【《运输电动车PLC控制系统的硬件和软件设计案例》5100字】

运输电动车PLC控制系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u22046运输电动车PLC控制系统的硬件和软件设计案例 122188第1章控制系统硬件设计 2181471.1可编程序控制器的硬件组成 2284271.1.1硬件组成 3247951.1.2中央处理器（CPU）于储存器 337171.2PLC的工作原理 4303151.3西门子S7-200PLC组件的选取 4157351.1.1S7-200系列可编程控制器CPU的性能比较 5142781.1.2闭环控制系统控制电动车速度 5141941.4控制系统硬件连接 755881.5电动车控制系统与视频监控系统组件 799631.5.1通讯单元 7249931.5.2传感器及执行机构 8203541.5.3数据采集模块 8133131.5.4RF无线模块 89100第2章控制系统软件设计 10183102.1PLC程序设计的基本步骤 10262942.2建立S7-200CPU通信 11325122.3运输电动车控制程序的设计思路 12202232.1.1主电路设计说明 13258852.1.2I/O分配 13241632.4控制程序接线图的梯形图 1456012.5系统调试 15第1章控制系统硬件设计设计运输电动车，其中最为主要的部分位控制系统的设计，其分为硬件、软件两方面的设计。本章主对硬件的设计说明。硬件设计需要完成的功能有：检测运输电动车是否准确的停靠呼叫位置，启驱动电机动作，包括异步电机的启动和停止，电动车的速度的加减，驱动轴论的前进和后退。运输电动车受到环境的影响，安全性，稳定性，实时性是智能控制系统的主要考虑的因素。因为运输电动车大部分在工业生产线中工作，需求量的增加，故障发生率也随着增加，所以，有比较好的节能措施和故障自诊断也是该系统重要部分之一。本次控制系统的设计思路是如下：第一步，是工作状态的PLC先执行用户程序，第二步，PLC进行内部的逻辑运算，一些执行的元件依据发出的结果，进行一定的操作，如图3-1，卸货的。当工位发出呼叫信号是，运输电动车收到信号后前进或后退到该工位进行装货或卸货，或者到成品仓库卸货。电动车的驱动力由异步电动机提供。图3-1电动车控制系统示意图1.1可编程序控制器的硬件组成近代自动化技术的不断发展，各种新型的自动化控制器件不断出现在我们眼前，让工业生产发展到中发挥着自己的价值，而这和价值越来越大，越来越重要。PLC控制系统实现了工业生产的线的广泛应用。现代的发展程度比较高的企业基本上分不开PLC和计算机系统，PLC在工业控制领域上发挥着领袖的作用，以电动车为核心构成的自动运输系统，PLC控制方式，不复杂，编程容易，靠谱，对本设计来讲，基于PLC对电机的速度进行调节，并完成一些较为复杂的指令。1.1.1硬件组成中央处理单元：中央处理单元是可编程程序控制的核心，输入部件实现现场设备与CPU之间连接，输出部件实现驱动组件接口电路的连接，S7-200型的电源由外接24v直流电源来提供，因为S7-200自身没有集成电源。中央处理器是PLC工作的最重要部分。现场设备输入/输出端口与中央处理器之间的接口电路由输出单元和输入单元。便利扩展其他功能。如图3-2所示图3-2PLC的硬件结构1.1.2中央处理器（CPU）于储存器CPU成为PLC的工作核心部分，PLC中的CPU主要分三种：单片计算机，通用微处理器，专用微处理器，西门子S7-200PLC属于第二种。PLC的工作由控制器与运算控制器所控制，特点有如下：（1）接收编程部件含有的控制程序、数据（2）对电路故障或控制的语句的错误进行检测（3）输入接口接受现场设备状态、数据，将其存入映像或数据寄存器中。（4）依据目前的执行结果，进行更新，进行控制的输出。1.2PLC的工作原理PLC在工作过程中所采用的方式，就是循环扫描，就是在实际的运行中，可以依据所接受的信号数据，进行内部的计算处理的步骤。PLC具体的工作模如图3-3所示图3-3PLC的循环扫描图1.3西门子S7-200PLC组件的选取S7系列PLC又分S7-200,S7-300和S7-400几个子系列，分别为小型，中型，大型PLC，本设计研究选取的是小型S7-200PLC。西门子S7-200系列PLC适用于自动化控制系统。该PLC相比较其他类型具有着一定的优势，如结构更加具有紧凑性，综合成本与价值所体现的性价比较高，在实际应用中所体现的性能更加强大等方面的优点，成了各控制行业首选了。电动车运输控制系统不但需要处理模拟量和数字量转化。控制系统跟无线传输系统之间的连接的条件满足，这对PLC的选型出难问题了，不能随便选，需要扩展性高，S7-200PLC符合我们的要求。1.1.1S7-200系列可编程控制器CPU的性能比较西门子S7-200系列的PLC，也具有不同类型的CPU分类，如表3-1示表3-1CPU性能比较型号指标CPU221CPU222CPU224外形尺寸（mm）90*80*6290*80*62120*80*62程序存储器（字）204820484096数据寄存器（字）102410242560扩展模块数量无2个7个数字量I/O映像区256256256执行时间0.370.370.37I/O映像寄存器1281和128Q1281和128Q1281和128Q内部辅助继电器256256256字数入/字数出无16输入/16输出32输入/32输出顺控状态继电器256256256内置高速计数器4H/W(20KHZ)4H/W(20KHZ)6H/W(20KHZ)经过互相比性能以后最终认为CPU224最适合我们的电动车控制系统的主芯片。因为它具备着输入输出为多，扩展模块多，数据寄存器与程序存储器比别的CPU的两倍等优势。1.1.2闭环控制系统控制电动车速度现场工业生产中，每一次控制PLC先收到工位的呼叫后，运行内部程序，把数字信号发出，实现控制电机的启停动作。闭环控制系统，不断地反馈给PLC，电机的运行状态，本文中所提到的电动车收到一号工位的呼叫信息后，电动车会收到呼叫方向前行，当然两种情况下会暂时保留呼叫信息，第一种是电动车正在卸货或装货，第二种是电动车遇到多工位的呼叫。这就表明了PLC与电机之间的信号相互传递不是真的重要性。在实际工业生产中，出现信号失真情况。解决不让信号失真，电动车的运行可控，需要设计一个电机闭环控制系统来减小生产线中的信号干扰，同时保证呼叫与反馈的真实性。系统组成图如下所示图3-4系统框图控制电机转速来实现控制电动车的速度，采用PWM技术，PWM是变频技术的核心。调速系统电路如图3-5所示图3-5调速系统电路1.4控制系统硬件连接运输电动车控制系统硬件设计主要有PLC，变频器，开关器件，接触器，继电器，24v直流稳压源，感器等部分组成，电源部分交流220v和直流24v两种，本控制系统使用多一点的是24v直流电源，西门子PLC，状态指示灯，呼叫装置及中间的继电器等元件的电源都是24v直流电源提供的。设计控制系统时，采用有线电缆直接供电方式时，供电电缆线跟着电动车轨道一起走，随着距离的增加和电动车运输的重量的增加，供电电缆线可能会被车轮碾断，造成安全隐患，所以我们为安全考虑采用滑槽供电方式，并把传感器统一安装在电动车上，随着电动车轨道上运行，设置地面上铁块，因为铁块将成为传感器信号变化条件。如何选定铁块位置也是我们要考虑的环节，我们必须考察现场工位点。安装和调式必须把工位点确认以后操作，确定以后，把系统硬件部分聚集控制柜中，实际应用中带来方便，如图3-6所示图3-6电控柜元器件组成图1.5电动车控制系统与视频监控系统组件1.5.1通讯单元用于将PLC组成多点，通讯网络的作用，就是进行长距离通讯。其中所具有的主要参数，如表3-2示表3-2参数表电源通讯距离承受功率隔开电压工作温度RS232接线端子5vdc200m600W100VDC-20~75度5组1.5.2传感器及执行机构传感器就是将所测定的数据信息，转变一定的数据信号进行传递的装置，这样控制部分就可以获得实时的数据信息，基于这一信息从而做出更加准确的控制指令。每一种传感器一般都专门应用于意向数据信息的测取。传感器也可以看作用于专项检测的设备，可以进行规定测量。它的测控功能可以说是完成信息的交换，处理，存储和控制等。传感器的性能直接影响我们要的数据或测量对象的准确度和准确率，电动车控制系统安装了速度传感器，能够检测电动车的速度是否在合理范围内，如果超过合理的范围，刹车系统开始工作，将电动车速度控制下来。视频监控系统的组成也包括速度传感器。1.5.3数据采集模块各类传感器的信号传递和转换由数据采集模块实现，现场的控制器收到传感器或发射器传输的信号，进行转换为数字量，使数据操作更加方便。由于速度传感器，其输出模拟量，这也使得PLC不可以直接的进行解读，只有通过处理模块，以及模拟输入的模块的联合处理后，才能进行有效的数据读取。PLC的扩展模块，有自己的程序，使用这个功能，只有FROM，TO指令就能实现模拟数据的传输。这样不仅有助于通信处理，而且无需编写专项程序，在一定程度上降低了设计量，1.5.4RF无线模块对无线模块进行选择时，将ZigBee、RF两者进行比较，比较两者的性能特点以后选定了RF无线模块。ZigBee虽然有集成化高，芯片体积小，运用单片机进行数据分析处理等优势。但是跟RF无线模块比缺少与西门子PLC兼容性不好，RF模块传输在工业控制系统中发挥着自己价值比如远其主要的技术指标有：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）RF模块中的DTR920T无线数据模块具备着高稳定性，低功耗，性价比高等优势，工作频率为433MHZ，采用GFSK调试方式的无线通讯技术。该产品提供RS232接口，能够与西门子S7-200型PLC通讯。第2章控制系统软件设计我们对运输电动的控制要求来设计出一套车间之间运输电动车的PLC控制程序，确定运输电动车的设计和运行过程后，画出控制系统的流程图，选好控制系的输入条件和外围设备。在编程软件中可以对控制程序进行调试和修改，达到并且满足我们的控制系统要求为止，实现电动车的控制目标。2.1PLC程序设计的基本步骤设计PLC的程序，其具体的步骤首先从设计的准备工作开始，具体内容如下：（1）前期准备：首先需要对所设计的控制系统的条件、要求进行确定，并且对设计的具体步骤进行制定，现将整体系统进行分化为各个部分，在对各个部分的设计步骤进行确定，将其进行模块化，并且编程的程序要简洁、准确。（2）在上一步骤工作中，所进行的模块分类下，对各模块的控制进行理解，进行流程图的绘制，将各个模块进行联合分析，找出其中的关系，在完成这些工作后，就可以进行整个的程序编写，这样有助于简化后期的工作，促进整体设计效率的提升。（3）编写程序。根据在准备工作中，所制定的模块流程图，设计PLC程序，该部分是设计的重要内容，需要注重程序编写的准确性、简洁性。可以基于各模块之间的联系，对整个系统进行有效的编程，这样对程序可读性的提升有积极的作用。（4）在程序完成后，为了促进其实用性的提升，需要对技术件进行编写，其中包括程序主体，顺序图，以及相关的说明书等。具体设计的流程图，如图10示图4-1PLC程序设计流程图2.2建立S7-200CPU通信S7-200CPU与计算机之间连接用的是PC/PPI电缆。使用计算机为主设备。通过PC/PPI电缆与西门子S7-200PLC相连，实现了主设备和此设备之间的通信，如图4-2所示图4-2主从设备的连接图程序编程软件具有着PLC应用程序开发容易，失误率低，操作方便，运行监视和程序自检功能强，设置PLC参数等优点。能联机工作方式下可以实现下载程序目标，通信测试和监控。2.3运输电动车控制程序的设计思路（1）设计了四个车间和六个工位，六个工位分配到四个车间，每个工位都有一个呼叫按钮。当工位需要电动车是，按一下按钮，以西门子PLC为核心系统接收到呼叫信息记下来，同时该工位的呼叫记忆灯点亮，证明电动车接收到工位的呼叫信息，运输电动车根据设定的工作等级决定何时到来。（2）运输电动车的装货和卸货要求：不能超过核定载质量，停留时间都是3分钟.（3）运输电动车到达工位点后，15秒内该工位没有响应，运输电动车自动的到下一个呼叫工位，没有呼叫是停留它初始的位置。（4）运输电动车响应某一个工位的呼叫信号后，其他工位呼叫无效，只有当停在某两位工位出超过设定的预时时间才可以响应其他工位。（5）运输电动车装满货后，对其他5为工位点的呼叫信息都不会响应，运输电动车可以直接去仓库也可以在两个工位之间运输。但保留呼叫信号顺序，卸完货后，按顺序前往工位点（6）用一个按钮启动程序，一个按钮停止程序。（7）提高产品的运输效率，保证运输电动车听工位点与成品仓库的精确度。2.1.1主电路设计说明运输电动车车间和工位数量比较多，需要电动车在稳定的工作中，还需要具备准确的停靠这一特性。因此，采取有效的方式促进停靠的准确，可以应用高速计数器，该装置的应用有助于将装置所含有的HSC，导入到控制的程序中，因为工位点以及车的驱动轮周长都是固定的，可以进行对车的行驶距离进行监测，从而促进停靠的准确性。2.1.2