运料小车自动往返控制系统的应用毕业设计-USB迷|专注于互联网分享

2024年2月27日发(作者：南门松)

运料小车自动往返控制系统的应用毕业设计

摘要 .....................................................

错误!未定义书签。

ABSTRACT ...................................................

错误!未定义书签。

1 绪论 ........................................................................

1.1

选题意义 .................................................................. 1

1.2

运料小车的发展概况 ........................................................ 1

1.3本文研究的目的 ............................................................ 1

2 运料小车自动往返控制系统的设计与要求 ................................... 3

2.1

控制系统概况 .............................................................. 3

2.2

系统要求 .................................................................. 4

2.3

控制要求 .................................................................. 4

3 方案论证.................................................................... 5

3.1

方案论证 .................................................................. 5

3.2

设计思想 .................................................................. 5

3.2.1 功率驱动电路 ..........................................................

3.2.2 电子控制显示电路 ......................................................

3.2.3 工位输入 ..............................................................

3.2.4 数据的移位 ............................................................

3.2.5 小车的运行 ............................................................

3.2.6 控制面板的显示与复位 .................................................

3.2.7 组态王的监控 ..........................................................

4 PLC程序设计 ............................................................... 8

4.1

PLC硬件设计............................................................... 8

4.1.1 PLC选型 ..............................................................

4.2

PLC软件设计............................................................... 8

4.2.1 编程软件的选择及介绍 .................................................

4.2.2 I/O地址分

配......................................................................................................................9

4.2.3 程序控制流程图.................................................................................................................9

4.2.4 主要指令介绍...................................................................................................................10

4.3

具体运行举例 ............................................................. 11

4.5

系统梯形图 ............................................................... 14

5 系统运行与仿真 ............................................................. 26

5.1

PLC外部接线.............................................................. 26

5.2

PLC程序功能验证 ......................................................... 26

5.2.1 PLC与计算机通信设置 .................................................

5.2.2 计算机与PLC在线连接的建立 ..........................................

5.2.3 下载程序 .............................................................

5.2.4 运行和调试程序 .......................................................

5.3

组态王仿真 ............................................................... 28

5.4

仿真小结 ................................................................. 28

6 结论 ....................................................................... 30

参考文献................................................................... 31

致

............................................................. 错误!未定义书签。

1 绪论

1.1 选题意义

在现代化的工业生产中，实现生产过程自动化的目的就是为了提高生产效率、减轻工人负担、降低成本。工厂常用的地面运输小车，使用方便、简单，是许多中小型企业常用的运料装置。

1.2 运料小车的发展概况

从世界第一台PLC被设计出来到现在，PLC历经几次更新换代，各方面的性能得到了很大完善，技术已经完全成熟。其中运料小车控制系统随着PLC的发展过程经历手动控制、自动控制、全自动控制发展阶段。

随着科学技术的发展，自动化的实现水平在国民经济的发展中起着越来越重要的作用，尤其是对机械行业的生产效率、制造精度、以及可靠性和安全性提出了更高的要求。对于自动运料装置，目前的企业中多采用以下几种运料方式。①机械手加穿梭小车式自动化输送方案②运用机械手进行送料方式③新型的多机连线自动搬运送料④气缸传动，生产效率以及送料准确性都比较低，无法满足具体的生产需要，已经面临淘汰。

1.3本文研究的目的

传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多，故障率高的缺点，且维护维修不易等缺点。作为目前国控制市场上的主流控制器，plc在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。

依据得到的样本分析，初步得出正在使用的众多PLC的品牌中，西门子、三菱及omron占据绝对的优势，60%左右的用户使用了这些品牌的PLC产品，而rockwell/ab、ge-fanuc和富士等品牌也占有相当的市场份额。

考虑到我的毕业设计的实际问题，我选择使用s7-200。S7-200 是一种小型的可编程序控制器。

组态王6.5设计成一个完全意义上的软件平台，允许用户进行功能扩展和发挥，它是一个ActiveX容器，无需编程即可将第三方控件直接连入组态王；组态王6.5不仅是OPC客户端，还是OPC服务器，可向任意支持OPC客户的软件提供数据；组态王6.5中的报警信息可以直接输出到带ODBC接口数据库中，像Access、SQL、Server等；提供了一套动态库，允许用户用VB、VC直接访问组态王的数据库，构

筑功能更加强大的工控系统；组态王6.5还可以和KingPLC 1.0完全集起来，可以做到KingPLC 1.0在后台控制，组态王在前台进行人机界面显示。

综上所述，本着保障人身安全、提高生产效率、节约资金的科学人性化管理的方针下对运料小车进行自动化设计。随着可编程序控制器的应用日益普及，因此本设计中运料小车的控制系统是采用以PLC为核心的自动控制技术来实现的，这不仅大大提高了工作的效率，也使整个过程安全可靠。

、

2 运料小车自动往返控制系统的设计与要求

2.1 控制系统概况

本系统为一小车运输自动生产线流程系统，该小车生产线共有4个工位（S1,S3,S5,S7）以及3个定位灯（S2,S4,S6）。当小车停在原始位置，装有各个工位所需的零部件。依次从左往右的次序运行，逐一供给该工位所需要的零部件，当小车到达最右端后，能够自动的返回，并且实现该工位的物料转移。按次序执行贮存信号的工序，并要求在每一次循环运行中有次序显示信号。监控画面如图1.1所示。

图1.1 运料小车的直线运动控制的监控画面

对监控画面的注释：SD上方对应的圆圈是系统开关开启状态下的显示信号；M1上方对应的圆圈是电动机进行正转的显示信号；M2上方对应的圆圈是电动机进行反转的显示信号；S1、S3、S5、S7上方对应的绿色圆圈为小车在以上各个工位的控制显示灯；S2上方对应的红色圆圈为小车正向运行在工位S1和小车反向运行在工位S3处的定位显示灯；S4上方对应的红色圆圈为小车正向运行在工位S3和小车反向运行在工位S5处的定位显示灯；S6上方对应的红色圆圈为小车正向运行在工位S5和小车反向运行在工位S7处的定位显示灯；四个深绿色方块为分别为S1、S3、S5、S7工位处的检测元件发光二极管和光敏三极管的组合单元，其中两红色方块和小车方块上的一红色条意为他们之间进行交换的光束；在长方形块中，中间蓝色横条为带动小车运行的皮带，皮带上灰色的方块为运行的小车。

2.2 系统要求

①根据控制要求选择PLC 的型号，并分配I/O 端口。

②设计I/O 电路，选择电气元件。

③设计并绘制梯形图，编写程序

④进行模拟调试，利用组态王软件对系统进行监控

⑤设计并绘制整系统的接线图。

⑥编写设计原理，使用说明书，设计小结。

2.3 控制要求

①小车的前进后退是通过电动机的正反转来控制。

②小车的停止位置由各个工位上的控制电路进行控制。

③小车能够按照设计顺序进行运行，供给各工位物料。

④小车的前进，后退中到达各个工位时，要求有指示灯指示。

⑤该系统的一切运行情况应该通过组太软件建立监控显示系统,能够实时显示运行工位情况。

3 方案论证

3.1 方案论证

在设计时，我曾用到四个方案，由于数据输入、比较输出、小车运行及显示方面的程序在调试时可以通过，因此，这四个方案都是基于数据移位来选择的。

①方案一：开始时，考虑的是一般较为习惯的继电器控制电机和利用限位开关等实物控制系统，系统可以实现我所需要的功能。当时，考虑到经济性和系统更变较为不便。因此，我放弃了该方案。

②方案二：抛弃了方案一后，我开始寻求一种软件更改方便的方法。利用电子线路实现电机正、反转以及定位等。此种方法的设计程序较为难点，结果把所用到的功能指令都接于主母线上，但在调试时，则出现了第三，第四个输入信号错位的现象。

③方案三：把该部分的程序改以步进方式执行，并使该步进不断循环执行。但到了调试运行时，当输入一个数据时，便会使该数据连续执行多次，在苦思不通后终于决定放弃该方案，而且也由于该方案的步数较多，所用语句也十分多，所以该方案就算能通过也不是最佳选择。

④方案四：接着，我尝试使用计数器来移位数据，而不使用数据寄存器，但用计数器则存在不能同时输入两个相同信号的问题，最后，由于想到这不能符合课题要求，所以，也放弃了该方案。

⑤方案五：最后，我综合上述方案的经验，使用类似于步进的方法，在主母线上分步执行。并使用定时器制作脉冲，不断使移位程序重复执行，并设置互锁，使输入按钮按一次只能输入一个信号，必须放开按钮后，再按才可再次输入。改动后，经调试，证明该方案可行，所以我选择了该方案。

3.2 设计思想

设计本课题时，我计划采用如下思路：

首先，在设计功能这方面全部采用电子设备，通过H型驱动电路和软件实现电机的正反转，取代以往的继电器，同时在定位和控制灯方面也采用电子设备和软件配合方法实现。其次，各工位的输入和各个工位的指示都由软件实现，接着是数据的移位，以此来实现输入数据的优先级别。跟着便是数据的比较输出，接下来便是各个工位的小车工序。最后，便是显示程序和手动及自动复位程序，以及组态王软件的监控显示系统完善，以提高整个系统的可视性和操作性能。

3.2.1 功率驱动电路

电机的正反转是同过软件部分输出的不同要求时实现，当输出（Q0.0=1）时，即M1为低电平，电机正转（运动小车实现从左往右的运动）；当输出（Q0.1=1）时，即M2为低电平，电机获反向电压而反转（运动小车实现从右往左的运动）。

具体功率驱动电路电气原理图，详见图3.1。

图3.1 驱动电路

该电气原理图的具体工作原理如以下介绍：

采用24V直流电压，通过LM317T进行电压调节后其输出电压大致在7V，当软件输出（Q0.0=1）即M1为低电平时，芯片CD4011（四2输入与非门应用电路）的1、2脚都为低电平，其与非门输出为高电平并输出到芯片的9脚和H型功率驱动电路的三极管1和三极管4的基极，此刻M2没有电平输出即2号与非门输出电平也是低电平，这样3号与非门输出为高电平驱动三极管9013，H型功率驱动电路获得电压，电机获电正传；当软件输出（Q0.1=1）即M2为低电平时，芯片CD4011（四2输入与非门应用电路）的5、6脚都为低电平，其与非门输出为高电平并输出到芯片的8脚和H型功率驱动电路的三极管2和三极管3的基极，此刻M1没有电平输出即1号与非门输出电平也是低电平，这样3号与非门输出为高电平驱动三极管9013，H型功率驱动电路获得电压，电机获电反传。

3.2.2 电子控制显示电路

通过该电路和软件实现了对运动小车的位置控制和位置指示灯控制，具体电路详见图3.2。

具体工作原理：在该电路中发光二极管D1,D2,D3,D4都一直处于发光状态。现在以小车运动到S1处为列。当小车运动到S1处时，由于小车车身上携带有反光面板反射发光二极管的光束到光敏三极管上，致使光敏三极管导通。这样24V电压经270K欧姆和100欧姆的电阻分压供给三极管T1基极，三极管T1导通。此刻发

光二极管D11发光，S1获得低电平信号给软件部分，软件运行控制定位灯的发光时间。

图3.2 控制电路

3.2.3 工位输入

工位的输入不再是通过限位开关来实现，而是利用运料小车自身携带的反光面板进行光束反射后使光敏三极管通断来实现。4个工位S1,S2,S3,S4分别通过输入过程映像寄存器的0字节1、2、3、4位（即I0.1,I0.2,I0.3,I0.4）来进行检测输入信号。

3.2.4 数据的移位

数据移位是利用移位寄存器SHRB进行移位，当进行第一次扫描后便移入一个高电平，并且通过Q0.0来实现小车在哪个循环阶段以及哪个工位进行正传和反转。

3.2.5 小车的运行

这一步是把小车的程序分为3个部分，分别对应每一种运行状态（正传、反转和中途方向改变），当比较输出时得出与哪个数字相等，则有选择性地执行某个小车程序。

3.2.6 控制面板的显示与复位

该步是利用发光二极管通电状态来进行控制，以PLC的输入过程映像寄存器的0字节1、2、3、4位（即I0.1,I0.2,I0.3,I0.4）对4个工位S1,S2,S3,S4位置分别进行检测输入信号，还利用输出过程映像寄存器的0字节2、3、4位对定位控制的发光二极管进行控制显示。通过软件对电机正、反转和复位进行控制。

3.2.7 组态王的监控

运行组态王的工程浏览器—系统仿真中建立画面：小车仿真。通过设置各个图框的运行条件来实现运行监控。

4 PLC程序设计

4.1 PLC硬件设计

4.1.1 PLC选型

考虑到设计本课题的实际要求，输入输出端子决定采用西门子S7-200并且采用CPU 224 CN便能满足要求。

CPU 224 CN的大致技术规如下：

本机数字量I/O：14入/10出；扩展模块数量：7；用户程序区/KB: 8；数据存储区：8；用户数据存储区/B：8192；数据存储区/B：8192；RS-485通信口个数/个：1，等等这些规都达到了本次设计的要求。

SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。西门子s7-200特点：

极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的置集成功能，

实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。

4.1.2 S7-200PLC的CPU容量的介绍

S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供给使用。集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出， CPU 224，CPU 226分别输出280，400mA。可用作负载电源。

4.1.3 S7-200电源模块，数字输入模块，数字输出模块介绍

集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出， CPU 224，CPU 226分别输出280，400mA。可用作负载电源。

不同的设备类型：CPU 221~226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。

本机数字量输入/输出点： CPU 221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点。CPU 226具有24个输入点和16个输出点。

4.2 PLC软件设计

4.2.1 编程软件的选择及介绍

在选择PLC机型，主要考虑以下几个方面：

①功能的选择。I/O点数的确定，统计被控系统的开关量、模拟量的I/O点数，并考虑以后的扩充（一般加上10%-20%的备用量），从而选择PLC的I/O点数和输出

规格。

②存的估算：存储容量=开关量输入点x10+开关量输出点x8+模拟通道数x100+定时器/计数器数量x2+通信接口数x300+备用量

在本次设计中，所用到的I/O点数分别都为5个;存的存储容量=5x10+5x8+0x100+16x2+1x300+2000=2412 B

在对上述系统功能进行综合分析后，考虑输入输出端子决定采用西门子S7-200并且采用CPU 224 CN便能满足要求。 SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

4.2.2 I/O地址分配

小车的运行状态是根据课题要求布置各工位的位置以及小车的开始位置，并使各控制开关对应于PLC 的输入和输出端口，以方便接线（见表4.1）如下。小车的运行状态图1.1。

表4.1 输入/输出列表

输入

I0.0

输出

Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

S1 S3 S5 S7

其中SD为系统的总开关;M1为电机正转的显示信号；M2为电机的反转的显示信号。

4.2.3 程序控制流程图

当电机正转的时候，运料小车从左至右运行，从工位S1-S3-S5-S7。当电机反转的时候，运料小车从左至右运行，即是S7-S5-S3-S1.而S2，S4，S6是显示运料小车所在的位子，比如，S2显示灯亮的时候可以是运料小车从左至右到S3或者是运料小车从右至左到工位S1。

s1工位

S3工位

反转正转

右至左左至右

S5工位

S7工位

图4.2 运料小车自动往返控制流程图

4.2.4 主要指令介绍

①数据输入

该步的原理是使用I0.1、I0.2、I0.3、I0.4作为数据的输入端口，当小车到达S1工位时，则把数字0 输入到I0.1中;当小车到达S3工位时，则把数字2 输入到I0.2 中;当小车到达S5工位时，则把数字3 输入到I0.3中;当小车到达S7工位时，则把数字4 输入到I0.4 中。并在各工位输入按钮中设置互锁，使最先按下按钮的工位数据优先输入，在未放开按钮时，其它工位的按钮输入无效。

②数据移位

该步的原理是通过对一个移位寄存器来实现对小车在循环运行中能够在不同的工位进行正反转，这样通过软件实现功能起来方便快捷，稳定性高.具体工作步骤如下：当该系统进入第一次扫描时，在SM0.1下降沿（由高电平变为低电平）将位存储器M30.0的高电平移位给位存储器M23.0，这样后就保持该高电平直到小车第二次正向运行。当小车进入第二次正向运行时，在位存储器Q0.0的上升沿（由低电平变为高电平）进行一次移位，将位存储器M23.0的高电平移位给位存储器M23.1，这样后就保持该高电平直到小车第三次正向运行。当小车进入第三次正向运行时，在位存储器Q0.0的上升沿（由低电平变为高电平）再次进行一次移位，将位存储器M23.1的高电平移位给位存储器M23.2，这样后就保持该高电平直到小车第四次正向运行。当小车进入第四次正向运行时，在位存储器Q0.0的上升沿（由低电平变为高电平）再次进行一次移位，将位存储器M23.2的高电平移位给位存储器M23.3，此时，将以M23.0为起始位的连续4个位的位存储器复

位，循环运行结束。

4.3 具体运行举例

当要运行系统时，将开关拨到开启状态即I0.0为高电平，此时功率驱动电路

与电子控制显示电路都获电，LE放光二极管都发光并且电动机正转，小车进入正向运行。

①小车正向运行从S1-S3-S5-S7过程，详细过程如下所述。

当小车正向运行到S1工位时，通过小车自身携带的反光面板对发光二极管所发出的光进行反射，反射到光敏三极管上致使导通，这样V+电压基本全部加到30K电阻，此电压在经过100欧姆和270K电阻分压后施加给三极管2N5551的基极，致使其导通，S1处的发光二极管（控制灯）正向导通发光并且S1处的信号输入端子I0.1获得高电平输入到程序。在网络2中，I0.1获得低电平时就会让位存储器M20.0置位，此时，延时定时器T37、T38获得触发信号，分别经过设定的延时时间后置位。在T38延时600ms后置位，位存储器Q0.2置位，定位灯（发光二极管）熄灭。在T37延时1.2s后置位，给位存储器M21.0置位，这样位存储器M20.0复位，Q0.2也复位，定位灯亮，这样在两个延时定时器的作用下可以设定定位灯的熄灭时间。当小车继续正向运行，当小车自身携带的反光面板离开发光二极管区域时，三极管2N5551截止，控制灯的二极管熄灭，I0.1获得高电平。

当小车正向运行到S3工位时，通过小车自身携带的反光面板对发光二极管所发出的光进行反射，反射到光敏三极管上致使导通，这样V+电压基本全部加到30K电阻，此电压在经过100欧姆和270K电阻分压后施加给三极管2N5551的基极，致使其导通，S3处的发光二极管（控制灯）正向导通发光并且S3处的信号输入端子I0.2获得高电平输入到程序。在网络6中，I0.2获得低电平时就会让位存储器M20.1置位，此时，延时定时器T39、T40获得触发信号，分别经过设定的延时时间后置位。在T40延时600ms后置位，位存储器Q0.3置位，定位灯（发光二极管）熄灭。在T39延时1.2s后置位，给位存储器M21.1置位，这样位存储器M20.1复位，Q0.3也复位，定位灯亮，这样在两个延时定时器的作用下可以设定定位灯的熄灭时间。当小车继续正向运行，当小车自身携带的反光面板离开发光二极管区域时，三极管2N5551截止，控制灯的二极管熄灭，I0.2获得高电平。

当小车正向运行到S5工位时，通过小车自身携带的反光面板对发光二极管所发出的光进行反射，反射到光敏三极管上致使导通，这样V+电压基本全部加到30K电阻，此电压在经过100欧姆和270K电阻分压后施加给三极管2N5551的基极，致使其导通，S5处的发光二极管（控制灯）正向导通发光并且S5处的信号输入端子I0.3获得高电平输入到程序。在网络10中，I0.3获得低电平时就会让位存储器

M20.2置位，此时，延时定时器T41、T42获得触发信号，分别经过设定的延时时间后置位。在T42延时600ms后置位，位存储器Q0.4置位，定位灯S6（发光二极管）熄灭。在T41延时1.2s后置位，给位存储器M21.2置位，这样位存储器M20.2复位，Q0.4也复位，定位灯亮，这样在两个延时定时器的作用下可以设定定位灯的熄灭时间。当小车继续正向运行，当小车自身携带的反光面板离开发光二极管区域时，三极管2N5551截止，控制灯的二极管熄灭，I0.3获得高电平。

当小车正向运行到S7工位时，通过小车自身携带的反光面板对发光二极管所发出的光进行反射，反射到光敏三极管上致使导通，这样V+电压基本全部加到30K电阻，此电压在经过100欧姆和270K电阻分压后施加给三极管2N5551的基极，致使其导通，S7处的发光二极管（控制灯）正向导通发光并且S7处的信号输入端子I0.4获得高电平输入到程序。在网络14中，I0.4获得低电平时就会让位存储器M20.3置位，此时，延时定时器T43、T44获得触发信号，分别经过设定的延时时间后置位。在T44延时600ms后置位，给位存储器M22.0进行置位，这样就对正转位存储器Q0.0进行复位，结束正向运行。在T43延时1.2s后置位，给位存储器M21.3置位，而且现在电动机已经处于停止状态，这样就对反转位存储器Q0.1进行置位并对位存储器M20.3复位，小车进入反向运行状态并对位存储器M22.0复位。但是此刻小车仍然处在S7工位，位存储器I0.4依然的低电平。在网络21中，I0.4获得低电平时就会让位存储器M20.4置位，此时，延时定时器T45、T46获得触发信号，分别经过设定的延时时间后置位。在T46延时600ms后置位，位存储器Q0.4置位，定位灯S6（发光二极管）熄灭。在T45延时1.2s后置位，给位存储器M21.4置位，这样位存储器M20.4复位，Q0.4也复位，定位灯亮，这样在两个延时定时器的作用下可以设定定位灯的熄灭时间。当小车继续反向运行，当小车自身携带的反光面板离开发光二极管区域时，三极管2N5551截止，控制灯的二极管熄灭，I0.4获得高电平。

②小车反转从S7-S5-S3-S1运行过程，详细过程如下所述。

当小车反向运行到S5工位时，通过小车自身携带的反光面板对发光二极管所发出的光进行反射，反射到光敏三极管上致使导通，这样V+电压基本全部加到30K电阻，此电压在经过100欧姆和270K电阻分压后施加给三极管2N5551的基极，致使其导通，S5处的发光二极管（控制灯）正向导通发光并且S5处的信号输入端子I0.3获得高电平输入到程序。在网络24中，I0.3获得低电平时就会让位存储器M20.5置位，此时，延时定时器T47、T48获得触发信号，分别经过设定的延时时间后置位。在T48延时600ms后置位，位存储器Q0.3置位，定位灯S4（发光二极管）熄灭。在T47延时1.2s后置位，给位存储器M21.5置位，这样位存储器M20.5复位，Q0.3也复位，定位灯亮，这样在两个延时定时器的作用下可以设定定位灯的熄灭

时间。当小车继续正向运行，当小车自身携带的反光面板离开发光二极管区域时，三极管2N5551截止，控制灯的二极管熄灭，I0.3获得高电平。

当小车反向运行到S3工位时，通过小车自身携带的反光面板对发光二极管所发出的光进行反射，反射到光敏三极管上致使导通，这样V+电压基本全部加到30K电阻，此电压在经过100欧姆和270K电阻分压后施加给三极管2N5551的基极，致使其导通，S3处的发光二极管（控制灯）正向导通发光并且S3处的信号输入端子I0.2获得高电平输入到程序。在网络27中，I0.2获得低电平时就会让位存储器M20.6置位，此时，延时定时器T49、T50获得触发信号，分别经过设定的延时时间后置位。在T50延时600ms后置位，位存储器Q0.2置位，定位灯S2（发光二极管）熄灭。在T49延时1.2s后置位，给位存储器M21.6置位，这样位存储器M20.6复位，Q0.2也复位，定位灯亮，这样在两个延时定时器的作用下可以设定定位灯的熄灭时间。当小车继续正向运行，当小车自身携带的反光面板离开发光二极管区域时，三极管2N5551截止，控制灯的二极管熄灭，I0.2获得高电平。

当小车反向运行到S1工位时，通过小车自身携带的反光面板对发光二极管所发出的光进行反射，反射到光敏三极管上致使导通，这样V+电压基本全部加到30K电阻，此电压在经过100欧姆和270K电阻分压后施加给三极管2N5551的基极，致使其导通，S1处的发光二极管（控制灯）正向导通发光并且S1处的信号输入端子I0.1获得高电平输入到程序。在网络30中，I0.1获得低电平时就会让位存储器M20.7置位，此时，延时定时器T51、T52获得触发信号，分别经过设定的延时时间后置位。在T52延时600ms后置位，对位存储器Q0.1复位，小车结束反向运行。在T51延时1.2s后置位，给位存储器M21.7置位，而且现在电动机已经处于停止状态并且位存储器M22.0处于复位状态，这样就对正转位存储器Q0.1进行置位并对位存储器M20.7复位，小车进入再一次进入正向运行状态。

但是在小车的循环运行当中，通过一个移位寄存器的移位变化来实现小车在不同工位的实现正/反转。例如在本次设计中的应用：

当PLC程序进入首次扫描时，在特殊存储器SM0.1的下降沿将位存储器M30.0的高电平移位到位存储器M23.0并且一直保持到小车进入下一次正向运行时才进行第二次运行。小车循环进入第二次运行时，在位存储器Q0.0的上升沿将位存储器M23.0的高电平移位到位存储器M23.1并且一直保持，当运行到S5工位时，就对位存储器M22.0进行置位，结束电动机的正转和对Q0.1就行置位，使电动机反转。而到达S3工位时，就对位存储器Q0.1进行复位，此刻位存储器M22.0处于复位状态，电动机再次进入正向运行即Q0.0置位。在它的上升沿时也将位存储器M23.1的高电平移位给位存储器M23.2。在这第三次循环运行中，一直运行到S7工位后才反向运行，但是仅仅反向运行到S5工位就再一次进入正转运行。进入第四次正

向循环运行时，就将位存储器M23.2的高电平移位给位存储器M23.3，这样就会将M23.0复位，结束整个循环运行。

4.4 系统梯形图

网络1

当系统开关处于开起状态并且小车未到达S7工位时，电动机正转，通过Q0.1非实现互锁功能，提高未定性

网络2

在电动机正转的情况下，小车到达S1工位，位存储器M20.0置位并自保持

网络3

位存储器M20.0置位后，延时定时器T37延时1.2S导通，延时定时器T37延时600ms导

通

网络4

电动机正转过程中，通过T38延时600ms，电动机反转过程中，通过T50延时600ms，并且自保持实现定位灯熄灭600ms

网络5

在延时定时器T37延时1.2s后，给位存储器M21.0置位，结束小车在S1工位的所有工作，继续运行

网络6

在电动机正转的情况下，小车到达S3工位，位存储器M20.1置位并自保持

网络7

位存储器M20.1置位后，延时定时器T39延时1.2S导通，延时定时器T40延时600ms导通

网络8

电动机正转过程中，通过T40延时600ms，并且自保持实现定位灯熄灭600ms

网络9

在延时定时器T39延时1.2s后，给位存储器M21.1置位，结束小车在S3工位的所有工作，继续运行

网络10

在电动机正转的情况下，小车到达S5工位，位存储器M20.2置位并自保持

网络11

位存储器M20.2置位后，延时定时器T41延时1.2S导通，延时定时器T42延时600ms导通

网络12

电动机正转过程中，通过T42延时600ms，电动机反转过程中，通过T46延时600ms，并且自保持实现定位灯熄灭600ms

网络13

位存储器M20.3置位后，延时定时器T43延时1.2S导通，延时定时器T44延时600ms导通

网络14

在电动机正转的情况下，小车到达S7工位，位存储器M20.3置位并自保持

网络15

位存储器M20.3置位后，延时定时器T43延时1.2S导通，延时定时器T44延时600ms导通

网络16

在延时定时器T43延时1.2s后，给位存储器M21.3置位，结束小车在S7工位的所有工作

网络17

在延时定时器T43延时1.2s后，给位存储器M21.3置位，结束小车在S7工位的所有工作

网络18

在电动机一进入反转运行时，就对位存储器M22.0复位

网络19

当小车运行到达S7工位或者在循环运行中第二次正向运行到S5工位就对Q0.1置位并自保持

网络20

当小车运行到达S1工位或者在循环运行中的第二次反向运行到S3工位以及第三次反向运行到S5工位就给电动机反转信号Q0.1复位

网络21

小车在S7工位时，电动机进入反转状态，使为存储器M20.4置位并自保持

网络22

位存储器M20.4置位后，延时定时器T45延时1.2S导通，延时定时器T46延时600ms导通

网络23

在延时定时器T45延时1.2s后，给位存储器M21.4置位，结束小车在S7工位的所有工作，继续反向运行

网络24

在电动机反转的情况下，小车到达S5工位，位存储器M20.5置位并自保持

网络25

位存储器M20.5置位后，延时定时器T47延时1.2S导通，延时定时器T48延时600ms导通

网络26

在延时定时器T47延时1.2s后，给位存储器M21.5置位，结束小车在S5工位的所有工作.，继续反向运行

网络27

在电动机反转的情况下，小车到达S3工位，位存储器M20.6置位并自保持

网络28

位存储器M20.6置位后，延时定时器T49延时1.2S导通，延时定时器T50延时600ms导通

网络29

在延时定时器T49延时1.2s后，给位存储器M21.6置位，结束小车在S3工位的所有工作，继续反向运行

网络30

在电动机反转的情况下，小车到达S1工位，位存储器M20.7置位并自保持

网络31

位存储器M20.7置位后，延时定时器T51延时1.2S导通，延时定时器T52延时600ms导通

网络32

在延时定时器T51延时1.2s后，给位存储器M21.7置位，结束小车在S1工位的所有工作

网络33

当系统开关进入开关状态，没有进行任何运行的情况下，对位存储器M30.0置位

网络34

在进行初次扫描时，通过移位寄存器将位存储器M30.0高电平移位给位存储器M23.0并且仅在循环过程中的电动机正向运行时进行一次移位

网络35

当正向运行4次后，通过位存储器M23.3对以M23.0为起始为的4为存储区进行复位

5 系统运行与仿真

在对系统的仿真中，大致将整个过程分为

①PLC的外部接线

②PLC程序在小车运行中功能的正确性验证；

③组态王中“监控中心”对其的仿真运行。

5.1 PLC外部接线

本次所采用的是S7-200系列中的224CN CPU它的具体技术规如上介绍。

在PLC设计系统中，PLC与仿真试验台各模块的如下：

①公共端V+要求与主机模块电源L+相连；

②输出公共端COM要求与主机模块电源M相连；

③1L、2L、3L、M四点在一起；

④M1与V+（DC24V）相连；

1M 1M

GD GD

S1 S1

S3 S3

S5 S5

S7 S7

1L 1L

M1 M1

M2 M2

S2 S2

S4 S4

CPU 224

Q0.0

I0.0 Q0.1

Q0.0

I0.1 Q0.2

Q0.1

I0.2 Q0.3

Q0.2

I0.3

Q0.3

I0.4

I0.5

Q0.4

Q0.5

L+

Q1.1

I0.0

M M

图5.1 PLC外部接线图

DC 24V

5.2 PLC程序功能验证

双击桌面上的STEP 7-Micro/WIN图标，打开编程软件，在程序区编辑4.4节

的梯形图。

5.2.1 PLC与计算机通信设置

双击指令树的“通信”文件夹中的“设置PG/PC接口”图标，进入“设置PG/PC接口”对话框设置编程计算机的通信参数，具体如下：

①选择通信硬件

打开“设置PG/PC接口”对话框后，在“已使用的接口参数分配”列表框中，选择通信协议，本设计使用PPI多主站电缆，选择“PC/PPI cable (PPI)”,在“应用程序访问点”列表框中，将出现“Micro/WIN-＞PC/PPI cable (PPI)”。

②设置PC/PPI电缆的PPI参数

在“设置PG/PC接口”对话框中单击“属性”按钮，将会出现“属性- PC/PPI

cable (PPI)”对话框，对“站参数”设置：地址（A）设为0；超时（T）设为1S；对“网络参数”设置：传输率设为9.6kbps；最高站地址设为31。单击“本地连接”选项卡，选择连接PC/PPI电缆的计算机的RS-223C通信接口（COM口）。设置完成后点击“确定”按钮。

③设置S7-200的波特率和站地址

双击指令树中“系统块”文件下的“通信端口”图标，将打开设置S7-200的通信参数的选项卡，设置如图5.2。

图5.2 系统块中的通信端口设置

5.2.2 计算机与PLC在线连接的建立

在STEP 7-Micro/WIN中双击指令树中的“通讯”，将出现“通讯”对话框。双击对话框中“双击刷新”旁边的蓝色箭头组成的图标，编程软件将自动搜索连接在网络上的S7-200地址。点击“确定”完成连接。

5.2.3 下载程序

计算机与PLC建立起通信连接后，可以将程序下载到PLC中去。

执行菜单命令“文件”中的“下载”，将会出现下载对话框，在确定远程地址时，点击“下载”按钮，开始下载数据。

注意：下载应在STOP模式进行，下载时可以将CPU自动切换到STOP模式，下载结束后可以自动切换带RUN模式。

5.2.4 运行和调试程序

下载程序后，将PLC的工作模式开关拨到RUN位置，“RUN”LED亮，此刻将小车运行开关拨到开启状态，程序开始运行，小车按照程序设定要求进行运行。运行情况可详见附录。

5.3 组态王仿真

在对画面中所需进行动画连接的图素定义后，选择“开发系统”中的“文件”菜单的“全部存”，然后再次选择“文件”菜单的“切换到View”，进入“运行系统”窗口，点击“画面”菜单中的“打开”选项。选中“小车仿真”单击“确定”按钮。进入到运行仿真画面，就可以实时的监控系统运行情况。

图5.3 打开画窗口

注意：

①保证PLC与组态王通信时双方使用相同的波特率；

②PLC的编程软件与组态王共用同一个串行通信接口与PLC通信，但是PLC同时只能与二者之一通信。因此，下载结束后应关闭编程软件。如果编程软件要与PLC通信，应关闭组态王的运行系统。

5.4 仿真小结

通过这次仿真实验，验证了设计的PLC程序的正确性，对设计要求都能够顺利完成。在设计、仿真中，不仅对PLC理论知识进行了巩固加深，而且还对系统中PLC的外部接线和PLC与计算机的通信都有了掌握；更重要的是对以前接触比较少的组态王软件有了深入了解，掌握了定义画面、定义变量、动画连接以及运行

仿真等。

在仿真过程中也遇到了问题：

①在PLC程序设计上如何实现小车的循环运行以及每次循环位置的起始/终止点?

解决方案：采用一个移位寄存器（SHRB）进行移位控制，即在首次扫描时，将指定的位存储器的高电平移入指定位存储器的最低位，而每一次移位仅在电动机进行正转时。这样不同的循环过程中，以指定位存储器的最低位后的地址值就不同，就可以通过这个位的高电平来进行循环设置。

②在进行组态仿真时，总是不能实现组态软件与PLC的通信，并“信息窗口”中显示“通信端口COM1”中断。

解决方案：下载结束后，将PLC编程软件关闭即可。

6 结论

本文以组态王在PLC小车运行控制为设计目标，针对PLC设计和组态王设计的特点，分别从系统综合分析，系统板块的PLC程序设计，系统板块的组态王仿真设计以及对整个系统的运行、仿真等几个方面设计了原始资料中的小车运行控制的电气部分。

①对整个系统作了较深入的分析，研究了该系统所承担的运行情况以及运行要求的更改等情况。

②在已知运行状况下，通过采用电子驱动和控制，取缔以往的继电器、限位开关等硬件，进而提高系统稳定性、可操作性以及可更改性，尽量地从公司的角度出发降低运行成本。

③在PLC程序中做到了“精、简”要求，例如仅仅通过一个移位寄存器就实现循环系统的自动循环功能。采用组态王进行仿真，能够真实地可靠地实时监控改系统，对故障的分析度提高。

组态王在PLC小车运行控制的设计虽说在PLC设计方面是比较传统的领域，但是，它关系到用户运行系统的的稳定性和可靠性，所以它的设计的准确性还是不容小视的。

参考文献

[1] 王宇．PLC电气控制与组态设计［Ｊ］，：电子工业，2010．

[2] 郁汉琪，郭键．可编程序控制器原理及应用［J］，：中国电力，2004：50-200．

[3] 徐世许．可编程序控制器原理应用网络［Ｊ］，：中国科学技术大学，2001：152-180．

[4] 立定．电气控制与可编程序控制器［M］，：华南理工大学，2001：150-300．

[5] 侯志林 . 过程控制与自动化仪表［M］，：机械工业，1999.11.

[6] 高安邦，等.机床电气与PLC控制技术项目教程[M].：机械工业，2010.1.

[7] 高安邦，等.机电一体化系统设计实例精解[M].：机械工业，2008.

[8] 高安邦，等.机电一体化系统设计禁忌[M].：机械工业，2008.

[9] 徐建俊.电机与电气控制项目教程[M].：机械工业，2008.

[10] 昭辉，福详，高安邦.数控机床的机电一体化改造设计[J].电脑学习，2006.

[11] 高安邦，杜新芳，高云.全自动钢管表面除锈机PLC控制系统[J].电脑学习，1998.

[12] 邵俊鹏，高安邦，司俊山.钢呸高压水除鳞设备自动检测及PLC控制系统[J].电脑学习，1998（3）.

[13] 莉，高安邦.全自动集成式燃油锅炉燃烧器的研制[J].电脑学习，1998（2）.

[14] 马春山，智淑亚，高安邦.现代化高速话缆绝缘线芯生产线的电控（PLC）系统设计[J].基础自动化，1996（4）.

[15] 高安邦，永焕，勇.同位素分装机PLC控制系统[J].电脑学习，1995（4）.

[16] 贺哲荣.机床电气控制线路试图技巧[M]. ：机械工业，2005.

[17] 周建清.机床电气控制[M].：机械工业，2008

[18] 志熊.金属切削机床[M].：机械工业，2008