基于PLC的运料小车控制系统设计

绪论选题背景及意义运料小车作为当今工业运料的主要设备之一，解决了很多情况下的各种难题。在很多环境情况复杂的工作场合，人类无法进入这样的工作环境的时候，运料小车就能够解决这个问题[1]。如今，运料小车已经在很多行业，很多场合被使用到，例如码头，仓库，矿厂这些地方[2]，推动了工作的运作速度，提升了工作效率，它对整个系统具有至关重要的作用。运料小车可以帮助人类完成很多工作，同时减少成本。但是之前的运料小车大部分采用继电器上的控制方式，继电器控制方式具有很多缺点,例如接线繁重，而且维修难度大,需要的人力物力还是较多,也无法真正的解放人类劳动力,这使得在生产过程中,仍有很多麻烦需要解决,生产效率还是无法得到很大提升,加上继电器控制故障发生率很大,很容易发生故障,需要维修,财力物力会因此而变多。如今，工业技术已经发展到了一个全新的高度,近年来被广泛应用在许多工业生产中,PLC也被叫做当代工业自动化的三大支柱之一（其中两个为工业机器人、CAD/CAM

）[3],被运用在一些在自动化的生产过程中，随着使用作为PLC控制方式的运料小车的运行，慢慢的取代了一些传统的继电器控制,工作的可靠性被得到提高,降低了故障率。本课题主要研究采用西门子PLC315-2PN/DP，西门子TP177BcolorPN/DP型触摸屏，力控，MM440变频器等硬件软件来联合控制整个回路,为了达到实现运料小车的自动化控制的目的,还有就是降低系统设计的运行费用，解决早期控制系统来很多问题，例如设计的周期长、体积大、没有数据处理模块，并且没有通信方面的功能；把继电器控制替换成PLC控制是必须要完成的设计，这样能够提高了工作的可靠性，降低了故障率。通过设计具有如下特点的控制系统：利用了西门子PLC315-2PN/DP具有中、大容量的程序存储器和数据结构的优势，便可设计出高处理速度的系统，并且能够缩短很多不必要的机器循环时间。西门子TP177BcolorPN/DP型触摸屏作为一种人机交互方式，拥有很多一些优点，例如它是目前最简单、方便、自然的工具。在触摸屏上做出拥有修改变频器参数数值和改变频率，显示参数的画面。力控主要能实时、远距离监控的运料小车行车系统和自动报警停机功能，实现了对控制系统的实时监控。（4）MM440变频器具有将MM440接入开放的，高速(12Mb/S)的DP网的能力，进一步实现了控制系统拥有性能更好、精度更高的优点。本课题的研究设计结果，能够实现针对控制系统的进行实时监控，对运料小车的进行自动化控制，并且在PLC上编译程序来控制运料小车在工作台上实现呼叫站间运动，以符合生产实际的要求。基于PLC的运料小车的基本特点运料小车发展到现在，根据控制方式可分为继电器控制方式和PLC控制方式，继电器控制方式作为运料小车最原始使用的控制方式，起初帮助人类解决了许多难题，它可以解决很多复杂的环境下，人类无法到达的情况下，帮助人类搬运和运送货物，提升了工作效率，在很多场合都需要用到运料小车，包括码头，化工厂，仓库，矿厂等等很多场合，都需要运料小车，来帮助人类提高工作效率，减少人力物力。可是由于继电器控制方式也存在很大的缺陷，例如线路繁琐，维修难大并且易发生故障等等，如今需要进行进一步的优化。如今，我们使用PLC来作为运料小车的控制方式，目的是在拥有运料功能的基础之上，解决了继电器控制带来的缺陷和问题，基于PLC的运料小车拥有以下几个基本特点：能干快速响应到每一个点发来的需求信号，并作出响应，驱使运料小车前往发出信号点，进行工作。因为使用力控和触摸屏的联合控制，使运料小车能够实现人机交互，并且能够对小车进行实时监控。PLC作为当今首选的控制系统，具有快速响应，自动控制技术，能够让运料小车实现自动化控制，解放了人类的劳动力。PLC作为一个可编程控制器，通过编程，就能够让运料小车拥有很多种控制方案，就能够满足各种各样的控制需求。不容易发生故障,并且本身具有硬件故障自我检测的能力,当出现故障时可及时发出警报信息，维修难度不大,线路简易。但是，基于PLC的运料小车也有一下几点不足：有些PLC的内存储存不大，需要添加内存卡才可正常工作，例如PLC313-2DP，必须要使用MMC卡来扩充装在存储器才可以正常的工作与运行。主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的：如专用总线、专家通信网络及协议，I/O模板不通用，甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此各公司的PLC互不兼容。综合分析基于PLC的运料小车特点本课题所选用的PLC型号为：西门子PLC315-2PN/DP。该PLC参数完全满足运料小车控制要求。基于PLC的运料小车的研究现状和发展趋势在以前，运料小车大部分都是使用继电器控制来作为运料小车的工作方式，可是总会带来很多不足与缺陷，例如线路繁琐，故障发生率高，并且维修难度大，不过由于技术的不足，无法真正的改变这个现状，可是人类也一直在发展，技术在进步，开始研究用什么来代替继电器控制方式。在1969年，美国数字化设备公司研制出第一台可编程控制器(PDP一14),并且在一些生产线上试用,例如通用汽车公司[5]，效果很好，在这之后，可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC)开始被发展出来，并以很快的速度在发展，改进，并创新。1977年，PLC在我国也开始被推广，特别是在工业应用领域。继电器逐渐被代替,因为现代的PLC具有更多的功能，性能越来越好。从一开始被运用到一些单一的过程的控制，延伸到了对整个制造系统的进行控制和监测，开始研究使用PLC来代替继电器作为运料小车的控制方式，为的是改进运料小车，减少运料小车的问题。把PLC使用到运料小车上，来控制整个运料小车的运动。如今，PLC技术已经发展到一个很高的水平，不仅多方面的控制功能,并且其功耗和体积变得越来越小，具有以下几种优点：成本下降,因为PLC还没发展成熟时价格很昂贵，可靠性的提高,编程难度降低，让更多人能够学习并使用，并且故障检测更为灵活方便；在把PLC运用到运料小车之后，人类也开始完善运料小车，从最开始的控制器与控制对象之间的关系，发展到加入力控，触摸屏，目的就是为了更加完善运料小车的功能，实现人机交互，并且进行能够对运料小车进行实时监控，这是目前运料小车发展到达的现状，并且，随着PLC技术的发展，PLC带来的一些不足，缺陷也会被改进；我相信以后的运料小车会更加的完善，会加入更多的元素，让运料小车满足更多的需求，帮助人类完成更多的工作，提高工作效率，推动人类的进步。1.4本论文主要研究内容本文是采用西门子PLC315-2PN/DP作为控制核心，以MM440变频器为控制对象，力控组态软件开发监控画面，西门子TP177BcolorPN/DP型触摸屏的联合控制，设计出一个完整的运料小车控制系统，意义在于为了使运料小车能够适用于各种不同的环境与场合，并能够实现人机交互，并且进行对运料小车进行实时监控。主要研究设计内容包括：（1）主控制器设计采用西门子PLC315-2PN/DP，主要作用是提供整个系统的控制，与信号的输入与输出，并提供给整个系统快速响应，指令执行速度的作用，并且让系统满足各种不同的控制需求。（2）驱动器设计采用MM440变频器作为驱动器，意义在于能够快速响应到西门子PLC发来的信号并作出响应，并传给发动机，控制发动机的运动状态和速度频率。（3）需求设计让运料小车能够实时根据要求改变速度与方向，根据目的地的改变，适应各种变化的需求，让变频器能够接受并快速响应到PLC发来的信号。1.5本章小结本章首先对选题背景及意义进行详细阐述，介绍了基于PLC的运料小车的基本特点，结构和工作原理，并且讲述了基于PLC运料小车的研究现状和发展趋势，说明了课题的研究对象，为下文更进一步解释运料小车打下基础。2基于PLC的运料小车控制系统2.1设计总方案本课题的设计采用如图2.1所示的联合控制系统，这个系统能够对运料小车进行实时监控，能够知道运料小车的运行状态和速度频率，并且能够实现人机交互，在加入西门子TP177BcolorPN/DP型触摸屏后，让运料小车又多了一种控制方式，实现多种控制方式。图2.1控制系统总方框图在整个设计整个系统时，我们需要从实际出发，根据运料小车的实际情况来考虑，最终的目的就是让运料小车能够在运用货物的基础上，实现整个系统的实时监控与控制，在整个系统里应该拥有的主要硬件应该为：（1）在整个系统中，西门子PLC315-2PN/DP是整个系统的核心，属于标准型PLC其中之一,PLC的硬件组成包括中央处理器(也称为CPU)，存储器，输入/输出的接口电路，通信接口，内部电源，它的工作过程可分为输入采样阶段，程序执行阶段和输出刷新阶段，一个扫描周期就是完成以上三个阶段的时间。工作时，PLC重复着以上三个阶段，就是采用了循环扫描的工作过程[6]。MM440变频器：变频器作为一种通过改变电源频率以达到改变电源的电压的仪器，使用它的目的就是，它能够根据电机的实际需要来提供其所需要的电压，从而达到调速，节能的目的。另外，变频器也有其他作用[7],比如,它有着良好的保护功能，例如过电压，过电流，过载保护等。如今，随着工业自动化程度的不断提高，变频器在很多方面被广泛使用到。在设计中，变频器是一个特别重要的部分。依据我们之前学习的课程，我们知道变频器依靠一下公式来进行：

N=60f在（1）公式中，每一个变量都有不同的含义，其中：N—同步转速（r/min）f—电源频率（HZ）；P—磁极对数。在上式中，在上式中，电机定子绕组的磁极对数P是一个定量时，变频器上的电机的电源频率f(HZ)和其同步转速N（转/s）是正比的，就是说电源频率f(HZ)增大时，同步转速也会随之增大，反之也相同，这个关系我们也可称为线性关系。但实际上，电机工作时的转速达不到同步转速。变频器通过改变电源频率来对电机转速来进行控制的方式称为变频调速。当我们设计的是是具有实际效果的系统,那么我们还需要的是一个工控机的分析并且我们还需要对它进行选型，因为在实际环境下,为了保证整个工作能够正常有序的进行，就必须要用到一个看得见的工控机环节，它的作用就是实时监控工作状态。本设计，我们使用力控组态软件开发监控画面来代替工控机环节。如果我们需要制作出具有实际作用效果的系统，那么本方案中使用最多的是一些行程开关和继电器，为了检测运料小车是否到达目标点我们需要行程开关,为了能够进行准确的控制过程，需要把PLC的输入与输出口与电磁继电器的接口相对应上。2.2控制系统设计基本结构和原理基于PLC的运料小车根据结构来分主要分为上位机与下位机，上位机使用力控组态软件开发监控画面，下位机采用西门子PLC315-2PN/DP，同时采用西门子TP177BcolorPN/DP型触摸屏，MM440变频器来联合控制整个回路；力控主要对运料小车实现实时监控，而西门子PLC315-2PN/DP主要是编程和控制运料小车的系统，西门子TP177BcolorPN/DP型触摸屏主要发挥着作为整个系统控制开关的作用，最后的MM440变频器是控制对象，通过接受从PLC传来的数据，进行相应的动作。运料小车顾名思义就是作为搬运货物的机器，它的最终目的就是为了帮助人类解决难题，提高工作效率。整个系统通过每一个位置的联合控制，来达到正常工作的目的，当下位机西门子PLC接受到来自西门子TP177BcolorPN/DP型触摸屏发来的输入信号时，会作出反应，并输出相应的信号，传给MM440变频器，来驱使发动机作出相应的运动，与此同时，下位机西门子PLC315-2PN/DP也会向上位机力控组态软件开发监控画面传出信号，发出运料小车当前的位置与速度频率，并达到对运料小车进行实时监控的目的，整个控制系统的正常工作需要每一个部分的协调来保证，缺一不可。运料小车的工作方式可分为手动和自动两种模式。2.3运料小车的轨迹设计有A,B,C,D,E,F六个位置，运料小车有手动和自动两种工作方式；手动时，运料小车初始位置可以在任何位置，当收到某个位置发来的信号以后开始前往那个位置点；自动时，小车初始位置在A点，按下启动按钮时，小车前往B点装物料之后返回A点，然后继续前往C点，之后返回，然后重复剩下几个点，当从F点返回到A点时小车停下；当距离目的点有一个位置点的距离时，运料小车会减到一定的速度，直到到达目的点就停止；每一次到达目的点时小车停止5秒；运料小车位置具有实时记录功能；如果中途有特殊情况或者按下停止按钮，运料小车将立即停下;重新启动时继续上一步没有完成的工作；电机频率可在触摸屏显示；运料小车采用上位机，触摸屏和就地三种控制方式。2.4本章小结本章主要说的是基于PLC的运料小车控制系统的设计方案，和在这个系统中需要的一些硬件，并简单的说明了在这个系统中，这些硬件的作用。说明了本课题运料小车的轨迹走向和控制要求。3硬件系统设计本课题设计的系统中包含的硬件有几种，分别是PLC，MM440变频器，力控，触摸屏，应该还包括行程开关，继电器，报警灯之类的，但是由于本课题不属于制作实物，只属于工程设计的模拟课题。在选择硬件时，我们需要更加真实的满足到运料小车的运行需求。根据实际情况，我们设计出整个控制系统的硬件设计框图，如图3.1图3.1系统硬件设计框图在完成整个系统的硬件设计之后，还需对所选择的硬件进行电源分配。我们使用220V的电压给PLC315进行供电，对于MM440变频器我们使用380V的三相电压为供电电源，详细的电源分配如图3.2。图3.2控制系统硬件电源分配图PLC的选择从1969年至今，经历了50年的发展，PLC技术已经发展到很高的水平，功能方面也发展得越来越完善，PLC的结构组成，性能，程序指令系统，还有PLC的容量，并且其编程方法和价格都发生了变化，使用的场合也随之不同，各有侧重。PLC的选择我们可以按下列几个方面来做选择：(1)PLC机型的选择满足设计需求是我们选择PLC最主要的目的,盲目的贪大求全而会造成一些多余的投资,而且会导致硬件设备资源的浪费[8]。PLC按照结构可分为:整体式，模块式;其中整体式PLC需要在一些工艺过程稳定的,并且需要环境条件就好的;模块式需要的是更加高的环境需求[9]。（2）硬件选择与配置1)输入/输出的选择与配置首先我们需要确定I/O点数。在设计时,我们要预留10%至20%的IO点数备用量,防止之后的工艺或者设备的改动,IO点的损坏、故障等一些原因。对于输入模块要考虑到有:信号电平和信号传输的距离、信号的隔离、与信号供电方式等一些应用的要求；对输出模块而言,要考虑到选用的输出模块类型,一般来说以继电器为输出的模块具有价格低廉、使用的电压范围比较广等特点,可是也存在工作寿命短、响应时间比较长等缺点[10]。2)电源的选择220VAC电源可被用来作为PLC的供电电源。在一些重要的应用场合,采用不间断的电源或稳压电源来供电。如果因为外部高压电源的错误操作而影响PLC,这个情况下需要对输入和输出信号进行隔离。3)经济性的考虑我们选择PLC时,应该要考虑应用的一些其他性能，例如PLC的可扩展性、和可操作性、并且其投入与产出比等因素，要进行比较与兼顾，同时应该要考虑到性能价格比，才能选择出最适合的PLC。综合上述的选型要求和原则，考虑到本课题设计的控制系统属于中型的控制系统，其输入输出数量也不多，而且不需要很高的控制精度，在满足到控制系统要求的功能的前提下，选择中型的S7-300PLC，它的优势是价格便宜，并且使用难度低，操作简易，易于学习。它是拥有256KB的容量的存储器，有8个数字量的输入和8个数字量的输出点，可使用MPI/DP/PROFINET协议进行工业通信，通过软件硬件编译可设置主站和从站，在本课题中，我们使用DP通信将PLC和MM440变频器连接起来，对MM440进行控制。PLC的接线图如图3.3为设计的硬件电路图图3.3PLC硬件电路图PLC的IO口分配表3.3I/O口分配序号地址符号地址说明1I0.0SB1手动按钮2I0.1SB2自动按钮3I0.2SB3启动按钮4I0.3SB4停止按钮5I0.4SQ1A点行程开关6I0.5SQ2B点行程开关7I0.6SQ3C点行程开关8I0.7SQ4D点行程开关9I1.0SQ5E点行程开关10I1.1SQ6F点行程开关11I1.2SB5A点呼叫12I1.3SB6B点呼叫13I1.4SB7C点呼叫14I1.5SB8D点呼叫15I1.6SB9E点呼叫16I1.7SB10F点呼叫17Q0.0HL1手动工作18Q0.1HL2自动工作19Q0.2HL3到达A点20Q0.3HL4到达B点21Q0.4HL5到达C点22Q0.5HL6到达D点23Q0.6HL7到达E点24Q0.7HL8到达F点图3.4I/O分配图3.4变频器的介绍变频器作为一种通过改变电源频率以达到改变电源的电压的仪器，它由主电路和控制电路组成的。综合控制系统的要求，我们选用MM440变频器，它是西门子公司生产的一种适用于三相电机速度改变和转矩控制的变频器系列它是具有矢量控制，V/F两种控制方式，并且还带有转矩控制，平方V/F控制，它的功率因数大于0.95，工作温度根据工作方式不同而随之不同，大致的工作温度在-10度至40度。它具有的主要特点是:易于简单安装、调试；设置参数简便，设置范围广；响应速度快；在收到PLC发来的数据之后，作出反应，计算PLC传来的数据，之后将数据频率送给电机，实现工作，该过程如下：变频器主频率计算：实际输出频率（变频器输出频率）={实际输入频率值（PLC上的输入参数）×基准值(64HZ)}÷16384（4000[HEX]）（2）变频器的参数设置对变频器具有很大的作用，让变频器能够正常工作，以怎么样的基准频率工作，减速和加速时间都可以在变频器面板进行设置；下如下表3.4为我们展现出变频器几个常见的参数和其意义：表3.4参数设置MM440变频器参数设定值实现的功能P001030恢复工厂设定值P09701变频器参数复位P07006选择控制命令源P10006频率源P09182控制提升电机变频器通信地址P20091USS规格化P200064电机运行的基准频率如图3.4是本系统选择的MM440变频器图片:图3.4MM440变频器实物图触摸屏的介绍触摸屏是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉\t"/item/%E8%A7%A6%E6%91%B8%E5%B1%8F/_blank"反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式，能够代替一些硬件按钮，进行远程的控制与监控。它的工作原理是，当我们的手指或者其他物体触摸触摸屏的屏幕时，系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接受CPU发来的命令并加以执行,如图3.5为触摸屏工作的框图。图3.5触摸屏工作原理图在设计中，我们根据实际需要和现有条件选择了西门子TP177BcolorPN/DP型触摸屏，它是一款能够通过WinCCflexible或者MGCS组态软件来运行的硬件，具有很高的控制精度和快速反应的能力，可通过网线来连接到PC端下载。如图3.6为本次设计所用的触摸屏图3.6触摸屏硬件实物图3.6本章小结本章节主要是描述了本章节的硬件系统设计，主要是讲述了在选择PLC时，需要考虑到的一些问题，例如经济性，容量，配置，处理速度等等，并且描述了PLC的硬件连接图，加上对变频器选择时要考虑的方向。4系统软件设计4.1梯形图的概述本课题系统设计的目的是实现系统的自动控制，所以就离不开核心控制器可编程控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC），而其中它使用的第一编程语言就是梯形图，它作为被使用到的做多的图形编程语言，在很多软件被使用到。它因为和电气控制的电路图具有一定的相似度，所以就有了通俗易懂的优点，因此，它能够很容易地被广大的电气工作者掌握并使用，适用于一些开关量逻辑的控制，梯形图常被称为电路图或者程序，换句话说，梯形图的设计可称为编程。4.2运料小车的梯形图程序设计4.2.1控制系统的主程序设计设计的本课题设计的运料小车要实现的功能主要有自动和手动工作状态的切换，自动工作状态就是小车初始位置在A点，然后依次到达BCDEF五个点，每到达一个点之后都会返回到A点之后再前往下一个目的地。手动工作状态就是运料小车初始位置可以在任何点，在收到其他五个点发来的信号之后就会前往该点。当运料小车到达目的点的上一个地点时会减速到一定速度然后匀速到达目的点然后停止（如果信号发出点或者下一个目的点离小车没有位置点的间隔，即相邻点，那么小车将会以减速到速度直接运行）。小车具有实时记录功能，任何情况下按下停止按钮小车都会立即停下，如果重新启动，运料小车将继续未完成的工作。控制系统主程序控制流程图如图4.1图4.1主程序流程图4.2.2控制系统的子程序设计子程序是一个具有特定功能和逻辑完整性的程序块，由多个语句块组成，可实现某项特地的功能，能够更加详细的表达出控制系统的功能设计。如图4.2为子程序流程图。图4.2子程序流程图4.2.3运料小车工作状态切换程序如图4.3工作状态切换程序如图4.3为系统工作状态切换程序，工作模式的选择可以通过I0.0(手动按钮)和I0.1（自动按钮）来选择，可根据实际需要来选择哪一种工作方式。4.2.4运料小车停止信号程序如图4.4停止复位程序如图4.4为控制系统停止信号程序，如果发生意外或者需要停止整个系统的工作，可以通过停止按钮（I0.4）来实现，当我们按下停止按钮时，运料小车停止，并且很多信号也会随之复位，否则下一步工作则无法正常进行。4.2.5运料小车的变速行驶程序去D点去D点图4.5变速行驶程序如图4.5为小车变速行驶程序，本课题我们需要运料小车能够实现行驶过程中速度的变化，其实就是在到达目的点的上一个位置点或者小车离目的点只有位置点的距离时小车会减速，可是在这个过程中，如果你不加入一些其他的信号来区分时，整个系统就会发生混乱，小车就无法正常工作。4.2.6运料小车手动状态的一个环节程序图4.6手动状态程序图图4.7手动状态程序图如图4.6，图4.7为控制系统手动状态的一个环节程序，在这里我们选取了小车从A点到C点过程的程序，从A点出发，以37HZ的频率运行，知道到达B点之后降到32HZ，之后直到到达C点停止，停止5秒之后返回，回来时以HZ运行，当到达B点时，小车又减速到32HZ，知道回到A点停止5秒，之后前往D点。4.3上位机力控上位机是一个能够提供实时监控功能的软件系统，它是一个能够直接发出一些操控命令的计算机，在其屏幕上可以显示显示各种信号变化，工作时上位机首先发送命令给下位机，之后下位机再根据收到的命令解释成相应\t"/item/%E4%B8%8A%E4%BD%8D%E6%9C%BA/_blank"时序信号，然后直接控制到相应的设备，其主监控的界面能够显现出运料小车的一些工作状态，运料小车是否能够正常工作将能够在其画面表现出来，小车的位置，频率，都可以很清楚明了的看出来。本设计中，我们使用力控组态软件作为上位机，在力控中，使用前，我们需要对数据库进行组态，这里是上位机与PLC连接的关键位置，是数据交换的地方，之后就是对I/O设备组态，上位机与PLC进行数据交换就是通过I/O来完成的。在本步骤中，我们首先进入I/O设备组态，之后选择PLC，然后找到西门子，选择“S7-300/400(TCP)”协议，之后就可以完成本次上位机力控组态部分。如图4.8就是我们的步骤图。图4.8力控I/O设备组态我们需要在力控组态画面画出控制系统的画面，能够更加明显的看出整个系统的实时数据和运行情况。如图4.9为监控画面。图4.9为监控画面4.4触摸屏组态软件WinCCflexible本设计我们使用的是西门子TPcolor177B型触摸屏，我们选择WinCCflexible来进行画面组态和监控，它是一款能强大、简单易学,而且带有大量的图库,提供丰富的图形元素供用户使用的监控软件。在控制系统中，我们只采用了一台触摸屏进行监控，因为PLC300和MM440变频器监控时已经使用DP通信，我们只能选择以太网来连接触摸屏和PLC300,首先我们要明白触摸屏的IP地址（为）。之后要知道PLC的IP地址（为）。之后通过往网线连接两台设备，如图4.10。图4.10触摸屏与PLC以太网连接在连接好设备之后我们需要在触摸屏上作出控制系统的画面，如图4.11为本设计的触摸屏画面；在完成上面工作之后，需进行变量设计，它是触摸屏能对PLC进行控制的关键，需要每一个变量都和PLC程序的开关或者一些信号联系起来。如图4.12为触摸屏变量设计图4.11触摸屏监控画面图4.12触摸屏变量设置4.5本章小结本章小节主要是讲述本课题的系统软件设计，主要是说明PLC的编程方式，之后就是运料小车的梯形图程序设计，再加上运料小车控制要求的部分程序，例如启动，停止，复位，和本课题设计的创新点程序，并且解释了系统的上位机功能和意义。5控制系统的硬件调试和结果分析在完成上述的硬件选择和程序软件的基础上，制作出本系统的控制模型，将选型到硬件组装起来，通过通信线，将PLC300，MM440变频器，力控，触摸屏连起来，开展实物的调试和系统测试工作，检验控制系统的准确性和可行性，并且需要对调试结果进行分析，得出了设计系统的性能指标，并提出了基于PLC的运料小车控制系统设计的改进措施。5.1基于PLC的运料小车控制系统设计的主要调试内容在本控制系统设计中，主要是针对PLC300来作为控制核心进行控制系统的综合性质进行测试，并对测试结果进行分析，再根据其结果来检验控制系统是否达到了本设计应该达到的要求和功能，并且是否符合了预定的技术指标，而且根据结果，判断是否具有创新之处。对运料小车控制系统设计的硬件实物进行的主要调试内容包括：（1）控制系统设计的理论速度频率和实际的速度频率对比。（2）MM440变频器电机的正转/反转正确性的检测。（3）MM440变频器电机的变速正确性检测。（4）不同状态的运行模式下电机的运行情况正确性检测。（5）控制系统的启停检测。（6）不同位置点呼叫后小车作出反应的正确性检测。通过硬件测试结果和结果分析，再进行控制系统设计的理论速度频率和实际的速度频率对比，MM440变频器电机的正转/反转正确性的检测，MM440变频器电机的变速正确性检测，并且还需要对控制系统的启停进行检测，主要是针对软件的程序中复位信息的正确性进行检测，根据这些检测得出控制系统是否达到的要求和功能，并且还需要综合评价出控制系统设计的可行性和控制性能。控制系统设计的实物接线图如图5.1：图5.1硬件接线图5.2测试结果及分析5.2.1控制系统设计的理论速度频率和实际的速度频率对比。在把硬件和软件连接后，首先按下选择工作方式按钮，之后再按下启动按钮，观察电机是否转动，之后观察变频器显示屏出现当前电机转动的频率,再根据在程序中传给PQD256（也就是变频器的输出Q地址的初始位）的数据DW#16########相对比，看电机实际的速度频率是否和理论速度频率相同。我们还可以在上位机力控画面监控中显示当前频率是否和理论频率相同。根据测试我们得出了表5.2.1，这表明，控制系统的实际频率和理论频率一致。表5.2.1速度测试结果测试次数实际频率理论频率运行状态137HZ37HZ运料小车正常运行状态232HZ32HZ小车即将到达目的点，进行降速运行5.2.2MM440变频器电机的正转/反转正确性的检测检测电机的正/反转正确性就是让运料小车能够在不同的位置点之间进行来回运行，达到搬运货物的目的，该测试我们选择在手动工作模式情况下测试，按下启动按钮之后，电机还处于停止状态，当我们按下呼叫信号A点，理论上开始反转，因为在程序中，我们传给PQD256的数据是DW#16#0C7F####，这是反转信号，这时我们观察电机，会发现电机的确是在反转状态下，当我们按下A点行程开关即小车到达A点之后，电机处于停止状态，这时，当我们按下F点信号时，电机开始运动，理论上电机正转，因为在程序中，我们传给PQD256的数据是DW#16#047F####，这是正转信号，这时我们观察电机，会发现电机是在正转状态下。当我们按下F点行程开关即小车到达F点停下后，我们再按下B点信号时，电机就会反转。同时我们也可以在上位机力控监控画面中观察到电机实际转动方向。测试结果如下表5.2.2，通过表中数据，我们可以看出当我们需要电机反转回来时，电机反转；当我们需要电机正转运行时，只需按下较远的位置点，电机便可正转。便可得出，控制系统中电机的正转/反转是具有正确性的。表5.2.2正反转正确性测试测试次数理论转动方向实际转动方向运行状态1反转反转A点呼叫，电机反转前往A点2正转正转F点呼叫，电机正转前往F点3反转反转B点呼叫，电机反转前往B点5.2.3MM440变频器电机的变速正确性检测。本测试是为了验证本课题创新点（到达目的点的上一个位置点时，电机减速，实现变速行驶）是否成功。首先，按下手动按钮和启动按钮，A点呼叫之后，电机开始工作，开始前往A点，此时我们看到变频器上显示37HZ，如果小车到达B点，也就是到达目的点的上一个位置，我们发现小车速度变慢，显示屏上显示32HZ。说明，测试成功。之后是自动模式，按下自动和启动按钮，小车前往B点，屏幕上显示32HZ，因为小车初始点在A点，是B点的上一个位置点，所以直接低速运行，之后回到A，开始前往C点，我们发现屏幕上显示37HZ，当我们按下B点行程开关时，小车变速，屏幕显示32HZ。说明小车具有变速行驶能力。根据测试结果我们得出下列表格，我们可以看出电机的变速具有正确性。表5.2.3变速测试结果工作模式电机变速是否正常运行状态手动正常A点呼叫，如果小车位置在CDEF点，那么，按下B行程开关时，电机变速正常自动正常AB之间行驶频率为32HZ，AC之间行驶时变速正常手动正常A点呼叫，如果小车位置在B点，那么，小车直接以32HZ运行，状态正常5.2.4不同状态的运行模式下电机的运行情况正确性检测本测试主要是为了检测控制系统的功能是否具有多样化。首先我们来测试手动模式下的工作状态，按下手动按钮和启动按钮后，电机并没有运行，这时我们按下B点信号时，小车开始运动，可是在这之前我们需要判断的是小车的当前位置，如果在A点，那么电机正转，如果在CDEF其中之一，那么小车反转。这就是手动情况下，电机在某一段当中的运行情况。之后当小车到达B点，电机停止，这时我们把手动按钮和启动按钮复位，按下自动按钮和启动按钮，A点的灯Q0.2亮，表明小车当前在A点，5秒之后小车开始运动，即正转前往B点，假设小车到达B点时，我们按下B点行程开关，电机停止，这时候看程序面板我们设计的定时器T2开始计时，5秒之后电机反转，返回A点，假设小车回到A点时，我们按下A点行程开关，电机停止。根据测试结果，我们得出表5.2.4,我们可以看出小车能够正确的在不同工作状态下的运行，控制系统的设计中不同状态的运行模式下电机的运行具有正确性。表5.2.4不同模式下的运行结果工作状态电机是否正常运行运行状态手动正常B点呼叫，电机根据小车所在位置作出反应并正确的运行自动正常小车在AB之间作往返运动，运行正常5.2.5控制系统的启停检测本测试是为了检测运料小车是否能够任意停止，避免很多情况下的突发情况。本次测试我们选择在两种工作模式下测试。首先是手动，按下手动按钮和启动按钮，并且还需要信号点呼叫小车才能运行，我们选择A点呼叫，这时发现电机反转，这时候我们按下停止按钮，发现电机停止，因为在程序中，在按下停止按钮时把DW#16#C7F0000传给PQD256，并且把一些置位信号给复位，才能保证下一次工作的正常运行。之后我们再重新按下手动和启动，运料小车会继续上一步的工作。之后是自动工作模式下，首先按下自动和启动按钮，电机开始运行，这时候我们按下停止按钮，发现电机停止，之后我们再重新按下手动和启动，运料小车会继续上一步的工作。根据测试结果我们得出以下表5.2.5，说明控制系统的启停控制正常。表5.2.5启停测试结果工作状态电机是否正常启停运行状态手动正常A点呼叫，电机前往A点，到达A点后停下自动正常小车在AB之间作往返运动，之后继续运行后面的动作，运行正常，5.2.6不同位置点呼叫后小车作出反应的正确性检测本测试是为了检验运料小车在手动模式下，在六个点中任意点发出的呼叫信号后，作出的反应是否正确首先按下手动按钮和启动按钮。之后先按A点呼叫，电机开始反转，假设到达A点，按下A点行程开关，电机停止。之后按下B点呼叫，假设小车在A点，则电机正转，如果在CDEF点，则反转，假设到达B点，按下B点行程开关，电机停止。CDEF点的呼叫也如此。根据测试结果得出下表5.2.6，我们可以看出控制系统中不同位置点呼叫后小车作出反应的具有正确性。表5.2.6测试结果测试次数电机运行是否正常运行状态1正常A点呼叫，电机反转到达A点2正常B点呼叫，小车在A点时，电机正转，在CDEF点时电机反转到达B点3正常C点呼叫，小车在AB点时，电机正转，在DEF点时电机反转到达C点4正常D点呼叫，小车在ABC点时，电机正转，在EF点时电机反转到达D点5.3基于PLC的运料小车控制系统的不足与改进5.3.1控制系统的不足由于条件和其他原因，本课题没有设计实物的运料小车，只是一个工程的模拟，无法反映出实际工作过程的情况。由于实验室条件有限，加上控制系统使用到的IO口太多，无法使用硬件开关开对电机进行控制，只能依靠触摸屏来控制。由于只控制一台电机，导致控制系统功能太过于单调。由于力控组态软件和触摸屏无法显示负数，有些情况下可能导致无法正常进行实时监控。5.3.2对控制系统的改进（1）可以使用组态王作为上位机，在组态王上可以显示出负数，避免一些情况下问题的出现。（2）针对因为没有太多端子排和接口，我们可以使用西门子TP177BcolorPN/DP型触摸屏来作为一种控制方式。（3）可以加入装料和卸料部分，让控制系统更加完善，更加接近实际。5.4本章小结本章节主要内容是对硬件的调试和结果的分析，主要包括理论速度频率和实际的速度频率对比，正转/反转正确性的检测，变速正确性检测，不同状态的运行模式下电机的运行情况正确性检测，控制系统的启停检测，不同位置点呼叫后小车作出反应的正确性检测，运料小车是否具有实时记录功能，等等一些功能，验证了本课题是否具有可行性和有效性。并且分析了本控制系统的的不足和改进之处。结论本课题是以西门子PLC315-2PN/DP作为核心控制，来设计出运料小车，代替了以前以继电器控制作为控制方式，避免了继电器控制带来的一些问题，没有了继电器控制时线路繁琐，周期长，成本高等缺陷，故障发生率降低了，并且维修难度也降低了，