基于PLC运料小车控制系统的设计

基于PLC运料小车的控制系统设计摘要：本设计的目的是为了实现运料小车的手动和自动化的转化，改变以往小车的单纯手动送料，从而减少劳动力，提高生产效率，实现自动化生产。而且本送料小车的设计是在考虑到无人操作的情况下设计而成的。本课题主要完成的部分包括：分析被控对象和明确系统控制要求，PLC的比较和选型，根据控制要求确定系统的I/O口的输入和输出，绘制系统流程图并编写梯形图，最后进行模拟仿真，使其达到要求。本设计使用西门子S7-200PLC控制软件代替传统的人工控制。通过传感器接收信号，然后由PLC控制电动机的转速，从而达到控制运料小车行进的目的。当设备出现故障时，系统能自动急停。关键词：S7-200PLC，运料小车，控制，程序设计HaulPLCcontrolsystembasedoncardesignAbstract：Thepurposeofthisdesignistoachievehaulthecarmanualandautomatedtransformation,manuallychangethepast,simplyfeedingthecar,therebyreducinglabor,increaseproductivity,automateproduction.Andthiscarisdesignedtofeeddesignedforunattendedoperation,takingintoaccountthesituationmade.Themaintopicofthefinishedpartinclude:analysisofthecontrolledobjectandclearsystemcontrolrequirements,comparisonandselectionofthePLCtodeterminethesystemsI/Oportinputandoutputunderthecontrolrequirements,renderingthesystemflowchartandwriteladder,finallysimulationperformedtomeettherequirements.ThisdesignusestheSiemensS7-200PLCcontrolsoftwareinsteadofthetraditionalmanualcontrol.Receivingsignalsthroughsensors,andcontrolthemotorspeedbythePLC,soastocontrolthecarhaultravelpurposes.Whenadevicefails,thesystemcanautomaticallyscram.Keywords:S7-200PLC,FeedingCar,Control,ProgramDesign目录1.绪论.11.1课题提出的背景.11.2国内外的研究现状.11.2.1国内的现状.11.2.2国外的现状.21.3课题的意义及应用.22.控制系统的工作原理.42.1运料小车的运动流程.42.2系统设备要求.43.控制系统硬件设计.53.1PLC的选型.53.1.1PLC的选择.53.1.2输入/输出模块选择.83.1.3抗干扰措施.83.1.4系统的安装.93.2系统硬件介绍.93.2.1传感器.93.2.2电动机.113.3系统硬件设计.143.3.1PLC地址分配.143.3.2PLC的接线电路设计.154.控制系统的软件设计.174.1STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍及功能.174.1.1STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本介绍.174.1.2基本功能.174.2系统的流程图.174.3控制系统的梯形图.195系统仿真.21结论.25参考文献.26致谢.2701.绪论1.1课题提出的背景随着我国工业自动化的不断发展，运料小车成为了工业运料的主要设备之一。由于其工作效率高、运行稳定、大大降低了工人的劳动强度、减少了工人的体力劳动，在冶金、有色金属、煤矿、港口、码头、工业自动化生产线等领域得到了广泛的应用。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。而20世纪以来随着人类科技的迅猛发展，各种工业化自动控制产品都在向着控制可靠，操作简单，通用性强，价格低廉等方向发展，使自动控制的实现越来越容易。PLC（可编程逻辑控制器）应运而生。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，PLC及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。因而可以说PLC是近乎理想的工业控制计算机。PLC的输入/输出接口是已经按不同需求做好的，可直接与控制现场的设备相连接。如输入接口可以与各种开关、传感器连接；输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁阀等连接。同时，PLC具有很强的监控功能，利用编程器、监视器或触摸屏等人机界面可对PLC的运行状态进行监控。随着PLC技术的成熟、性价比的不断提高，其应用范围不断扩大，在工业自动化中发挥着越来越重要的作用。本设计将PLC应用到运料小车的电气控制系统中，实现了运料小车的自动化控制，使运料小车不再需要人工控制，降低了系统的运行费用，提高了系统的自动化程度。PLC运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便等优点。1.2国内外的研究现状1.2.1国内的现状我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初1是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。1.2.2国外的现状在工业生产过程中，大量的开关需要控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable,是世界上公认的第一台PLC.限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化。将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。它功能强大，可扩展到多达128I/O点，且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据连接功能选项使得PLC在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。PLC在运料小车控制系统中的应用，具有巨大的经济和社会价值。本文以PLC控制技术为核心,采用西门子S7-200的PLC,论述了运料小车控制系统的软硬件设计方案及其控制原理,实现了运料小车装料、卸料过程的自动控制.通过实际应用,说明所设计的控制系运行可靠,满足了实际需要。这正是本课题研究的重点。21.3课题的意义及应用PLC控制系统的应用几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域。在各种应用领域中，尤其在生产过程和科学研究产业领域中，电气控制技术应用更为广泛。在机械设备的控制中，电气控制也比其他的控制方法使用的更为普遍。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化设备的要求。由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了PLC的发展，使得PLC的功能日益增强。如PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，易于实现化的需要。柔性制造系统。远程通信功能的实现更使PLC如虎添翼。目前PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业企业。PLC是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号。由于PLC综合了计算机和自动化技术，所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。其中运料小车就是PLC的一个重要的应用。传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多、故障率高且维修不易等缺点。例如：整个运行过程中，运料小车的速度很难设定，如果太快，启动和制动时由于存在运料小车惯性难以控制的缺陷易造成物料的掉落、抛洒，这样就不能实现安全的启动停止。PLC作为目前国内市场的主流控制器，在技术、行业影响等方面有重要作用。利用PLC控制代替继电器控制已经是大势所趋。随着PLC的不断发展和革新，生产线的运输控制也得到了不断的改善和生产率的不断提高，运料小车自动控制系统经历了以下几个阶段：（1）手动控制：但是由于当时的技术还不够成熟，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。（2）自动控制：通过机器人技术，自动化设备终于实现了PLC在小车自动控制3系统在自动方面的应用。（3）全自动控制：PLC大多采用CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。42.控制系统的工作原理2.1运料小车的运动流程图2.1运料小车运行路径图如图2.1所示，运料小车放在初始位置，按动启动按钮，PLC系统进入初始状态，初始状态完毕后，小车沿轨迹行驶，至站1停止线处停止下来装料。10秒后小车沿轨迹行驶，至站2停止线处停止下来卸料。5秒后小车沿轨迹行驶，至站3停止线处停止下来装料。10秒后小车沿轨迹行驶，至站4停止线处停止下来卸料。5秒后小车沿轨迹行驶。完成一个工作周期。按动停止开关，小车回到起始位置停放。2.2系统设备要求运料小车由两个电动机带动可以实现沿轨迹行走，并在指定的位置停止装料和卸料，装料和卸料时间由PLC定时器控制。将运料小车放在带有黑色轨迹的实验台上，系统启动后它就会沿着黑色的轨迹移动。运料小车底部共有五个传感器。后方有三个传感器，用来检测地面的灰度，并根据检测结果实时纠正运料小车行走路线，让运料小车始终沿着轨迹行走。同时运料小车的两侧还有两个传感器用来检测停车装料点和停车卸料点，在这些指定位置停止，并通过PLC控制小车在装料站和卸料站进行装卸料，达到运送物料的目的。5在设计中，运料小车在特定的轨迹中行驶，由PLC编程控制，灰度传感器检测，伺服电机传动等实现小车的自动控制，完成运料小车多处装料、卸料的工作。若其中某一方面出现问题使小车脱离轨迹，按下急停按钮，运料小车自动停止。63.控制系统硬件设计3.1PLC的选型3.1.1PLC的选择PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、编程装置组成，这些模块可以按照一定规则组合配置。如图3.1所示图3.1PLC的组成框图在工程中主要根据工艺要求、控制对象、用户需要等方面选择合适的PLC，以获得最佳的性能价格比。就一个控制系统而言，PLC的选型原则和考虑因素如下:（1）PLC一般用于开关量控制为主兼有模拟量控制的系统，尤其适合于动作频繁、逻辑关系复杂、程序多变的系统。应用于这样的系统，将会最大限度发挥技术经济效果。（2）是否与计算机连接，是否要求构成网络信息系统，以及对远程站的设置要求。是否需要中断输入、双机热备、位置控制、高速计数器等特殊模块和智能模块。（3）开关量I/O点数、模拟量I/O路数、电压等级及输出功率、内存容量I/O点数直接关系到PLC输入/输出模块的选择，I/0点数一般要考虑1-2个的余量，特别是开关量输入更应考虑多些余量；合适的电压等级可提高PLC的抗干扰能力；主机用户内存容量的大小对设备费的影响不大，故建议内存容量可选大一些。7（4）其他考虑因素选择PLC还要对其外型、结构、系统组成、设置条件、价格、技术服务、应用业绩等多项指标综合分析比较，然后才能确定理想的PLC产品。在设计中有众多型号的PLC可供选择，这就需要我们对每一种型号的PLC都要有所了解。通过表3.1我们可以清楚地看到PLC的基本情况。表3.1S7-200CN概述型号CPU222CNCPU224CNCPU224XPCNCPU226CN集成数字量输入/输出8入/6出14入/10出14入/10出24入/16出可连接的扩展模块数量2个7个7个7个最大可扩展的数字量输入/输出范围78点168点168点248点最大可扩展的模拟量输入/输出范围10点35点38点35点用户程序区4K8K12K16K数据存储区2K8K10K10K数据后备时间50小时100小时100小时100小时后备电池（选件）200天200天200天200天编程软件Step7-Miicro/WIN4.0SP3及以上版本Step7-Miicro/WIN4.0SP3及以上版本Step7-Miicro/WIN4.0SP3及以上版本Step7-Miicro/WIN4.0SP3及以上版本每条二进制语句执行时间0.22s0.22s0.22s0.22s标志寄存器/计数器/定时器256/256/256256/256/256256/256/256256/256/256高速计数器单相4个30KHz6个30KHz4路30KHz6个30KHz2路30KHz高速计数器双相2路20KHz（仅限于DC输出）2路20KHz（仅限于DC输出）2路100KHz（仅限于DC输出）2路20KHz（仅限于DC输出）8通讯接口1*RS4851*RS4851*RS4851*RS485外部硬件中断4444支持的通讯协议PPI，MPI自由口，profibusDPPPI,MPI自由口，profibusDPPPI,MPI自由口，profibusDPPPI,MPI自由口，profibusDP模拟电位器1个8位分辨率2个8位分辨率2个8位分辨率2个8位分辨率实时时钟可选卡件内置时钟卡内置时钟卡内置时钟卡外形尺寸/mm908062120.5806214080621968062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S7-200系列PLCCPU224XPCN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7的运动控制，完全能满足设计需求。3.1.2输入/输出模块选择模块电源:在选择交流I/O模块时，宜采用隔离变压器为其供电，这样可防止外部电路故障冲击模块。电源线采用双绞线，绞距1-2cm。隔离变压器的容量按PLC电源组件容量的1.5-2倍选择。直流模块的外接电源，其波纹值应满足模块要求;若是模拟量直流模块，尚需用稳压电源。电压等级:在选择I/O模块时，电压等级是一个比较重要的参数，它要根据现场设备与模块之间的距离来选。当外部线路较长时，可选用AC220V模块；当外线短且控制相对集中时可选择优24V模块。输入电路：PLC输入电路电源一般应采用DC24V，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，同时其带负载(接近开关等)时要注意容量，同时作好防短路措施(因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行)，建议该电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜熔丝，防止短路7。3.1.3抗干扰措施9由于产生干扰的因素是复杂而多样的，因此采取的抗干扰措施要根据情况而定。PLC供电电源一般为AC85-240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应装电源净化元件(如电源滤波器、1:l隔离变压器等);隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。设置一个PLC信号专用接地装置。该装置不能和防雷接地装置、电器设备接地装置有金属连接。3.1.4系统的安装无远程功能的PLC用在单机或控制范围不大的系统，有远程功能的PLC则用于大范围的控制系统。远程系统中，本地站一般设在集中控制室，远程站一般设在低压配电室或仪表室，这样可使PLC的外部接线最短。PLC忌安装在高温、结凝、特别是有振动冲击的场所。3.2系统硬件介绍3.2.1传感器（1）传感器的工作原理寻迹传感器，由一只发光二极管和一只光敏电阻，安装在同一面上。利用不同颜色的检测面对光的反射程度不同，光敏电阻对不同检测面返回的光其阻值也不同的原理进行颜色深浅检测。在有效的检测距离内，发光二极管发出白光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏电阻检测此光线的强度并将其转换为PLC可以识别的信号。其工作电压5V，色差越大识别效果越好。较普通红外传感器抗干扰能力更强。下列表格是传感器GS100在调节传感器与地面高度，并改变地面颜色，记录传感器返回值的参考数据。表3.2传感器G100检测数据高度障碍颜色4mm6mm白色815红色9416210蓝色132186黑色172207（2）传感器的选择国家标准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。依据运料小车控制系统的工艺流程、实际控制需求，本设计选用的是灰度传感器，又称机器人传感器，它是模拟传感器。选用的型号GS100的灰度传感器，其工作电压5V，色差越大识别效果越好，具有8路灰度检测组元。表3.3GS100灰度传感器主要参数主要外形尺寸1016mm重量10g额定电压直流电源5.0V线长8.4cm0.2cm（有效距离）检测范围（反射面为白纸）0.3到0.8cm调节方式多圈电阻式调节，逆时针方向旋转功率变大，顺时针方向旋转功率变小安装方法单颗3螺丝安装连接方法单条3芯排线，2510型三角插头（3）传感器的工作过程传感器是机器的检测元件，相当于人的眼睛、鼻子等感觉器官，能及时的机器周围的情形反映到中央处理器中，使机器根据不同信息作出相应动作。比如，在运料小车中，灰度传感器是检测小车路径的主要元件，它能检测出路径的变化，并及时反馈信息，做出相应的措施。因此，不同传感器所处理的信息也不相同。在本设计中，根据小车行驶路径图，为满足小车的工作能正常运行，图3.2是传感器的位11置分布图。图3.2传感器分布位置运料小车上装有寻迹传感器，该传感器由5个红外反射式开关构成，位于车体的前端。在寻迹传感器的前端用2个传感器用来检测各个站点的“停止线”，在寻迹传感器的后端有3个传感器，用来检测场地的轨迹，调整运料小车行走路线和姿态，实现沿着轨迹行走。当运料小车沿着黑色的标志线直线向前运动时，这个过程，后面的3个灰度传感器起主要作用，用来检测轨迹的位置，调整运料小车运动的轨迹，达到沿着轨迹行走的目的。具体的调节方式是：当左边的2个传感器检测到黑色轨迹时，表示小车偏向了右边，PLC将左轮的速度调慢，此时小车行走方向向右偏转，一直到左边的传感器检测不到黑色轨迹，说明小车行走到了正常的轨迹上，其中靠近右边的传感器调整程度小，而左边上传感器调整程序大。同理，当右边的两个传感器检测到黑色轨迹时，小车应向右调整，直到右边的传感器检测不到黑色轨迹。在此同时小车前方的2个灰度传感器也在检测站点的标志线，当检测到这标志线时，小车停止运动，进行装料和取料工作。为了使小车检测减少误判断，我们将前面的两个传感器的距离拉大，且要求两个传感器同时检测到标志线时，才是到达标志位置10。3.2.2电动机（1）电动机的的选择伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件，是一种辅助马达间接变速装置。伺12服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩转速以驱动控制对象。在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。表3.4电机参数表参数型号转矩（不小于）/（N.m）电流/A电压/V功率/W最大空载转速（r/min）重量/kg36LY540.0981.6271335000.155LY530.2453.81245.415000.25160LY514.93.8271021601.82K-12F0.164.52200.76100090110SZ010.7840.92201231500701YX1.87.522714.4900依据运料小车控制系统的工艺流程、实际控制需求，本设计是利用西门子PLC输出的模拟量、伺服控制器完成了对伺服电机转速精准的控制。提高了系统控制的可靠性和精确度。选用的电机型号是LY系列55LY53直流力矩电动机。（2）伺服电机控制原理控制装置选用西门子S7-200系列PLCCPU224XPCN，这种型号的PLC除了带有输入输出点外，还有1个模拟量输入点和1个模拟量输出点，能够满足控制伺服电机的需要。触摸屏选用西门子触摸屏，型号为TP177B。伺服电机在自动控制系统中用作执行元件，它将接收到的控制信号转换为轴的角位移或角速度输出。触摸屏是人机对话接口，最初的指令信息要从这里输入。输入的信息通过通讯端口传送到PLC。经运算后，PLC输出模拟量，并连接到伺服控制器的模拟量输入端口。伺服控制器对接收到的模拟量进行内部运算，而后驱动伺服电机达到相应的转速。伺服电机通过测速元件将转速信息反馈到伺服控制器，形成闭环系统，实现转速稳定的效果。（3）伺服电机的转速计算输入值和实际转速相差甚远，而唯一的办法是通过运算将输入值转换成能对应上实际转速的整形数值。但是还要首先找到最高转速和最低转速对应的数值。通过13实验发现，对应关系如表3.5所示可以根据表3.5的数据列出直线方程组，计算出输入值和整形数值之间的关系。500=70a+b6000=1145a+b解得：a-5.117b=152设实际转速为x，整形数值为y，那么关系方程为：y=5.117x+152（3-1）表3.5直接实测数值表输入值整形数值实际转速（r/min）500500702000200036040004000750600060001145通过PLC运算将数据直接传送到模拟量输出口就完成了转换工作。这样就基本上完成了从对话框输入速度值，经过PLC运算后输出模拟量。伺服控制器接收到模拟量驱动伺服电机，伺服电机的转速等于输入速度值的过程。小车可以根据轨迹的不同，进行不同轨迹行驶。其中包括了直线行驶、弯道行驶。小车依据两个伺服电机的转速差来实现直线、弯道的行驶。即小车左右电机转速一样时，小车进行直线行驶：在左边电机转速小于右边电机转速时，小车偏左行驶。小车在走一个上圆弧时，其圆弧弧长d/4，时间为t，则小车在圆弧的上的角速度和线速度为：=2/t（3-2）=d/4t（3-3）而转速与线速度和角速度的关系：n=(d/4)（3-4）14n=/2（3-5）根据运料小车设计轨迹和运输时间要求与所选电机，我们设定小车重3kg，其滚子半径是1.5cm，两个轮子之间的距离18cm，所载货物重0.8kg。轨迹直线距离有1300cm、300cm，轨迹圆弧半径为200cm,小车启动1s后加速，空载时，长短直线上用时分别是23s、5s，弧线上运行时间是6s；满载时，长短直线上用时分别是25s、7s；弧线上运行时间是8s通过转速与角速度和线速度关系可得表3.6、和表3.7。表3.6电机直线转速表运行方式（直线）运行方式（直线）参数初始速度（r/s）最大速度（r/s）停止速度（r/s）长直线1300电机转速（空载）短直线1.160长直线0.830电机转速（满载）短直线0.830表3.7电机弯道转速表运行方式（弯道）运行方式（弯道）参数初始速度（r/s）最大速度（r/s）停止速度（r/s）左轮1.48.10电机转速（空载）右轮1.47.30左轮1.27.90电机转速（满载）右轮1.27.1015通过表3.6、3.7，我们知道了小车的速度，在依据公式（3-1）y=5.117x+152，可以算出小车实际速度在触摸屏中的整形值，和时间速度相对应的输入值。这样就可以达到从触摸屏到PLC到电机速度，从而达到在PLC程序中实现小车速度控制11。3.3系统硬件设计3.3.1PLC地址分配PLC的CPU模块有14点数字量输入，10点数字量输出，所以不再需要输入/输出模块。其中，输入点用来控制运料小车启动、停止、检测；输出点用来控制控制小车运行方式（直线、向左行驶、向右行驶），装料、卸料。PLC单元配有数据通讯口，实施PC机与PLC的数据通讯。采用I/O自动分配方式，模块上的输入端子对应的输入地址是I0.0I0.7，输出端子对应的输出地址是Q0.0Q0.5。在这个控制系统的输入有启动按钮开关、停止按钮开关，急停开关，5个灰度传感器共8个点输入。具体输入分配如表3.8所示。表3.8输入地址分配输入地址对应的外边设备I0.0启动按钮I0.1传感器1I0.2传感器2I0.3传感器3I0.4传感器4I0.5传感器5I0.6停止按钮I0.7急停在这个控制系统的输出部分有小车启动，小车直线行驶、向左行驶，向右行驶，小车装料、卸料，小车停止，共6个点输出，具体输出分配如表3.9所示。SB3表3.9输出地址分配输出地址对应的小车动作16Q0.0小车直线行驶Q0.1小车左边行驶Q0.2小车右边行驶Q0.3小车装料、卸料Q0.4小车启动Q0.5小车停止3.3.2PLC的接线电路设计根据这个控制系统的输入、输出地址，绘制控制系统接线图，具体接线图如图3.3所示，图3.3PLC接线图按钮开关SB1、SB2、SB3代表小车的启动、停止和急停，开关17S1、S2、S3、S4、S5代表小车中5个灰度传感器，K1、K2、K3、K4、K5、K6分别代表了小车直线行驶、左边行驶、右边行驶，小车装料、卸料，小车启动，小车停止。通过传感器反馈不同信息，PLC运算输出相应指令，实现小车不同行驶方式14。184.控制系统的软件设计4.1STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍及功能4.1.1STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本介绍STEP7-Micro/WIN32是西门子公司专为SIMATICS7-200系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。下面将介绍该软件的一些基本功能以及应用编程软件进行编程、调试和运行监控等内容。4.1.2基本功能STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能。(1)在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。在脱机方式时，计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。(2)在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。(3)在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误。经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色，且在错误处加上红色波浪线。(4）对用户程序进行文档管理，加密处理等。(5）设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。4.2系统的流程图根据控制系统要求，分析出如下列系统流程图19图4.1系统流程图开始直线传感器小车直走判断路径直线传感器小车直走Y判断小车是否到位装料、卸料判断小车是否完成任务停止传感器停止YYNN判断路径左边传感器右边传感器小车左行小车右行YNN204.3控制系统的梯形图根据控制系统设计，在西门子编程软件中，编写程序。将对应程序转换成相应梯形图输入编程软件中，如图4.2所示15；21图4.2程序梯形图225系统仿真在西门子编程软件中，将编写好的程序导出，打开西门子仿真软件，设置好参数，将编写好的程序导入系统中，即可通电进行仿真。下列为该控制系统的仿真图片。（1）PLC通电后，按下启动按钮I0.0，系统启动。仿真图如图5.1，图5.1小车系统启动仿真图（2）系统启动后，传感器开始运作（小车在行驶中），当只有传感器开关I0.2检测到信号时，小车直线行驶。仿真图如图5.2，23图5.2小车直线行驶仿真图（3）系统启动，小车在行驶中，当传感器开关I0.1、I0.2检测到信号时，小车向左行驶。仿真图如图5.3，图5.3小车左边行驶仿真图（4）系统启动，小车在行驶中，当传感器开关I0.2、I0.3检测到信号时，小车24向右行驶。仿真图如图5.4，图5.4小车右边行驶仿真图（5）当传感器开关I0.4、I0.5检测到信号时，小车停下进行装料、卸料工作。仿真图如图5.5，25图5.5小车装料、卸料仿真图（6）按停止开关I0.6时，在传感器开关I0.1、I0.2、I0.3、I.4、I0.5同时检测到信号时，小车停止。仿真图如图5.6图5.6小车停止（7）按急停按钮I0.7时，小车立即停止工作，系统停止运转图5.7小车急停26结论基于PLC运料小车的控制系统已经设计完毕，通过对该系统的调试与仿真，其功能基本达到要求。本