自动往返运料小车控制系统设计.doc

1、 毕 业 设 计 （ 论 文 ）自动往返运料小车控制系统设计系 部： 自动控制系 专 业: 电气自动化 班 级: 姓 名: 学 号: 指导老师: 编 号 摘要I摘 要 运料小车在煤矿、仓库、港口车站、矿井等行业中被广泛应用，而其控制系统就是一种典型的 PLC 系统。传统的运料小车大多是继电器控制，而继电器控制有着接线复杂、易出故障、维护维修不易等缺点。为了降低运料小车的运行成本,实现自动化控制，应用可编程控制技术作为小车的控制系统。本设计针对电气控制的运料小车系统，利用组态软件和西门子 S7200 PLC实现对运料小车系统的监测和控制。通过现场数据采集，进行集中的数据管理，从而实现对自动运料小

2、车系统有效控制，系统状态实时监控，并由上位机生成可视化的动态监控界面。方便管理人员对现场的管理，提高工作效率。关键词：运料小车；组态软件；PLC；传感器；AbstractIIAbstractCarriage is widely used in coal mine, warehouse, station, port mine and other industries, and its control system is a typical PLC system. The transport cars most of the traditional relay control, relay con

3、trol with complex wiring, easy maintenance, fault repair defect is not easy. In order to reduce the operation cost of material transport trolley, automatic control system, the application of programmable control technology as the control system of car.The design for the carriage of electric control

4、system, realize the monitoring and control of material transport trolley system using configuration software and S7200 PLC Siemens.Through the field data acquisition, data management, so as to realize the automatic control of material transport trolley system, real-time monitoring system status, and

5、 made the dynamic monitoring interface PC to generate visual. Management to facilitate the management of the site, improve work efficiency.Keywords: Material transport trolley;configuration software; PLC; sensor; 目录目 录第 1 章 绪论 11.1 本课题来源、目的和意义 11.1.1 本课题来源 .11.1.2 本课题目的和意义 .11.2 本课题内容及要求 2第 2 章 控制方案

6、的选择 32.1 自动往返运料小车设计思路 .32.2 可编程控制器（PLC ）及运料小车的介绍 .32.2.1 可编程控制器（PLC）的分类 32.2.2 PLC 的工作原理 52.3 自动运料小车控制系统 52.4 系统硬件配置 6第 3 章 控制系统的硬件选型 .73.1 系统硬件的选型 73.2 PLC 选型 .83.3 传感器的选型 93.4 步进电机的选型 11第 4 章 控制系统的软件实现 .134.1 PLC 软件开发工具介绍 .134.1.1 硬件连接及软件的安装 134.1.2 STEP7-Micro/WIN32 软件的窗口组件 .144.2 程序流程 .14第 5 章 组

7、态设计 165.1 数据库设计 .165.2 MCGS 与 PLC 的连接 175.3 运料小车的组态设计 175.4 运行调试动画界面 17第 6 章 结 论 .19致 谢 .20参考文献 .21河南机电高等专科学校毕业设计论文1第 1 章 绪论1.1 课题来源、目的和意义 1.1.1 课题来源 随着科学技术的日新月异，对自动化程度要求越来越高，原有的生产线已不能满足要求。在工业生产中运料是一个非常重要的环节，但是其岗位对人体伤害较大或者是劳动负荷较大。所以运料小车在工业生产中发挥了重要作用，为企业节省了人力、物力等，节约了生产成本提高了经济效益。但是，相比传统接触器、继电器控制的运料小车电

8、气控制线路比较复杂，不容易检修及维护。基于 PLC 的自动运料小车控制系统可以解决上述问题，因此对它的设计具有了现实可能性。运料小车是工厂工业运料的主要设备之一，广泛应用于冶金、有色金属、煤矿等行业。早期运料小车电气控制系统多为“继电器一接触器”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。现代的运料小车基本将控制系统更改为基于PLC 核心的计算机控制，并且为了更方便的对运输现场实施监控，传统的指示灯报警和提示已不能满足要求。人们需要掌握小车的实时运行路径、了解小车的工作状态、记录小车的运行历史并能够随时修改小车的运行参数和调用历史

9、数据，还需要按照可视和可控的格式，实时传输、管理和显示这些信息。因此，采用组态软件进行实时的数据管理和监控显得尤为重要。 1.1.2 课题目的和意义 随着社会的飞速发展，人们的物质需求日益增长。因此，为了满足人们需求，就要加快物质生产。控制系统的出现及发展，是现代工业向自动化方向发展的必然产物。送料小车是基于可编程控制器（PLC,Programmable logic Controller）控制的智能系统，经过了 40 多年的发展应用，已经由手动到自动再到全自动控制。现已进入人们的生产生活，为改善人们生活带来了许多帮助。 企业现代化生产规模的不断扩大，使得生产资料的输送成为生产物流系统中的一个重

10、要环节。运料小车自动控制正是用来实现输送生产资物的系统。在国外，随着 PLC 技术的发展，生产线上的运输控制系统已广泛地采用基于 PLC控制系统，有些制造厂甚至还开发研制出了专用的逻辑处理控制芯片。目前，国内大部分工控企业的运料小车自动控制系统都是从国外引进的，成本高。为了满足现代化生产的需要，让 PLC 技术与自动化技术相结合，充分的应用到我自动往返运料小车控制系统设计2国的工控企业生产线上，并且在各种环境下都能够正常工作，本文应用 PLC 实现对运料小车工作过程的自动控制，并仿真实现，从而实现成本低，易控制，安全可靠，效率高的设计目标。1.2 课题内容及要求本设计的主要内容有：确定运料小车

11、控制系统的总体设计方案；设计运料小车拖动电机的电气控制线路原理图；确定运料小心控制系统 PLC 的型号规格；确定 PLC I/O 元件，列出 I/O 元件分配表；设计运料小车控制系统 PLC I/O 接线图；PLC 程序的总体结构图和梯形图（包括主程序和中断程序）等。设计目的：（1）熟练掌握 PLC 的指令系统，学会一些特殊设备在生产实际中的应用。（2）能使用西门子 PLC 编程软件及 MCGS 组态软件。（3）通过设计牢固掌握功能表梯形图的方法、步骤及绘制梯形图所遵循的规则和技巧。学会时序控制程序的设计和调试方法。（4）能够绘制传动系统的电气图。 河南机电高等专科学校毕业设计论文3第 2 章

12、控制方案的选择2.1 自动往返运料小车设计思路本系统采用西门子 SIMATIC 系列 PLC 进行控制，伺服器与交流电机构成传动装置，驱动小车来回往返，用北京昆仑通态公司 MCGS(英文说明)作为组态监控界面，实现实验环境下运料小车系统的运行。2.2 可编程控制器的介绍 2.2.1 可编程控制器（PLC）的分类PLC 产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对 PLC 的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和 I/O 点数的多少等进行大致分类。1按结构形式分类根据 PLC 的结构形式，可将 PLC 分为整体式和模块式两类。（1）整体式 PLC 整体式 PLC 是将电源、CPU、I/O 接口

13、等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型 PLC 一般采用这种整体式结构。整体式 PLC 由不同 I/O 点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有 CPU、I/O 接口、与 I/O 扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或 EPROM 写入器相连的接口等。扩展单元内只有 I/O 和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式 PLC 一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。（2）模块式 PLC 模块式 PLC 是将 PLC 各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如 CPU 模块、I/O 模块、电源模

14、块（有的含在 CPU 模块中）以及各种功能模块。模块式 PLC 由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式 PLC 的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型 PLC 一般采用模块式结构。还有一些 PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式 PLC。叠装式 PLC 其 CPU、电源、 I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。2按功能分类自动往返运料小车控制系统设计4根据 PLC 所具有的功能不同，可将 PLC 分为低档、

15、中档、高档三类。（1）低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档 PLC 除具有低档 PLC 的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID 控制等功能，适用于复杂控制系统。（3）高档 PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档 PLC 机具有更强

16、的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。3按 I/O 点数分类根据 PLC 的 I/O 点数的多少，可将 PLC 分为小型、中型和大型三类。(1).小型 PLCI/O 点数 2048 点；多 CPU，16 位、32 位处理器，用户存储器容量 816K如：S7-400 德国西门子公司GE- GE 公司C-2000 立石公司河南机电高等专科学校毕业设计论文5K3 三菱公司等2.2.2 PLC 的工作原理PLC 与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式的不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出先前通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有

17、可能几个电器同时动作。而 PLC 则不同，它采用循环扫描技术，自有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说 PLC 以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也就是说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而 PLC 控制则需要输入 传送、执行程序指令、输出 3 个阶段才能完成控制过程。PLC 采用循环扫描技术可分为 3 个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状态传送的 PLC）、执行程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。在输入阶段中，PLC 先进行自我诊断，然后与编程

18、器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把他们存入相应的输入存储单元。在执行阶段中，PLC 按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储单元。在输出阶段中，PLC 将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过模块向外部设备传送输出信号，开始控制外部设备。2.3 自动运料小车控制系统小车运料示意图如图 2 所示，为小车一处装料，另一处卸料。小车由电动机拖动，电机正转，小车前进，电机反转，小车后退。料

19、斗底门和小车底门均由电磁阀控制，得电打开，断电闭合。小车前、后终端位置均由限位开关控制。按下右启动按钮小车右行(前述至限位开关 SQ1 处停下来装料，20 S 后结束，开始左行。当碰到 SQ2 后停下来第一次卸料，15 S 后右行，碰到 SQ1 又停下来装料，20S 后结束，又开始左行，经过 SQ2 不停，当碰到 SQ3 后停下来第二次卸料，15 S 后右行，碰到 SQ1 后又停下来装料。完成一个工作周期动。自动往返运料小车控制系统设计6图 2-2 送料小车工作示意图2.4 系统硬件配置 系统硬件配置结构框图如图 3 所示，包括 PLC 及 I/O 扩展单元、传感器元件（行程开关和接近开关等）

20、、控制面板（按钮开关和指示灯）、控制元件（中间继电器，交流接触器和电磁阀）以及执行元件（电机）等几部分。控制面板作为设备控制的主要器件，接收来自操作人员的操作指示：传感器元件检测运转小车进信号、后退信号，以及各部分的动作完成情况：PLC 自动循环扫描各个输入输出点的当前状态，并根据梯形图程序所确定的逻辑关系更新输出点的状态，通过通断交流接触器和换向电磁阀来控制电机的启停和油缸的动作，从而完成转料小车运转任务的过程的自动控制。图 2-3 系统总体框架图河南机电高等专科学校毕业设计论文7第 3 章 控制系统的硬件选型3.1 系统硬件的选型本课题涉及的硬件包括步进电机、驱动器、传感器、三相异步电机、

21、气动系统、PLC 控制器等。以下为各部件详细介绍：1.步进电机：步进电机有步角距、静力矩、电流三大要素组成。根据负载的控制精度要求选择步角的大小，根据负载的大小确定静力矩，静力矩一经确定给我悲剧电机矩频特性曲线来判断电机的电流。一旦三大要素确定，步进电机的型号变确定下来了。2.驱动器：遵循先选电机后选驱动的原则，电机的相数、电流大小是驱动器选择的决定因素：在选型中，还要根据 PLC 输出信号的极性来决定驱动器输入信号是共阳极或者共阴极。未来改善电机的运行性能和提高控制精度，通常通过选择带细分功能的驱动器来实现，目的驱动器的细分等级有 8 倍、16 倍、32 倍、64 倍等，最高可达 256 倍

22、细分。在实际应运中，应根据控制要求和步进电机的特性选择合适的细分倍数，以达到更高的速度和更大的高速转矩。使电机运转精度更高。振动更小。3.三相异步电动机：1）电动机的机械特性、启动、制动、调速及其他控制性能应满足机械特性和生产工艺过程的要求。电动机工作过程中对电源供电质量的影响（入电压波动、谐波干扰等），应在容许的范围内；（1）按预定的工作制、冷却放大基础在情况所需的电动机功率，电动机的温升应在限定的范围内；（2）根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作；（3）综合考虑一次投资几运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安全。 4.传

23、感器：传感器的选型原则可以从以下六个方面来叙述：（1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型；（2）灵敏度的选择；（3）频率响应特性；（4）线性范围；（5）稳定性；（6）测量精度。自动往返运料小车控制系统设计8根据具体的测量工作，从以上六个方面综合考虑，以选择最合适的传感器。5.气动系统：（1）确定气动执行元件的形式；（2）进行工况分析，确定系统的主要参数；（3）制定基本方案，拟定气动系统原理图；（4）选择气动元件；（5）气动系统的性能验算；（6）绘制工作图，编制技术文件。3.2 PLC 选型在设计控制系统中，PLC 用到了 8 个输入点、6 个输出点、 1 个模拟量输入点以及 1 个模拟量输

24、出点控制运料小车的运动。因此，依据运料小车控制系统的工艺流程、实际控制需求以及输入输出变量特点，选用了西门子 S7-2PLC CPU224 XPCN 控制的运料小车控制系统设计方案。该 PLC 不仅用有 14 个输入点和 10 个输出点，还有 1 个模拟量输入点和 1 个模拟量输出点，利用 PLC控制技术，实现运料小车两处装料、两处卸料的运动控制，完全能满足设计需求。在运料小车控制系统设计过程中，需要 PLC 具有抗干扰能力出众、可靠性高、控制功能强、编程方便等优点，因此采用可编程控制器作为主控制器。同时考虑到该控制系统不是很复杂，从经济角度考虑后决定：该控制系统采用德国西门子公司声场的 S7

25、-200 系列可编程控制器，具体型号为 CPU224 CN AC/DC/继电器，现有 AC 220V 电源，DC24V 电源输入，继电器输出。该 PLC 结构紧凑小巧。执行速度快、功能强大及性价比高等特点，符合本系统各方面要求。（1） PLC 的 I/O 分配表表 3.1PLC 的 I/O 分配表输入信号 输出信号名称 代号 输入编号 名称 代号 输出编号启动按钮 SB1 I0.0 正转接触器 KM1 Q0.0停止按钮 SB2 I0.1 反转接触器 KM2 Q0.1前限位开关 1 SQ1 I0.2 装料指示灯 L1 Q0.2河南机电高等专科学校毕业设计论文9前限位开关 2 SQ2 I0.3 卸

26、料指示灯 L2 Q0.3后限位开关 1 SQ3 I0.4 运行指示灯 L3 Q0.4后限位开关 2 SQ4 I0.5 报警指示灯 L4 Q0.5急停按钮 1 SB3 I0.6报警信号 SB4 I0.7（2） PLC 输入输出地址分配本次所采用的是 S7-200 系列中的 CPU 224，系统中的运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向左行，电机反转，小车向右行。SB1 是系统启动按钮，SB2 是系统停止按钮， SQ1-SQ4 位行程开关，KM1、KM2 分别为电动机正反转，L1-L4 位小车状态指示灯。小车控制系统的输入，输出设备与 PLC 的I/0 段对应的外部接线如图 3-1 所

27、示：图 3-2 PLC 外部接线自动往返运料小车控制系统设计103.3 传感器的选型 国家标准 GB7665-87 对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。本课题中需要各种传感器来完成各种操作流程，比如需要传感器来检测小车是否运动到位，需要传感器来检测小车是否装卸货物完成到位，所以我们需要对传感器进行型号选定。

28、在检测小车是否运动到位时，需要位置传感器，位置传感器可用来检测位置，反映某种状态的开关，和位移传感器不同，位置传感器有接触式和接近式两种。接触式传感器的触头由两个物体接触挤压而动作，常见的有行程开关、二维矩阵式位置传感器等。当某个物体在运动过程中，碰到行程开关时，其内部触头会动作，从而完成控制，如在加工中心的 X、Y、Z 轴方向两端分别装有行程开关，则可以控制移动范围。二维矩阵式位置传感器安装于机械手掌内侧，用于检测自身与某个物体的接触位置。由于行程开关结构简单、动作可靠、价格低廉。所以本课题选择行程开关来完成这项检测。当检测货物是否装卸完成时，需要红外传感器，红外线传感器依动作可分为：(1)

29、 将红外线一部份变换为热，藉热取出电阻值变化及电动势等输出信号之热型，但是误差偏大，不能精确判断。(2) 利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因 PN 接合之光电动势效果的量子型。热释电型的现象俗称为焦热效应。热释电型的优点有：可常温动作下操作，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。综上所述，本课题选择热释电型红外传感器。具体型号如下：表 3.2 传感器型号与参数实验温度：T = 22C NEP：100 C 黑体, 1Hz 电子带宽 河南机电高等专科学校毕业设计论文11敏感度：100 C 黑体 噪音：0.4 到 10Hz 带宽隐蔽性好。价格低廉。3.4 步进电机的选

30、型 步进电机是将电脉冲信号转换为相应角位移或直线位移的一种特殊电动机。其工作方式是每输入一个电脉冲信号，电动机就转动一个角度，由于运动形式是步进的，因此称为步进电机。(1)步进电机转矩的选择 步进电机的保持转矩，近似于传统电机所称的“功率”。当然，有着本质的区别。步进电动机的物理结构，完全不同于交流、直流电机，电机的输出功率是可变的。通常根据需要的转矩大小(即所要带动物体的扭力大小)，来选择哪种型号的电机。大致说来，扭力在 0.8N.m 以下，选择 20、28、35、39、42(电机的机身直径或方度，单位：mm);扭力在 1N.m 左右的，选择 57 电机较为合适。扭力在几个 N.m 或更大的

31、情况下，就要选择 86、110、130 等规格的步进电机。(2)步过电机转速的选择 对于电机的转速也要特别考虑。因为，电机的输出转矩，与转速成反比。就是说，步进电机在低速(每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大)，在高速旋转状态的转矩(1000 转/分-9000 转) 就很小了。当然，有些工况环境需要高速电机，就要对步进电动机的线圈电阻、电感等指标进行衡量。选择电感稍小一些的电机，作为高速电机，能够获得较大输出转矩。反之，要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十 mH,电阻也要大一些为好。(3)步进电机空载起动频率的选择 步进电机空载起动频率，通常称为“空起频率”。这是选购电机比较重要

32、的一项指标。如果要求在瞬间频繁启动、停止，并且，转速在 1000 转/分钟左右( 或更高) ，通常需要“加速启动”。如果需要直接启动达到高速运转，最好选择反应式或永磁电机。这些电机的“空起频率”都比较高。(4)步进电机的相数选择 步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。其实，不同相数的电机，工作效果是不同的。相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。大多数场合，使用两相电机比较多。在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是比较实用的。(5)针对步进电机使用环境来选择 特种步进电机能够防水、防油，用于某些特殊场合。例如水下机器人，就需要放水电机。

33、对于特种用途的电机，就要针对性选择了。自动往返运料小车控制系统设计12由于本文中的自动小车是安装在仓库之中，所运送的物料也比较大而且重，也就是说负载较大，需要选择大力矩的电机，所以本文中选择的电机是规格为130 的步进电机，以满足现实的工作要求。本文中选择的电机型号为 130mm 三相步进电机，具体型号为 SS5401C40A，详细参数如下：图 3-3 步进电机的型号与参数河南机电高等专科学校毕业设计论文13第 4 章 控制系统的软件实现4.1 PLC 软件开发工具介绍 STEP7-Micro/WIN32 西门子编程软件是基于 Windows 的应用软件，它是西门子公司专门为 S7-200 系

34、列可编程控制器而设计开发，是 西门子 PLC 用户不可缺少的开发工具。目前 STEP7-Micro/WIN32 编程软件已经升级到了 4.0 版本。4.1.1 硬件连接及软件的安装 1、硬件连接 为了实现 PLC 与计算机之间的通信，西门子公司为用户提供了两种硬件连接方式：一种是通过 PC/PPI 电缆直接连接，另一种是通过带有 MPI 电缆的通信处理器连接。 典型的单主机与 PLC 直接连接如图 71 所示，它不需要其他的硬件设备，方法是把 PC/PPI 电缆的 PC 端连接到计算机的 RS-232 通信口（一般是COM1），把 PC/PPI 电缆的 PPI 端连接到 PLC 的 RS-48

35、5 通信口即可。 2、软件的安装（1）系统要求STEP7-Micro/WIN32 软件安装包是基于 Windows 的应用软件，4.0 版本的软件安装与运行需要 Windows2000/SP3 或 WindowsXP 操作系统。（2）软件安装STEP7-Micro/WIN32 软件的安装很简单， 将光盘插入光盘驱动器系统自动进入安装向导（或在光盘目录里双击 setup，则进入安装向导），按照安装向导完成软件的安装。软件程序安装路径可使用默认子目录，也可以使用“浏览” 按钮弹出的对话框中任意选择或新建一个新子目录。首次运行 STEP7-Micro/WIN32 软件时系统默认语言为英语，可根据需要

36、修改编程语言。如将英语改为中文，其具体操作如下：运行 STEP7-Micro/WIN32 编程软件，在主界面执行菜单 ToolsOptionsGeneral 选项，然后在对话框中选择为Chinese 即可将 English 改为中文。自动往返运料小车控制系统设计14图 41 典型的主机与 PLC 直接连接4.1.2 STEP7-Micro/WIN32 软件的窗口组件1、基本功能 STEP7-Micro/WIN32 的基本功能是协助用户完成应用程序的开发，同时它具有设置 PLC 参数、加密和运行监视等功能。编程软件在联机工作方式（PLC 与计算机相连）可以实现用户程序的输入、编辑、上载、下载运行

37、，通讯测试及实时监视等功能。在离线条件下，也可以实现用户程序的输入、编辑、编译等功能。2、主界面 启动 STEP7-Micro/WIN32 编程软件，其主要界面外观如图 2 所示。主界面一般可分为以下 6 个区域：菜单栏（包含 8 个主菜单项）、工具栏（快捷按钮）、浏览栏（快捷操作窗口）、指令树(快捷操作窗口)、输出窗口和用户窗口（可同时或分别打开图中的 5 个用户窗口）。除菜单栏外，用户可根据需要决定其他窗口的取舍和样式的设置。4.2 程序流程 在整个程序流程中，运料小车在自动化生产线上运动的控制过程如下：初始状态小车停在初始位置，按启动按钮，系统检测料仓是否有料，料仓有料，小车开始装料；2

38、0 秒后装料结束，小车左行，碰到行程开关 2 后，小车停止，开始卸料，30 秒后卸料完成，小车右行，碰到行开关 1 后小车停下装料，20S 后装料完成，左行卸料，如此循环，相应的状态有对应的指示灯显示。如图 4-1：河南机电高等专科学校毕业设计论文15图 41 自动运料小车程序流程系统能够及时监控站点的发货指令，监控小车的状态，所处位置，运行速度，运行路径，能够控制站点的放料和闭合过程。PLC 负责对单站的控制，小车状态的控制，MCGS 负责收集数据，并监控实时动态，能够对小车的运行历史数据和轨迹进行分析，并可以通过发送指令的方式对系统进行控制，当系统出现故障时进行报警。自动往返运料小车控制系

39、统设计16第 5 章 组态设计下位机 PLC 现场采集的数据参数通过 RS-232 接口传递至上位机中，由MCGS 负责进行状态监控和流程控制。MCGS 组态对系统状态进行监控，对运行流程进行控制，在系统运行过程中提供历史数据查询。组态部分的设计主要有数据库设计，界面设计，流程控制，设备通信等。5.1 数据库设计实时数据库是 MCGS 的核心，主要用于工厂过程的自动采集，存储和监事，实现保存，检索连续变化的生产数据，并行地处理数据，并及时记录过程报警。MCGS 中数据库作为一个对象封装起来，程序通过方法和属性与数据库中的数据进行交换，在设备窗口中通过设备构件驱动 SIMATIC 57200 P

40、LC，通过串口将采集的数据送入实时数据库;由用户窗口组成的图形对象，与实时数据库中的数据对象建立连接关系，以动画形式实现数据的可视化;运行策略通过策略构件，对数据进行操作和处理。本系统需要的数据变量及连接的 PLC 地址变量对应关系如下，篇幅限制，只列出主要变量，如表 5-1 所示。表 51 自动运料小车主要变量变量名 变量类型 PLC 地址变量 注释启动 开关型 M0.0停止 开关型 M0.1急停按钮 开关型 M0.2装料指示 开关型 Q0.2卸料指示 开关型 Q0.3运行指示 开关型 Q0.4报警指示 开关型 Q0.5河南机电高等专科学校毕业设计论文175.2 MCGS 与 PLC 的连接

41、设备窗口是 MCGS 组态设计的重要组成部分，负责建立系统与外部硬件设备的连接，使得 MCGS 能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对工业过程的实时监控。 在 MCGS 组态软件开发平台上，单击“设备窗口”，再单击“设备组态”按钮进入设备组态。在“设备工具箱”中，选中“串口通讯父设备”和“西门子 200 系列”，添加到右面已选设备并对应设备两者的属性，保持与 PLC 的 I/O 设置一致。5.3 运料小车的组态设计 当程序开始时，小车是装满料的，小车开始前进，此时组态界面的前进显示灯亮，直到小车卸料处（SQ2）自动停下来卸料，此时组态界面的前进显示灯亮，经过卸料所需设定的时间 3

42、0S 延时后，车子开始后退，此时组态界面的后退显示灯亮，直到小车到达装料处（SQ1）自动停下来装料，此时组态界面的装料显示灯亮，经过装料所需设定的时间 20S 延时后，车子自动的再次前进送料，卸完料后车子又自动返回装料，如此自动往返循环送料。当输入为停止信号时，系统将停止运行。5.4 运行调试动画界面PLC 动画界面如下图所示，具体过程为：前进（图 5-1）、装料（图 5-2）、后退（图 5-3）、卸料（图 5-4）。图 5-1 小车前进取料自动往返运料小车控制系统设计18图 5-2 小车装料图 5-3 小车后退图 5-3 小车卸料河南机电高等专科学校毕业设计论文19第 6 章 结 论本文主要

43、介绍了运料小车的发展过程及现代社会对运料小车的功能要求，以及运料小车以后的发展趋势。随着现代工业的发展，工业自动化程度越来越高，运料小车应用前景可观。在指导老师的精心指导下，我在本文中解决了如下问题：控制系统硬件电路的正确设计及连接，节约了成本，优化了配置；实现了多个站台装料、卸料要求，小车能正确无误的在各个站点工作；软件编程调试方面，通过西门子编程软件已经正确调试了设计程序，并在设计调试中收获很多宝贵经验。学会了很多以前没学过的知识，也巩固了很多以前没学好的知识，使我的专业理论知识更加扎实，软件操作更加熟练了。在做课程设计的这段时间里，从设计题目系统的实现，再到课程设计的完成，每走一步对我来

44、说都是新的尝试与挑战，在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从对设计相关技术很不了解的状态，我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己稚嫩作品一步步得到完善，每一次改进都是我学习的收获，每一次调试的成功都会让我兴奋许久。 虽然我的课程设计不是很成熟，还有不足之处，但设计中的每一个过程，都有我的心血。希望我最终完成的毕设能够得到老师们的肯定，同时这次课程设计的经历也会使我终身受益，我感受到了做课程设计是要用心去做，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有进一步的研究，就不会有所突破。希望这次的经历能让我在以后学习中激

45、励我继续进步。 自动往返运料小车控制系统设计20致 谢英国诗人，雪莱说“世间走得最快的永远是最美好的东西”。这段青春的经历将永远充溢在我的心中”，光阴似箭，三年充实而愉快的大学时光即将过去，接到录取通知，满怀欣喜，背上行囊，走进新乡，仿佛这些画面就在昨天。 本文是在导师赵老师的悉心指导下完成的。赵老师渊博的学识、严谨的治学态度、深厚的科研功底和敏锐的学术前瞻性对我学术研究影响很大；赵老师对工作的敬业精神和忘我热情，深深地感动着我，并将激励我今后在工作上不断进取，以优异的成绩回报老师的培养。在完成毕业设计这段时间里，导师对我的学习、工作等方面都给予了真诚的关怀和帮助，这段美好时光，我将永铭于心。

46、正是导师的关怀才使得我能够顺利完成学业。在这里请允许我向导师致以最真诚的谢意 感谢所有关心、爱护我成长的前辈、亲人和朋友们！特别感谢我的父母对我学习的鼓励和支持，他们是我能够顺利完成学业的精神支柱。 再次感谢自控系的所有老师，祝愿你们在今后工作生活中一帆风顺，心想事成。河南机电高等专科学校毕业设计论文21参考文献1 周元一 电机与电气控制M 机械工业出版社，2006.8 2 朱献青 电气制图 机械工业出版社 2008.123 胡学林 可编程控制器教程M. 北京: 电子工业出版社.2003.74 刘美俊 通用变频器应用技术M. 福建: 福建科学技术出版社.2001.65 李华德 交流调速控制系统.北京：电子工业出版社， 2003.36 王兆安 黄俊.电力电子技术M. 西安：西安交通大学出版社， 20057 王永华 现代电气控制及 PLC 应用技术M. 北京：航空航天大学出版社， 2003.80-90. 8 杨黎明 机电传动控制技术 机械工业出版社 9 周继明 传感技术与应用 国防工业出版社 10 陈立定 中南大学出版社 电气控制与可编程控制器11 许福玲 液压与气压传动 机械工业出版社12 张万忠 可编程控制器应用技术M. 北京：化学工业出版社， 2002.