台车呼叫控制系统设计.docx

台车呼叫控制系统设计.docx

《台车呼叫控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《台车呼叫控制系统设计.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

台车呼叫控制系统设计

1、绪论1

1.1、设计背景1

1.2、应用前景1

1.3、设计的目的和意义2

2、总体设计方案3

2.1、总体设计思路3

3、硬件设计3

3.1、I/O地址分配4

3.2、顺序工作功能流程5

3.3、硬件接线图6

3.3、控制器模块6

3.4、电路工作过程7

4、软件设计8

4.1、PLC软件梯形图8

4.2、组态王画面的设计15

4.3、设计数据变量16

4.4、组态王监控演示19

5、程序调试22

6、结论22

7、总结22

8、课设体会23

参考文献24

附录25

1、绪论

1.1、设计背景

1946年，美国福特公司的机械工程师D.S.哈德最先提出自动化一词，并用来描述发动机汽缸的自动传送和加工，这就是一种简单台车呼叫控制系统的应用。

50年代，自动调节器和经典控制理论的发展，使自动化进入到以单变量自动调节系统为主的局部自动化阶段。

60年代，随着现代控制理论的出现和电子计算机的推广应用，自动控制与信息处理结合起来，使自动化进入到生产过程的最优控制与管理的综合自动化阶段。

70年代，自动化的对象变为大规模、复杂的工程和非工程系统，涉及许多用现代控制理论难以解决的问题。

这些问题的研究，促进自动化的理论、方法和手段的革新，于是出现了大系统的系统控制和复杂系统的智能控制。

现今随着科学技术的进步，这种传送和加工的方式出现了综合利用计算机、通信技术、系统工程和人工智能等成果的高级自动化系统。

台车呼叫系统就是采用了微型计算机控制的各种传送和加工设备与计算机连接的人员间接控制系统，如台车炉和一些工业制造等。

1.2、应用前景

现代生产和科学技术的发展，台车呼叫控制系统已经被广泛应用于各种场合，属于物流自动化的一种，使其作业过程的设备和设施自动化，包括运输、装卸、包装、分拣、识别等作业过程，是工业生产的自动运输加工系统，例如台车炉，台车炉是属于周期式作业炉，炉膛不分区域。

台车炉的结构：

炉底为一可移动的台车。

加热前，台车在炉外装料，加热件放在专用的垫铁上，然后由牵引机构将台车拉入炉内进行加热，加热之后再由牵引机构将台车拉出炉外卸料，之后或用吊车将加热的工件吊到锻压设备上进行加工。

从台车呼叫控制系统的发展趋势来看，台车呼叫控制系统已往节能，高效率发展，被应用于各种场合，有着广泛的发展前景，真正达到降低物流成本、提高物流效率，被生产企业所接受。

1.3、设计的目的和意义

电子技术和微型计算机的迅速发展，促进可编程控制器（简称PLC）控制技术的迅速发展和广泛应用，PLC的可用领域已经渗透到国民经济的各个部门，它起到了越来越重要的作用。

PLC是一种在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。

它已经成为工业控制领域发展所不可或缺的因素，利用PLC控制的台车呼叫控制系统提高了系统的稳定性，并且操作简单，保证了台车呼叫控制系统能够长期稳定的运行。

设计要求使用组态王完成上位机监控画面的开发，组态王软件是北京亚控科技发展有限公司研发的一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。

它基于MicrosoftWindowsXP/NT/2000操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。

采用组态王软件开发工业监控过程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。

它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。

组态王软件与IO设备进行通讯一般是通过调用*.dll动态库来实现的，不同的设备、协议对应不同的动态库。

工程开发人员无需关心复杂的动态库代码及设备通讯协议，只须使用组态王提供的设备定义向导，即可定义工程中使用的I/O设备，并通过变量的定义实现与I/O设备的关联，对用户来说既简单又方便。

组态王支持通过OPC、DDE等标准传输机制和其他监控软件（如：

Intouch、Ifix、Wincc等）或其他应用程序（如：

VB、VC等）进行本机或者网络上的数据交互。

通常情况下，建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤：

1、创建新工程；2、定义硬件设备并添加工程变量；3、制作图形画面并定义动画连接；4、编写命令语言；5、进行运行系统的配置；6、保存工程并运行。

2、总体设计方案

2.1、总体设计思路

台车呼叫控制系统的基本功能就是一部电动运输车供8个加工点使用，然后根据具体要求做出相应的移动，来完成货物的装卸和加工。

本次课程设计的要求是PLC上电后，车停在某个工位，若无用车呼叫（下称呼车）时，则各工位的指示灯亮，表示各工位可以呼车，某工作人员按本工位的呼车按钮呼车时，台车不动，呼车工位号大于停车位时，台车自动向高位行驶，当呼车位号小于停车号时，台车自动向低位行驶，当台车到呼车工位时自动停车。

停车时间为30秒供呼车工位使用，其他工位不能呼车，从安全角度出发，停车再来电时，台车不会自行启动。

8个工位的呼车按钮用基本输入输出模块上的8个开关模拟，每个工位的限位开关用另8个开关模拟，系统启动按钮和系统停止工作按钮用2个开关模拟，因此需要18个输入点。

可呼车指示，电动机正转接触器，电动机反转接触器用3个小灯模拟，是3个输出点。

由于台车呼叫控制系统的全部功能是在上位机上模拟的，所以台车呼叫控制系统的硬件部分是由计算机软件（组态王）来模拟替代的这些并不会影响实际程序的操作，完全能模拟台车呼叫控制系统的运行。

3、硬件设计

台车呼叫控制系统基本功能是保证台车被八个加工点呼叫时达到此加工工位完成卸货和加工，因此为了区别，工位依1~8编号并各设一个限位开关；为了呼车，每个工位设一呼车按钮，系统设启动及停车按钮各一个；小车正转反转接触器各一个。

每个工位设呼车指示灯各一个，且并连接于某一输出口上。

每个工位应设置一个限位开关和一个呼车按钮，系统要配置用于启动和停车按钮，这些是PLC的输入元件；小车要用一台电动机拖动，电动机正转小车行驶向高位，反转时小车行驶向低位，电动机正转和反转各需要一个接触器，是PLC的执行元件。

另外各工位还要有指示灯作为呼车显示。

电动机和指示灯是PLC的控制对象。

3.1、I/O地址分配

本次课程设计的主要I/O分配如下：

表一I/O地址分配

限位开关（停车号）

呼车按钮（呼车号）

启动.停止

输出

SQ1

I2.0

SB1

I0.0

系统启动按钮SB1

I1.0

可呼车指示

Q0.0

SQ2

I2.1

SB2

I0.1

系统停止工作按钮SB2

I1.1

电动机正转接触器

Q0.1

SQ3

I2.2

SB3

I0.2

电动机反转接触器

Q0.2

SQ4

I2.3

SB4

I0.3

SQ5

I2.4

SB5

I0.4

SQ6

I2.5

SB6

I0.5

SQ7

I2.6

SB7

I0.6

SQ8

I2.7

SB8

I0.7

3.2、顺序工作功能流程

图2顺序功能图

3.3、硬件接线图

图3硬件接线图

3.3、控制器模块

控制器主要用于各模块对显示等因素的控制。

控制器的选择有以下两种方案。

方案一：

采用可编程序控制器（PLC）。

它可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一个模块上。

减小了体积，提高了稳定性，并且可以应用软件仿真调试，易于进行功能扩展。

它采用串行、并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。

方案二：

采用AT89S51作为系统控制器的CPU方案，单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，但是其易受到外界的干扰，故并不适用于工业场合。

基于以上分析拟定方案一。

3.4、电路工作过程

系统启动：

按下启动按钮SB1，输入继电器I1.0得电。

【I1.0

（1）闭合，执行MOVB指令

（1），将“0”送入VB100，停车工位号寄存器清零。

执行执行MOVB指令

（1），将“0”送入VB110，呼车工位号寄存器清零。

M10.2

（2）闭合，调用子程序0】

右行工作过程：

设送料小车暂停于2#工作台SQ2闭合I2.1得点I2.1（4）闭合执行MOVB指令，将“2”送入VB100，停车工位寄存器为“2”。

由于#M10.1（11）闭合Q0.0得电指示灯亮，指示可以进行呼车，这时4#工作台呼叫SB4闭合闭合I0.3得电。

【I0.3得电，I0.3（15）闭合，执行MOVB指令，将“4”送入VB110，呼车工位号寄存器为“4”。

I0.3（20）闭合，M10.1（20）得电，有工位呼车，#M10.1（11）断开，Q0.0失电，指示灯灭指示已有工位呼车其他工位不可进行呼车，执行比较指令（21）到（23）将VB100和VB110相比较，由于VB100

（2）小于VB110（4），因此Q0.2（22）得电，KM1得电吸合，电动机反转，小车由位置2开始右行。

#Q0.2（21）断开，使Q0.1（21）不能得电，小车不能左行，互锁。

小车右行经过位置3，SQ3闭合，I2.2得电，I2.2（5）闭合，执行MOVB指令，将“3”送VB100，停车工位号寄存器为“3”，由于VB100（3）

#Q0.2（21）断开，使Q0.1（21）不能得电，小车不能左行，互锁。

小车右行到达位置4，SQ4闭合，I2.3得电，I2.3（6）闭合，执行MOVB指令，将“4”送VB100，停车工位号寄存器为“4”。

由于VB100（4）=VB110（4）,VB100（3）小于VB110（4）不成立，因此Q0.2（22）失电，KM1失电，电动机停转。

T37（23）得电，开始30S延时，延时时间到，#T37（20）断开，M10.1（20）失电，#M10.1（11）复位闭合，Q0.0（11）得电，指示灯亮，指示可进行呼车。

】

左行工作过程：

设送料小车现暂停于4号工作台，SQ4闭合，I2.3得电，I2.3（6）闭合，执行MOVB指令（6），将“4”送入VB100，停车工位号寄存器为“4”。

由于#M10.1（11）闭合，Q0.0（11）得电，指示灯亮，指示可进行呼车。

这时2号工作台呼叫，SB2闭合，I0.1得电。

【I0.1得电，I0.1（13）闭合，执行MOVB指令，将“2”送入VB110，呼车工位号寄存器为“2”。

I0.1（20）闭合，MI0.1（20）得电，有工位呼车，#M10.1（11）断开，Q0.0（11）失电，指示灯灭，指示灯已有工位呼车，其他工位不可进行呼车。

执行比较指令（21）到（23），将VB100与VB110相比较，由于VB100（4）大于VB110

（2），因此Q0.1（21）得电，KM2得电吸合，电动机正转，小车由位置4开始左行。

#Q0.1（22）断开，使Q0.2（22）不能得电，小车不能右行，互锁。

小车左行经过位置3，SQ3闭合，I2.2得电，I2.2（5）闭合，执行MOVB指令，将“3”送入VB100，停车工位号寄存器为“3”，由于VB100（3）大于VB110

（2），因此Q0.0（21）得电，KM2得电吸合，电动机正转，小车由位置3继续左行。

#Q0.1（22）断开，使Q0.2（22）不能得电，小车不能右行，互锁，小车左行到达位置2，SQ2闭合，I2.1得电，I2.1（4）闭合。

执行MOVB指令，将“2”送入VB100，停车工位号寄存器为“2”。

由于VB100

（2）=VB110

（2），VB100（3）>VB110

（2）不成立，因此Q0.1（21）失电，KM2失电，电动机停转。

T37（23）得电，开始30S延时，延时时间到，#T37断开。

M10.1（20）失电，#M10.1（11）复位闭合，Q0.0（11）得电指示灯亮，指示可进行呼车。

原位不动：

若小车停在3位，而3号工作台呼叫，则小车原位不动。

由于小车停在3位SQ3受压，I2.2得电，I2.2（5）闭合，执行MOVB指令（5），将“3”送入VB100，停车工位号寄存器为“3”。

由于VB100（3）=VB110（3），因此执行比较指令（21）到（23）时，Q0.1和Q0.2不能得电。

KM1,KM2不能得电，电动机停转，小车原位不动。

【T37（23）得电，开始30S延时，延时时间到，#T37（20）断开，M10.1（20）失电，#M10.1（11）复位闭合，Q0.0（11）得电，指示灯亮，指示可进行呼车。

】

4、软件设计

本次课程设计用到PLC软件编程是西门子S7-200和组态王6.53。

4.1、PLC软件梯形图

本课题的控制程序通过梯形图实现，而PLC本身又有多种程序设计语言，如指令语句表语言、功能表语言等。

其中梯形图语言沿袭传统的电气符号控制图，但是简化了符号，编程容易且直观。

小车启动，停止控制，I1.0启动，I1.1停止。

子程序0运行。

在某工位停车时，送停车工位号至VB100将停车工位号1送VB100。

将停车工位号2送VB100。

将停车工位号3送VB100。

将停车工位号4送VB100。

将停车工位号5送VB100。

将停车工位号6送VB100。

将停车工位号7送VB100。

将停车工位号8送VB100。

可呼车指示。

某工位呼车时，送呼车工位号至VB110，将呼车工位号1送VB110。

将呼车工位号2送VB110。

将呼车工位号3送VB110。

将呼车工位号4送VB110。

将呼车工位号5送VB110。

将呼车工位号6送VB110。

将呼车工位号7送VB110。

将呼车工位号8送VB110。

停车工位号大于呼车工位号，电动机正转。

停车工位号小于呼车工位号，电动机反转。

停车后计时30S，方可再次呼车。

4.2、组态王画面的设计

为了与台车呼叫控制系统实验模板相一致，首先设计了八个可呼车指示灯和八个呼车按钮。

设计八个工作台，一个台车和运行通道，这样可以形象的表示台车呼叫控制系统的监控画面。

如图所示：

图4组态王台车呼叫控制画面

4.3、设计数据变量

表2数据词典变量表

变量名

变量类型

寄存器

SB1

I/O离散

I0.0

SB2

I/O离散

I0.1

SB3

I/O离散

I0.2

SB4

I/O离散

I0.3

SB5

I/O离散

I0.4

SB6

I/O离散

I0.5

SB7

I/O离散

I0.6

SB8

I/O离散

I0.7

SQ1

I/O离散

I2.0

SQ2

I/O离散

I2.1

SQ3

I/O离散

I2.2

SQ4

I/O离散

I2.3

SQ5

I/O离散

I2.4

SQ6

I/O离散

I2.5

SQ7

I/O离散

I2.6

SQ8

I/O离散

I2.7

启动

I/O离散

I1.0

停止

I/O离散

I1.1

呼车灯

I/O离散

Q0.0

车正转

I/O离散

Q0.1

车反转

I/O离散

Q0.2

以上就是与组态画面相关联的数据变量。

实现组态方法如下：

首先，为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。

添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和I/O变量。

按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。

通过脚本语言的编写以完成较复杂的操作上位控制。

对运行系统、报警、历史数据查询、网络、用户等进行设置，是系统完成用于现场前的必备工作。

完成以上步骤后，一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。

本课题的脚本程序是：

八个呼车按钮分别是\\本站点\呼车开关1==1,\\本站点\呼车开关2==1,\\本站点\呼车开关3==1,\\本站点\呼车开关4==1,\\本站点\呼车开关5==1,\\本站点\呼车开关6==1,\\本站点\呼车开关7==1,\\本站点\呼车开关8==1,用来表示当某个工位有人呼车时本工位的限位开关显示出来。

如图所示：

图5组态王台车呼叫控制按钮脚本画面

呼车灯是\\本站点\呼车灯，如图所示：

图6组态王台车呼叫控制呼车开关脚本画面

限位开关是\\本站点\呼车开关，如图所示：

图7组态王台车呼叫控制限位开关脚本画面

台车的控制是\\本站点\车

图8组态王台车呼叫控制台车脚本画面

4.4、组态王监控演示

图9组态王启动时监测画面

PLC上电后可呼车指示灯亮，表示各工位可以呼车。

图10组态王小车右行监测画面

某工作人员按本工位呼车按钮时，各工位指示灯均灭，呼车工位号大于停车工位号自动向高位行驶。

图11组态王小车左行监测画面

某工作人员按本工位呼车按钮时，可呼车指示灯灭，呼车工位号大小于停车工位号自动向低位行驶。

图12组态王小车行行至呼车位时监测画面

当台车运动到呼车位置时，小车停止运行，可呼车指示灯和电机运动灯均灭。

图1组态王小车行行至呼车位30秒后监测画面

当台车到达呼车工位供工人使用30秒后，可呼车指示灯打开，个工位可以呼车。

5、程序调试

在整个程序的调试过程中，我遇到了一些问题，比如刚开始时，由于试验室PLC没有台车呼叫控制系统的试验模板，我用了基本输入输出模板导致了我所做的台车控制输入和输出不够的问题，后来经过老师的指导又加入了一个基本输入输出模板才解决了这个问题。

有时接线完毕后，系统却达不到预期的效果。

我分析原因，大致有几种，一是接的线很有可能接触不良，导致显示灯无法发亮。

二是疏忽大意没有用线接PLC的输入输出串口。

而程序无法下载则可能是因为程序本身有错而无法编译，还有就是PLC的分配地址不对导致下载失败。

PLC在与组态王相连接的过程中也要注意地址的匹配，不然也将是无法通讯的。

了解了这些以后，做实验就相对轻松不少。

在PLC编程上进入了误区，后来研究程序，用了经典编程方法，才完成了程序方面的问题。

在组态王监控上，由于PLC没有台车呼叫控制系统的模板，所以组态王监控的小车运行部分始终实现不了，也是我本次课设所遇到的最大难题，最后经老师和同学的指导和帮助才得以实现。

6、结论

通过这次PLC课程设计，让我更加深刻理解了课本的知识，并使我熟悉和掌握了PLC基本指令的使用，掌握了PLC的I/O分配、程序调试等。

最终完成了台车呼叫控制系统的模拟。

7、总结

本次5周的课设使我收益很多，我们先进行了PLC的一般性实验，完成了喷泉的模拟控制，自动配料系统的模拟控制等等。

实现结果的时候发现，指导书上给的程序，不是完全正确，需要我们自己去修改调试，在此过程当中，遇到一些梯形图编程问题，在老师的细心讲解下终于完成了实验要求的效果。

其后练习使用组态王软件，完成上位机监控画面的开发。

在使用的过程中，基本的操作方法可以掌握，但是遇到有一些动画连接、命令语言的时候还需要查阅相关资料。

最后就是独立完成相关课题，通过前几周的练习，我最终很好完成了课设任务。

8、课设体会

这次设计，提高了我的动手和动脑能力，更让我们体会到了理论与实践相结合的重要性，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。

使我在PLC的基本原理以及编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后的工作和学习都有很大的帮助，还使我了解到了学习的乐趣。

这次设计由于种种原因做的不够完美，有很多不足之处，所以在以后的工作和学习中，我会更加努力，严格要求，追求完美。

参考文献

[1]赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计.机械工业出版社，2002，7

[2]钟肇新.范建东.可编程控制器原理及应用.华南理工大学出版社，2003

[3]陈金华.可编程序控制器（PC）应用技术.北京电子工业出版社,1995

[4]陈在平.赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计.北京机械出版社,2002

[5]廖常初主编.PLC编程及应用.北京机械工业出版社,2002

[6]何衍庆.可编程序控制器原理及应用技巧.北京化学工业出版社,2000

附录

控制台车左右运动的脚本程序：

if（\\本站点\呼车开关1==1&&\\本站点\车==0）

\\本站点\车=0;

if（\\本站点\呼车开关1&&\\本站点\车>0）

\\本站点\车=\\本站点\车-10;

if（\\本站点\呼车开关2==1&&\\本站点\车==120）

\\本站点\车=120;

if（\\本站点\呼车开关2==1&&\\本站点\车>120）

\\本站点\车=\\本站点\车-10;

if（\\本站点\呼车开关2==1&&\\本站点\车<120）

\\本站点\车=\\本站点\车+10;

if（\\本站点\呼车开关3==1&&\\本站点\车==240）

\\本站点\车=240;

if（\\本站点\呼车开关3==1&&\\本站点\车>240）

\\本站点\车=\\本站点\车-10;

if（\\本站点\呼车开关3==1&&\\本站点\车<240）

\\本站点\车=\\本站点\车+10;

if（\\本站点\呼车开关4==1&&\\本站点\车==360）

\\本站点\车=360;

if（\\本站点\呼车开关4==1&&\\本站点\车>360）

\\本站点\车=\\本站点\车-10;

if（\\本站点\呼车开关4==1&&\\本站点\车<360）

\\本站点\车=\\本站点\车+10;

if（\\本站点\呼车开关5==1&&\\本站点\车==480）

\\本站点\车=480;

if（\\本站点\呼车开关5==1&&\\本站点\车>480）

\\本站点\车=\\本站点\车-10;

if（\\本站点\呼车开关5==1&&\\本站点\车<480）

\\本站点\车=\\本站点\车+10;

if（\\本站点\呼车开关6==1&&\\本站点\车==600）

\\本站点\车=600;

if（\\本站点\呼车开关6==1&&\\本站点\车>600）

\\本站点\车=\\本站点\车-10;

if（\\本站点\呼车开关6==1&&\\本站点\车<600）

\\本站点\车=\\本站点\车+10;

if（\\本站点\呼车开关7==1&&\\本站点\车==720）

\\本站点\车=720;

if（\\本站点\呼车开关7==1&&\\本站点\车>720）

\\本站点\车=\\本站点\车-10;

if（\\本站点\呼车开关7==1&&\\本站点\车<720）

\\本站点\车=\\本站点\车+10;

if（\\本站点\呼车开关8==1&&\\本站点\车==820）

\\本站点\车=820;

if（\\本站点\呼车开关8==1&&\\本站点\车>820）

\\本站点\车=\\本站点\车-10;

if（\\本站点\呼车开关8==1&&\\本站点\车<820）

\\本站点\车=\\本站点\车+10;