论文运料小车控制系统设计.docx
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论文运料小车控制系统设计
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毕业设计（论文）
标题：
基于组态技术的运料小车控制系统的设计
学生姓名：
唐保刘媛潘凤
系部：
汽车电子系
专业：
电气自动化技术
班级：
电气1002
指导教师：
罗麦丰
株洲职业技术学院教务处制
目录
摘要1
第一章下位机设计2
1.1工艺过程与控制要求2
1.2硬件设计2
1.3软件设计5
第二章上位机MCGS监控系统的设计11
2.1组态软件监控画面设计11
2.2运料小车自动往复运动运行与调试16
参考文献18
致谢19
摘要
本设计介绍基于PLC组态技术的运料小车控制系统，本系统采用西门子S7-200CPU224型的PLC、MCGS组态软件、V4.0STEP7MicroWINSP6编程软件。
利用组态与PLC之间的通信，将各种脚本程序与PLC程序完美结合，共同去控制一个对象，以达到现场的控制要求和控制目的。
关键词：
S7-200CPU224、MCGS组态软件、V4.0STEP7MicroWINSP6
第一章下位机设计
1.1工艺过程与控制要求
1、在一些自动化生产线上，为了实现多地点随机卸料或者多地点随机搜集成品或（废品），经常会用到一台装卸料小车，根据请求在6个位置停车，进行装卸料，SQ0~SQ5为6个正常停车位置的行程开关，小车压上时为ON，小车离开时为OFF；SQ6、SQ7为小车保护限位行程开关，SB0为小车卸料琴键开关，SB1~SB5为互锁的装料琴键开关，用于选择小车装料的位置。
2、小车在电动机的拖动下运行，电动机正转时小车右行，电动机反转时小车左行。
3、当选择按钮号与小车位置压下的行程开关号相同时，按下启动按钮，小车停止不动。
4、当选择按钮号大于小车位置压下的行程开关号时，按下启动按钮，小车向右运行直至两者相等时，小车停止。
当选择按钮号小于小车位置压下的行程开关号时，按下启动按钮，小车向左运行直至两者相等时，小车停止。
5、装料完毕，按下选择按钮SB0，小车向左运行直至SQ0时，小车停止并卸料；小车装卸料时，必须5秒后下一个信号才能响应。
1.2硬件设计
1.主电路设计
根据控制要求，小车从SQ7点前进到SQ6点，还可以根据呼叫位置的要求，到达指定位置，然后停车，实现工作现场功能。
因此，工作电机一定要实现正反转，其主电路的电气原理图如图1.1所示：
图1.1
2.小车自动往复运动PLCI/O接线图
根据控制要求，输入对象为14个，输出对象为4个。
所以为了满足控制要求，可采用PLC:
S7-200CPU224,I/O接口电路如图1.2所示：
图1.2
3.输入输出I/O地址分配表如表1.3所示：
输
入
信
号
名称
代号
地址
输
入
信
号
名称
代号
地址
卸料开关
SB0
I0.0
行程开关零
SQ0
I1.0
1号呼叫按钮
SB1
I0.1
行程开关一
SQ1
I1.1
2号呼叫按钮
SB2
I0.2
行程开关二
SQ2
I1.2
3号呼叫按钮
SB3
I0.3
行程开关三
SQ3
I1.3
4号呼叫按钮
SB4
I0.4
行程开关四
SQ4
I1.4
5号呼叫按钮
SB5
I0.5
行程开关五
SQ5
I1.5
启动按钮
SB6
I0.6
右限位行程开关
SQ6
I1.6
停止按钮
SB7
I0.7
左限位行程开关
SQ7
I1.7
输出
信号
正转接触器
KM1
Q0.0
反转接触器
KM2
Q0.1
表1.3
4.电器元件的选择
根据电机的选择需要4千瓦，额定电流需要8A,需要选择断路器DZ12-60/3（15-20）、热继电器NR2-25G/Z（0.1-10A）、接触器CJ20-10A、熔断器RL1-10（10A*3/6A*2）
电路元器件
规格型号
数量
PLC
西门子S7-200CPU224
1
电动机
YK31112A
1
熔断器
RL1-10（10A*3/6A*2）
3
断路器
DZ12-60/3（15A-20A）
1
热继电器
NR2-25G/Z0.1-10A
1
接触器
CJ20-10A
2
表1.4
1.3软件设计
1.运动小车控制系统流程
如图1.5所示M表示行程开关位置号，N表示小车呼叫位置号。
当选择按钮号与小车位置压下的行程开关号相同时，按下启动按钮，小车停止不动。
当选择按钮号大于小车位置压下的行程开关号时，按下启动按钮，小车向右运行直至两者相等时，小车停止。
当选择按钮号小于小车位置压下的行程开关号时，按下启动按钮，小车向左运行直至两者相等时，小车停止。
图1.5
2.梯形图设计
当对应的继电器工作后，首先将小车所在的位置号通过移位寄存器送到VW0（字存储单元）。
然后，将所有呼叫位置号送到另一个字存储单元VW2。
其中M0.0～M0.7就是组态界面中的行程开关号，M1.0～M1.5就是组态界面中的呼叫按钮号。
利用比较指令，当呼叫位置号大于小车位置号时，小车右行。
当呼叫位置号小于小车位置号时，小车左行。
当呼叫位置号等于小车位置号时，M2.2得电且有一定的延时，时间一到T37常闭断开，达到控制要求。
图1.6
第二章上位机MCGS监控系统的设计
2.1组态软件监控画面设计
首先在用户窗口,点新建窗口,生成窗口0,在窗口0属性中重命名为运料小车自动控制,然后在工具条中点工具箱选择图中需要的元件组态即可。
如图2.1所示：
图2.1
对窗口、实时数据库和PLC三者建立链接:
将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性链接,再通过设置通道与PLC三者建立链接,并设置相应的动画属性。
在系统运行过程中,图形对象的外观和状态特征,由数据对象的实时采集值驱动,从而实现图形的动画效果。
双击运行策略进入循环策略,由循环策略进入策略组态,在策略组态的工具栏中点策略工具箱和新增策略行,从策略工具箱中选择脚本程序拖到新增策略框中。
如图2.2所示：
图2.2
在实时数据库中新增所有需要的数据对象,并定义数据变量的名称、类型、初始值和数值范围等等,必要时可以添加注释。
如表2.3所示：
名称
类型
注释
SB0
开关型
0工位按钮
SB1
开关型
1工位按钮
SB2
开关型
2工位按钮
SB3
开关型
3工位按钮
SB4
开关型
4工位按钮
SB5
开关型
5工位按钮
SQ0
开关型
0工位行程开关
SQ1
开关型
1工位行程开关
SQ2
开关型
2工位行程开关
SQ3
开关型
3工位行程开关
SQ4
开关型
4工位行程开关
SQ5
开关型
5工位行程开关
SQ6
开关型
右限位开关
SQ7
开关型
左限位开关
Q0
开关型
小车前进
Q1
开关型
小车后退
VW0
数值型
VW2
数值型
设定装料时间
数值型
小车行程
数值型
小车运动行程
装料时间
数值型
表2.3
双击策略组态的脚本程序进行编写。
编写必要的脚本程序,使动画更加丰富、形象,达到设计的需要,所以一般上位机组态当中脚本程序是必须的。
图2.4
脚本程序如图2.5：
图2.5
进行设备组态,当首先进入设备窗口。
双击进入设备组态,在设备组态的工具栏选设备工具箱,在工具箱中选择通用串口父设备和西门子S7-200设备,生成设备组态中的通用串口父设备0和设备0。
双击生成的通用串口父设备0,进入通用串口属性编辑的基本设置。
双击生成的设备0,在设备0的设备属性设置中对基本属性和通道连接进行设置。
点击需要设置动画连接对象，进入单元属性设置，点击动画连接，再点击组合图符选择>符号，进入动画组态设置，在表达式中关联对应的变量即可。
如图2.6和图2.7所示：
图2.6
图2.7
点击基本属性中的内部属性,再点击设置设备内部属性右端生成的省略号,生成S7-200通道属性设置;点击增加通道,设置需要的通道类型、通道地址、
图2.8
连续通道个数、数据位的位数、操作方式。
最后对设备属性设置中的通道链接进行设置。
左键点击通道连接后,进入通道连接设置,使对应数据对象和通道类型匹配。
如上图所示：
图2.9
2.2运料小车自动往复运动运行与调试
把西门子S7-200CPU224与电脑通信，通信完成之后，把PLC程序通过电脑下载到PLC设备，并将其运行。
然后关闭PLC编程软件，再打开组态界面将其运行即可。
如图2.10所示：
图2.10
结论
毕业设计是在教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节。
通过毕业设计，能使我们综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的训练。
早期运料小车电气控制系统多为继电器-接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。
将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。
PLC运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便等优点。
随着经济的不断发展，运料小车的应用也不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。
但是，传统的继电器接触器控制在工作中已经暴露出种种弊端，因此，新的控制设计已成为社会发展的必然趋势。
本设计运用的可编程控制器实现的自动运料小车控制器，避开了以往继电器接触不良、开关易损坏等缺点，可靠性和稳定性都有所提高。
在检测小车是否到达呼叫停靠点的时候，运用了行程开关使小车的停靠位置更加准确。
同时，由于输入输出很明显，不需要好多额外的外接电路，让设计更简洁。
这也是采用了成熟的可编程控制器带来的好处。
即使在出现故障、紧急停止等环节中都能快捷操作。
参考文献
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（1）
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[7]金广业，李景学可编程控制器原理与应用[M]电子工业出版社1991年2月第一版
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[10]许缪，王淑英电气控制与PLC应用[M]机械工业出版社2007年1月第三版
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[12]徐国林PLC应用技术[M]机械工业出版社2009年1月第一版
[13]陈志文等组态控制实用技术[M]机械工业出版社2009年2月第一版
[14]徐国林PLC应用技术[M]机械工业出版社2009年1月第一版
[15]袁秀英，牛云陞，余群威组态控制技术[M]电子工业出版社2008年5月第一版
[16]许志军工业控制组态软件及应用[M]机械工业出版社
致谢
首先，今日论文的完稿，多承蒙我们指导老师罗教授的悉心指导，老师给我们提供了良好的实验环境，同时在论文的撰写和审稿中倾注了大量的心血。
在此，我们再次表示万分的感谢!
其次，非常感谢在实验室的同学的帮助，对我们的学习和科研工作给予了很大的帮助和支持，在我们的论文撰写中，他们都给我们提出了宝贵的意见和建议，在此表示深深的谢意
再次，特别谢谢我们的一群同学和朋友，一起生活和工作学习的美好时光里，你们给予我们的真诚的鼓励和无私的帮助是终生难忘的。
最后，我们要感谢父母和亲人多年来在生活上无微不至的照顾和精神上的支持，我们能长这么大，还能够有机会读书，真的不知道对你们的付出说些什么，谁言寸草心，报得三春辉。
千言万语化作一句感恩的话：
辛苦了！
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