小車定位系統(tǒng)PLC

1、小車定位系統(tǒng)的PLC控制目 錄1、緒論1 1.1 小車定位系統(tǒng)的意義1 1.2 小車定位系統(tǒng)的概述12、系統(tǒng)工作原理23、小車定位系統(tǒng)的硬件配置2 3.1 PLC簡介2 3.2 CPU處理模塊3 3.3 小車定位系統(tǒng)的I/O分配4 3.4 小車定位系統(tǒng)的外部接線54、小車定位系統(tǒng)軟件設計6 4.1小車定位系統(tǒng)程序設計及分析6 4.1.1程序的設計6 4.1.2程序分析75、小車定位系統(tǒng)監(jiān)控界面的設計95.1 組態(tài)軟件的概述9 5.2 定義數據詞典10 5.3 用戶界面的制作11 5.4命令語言的編寫146、程序調試157、實驗體會15參考文獻16附錄 程序梯形圖16附錄 小車定位系統(tǒng)程序的語句

2、表2022小車定位系統(tǒng)的PLC控制吳通 沈陽航空航天大學北方科技學院摘要：小車定位系統(tǒng)是一種用于定位控制小車和小車的位置實時控制系統(tǒng)。本文主要采用PLC實現對小車控制系統(tǒng)的下位機控制，并通過組態(tài)軟件對上位機進行實時監(jiān)控。文中首先介紹了PLC和小車定位系統(tǒng)的工作原理，在設計硬件的基礎上，對軟件進行設計，采用組態(tài)軟件建立人機監(jiān)控界面，包括組態(tài)界面的制作方案，功能語言的實現，最后對系統(tǒng)進行調試，并給出相關的參考程序，使自動定位過程得以實現，并能實時的監(jiān)控定位過程。關鍵詞：小車定位；PLC；組態(tài)軟件；實時監(jiān)控1、緒論1.1 設計小車定位系統(tǒng)的意義隨著智能機器人技術與汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關于智能小車的研

3、究也越來越多，備受關注。小車定位系統(tǒng)是現代許多行業(yè)生產的關鍵環(huán)節(jié)，近年來，隨著計算機技術的迅速發(fā)展輸送機是現代許多行業(yè)生產的關鍵環(huán)節(jié)，以工控機為核心的自動傳送可以按照設定配比和位置控制來確定小車，從而達到控制生產產量和效率的目的。同時由于該系統(tǒng)具有體積小、結構簡單、操作方便、配料速度快、精度高等優(yōu)點，被廣泛的應用到水泥、化工、煤炭、糧食、造紙、飼料等行業(yè)。小車定位系統(tǒng)在飼料加工、食品加工、化工、冶煉、鑄造等行業(yè)具有廣闊的應用前景，可以對這些行業(yè)提高勞動生產率，提高產品質量，降低消耗起到重要作用。例如在飼料行業(yè)，通常飼料中包括十幾種原料，以前采用人工輸送，勞動強度大，生產效率低，配料的精度也不高

4、，同時人工操作的損耗也較大。輸送的飼料質量不穩(wěn)定，成本也較高。因此，本系統(tǒng)采用PLC對小車進行控制，使各種物料的給料、卸料及其更多過程完全實現了自動化，上述問題都可以很好的解決?？梢詾樯a企業(yè)帶來良好的經濟效益。1.2 小車定位系統(tǒng)的概述隨著計算機技術與自動化技術的發(fā)展，自動傳送過程的相關技術也日益成熟，并以其計量準確、安全可靠、自動化程度高、廣泛地應用于化工、礦山、建材、食品、冶金、港口、電力等多種行業(yè)。它既可以自成系統(tǒng)，獨立工作，也可以接入其它系統(tǒng)進行工作。為了適應高產高效集約化生產的需要，帶式輸送機的輸送能力要加大。長距離、高帶速、大運量、大功率是今后發(fā)展的必然趨勢，也是高產高效礦井運輸

5、技術的發(fā)展方向。由于人工經驗已不能滿足現代化生產的要求，于是將自動定位小車控制技術結合于一體，形成了物料傳送機。實踐表明自動控制系統(tǒng)不僅自動化程度高，傳送連續(xù)性好，操作人員勞動強度低，而且配料精度高，產品質量容易控制，還能實現動態(tài)物料的運送。對此全國電子大賽和各省電子大賽幾乎每次都有對智能小車定位的題目，全國各大高校也非常重視，可見其研究意義很大。小車定位控制系統(tǒng)是一種以電子為背景，涵蓋智能控制、傳感器技術、電子電氣、計算機、機械等多學科的科技創(chuàng)新性設計。本設計就是在這樣的背景下提出來的，設計的小車能自動運動定位和制動等功能。2、系統(tǒng)工作原理本設計的原理是利用PLC 的功能指令，使程序按照：數

6、據輸入數據移位小車執(zhí)行工序工序完成后復位的步驟進行，而顯示部分程序則是與輸入程序一樣必須不斷循環(huán)執(zhí)行，以達到要求的標準。小車可在四個光電開關之間做正、反向直線運動，并可分別在四個光電開關處停止，四個光電開關對應四個按鈕，小車停止位置由光電開關相對應的按鈕決定。操作四個按鈕，小車進行自動選向、自動定位運行，并具有鎖存功能，例如：設小車停留在1號位置，如果4號位置發(fā)出呼叫，小車開始向右移動，若此時2號、3號位置也發(fā)出呼叫，則小車先到2號位置停車，延時4s，再到3號位置停車，再延時4s，最后到達4號位置。如果小車越過2號位置后，2號、3號位置才發(fā)出呼叫，則小車繼續(xù)向右運行，在3號位置停車，延時4s，

7、到達4號位置，再延時4s向左移動，最后到達2號位置。3、小車定位系統(tǒng)的硬件配置3.1 PLC簡介 可編程控制器（Programmble Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmble Logic Controller）,簡稱PC。但為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC?？删幊炭刂破鲗嶋H上是一種工業(yè)控制計算機，它的硬件結構與一般微機控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(中央處理單元)存儲器(RAM和EPROM),輸入/輸出模塊(

8、簡稱為I/O模塊)、編程器和電源五大部分組成。近年來發(fā)展極為迅速、應用面極廣的工業(yè)控制裝置。它按照成熟而有效的繼電器控制概念和設計思想，利用不斷發(fā)展的新技術、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產品。PLC之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點分不開的:1)功能齊全，它的適用性極強，幾乎所有的控制要求，它均能滿足；2)應用靈活， 其標準的積木式硬件結構，以及模塊化的軟件設計，使得它不僅可以適應大小不同、功能繁復的控制要求，而且可以適應各種工藝流程變更較多的場合；3)操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。盡管PLC有各種型號，但都可以適應惡劣的工業(yè)應用環(huán)境，耐熱、防潮、抗震等性能也很好，一般

9、平均無故障率可達幾萬小時。3.2 CPU處理模塊中央處理單元(CPU)：CPU在PLC中的作用類似于人體的神經中樞，它是PLC的運算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務:(1) 接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據；(2) 診斷電源、PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯誤;(3) 用掃描的方式接收輸入信號，送入PLC的數據寄存器保存起來;(4) PLC進入運行狀態(tài)后，根據存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作;(5) 將用戶程序的執(zhí)行結果送至輸出端?，F代PLC使用的CPU主要有以下幾種:(1) 通用微處理器，如8080, 8088, Z

10、80A, 8085等。通用微處理器的價格便宜，通用性強，還可以借用微機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。(2) 單片機，如8051等。單片機由于集成度高、體積小、價格低和可擴充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能UO模塊。(3) 位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨立于微型機的另一分支。它主要追求運算速度快，它以4位為一片。用幾個位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲器的內容，可以改變計算機的指令系統(tǒng)。位片式結構可以使用多個微處理器，將控制任務劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個微處理器同時進行處理。這種高運算速度與可以適應用戶需要的

11、指令系統(tǒng)相結合，很適合于以順序掃描方式工作的PLC使用。CPU224模塊輸入、輸出單元的接線圖如圖1所示。圖1 CPU224模塊輸入、輸出單元的接線圖3.3 小車定位系統(tǒng)的I/O分配本系統(tǒng)需要10個輸入點和8個輸出點。根據PLC的特點和系統(tǒng)設計的需要，輸入信號包括啟動按鈕、定位小車到位檢測、定位小車呼叫按鈕等等。輸出信號包括電機、定位小車到位指示等等。其I/O分配如表1所示。表1 元件地址I/O分配 PLC地址（PLC端子）電氣符號（面板端子）功能說明I0.0K1啟動（K1）I0.1K2停止（K2）I0.2SQ11號位置I0.3SQ22號位置I0.4SQ33號位置I0.5SQ44號位置I0.7

12、SB11號位呼叫按鈕I1.0SB22號位呼叫按鈕I1.1SB33號位呼叫按鈕I1.2SB44號位呼叫按鈕Q0.1L11號位指示燈Q0.2L22號位指示燈Q0.3L33號位指示燈Q0.4L44號位指示燈Q1.0MZ電機正轉Q1.1MF電機反轉3.4 小車定位系統(tǒng)的外部接線PLC輸入點與系統(tǒng)分為二部分相連接，系統(tǒng)的定位小車到位檢測分別與PLC輸入點I0.2I0.5相連；各個位置對小車的呼叫按鈕分別與輸入點I0.7I1.2相連接。PLC輸出點各個呼叫位置到位指示燈分別是Q0.1Q0.4相連接。小車的左右行（即電機正反轉）分別與Q1.0和Q1.1相連接。外部接線圖如圖2所示。 圖2 PLC外部接線圖4

13、、小車定位系統(tǒng)軟件設計4.1小車定位系統(tǒng)程序設計及分析4.1.1程序的設計本系統(tǒng)為一小車自動定位系統(tǒng)，該小車共有4個工位（S1,S3,S5,S7）。當小車停在原始位置，別的工位均可以呼叫。依次從左往右的次序運行，逐一到達工位所需要求。按次序執(zhí)行貯存信號的工序，并要求在運行中有次序的運行，到達時該工位指示燈亮。程序流程圖如圖3所示。圖3 小車定位系統(tǒng)流程圖4.1.2程序分析 圖4 小車組態(tài)畫面打開啟動開關K1，MZ是電動機進行正轉的顯示信號；MF是電動機進行正轉的顯示信號；S1、S3、S5、S7為小車在以上各個工位的控制顯示燈；SB1、SB2、SB3、SB4為每個工位的呼叫開關。SB2為小車正向

14、運行在工位S1和小車反向運行在工位S3處的定位按鈕；以此類推。四個深綠色方塊為分別為S1、S3、S5、S7工位處的檢測元件發(fā)光二極管和光敏三極管的組合單元，其中兩紅色方塊和小車方塊上的一紅色條意為他們之間進行交換的光束；在長方形塊中，藍色的方塊為運行的小車。 圖5 光電開關對應的寄存器 M0.0導通后，分別將S1、S3、S5、S7所對應的光電開關首先放入寄存器VB100中，上圖僅為1號位置和2號位置所對應的，3,、4號位置放入寄存器的方法類似。I0.2為1號位光電開關導通時，將1號位的值放入寄存器VB100。圖6 按鈕位對應的寄存器 圖6為當1、2號呼叫按鈕開關任一導通時，將所在呼叫位的值放入

15、寄存器VB110，其他位置的呼叫也如同此法。例如，當2號位發(fā)出呼叫請求時，I1.0導通，同時1、3、4的呼叫為所對應的I0.7、I1.1、I1.2均為斷開，對于I0.7具有互鎖功能。圖7 寄存器比較小車所在位存入寄存器VB100，呼叫按鈕位的呼叫信號存入寄存器VB110，利用比較指令將VB100與VB110進行比較，如果VB110大于VB100則Q1.0啟動，即小車右行并到達所呼按鈕所在位并且所在位置的指示燈亮，如果VB110小于VB100則Q1.1啟動，小車左行，同時到達所在位后該位指示燈亮。同樣，在此語句中Q1.0與Q1.1也具有互鎖功能。關閉“啟動”開關，自動輸送裝車的整個系統(tǒng)停止運行。

16、自動裝車系統(tǒng)的梯形圖程序如附錄所示。5、小車定位系統(tǒng)監(jiān)控界面的設計5.1 組態(tài)軟件的概述 組態(tài)王6.5完全基于網絡的概念，支持用戶-服務器模式Internet/Internet瀏覽器技術，并且是一種可伸縮的柔性結構，根據網絡規(guī)模大小，可將不同站點設計成I/O服務器、報警服務器、數據服務器、登錄服務器、校時服務器、客戶機等，在系統(tǒng)擴展和變化通道冗余、雙設備冗余、雙網冗余、雙機冗余及雙系統(tǒng)冗余。組態(tài)王6.5設計成一個完全意義上的軟件平臺，允許用戶進行功能擴展和發(fā)揮，它是一個ActiveX容器，無需編程即可將第三方控件直接連入組態(tài)王；組態(tài)王6.5不僅是OPC客戶端，還是OPC服務器，可向任意支持OP

17、C客戶的軟件提供數據；組態(tài)王6.5中的報警信息可以直接輸出到帶ODBC接口數據庫中，像Access、SQL、Server等；提供了一套動態(tài)鏈接庫，允許用戶用VB、VC直接訪問組態(tài)王的數據庫，構筑功能更加強大的工控系統(tǒng)；組態(tài)王6.5還可以和KingPLC 1.0完全集起來，可以做到KingPLC 1.0在后臺控制，組態(tài)王在前臺進行人機界面顯示。5.1.2 組態(tài)王的結構 組態(tài)王6.5是運行于Microsoft Windows 98/200/NT中文平臺的中文界面的人機界面軟件，采用了多線程、COM組件等新技術，實現了實時多任務。 組態(tài)王6.5軟件包由工程瀏覽器(TouchExplorer)、工程管

18、理器(Projmanager)和畫面運行系統(tǒng)(TouchVew)三部分組成。在在工程瀏覽器中可以查看工程的各個組成部分，也可以完成數據庫的構造、定義外部設備等工作；工程管理器內嵌畫面管理器系統(tǒng)，用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理。畫面的開發(fā)和運行是由于工程管理器調用畫面制作系統(tǒng)(Touchmak)和工程運行系統(tǒng)(TouchVew)來完成的。 Touchmak體先進完善的圖形生產功能。用戶需要在這個環(huán)境中完成畫面設計、動畫連接等工作。數據庫提供數據類型，能合理的提取控制對象的特性，對變量報警、趨勢曲線、過程記錄、安全防范等重要功能都有簡潔的操作方法。 Projmanager是應用程序的管理系統(tǒng)。P

19、rojmanager具有很強的管理功能，可用于新建工程的創(chuàng)建和刪除，并能對已有工程進行搜索、備份及有效恢復，實現數據詞典的導入和導出。 TouchVew是組態(tài)王6.5軟件的實時運行環(huán)境，在應用工程的開發(fā)環(huán)境中建立的圖形畫面只有在TouchVew中才能運行。TouchVew從控制設備中采集數據，并存于實時數據庫中。它還負責把數據的變化以動畫的形式形象地表示出來，同時可以完成變量報警、操作記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能，并按實際需求記錄在歷史數據庫中。5.2 定義數據詞典在系統(tǒng)中要先對不同類型的數據進行定義才能進行系統(tǒng)的設計。本系統(tǒng)實時數據的定義如表2所示。表2 數據詞典的定義5.3 用戶界面的制作 小

20、車定位系統(tǒng)的組態(tài)畫面如下所示：圖8 小車定位系統(tǒng)的登錄界面圖9 小車控制系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面圖10 3號位到達時畫面圖11 在3號位時的報表畫面5.4命令語言的編寫 用戶界面制作完成后要與界面編制程序，程序是用戶界面的后臺支持。一方面程序使得用戶界面與下位機PLC實現通訊，使用戶界面可以控制系統(tǒng)的運行。另一方面程序建立了畫面中動畫和系統(tǒng)狀態(tài)的聯(lián)系，使用戶畫面中可以實時的反應系統(tǒng)的運行情況。本系統(tǒng)編寫的命令語言如下：if(本站點SB1=1&&本站點X2<200)本站點X2=本站點X2+50;if(本站點SB1=1&&本站點X2>200)本站點X2=本站點

21、X2-50;if(本站點SB2=1&&本站點X2<450)本站點X2=本站點X2+50;if(本站點SB2=1&&本站點X2>450)本站點X2=本站點X2-50;if(本站點SB3=1&&本站點X2<750)本站點X2=本站點X2+50;if(本站點SB3=1&&本站點X2>750)本站點X2=本站點X2-50;if(本站點SB4=1&&本站點X2<1000)本站點X2=本站點X2+50;if(本站點SB4=1&&本站點X2>1000)本站點X2=本站點X2-5

22、0;if(本站點X2=200)本站點L1=1;else本站點L1=0;if(本站點X2=450)本站點L2=1;else本站點L2=0;if(本站點X2=750)本站點L3=1;else本站點L3=0;if(本站點X2=1000)本站點L4=1;else本站點L4=0;6、程序調試 通過這次仿真實驗，驗證了設計的PLC程序的正確性，對設計要求都能夠順利完成。在設計、仿真中，不僅對PLC理論知識進行了鞏固加深，而且還對系統(tǒng)中PLC的外部接線和PLC與計算機的通信都有了掌握；更重要的是對以前接觸比較少的組態(tài)王軟件有了深入了解，掌握了定義畫面、定義變量、動畫連接以及運行仿真等。 在仿真過程中也遇到了

23、問題：例1：在PLC程序設計上如何實現小車的循環(huán)運行以及每次循環(huán)位置的起始/終止點？解決方案：采用一個移位寄存器（SHRB）進行移位控制，即在首次掃描時，將指定的位存儲器的高電平移入指定位存儲器的最低位，而每一次移位僅在電動機進行正轉時。這樣不同的循環(huán)過程中，以指定位存儲器的最低位后的地址值就不同，就可以通過這個位的高電平來進行循環(huán)設置。例2：在進行組態(tài)仿真時，總是不能實現組態(tài)軟件與PLC的通信，并“信息窗口”中顯示“通信端口COM1”中斷。解決方案：下載結束后，將PLC編程軟件關閉即可。在整個程序的設計調試中，還一直存在一個問題，我們在所有功能都實現后發(fā)現有一個IO輸入端為空。我們接入的一個

24、I0.1觸點，由于開始時程序有問題，將它去掉，小車不運行，經老師指導調試后，我們成功的把多余的觸點去掉，實現了小車的設計要求。7、實驗體會 本次實驗為組態(tài)王在PLC小車運行控制為設計目標，針對PLC設計和組態(tài)王設計的特點，分別從系統(tǒng)綜合分析，系統(tǒng)板塊的PLC程序設計，系統(tǒng)板塊的組態(tài)王仿真設計以及對整個系統(tǒng)的運行、仿真等幾個方面設計了原始資料中的小車運行控制的電氣部分。1、對整個系統(tǒng)作了較深入的分析，研究了該系統(tǒng)所承擔的運行情況以及運行要求的更改等情況。2、在已知運行狀況下，通過采用電子驅動和控制，取締以往的繼電器、限位開關等硬件，進而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可操作性以及可更改性，盡量地從公司的角度出發(fā)

25、降低運行成本。3、在PLC程序中做到了“精、簡”要求，例如僅僅通過一個移位寄存器就實現循環(huán)系統(tǒng)的自動循環(huán)功能。采用組態(tài)王進行仿真，能夠真實地可靠地實時監(jiān)控改系統(tǒng)，對故障的分析度提高。組態(tài)王在PLC小車運行控制的設計雖說在PLC設計方面是比較傳統(tǒng)的領域，但是，它關系到用戶運行系統(tǒng)的的穩(wěn)定性和可靠性，所以它的設計的準確性還是不容小視的。通過本次設計，培養(yǎng)了自己整體全面地看待問題的能力，樹立了正確地設計意識。同時，設計過程中，系統(tǒng)地鞏固了自己在整個大學階段所學的專業(yè)課知識，加強了對PLC的能力以及對整個組態(tài)王仿真的學習?？梢哉f，本次設計我給自己的大學學習交了一份比較滿意的答卷。本實驗是在李嬌老師的悉

26、心指導和嚴格要求下完成的。在課題的研究和設計過程中，李嬌老師耐心地為我講解課題中不明白的地方，為我提供了設計的方向，并為我們仔細介紹了復雜的PLC設計和組態(tài)王設計方法。老師不僅在我的學校生活中給予我學術上的指導，還讓我學到了做學問所必備的良好素質，讓我受益匪淺。此外，在這次設計中，幫助和支持我的同學一并表示感謝當然在肯定了本次設計所取得的成果的同時，我還很清楚地知道，世界是在不斷地日新月異地變化，PLC在改系統(tǒng)中的設計也是在不斷地完善和發(fā)展。所有這些都需要我在以后的工作和學習中不斷地獲得，使自己能更上一層樓。參考文獻1 趙相賓.可編程控制器技術與應用系統(tǒng)設計.機械工業(yè)出版社，2002，72 廖常初.PLC編程及應用.機械工業(yè)出版社，2005，33 胡學林.可編程控制器原理及應用.電子工業(yè)出版社，2007,14 梁延東.電梯控