机械仪表]基于plc的运料小车控制系统设计

机械仪表]基于plc的运料小车控制系统设计内容摘要：

个 30KHz 6 个 30KHz 4 路 30 KHz 6 个 30KHz 2 路 200KHz 高速计数器双相 2 路 20 KHz 4 路 20 KHz 3 路 20 KHz 4 路 20 KHz 1 路 100 KHz 高速脉冲输出 2 路 20KHz （仅限于 DC 输出） 2 路 20KHz （仅限于 DC 输出） 2 路 100KHz （仅限于 DC 输出） 2 路 20KHz （仅限于 DC 输出） 通讯接口 1*RS485 1*RS485 2*RS485 2*RS485 外部硬件中断 4 4 4 4 支持的通讯协议 PPI， MPI，自由口， Profibus DP PPI， MPI，自由口， Profibus DP PPI， MPI，自由口， Profibus DP PPI， MPI，自由口， Profibus DP 模拟电位器 1 个 8 位 分辨率 2 个 8 位 分辨率 2 个 8 位 分辨率 2 个 8 位 分辨率 实时时钟 可选卡件 内置时钟卡 内置时钟卡 内置时钟卡 外形尺寸 /mm（ WHD） 908062 8062 1408062 1968062 PLC 主要由 CPU模块、输入模块、输出模块、编程装置组成，这些模块可以按照一定规则组合配置。 图 31 PLC 的组成框图 PLC 对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。 目前， PLC已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的推广应用。 PLC 是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 1. 可靠性高，抗干扰能力强 6 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术， 当 出现故障时可及时发出警报信息。 例如西门子公司生产的 S7 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。 一些使用冗余 CPU的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。 此外，在应用软件中，还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的 电路及设备也获得故障自诊断保护 ，从而提高了 整个系统 的可靠性。 2. 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 不仅 可以用于各种规模的工业控制场合 ， 如 位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中 ， 因其 具有完善的数据运算能力， 还 可用于各种数字控制领域。 加上 PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。 它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地 实现继电器电路的功能。 4. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 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，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、小批量的生产场合。 5. 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100 mm，重量小于 150 g，功耗仅数瓦。 由于体积小，很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 PLC 选择 在设计 控制 系统 中， PLC用到了 8个输入点 、 6个输出点 、 1个模拟量输入点 以及 1个模拟量输出点 控制运料小车的运动。 因此， 依据运料小车控制系统的工艺流程、实际控制需求以及输入输出变量特点， 选用 了 西门子 S7200系列 PLC CPU224 XPCN控制的运料小车控制系统设计方案。 该 PLC不仅用有 14个输入点和 10个输出点， 还有 1个模拟量输入点和 1个模拟量输出点 ， 利用 PLC控制技术，实现 运料小车两 处装料 、两处卸料 7 的运动 控制 ， 完全能满足设计需求。 传感器的 选择 国家标准 GB766587 对传感器下的定义是： “能感受规定的被 测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。 通常由 敏感元件 和转换元件组成 ”。 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 依据运料小车控制系统的工艺流程、实际控制需求， 本设计选用的是 灰度传感器 ，又称机器人传感器 ， 它 是模拟传感器。 有一只 发光二极管 和一只光敏 电阻 ，安装在同一面上。 灰度传感器利用不同颜色的检测面对光的 反射 程度不同，光敏电阻对不同检测面返回的光其阻值也不 同的原理进行颜色深浅检测。 在有效的检测距离内，发光二极管发出白光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光敏电阻检测此光线的强度并将其转换为 PLC 可以识别的信号。 选用的型号 GS100 的灰度传感器 ，其工作电压 5V，色差越大识别效果越好，具有 8 路灰度检测组元。 表 32 GS100 灰度传感器主要参数 主体外形尺寸 1016mm（高 外直径） 重量 10g 额定电压 直流电源 线长 177。 （有效距离） 检测范围（反射面为白纸） ~（检测面为白纸时检测高为 时 为最佳） 调节方式 多圈电阻式调节，逆时针方向旋转功率变大，顺时针方向 旋转功率变小 返回值 13~190（检测面为白色检测高度为 ；高度和检测面都一样的情况下颜色越浅，返回值越小） 安装方法 单颗 3 螺丝安装 连接方式 单条 3 芯排线， 2510 型 3 脚插头 电机的 选择 伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件动机，是一种补助马达间接变速装置。 伺服电机可 以 使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩转速以驱动控 8 制对象。 在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。 其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 表 33 电机参数表 参数 型号 转矩（不小于） /() 电流 /A 电压 /V 功率 /W 最大空载转速 /(r/min) 重量 /kg 36LY54  210 27 13 3500 55LY53  110 12 1500 160LY51 27 102 160 2K12F 220 1000 90 110SZ01 220 123 1500 701YX 27 900 依据运料小车控制系统的工艺流程、实际控制需求， 本设计是利用 西门子 PLC 输出的模拟量、伺服控制器完成了对 伺服电机 转速精准的控制。 提高了系统控制的可靠性和精确度。 表 33 为部分电机参数表，通过参数对比， 选用的电机型号是 LY 系列 55LY53直流力矩电动机。 9 4 功能分析 传感器原理及算法 传感器是机器的检测 元件 ，相当于 人的眼睛、鼻子等感觉器官，能及时的机器周围的情形反映到中央处理器中， 使 机器 根据不同信息作出相应动作。 比如，在运料小车中，灰度传感器是检测小车路径的主要元件，它能检测出路径的变化，并及时反馈信息，做出相应的措施。 因此， 不同 传感器 所处理的信息也不相同。 在本设计中， 根据小车行驶路径图，为满足小车的工作能正常运行， 图 41 是传感器的位置分布图。 图 41 传感器分布位置 寻迹传感器组成及原理 运料小车上装有寻迹传感器，该传感器由 6 个红外反射式开关构成，位于车体的前端。 在寻迹传感器的前端用 2 个传感器用来 检测各个站点的 “停止线 ”， 在寻迹传感器的后端有 4 个传感器，用来检测场地的轨迹，调整运料小车行走路线和姿态，实现沿着轨迹行走。 其原理： 它是模拟传感器，由一只 发光二极管。