plc的运料小车控制系统设计分析
近几十年来，运料小车作为一种新型的仓库运输设备，由于其成本低、效率高、功能强的特点备受行业青睐。车间运料小车采用步进电机作为驱动方式，步进电机控制系统发展迅速并且在传统的自动化控制领域占据重要地位，出现了多种步进电机的控制方式，但这些控制方式并不都有很好的控制效果。有的控制方式控制效率低，有的控制成本高，有的又太过复杂。为了改善这些问题，本设计分析了具有晶体管输出的三菱FX系列PLC与步进电机的特点，采用PLC作为运料小车的控制器，研究了PLC的硬件资源与指令系统，在PLC高速脉冲输出指令和高速脉冲计数功能的基础上，以位置检测光栅尺为系统的反馈环节，以三相步进驱动器为步进电机的驱动环节。本设计使用GX develop软件对程序进行编程和仿真，基本完成了系统的设计要求，并且通过程序的优化使系统的控制精度更为理想，缓解了步进电机的失步现象，使控制效率更高；借助硬件特性减少了步进电机的发热，解决了现实问题，比较真实地模拟了工业现场的流程。
目 录
引言 1
一、绪论 2
1.1国内外发展现状 2
1.2课题的总体规划 2
二、电机控制系统 3
2.1步进电机控制系统 3
2.2两种控制方案的比较 3
三、基于PLC的运料小车控制系统 4
3.1系统的模型结构 4
3.2可编程逻辑控制器的原理及特点 5
3.3步进电机的分类、原理及特点 7
3.4步进电机驱动器的组成 8
3.5光栅尺的结构及原理 8
四、系统的硬件设计 9
4.1硬件选型 9
4.2 PLC的I/O分配 12
4.3系统的接线图 13
五、系统的软件设计 14
5.1程序流程图设计 14
5.2梯形图程序 15
5.3程序仿真 18
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录A 系统接线图 24
附录B 系统梯形图 25
引言
运料小车是一种应用在现代立体仓库中的货物搬运设备，具有速度快 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
、工作方式灵活、成本低的特点。由于运料小车仓库系统采用了贯通式货架，因此去掉了工作巷道，使得空间利用率得到了大大的提升，有效的解决了国内土地资源紧张的难题。
运料小车是以车轮作为行走方式，比其它没有车轮的机器人动作灵敏、安全性能更高。和其它货物运输的机械不同的是，在运料小车的活动范围内不需要建设固定的轨道或者支座架等器材，并且不受场所和时间的限制。
基于PLC的运料小车的控制系统，可以通过上位机发出控制指令来对运料小车进行操控，不仅可以有效地提高运料效率，也可以使小车稳定的工作在某些恶劣的环境。运料小车可以根据需要与叉车或堆垛机组成半自动化立体仓库或全自动化立体仓库，其工作方式的灵活性也让它在物流行业备受青睐。因此，本次设计具有重要的实际意义。
一、引言
1.1国内外发展现状
早在1955年英国人就发明了运料小车，它是利用了简易型的电磁装置作为导引方式。随后运料小车在欧洲迅速普及发展。后来在日韩，也得到了快速的应用。尤其是日本，已经做到了行业的标准化、系列化、流水线生产的程度[3]。
运料小车小车的优点：
自动化程度高：由计算机或工控机等控制。在办公室内工作人员通过远程控制车载计算机配置任务的信息，然后由车载控制器进行相应动作的分配，通过各个机构模块完成任务
可靠性高：运料小车的工作路线可以自由设定，不用人去驾驶，这样就会提高它的工作稳定性。
美观、技术含量高、提高观赏度，从而提高企业的形象。
由于行驶路线确定所以可以节省使用面积，进而减少建筑的投入。
1.2课题的总体规划
步进电机控制系统贯穿于工业自动化、办公自动化等传统的领域，并在向汽车、机器人、监控、打印设备等其他高端智能领域进军。
本设计采用的步进电机是系统的动力输出环节，通过步进电机与丝杠的配合带动小车运行，通过控制步进电机的转动角度控制小车的位移。位置检测传感器可用于检测运动小车是否在原点，若小车到达原点则发出一个开关信号，使步进电机停止运转，结束运动过程。小车位置的精确检测依赖于光栅尺，光栅尺将小车的位置信息转换为脉冲信号反馈给PLC。其设计要求如下：
实现步进电机正反转控制；
运动小车自动往返控制；
基于PLC与步进电机的位置闭环控制：
本课题的创新点是使用先进的光栅尺定位方法，结合PLC的控制方法，来控制运料小车的各个功能。这样使得运料小车运行性能更加的稳定和可靠；另开并且通过程序的优化使系统的控制精度更为理想，缓解了步进电机的失步现象，使控制效率更高。
二、电机控制系统
2.1步进电机控制系统
传统的步进电机控制系统框图是一种开环控制系统，其结构如图2.1所示。
图2.1 步进电机传统控制方式
该控制系统抗干扰能力较弱，各部分之间信号的传递易出现衰减，所以系统的精度不高；若步进电机在高速运行，则急停时容易出现过冲现象，需要对控制加以适当的优化。一般情况下需要加入反馈环节组成控制性能更好的闭环或半闭环控制系统。
2.2两种控制方案的比较
方案一：在上述系统中加入位置反馈控制环节（如图2.2所示）构成单闭环控制系统结构。以光栅尺作为位置反馈环节，然后将负载的位置信息以脉冲信号的形式快速反馈给控制器，再由控制器根据所反馈信息来判断步进电机的具体位置，最后调节传送给步进电机的脉冲控制信号，进而控制步进电机的旋转，来达到精确控制的目的。与开环控制系统相比，该系统形成了控制回路，使其输出影响输入，系统中任何地方产生的误差闭环控制都能进行补偿，使控制更为精准。
图2.2 单闭环控制系统
方案二：在方案一的基础之上，设定增加速度反馈环节（如图2.3所示）从而构成双闭环控制系统。然后光栅尺负责将负载的位置信息反馈给控制器，旋转编码器再将步进电机的速度信息数值反馈给控制器，控制器同时将调节信息送给步进电机脉冲信号的频率和数量，从而达到最优控制。该控制方案比方案一的控制效果更为准确。
目 录
引言 1
一、绪论 2
1.1国内外发展现状 2
1.2课题的总体规划 2
二、电机控制系统 3
2.1步进电机控制系统 3
2.2两种控制方案的比较 3
三、基于PLC的运料小车控制系统 4
3.1系统的模型结构 4
3.2可编程逻辑控制器的原理及特点 5
3.3步进电机的分类、原理及特点 7
3.4步进电机驱动器的组成 8
3.5光栅尺的结构及原理 8
四、系统的硬件设计 9
4.1硬件选型 9
4.2 PLC的I/O分配 12
4.3系统的接线图 13
五、系统的软件设计 14
5.1程序流程图设计 14
5.2梯形图程序 15
5.3程序仿真 18
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录A 系统接线图 24
附录B 系统梯形图 25
引言
运料小车是一种应用在现代立体仓库中的货物搬运设备，具有速度快 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
、工作方式灵活、成本低的特点。由于运料小车仓库系统采用了贯通式货架，因此去掉了工作巷道，使得空间利用率得到了大大的提升，有效的解决了国内土地资源紧张的难题。
运料小车是以车轮作为行走方式，比其它没有车轮的机器人动作灵敏、安全性能更高。和其它货物运输的机械不同的是，在运料小车的活动范围内不需要建设固定的轨道或者支座架等器材，并且不受场所和时间的限制。
基于PLC的运料小车的控制系统，可以通过上位机发出控制指令来对运料小车进行操控，不仅可以有效地提高运料效率，也可以使小车稳定的工作在某些恶劣的环境。运料小车可以根据需要与叉车或堆垛机组成半自动化立体仓库或全自动化立体仓库，其工作方式的灵活性也让它在物流行业备受青睐。因此，本次设计具有重要的实际意义。
一、引言
1.1国内外发展现状
早在1955年英国人就发明了运料小车，它是利用了简易型的电磁装置作为导引方式。随后运料小车在欧洲迅速普及发展。后来在日韩，也得到了快速的应用。尤其是日本，已经做到了行业的标准化、系列化、流水线生产的程度[3]。
运料小车小车的优点：
自动化程度高：由计算机或工控机等控制。在办公室内工作人员通过远程控制车载计算机配置任务的信息，然后由车载控制器进行相应动作的分配，通过各个机构模块完成任务
可靠性高：运料小车的工作路线可以自由设定，不用人去驾驶，这样就会提高它的工作稳定性。
美观、技术含量高、提高观赏度，从而提高企业的形象。
由于行驶路线确定所以可以节省使用面积，进而减少建筑的投入。
1.2课题的总体规划
步进电机控制系统贯穿于工业自动化、办公自动化等传统的领域，并在向汽车、机器人、监控、打印设备等其他高端智能领域进军。
本设计采用的步进电机是系统的动力输出环节，通过步进电机与丝杠的配合带动小车运行，通过控制步进电机的转动角度控制小车的位移。位置检测传感器可用于检测运动小车是否在原点，若小车到达原点则发出一个开关信号，使步进电机停止运转，结束运动过程。小车位置的精确检测依赖于光栅尺，光栅尺将小车的位置信息转换为脉冲信号反馈给PLC。其设计要求如下：
实现步进电机正反转控制；
运动小车自动往返控制；
基于PLC与步进电机的位置闭环控制：
本课题的创新点是使用先进的光栅尺定位方法，结合PLC的控制方法，来控制运料小车的各个功能。这样使得运料小车运行性能更加的稳定和可靠；另开并且通过程序的优化使系统的控制精度更为理想，缓解了步进电机的失步现象，使控制效率更高。
二、电机控制系统
2.1步进电机控制系统
传统的步进电机控制系统框图是一种开环控制系统，其结构如图2.1所示。
图2.1 步进电机传统控制方式
该控制系统抗干扰能力较弱，各部分之间信号的传递易出现衰减，所以系统的精度不高；若步进电机在高速运行，则急停时容易出现过冲现象，需要对控制加以适当的优化。一般情况下需要加入反馈环节组成控制性能更好的闭环或半闭环控制系统。
2.2两种控制方案的比较
方案一：在上述系统中加入位置反馈控制环节（如图2.2所示）构成单闭环控制系统结构。以光栅尺作为位置反馈环节，然后将负载的位置信息以脉冲信号的形式快速反馈给控制器，再由控制器根据所反馈信息来判断步进电机的具体位置，最后调节传送给步进电机的脉冲控制信号，进而控制步进电机的旋转，来达到精确控制的目的。与开环控制系统相比，该系统形成了控制回路，使其输出影响输入，系统中任何地方产生的误差闭环控制都能进行补偿，使控制更为精准。
图2.2 单闭环控制系统
方案二：在方案一的基础之上，设定增加速度反馈环节（如图2.3所示）从而构成双闭环控制系统。然后光栅尺负责将负载的位置信息反馈给控制器，旋转编码器再将步进电机的速度信息数值反馈给控制器，控制器同时将调节信息送给步进电机脉冲信号的频率和数量，从而达到最优控制。该控制方案比方案一的控制效果更为准确。
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