基于PLC的自動物料轉運小車控制系統設計

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）08-0137-03

【Abstract】Thisarticle designs alow-costautomaticmaterial transfer trolleycontrol system toaddress theproblem that material transferreliesonmanuallaborinahighlypolltedenvironmentofsmallfactories.Thenewsystemisdriven bythree-phasesquirel-cage asynchronous motorsandcontrolld through aprogrammable logiccontroller（taking Siemens S7-1200asanexample）.Ituses limit switches tolocate pointsAandB，setstheloadingandunloading time through timerelays，anduses dipswitches tosetthenumberoftransfers.Ithasfunctionssuchasforwardandreverserotation， shortcircuitandoverload protection，emergencystopandno-loadstop.Thissystem iseasytooperateand suitable for personel without anindustrial control background.Itcanreplacemanual laborand isconducive toreducing costsand the risk of occupational diseases.

【Key words】 automatic material transfer trolley； PLC control; low cost; forward and reverse rotation cont

在工業生產中，不同工序之間（例如水泥廠物料從破碎機到儲存倉或從儲存倉到煅燒窯等），物料的移動常需使用物料轉運小車。目前市面上已有諸多高精度、尖端的物料搬運設計系統，但這類系統成本高，一般應用于大型工廠—其生產全過程具備完整、系統的自動化設計；而許多小型工廠的物料轉運仍依賴人工。在水泥廠、洗煤廠等高污染場所，若能以較低成本設計一套自動物料轉運小車控制系統，用機械替代人工，既能減少塵肺病等職業病的發生，又能降低人工成本。本文為實現這一目標，設計一種基于可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）的自動物料轉運小車控制系統。

1自動物料轉運小車控制系統的工作原理

物料轉運小車的控制系統如圖1所示。圖中，一臺三相籠型異步電動機拖動物料小車在A、B兩點間的軌道上運行。小車反轉至A點撞下行程開關SQ1后，停留 t₁ 時間進行卸貨，卸完貨后自動正轉至B點，撞下行程開關SQ2后，停留 t₂ 時間進行裝貨。裝完貨后自動前往卸貨，直至卸完 N 車貨物。

圖1物料轉運小車的控制系統

在該系統中，A、B兩點的位置由行程開關SQ1、SQ2決定，根據實際應用情況改變2個行程開關的位置，即可調整裝貨與卸貨的位置；裝貨和卸貨的具體時間 ，由用戶根據實際使用情況，通過外接的設定時間范圍為“999S”的兩個得電延時時間繼電器（TimeRelay， ΔTR）T₁，T₂ 設定；轉運物料的次數由用戶根據實際使用情況通過外置的2個“8421\"撥碼開關設定。因此，該系統雖未采用高端設備，但能根據具體情況設定工作參數，適合無工業控制（IndustrialControl，IC）基礎的普通工人操作使用。

小車的運行由一臺 1.2kW 的三相籠型異步電動機拖動，主電路為正反轉控制，接觸器KM1控制正轉（右行，前往裝貨），接觸器KM2控制反轉（左行，前往卸貨）。

系統具備短路、過載保護功能，設有停正和急停兩種功能，且停止時能保證處于空載狀態。

本系統中可編程邏輯控制器PLC型號不限，輸入不小于17個、輸出不小于4個即可（本文采用西門子S7-1200 1214AC/DC/RLY）。

1.1 PLC外部接線圖

系統PLC外部接線示意如圖2所示，圖中C1、C2分別代表撥碼開關1和2的功能端。當撥碼開關1撥至數值3時，根據其位權，輸入繼電器I0.0和I0.1的線圈得電，其常開觸點閉合；同理，當撥碼開關2撥到數值9時，根據其位權，輸入繼電器I0.7和I0.4的線圈得電，其常開觸點閉合，以此類推。

圖2系統PLC外部接線示意圖

圖3數碼開關數值傳輸及處理程序

1.2 系統I/0分配表

系統I/O分配表見表1。表1詳細列出了PLC輸入/輸出（I/0）點的具體分配情況，包括各個行程開關、按鈕、撥碼開關等對應連接的輸入點，以及控制接觸器、指示燈等的輸出點，這些I/O點的合理分配是系統實現精準控制的基礎，為后續關鍵程序的設計與編寫提供了清晰的邏輯依據。

表1PLCI/O分配表

2 關鍵程序的設計

2.1撥碼開關的數值與地址分配對應關系

撥碼開關的個位數值按“8421”的位權分別對應10.3，I0.2，I0.1，I0.0 ；撥碼開關的十位數值按“8421”的位權分別對應 I0.7，I0.6，I0.5，I0.4 。對應關系見表2。

表2兩位撥碼開關數值與地址分配對應關系

2.2 數碼開關數值傳輸及處理程序

將表2中每個數值的對應關系，用一行程序（如圖3中第一行）來實現，即表中為“0\"的數字用相應位地址的常閉觸點表示，為“1”的數字用相應位地址的常開觸點表示。將對應數值作為源數據添加在MOVE指令的IN端，當條件滿足時將對應數值傳輸至地址MW20，并將MW20中的數據作為計數器的設定值來統計物料轉運的次數，每卸完一車貨計數器加1（如圖3第3行程序所示）。此外，若未用撥碼開關設定值，小車不能運行，以防出現計數不準確的情況（如圖3第2行程序所示）。

%I0.7 %I0.6 %10.5 %I0.4 %I0.3 %10.2 %I0.1 %I0.0 撥碼開關2的\"8”撥碼開關2的“4”撥碼開關2的\"2” 撥碼開關2的\"1” 撥碼開關1的\"8” 撥碼開關1的\"4” 撥碼開關1的\"2” 撥碼開關1的\"1” MOVE V H H HH EN ENO 1一IN %MW20 *OUT1“Tag_2”

2.3小車的控制程序

如圖4中第5行程序所示，當按下正轉啟動按鈕SB1時，I1.0常開觸點閉合，Q0.0線圈得電，小車前往裝料。當正轉至裝貨位置，撞下正轉到位行程開關SQ2，I1.5常閉觸點斷開，正轉停止，小車停在此處等待裝貨。

同時，I1.5常開觸點閉合（如圖4中第6行所示），使Q0.3得電，外置的得電延時定時器KT2得電（圖2），開始計量裝貨時間。當裝貨完成，即KT2計時時間到，KT2常開延時閉合觸點閉合，使I1.7常開觸點閉合。

當I1.7常開觸點閉合，Q0.1線圈得電，小車前往卸料，如圖4第3行程序所示。當反轉至卸貨位置，撞下反轉到位行程開關SQ1，I1.4常閉觸點斷開，反轉停止，小車停在卸貨處等待卸貨。與正轉同理，當I1.4常開觸點閉合，使Q0.2得電，外置的得電延時定時器KT1得電，開始計量卸貨時間。當卸貨完成，即KT1計時時間到，KT1常開延時閉合觸點閉合，使I1.6常開

%MW20 %M10.0“Tag_2” “未設置標志”lt;gt; {Word0%DB2“C1”%I1.6 CTU

“t卸貨時間” IntHH CU Q\"Ci\".QU-R CV-0%MW20“Tag_2”-PV%I1.7 %Q0.0 %12.0 %I1.4 %I1.3 %Q0.1“t裝貨 \"KM1 \"SA “SQ1反 “過載 \"KM2時間” 正轉” 急停” 轉到位” 保護” 反轉”HH W A r H%I1.1“SQ2反轉起動”HH%Q0.1

\"KM2反轉”HH%I1.4“SQ1反 %12.0 %Q0.2轉到位” \"C1\".QU “SA急?！?“卸貨時間”HH H 中 H%I1.0 %Q0.1%M10.1 %12.0 %I1.5 %I1.3 %Q0.0\"SB1正 “KM2“停止“C1” \"SA “SQ2正 “過載 \"KM1轉起動” 反轉”標志” QU 急?！?轉到位” 保護” 正轉”HH H 工工 HH I）%Q0.0

“KM1正轉”HH%I1.6“t卸貨時間”HT%I1.5 %12.0 %Q0.3“SQ2正轉到位” “SA急停” “裝貨時間”HH觸點閉合，再次啟動正轉裝貨，依次循環。

在圖3的程序中，每卸完一車貨計數器C1加1，當計數次數達到設定值，C1.QU常閉觸點斷開，正轉停止，即計數完成后無法再次裝貨。

2.4小車空載停止控制程序

通常情況下，小車停正時最好處于空載狀態，且裝物料的小車若隨意停放，遇上下雨等情況可能會使物料受損。小車空載停止控制程序如圖5所示，當停止按鈕SB3被按下時，M10.1線圈得電；而從圖4的程序可知，M10.1常閉觸點僅斷開正轉，即小車只能停止在裝貨的路上，確保小車停止時處于空載狀態。當然，遇到著火、有人觸電等緊急情況，可按下急停按鈕使小車停止。

圖4小車的控制程序

圖5小車空載停止控制程序

3結束語

在本系統中，裝卸貨地點可通過移動行程開關SQ1、SQ2的位置改變。裝貨和卸貨時間由用戶根據實際情況，通過外接兩個得電延時時間繼電器撥盤設定。轉運物料的次數由用戶通過外置的2個“8421”撥碼開關設定。該系統雖未采用高端設備，但能根據具體情況設定工作參數，適合無工控基礎的普通工人操作使用，不僅能靈活設置裝卸貨時間和轉運車次，成本低、使用方便靈活，還能降低人工成本。

注：本研究內容源自寧夏民族職業技術學院院級精品在線開放課程《可編程序控制器》項目的教學實踐與應用探索。

參考文獻

[1]劉生承，馬超，陳京宇.工業4.0背景下物料搬運系統的設計與優化策略[J].起重運輸機械，2023（16）：71-76.

[2]王靖，周瑜，莊文密，等.基于PLC和嵌入式技術的智能物料搬運系統設計[J].制造業自動化，2019，41（9）：28-31.

[3]蔣旭.鋼鐵廠自動化物料搬運系統的設計與實現[J].今日制造與升級，2023（10）：82-84.

（編輯林子衿）