送料小車PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u5792送料小車PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例 112453第1章送料小車PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2201881.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2236351.1.1運(yùn)動(dòng)示意圖 2135141.1.2流程設(shè)計(jì) 2156851.1.3控制方案設(shè)計(jì) 3288971.2主電路設(shè)計(jì)及PLC選型設(shè)計(jì) 499411.2.1主電路設(shè)計(jì) 4109601.2.2PLC選型設(shè)計(jì) 594171.2.3I/O口分配表 7324621.3其他器件的選型 8194231.1.1送料小車的參數(shù) 8313581.1.2傳動(dòng)方案的選擇 9306241.1.3電動(dòng)機(jī)的選擇 917897第2章PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 11102252.1設(shè)計(jì)控制程序 113512.1.1正反轉(zhuǎn)控制程序 1110152.1.2小車自動(dòng)往返功能的程序設(shè)計(jì) 11264252.1.3小車點(diǎn)動(dòng)控制 12300222.1.4必要的保護(hù)環(huán)節(jié) 13309302.2編程軟件選取 139599第3章程序運(yùn)行調(diào)試及動(dòng)畫(huà)仿真 14307783.1運(yùn)行程序選擇 14147763.2程序運(yùn)行 14154563.3MCGS動(dòng)畫(huà)仿真 16170083.1.1MCGS組態(tài)軟件介紹 1671253.1.2仿真界面 17194223.1.3MCGS腳本程序 18第1章送料小車PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1.1運(yùn)動(dòng)示意圖送料小車的控制系統(tǒng)是一種高效的物料分配系統(tǒng)，常用于流水線。送料小車在裝載零件的固定導(dǎo)軌上交替送料小車的工作系統(tǒng)。裝配線側(cè)的操作臺(tái)提供裝配零件并停止運(yùn)輸，由需要零件的操作人員和相應(yīng)的位移開(kāi)關(guān)控制。送料小車工作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作循環(huán)如下圖所示:圖1.1送料小車運(yùn)動(dòng)示意圖1.1.2流程設(shè)計(jì)圖1.2送料小車工作流程圖送料小車工作系統(tǒng)的工作流程如上圖所示。為裝配而加載的零件手動(dòng)放置在圖表中。一旦系統(tǒng)開(kāi)始自動(dòng)工作流程，送料小車將停在任一位置，操作臺(tái)的操作員可以調(diào)用送料小車裝載交貨?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)呼叫接收第一個(gè)應(yīng)答。進(jìn)料車可以通過(guò)前后移動(dòng)到達(dá)8個(gè)工位中的任何一個(gè)。1.1.3控制方案設(shè)計(jì)由于給料車在工作過(guò)程中應(yīng)滿足左右五個(gè)主要工作要求，可根據(jù)工作要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。按下啟動(dòng)按鈕，送料小車系統(tǒng)進(jìn)工作狀態(tài)。按順序?qū)γ恳粋€(gè)控制臺(tái)的位置進(jìn)行編號(hào)，并按下相應(yīng)的呼叫鍵?？刂葡到y(tǒng)將自動(dòng)確定輸送帶的當(dāng)前位置和呼叫位置，從而確定驅(qū)動(dòng)送料小車的電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)來(lái)電號(hào)W超過(guò)傳送帶當(dāng)前位置號(hào)碼n時(shí)，傳送帶電機(jī)向前旋轉(zhuǎn)，傳送帶移動(dòng)到最高位置。當(dāng)?shù)竭_(dá)呼叫位置時(shí)，位移開(kāi)關(guān)命令機(jī)器停止，呼叫位置的行為停止。當(dāng)呼叫號(hào)碼W小于輸送機(jī)當(dāng)前位置號(hào)碼n時(shí)，小車電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車移動(dòng)到小位置。當(dāng)?shù)竭_(dá)呼叫位置時(shí)，位置開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)命令電機(jī)停止，呼叫位置的行為停止。5．當(dāng)呼叫號(hào)碼W等于當(dāng)前位置n時(shí)，行為保持在當(dāng)前位置。各步驟的工作關(guān)系如下表所示：表1.1工位關(guān)系表小車工位電動(dòng)機(jī)主令電器正轉(zhuǎn)KM1反轉(zhuǎn)KM2在N位置+SB2SQnW>N-SBwSQwW<N++SBwSQwW=N-SBwSQw當(dāng)每個(gè)位置的呼叫信號(hào)開(kāi)始發(fā)時(shí)，送料小車控制系統(tǒng)上的電路開(kāi)始接收信號(hào)。如果一起接收到多個(gè)信號(hào)，給料車接收到的信號(hào)將作為操作的控制信號(hào)。此時(shí)，汽車應(yīng)及時(shí)比較接收到的信號(hào)，并記錄第一個(gè)接收到信號(hào)的位置。車內(nèi)PLC系統(tǒng)將W信號(hào)的位置與車內(nèi)以前的n位置進(jìn)行比較，列出了三種工作模式：1.當(dāng)w＞n時(shí)，小車向右移動(dòng)。此時(shí)，送料小車中電機(jī)的KM1按鈕被按下，電機(jī)向前旋轉(zhuǎn)。2.當(dāng)w＜n時(shí)，小車向左移動(dòng)。此時(shí)，按下送料小車上的電機(jī)KM2按鈕，電機(jī)反轉(zhuǎn)。1.當(dāng)w=n時(shí)，KM121和KM2同時(shí)斷開(kāi)，電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)汽車到達(dá)每個(gè)位置時(shí)，比較汽車的位置n和目標(biāo)位置W，直到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，汽車停止，也就是說(shuō)，直到汽車到達(dá)目標(biāo)位置，所有的工作循環(huán)結(jié)束。1.2主電路設(shè)計(jì)及PLC選型設(shè)計(jì)1.2.1主電路設(shè)計(jì)主要的工作要求和系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程：電機(jī)需要正反轉(zhuǎn)，所以主電路需要電機(jī)正反轉(zhuǎn)，由于PLC電路是直流通訊，交流電要轉(zhuǎn)換成直流電。在主電路中，即在主電路中加一個(gè)整流器來(lái)變換電壓。在電路中，必須對(duì)電路采取各種保護(hù)措施。當(dāng)直接連接到分支電源時(shí)，F(xiàn)U1和FU2熔斷器適用于短路保護(hù)。還需要FR1熱繼電器來(lái)防止靠近電機(jī)的過(guò)載。整流后，為了提高PLC的穩(wěn)定運(yùn)行，加FU3短路保護(hù)，另外需要在整流器附近加FU4短路保護(hù)。1.2.2PLC選型設(shè)計(jì)根據(jù)電路要求和車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程：PLC電路包括10個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，8個(gè)行程開(kāi)關(guān)，1個(gè)選擇開(kāi)關(guān)，10個(gè)輸出繼電器和1個(gè)熱繼電器。根據(jù)要求和PLC規(guī)范，選擇FX2N48MR（輸入輸出點(diǎn)各24個(gè)，繼電器輸出）。圖1.3FX2N-48MR實(shí)物圖FX2N-48MR是日本三菱公司的可編程控制器(PLC),繼電器輸出及輸入24點(diǎn),輸出24點(diǎn).FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC，內(nèi)置用戶存儲(chǔ)器8Kb，可擴(kuò)展到16Kb，最大可擴(kuò)展到256個(gè)I/O點(diǎn)，可有多種特殊功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)多種特殊控制功能（PID、高速計(jì)數(shù)、A/D、D/A、等）。有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集。通過(guò)通信擴(kuò)展板或特殊適配器可實(shí)現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接。另外，為使電路輸出安全工作，添加熱繼電器，使電路過(guò)載保護(hù)。圖1.4主電路圖圖1.5PLC接線圖圖中KMI和KM2分別是控制電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行（小車前進(jìn)）和反轉(zhuǎn)運(yùn)行（小車后退)的交流接觸器。用KM1和KM2的主觸點(diǎn)改變進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的三相電源的相序，即可以改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。圖中KM1的線圈串聯(lián)了KM2的輔助常閉觸點(diǎn),KM2的線圈串聯(lián)了KMI的輔助常閉觸點(diǎn),組成了硬件互鎖電路?？梢员苊庥捎谡崔D(zhuǎn)（小車前進(jìn)、后退）切換過(guò)程中電感的延時(shí)作用,導(dǎo)致原來(lái)接通的接觸器的主觸點(diǎn)還未斷弧時(shí)，另一個(gè)接觸器的主觸點(diǎn)已經(jīng)合上而造成交流電源瞬間短路的故障。通過(guò)主電路與PLC的控制電路的接線，才能實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)系統(tǒng)的控制。1.2.3I/O口分配表表1.2I/O口分配表元件代號(hào)元件功能輸入繼電器輸出繼電器元件功能元件代號(hào)SB1呼叫開(kāi)關(guān)1X002Y01號(hào)指示燈HL1SB2呼叫開(kāi)關(guān)2X003Y12號(hào)指示燈HL2SB3呼叫開(kāi)關(guān)3X004Y23號(hào)指示燈HL3SB4呼叫開(kāi)關(guān)4X005Y34號(hào)指示燈HL4SB5呼叫開(kāi)關(guān)5X006Y45號(hào)指示燈HL5SB6呼叫開(kāi)關(guān)6X007Y56號(hào)指示燈HL6SB7呼叫開(kāi)關(guān)7X008Y67號(hào)指示燈HL7SB8呼叫開(kāi)關(guān)8X009Y78號(hào)指示燈HL8SQ1限位開(kāi)關(guān)1X010Y10小車右行KM1SQ2限位開(kāi)關(guān)2X011Y11小車右行KM2SQ3限位開(kāi)關(guān)3X012SQ4限位開(kāi)關(guān)4X013SQ5限位開(kāi)關(guān)5X014SQ6限位開(kāi)關(guān)6X015SQ7限位開(kāi)關(guān)7X016SQ8限位開(kāi)關(guān)8X017SB10啟動(dòng)按鈕X000SB11停止按鈕X0011.3其他器件的選型1.1.1送料小車的參數(shù)設(shè)計(jì)一臺(tái)全自動(dòng)送料小車，可以在水平面上按照預(yù)先設(shè)定的軌跡行駛，并實(shí)現(xiàn)小車的前行后退（左行右行）。小車外觀圖如下圖所示。圖1.6小車外觀圖1圖1.7小車外觀圖2其設(shè)計(jì)參數(shù)如下:全自動(dòng)送料小車的長(zhǎng)度:1500mm；全自動(dòng)送料小車的載重:≥500kg；全自動(dòng)送料小車的寬度:1000mm；全自動(dòng)送料小車的高度:1500mm；全自動(dòng)送料小車的行駛速度:≤15km/h；1.1.2傳動(dòng)方案的選擇采用六輪布局結(jié)構(gòu)。中間兩輔助輪起到承重作用，三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器和差速器，通過(guò)兩半軸將動(dòng)力傳遞到兩后輪。通過(guò)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到小車的前進(jìn)后退。圖1.6小車傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)1.1.3電動(dòng)機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)需要三相異步電動(dòng)機(jī)，完成小車的正反轉(zhuǎn)。1.運(yùn)動(dòng)參數(shù)小車運(yùn)動(dòng)速度為2m/s，則車輪轉(zhuǎn)速為：n=1000vπd=式中d為小車輪直徑。2.電機(jī)負(fù)荷小車車重PP=ρa(bǔ)bhg=2.85×103×1.5×1×0.016×9.8=650.3N小車自重G=mg=500×9.8=490N式（1.3）式中a——小車長(zhǎng)度m——貨物重量ρ——小車材料密度（Q235）電動(dòng)機(jī)所需額定功率:Pd可選擇的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為nd=ia×nw=(16～160)×89.52=1432～14323r/min。進(jìn)行綜合考慮價(jià)格、重量、傳動(dòng)比等因素，選定電機(jī)型號(hào)為：Y132S-4的三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率Pen=3.5kW，滿載轉(zhuǎn)速為nm=1440r/min，同步轉(zhuǎn)速為nt=1500r/min。圖1.1電機(jī)尺寸中心高外形尺寸地腳安裝尺寸地腳螺栓孔直徑軸伸尺寸鍵部位尺寸HL×HDA×BKD×EF×G132475×315216×1401238×8010×33第2章PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)控制程序2.1.1正反轉(zhuǎn)控制程序本次設(shè)計(jì)控制對(duì)象為送料小車，其具有前進(jìn)后退兩種控制方式，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，小車前進(jìn)，反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，小車后退圖2.1正反轉(zhuǎn)控制梯形圖2.1.2小車自動(dòng)往返功能的程序設(shè)計(jì)通過(guò)分析小車自動(dòng)往返的工作過(guò)程可知，小車前進(jìn)中撞塊壓合SQ2后，SQ2動(dòng)作，首先X5常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)Y0線圈使小車停止前進(jìn)，然后X5常開(kāi)觸點(diǎn)再接通Y1線圈使小車后退，完成小車由前進(jìn)轉(zhuǎn)為后退的動(dòng)作。圖2.2小車往返控制梯形圖2.1.3小車點(diǎn)動(dòng)控制根據(jù)點(diǎn)動(dòng)控制的概念可知，如果解除自鎖功能，就能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制。本程序中利用開(kāi)關(guān)SA來(lái)選擇點(diǎn)動(dòng)控制與自動(dòng)控制，設(shè)當(dāng)SA閉合時(shí)，實(shí)現(xiàn)小車點(diǎn)動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)小車點(diǎn)動(dòng)控制的梯形圖如圖2.3所示。SA閉合時(shí)，輸入繼電器X0線圈得電，則X0常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，從而使Y0、Y1失去自鎖作用，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)動(dòng)控制。圖2.3小車點(diǎn)動(dòng)控制梯形圖2.1.4必要的保護(hù)環(huán)節(jié)小車自動(dòng)往返控制必須設(shè)置限位保護(hù)，SQ3與SQ4分別為后退和前進(jìn)方向的限位保護(hù)極限開(kāi)關(guān)。當(dāng)SQ4被壓合后，X7常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，YO線圈失電，小車停止前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了限位保護(hù)。壓合sQ3后可實(shí)現(xiàn)后退限位保護(hù)。帶點(diǎn)動(dòng)及限位保護(hù)的小車自動(dòng)往返循環(huán)控制梯形圖如圖2.4所示。小車自動(dòng)往返控制，必須設(shè)置限位保護(hù)，sQ3與SQ4分別為后退和前進(jìn)方向的限位保護(hù)極限開(kāi)關(guān)。當(dāng)sQ4被壓合后，X6常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，YO線圈失電，小車停止前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了限位保護(hù)。圖2.4帶點(diǎn)動(dòng)及限位保護(hù)的小車自動(dòng)往返循環(huán)控制梯形圖2.2編程軟件選取編程軟件選取的是日本三菱公司的GXWORKS2，是三菱PLC三菱電機(jī)新一代PLC軟件，具有簡(jiǎn)單工程（Simple

Project）和結(jié)構(gòu)化工程（Structured

Project）兩種編程方式，支持梯形圖、指令表、SFC、

ST及結(jié)構(gòu)化梯形圖等編程語(yǔ)言，可實(shí)現(xiàn)程序編輯，參數(shù)設(shè)定，網(wǎng)絡(luò)設(shè)定，程序監(jiān)控、調(diào)試及在線更改，智能功能模塊設(shè)置等功能，適用于Q、QnU、L、FX等系列可編程控制器，兼容GX

Developer軟件，支持三菱電機(jī)工控產(chǎn)品iQ

Platform綜合管理軟件iQ

Works，具有系統(tǒng)標(biāo)簽功能，可實(shí)現(xiàn)PLC數(shù)據(jù)與HMI、運(yùn)動(dòng)控制器的數(shù)據(jù)共享。與傳統(tǒng)的GXDeveloper軟件相比，提高了功能及操作性能，變得更加容易使用。第3章程序運(yùn)行調(diào)試及動(dòng)畫(huà)仿真3.1運(yùn)行程序選擇本次PLC程序設(shè)計(jì)采用GXWORKS2軟件，為使所有功能方便、快捷、直觀展現(xiàn)。決定使用三菱GTDesigner3觸摸屏模擬軟件。三菱GTDesigner3觸摸屏編程軟件是三菱電機(jī)自動(dòng)化GOT1000系列圖形化操作終端的畫(huà)面設(shè)計(jì)軟件，集成GTSimulator3仿真軟件，具有仿真功能。GTDesigner3是用于創(chuàng)建項(xiàng)目和畫(huà)面、圖形設(shè)計(jì)、配置和對(duì)象參數(shù)、公共參數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖?。GTSimulator3在電腦上模擬當(dāng)前的GOT模擬軟件。3.2程序運(yùn)行同時(shí)打開(kāi)GXWORKS2和GTDesigner3軟件，編寫(xiě)所有梯形圖程序。單擊程序調(diào)試以啟動(dòng)GXSimulator。在GTDesigner3軟件中交互式人機(jī)界面編輯界面。1、打開(kāi)GT3Designer軟件，選擇您使用的觸摸屏型號(hào)（GOT1000）并連接API類型，其他默認(rèn)即可。在屏幕上畫(huà)出你需要的一切。2、在仿真選項(xiàng)中選擇GTSimulator2，在GX2作品中編寫(xiě)程序，先在WOEKS2中進(jìn)入仿真操作，再在designer3中進(jìn)入仿真操作。3、最后，系統(tǒng)啟動(dòng)模擬器GT模擬器觸摸屏程序。圖3.1GTDesigner3