PLC的自動(dòng)送料車實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

供稿|木春梅，韓守梅，劉蘊(yùn)絡(luò)，王常策/MU Chun-mei，HAN Shou-mei，LIU Yun-luo，WANG Chang-ce

PLC的自動(dòng)送料車實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

Design of Automatic Feeding System Based on PLC

供稿|木春梅，韓守梅，劉蘊(yùn)絡(luò)，王常策/MU Chun-mei，HAN Shou-mei，LIU Yun-luo，WANG Chang-ce

內(nèi) 容 導(dǎo) 讀

PLC技術(shù)簡(jiǎn)介

1987年國際電工委員會(huì) （IEC）對(duì)可編程控制器（Programmable Logic Controller）作出定義[1]：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)和執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過數(shù)字式或者模擬式的輸入和輸出端口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。由于PLC是專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，具有控制功能強(qiáng)大，可靠性高，編程簡(jiǎn)單，組合靈活，性價(jià)比高等特點(diǎn)，因此近年來在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到廣泛的應(yīng)用。

基于PLC的自動(dòng)送料車實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于PLC的自動(dòng)送料車控制系統(tǒng)任務(wù)[3]為：?jiǎn)?dòng)送料車后，小車自動(dòng)返回裝料點(diǎn)A等待裝料，裝料時(shí)間為5s；料裝滿后，自動(dòng)向卸料點(diǎn)B運(yùn)行，到達(dá)卸料點(diǎn)等待卸料，卸料時(shí)間為5s；料卸空后，它再自動(dòng)向裝料點(diǎn)A運(yùn)行……如此周而往復(fù)。在整個(gè)控制過程中，指示燈可指示小車的運(yùn)行方向，而運(yùn)行到任意位置的小車均可實(shí)現(xiàn)立即停車！同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置有兩點(diǎn)間運(yùn)行時(shí)間超過15s故障報(bào)警，超過25s自動(dòng)停車和短路反饋功能。

實(shí)驗(yàn)中PLC主機(jī)采用OMRON SYSMAC CPM1A-30CDR-A[1,4]，它的工作電源為交流電，屬于繼電器輸出型，有18個(gè)輸入端子，12個(gè)輸出端子，輸入端子和輸出端子都有其對(duì)應(yīng)的指示燈，當(dāng)有信號(hào)輸入輸出時(shí)，對(duì)應(yīng)的指示燈亮。根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)選擇PLC主機(jī)輸入接點(diǎn)和輸出接點(diǎn)見表1。

控制過程

圖1為根據(jù)自動(dòng)送料車控制系統(tǒng)任務(wù)所設(shè)計(jì)參考梯形圖。圖2為自動(dòng)送料車的主電路、控制電路圖和實(shí)際電路。圖1中輸入接點(diǎn) 00002 被觸發(fā)后，輔助繼電器20000線圈得電，其對(duì)應(yīng)常開觸點(diǎn)閉合，控制電機(jī)反轉(zhuǎn)的輸出繼電器01006得電，控制反轉(zhuǎn)指示燈的輸出繼電器01007得電，其對(duì)應(yīng)輸出接點(diǎn)指示燈亮；當(dāng)送料車到達(dá)A點(diǎn)時(shí)，輸入接點(diǎn)00004被觸發(fā)，反轉(zhuǎn)輸出繼電器01006，01007失電，送料車停車裝料，指示燈滅；同時(shí)時(shí)間繼電器TIM000得電，開始計(jì)時(shí)，5s后其對(duì)應(yīng)常開觸點(diǎn)閉合，使控制電機(jī)正轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)指示燈的輸出繼電器01004和01005得電，送料車向B點(diǎn)運(yùn)行，時(shí)間繼電器TIM000停止計(jì)時(shí)；到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，輸入接點(diǎn)00005被觸發(fā)，01004和01005失電，送料車停在B點(diǎn)卸料，正轉(zhuǎn)指示燈滅。同時(shí)時(shí)間繼電器TIM000重新開始計(jì)時(shí)，5s后重復(fù)下一輪動(dòng)作；在此過程中，時(shí)間繼電器TIM001和TIM002用于15s故障報(bào)警和25s自動(dòng)停車的計(jì)時(shí)；當(dāng)發(fā)生短路或者手動(dòng)停車時(shí)，短路反饋輸入接點(diǎn)00006和停車輸入接點(diǎn)00003被觸發(fā)，輔助繼電器20000失電，其對(duì)應(yīng)常開觸點(diǎn)打開，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)輸出繼電器失電，送料車停車。

故障排查及處理

基于PLC的自動(dòng)送料車硬件控制電路是由強(qiáng)電電路和弱電電路組成，所涉及的元器件較多。在控制程序通過調(diào)試的情況下，若電路發(fā)生故障，一般是采用電壓檢查法和故障分析法來排查電路的故障點(diǎn)[5]。

電壓檢查法

電壓檢查法是運(yùn)用電壓表，查出電路中電壓的異常情況，并根據(jù)電壓的變異情況和電路工作原理做出推斷，找出具體的故障原因。一般是將電壓表的兩個(gè)表筆分別放在電源的兩端，然后固定一個(gè)表筆不動(dòng)，沿電路逐點(diǎn)移動(dòng)另一表筆，若電壓表的讀數(shù)為電源電壓，則電源至該點(diǎn)間電路正常，若表筆逐點(diǎn)移動(dòng)過程中，電壓在兩點(diǎn)間發(fā)生突變，測(cè)量這兩點(diǎn)間電壓，若為電源電壓，則表明這兩點(diǎn)之間為故障點(diǎn)。

圖2 自動(dòng)送料車主電路圖、控制電路圖及實(shí)際電路圖

故障分析法

故障發(fā)生時(shí)，首先觀察故障所引起的異常現(xiàn)象，根據(jù)現(xiàn)象分析該故障是由什么原因引起的，確定故障的大致范圍，再通過電壓檢查法對(duì)該范圍進(jìn)行排查，確定故障的具體位置。一般在連接自動(dòng)送料車電路時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)方面的故障：

（a）按下啟動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)和兩個(gè)繼電接觸控制器同時(shí)發(fā)出異常聲響與震動(dòng)，此時(shí)應(yīng)立刻斷開電源開關(guān)。檢查控制電路中的互鎖觸點(diǎn)是否接反。

（b）按下啟動(dòng)按鈕后，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)或者只能單向轉(zhuǎn)動(dòng)。此情況應(yīng)先觀察控制電路中繼電器的鐵芯是否吸合，若已吸合，說明控制電路中繼電器的線圈已得電，控制電路無故障，則故障應(yīng)在主電路中，檢查電機(jī)連接及繼電器主觸點(diǎn)的連接是否正確。若繼電器的鐵芯沒有吸合，則故障在控制電路中。檢查控制電路，觀察PLC主機(jī)所對(duì)應(yīng)輸出接點(diǎn)指示燈，若燈不亮，則故障在PLC主機(jī)的輸入電路中，用電壓檢查法排查，確定故障的具體位置；若燈亮，則故障在PLC主機(jī)的輸出電路中，用電壓檢查法排查，確定故障點(diǎn)。

結(jié)束語

基于PLC的自動(dòng)送料車控制實(shí)驗(yàn)是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)。它涉及到PLC的軟件編程和調(diào)試以及硬件控制電路的設(shè)計(jì)與連接。梯形圖和硬件電路的設(shè)計(jì)促進(jìn)了便于更深層次的理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高分析問題、解決問題的能力，增強(qiáng)設(shè)計(jì)水平。硬件電路涉及的控制器件較多，接線較為復(fù)雜，能夠直觀而形象的了解各種器件的功能、接線方法和注意事項(xiàng)，有利于培養(yǎng)和鍛煉實(shí)際動(dòng)手能力，真正體驗(yàn)到控制系統(tǒng)的軟、硬件相結(jié)合，并融入其中。

[1] 王冬青，譚春. 歐姆龍CP1H PLC原理及應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，2009

[2] 韓守梅，劉蘊(yùn)絡(luò). 電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程.北京：兵器工業(yè)出版社，2009

[3] 霍罡，樊曉兵. 歐姆龍CP1H PLC應(yīng)用基礎(chǔ)與編程實(shí)踐. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008[4] 董春利. 三相異步電動(dòng)機(jī)控制線路的安裝與檢修. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24（4）：45-47

介紹了PLC技術(shù)，基于PLC的自動(dòng)送料車的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則與任務(wù)，探討了實(shí)驗(yàn)故障的排查方法。實(shí)驗(yàn)具有很好的綜合性和設(shè)計(jì)性，有利于理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高分析問題、解決問題的能力，增強(qiáng)設(shè)計(jì)水平。硬件電路涉及的控制器件較多，接線較為復(fù)雜，能夠直觀而形象的了解各種器件的功能、接線方法和注意事項(xiàng)，有利于培養(yǎng)和鍛煉實(shí)際動(dòng)手能力，真正體驗(yàn)到控制系統(tǒng)的軟、硬件相結(jié)合，并融入其中。

北京科技大學(xué)信息學(xué)院，北京 100083

表1 小車控制程序的I/O地址分配表

輸入接點(diǎn) 輸出接點(diǎn)起動(dòng)SB1：00002 故障報(bào)警指示燈：01003停車SB2：00003 正轉(zhuǎn)線圈KM1： 01004到達(dá)A點(diǎn)STa：00004 A→B指示燈：01005到達(dá)B點(diǎn)STb：00005 反轉(zhuǎn)線圈KM2： 01006短路反饋信號(hào)SB3：00006 B→A指示燈：01007

實(shí)際運(yùn)行

圖1 自動(dòng)送料車梯形圖

將圖1中梯形圖寫入PLC主機(jī)，調(diào)試無誤后按圖2連接硬件控制電路。硬件電路檢查無誤后，通電運(yùn)行。按下啟動(dòng)開關(guān)SB1，繼電器KM2線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，送料車向A點(diǎn)運(yùn)行，A-B指示燈亮。到達(dá)A點(diǎn)，擋塊壓下A點(diǎn)的行程開關(guān)STa，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，繼電器KM2線圈失電，主觸點(diǎn)打開，電動(dòng)機(jī)失電，送料車停在A 點(diǎn)等待裝料。5s后繼電器KM1線圈得電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，送料車向B點(diǎn)運(yùn)行，B-A指示燈亮。到達(dá)B點(diǎn)，擋塊壓下B點(diǎn)行程開關(guān)STb，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，繼電器KM1線圈失電，主觸點(diǎn)打開，電動(dòng)機(jī)失電，送料車停在B 點(diǎn)等待卸料。5s后繼電器KM2線圈得電，送料車重復(fù)上一輪動(dòng)作，如此周而復(fù)始。在此過程中可以用手動(dòng)開關(guān)SB2命令送料車隨時(shí)停車。24V直流信號(hào)模擬短路反饋信號(hào)。系統(tǒng)中含有短路保護(hù)和過載保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)主電路中FU熔斷，電路斷開。當(dāng)發(fā)生過載時(shí)，熱繼電器FR的常閉觸點(diǎn)打開，電機(jī)失電停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

木春梅（1979.4—），女，碩士，北京科技大學(xué)信息學(xué)院電工電子實(shí)驗(yàn)室工程師，主要從事電路電子技術(shù)等方面的研究