PLC的自动送料车实验设计

供稿|木春梅，韩守梅，刘蕴络，王常策/MU Chun-mei，HAN Shou-mei，LIU Yun-luo，WANG Chang-ce

PLC的自动送料车实验设计

Design of Automatic Feeding System Based on PLC

供稿|木春梅，韩守梅，刘蕴络，王常策/MU Chun-mei，HAN Shou-mei，LIU Yun-luo，WANG Chang-ce

内 容 导 读

PLC技术简介

1987年国际电工委员会 （IEC）对可编程控制器（Programmable Logic Controller）作出定义[1]：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式或者模拟式的输入和输出端口，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。由于PLC是专为工业应用而设计，具有控制功能强大，可靠性高，编程简单，组合灵活，性价比高等特点，因此近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到广泛的应用。

基于PLC的自动送料车实验设计

基于PLC的自动送料车控制系统任务[3]为：启动送料车后，小车自动返回装料点A等待装料，装料时间为5s；料装满后，自动向卸料点B运行，到达卸料点等待卸料，卸料时间为5s；料卸空后，它再自动向装料点A运行……如此周而往复。在整个控制过程中，指示灯可指示小车的运行方向，而运行到任意位置的小车均可实现立即停车！同时系统设置有两点间运行时间超过15s故障报警，超过25s自动停车和短路反馈功能。

实验中PLC主机采用OMRON SYSMAC CPM1A-30CDR-A[1,4]，它的工作电源为交流电，属于继电器输出型，有18个输入端子，12个输出端子，输入端子和输出端子都有其对应的指示灯，当有信号输入输出时，对应的指示灯亮。根据实验任务选择PLC主机输入接点和输出接点见表1。

控制过程

图1为根据自动送料车控制系统任务所设计参考梯形图。图2为自动送料车的主电路、控制电路图和实际电路。图1中输入接点 00002 被触发后，辅助继电器20000线圈得电，其对应常开触点闭合，控制电机反转的输出继电器01006得电，控制反转指示灯的输出继电器01007得电，其对应输出接点指示灯亮；当送料车到达A点时，输入接点00004被触发，反转输出继电器01006，01007失电，送料车停车装料，指示灯灭；同时时间继电器TIM000得电，开始计时，5s后其对应常开触点闭合，使控制电机正转和正转指示灯的输出继电器01004和01005得电，送料车向B点运行，时间继电器TIM000停止计时；到达B点时，输入接点00005被触发，01004和01005失电，送料车停在B点卸料，正转指示灯灭。同时时间继电器TIM000重新开始计时，5s后重复下一轮动作；在此过程中，时间继电器TIM001和TIM002用于15s故障报警和25s自动停车的计时；当发生短路或者手动停车时，短路反馈输入接点00006和停车输入接点00003被触发，辅助继电器20000失电，其对应常开触点打开，正转或反转输出继电器失电，送料车停车。

故障排查及处理

基于PLC的自动送料车硬件控制电路是由强电电路和弱电电路组成，所涉及的元器件较多。在控制程序通过调试的情况下，若电路发生故障，一般是采用电压检查法和故障分析法来排查电路的故障点[5]。

电压检查法

电压检查法是运用电压表，查出电路中电压的异常情况，并根据电压的变异情况和电路工作原理做出推断，找出具体的故障原因。一般是将电压表的两个表笔分别放在电源的两端，然后固定一个表笔不动，沿电路逐点移动另一表笔，若电压表的读数为电源电压，则电源至该点间电路正常，若表笔逐点移动过程中，电压在两点间发生突变，测量这两点间电压，若为电源电压，则表明这两点之间为故障点。

图2 自动送料车主电路图、控制电路图及实际电路图

故障分析法

故障发生时，首先观察故障所引起的异常现象，根据现象分析该故障是由什么原因引起的，确定故障的大致范围，再通过电压检查法对该范围进行排查，确定故障的具体位置。一般在连接自动送料车电路时会出现以下几个方面的故障：

（a）按下启动按钮，电动机和两个继电接触控制器同时发出异常声响与震动，此时应立刻断开电源开关。检查控制电路中的互锁触点是否接反。

（b）按下启动按钮后，电动机不转动或者只能单向转动。此情况应先观察控制电路中继电器的铁芯是否吸合，若已吸合，说明控制电路中继电器的线圈已得电，控制电路无故障，则故障应在主电路中，检查电机连接及继电器主触点的连接是否正确。若继电器的铁芯没有吸合，则故障在控制电路中。检查控制电路，观察PLC主机所对应输出接点指示灯，若灯不亮，则故障在PLC主机的输入电路中，用电压检查法排查，确定故障的具体位置；若灯亮，则故障在PLC主机的输出电路中，用电压检查法排查，确定故障点。

结束语

基于PLC的自动送料车控制实验是一个综合设计性的实验。它涉及到PLC的软件编程和调试以及硬件控制电路的设计与连接。梯形图和硬件电路的设计促进了便于更深层次的理解实验内容，提高分析问题、解决问题的能力，增强设计水平。硬件电路涉及的控制器件较多，接线较为复杂，能够直观而形象的了解各种器件的功能、接线方法和注意事项，有利于培养和锻炼实际动手能力，真正体验到控制系统的软、硬件相结合，并融入其中。

[1] 王冬青，谭春. 欧姆龙CP1H PLC原理及应用. 北京：电子工业出版社，2009

[2] 韩守梅，刘蕴络. 电工电子技术实验教程.北京：兵器工业出版社，2009

[3] 霍罡，樊晓兵. 欧姆龙CP1H PLC应用基础与编程实践. 北京：机械工业出版社，2008[4] 董春利. 三相异步电动机控制线路的安装与检修. 实验技术与管理，2007，24（4）：45-47

介绍了PLC技术，基于PLC的自动送料车的实验设计原则与任务，探讨了实验故障的排查方法。实验具有很好的综合性和设计性，有利于理解实验内容，提高分析问题、解决问题的能力，增强设计水平。硬件电路涉及的控制器件较多，接线较为复杂，能够直观而形象的了解各种器件的功能、接线方法和注意事项，有利于培养和锻炼实际动手能力，真正体验到控制系统的软、硬件相结合，并融入其中。

北京科技大学信息学院，北京 100083

表1 小车控制程序的I/O地址分配表

输入接点 输出接点起动SB1：00002 故障报警指示灯：01003停车SB2：00003 正转线圈KM1： 01004到达A点STa：00004 A→B指示灯：01005到达B点STb：00005 反转线圈KM2： 01006短路反馈信号SB3：00006 B→A指示灯：01007

实际运行

图1 自动送料车梯形图

将图1中梯形图写入PLC主机，调试无误后按图2连接硬件控制电路。硬件电路检查无误后，通电运行。按下启动开关SB1，继电器KM2线圈得电，其主触点闭合，电动机反转，送料车向A点运行，A-B指示灯亮。到达A点，挡块压下A点的行程开关STa，其动合触点闭合，继电器KM2线圈失电，主触点打开，电动机失电，送料车停在A 点等待装料。5s后继电器KM1线圈得电，电动机正转，送料车向B点运行，B-A指示灯亮。到达B点，挡块压下B点行程开关STb，其动合触点闭合，继电器KM1线圈失电，主触点打开，电动机失电，送料车停在B 点等待卸料。5s后继电器KM2线圈得电，送料车重复上一轮动作，如此周而复始。在此过程中可以用手动开关SB2命令送料车随时停车。24V直流信号模拟短路反馈信号。系统中含有短路保护和过载保护功能，当发生短路时主电路中FU熔断，电路断开。当发生过载时，热继电器FR的常闭触点打开，电机失电停止转动。

木春梅（1979.4—），女，硕士，北京科技大学信息学院电工电子实验室工程师，主要从事电路电子技术等方面的研究