(毕业论文)基于组态技术的运料小车控制系统的设计

1、 1 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 标 题：基于组态技术的运料小车控制系统的设计 学生姓名： 系 部：汽车电子系 专 业：电气自动化技术 班 级：电气 1002 指导教师： 株洲职业技术学院教务处制 2 目 录 摘要.1 第一章 下位机设计.2 1.1 工艺过程与控制要求.2 1.2 硬件设计.2 1.3 软件设计.5 第二章 上位机 mcgs 监控系统的设计.11 2.1 组态软件监控画面设计.11 2.2 运料小车自动往复运动运行与调试.16 参考文献.18 致 谢.19 1 摘要 本设计介绍基于 plc 组态技术的运料小车控制系统，本系统采 用西门子 s7-200cpu224 型的

2、plc、mcgs 组态软件、v4.0 step 7 microwin sp6 编程软件。利用组态与 plc 之间的通信，将各种脚本 程序与 plc 程序完美结合，共同去控制一个对象，以达到现场的控 制要求和控制目的。 关键词：s7-200cpu224、mcgs 组态软件、v4.0 step 7 microwin sp6 2 第一章 下位机设计 1.1 工艺过程与控制要求 1、在一些自动化生产线上，为了实现多地点随机卸料或者多地点随机搜 集成品或（废品），经常会用到一台装卸料小车，根据请求在 6 个位置停车， 进行装卸料，sq0sq5 为 6 个正常停车位置的行程开关，小车压上时为 on，小 车

3、离开时为 off；sq6、sq7 为小车保护限位行程开关，sb0 为小车卸料琴键开 关，sb1sb5 为互锁的装料琴键开关，用于选择小车装料的位置。 2、小车在电动机的拖动下运行，电动机正转时小车右行，电动机反转时 小车左行。 3、当选择按钮号与小车位置压下的行程开关号相同时，按下启动按钮， 小车停止不动。 4、当选择按钮号大于小车位置压下的行程开关号时，按下启动按钮，小 车向右运行直至两者相等时，小车停止。当选择按钮号小于小车位置压下的行 程开关号时，按下启动按钮，小车向左运行直至两者相等时，小车停止。 5、装料完毕，按下选择按钮 sb0，小车向左运行直至 sq0 时，小车停止并 卸料；小车

4、装卸料时，必须 5 秒后下一个信号才能响应。 1.2 硬件设计 1.主电路设计 根据控制要求，小车从 sq7 点前进到 sq6 点，还可以根据呼叫位置的要求， 到达指定位置，然后停车，实现工作现场功能。因此，工作电机一定要实现正 反转，其主电路的电气原理图如图 1.1 所示： 3 图 1.1 2.小车自动往复运动 plc i/o 接线图 根据控制要求，输入对象为 14 个，输出对象为 4 个。所以为了满足控制 要求，可采用 plc:s7-200cpu224,i/o 接口电路如图 1.2 所示： 图 1.2 4 3.输入输出 i/o 地址分配表如表 1.3 所示： 名称代号地址名称代号地址 卸料

5、开关 sb0i0.0 行程开关零 sq0i1.0 1 号呼叫按钮 sb1i0.1 行程开关一 sq1i1.1 2 号呼叫按钮 sb2i0.2 行程开关二 sq2i1.2 3 号呼叫按钮 sb3i0.3 行程开关三 sq3i1.3 4 号呼叫按钮 sb4i0.4 行程开关四 sq4i1.4 5 号呼叫按钮 sb5i0.5 行程开关五 sq5i1.5 启动按钮 sb6i0.6 右限位行程开关 sq6i1.6 输 入 信 号 停止按钮 sb7i0.7 输 入 信 号 左限位行程开关 sq7i1.7 正转接触器 km1q0.0 输出 信号反转接触器 km2q0.1 表 1.3 4.电器元件的选择 根据

6、电机的选择需要 4 千瓦，额定电流需要 8a,需要选择断路器 dz12- 60/3（15-20）、热继电器 nr2-25g/z（0.1-10a）、接触器 cj20-10a、熔断器 rl1-10（10a*3/6a*2） 电路元器件规格型号数量 plc 西门子 s7-200cpu224 1 电动机 yk31112a1 熔断器rl1-10（10a*3/6a*2） 3 断路器dz12-60/3（15a-20a） 1 热继电器 nr2-25g/z 0.1-10a1 接触器 cj20-10a2 表 1.4 5 1.3 软件设计 1.运动小车控制系统流程 如图 1.5 所示 m 表示行程开关位置号，n 表示

7、小车呼叫位置号。当选择按 钮号与小车位置压下的行程开关号相同时，按下启动按钮，小车停止不动。当 选择按钮号大于小车位置压下的行程开关号时，按下启动按钮，小车向右运行 直至两者相等时，小车停止。当选择按钮号小于小车位置压下的行程开关号时， 按下启动按钮，小车向左运行直至两者相等时，小车停止。 图 1.5 2.梯形图设计 当对应的继电器工作后，首先将小车所在的位置号通过移位寄存器送到 vw0（字存储单元）。然后，将所有呼叫位置号送到另一个字存储单元 vw2。其 中 m0.0m0.7 就是组态界面中的行程开关号，m1.0m1.5 就是组态界面中的 呼叫按钮号。利用比较指令，当呼叫位置号大于小车位置号

8、时，小车右行。当 呼叫位置号小于小车位置号时，小车左行。当呼叫位置号等于小车位置号时， 6 m2.2 得电且有一定的延时，时间一到 t37 常闭断开，达到控制要求。 7 8 9 10 图 1.6 11 第二章 上位机 mcgs 监控系统的设计 2.1 组态软件监控画面设计 首先在用户窗口,点新建窗口,生成窗口 0,在窗口 0 属性中重命名为运料小 车自动控制,然后在工具条中点工具箱选择图中需要的元件组态即可。如图 2.1 所示： 图 2.1 对窗口、实时数据库和 plc 三者建立链接:将用户窗口中图形对象与实时数 据库中的数据对象建立相关性链接,再通过设置通道与 plc 三者建立链接,并设 置

9、相应的动画属性。在系统运行过程中,图形对象的外观和状态特征,由数据对 象的实时采集值驱动,从而实现图形的动画效果。 双击运行策略进入循环策略,由循环策略进入策略组态,在策略组态的工具 栏中点策略工具箱和新增策略行,从策略工具箱中选择脚本程序拖到新增策略框 中。如图 2.2 所示： 图 2.2 12 在实时数据库中新增所有需要的数据对象,并定义数据变量的名称、类型、 初始值和数值范围等等,必要时可以添加注释。如表 2.3 所示： 名称类型注释 sb0 开关型0 工位按钮 sb1 开关型1 工位按钮 sb2 开关型2 工位按钮 sb3 开关型3 工位按钮 sb4 开关型4 工位按钮 sb5 开关型

10、5 工位按钮 sq0 开关型0 工位行程开关 sq1 开关型1 工位行程开关 sq2 开关型2 工位行程开关 sq3 开关型3 工位行程开关 sq4 开关型4 工位行程开关 sq5 开关型5 工位行程开关 sq6 开关型右限位开关 sq7 开关型左限位开关 q0 开关型小车前进 q1 开关型小车后退 vw0 数值型 vw2 数值型 设定装料时间数值型 小车行程数值型小车运动行程 装料时间数值型 表 2.3 双击策略组态的脚本程序进行编写。编写必要的脚本程序,使动画更加丰富、 形象,达到设计的需要,所以一般上位机组态当中脚本程序是必须的。 图 2.4 13 脚本程序如图 2.5： 图 2.5 进

11、行设备组态,当首先进入设备窗口。双击进入设备组态,在设备组态的工 具栏选设备工具箱,在工具箱中选择通用串口父设备和西门子 s7-200 设备,生成 设备组态中的通用串口父设备 0 和设备 0。双击生成的通用串口父设备 0,进入 14 通用串口属性编辑的基本设置。双击生成的设备 0,在设备 0 的设备属性设置中 对基本属性和通道连接进行设置。 点击需要设置动画连接对象，进入单元属性设置，点击动画连接，再点击 组合图符选择符号，进入动画组态设置，在表达式中关联对应的变量即可。如 图 2.6 和图 2.7 所示： 图 2.6 图 2.7 点击基本属性中的内部属性,再点击设置设备内部属性右端生成的省略

12、号, 生成 s7-200 通道属性设置;点击增加通道,设置需要的通道类型、通道地址、 15 图 2.8 连续通道个数、数据位的位数、操作方式。 最后对设备属性设置中的通道链接进行设置。左键点击通道连接后,进入通 道连接设置,使对应数据对象和通道类型匹配。如上图所示： 图 2.9 2.2 运料小车自动往复运动运行与调试 把西门子 s7-200cpu224 与电脑通信，通信完成之后，把 plc 程序通过电脑 下载到 plc 设备，并将其运行。然后关闭 plc 编程软件，再打开组态界面将其 运行即可。如图 2.10 所示： 图 2.10 16 结论 毕业设计是在教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实

13、践教学环节。通 过毕业设计，能使我们综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、 严格的技术及基本能力的训练。 早期运料小车电气控制系统多为继电器-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。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。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。 随着经济的不断发展，运料小车的应用也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。但是，传统的继电器接触器控

14、制在工作中 已经暴露出种种弊端，因此，新的控制设计已成为社会发展的必然趋势。本设 计运用的可编程控制器实现的自动运料小车控制器，避开了以往继电器接触不 良、开关易损坏等缺点，可靠性和稳定性都有所提高。在检测小车是否到达呼 叫停靠点的时候，运用了行程开关使小车的停靠位置更加准确。同时，由于输 入输出很明显，不需要好多额外的外接电路，让设计更简洁。这也是采用了成 熟的可编程控制器带来的好处。即使在出现故障、紧急停止等环节中都能快捷 操作。 17 参考文献 1 罗麦丰等 西门子 s7-200 系列 plc 在配料生产线上的应用j 微计算机 应用 2007,(1) 2 罗麦丰等 基于 s7-200 系

15、列 plc 的顺序控制编程方法的研究j 机床 电器 2006,(3) 3 陈小祝，罗麦丰等 plc 在二工位钎焊机电气控制系统中的应用j 计 算机与数字工程 2007,(7) 4 罗麦丰等 三面铣组合机床的 plc 改造j 煤矿机械2009， （8） 5 罗麦丰等 基于 neza plc 与变频技术的直饮水恒压供水系统j电气自动 化2009， （3） 6 高 勤，电器及 plc 控制技术m 高等教育出版社 2002 年 6 月第一版 7 金广业，李景学 可编程控制器原理与应用m 电子工业出版社 1991 年 2 月第一版 8 史国生 电气控制与可编程序控制器技术m 化学工业出版社 2004 年

16、 2 月第一版 9 廖常初 编程及应用m 机械工业出版社 2005 年 7 月第二版 10 许缪，王淑英 电气控制与 plc 应用m 机械工业出版社 2007 年 1 月 第三版 11 陈志文等 组态控制实用技术m 机械工业出版社 2009 年 2 月第一版 12 徐国林 plc 应用技术m 机械工业出版社 2009 年 1 月第一版 13 陈志文等 组态控制实用技术m 机械工业出版社 2009 年 2 月第一版 14 徐国林 plc 应用技术m 机械工业出版社 2009 年 1 月第一版 15 袁秀英，牛云陞，余群威 组态控制技术m 电子工业出版社 2008 年 5 月第一版 16 许志军 工业控制组态软件及应用m 机械工业出版社 18 致 谢 首先，今日论文的完稿，多承蒙我们指导老师罗教授的悉心指导，老师给 我们提供了良好的实验环境，同时在论文的撰写和审稿中倾注了大量的心血。