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基于PLC的小车自动往返控制系统设计

针对当前小车在运动过程中控制精度低、自动化水平低等问题，论文以自动往返运动小车为研究对象，在分析了可编程逻辑器特点的基础之上，开展了基于PLC的小车自动往返控制系统的硬件设计、软件设计，最后对进行了总结，为自动往返小车的运行提供了一种可行方案。

标签：PLC，控制系统，小车

1.引言

在实际工业生产过程中，运动小车的控制技术水平不仅影响生产成本，同时严重制约着生产效率及产品质量。在影响产品质量的因素中，除材质等因素外，运动小车的自动化程度也是其中之一。早期的小车控制技术，大多都是接触器、继电器、形成开关等元器件，这些元器件组成的系统的控制精度不高，再加上人为因素增大了其随意性、降低了运动精度等。随着控制技术的发展，再加上人们对小车自动化控制的要求越来越高，相应的控制技术也逐步被应用。可编程逻辑控制器凭借自身精度高、稳定性好、编程容易等独特优势，已逐步取代传动的电路控制，成为控制技术领域的主流产品。基于当前市场背景，研发一套实用意义强的小车自动往返控制系统势在必行。

2.系统方案设计

2.1plc控制技术的概述。

可编程逻辑控制器作为人类社会发展过程中一项重要发明，从第一台PLC控制器问世至今，已被应用于各行各业，尤其是近些年来，伴随着先进技术的不断涌现及编程软件的不断优化，编程方式越来越容易，控制成本越来越低，plc控制技术应用也越来越广泛。

2.1.1PLC控制技术的特点。

可编程逻辑控制控制技术作为一种目前应用最广的控制技术，相比其他控制技术，可编程逻辑控制技术有其独特的优势，具体如下：

2.1.3控制系统的总体方案设计。

通过对自动往返小车控制系统工艺流程和结构特点的分析，依据实际控制需求，该控制系统可分为过程控制和直接控制。基于以上所述，该自动往返小车的控制系统方案如图所示。其中可编程逻辑控制器为该系统的核心，直接通过导线连接完成与相关设备的对话。

3控制系统硬件设计

3.1.2plc类型的选择与应用.

基于本课题的控制对象，用于该控制系统的可编程逻辑控制器要具有一定数字量的输入输出能力，方能满足该课题控制要求，具体功能如下：

（1）数字量输出点：通过控制KM1及KM2的线圈，来实现三相异步电动机的正反转，该控制共需要2个数字输出点。

（2）数字量输入点：左行启动按钮、右行启动按钮、停止按钮、右行限位、左行限位，该控制点共需5个数字输入点。

基于以上分析，该控制系统选择西门子s7-200系列PLC，该系列PLC较其他系列PLC优势明显，具体表现在价格低廉、安装简便、功能强大、通用性强、通讯功能强大等方面，完全能满足该控制系统的控制要求。而且该系列PLC拥有众多CPU类型，各CPU模块又有其独特优势，具体如下表：

从上表可以看出，不同CPU型号不同，其功能也有较大区别，对比以上各CPU模块，考虑到该系统实际控制要求，不难看出CPU224XP拥有2个RS485通讯接口，一个接口可以下载PLC程序，另一个接口可以在下载程序的同时，用于其它；拥有14个输入10个输出I/O点，完全满足该激光自动焊接的控制要求。[5]综上所述，本課题选择了西门子CPU224XP为该激光自动焊接机的控制核心。

3.2驱动电机的选型与应用。

基于以上分析，根据本课题的控制要求用于该控制系统的电机，在选型时，需要考虑以下几个方面：是否双向运行、功率、成本等。经过一系列的分析对比，本控制系统最终选用动源三相异步电动机，具体型号Y90S-2，详细参数如下表所示：

3.3.1行程开关的确定。

行程开关是通过运动小车的撞击以发出命令的控制命令的控制单元，经常被用于极限位置、运动方向等控制。根据小车运动及控制需求情况，行程开关型号确定为CSA-012。其外形结构如图所示：

3.4控制系统电气原理图设计。

本小节主要根据该系统的控制要求，完成电气原理图的绘制，具体内容主要有两部分，控制电路主要包括右行启动按钮、左行启动按钮、停止按钮、右限位行程开关、左限位行程开关及交流接触器与PLC的连接；主电路主要包括电机、热保护继电器、空气开关、交流接触器、熔断器之间的连接。具体原理图如下：

4.控制系统软件设计

4.2.1可编程逻辑控制器控制的总体框架

本课题所设计的控制系统中，为保证小车的正常运行及自动往返的完美，可编程逻辑控制器必须具备自我检测、自我判断、自我处理以及上电初始化等[7]。基于此，该系统控制流程图如下：

4.2.2输入输出I/O点分配。

基于以上论述，本控制系统共需要5个输出数字量类型点，2个输入数字量类型点，具体分配如表所示：

4.2.3程序设计。

本系统控制程序主要由网络一、网络二两个网络组成。其中网络一主要是实现小车向右行驶，为防止操作人员的误操作，在右行指示Q0.0前添加相应保护指令。其