呼叫小车控制系统的设计与制作

1、呼叫小车控制系统的设计与制作廖思康一、呼叫小车的背景呼叫小车广泛应用于各种工业生产过程中，包括加工生产线、港口等。实现小车呼叫控制系统可以采用多种方案，例如采用单片机为控制核心，配以外围接口和小车驱动模块；另外可以采用继电器作为控制主要器件，设计继电器小车控制系统；当然，还可以利用PLC作为控制核心，实现呼叫小车的控制。这三种常用到小车控制方案中，继电器控制电路功能实现困难，一旦系统功能设计完成，硬件电路很难更改。单片机控制系统虽然可以通过修改软件程序，提高系统应用的通用性，但是维护困难，软件硬件设计要求较高。因此，目前的呼叫小车控制方案主要采用小型PLC为控制核心，实现小车控制。在20世纪6

2、0年代末70年代初期，便有一些工业生产采用PLC来实现运料小车的控制，但是由于当时技术还不够成熟，只能够用手动的方式来控制机器，而且早期运料小车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。小车呼叫系统是操作人员对小车呼叫的工具，该系统可以在各种环境下都能工作，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是可随时控制小车的位置，监视小车完成工作任务的程度，可以根据需要使其完成相应的动作。二、任务要求及方案提出呼叫小车控制系统由直流电机、继电器、小车和4个站台等组成，每

3、个站台有检测传感器、指示灯和按钮。采用PLC进行控制，控制要求如下：小车起始位置停在x（x=14）号站台，SQx传感器为ON。假如y(y=14)号站台呼叫，如果：xy，小车左行到呼叫站台停车；xy，小车右行到呼叫站台停车；x=y，小车停止。小车在SQ1和SQ4处要有可靠的保护功能，自动往返或准确停车，不能向外撞。小车路过每个站台要有指示灯显示；但LB1和LB4灯要闪3次。三、设计思路及有关说明（一）设计思路将传感器SQx的信号、呼叫按钮接三菱PLC的输入口，输出口接电动机及各个指示灯用以控制电动机和指示灯的运行，控制过程由PLC程序完成。该课程设计主要是设计两个模块：小车对呼叫站台的反应电路以

4、及小车路过站台时指示灯的显示。小车停止前仅有一个呼叫的站点起作用，比如当小车从2号站点向4号站点行进的过程中，1、2、3三个站点不能呼叫，除非小车到达4号站点停止。在设计的硬件中将一个小物体放在由同步轮、同步带组成的一个传送装置上来模拟小车的运行，由电动机控制该传送装置使小物体运动。当2号站点呼叫时，SB2=1，若此时小车正位于2号站点，则2号站点指示灯LB2亮，但是电动机不动作，小车保持停止状态：若此时小车在其他位置，则通过传感器SQx输出信号的判断小车的停靠位置，确定向左或向右移动，直到移动到2号站点停止当1号按钮呼叫时，SB1=1，若此时小车正位于一号站点处，则1号站点指示灯LB1闪烁3

5、次，但点击不动作，小车保持停止状态：若此时小车在其他位置，则小车向左移动到1号站点，期间每路过一个站点不会有指示灯提示，只有到达1号站台相应的指示灯才会闪烁。其他站点按钮呼叫依次类推。其中出于对小车的安全考虑，1、4号站点指示灯在小车到达时需要闪三次，而2、3号站点灯只需常亮。（二）小车运行控制的流程图根据总体思路，画出小车运行的控制流程图如图1所示。按下启动按钮整个系统处于预运行状态，按下呼叫按钮判断小车位置和呼叫按钮位置的大小，确定电动机的左转或者右转，到达指定站点停止。图1 小车运行控制流程图四、PLC的电气控制系统电路图（一）I/O口的分配方案呼叫小PLC的I/O口就是连接在PLC上的

6、各种输入输出模块的输入输出点。I/O口的地址分配可以保证用于各个输入输出点与PLC的I/O映象区之间的对应关系，即给每一个输入输出点明确一个用于PLC内部运算的地址。各种输入输出模块的I/O地址以16点或者32点为单位从小到大进行分配。呼叫小车控制系统的设计共需要10个输入信号，其中启动/停止按钮占用2个输入接口，用以控制整个电路的启动和停止；每个站点处的呼叫按钮共占用4个输入接口；每个站点处的传感器共占用4个输入口，用来发出小车的位置信号和到达相应站点时的自动停止的信号。系统输出信号共有7个，其中控制电动机正反转，即小车的左右运动需要2个输出口，另外5个输出口用于控制指示灯，1个用于启动/停

7、止灯，另外4个是小车站点指示灯。根据输入输出信号的个数和种类分配I/O表见表1。表1 I/O表输入功能说明输出功能说明SB0X000启动按钮LB0Y000启动/停止灯SB5X011停止按钮LB1Y001站1灯SB1X001站1按钮LB2Y002站2灯SB2X002站2按钮LB3Y003站3灯SB3X003站3按钮LB4Y004站4灯SB4X004站4按钮KM1Y006左转SQ1X005站1传感器KM2Y007右转SQ2X006站2传感器SQ3X007站3传感器SQ4X010站4传感器（二）控制程序设计思路取三菱PLC的两个寄存器，D0用于存放呼叫站点按钮，D1用以存放小车停靠的站点位置，通过D

8、0和D1比较，来判断小车的左行和右行，则我们可以用比较指令CMP来进行x，y的大小判断，当D0D1时（即xy）执行左行命令；当D0D1时（即xy）执行右行命令，当x=y时（即x=y）小车停止。先按下启动按钮X000，X000闭合，内部继电器M8得电，则线圈常开触点闭合，从而达到自锁，比较指令CMP就会启动，他会把D0寄存器里的站点按钮呼叫数据和D1寄存器里的停靠站点数据进行比较。当xy时，M7得电闭合，Y007运行，小车左转。程序如下图2所示。图2 比较指令程序图在这样的情况下，会有两个个问题：如何在D0中存放呼叫的按钮位置？如何获取并在D1中存放小车停靠的位置？ 对于第一个问题，可以运用MO

9、V指令，方法是设置4个输入内部继电器M1、M2、M3、M4分别第14号站点按钮呼叫，当接通时，执行MOV Ki D0，（i取1、2、3、4）。程序中的定时器T0是为了在小车到达指定站点停止时，使其他站点不能马上呼车，必须要停止等待5s其他站点按下按钮才能进行呼车。如站1按钮按下时，X001闭合，M1内部继电器接通，M1线圈闭合，起到一个自锁的作用，T0在定时5秒过后会自动闭合，这样就能把呼叫按钮的位置传送到D0寄存器中。如图3所示。图3 寄存器D0程序图对于第二个问题，当小车到达指定站点停止时，即相应站点的传感器开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4接通，执行MOV Ki D1，（i取1、2、3、

10、4），如小车到达3号站点停止时，3号站点处的传感器会感应到有物体，这样X007就会接通自动闭合，然后把三号位置传送到D1寄存器当中。如图4所示。图4 寄存器D1程序图（三）小车路过的站台指示灯的显示程序里使用Y001、Y002、Y003、Y004分别表示第1、2、3、4站点的指示灯。根据任务要求，当小车到达指定站点时，对应的站点指示灯要亮，对于2、3站点指示灯，可以直接用传感器开关的是否接通来控制。但是对于第1、4号站点，要求指示灯闪烁三次，则需要用到计数器和秒脉冲，计数器用以控制闪烁“3次”，秒脉冲M8013每一秒产生一个脉冲信号，两个指令相结合使指示灯闪烁三次，具体流程图如图5所示。图5

11、灯的控制程序图（四）小车的复位和指令的清零假如小车在启动的之前停止的位置是在3、4号站点之间，出现这种情况下，传感器无法感应到小车所在的位置，小车就无法启动，所以在这个问题下，就需要在按下启动按钮时小车能够复位到1号站点，这样子就能够解决上述情况下小车无法启动的问题。如图6所示，按下启动按钮计数器C0、C1能够清零，另外小车在到达1、4站点的指示灯需要闪烁三次，每次到达的时候计数器都会清零一次。图6 清零指令程序图五、硬件电路的设计（一）总体结构呼叫小车控制系统的示意图如图7所示，主要完成各个站点呼叫小车，小车要完成相应指令到达指定站点，指示灯做出相应指示，其中SQ1、SQ2、SQ3、SQ4为

12、光电传感器，到达指定站点时，传感器开关则接通。图7 呼叫小车控制系统的示意图（二）传感器的选择检测小车是否到达指定站点有多种检测装置可以选择，比如限位开关、光电传感器等。经过老师的指导，最终选择光电传感器。光电传感器又成光电开关，传感器分漫反射型、反馈反射型、对射型，传感器与PLC可编程控制器等产品配套使用光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，传感器的结构简单。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，一般由发送器、接收器、检测电路三部分组成。光电传感器的工作原理是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制。在这里我们选用发射型的光电传感器，发射型对准目标不间断发射光束

13、，接收器把收到的光能量转换为电流传输给后面的检测线路，它能滤出有效信号和应用改信号。常开型（NO）和常闭型（NC）的区别：常开（NO）是平常状态下信号输出线为断开状态，无信号输出，当感应到物体时才闭合，输出信号；常闭（NC）是平常状态下信号输出线为闭合状态，持续信号输出，当感应到物体时才断开，关闭信号。三根线的接线法：棕色线是接电源的正极，兰色线是接电源的负极，黑色线是接负载（即信号的输出）。六、呼叫小车控制系统的制作过程毕业设计是以制作实物的方式呈现，在制作实物的过程中，首先选择材料就会有很多的麻烦。因为需要用到同步轮、同步带、电动机三者的结合来呈现小车的运动，所以在选择材料上要考虑到同步轮

14、的内径尺寸，通过同步轮的内径尺寸来选择电动机，电动机转轴的直径也需要达到同步轮的内径大小，但是我们在材料拿到手之后遇到一个麻烦：同步轮的带宽是21mm，而电动机转轴长度只有10mm，电动机的转轴不能很好的卡住同步轮，在运转的时候会掉落。所以只能把电动机的转轴用电焊的方式加长，因为物件太小，电焊之后的转轴有些弯曲不直，敲打之后还是不能达到直的效果，所以同步轮卡在电动机上转动会有些许的不平稳。传送装置的问题解决之后又出现一个新的问题，电动机和同步轮的安装高度是70mm，所以需要把传感器的安装高度也提高到至少70mm，在这个问题上我们采用过泡沫块来提升高度，可是泡沫块太软，安装上之后很不稳定，最后就

15、找了一块大的木板，把它锯成70mm高度的小木块，锯的手艺不怎么好，所以小木块的平面有些倾斜。在软件设计方面，从一开始在电脑上安装软件就遇到了难题，三菱PLC编程的软件很多都是不支持win7，64位系统的，期间试了很多软件都是不能安装的，不过还是找到了相关的软件安装成功。在设计程序的时候要控制1、4号站点的灯闪烁三次，原先是直接用了计数器想当然的以为能够控制灯闪烁三次，但在结合实物调试的时候灯是不会闪烁的，查阅了资料和问了同学应用了秒脉冲M8013很好的解决了闪烁的问题。七、结束语本文首先回顾了呼叫小车控制的背景和发展过程，说明了呼叫小车用PLC控制的重要性和必然性。然后讲述了制作和设计的任务，

16、从程序流程的分析，材料的选择，完成了本次的设计任务。最后通过对程序的调试、检测，再进行对系统的更正，使控制系统更加完善，确保系统能顺利运行，经过实践证明，用PLC可编程控制器设计的控制系统完全可以满足控制要求，在实际的操作控制中，由于PLC产品自身具有可靠性高、灵活性、对工作环境的要求不高和抗干扰性强等优点，可以保证整个控制过程的高质量、高速。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。即让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我们需要很多以前没有学到过的知识，于是网络资料和图书馆成了我们很好的助手，在查阅资料的过程中很好的强化自身的能力。设计过程中遇到的困难，需要自己去动手、动脑解决，有时需要花大量的工作，花大量的时间才能解决，解决困难的过程真的很提