定小車的位置信號；用指示燈輸出自保持來保持每次呼叫信號，通過判斷輸出給指示燈信號來判斷，對應(yīng)位置是否有呼叫信號輸出，并根

9、據(jù)小車位置來判斷小車的運(yùn)動方向，同時做一互鎖，小車一個方向運(yùn)動時，若仍有比較信號為高電平則小車運(yùn)動方向被保持。直至響應(yīng)完此方向信號為止，這種方案算法代碼量與方案一相差不多，而實(shí)現(xiàn)效果又能實(shí)現(xiàn)方案二的最優(yōu)路徑效果，故采用此方案。故控制程序大體方案按方案三思路。即保證小車先響應(yīng)完一個方向上所有需要響應(yīng)信號后再響應(yīng)反方向信號。這樣能使小車小車效率達(dá)到最高，運(yùn)行路徑最短。3.3 控制程序具體實(shí)現(xiàn)1.呼叫位置確定呼叫位置的確定可通過呼叫指示燈的亮滅來加以判斷，即采用自保持電路，當(dāng)呼叫按鈕Xn按下時輸出繼電器Ym線圈高電平并被保持，并將該工位對應(yīng)限位開關(guān)置高電平來使Ym斷電，即響應(yīng)后呼叫位置信號消失。呼叫

10、位置確定可由5個類似下圖程序結(jié)構(gòu)的程序來實(shí)現(xiàn)。 2.小車位置確定由于小車每次只會使一個限位開關(guān)置高電平，故可以在小車接觸到一個限位開關(guān)時就用ENCO指令對限位開關(guān)的輸入信號進(jìn)行一次編碼以確定小車位置，小車位置在運(yùn)動中到達(dá)下一個位置限位開關(guān)之前，保持不變。用該指令好處是編碼指令可以使程序可移植性大大增強(qiáng)，增加工臺只需增加編碼位數(shù)，程序做細(xì)微改動即可完成。程序結(jié)構(gòu)參見附錄程序。3.小車運(yùn)動方向控制小車運(yùn)動方向控制可以通過觸點(diǎn)比較指令來實(shí)現(xiàn)，即通過比較小車位置與工臺位置大小從而決定小車運(yùn)行方向，同時對2個運(yùn)行方向?qū)嵭谢ユi，即當(dāng)一個方向在運(yùn)行時，另外一個方向不導(dǎo)通，保證先完成1個方向所有呼叫請求響應(yīng)后

11、才會響應(yīng)另外1個方向。程序結(jié)構(gòu)如下圖所示。第四章 上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 PLC與上位監(jiān)控軟件通訊4.1.1 組態(tài)軟件本次設(shè)計(jì)上位監(jiān)控軟件采用國產(chǎn)組態(tài)王軟件。組態(tài)王軟件是一款功能強(qiáng)大，又易于上手的上位機(jī)監(jiān)控界面組態(tài)軟件。4.1.2 組態(tài)通訊三菱FX2N型PLC與上位機(jī)通過主機(jī)串口COM1采用RS232方式進(jìn)行通訊，詳細(xì)設(shè)置如下所示：4.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)4.3實(shí)現(xiàn)效果組態(tài)王的支持C語言的狀態(tài)命令語言對組態(tài)王界面進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)一定的動畫效果。在組態(tài)王內(nèi)建立一個內(nèi)存整數(shù)的變量來表示小車的運(yùn)動位置，然后將此變量作為小車動畫連接變量并利用頁面命令語言每500毫秒就對該變量根據(jù)PLC傳給組態(tài)王

12、信號來確定該變量的加減，就可以實(shí)現(xiàn)小車運(yùn)動及運(yùn)動方向的模擬。當(dāng)該變量增加到一定值時，就對組態(tài)王定義的對應(yīng)PLC的X5X11的IO變量置1來模仿送料小車碰觸到限位開關(guān)（注：由于組態(tài)王賦值與PLC的輸入輸出會相互干擾，故該高電平信號只能短暫維持，與實(shí)際情況有所出入，但由于程序部分只需要短時間高電平信號即可，故不對其進(jìn)行另外處理）由此即可實(shí)現(xiàn)利用組態(tài)王模擬裝卸料小車多方式運(yùn)行工作過程的仿真。即當(dāng)按下某個位置開關(guān)對應(yīng)的呼叫按鈕，指示燈亮，小車即運(yùn)行到該位置。小車組態(tài)王部分程序及設(shè)置如下所示。第五章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題 在梯形圖程序設(shè)計(jì)好之后，將梯形圖程序通過計(jì)算機(jī)燒錄進(jìn)FX

13、2N型PLC，并將組態(tài)王與PLC建立通訊連接。初步試驗(yàn)后，系統(tǒng)大體運(yùn)行正常，但也存在一些問題。如組態(tài)王動畫連接無法正常使用。后經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此現(xiàn)象是由于組態(tài)王圖形進(jìn)行單元合成引起，屬于軟件BUG，尚無較好解決辦法，將合成圖形拆解每部分各自進(jìn)行動畫連接后解決問題。另外還發(fā)現(xiàn)程序中存在一些細(xì)節(jié)問題，如若用左行及右行對應(yīng)輸出線圈互鎖，來保證運(yùn)行方向不變，則在小車停車時，此時左右行線圈都失電，等小車停止標(biāo)志位消失可以重新開始運(yùn)行時，小車的運(yùn)行方向可能與原來不一致。 5.2 結(jié)果分析 本次設(shè)計(jì)較好了滿足的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了用較短時間較短行程完成工作臺呼叫響應(yīng)任務(wù)。同時由于對小車位置引入了編碼指令，減小了指令爆炸現(xiàn)象的產(chǎn)生，同時增強(qiáng)了算法的可移植性。但也仍