自動往返運料小車控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

畢業(yè)設(shè)計（論文）自動往返運料小車控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要運料小車在煤礦、倉庫、港口車站、礦井等行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，而其控制系統(tǒng)就是一種典型的PLC系統(tǒng)。傳統(tǒng)的運料小車大多是繼電器控制，而繼電器控制有著接線復(fù)雜、易出故障、維護維修不易等缺點。為了降低運料小車的運行成本,實現(xiàn)自動化控制，應(yīng)用可編程控制技術(shù)作為小車的控制系統(tǒng)。本設(shè)計針對電氣控制的運料小車系統(tǒng)，利用組態(tài)軟件和西門子S7200 PLC實現(xiàn)對運料小車系統(tǒng)的監(jiān)測和控制。通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，進行集中的數(shù)據(jù)管理，從而實現(xiàn)對自動運料小車系統(tǒng)有效控制，系統(tǒng)狀態(tài)實時監(jiān)控，并由上位機生成可視化的動態(tài)監(jiān)控界面。方便管理人員對現(xiàn)場的管理，提高工作效率。關(guān)鍵詞：運料小車；組態(tài)軟件；PLC；傳感器；AbstractCarriageis widely used incoal mine,warehouse,station,portmineand other industries,and its control systemisatypical PLC system.The transport carsmost of the traditional relay control,relay controlwith complex wiring,easymaintenance,faultrepairdefectis not easy.In order to reduce the operation costof material transport trolley,automatic control system,the application of programmablecontroltechnology as the controlsystemof car.The design for thecarriageof electric control system,realize themonitoring and control of material transport trolleysystem using configuration software andS7200PLCSiemens.Through the field data acquisition,datamanagement,so as to realize theautomaticcontrolof material transport trolleysystem,real-time monitoring system status,and made the dynamic monitoringinterface PCto generate visual.Managementto facilitate the management of the site,improve work efficiency.Keywords:Material transport trolley;configuration software;PLC;sensor;目 錄第1章 緒論11.1 本課題來源、目的和意義11.1.1 本課題來源11.1.2 本課題目的和意義1 1.2 本課題內(nèi)容及要求2第2章 控制方案的選擇32.1自動往返運料小車設(shè)計思路32.2 可編程控制器（PLC）及運料小車的介紹32.2.1 可編程控制器（PLC）的分類32.2.2 PLC的工作原理52.3 自動運料小車控制系統(tǒng)5 2.4 系統(tǒng)硬件配置6第3章 控制系統(tǒng)的硬件選型73.1 系統(tǒng)硬件的選型73.2 PLC選型8 3.3 傳感器的選型9 3.4 步進電機的選型11第4章 控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)134.1 PLC軟件開發(fā)工具介紹134.1.1硬件連接及軟件的安裝134.1.2STEP7-Micro/WIN32軟件的窗口組件144.2程序流程14第5章 組態(tài)設(shè)計165.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計165.2 MCGS與PLC的連接175.3 運料小車的組態(tài)設(shè)計175.4 運行調(diào)試動畫界面17第6章 結(jié) 論19致 謝20參考文獻21第1章 緒論1.1 課題來源、目的和意義 1.1.1 課題來源 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，對自動化程度要求越來越高，原有的生產(chǎn)線已不能滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)中運料是一個非常重要的環(huán)節(jié)，但是其崗位對人體傷害較大或者是勞動負荷較大。所以運料小車在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，為企業(yè)節(jié)省了人力、物力等，節(jié)約了生產(chǎn)成本提高了經(jīng)濟效益。但是，相比傳統(tǒng)接觸器、繼電器控制的運料小車電氣控制線路比較復(fù)雜，不容易檢修及維護?；赑LC的自動運料小車控制系統(tǒng)可以解決上述問題，因此對它的設(shè)計具有了現(xiàn)實可能性。運料小車是工廠工業(yè)運料的主要設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于冶金、有色金屬、煤礦等行業(yè)。早期運料小車電氣控制系統(tǒng)多為“繼電器一接觸器”組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負責(zé)操作?，F(xiàn)代的運料小車基本將控制系統(tǒng)更改為基于PLC核心的計算機控制，并且為了更方便的對運輸現(xiàn)場實施監(jiān)控，傳統(tǒng)的指示燈報警和提示已不能滿足要求。人們需要掌握小車的實時運行路徑、了解小車的工作狀態(tài)、記錄小車的運行歷史并能夠隨時修改小車的運行參數(shù)和調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，還需要按照可視和可控的格式，實時傳輸、管理和顯示這些信息。因此，采用組態(tài)軟件進行實時的數(shù)據(jù)管理和監(jiān)控顯得尤為重要。 1.1.2課題目的和意義 隨著社會的飛速發(fā)展，人們的物質(zhì)需求日益增長。因此，為了滿足人們需求，就要加快物質(zhì)生產(chǎn)?？刂葡到y(tǒng)的出現(xiàn)及發(fā)展，是現(xiàn)代工業(yè)向自動化方向發(fā)展的必然產(chǎn)物。送料小車是基于可編程控制器（PLC,ProgrammablelogicController）控制的智能系統(tǒng)，經(jīng)過了40多年的發(fā)展應(yīng)用，已經(jīng)由手動到自動再到全自動控制?，F(xiàn)已進入人們的生產(chǎn)生活，為改善人們生活帶來了許多幫助。企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，使得生產(chǎn)資料的輸送成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。運料小車自動控制正是用來實現(xiàn)輸送生產(chǎn)資物的系統(tǒng)。在國外，隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)線上的運輸控制系統(tǒng)已廣泛地采用基于PLC控制系統(tǒng)，有些制造廠甚至還開發(fā)研制出了專用的邏輯處理控制芯片。目前，國內(nèi)大部分工控企業(yè)的運料小車自動控制系統(tǒng)都是從國外引進的，成本高。為了滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，讓PLC技術(shù)與自動化技術(shù)相結(jié)合，充分的應(yīng)用到我國的工控企業(yè)生產(chǎn)線上，并且在各種環(huán)境下都能夠正常工作，本文應(yīng)用PLC實現(xiàn)對運料小車工作過程的自動控制，并仿真實現(xiàn)，從而實現(xiàn)成本低，易控制，安全可靠，效率高的設(shè)計目標(biāo)。1.2 課題內(nèi)容及要求本設(shè)計的主要內(nèi)容有：確定運料小車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案；設(shè)計運料小車拖動電機的電氣控制線路原理圖；確定運料小心控制系統(tǒng)PLC的型號規(guī)格；確定PLC I/O元件，列出 I/O 元件分配表；設(shè)計運料小車控制系統(tǒng)PLC I/O 接線圖；PLC程序的總體結(jié)構(gòu)圖和梯形圖（包括主程序和中斷程序）等。設(shè)計目的：（1）熟練掌握PLC的指令系統(tǒng)，學(xué)會一些特殊設(shè)備在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用。 （2）能使用西門子PLC編程軟件及MCGS組態(tài)軟件。 （3）通過設(shè)計牢固掌握功能表梯形圖的方法、步驟及繪制梯形圖所遵循的規(guī)則和技巧。學(xué)會時序控制程序的設(shè)計和調(diào)試方法。 （4）能夠繪制傳動系統(tǒng)的電氣圖。 第2章控制方案的選擇2.1自動往返運料小車設(shè)計思路本系統(tǒng)采用西門子SIMATIC系列PLC進行控制，伺服器與交流電機構(gòu)成傳動裝置，驅(qū)動小車來回往返，用北京昆侖通態(tài)公司MCGS(英文說明)作為組態(tài)監(jiān)控界面，實現(xiàn)實驗環(huán)境下運料小車系統(tǒng)的運行。2.2 可編程控制器的介紹 2.2.1 可編程控制器（PLC）的分類 PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點數(shù)的多少等進行大致分類。 1按結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。 （1）整體式PLC整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成。基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。 （2）模塊式PLC 模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。 還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。 2按功能分類 根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。 （1）低檔PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。 （2）中檔PLC 除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 （3）高檔PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。3按I/O點數(shù)分類 根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。 (1).小型PLCI/O點數(shù) 2048點；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量816K如：S7-400 德國西門子公司GE- GE公司C-2000 立石公司K3 三菱公司等2.2.2 PLC的工作原理PLC與繼電器構(gòu)成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式的不同，繼電器控制是并行運行方式，即如果輸出先前通電或斷電，該線圈的觸點立即動作，只要形成電流通路，就有可能幾個電器同時動作。而PLC則不同，它采用循環(huán)掃描技術(shù)，自有該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時，該線圈觸點才會動作，而且每次它只能執(zhí)行一條指令，這也就是說PLC以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點競爭和時序失配等問題。也就是說，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入 傳送、執(zhí)行程序指令、輸出3個階段才能完成控制過程。PLC采用循環(huán)掃描技術(shù)可分為3個階段：輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送的PLC）、執(zhí)行程序和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設(shè)備）。在輸入階段中，PLC先進行自我診斷，然后與編程器或計算機通信，同時中央處理器掃描各個輸入端并讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把他們存入相應(yīng)的輸入存儲單元。在執(zhí)行階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行邏輯運算，得到運算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相應(yīng)的輸出存儲單元。在輸出階段中，PLC將相應(yīng)的輸出存儲單元的運算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過模塊向外部設(shè)備傳送輸出信號，開始控制外部設(shè)備。2.3 自動運料小車控制系統(tǒng) 小車運料示意圖如圖2所示，為小車一處裝料，另一處卸料。小車由電動機拖動，電機正轉(zhuǎn)，小車前進，電機反轉(zhuǎn)，小車后退。料斗底門和小車底門均由電磁閥控制，得電打開，斷電閉合。小車前、后終端位置均由限位開關(guān)控制。按下右啟動按鈕小車右行(前述至限位開關(guān)SQ1處停下來裝料，20 S后結(jié)束，開始左行。當(dāng)碰到SQ2后停下來第一次卸料，15 S后右行，碰到SQ1又停下來裝料，20S后結(jié)束，又開始左行，經(jīng)過SQ2不停，當(dāng)碰到SQ3后停下來第二次卸料，15 S后右行，碰到SQ1后又停下來裝料。完成一個工作周期動。圖2-2送料小車工作示意圖2.4系統(tǒng)硬件配置 圖2-3 系統(tǒng)總體框架圖系統(tǒng)硬件配置結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，包括PLC及I/O擴展單元、傳感器元件（行程開關(guān)和接近開關(guān)等）、控制面板（按鈕開關(guān)和指示燈）、控制元件（中間繼電器，交流接觸器和電磁閥）以及執(zhí)行元件（電機）等幾部分。控制面板作為設(shè)備控制的主要器件，接收來自操作人員的操作指示：傳感器元件檢測運轉(zhuǎn)小車進信號、后退信號，以及各部分的動作完成情況：PLC自動循環(huán)掃描各個輸入輸出點的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)梯形圖程序所確定的邏輯關(guān)系更新輸出點的狀態(tài)，通過通斷交流接觸器和換向電磁閥來控制電機的啟停和油缸的動作，從而完成轉(zhuǎn)料小車運轉(zhuǎn)任務(wù)的過程的自動控制。第3章 控制系統(tǒng)的硬件選型3.1 系統(tǒng)硬件的選型本課題涉及的硬件包括步進電機、驅(qū)動器、傳感器、三相異步電機、氣動系統(tǒng)、PLC控制器等。以下為各部件詳細介紹：1. 步進電機：步進電機有步角距、靜力矩、電流三大要素組成。根據(jù)負載的控制精度要求選擇步角的大小，根據(jù)負載的大小確定靜力矩，靜力矩一經(jīng)確定給我悲劇電機矩頻特性曲線來判斷電機的電流。一旦三大要素確定，步進電機的型號變確定下來了。2. 驅(qū)動器：遵循先選電機后選驅(qū)動的原則，電機的相數(shù)、電流大小是驅(qū)動器選擇的決定因素：在選型中，還要根據(jù)PLC輸出信號的極性來決定驅(qū)動器輸入信號是共陽極或者共陰極。未來改善電機的運行性能和提高控制精度，通常通過選擇帶細分功能的驅(qū)動器來實現(xiàn)，目的驅(qū)動器的細分等級有8倍、16倍、32倍、64倍等，最高可達256倍細分。在實際應(yīng)運中，應(yīng)根據(jù)控制要求和步進電機的特性選擇合適的細分倍數(shù)，以達到更高的速度和更大的高速轉(zhuǎn)矩。使電機運轉(zhuǎn)精度更高。振動更小。3. 三相異步電動機：1）電動機的機械特性、啟動、制動、調(diào)速及其他控制性能應(yīng)滿足機械特性和生產(chǎn)工藝過程的要求。電動機工作過程中對電源供電質(zhì)量的影響（入電壓波動、諧波干擾等），應(yīng)在容許的范圍內(nèi)；（1）按預(yù)定的工作制、冷卻放大基礎(chǔ)在情況所需的電動機功率，電動機的溫升應(yīng)在限定的范圍內(nèi)；（2）根據(jù)環(huán)境條件、運行條件、安裝方式、傳動方式，選定電動機的結(jié)構(gòu)、安裝、防護形式，保證電動機可靠工作；（3）綜合考慮一次投資幾運行費用，整個驅(qū)動系統(tǒng)經(jīng)濟、節(jié)能、合理、可靠和安全。 4. 傳感器：傳感器的選型原則可以從以下六個方面來敘述：（1）根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型；（2）靈敏度的選擇；（3）頻率響應(yīng)特性；（4）線性范圍；（5）穩(wěn)定性；（6）測量精度。根據(jù)具體的測量工作，從以上六個方面綜合考慮，以選擇最合適的傳感器。 5.氣動系統(tǒng)：（1）確定氣動執(zhí)行元件的形式；（2）進行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；（3）制定基本方案，擬定氣動系統(tǒng)原理圖；（4）選擇氣動元件；（5）氣動系統(tǒng)的性能驗算；（6）繪制工作圖，編制技術(shù)文件。3.2 PLC選型 在設(shè)計控制系統(tǒng)中，PLC用到了8個輸入點、6個輸出點、1個模擬量輸入點以及1個模擬量輸出點控制運料小車的運動。因此，依據(jù)運料小車控制系統(tǒng)的工藝流程、實際控制需求以及輸入輸出變量特點，選用了西門子S7-2PLCCPU224XPCN控制的運料小車控制系統(tǒng)設(shè)計方案。該PLC不僅用有14個輸入點和10個輸出點，還有1個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點，利用PLC控制技術(shù)，實現(xiàn)運料小車兩處裝料、兩處卸料的運動控制，完全能滿足設(shè)計需求。在運料小車控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，需要PLC具有抗干擾能力出眾、可靠性高、控制功能強、編程方便等優(yōu)點，因此采用可編程控制器作為主控制器。同時考慮到該控制系統(tǒng)不是很復(fù)雜，從經(jīng)濟角度考慮后決定：該控制系統(tǒng)采用德國西門子公司聲場的S7-200系列可編程控制器，具體型號為CPU224 CN AC/DC/繼電器，現(xiàn)有 AC 220V電源，DC24V 電源輸入，繼電器輸出。該PLC結(jié)構(gòu)緊湊小巧。執(zhí)行速度快、功能強大及性價比高等特點，符合本系統(tǒng)各方面要求。（1） PLC的I/O分配表表3.1PLC的I/O分配表輸入信號輸出信號名稱代號輸入編號名稱代號輸出編號啟動按鈕SB1I0.0正轉(zhuǎn)接觸器KM1Q0.0停止按鈕SB2I0.1反轉(zhuǎn)接觸器KM2Q0.1前限位開關(guān)1SQ1I0.2裝料指示燈L1Q0.2前限位開關(guān)2SQ2I0.3卸料指示燈L2Q0.3后限位開關(guān)1SQ3I0.4運行指示燈L3Q0.4后限位開關(guān)2SQ4I0.5報警指示燈L4Q0.5急停按鈕1SB3I0.6報警信號SB4I0.7（2） PLC輸入輸出地址分配本次所采用的是S7-200系列中的CPU 224，系統(tǒng)中的運料小車由一臺三相異步電動機拖動，電機正轉(zhuǎn)，小車向左行，電機反轉(zhuǎn)，小車向右行。SB1是系統(tǒng)啟動按鈕，SB2是系統(tǒng)停止按鈕，SQ1-SQ4位行程開關(guān)，KM1、KM2分別為電動機正反轉(zhuǎn)，L1-L4位小車狀態(tài)指示燈。小車控制系統(tǒng)的輸入，輸出設(shè)備與PLC的I/0段對應(yīng)的外部接線如圖3-1所示：圖3-2 PLC外部接線3.3 傳感器的選型 國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。本課題中需要各種傳感器來完成各種操作流程，比如需要傳感器來檢測小車是否運動到位，需要傳感器來檢測小車是否裝卸貨物完成到位，所以我們需要對傳感器進行型號選定。在檢測小車是否運動到位時，需要位置傳感器，位置傳感器可用來檢測位置，反映某種狀態(tài)的開關(guān)，和位移傳感器不同，位置傳感器有接觸式和接近式兩種。接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行程開關(guān)、二維矩陣式位置傳感器等。當(dāng)某個物體在運動過程中，碰到行程開關(guān)時，其內(nèi)部觸頭會動作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關(guān)，則可以控制移動范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機械手掌內(nèi)側(cè)，用于檢測自身與某個物體的接觸位置。由于行程開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、價格低廉。所以本課題選擇行程開關(guān)來完成這項檢測。當(dāng)檢測貨物是否裝卸完成時，需要紅外傳感器，紅外線傳感器依動作可分為：(1) 將紅外線一部份變換為熱，藉熱取出電阻值變化及電動勢等輸出信號之熱型，但是誤差偏大，不能精確判斷。(2) 利用半導(dǎo)體遷徙現(xiàn)象吸收能量差之光電效果及利用因PN 接合之光電動勢效果的量子型。熱釋電型的現(xiàn)象俗稱為焦熱效應(yīng)。熱釋電型的優(yōu)點有：可常溫動作下操作，本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。綜上所述，本課題選擇熱釋電型紅外傳感器。具體型號如下：表3.2傳感器型號與參數(shù)實驗溫度：T=22CNEP：100C黑體,1Hz電子帶寬敏感度：100C黑體噪音：0.4到10Hz帶寬隱蔽性好。價格低廉。3.4 步進電機的選型 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移或直線位移的一種特殊電動機。其工作方式是每輸入一個電脈沖信號，電動機就轉(zhuǎn)動一個角度，由于運動形式是步進的，因此稱為步進電機。(1)步進電機轉(zhuǎn)矩的選擇步進電機的保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機所稱的“功率”。當(dāng)然，有著本質(zhì)的區(qū)別。步進電動機的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電機，電機的輸出功率是可變的。通常根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩大小(即所要帶動物體的扭力大小)，來選擇哪種型號的電機。大致說來，扭力在0.8N.m以下，選擇20、28、35、39、42(電機的機身直徑或方度，單位：mm);扭力在1N.m左右的，選擇57電機較為合適。扭力在幾個N.m或更大的情況下，就要選擇86、110、130等規(guī)格的步進電機。(2)步過電機轉(zhuǎn)速的選擇對于電機的轉(zhuǎn)速也要特別考慮。因為，電機的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。就是說，步進電機在低速(每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低轉(zhuǎn)速，其輸出轉(zhuǎn)矩較大)，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩(1000轉(zhuǎn)/分-9000轉(zhuǎn))就很小了。當(dāng)然，有些工況環(huán)境需要高速電機，就要對步進電動機的線圈電阻、電感等指標(biāo)進行衡量。選擇電感稍小一些的電機，作為高速電機，能夠獲得較大輸出轉(zhuǎn)矩。反之，要求低速大力矩的情況下，就要選擇電感在十幾或幾十mH,電阻也要大一些為好。(3)步進電機空載起動頻率的選擇步進電機空載起動頻率，通常稱為“空起頻率”。這是選購電機比較重要的一項指標(biāo)。如果要求在瞬間頻繁啟動、停止，并且，轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)/分鐘左右(或更高)，通常需要“加速啟動”。如果需要直接啟動達到高速運轉(zhuǎn)，最好選擇反應(yīng)式或永磁電機。這些電機的“空起頻率”都比較高。(4)步進電機的相數(shù)選擇步進電機的相數(shù)選擇，這項內(nèi)容，很多客戶幾乎沒有什么重視，大多是隨便購買。其實，不同相數(shù)的電機，工作效果是不同的。相數(shù)越多，步距角就能夠做的比較小，工作時的振動就相對小一些。大多數(shù)場合，使用兩相電機比較多。在高速大力矩的工作環(huán)境，選擇三相步進電機是比較實用的。(5)針對步進電機使用環(huán)境來選擇特種步進電機能夠防水、防油，用于某些特殊場合。例如水下機器人，就需要放水電機。對于特種用途的電機，就要針對性選擇了。由于本文中的自動小車是安裝在倉庫之中，所運送的物料也比較大而且重，也就是說負載較大，需要選擇大力矩的電機，所以本文中選擇的電機是規(guī)格為130的步進電機，以滿足現(xiàn)實的工作要求。本文中選擇的電機型號為130mm三相步進電機，具體型號為SS5401C40A，詳細參數(shù)如下：圖3-3 步進電機的型號與參數(shù)第4章 控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)4.1 PLC軟件開發(fā)工具介紹 STEP7-Micro/WIN32西門子編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列可編程控制器而設(shè)計開發(fā)，是西門子PLC用戶不可缺少的開發(fā)工具。目前STEP7-Micro/WIN32編程軟件已經(jīng)升級到了4.0版本。4.1.1硬件連接及軟件的安裝1、硬件連接 為了實現(xiàn)PLC與計算機之間的通信，西門子公司為用戶提供了兩種硬件連接方式：一種是通過PC/PPI 電纜直接連接，另一種是通過帶有MPI電纜的通信處理器連接。典型的單主機與PLC直接連接如圖71所示，它不需要其他的硬件設(shè)備，方法是把PC/PPI電纜的PC端連接到計算機的RS-232通信口（一般是COM1），把PC/PPI電纜的PPI端連接到PLC的RS-485通信口即可。 2、軟件的安裝（1）系統(tǒng)要求STEP7-Micro/WIN32軟件安裝包是基于Windows的應(yīng)用軟件，4.0版本的軟件安裝與運行需要Windows2000/SP3或WindowsXP操作系統(tǒng)。（2）軟件安裝STEP7-Micro/WIN32軟件的安裝很簡單， 將光盤插入光盤驅(qū)動器系統(tǒng)自動進入安裝向?qū)Вɑ蛟诠獗P目錄里雙擊setup，則進入安裝向?qū)В?，按照安裝向?qū)瓿绍浖陌惭b。軟件程序安裝路徑可使用默認(rèn)子目錄，也可以使用“瀏覽”按鈕彈出的對話框中任意選擇或新建一個新子目錄。首次運行STEP7-Micro/WIN32軟件時系統(tǒng)默認(rèn)語言為英語，可根據(jù)需要修改編程語言。如將英語改為中文，其具體操作如下：運行STEP7-Micro/WIN32編程軟件，在主界面執(zhí)行菜單ToolsOptionsGeneral選項，然后在對話框中選擇為Chinese即可將English改為中文。圖41典型的主機與PLC直接連接4.1.2STEP7-Micro/WIN32軟件的窗口組件1、 基本功能STEP7-Micro/WIN32的基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用程序的開發(fā)，同時它具有設(shè)置PLC參數(shù)、加密和運行監(jiān)視等功能。編程軟件在聯(lián)機工作方式（PLC與計算機相連）可以實現(xiàn)用戶程序的輸入、編輯、上載、下載運行，通訊測試及實時監(jiān)視等功能。在離線條件下，也可以實現(xiàn)用戶程序的輸入、編輯、編譯等功能。2、 主界面啟動STEP7-Micro/WIN32編程軟件，其主要界面外觀如圖2所示。主界面一般可分為以下6個區(qū)域：菜單欄（包含8個主菜單項）、工具欄（快捷按鈕）、瀏覽欄（快捷操作窗口）、指令樹(快捷操作窗口)、輸出窗口和用戶窗口（可同時或分別打開圖中的5個用戶窗口）。除菜單欄外，用戶可根據(jù)需要決定其他窗口的取舍和樣式的設(shè)置。4.2程序流程 在整個程序流程中，運料小車在自動化生產(chǎn)線上運動的控制過程如下：初始狀態(tài)小車停在初始位置，按啟動按鈕，系統(tǒng)檢測料倉是否有料，料倉有料，小車開始裝料；20秒后裝料結(jié)束，小車左行，碰到行程開關(guān)2后，小車停止，開始卸料，30秒后卸料完成，小車右行，碰到行開關(guān)1后小車停下裝料，20S后裝料完成，左行卸料，如此循環(huán)，相應(yīng)的狀態(tài)有對應(yīng)的指示燈顯示。如圖4-1：圖41 自動運料小車程序流程系統(tǒng)能夠及時監(jiān)控站點的發(fā)貨指令，監(jiān)控小車的狀態(tài)，所處位置，運行速度，運行路徑，能夠控制站點的放料和閉合過程。PLC負責(zé)對單站的控制，小車狀態(tài)的控制，MCGS負責(zé)收集數(shù)據(jù)，并監(jiān)控實時動態(tài)，能夠?qū)π≤嚨倪\行歷史數(shù)據(jù)和軌跡進行分析，并可以通過發(fā)送指令的方式對系統(tǒng)進行控制，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時進行報警。第5章 組態(tài)設(shè)計下位機PLC現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)參數(shù)通過RS-232接口傳遞至上位機中，由MCGS負責(zé)進行狀態(tài)監(jiān)控和流程控制。MCGS組態(tài)對系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)控，對運行流程進行控制，在系統(tǒng)運行過程中提供歷史數(shù)據(jù)查詢。組態(tài)部分的設(shè)計主要有數(shù)據(jù)庫設(shè)計，界面設(shè)計，流程控制，設(shè)備通信等。5.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計實時數(shù)據(jù)庫是MCGS的核心，主要用于工廠過程的自動采集，存儲和監(jiān)事，實現(xiàn)保存，檢索連續(xù)變化的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并行地處理數(shù)據(jù)，并及時記錄過程報警。MCGS中數(shù)據(jù)庫作為一個對象封裝起來，程序通過方法和屬性與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行交換，在設(shè)備窗口中通過設(shè)備構(gòu)件驅(qū)動SIMATIC 57200 PLC，通過串口將采集的數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫;由用戶窗口組成的圖形對象，與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立連接關(guān)系，以動畫形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化;運行策略通過策略構(gòu)件，對數(shù)據(jù)進行操作和處理。本系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)變量及連接的PLC地址變量對應(yīng)關(guān)系如下，篇幅限制，只列出主要變量，如表5-1所示。表51 自動運料小車主要變量變量名變量類型PLC地址變量注釋啟動開關(guān)型M0.0停止開關(guān)型M0.1急停按鈕開關(guān)型M0.2裝料指示開關(guān)型Q0.2卸料指示開關(guān)型Q0.3運行指示開關(guān)型Q0.4報警指示開關(guān)型Q0.55.2 MCGS與PLC的連接設(shè)備窗口是MCGS組態(tài)設(shè)計的重要組成部分，負責(zé)建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接，使得MCGS能從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對工業(yè)過程的實時監(jiān)控。 在MCGS組態(tài)軟件開發(fā)平臺上，單擊“設(shè)備窗口”，再單擊“設(shè)備組態(tài)”按鈕進入設(shè)備組態(tài)。在“設(shè)備工具箱”中，選中“串口通訊父設(shè)備”和“西門子200系列”，添加到右面已選設(shè)備并對應(yīng)設(shè)備兩者的屬性，保持與PLC的I/O設(shè)置一致。5.3 運料小車的組態(tài)設(shè)計 當(dāng)程序開始時，小車是裝滿料的，小車開始前進，此時組態(tài)界面的前進顯示燈亮，直到小車卸料處（SQ2）自動停下來卸料，此時組態(tài)界面的前進顯示燈亮，經(jīng)過卸料所需設(shè)定的時間30S延時后，車子開始后退，此時組態(tài)界面的后退顯示燈亮，直到小車到達裝料處（SQ1）自動停下來裝料，此時組態(tài)界面的裝料顯示燈亮，經(jīng)過裝料所需設(shè)定的時間20S延時后，車子自動的再次前進送料，卸完料后車子又自動返回裝料，如此自動往返循環(huán)送料。當(dāng)輸入為停止信號時，系統(tǒng)將停止運行。5.4 運行調(diào)試動畫界面 PLC動畫界面如下圖所示，具體過程為：前進（圖5-1）、裝料（圖5-2）、后退（圖5-3）、卸料（圖5-4）。圖5-1 小車前進取料圖5-2 小車裝料圖5-3 小車后退 圖5-3 小車卸料第6章 結(jié) 論 本文主要介紹了運料小車的發(fā)展過程及現(xiàn)代社會對運料小車的功能要求，以及運料小車以后的發(fā)展趨勢。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)自動化程度越來越高，運料小車應(yīng)用前景可觀。在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，我在本文中解決了如下問題：控制系統(tǒng)硬件電路的正確設(shè)計及連接，節(jié)約了成本，優(yōu)化了配置；實現(xiàn)了多個站臺裝料、卸料要求，小車能正確無誤的在各個站點工作；軟件編程調(diào)試方面，通過西門子編程軟件已經(jīng)正確調(diào)試了設(shè)計程序，并在設(shè)計調(diào)試中收獲很多寶貴經(jīng)驗。學(xué)會了很多以前沒學(xué)過的知識，也鞏固了很多以前沒學(xué)好的知識，使我的專業(yè)理論知識更加扎實，軟件操作更加熟練了。 在做課程設(shè)計的這段時間里，從設(shè)計題目系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到課程設(shè)計的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，在這段時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，從對設(shè)計相關(guān)技術(shù)很不了解的狀態(tài)，我開始了獨立的學(xué)習(xí)和試驗，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己稚嫩作品一步步得到完善，每一次改進都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次調(diào)試的成功都會讓我興奮許久。 雖然我的課程設(shè)計不是很成熟，還有不足之處，但設(shè)計中的每一個過程，都有我的心血。希望我最終完成的畢設(shè)能夠得到老師們的肯定，同時這次課程設(shè)計的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到了做課程設(shè)計是要用心去做，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有進一步的研究，就不會有所突破。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進步。 致 謝英國詩人，雪萊說“世間走得最快的永遠是最美好的東西”。這段青春的經(jīng)歷將永遠充溢在我的心中”，光陰似箭，三年充實而愉快的大學(xué)時光即將過去，接到錄取通知，滿懷欣喜，背上行囊，走進新鄉(xiāng)，仿佛這些畫面就在昨天。本文是在導(dǎo)師趙老師的悉心指導(dǎo)下完成的。趙老師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、深厚的科研功底和敏銳的學(xué)術(shù)前瞻性對我學(xué)術(shù)研究影響很大；趙老師對工作的敬業(yè)精神和忘我熱情，深深地感動著我，并將激勵我今后在工作上不斷進取，以優(yōu)異的成績回報老師的培養(yǎng)。在完成畢業(yè)設(shè)計這段時間里，導(dǎo)師對我的學(xué)習(xí)、工作等方面都給予了真誠的關(guān)懷和幫助，這段美好時光，我將永銘于心。正是導(dǎo)師的關(guān)懷才使得我能夠順利完成學(xué)業(yè)。在這里請允許我向?qū)熤乱宰钫嬲\的謝意感謝所有關(guān)心、愛護我成長的前輩、親人和朋友們！特別感謝我的父母對我學(xué)習(xí)的鼓勵和支持，他們是我能夠順利完成學(xué)業(yè)的精神支柱。再次感謝自控系的所有老師，祝愿你們在今后工作生活中一帆風(fēng)順，心想事成。參考文獻1 周元一 電機與電氣控制M 機械工業(yè)出版社，2006.8 2 朱獻青 電氣制圖 機械工業(yè)出版社 2008.123 胡學(xué)林 可編程控制器教程M.北京:電子工業(yè)出版社.2003.74 劉美俊 通用變頻器應(yīng)用技術(shù)M.福建:福建科學(xué)技術(shù)出版社.2001.65李華德 交流調(diào)速控制系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2003.36王兆安 黃俊.電力電子技術(shù)M.西安：西安交通大學(xué)出版社，20057 王永華 現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M. 北京：航空航天大學(xué)出版社，2003.80-90. 8 楊黎明 機電傳動控制技術(shù) 機械工業(yè)出版社 9 周繼明 傳感技術(shù)與應(yīng)用 國防工業(yè)出版社 10 陳立定 中南大學(xué)出版社 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北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀