基于PLC控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫設(shè)計(jì)與組態(tài)監(jiān)控-河北大學(xué)

1、河北大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 引言第二次世界大戰(zhàn)之后,工業(yè)飛速發(fā)展，立體倉(cāng)庫應(yīng)運(yùn)而生。50年代初，美國(guó)首先研制出采用橋式堆垛起重機(jī)的立體倉(cāng)庫,60年代中期，日本開始興建立體倉(cāng)庫，并且發(fā)展速度越來越快，成為當(dāng)今世界上擁有自動(dòng)化立體倉(cāng)庫最多的國(guó)家之一。我國(guó)于1963年成功研制出了第一臺(tái)橋式堆垛起重機(jī)，1973年開始研制第一座由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫。隨著當(dāng)今企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大和深化，倉(cāng)庫成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中一個(gè)重要而不可或缺的環(huán)節(jié)，而立體倉(cāng)庫正以其占地面積小和空間使用率佳的特點(diǎn)，正在逐步替代面積利用率低且陳舊落后的平面?zhèn)}庫，這種替代大大提高了倉(cāng)儲(chǔ)物流的水平。近幾年國(guó)內(nèi)外立

2、體倉(cāng)庫的發(fā)展方向，以采用可編程控制器(PLC)與微控制搬運(yùn)設(shè)備的倉(cāng)庫以及采用PC機(jī)遠(yuǎn)程管理與PLC聯(lián)網(wǎng)控制的全自動(dòng)立體倉(cāng)庫為主。但其中不容忽視的一個(gè)問題是，當(dāng)前各領(lǐng)域中使用的立體倉(cāng)庫系統(tǒng)通常是比較龐大的，在研發(fā)立體倉(cāng)庫的過程中，需要投入大量的人力和財(cái)力，這必然會(huì)給立體倉(cāng)庫系統(tǒng)的研制帶來巨大的成本負(fù)擔(dān)。目前比較流行的方法是通過制作小型的立體倉(cāng)庫模型，采用可重復(fù)使用的編程系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行編程控制，在模型上模擬調(diào)試成功后，最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到立體倉(cāng)庫的實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)中。通過以上的流程即可節(jié)約成本、提高效率，多角度多方式的確定出最優(yōu)的立體倉(cāng)庫生產(chǎn)方案。本設(shè)計(jì)將采用三菱FX1N-40MT型PLC和北京昆態(tài)公司

3、的MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫系統(tǒng)模型，最終實(shí)現(xiàn)立體倉(cāng)庫系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。2 可編程邏輯控制器（PLC）簡(jiǎn)介隨著微處理器，計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制幾乎已經(jīng)擴(kuò)展到了工業(yè)領(lǐng)域的每一個(gè)角落?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller, PLC）作為一種應(yīng)用面積廣，功能強(qiáng)大，使用方便的通用自動(dòng)控制裝備，已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分。PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，在其他領(lǐng)域也得到了迅速的發(fā)展。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1985年的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中對(duì)它作了如下定義：“可編程

4、序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)?！?2.1 PLC的發(fā)展歷史可編程序控制器（PLC）問世于1969年。美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國(guó)通用汽車公司（GM）的生產(chǎn)線上。其后日本、原聯(lián)邦德國(guó)等相繼引入，使其迅速發(fā)展起來。PLC從誕生至今，其發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段從誕生到2

5、0世紀(jì)80年代中期，以單機(jī)為主發(fā)展硬件技術(shù)，研發(fā)除了取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的各種型號(hào)的PLC；第二階段從20世紀(jì)80年代中期到20世紀(jì)80年代末期，為適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)（FMS）的發(fā)展，在提高單機(jī)功能的同時(shí)，加強(qiáng)了軟件的開發(fā)，并提高了PLC通信能力；第三階段從20世紀(jì)90年代以來，為適應(yīng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的發(fā)展，采用多CPU的PLC系統(tǒng)，不斷提高其運(yùn)算速度和數(shù)據(jù)處理能力。2.2 PLC的特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)2.2.1 PLC的主要特點(diǎn)：(1)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)為保證PLC能在工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中采取了一系列硬件和軟件的抗干擾措施。主要采用以下方面的措施：如隔

6、離、濾波；對(duì)PLC的內(nèi)部電源采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾；在內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境監(jiān)測(cè)與診斷、看門狗等電路；利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障監(jiān)測(cè)，并采取信息保護(hù)和恢復(fù)措施；對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。通過以上措施保證了PLC能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，使平均故障間隔時(shí)間指標(biāo)高，故障修復(fù)時(shí)間短。(2)可實(shí)現(xiàn)三電一體化PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。(3)編程簡(jiǎn)單、使用方便、控制程序可變、具有很好的

7、柔性和擴(kuò)展性。(4)體積小、重量輕、功耗低。2.2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域可編程控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及通信技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的制造成本不斷下降，但功能卻大大的增強(qiáng)了。目前在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中PLC已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，幾乎覆蓋了工業(yè)控制全行業(yè)。特別是在輕工行業(yè)中，因生產(chǎn)門類多，加工方式多變，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，所以PLC廣泛的應(yīng)用在組合機(jī)床電氣設(shè)備中。PLC已成為位于現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的主導(dǎo)地位。可編程控制器的功能使它既可以

8、用于開關(guān)量控制，又可用于模擬量控制；既可用于單機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。它的應(yīng)用大致可歸為如下幾類：邏輯控制，運(yùn)動(dòng)控制，過程控制，數(shù)據(jù)處理，多級(jí)控制。2.2.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì)近些年我國(guó)自動(dòng)化倉(cāng)庫技術(shù)發(fā)展很快，己實(shí)現(xiàn)了與其它信息決策系統(tǒng)的集成，并正在做智能控制和模糊控制的研究工作。盡管如此，我國(guó)已建成的集成化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)還不多，我國(guó)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，無論是從數(shù)量上還是從建設(shè)水平上都有著很大的差距。目前PLC正在向通用化、系列化和高性能化的趨勢(shì)發(fā)展，主要表現(xiàn)在：功能不斷增強(qiáng)，各種應(yīng)用模塊不斷推出：加強(qiáng)過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能，提高多機(jī)通

9、信和組網(wǎng)的能力，開發(fā)具有更多功能的模塊，使各種PLC控制系統(tǒng)都具有可靠的高性能，同時(shí)也使的PLC的組成和維護(hù)更加靈活方便，使PLC的應(yīng)用范圍更加寬廣。在系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模上向大、小兩個(gè)方向發(fā)展：發(fā)展超大容量，超高性能PLC用來滿足現(xiàn)代化工業(yè)控制中大規(guī)模的復(fù)雜的生產(chǎn)需要；發(fā)展價(jià)格低廉，功能簡(jiǎn)單的專用PLC來替代繼電器。產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化：PLC生產(chǎn)廠家在不斷推出新產(chǎn)品的同時(shí)，積極提高產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化屬性，使產(chǎn)品更容易被使用者接受，同時(shí)將PLC的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部件如輸入輸出模塊、接線端子、通信協(xié)議等方面的技術(shù)規(guī)格更加標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使不同產(chǎn)品可以互相兼容和組網(wǎng)，使用戶可以方便的應(yīng)用PLC控制各種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械化設(shè)備。2

10、.3 三菱公司FX-1N系列PLC性能介紹FX1N系列 PLC是三菱公司FX系列PLC（包括FX1s、FX1N、FX2N、FX2NC）中推出的一種造價(jià)低廉、功能強(qiáng)大的普及型PLC。FX1N系列PLC有13種基本單元，可以組成14128個(gè)I/O點(diǎn)的系統(tǒng)，并能使用特殊功能模塊、顯示模塊和擴(kuò)展板。用戶存儲(chǔ)器容量為8000步，有內(nèi)置的實(shí)時(shí)鐘。PID指令用于實(shí)現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制，一個(gè)單元可以同時(shí)輸出2點(diǎn)100kHz的高速脈沖，有7條特殊的定位指令，有兩個(gè)內(nèi)置的設(shè)置參數(shù)用的小電位器。通過通信擴(kuò)展板或特殊適配器可以實(shí)現(xiàn)多種通信或數(shù)據(jù)鏈接，例如CC-Link、AS-i網(wǎng)絡(luò)，RS-232C、RS-422和RS-4

11、85串行通信，N:N鏈接、并行連接、計(jì)算機(jī)鏈接和I/O鏈接。3 立體倉(cāng)庫的硬件組成及控制原理3.1 立體倉(cāng)庫模型的基本結(jié)構(gòu)立體倉(cāng)庫模型是用來儲(chǔ)存、分類貨物的模型。送貨時(shí)，根據(jù)倉(cāng)庫存儲(chǔ)情況將不同的貨物送入指定的倉(cāng)庫位置中去；取貨時(shí)，根據(jù)目標(biāo)需求從指定的倉(cāng)庫位置取出貨物。采用皮帶、直線導(dǎo)軌、主流減速電機(jī)作為傳動(dòng)裝置，由PLC編程實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸位置控制，可完成倉(cāng)庫貨物模型的自動(dòng)/手動(dòng)存取。臺(tái)式立體倉(cāng)庫模型結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1 自動(dòng)立體倉(cāng)庫裝置圖該裝置由立體庫位框架、巷道式高叉車、操作盤等組成，并配有PLC控制器、光電式尋址傳感器、限位開關(guān)、直流電機(jī)、鍵盤、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、直流穩(wěn)壓電源、空氣保護(hù)開

12、關(guān)等。具體說明如表3-1所示。表3-1 自動(dòng)立體倉(cāng)庫裝置說明圖中序列標(biāo)號(hào)硬件名稱說明1水平運(yùn)行電機(jī)2垂直升降電機(jī)3升降式貨叉裝置4水平運(yùn)行裝置5水平叉車運(yùn)行裝置6列定位片7層定位片8光電傳感器9鍵盤10貨架11手操盤12直流穩(wěn)壓電源13電器驅(qū)動(dòng)板14空氣開關(guān)15三菱FX1N-40MT型號(hào)PLC3.2 系統(tǒng)的硬件組成及說明3.2.1 倉(cāng)庫位本系統(tǒng)由6+3+1個(gè)存儲(chǔ)位組成。其中6為6個(gè)可自由存取位置，雖只有6個(gè)，但已經(jīng)從原理上模擬出了所有倉(cāng)庫可定位情況；3為3個(gè)模擬位，由于硬件限制，并不具備實(shí)際存取功能，僅為美觀所設(shè)；1為1個(gè)緩沖臺(tái)，用來暫時(shí)存取貨物。3.2.2 直流減速電機(jī)直流減速電機(jī)，即齒輪減

13、速電機(jī)，是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是，提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩。同時(shí)，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這大大提高了直流電機(jī)在自動(dòng)化行業(yè)中的使用率。減速電機(jī)是指減速機(jī)和電機(jī)（馬達(dá)）的集成體。這種集成體通常也可稱為齒輪馬達(dá)或齒輪電機(jī)。通常由專業(yè)的減速機(jī)生產(chǎn)廠進(jìn)行集成組裝好后成套供貨。本設(shè)計(jì)使用了三個(gè)ZHENGK公司生產(chǎn)的直流減速電機(jī)，其中X、Y方向采用型號(hào)為ZYTD-45SRZ-F-091020的直流24V，變速比rpm：2500的電機(jī)，并且在X軸方向上加配了ZGB60R-45SRZ-1 1：110的直流24V，變速比rpm：20的8W齒輪變速箱。

14、Z方向采用型號(hào)JQ24-125G840的電機(jī)，并配備ZGA25RP216的直流24V，變速比rpm：20的齒輪變速箱。3.2.3 反射式計(jì)數(shù)傳感器 本設(shè)計(jì)中，采用反射式計(jì)數(shù)傳感器來控制倉(cāng)庫號(hào)尋址定位，當(dāng)遮光板相對(duì)于計(jì)數(shù)器移動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)器將反射回路的信號(hào)與原信號(hào)對(duì)比，產(chǎn)生頻移，集成電路再把微弱的頻移信號(hào)進(jìn)行放大，再經(jīng)多普勒檢測(cè)、放大、限幅等措施，最后取得和物體移動(dòng)信號(hào)相關(guān)的直流信號(hào)輸出電平。這種電平可產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，將計(jì)數(shù)脈沖傳送給PLC對(duì)比，通過X、Y兩方向的不同的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)來確定立體倉(cāng)庫的定位。3.2.4 穩(wěn)壓電源 開關(guān)穩(wěn)壓電源是由開關(guān)集體管VT和二極管VD及儲(chǔ)能電感L、濾波電容C組成的。另外，

15、通常還具備較為復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)節(jié)電路、保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路以及構(gòu)成閉環(huán)回路中的取樣電路、放大電路和耦合電路用來控制盒調(diào)節(jié)輸出電壓的大小以及特性。在本設(shè)計(jì)中，考慮到直流減速電機(jī)的工作電壓為DC 24V電源，并考慮系統(tǒng)用電量、系統(tǒng)可靠性、和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)整性等，最終選擇穩(wěn)壓電源來統(tǒng)一供電。3.3 系統(tǒng)的工作原理及功能分析立體倉(cāng)庫的運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分采用皮帶、滑軌等部分組成，采用三個(gè)直流電機(jī)作為拖動(dòng)元件。其關(guān)鍵部分是巷道起重機(jī)，由水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)及伸叉機(jī)構(gòu)三部分組成，其水平和垂直移動(dòng)分別用兩臺(tái)直流減速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶來完成，伸叉機(jī)構(gòu)由一臺(tái)直流減速電動(dòng)機(jī)來控制，當(dāng)堆垛機(jī)平臺(tái)移動(dòng)到貨架的指定位置時(shí)，伸叉電動(dòng)

16、機(jī)驅(qū)動(dòng)貨架向前伸出，將貨物取出或送入，然后鏟叉向后縮回。整個(gè)系統(tǒng)需要X、Y、Z三維的位置控制。4 基于PLC的立體倉(cāng)庫軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)的工作流程如圖 依據(jù)上述工藝流程分析，立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)的工作流程圖如圖4-1所示。緩沖貨臺(tái)有無貨物發(fā)送目的倉(cāng)庫號(hào)目的倉(cāng)庫有無貨物從緩沖貨臺(tái)取貨向目的倉(cāng)庫存貨到達(dá)目的倉(cāng)庫返回初始位置程序開始設(shè)備初始化存貨還是送貨緩沖貨臺(tái)有無貨物存貨取貨NYYN發(fā)送目的倉(cāng)庫號(hào)目的倉(cāng)庫有無貨物YNNY到達(dá)目的倉(cāng)庫從目的倉(cāng)庫取貨返回初始位置向緩沖貨臺(tái)存貨報(bào)警結(jié)束圖4-1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)的工作流程圖該立體倉(cāng)庫系統(tǒng)運(yùn)行情況為：當(dāng)將A/M按鈕切換到自動(dòng)后，系統(tǒng)允許進(jìn)行立體倉(cāng)庫運(yùn)行

17、的自動(dòng)控制。系統(tǒng)初始化后，按下某倉(cāng)庫位置的按鈕以及“取”或“送”按鈕時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。4.2 PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的分配根據(jù)以上對(duì)立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求可以看出，其中輸入點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為6點(diǎn)，供電及公共端3點(diǎn)，參照三菱公司FX系列PLC性能簡(jiǎn)介即可得知本系統(tǒng)采用FX1N-40MT系列PLC即可滿足要求。可得出具體的可編程邏輯控制器I/O分配表，如表4-1所示。表4-1 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)的可編程邏輯控制器I/O分配表X0叉車左極限X235號(hào)倉(cāng)庫是否有貨X1叉車右極限X246號(hào)倉(cāng)庫是否有貨X2叉車下極限X257號(hào)倉(cāng)庫是否有貨X3叉車上極限X26

18、8號(hào)倉(cāng)庫是否有貨X4叉車內(nèi)極限X279號(hào)倉(cāng)庫是否有貨X5叉車外極限Y0叉車后退X6列定位Y1叉車前進(jìn)X7層定位Y2叉車上升X20A/M轉(zhuǎn)換Y3叉車下降X21緩沖臺(tái)是否有貨Y4進(jìn)叉X224號(hào)倉(cāng)庫是否有貨Y5出叉X11 X150號(hào)倉(cāng)庫位置X10 X176號(hào)倉(cāng)庫位置X11 X141號(hào)倉(cāng)庫位置X10 X167號(hào)倉(cāng)庫位置X11 X172號(hào)倉(cāng)庫位置X13 X158號(hào)倉(cāng)庫位置X11 X163號(hào)倉(cāng)庫位置X13 X149號(hào)倉(cāng)庫位置X10 X154號(hào)倉(cāng)庫位置X12 X15入庫X10 X145號(hào)倉(cāng)庫位置X12 X12出庫4.3 PLC系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)PLC的程序編輯工作是靠梯形圖完成的，梯形圖具有形象直觀，且便于分析

19、記憶的特點(diǎn)。GX Developer是一款可以開發(fā)三菱全系列的編程軟件，使用十分方便，因此本設(shè)計(jì)采取GX Developer作為開發(fā)環(huán)境。為了使得設(shè)計(jì)調(diào)試簡(jiǎn)單方便，依據(jù)功能分析知程序設(shè)計(jì)部分可分為系統(tǒng)初始化、送貨子程序、取貨子程序、貨位保護(hù)程序等部分。分別編程后再進(jìn)行程序匯總。4.3.1 初始化復(fù)位程序設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的第一步，便是判斷叉車是否已經(jīng)準(zhǔn)備繼續(xù)，是否可以正常工作，若不在初始位，需要自動(dòng)回復(fù)到初始位。因此在初始化階段，本設(shè)計(jì)將叉車在下限位，左限位，外極限設(shè)置為初始位置。根據(jù)叉車保護(hù)原則，叉車應(yīng)判斷是否叉車是否在外極限，若不在外極限，首先驅(qū)動(dòng)電機(jī)向后收回叉子，到達(dá)外限位后進(jìn)行下一步

20、；若此時(shí)叉車已經(jīng)在外極限，驅(qū)動(dòng)垂直電機(jī)下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)下極限后，驅(qū)動(dòng)水平電機(jī)，后退到左極限，此時(shí)車車到達(dá)初始位置，PLC控制程序如圖4-2梯形圖所示。圖4-2 初始位置復(fù)位程序4.3.2 送貨子程序設(shè)計(jì)送貨是指叉車從緩沖倉(cāng)庫位置取出貨物后送到指定倉(cāng)庫。以4號(hào)庫為例，系統(tǒng)的運(yùn)行控制流程為：叉車從初始位置出發(fā)，驅(qū)動(dòng)水平前進(jìn)電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)列定位1時(shí)停下，此時(shí)到達(dá)緩沖倉(cāng)庫位置的水平位置，驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)層定位脈沖數(shù)為1時(shí)停下，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向前伸出叉子，叉子到達(dá)內(nèi)限位后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)檢測(cè)層計(jì)數(shù)脈沖數(shù)為2停止，此時(shí)貨物已經(jīng)被抬起，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向后收回叉子，到達(dá)外限位后，驅(qū)動(dòng)水平電機(jī)繼續(xù)前進(jìn)直到

21、列定位脈沖數(shù)為2，驅(qū)動(dòng)叉車向前伸出，到達(dá)內(nèi)限位后，驅(qū)動(dòng)垂直電機(jī)下降，檢測(cè)層定位脈沖數(shù)為1時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)向后收回叉子，此時(shí)貨物被安全穩(wěn)妥的安放到了指定倉(cāng)庫位。此時(shí)繼續(xù)執(zhí)行初始化位置程序，將叉車退回到初始位置，等待下次命令的出現(xiàn)。其他倉(cāng)庫位置的送貨程序與4號(hào)庫相似，只需改變相應(yīng)的層、列定位脈沖數(shù)，其中5號(hào)位定位脈沖為列定位為3，層定位為1、2；6號(hào)位定位脈沖為列定位為4，層定位為1、2；7號(hào)位定位脈沖為列定位為2，層定位為3、4；8號(hào)位定位脈沖為列定位為3，層定位為3、4；9號(hào)位定位脈沖為列定位為4，層定位為3、4。4號(hào)庫送貨子程序如圖4-3所示。圖4-3 4號(hào)庫送貨梯形圖4.3.3 取貨子程序設(shè)計(jì)

22、取貨是指叉車從指定倉(cāng)庫位置取出貨物后送到緩沖貨臺(tái)。以9號(hào)庫為例，系統(tǒng)的運(yùn)行控制流程為：叉車從初始位置出發(fā)，驅(qū)動(dòng)水平前進(jìn)電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)列定位4時(shí)停下，此時(shí)到9號(hào)倉(cāng)庫位置的水平位置，驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)層定位脈沖數(shù)為3時(shí)停下，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向前伸出叉子，叉子到達(dá)內(nèi)限位后繼續(xù)驅(qū)動(dòng)垂直上升電機(jī)，當(dāng)檢測(cè)層計(jì)數(shù)脈沖數(shù)為4停止，此時(shí)貨物已經(jīng)被抬起，驅(qū)動(dòng)叉車電機(jī)向后收回叉子，到達(dá)外限位后，驅(qū)動(dòng)垂直電機(jī)下降直到層定位脈沖數(shù)為2，驅(qū)動(dòng)水平電機(jī)后退到達(dá)列定位1，驅(qū)動(dòng)叉車向前伸出，到達(dá)內(nèi)限位后，驅(qū)動(dòng)垂直電機(jī)下降，檢測(cè)層定位脈沖數(shù)為1時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)向后收回叉子，此時(shí)貨物被安全穩(wěn)妥的安放到了緩沖存儲(chǔ)貨倉(cāng)。此時(shí)繼續(xù)執(zhí)行初始化

23、位置程序，將叉車退回到初始位置，等待下次命令的出現(xiàn)。其他倉(cāng)庫取貨程序與9號(hào)庫取貨程序相似，層、列定于與上相同，不再敖述。9號(hào)庫取貨子程序如圖4-4所示。圖4-4 9號(hào)庫取貨梯形圖4.3.4 貨位保護(hù)程序設(shè)計(jì)貨位保護(hù)程序的主要目的是在程序的初始位置判斷是取貨還是送貨，在取貨狀態(tài)時(shí)，必須保證目的倉(cāng)庫有貨且緩沖貨臺(tái)無貨，否則程序不執(zhí)行。而送貨狀態(tài)時(shí)，必須保證緩沖貨臺(tái)有貨且目的倉(cāng)庫無貨，否則不執(zhí)行。同時(shí)取貨程序和送貨程序還應(yīng)有互鎖程序，不能同時(shí)執(zhí)行以防出現(xiàn)雙線圈的現(xiàn)象。梯形圖如圖4-5所示。圖4-5 程序匯總及互鎖保護(hù)立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)的PLC程序完整梯形圖見附錄。4.4 調(diào)試及故障處理4.4.1 調(diào)試

24、步驟(1) 按系統(tǒng)I/O表連線，確認(rèn)無誤后，合上空氣開關(guān)，看系統(tǒng)是否正常，若不正常，立即關(guān)閉電源開關(guān)，查出并排除故障。(2) 先將初始化程序通過RS-232C數(shù)據(jù)線下載到PLC中，觀察PLC運(yùn)行指示燈是否亮。(3) 將選擇開關(guān)至于自動(dòng)位置，系統(tǒng)將自動(dòng)復(fù)位到初始位置，若不回復(fù)初始位置，說明初始位置程序有誤，查出并排除錯(cuò)誤后進(jìn)行下一步。(4) 將入庫子程序下載到PLC，依次檢查送貨程序是否正常，特別注意程序是否是在緩沖臺(tái)有貨而目標(biāo)倉(cāng)庫位無貨時(shí)執(zhí)行，若緩沖臺(tái)無貨或目標(biāo)倉(cāng)庫已經(jīng)有貨單送貨程序仍然執(zhí)行，說明入庫子程序有錯(cuò)，查出并排除錯(cuò)誤后進(jìn)行下一步。(5) 將出庫子程序下載到PLC，依次檢查取貨程序是否

25、正常，特別注意程序是否是在緩沖臺(tái)無貨而目標(biāo)倉(cāng)庫位有貨時(shí)執(zhí)行，若緩沖臺(tái)已經(jīng)有貨或目標(biāo)倉(cāng)庫無貨但取貨程序仍然執(zhí)行，說明出庫子程序有錯(cuò)，查出并排除錯(cuò)誤后進(jìn)行下一步。(6) 將以上程序匯總到一起后，通過RS-232C數(shù)據(jù)線下載到PLC中，觀察PLC運(yùn)行指示燈是否亮，并依次檢查在入庫出庫切換后，程序是否按照預(yù)定步驟正常運(yùn)行。4.4.2 故障處理(1)電源指示燈不亮：檢查供電是否正常。(2) 電機(jī)不工作：檢查電動(dòng)機(jī)接線是否正確；檢測(cè)緩沖存儲(chǔ)位置是否處于正常位置和狀態(tài)；檢測(cè)直流電動(dòng)機(jī)是否損壞。(3) 立體叉車不送貨：檢測(cè)開關(guān)是否在自動(dòng)位置；檢測(cè)對(duì)應(yīng)倉(cāng)庫位置是否有貨；檢測(cè)緩沖存儲(chǔ)位置是否有貨。(4) PLC輸

26、入輸出指示燈不亮：檢測(cè)PLC是否真正有輸出信號(hào)或輸入信號(hào)；檢測(cè)接口板的晶體管是否正常工作；檢測(cè)指示燈是否正常。 4.5 MCGS概述及設(shè)計(jì)MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是北京昆態(tài)公司研發(fā)的一套組態(tài)軟件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測(cè)、前端數(shù)據(jù)的處理與控制。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、動(dòng)畫顯示、流程控制、趨勢(shì)曲線、報(bào)表輸出、報(bào)警和安全機(jī)制等功能。4.5.1 MCGS的工作原理使用MCGS完成一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先必須在MCGS的組態(tài)環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)

27、的組態(tài)生成工作，然后將系統(tǒng)放在MCGS的運(yùn)行環(huán)境下運(yùn)行。MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為.mcg的工程文件（又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫）。MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，在MCGS運(yùn)行環(huán)境中用戶可完成對(duì)工程的控制工作。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過渡，它們之間的工作過程可表示為圖4-6。運(yùn)行環(huán)境：解釋執(zhí)行組態(tài)結(jié)果組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫組態(tài)環(huán)境：組態(tài)生成應(yīng)用系統(tǒng)圖4-6 MCGS工作原理示意圖4.5.2 MCGS組態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的組成及功能MCGS組態(tài)環(huán)境系

28、統(tǒng)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作。其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是MCGS系統(tǒng)的核心，是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)各部分的公用區(qū)交換數(shù)據(jù)庫，可實(shí)現(xiàn)各部分的協(xié)調(diào)工作。設(shè)備窗口依靠設(shè)備構(gòu)件驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，與此同時(shí)，設(shè)備終端采集的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫；將用戶窗口組成的圖形對(duì)象和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對(duì)象連接后，以動(dòng)畫形式展現(xiàn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)；各部分工作原理如圖4-7所示。用戶窗口：以圖形動(dòng)畫曲線等形式可視化數(shù)據(jù)主控窗口：管理用戶窗口管理運(yùn)行策略維護(hù)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行策略：以不同的形式和方法操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)對(duì)象的集合構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫設(shè)備窗口：

29、從外部硬件設(shè)備讀取數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫或控制設(shè)備輸出數(shù)據(jù)圖4-7 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的核心作用4.5.3 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫模型的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（MCGS）設(shè)計(jì)(1).新建工程的操作步驟如下：在電腦桌面上，雙擊“MCGS組態(tài)環(huán)境”圖標(biāo)，進(jìn)入MCGS組態(tài)環(huán)境。單擊“文件”菜單中的“新建工程”選項(xiàng)。單擊菜單“文件”在下拉菜單中選擇“工程另存為”選項(xiàng)，在文件名一欄中輸入“自動(dòng)化立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)”，單擊 “保存”按鈕，工程創(chuàng)建完畢。(2).按照監(jiān)控程序定義系統(tǒng)數(shù)據(jù)名稱及注釋如表4-2。表4-2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)象表數(shù)據(jù)對(duì)象名稱類型對(duì)象內(nèi)容注釋STORE0開關(guān)型緩沖臺(tái)位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE1開關(guān)型1號(hào)庫位置是

30、否有貨，如有貨，變量為1STORE2開關(guān)型2號(hào)庫位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE3開關(guān)型3號(hào)庫位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE4開關(guān)型4號(hào)庫位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE5開關(guān)型5號(hào)庫位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE6開關(guān)型6號(hào)庫位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE7開關(guān)型7號(hào)庫位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE8開關(guān)型8號(hào)庫位置是否有貨，如有貨，變量為1STORE9開關(guān)型9號(hào)庫位置是否有貨，如有貨，變量為1庫位號(hào)數(shù)值型所選倉(cāng)庫的庫位號(hào)巷道起重機(jī)上有貨開關(guān)型巷道起重機(jī)上有貨時(shí)變量為1，否則為0(3).制作工程畫面.在MCGS組態(tài)平臺(tái)中的“用戶窗口”中

31、單擊“新建窗口”按鈕，則產(chǎn)生新“窗口0”。在用戶窗口屬性設(shè)置欄中將“窗口名稱”改為：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)；窗口標(biāo)題改為：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)如圖4-8所示。圖4-8 用戶窗口屬性設(shè)置.選中“自動(dòng)化立體倉(cāng)庫控制”窗口圖標(biāo)，單擊“動(dòng)畫組態(tài)”，進(jìn)入動(dòng)畫組態(tài)窗口，開始編輯畫面。單擊工具條中的“工具箱”按鈕，打開繪圖工具箱；單擊圖標(biāo)可以打開或關(guān)閉常用圖符工具箱，常用圖符工具箱包括27種常用的圖符對(duì)象。 選擇“工具箱”內(nèi)的“標(biāo)簽”按鈕，鼠標(biāo)的光標(biāo)呈“十字”形，在窗口頂端中心位置拖拽鼠標(biāo)，根據(jù)需要拉出一個(gè)一定大小的矩形；在光標(biāo)閃爍位置輸入文字“自動(dòng)化立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)演示工程”，按回車鍵文字輸入完畢；點(diǎn)擊

32、（填充色）按鈕，設(shè)定文字框的背景顏色為：沒有填充；點(diǎn)擊（線色）按鈕，設(shè)置文字框的邊線顏色為：沒有邊線；點(diǎn)擊（字符字體）按鈕，設(shè)置文字字體，字型，大小分別為：宋體，粗體，26；點(diǎn)擊（字符顏色）按鈕，將文字顏色設(shè)為：藍(lán)色。.單擊繪圖工具箱中的“插入元件”按鈕，打開“對(duì)象元件庫管理”窗口，單擊左側(cè)的“對(duì)象元件列表” 中相應(yīng)的文件夾，在右側(cè)的顯示框中就會(huì)顯示該文件夾包含的所有元件，選中滿意的元件，單擊“確定”即可將該元件加入到動(dòng)畫制作窗口，如圖4-9所示。在本系統(tǒng)中用到的元件有：“開關(guān)17”一個(gè)；“按鈕6” 一個(gè)，“按鈕7” 一個(gè)，“按鈕8”一個(gè)，“按鈕9” 一個(gè)，“按鈕96” 十三個(gè)，并將兩個(gè)“按鈕

33、96”重新組合，使其按鈕的顏色成為紅色；“馬達(dá)25”兩個(gè)。將指示燈、開關(guān)、按鈕、馬達(dá)調(diào)整為適當(dāng)?shù)拇笮?，放在適當(dāng)?shù)奈恢?。圖4-9 對(duì)象元件庫管理窗口選擇“工具箱”內(nèi)的“標(biāo)簽”按鈕，鼠標(biāo)的光標(biāo)呈“十字”形，拖拽鼠標(biāo)，根據(jù)需要拉出一定大小的矩形，分別編輯為開關(guān)、按鈕所為不同的功能和意義。.單擊常用圖符工具箱中的“立方體”按鈕，并在動(dòng)畫制作窗口中拖動(dòng)，畫出五個(gè)立方體，調(diào)整其長(zhǎng)寬高，使它們的大小相等。調(diào)整五個(gè)立方體長(zhǎng)寬高，使他們的大小相等。雙擊圖像，打開“動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置”窗口（如圖4-10），將其屬性改為：填充顏色為黃色，邊線線型最大。單擊“確認(rèn)”。單擊工具箱中的“直線”按鈕，在立方體中畫出數(shù)條相應(yīng)的

34、直線。將立方體與直線進(jìn)行組合。調(diào)整這五個(gè)立方體的位置，用作立體倉(cāng)庫的貨箱。單擊常用圖符工具箱中的“彎曲管道”按鈕，并在動(dòng)畫制作窗口中拖動(dòng)，畫出三條長(zhǎng)短相等的管道，放在合適的位置，作為立體倉(cāng)庫的巷道。圖4-10 動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置窗口.調(diào)整所有圖形的圖層、比例和位置使該自動(dòng)化立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)模型的構(gòu)架基本建成，并且觀賞效果最佳，其最終效果如圖4-11所示。圖4-11 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)監(jiān)視窗口畫面5 存在問題、展望及總結(jié)本設(shè)計(jì)初期的主要重點(diǎn)及難點(diǎn)是三維計(jì)數(shù)脈沖定位功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)比其他主流設(shè)計(jì)采用多傳感器，本設(shè)計(jì)只用了X、Y兩個(gè)方向的光電計(jì)數(shù)器，雖給編程帶來了很多困難，但主要利用的是軟件內(nèi)部的輔

35、助繼電器，并且充分利用內(nèi)部輔助繼電器響應(yīng)時(shí)間短的有點(diǎn)，同時(shí)也減少了對(duì)PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)目的要求，對(duì)外部硬件要求降低了，所以在最重要的設(shè)計(jì)部分降低了成本。本設(shè)計(jì)中還存在的問題是，在判斷目標(biāo)倉(cāng)庫及緩沖貨倉(cāng)是否有貨時(shí)，由于不方便購(gòu)買光電傳感器或限位開關(guān)，在本次設(shè)計(jì)中采用了7個(gè)普通觸點(diǎn)開關(guān)代替，其工作原理完全一樣，在以后的實(shí)驗(yàn)中，只需將普通開關(guān)換成限位開關(guān)即可，不需改變程序。自動(dòng)立體倉(cāng)庫控制系統(tǒng)主要是以PLC為核心，以MCGS組態(tài)軟件為拓展，可實(shí)現(xiàn)對(duì)2X3立體倉(cāng)庫自動(dòng)存儲(chǔ)貨。該系統(tǒng)具有接線簡(jiǎn)單、編程直觀、操作容易等特點(diǎn)。當(dāng)倉(cāng)庫的數(shù)量增加時(shí)，只需添加部分同原理程序，不必重新編寫程序。調(diào)試結(jié)果表明，在適應(yīng)

36、性、精確性和可靠性方面，都達(dá)到了設(shè)計(jì)所需的要求，表明該設(shè)計(jì)方案是可行的。通過對(duì)基于PLC和組態(tài)軟件控制的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多的新知識(shí)，并且更深刻的了解了有關(guān)可編程控制器的用法和功能。在這次設(shè)計(jì)過程中，也培養(yǎng)了我獨(dú)立分析、解決問題的能力。在拓展部分，也增加了我展望未來和實(shí)際動(dòng)手的能力?？偟膩碚f，這次設(shè)計(jì)，使我受益匪淺。參考文獻(xiàn)：1 汪曉平.PLC可編程控制器系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例導(dǎo)航M.北京：人民郵電出版社，20052 廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20113 周志敏，紀(jì)愛華.可編程序控制器實(shí)用技術(shù)問答.北京：電子工業(yè)出版社,20064 劉洪濤，黃海.PLC應(yīng)用開發(fā)

37、從基礎(chǔ)到實(shí)踐.北京：電子工業(yè)出版社,20075 周美蘭，周封，王岳宇.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì).北京：科學(xué)出版社，20056 常斗南.PLC運(yùn)動(dòng)控制實(shí)例及解析M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20107 秦曾煌.電工技術(shù).北京：高等教育出版社2007 8 清華大學(xué)教學(xué)儀器廠.立體倉(cāng)庫使用說明書9 楊廣才，張丹.MCGS在PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用.淮陰工學(xué)院學(xué)報(bào).200610 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司.MCGS用戶指南K.200311 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司.MCGS工控組態(tài)軟件參考手冊(cè)，200312 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司.MCGS工控組態(tài)軟件培訓(xùn)教程，200313 Y

38、ousif I. Al Mashhadany. Design and Implement of a Programmable Logic Controller (PLC) for Classical Control Laboratory. Baghdad, Iraq. Electrical Engineering Department .2012致 謝在畢業(yè)論文完成之際，我要對(duì)我的輔導(dǎo)老師表示衷心的感謝。本篇論文是在任國(guó)強(qiáng)、孫業(yè)歧老師的悉心指導(dǎo)下完成的。兩位老師用自己淵博的知識(shí)和豐富的科研經(jīng)驗(yàn)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)和論文撰寫的過程中都給了我詳盡的指導(dǎo)，使我的課程設(shè)計(jì)能夠順利的完成。在此謹(jǐn)致以最衷心的感謝

39、和最誠(chéng)摯的敬禮。最后，對(duì)各位老師審閱我的論文深表感謝，由于本人學(xué)識(shí)有限，錯(cuò)誤之處在所難免，歡迎各位老師批評(píng)指正。在此，還要感謝大學(xué)四年來教過我的所有老師，是你們教授我電信方面的知識(shí)，讓我了解了電信這一專業(yè)，并對(duì)它產(chǎn)生了深厚的興趣，使我能夠順利的完成本次設(shè)計(jì)。感謝物理學(xué)院給予我的關(guān)心和幫助，感謝其他同學(xué)在設(shè)計(jì)過程中給予的支持。附 錄 64 Design and Implement of a Programmable Logic Controller (PLC) for Classical Control LaboratoryABSTRACTThe design and implementatio

40、n of a classical control system laboratory based on PLC control system is introduced in this paper. To design and implement the system, two parts must be produced. The first is software for PLC and the second is hardware for experiments related to the programs. The PLC control system used in the des

41、ign is LS industrial system company GM7-DR40A 24/16 Digital I/O and single Analog I/O module, two photoelectric sensors from Atonic company: the first with the model BR100-DDT-P, and the second BEN10M-TFR. An approximate sensor with 5-sides is detected, four of CMOS BCD-7-Segment driven by CD4511B,

42、two relays: 2-poles and 3-poles, six voltages and an ammeter measurement, DC motor and 24 VDC power supply and many connecters and pinions. Satisfactory results are obtained by executing twenty four experiments for classical control theory that fulfill the requirements of control theory in undergrad

43、uate stage and replace the old experiments executed by PID controller where the practice system is implemented by PLC control now.Key words: PLC Control System;Photoelectric Sensor 1 IntroductionPLCs were developed in the late 1960s to eliminate the large cost involved in changing complicated relay

44、based machine control systems. These systems were inflexible. Their major rewiring or complete replacement was necessary every time when the production requirements changed and control sequences had to be modified. It became very expensive when changes were frequent. The idea to replace relay system

45、s with flexible microprocessor based Programmable logic controllers PLCs was a revolutionary step in the industrial control business 1. PLCs have been used for many years at many applications. They are the main control elements of several subsystems which require relatively slow data monitoring: the

46、 radiation control, personal safety, fire and smoke alarm. All these subsystems are very cost effective and reliable. Adding new equipment to control or changing operating conditions to implement new control features can easily be done by the skilled technician staff, without any help from the Contr

47、ols Software Group. The software development tool and some ideas of device support for DirectNet PLCs became the basis of a new PLC control software library at control Lab. The software acts as a DirectNet master through any RS-232 port and consists of three main parts: a PLC driver with a state mac

48、hine control block, a device support module, and a common serial driver 2,3. Basic PLCs are available on a single printed circuit board as shown in Figure 1. They are sometimes called single board PLCs or open frame PLCs. These are totally self-contained (with the exception of a power sup-ply) and,

49、when installed in a system, they are simply mounted inside a controls cabinet on threaded standoffs. Screw terminals on the printed circuit board allow for the connection of the input, output, and power supply wires. These units are generally not expandable, meaning that extra inputs, outputs, and m

50、emory cannot be added to the basic unit. However, some of the more sophisticated models can be linked by cable to expansion boards that can provide extra I/O. Therefore, with few exceptions, when using this type of PLC, the system designer must take care to specify a unit that has enough inputs, out

51、puts, and programming capability to handle both the present need of the system and any future modifications that may be required. Single board PLCs are very inexpensive, easy to program, small, and consume little power, but, generally speaking, they do not have a large number of inputs and outputs,

52、and have a somewhat limited instruction set. They are best suited to small, relatively simple control applications 4. 2 Hardware Design for the ModelInputs to, and outputs from, a PLC are necessary to monitor and control a process. Both inputs and outputs can be categorized into two basic types: log

53、ical or continuous. Consider the example of a light bulb. If it can only be turned on or off, it is logical control. If the light can be dimmed to different levels, it is continuous. Continuous values seem more intuitive, but logical values are preferred because they allow more certainty, and simpli

54、fy control. As a result most controls applications (and PLCs) use logical inputs and outputs for most applications 5. Outputs to actuators allow a PLC to cause something to happen in a process. A short list of popular actuators is given below in order of relative popularity. Solenoid Valveslogical o

55、utputs that can switch a hydraulic or pneumatic flow. Motor Startersmotors often draw a large amount of current when started, so they require motor starters, which are basically large relays. Servo Motorsa continuous output from the PLC can command a variable speed or position. Outputs from PLCs are

56、 often relays, but they can also be solid state electronics such as transistors for DC out-puts or Triacs for AC outputs. Continuous outputs require special output cards with digital to analog converters, or can be used another module for PLC analogue o/p. Inputs come from sensors that translate physical phenomena into electrical signals. Typical examples of sensors are listed below in relative order of popularity. Proximity Switchesuse inductance, capacitance or light to detect an object logically. Switchesmechanical mechanisms