一、  任務描述

運料小車的運動過程

某自動生產線上運料小車的運動如下圖1-1所示,運料小車由一臺三相異步電動機拖動，電機正轉，小車向右行，電機反轉，小車向左行。在生產線上有5個編碼為1—5的站點供小車停靠，在每一個停靠站安裝一個行程開關以監測小車是否到達該站點。對小車的控制除了啟動按鈕和停止按鈕之外，還設有5個呼叫按鈕開關（HJ1—HJ5）分別與5個停靠站點相對應。

運料小車

 

自動化生產線

1號站          2號站          3號站             4號站           5號站

圖 1-1 運料小車示意圖

二、設計內容

1、設計任務

根據設計要求設計PLC控制程序使得運料小車將1號站的物料自動運到5號站，卸料后自動返回1號站裝料；如此往復。

2、設計要求

（1）、按下啟動按鈕,系統開始工作，按下停止按鈕，系統停止工作；

（2）、當小車當前所處停靠站的編碼小于呼叫按鈕HJ的編碼時，小車向右運行，運行到呼叫按鈕HJ所對應的停靠站時停止；

（3）、當小車當前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕HJ的編碼時，小車向左行，運行到呼叫按鈕HJ所對應的停靠站時停止；

（4）、當小車當前所處停靠站的編碼等于呼叫按鈕HJ的編碼時，小車保持不動；

（5）、呼叫按鈕開關HJ1-HJ5應具有互鎖功能，先按下者優先。

（6）、設計PLC硬件電器連接圖。

（7）、畫出運料小車操作流程圖，設計PLC控制程序，包括繪出程序框圖、設計梯形或者狀態轉移圖以及寫出指令程序，另外程序必須加以注釋說明其作用。

三、整體方案論證

1、控制系統圖如圖3-1所示

     

圖3-1 運料小車控制系統圖

2、控制系統流程圖如圖3-2所示

 

圖3-2 控制系統流程圖

3、程序的構成

開始運行程序，PLC將運行已經設置好的程序和參數，按下啟動按鈕和呼叫按鈕后，小車到達呼叫的那個站點。

四、運料小車運動控制PLC I/O地址分配

1、PLC框架配置圖

運料小車控制采用三菱的FX2N系列整體式PLC，它控制著整個系統按照控制要求有條不紊地運行。   

PLC框架配置圖如圖4-1所示：

 

圖4-1 PLC框架配置圖

2、I/O地址分配

由于CPU模塊有14點數字量輸入，10點數字量輸出，所以不再需要輸入/輸出模塊。采用I/O分配采用自動分配方式，模塊上的輸入端子對應的輸入地址是X000—X015，輸入端子對應的輸出地址是Y000—Y011。

2.1、數字量輸出部分

這個控制系統需要控制的外部設備只有控制小車運動的三相電動機一個。但是電機正轉和反轉兩個狀態，分別都應正轉和反轉繼電器，所以輸出點應該有2個。具體的輸出分配如表4-1 所示：

表4-1                            輸出地址分配

輸出地址	對應的外部設備
Y000	電機反轉繼電器KM1
Y001	電機正轉繼電器KM2

2.2、數字量輸入部分

這個控制系統的輸入有啟動按鈕開關、停止按鈕開關、5個呼叫按鈕開關、5個行程開關共12輸入點。具體的輸入分配如表4-2 所示：

表4-2                            輸入地址分配

輸入地址	對應的外部設備
X000	啟動按鈕開關SB1
X001	停止按鈕開關SB2
X002	1號站呼叫按鈕開關HJ1
X003	2號站呼叫按鈕開關HJ2
X004	3號站呼叫按鈕開關HJ3
X005	4號站呼叫按鈕開關HJ4
X006	5號站呼叫按鈕開關HJ5
X007	1號站行程開關LS1
X010	2號站行程開關LS2
X011	3號站行程開關LS3
X012	4號站行程開關LS4
X013	5號站行程開關LS5

2.3、內部繼電器部分

內部繼電器地址分配如表4-3 所示：

表4-3                         內部繼電器地址分配

內部繼電器地址	功能說明
M0	小車運行停止
M1	1號站呼叫
M2	2號站呼叫
M3	3號站呼叫
M4	4號站呼叫
M5	5號站呼叫
M6	小車所在站編號 > 呼叫編號
M7	小車所在站編號 = 呼叫編號
M8	小車所在站編號 < 呼叫編號

五、硬件連線圖

PLC外部接線圖

根據運料小車隨機運動控制的要求，可將5個行程開關賦予不同的值；同時，將5個按鈕也對應賦值。當小車碰到某個行程開關時，就將該行程開關的值送到內部輔助繼電器通道。當操作者壓了某個按鈕時，就將該按鈕的值送到內部輔助繼電器通道。然后將這兩個通道的值進行比較，根據比較的結果使小車作相應的運動，直到兩個通道的值相等時小車才停止。由此可得到如圖5-1 所示的運料小車隨機運動控制PLC外部接線圖：

 

圖5-1 PLC外部接線圖

六、軟件設計

1、行程開關

在該程序中，5個站的行程開關分別用數字0-4 來表示，當小車在1號站時，行程開關X007得電，將數字0傳送到數據寄存器D0；當小車在2號站時，行程開關X010得電，將數字1傳送到數據寄存器D0。依次類推，當小車在5號站時，行程開關X007得電，將數字4傳送到數據寄存器D0。它所對應的梯形圖如圖6-1所示：

 

圖6-1 行程開關梯形圖

所對應的助記符程序為：

LD      X007

MOV     K0      D0                     ；小車在1號站

LD      X010

MOV     K1      D0                     ；小車在2號站

LD      X011

MOV     K2      D0                     ；小車在3號站

LD      X012

MOV     K3      D0                     ；小車在4號站

LD      X013

MOV     K4      D0                     ；小車在5號站

2、小車啟停輔助繼電器

當按下啟動按鈕時，小車開始運動，該輔助繼電器M0得電；當按下停止按鈕時，小車停止運動，該輔助繼電器M0失電。它所對應的梯形圖如圖6-2所示：

 

圖6-2 小車啟停輔助繼電器梯形圖

所對應的助記符程序為：

LD      X000

OR      M0

ANI     X001

OUT     M0                             ；小車啟停輔助繼電器

3、呼叫按鈕

在該程序中，5個站的呼叫按鈕分別用數字0-4 來表示，而且由于5個呼叫按鈕開關HJ1—HJ5具有互鎖功能，先按下者優先，所以需要5個輔助繼電器M1—M5。當按下1號站呼叫按鈕開關時，行程開關X002得電，數字0傳送到數據寄存器D1，同時1號按鈕開關輔助繼電器得電；當按下2號站呼叫按鈕開關時，行程開關X003得電，數字1傳送到數據寄存器D1，同時2號按鈕開關輔助繼電器得電。依次類推，當按下5號站呼叫按鈕開關時，行程開關X006得電，數字4傳送到數據寄存器D1，同時5號按鈕開關輔助繼電器得電。它所對應的梯形圖如圖6-3所示：

 

圖6-3 呼叫按鈕梯形圖

所對應的助記符程序為：

LDI     M2

ANI     M3

ANI     M4

ANI     M5

ANI     X007

AND     M0

LD      X002

OR      M1

ANB

MOV     K0     D1

；1號站呼叫按鈕開關

OUT     M1

；1號站呼叫按鈕開關輔助繼電器        

LDI     M1

ANI     M3

ANI     M4

ANI     M5

ANI     X010

AND     M0

LD      X003

OR      M2

ANB

MOV     K1     D1

；2號站呼叫按鈕開關 

OUT     M2

 ；2號站呼叫按鈕開關輔助繼電器       

LDI     M1

ANI     M2

ANI     M4

ANI     M5

ANI     X011

AND     M0

LD      X004

OR      M3

ANB

MOV     K2     D1

；3號站呼叫按鈕開關  

OUT     M3

；3號站呼叫按鈕開關輔助繼電器       

LDI     M1

ANI     M2

ANI     M3

ANI     M5

ANI     X012

AND     M0

LD      X005

OR      M4

ANB

MOV     K3     D1

；4號站呼叫按鈕開關  

OUT     M4

；4號站呼叫按鈕開關輔助繼電器       

LDI     M1

ANI     M2

ANI     M3

ANI     M4

ANI     X013

AND     M0

LD      X006

OR      M5

ANB

MOV     K4     D1

；5號站呼叫按鈕開關 

OUT     M5

；5號站呼叫按鈕開關輔助繼電器        

4、比較

按下啟動按鈕和呼叫按鈕后，開始對行程開關數據寄存器D0和呼叫按鈕數據寄存器D1中的數據進行比較。當（D0）>（D1）時，即小車當前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕的編碼時，M6得電，小車向左運行；當（D0）=（D1）時，即小車當前所處停靠站的編碼等于呼叫按鈕的編碼時，M7得電，小車停止不動；當（D0）<（D1）時，即小車當前所處停靠站的編碼小于呼叫按鈕的編碼時，M8得電，小車向右運行。它所對應的梯形圖如圖6-4所示：

 

圖6-4 比較梯形圖

所對應的助記符程序為：

LD      M0

CMP     D0     D1     M6

5、向左運動

小車當前所處停靠站的編碼大于呼叫按鈕的編碼時，小車向左運行，運行到呼叫按鈕所對應的停靠站時停止。它所對應的梯形圖如圖6-5所示：

    

圖6-5 向左運動梯形圖

所對應的助記符程序為：

LD      M6

LD      M1

ANI     X007

LD      M2

ANI     X010

ORB

LD      M3

ANI     X011

ORB

LD      M4

ANI     X012

ORB

LD      M5

ANI     X013

ORB

ANB

OUT     Y000

6、向右運動

小車當前所處停靠站的編碼小于呼叫按鈕的編碼時，小車向右運行，運行到呼叫按鈕所對應的停靠站時停止。它所對應的梯形圖如圖6-6所示：

   

圖6-6 向右運動梯形圖

所對應的助記符程序為：

LD      M8

LD      M1

ANI     X007

LD      M2

ANI     X010

ORB

LD      M3

ANI     X011

ORB

LD      M4

ANI     X012

ORB

LD      M5

ANI     X013

ORB

ANB

OUT     Y001

七、控制面板設計

設備的操作面板設計

設備的操作方式大致分為手動方式和自動方式，圖7-1所示的操作面板就是據此考慮的：

 

圖7-1 操作面板

八、元件明細表

PLC設備元件明細表如下表8-1所示：

表8-1                             元件明細表

序號	標號	名稱	規格型號	數量
1	SB1	啟動按鈕開關		1
2	SB2	停止按鈕開關		1
3	HJ1—HJ5	呼叫按鈕開關		5
4	LS1—LS5	行 程 開 關		5
5	KM1	電機反轉繼電器		1
6	KM2	電機正轉繼電器		1

參 考 文 獻

[1]何家才等.工業控制工程實踐技術.化學工業出版社,2003

[2]鐘肇新等.可編程控制器原理及應用.華南理工大學出版社,2003

[3]張萬鐘等.電器與PLC控制技術.化學工業出版社,2003

[4]程周.電氣控制與PLC應用.電子工業出版社,2003

[5]求是科技.PLC應用開發技術與工程實踐.人民郵電出版社,2004