PLC的自動送料車實驗設計

供稿|木春梅，韓守梅，劉蘊絡，王常策/MU Chun-mei，HAN Shou-mei，LIU Yun-luo，WANG Chang-ce

PLC的自動送料車實驗設計

Design of Automatic Feeding System Based on PLC

供稿|木春梅，韓守梅，劉蘊絡，王常策/MU Chun-mei，HAN Shou-mei，LIU Yun-luo，WANG Chang-ce

內 容 導 讀

PLC技術簡介

1987年國際電工委員會 （IEC）對可編程控制器（Programmable Logic Controller）作出定義[1]：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境下的應用而設計。它采用可編程的存儲器，用來在其內部存儲和執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的命令，并通過數字式或者模擬式的輸入和輸出端口，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關的外圍設備，都應按易于與工業控制系統形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。由于PLC是專為工業應用而設計，具有控制功能強大，可靠性高，編程簡單，組合靈活，性價比高等特點，因此近年來在工業自動控制、機電一體化、改造傳統產業等方面得到廣泛的應用。

基于PLC的自動送料車實驗設計

基于PLC的自動送料車控制系統任務[3]為：啟動送料車后，小車自動返回裝料點A等待裝料，裝料時間為5s；料裝滿后，自動向卸料點B運行，到達卸料點等待卸料，卸料時間為5s；料卸空后，它再自動向裝料點A運行……如此周而往復。在整個控制過程中，指示燈可指示小車的運行方向，而運行到任意位置的小車均可實現立即停車！同時系統設置有兩點間運行時間超過15s故障報警，超過25s自動停車和短路反饋功能。

實驗中PLC主機采用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個輸入端子，12個輸出端子，輸入端子和輸出端子都有其對應的指示燈，當有信號輸入輸出時，對應的指示燈亮。根據實驗任務選擇PLC主機輸入接點和輸出接點見表1。

控制過程

圖1為根據自動送料車控制系統任務所設計參考梯形圖。圖2為自動送料車的主電路、控制電路圖和實際電路。圖1中輸入接點 00002 被觸發后，輔助繼電器20000線圈得電，其對應常開觸點閉合，控制電機反轉的輸出繼電器01006得電，控制反轉指示燈的輸出繼電器01007得電，其對應輸出接點指示燈亮；當送料車到達A點時，輸入接點00004被觸發，反轉輸出繼電器01006，01007失電，送料車停車裝料，指示燈滅；同時時間繼電器TIM000得電，開始計時，5s后其對應常開觸點閉合，使控制電機正轉和正轉指示燈的輸出繼電器01004和01005得電，送料車向B點運行，時間繼電器TIM000停止計時；到達B點時，輸入接點00005被觸發，01004和01005失電，送料車停在B點卸料，正轉指示燈滅。同時時間繼電器TIM000重新開始計時，5s后重復下一輪動作；在此過程中，時間繼電器TIM001和TIM002用于15s故障報警和25s自動停車的計時；當發生短路或者手動停車時，短路反饋輸入接點00006和停車輸入接點00003被觸發，輔助繼電器20000失電，其對應常開觸點打開，正轉或反轉輸出繼電器失電，送料車停車。

故障排查及處理

基于PLC的自動送料車硬件控制電路是由強電電路和弱電電路組成，所涉及的元器件較多。在控制程序通過調試的情況下，若電路發生故障，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[5]。

電壓檢查法

電壓檢查法是運用電壓表，查出電路中電壓的異常情況，并根據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表筆分別放在電源的兩端，然后固定一個表筆不動，沿電路逐點移動另一表筆，若電壓表的讀數為電源電壓，則電源至該點間電路正常，若表筆逐點移動過程中，電壓在兩點間發生突變，測量這兩點間電壓，若為電源電壓，則表明這兩點之間為故障點。

圖2 自動送料車主電路圖、控制電路圖及實際電路圖

故障分析法

故障發生時，首先觀察故障所引起的異常現象，根據現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該范圍進行排查，確定故障的具體位置。一般在連接自動送料車電路時會出現以下幾個方面的故障：

（a）按下啟動按鈕，電動機和兩個繼電接觸控制器同時發出異常聲響與震動，此時應立刻斷開電源開關。檢查控制電路中的互鎖觸點是否接反。

（b）按下啟動按鈕后，電動機不轉動或者只能單向轉動。此情況應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，則故障應在主電路中，檢查電機連接及繼電器主觸點的連接是否正確。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主機所對應輸出接點指示燈，若燈不亮，則故障在PLC主機的輸入電路中，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主機的輸出電路中，用電壓檢查法排查，確定故障點。

結束語

基于PLC的自動送料車控制實驗是一個綜合設計性的實驗。它涉及到PLC的軟件編程和調試以及硬件控制電路的設計與連接。梯形圖和硬件電路的設計促進了便于更深層次的理解實驗內容，提高分析問題、解決問題的能力，增強設計水平。硬件電路涉及的控制器件較多，接線較為復雜，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，有利于培養和鍛煉實際動手能力，真正體驗到控制系統的軟、硬件相結合，并融入其中。

[1] 王冬青，譚春. 歐姆龍CP1H PLC原理及應用. 北京：電子工業出版社，2009

[2] 韓守梅，劉蘊絡. 電工電子技術實驗教程.北京：兵器工業出版社，2009

[3] 霍罡，樊曉兵. 歐姆龍CP1H PLC應用基礎與編程實踐. 北京：機械工業出版社，2008[4] 董春利. 三相異步電動機控制線路的安裝與檢修. 實驗技術與管理，2007，24（4）：45-47

介紹了PLC技術，基于PLC的自動送料車的實驗設計原則與任務，探討了實驗故障的排查方法。實驗具有很好的綜合性和設計性，有利于理解實驗內容，提高分析問題、解決問題的能力，增強設計水平。硬件電路涉及的控制器件較多，接線較為復雜，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，有利于培養和鍛煉實際動手能力，真正體驗到控制系統的軟、硬件相結合，并融入其中。

北京科技大學信息學院，北京 100083

表1 小車控制程序的I/O地址分配表

輸入接點 輸出接點起動SB1：00002 故障報警指示燈：01003停車SB2：00003 正轉線圈KM1： 01004到達A點STa：00004 A→B指示燈：01005到達B點STb：00005 反轉線圈KM2： 01006短路反饋信號SB3：00006 B→A指示燈：01007

實際運行

圖1 自動送料車梯形圖

將圖1中梯形圖寫入PLC主機，調試無誤后按圖2連接硬件控制電路。硬件電路檢查無誤后，通電運行。按下啟動開關SB1，繼電器KM2線圈得電，其主觸點閉合，電動機反轉，送料車向A點運行，A-B指示燈亮。到達A點，擋塊壓下A點的行程開關STa，其動合觸點閉合，繼電器KM2線圈失電，主觸點打開，電動機失電，送料車停在A 點等待裝料。5s后繼電器KM1線圈得電，電動機正轉，送料車向B點運行，B-A指示燈亮。到達B點，擋塊壓下B點行程開關STb，其動合觸點閉合，繼電器KM1線圈失電，主觸點打開，電動機失電，送料車停在B 點等待卸料。5s后繼電器KM2線圈得電，送料車重復上一輪動作，如此周而復始。在此過程中可以用手動開關SB2命令送料車隨時停車。24V直流信號模擬短路反饋信號。系統中含有短路保護和過載保護功能，當發生短路時主電路中FU熔斷，電路斷開。當發生過載時，熱繼電器FR的常閉觸點打開，電機失電停止轉動。

木春梅（1979.4—），女，碩士，北京科技大學信息學院電工電子實驗室工程師，主要從事電路電子技術等方面的研究