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1、河南机电高等专科学校毕业设计（论文）编号 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: 自 124 姓 名: 张晓需 学 号: 121415404 指导老师: 赵新蕖 二零一五年五月教辅工具b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
2、。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；教辅工具bAbstractCarriageis widely used incoal mine,warehouse,station,portmineand other industries,and its control systemisatypical PLC system.The transport carsmost of the traditional relay contro
3、l,relay controlwith complex wiring,easymaintenance,faultrepairdefectis not easy.In order to reduce the operation costof material transport trolley,automatic control system,the application of programmablecontroltechnology as the controlsystemof car.The design for thecarriageof electric control system
4、,realize themonitoring and control of material transport trolleysystem using configuration software andS7200PLCSiemens.Through the field data acquisition,datamanagement,so as to realize theautomaticcontrolof material transport trolleysystem,real-time monitoring system status,and made the dynamic mon
5、itoringinterface PCto generate visual.Managementto facilitate the management of the site,improve work efficiency.Keywords:Material transport trolley;configuration software;PLC;sensor;教辅工具b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1 1.2 本课题内容及要求2第2章 控制方案的选择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
6、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5 2.4 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8 3.3 传感器的选型9 3.4 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134.1.2STEP7-Micro/WIN32软件的窗口组件144.2程序流程14第5章 组态设计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2
7、0参考文献21教辅工具b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
8、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
9、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,ProgrammablelogicController）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
10、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
11、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。 第2章控制方案的选择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
12、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P
13、LC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
14、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 根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、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 256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。如：GE-I型美国通用电气（GE）公司TI100 美国德洲仪器公司F、F1、F2 日本三
