自动往返运料小车控制新版专业系统设计.doc

河南机电高等专科学校
毕业设计（论文）

编号
自动往返运料小车控制系统设计

系 部： 自动控制系
专 业: 电气自动化
班 级: 自 124
姓 名: 张晓需
学 号:
指导老师: 赵新蕖

二零一五年五月

摘 要
运料小车在煤矿、仓库、港口车站、矿井等行业中被广泛应用，而其控制系统就是一个经典PLC系统。传统运料小车大多是继电器控制，而继电器控制有着接线复杂、易出故障、维护维修不易等缺点。为了降低运料小车运行成本,实现自动化控制，应用可编程控制技术作为小车控制系统。
本设计针对电气控制运料小车系统，利用组态软件和西门子S7200 PLC实现对运料小车系统监测和控制。经过现场数据采集，进行集中数据管理，从而实现对自动运料小车系统有效控制，系统状态实时监控，并由上位机生成可视化动态监控界面。方便管理人员对现场管理，提升工作效率。

关键词：运料小车；组态软件；PLC；传感器；

Abstract
Carriage is widely used in coal mine, warehouse, station, port mine and other industries, and its control system is a typical PLC system. The transport cars most of the traditional relay control, relay control with complex wiring, easy maintenance, fault repair defect is not easy. In order to reduce the operation cost of material transport trolley, automatic control system, the application of programmable control technology as the control system of car.
The design for the carriage of electric control system, realize the monitoring and control of material transport trolley system using configuration software and S7200 PLC Siemens.Through the field data acquisition, data management, so as to realize the automatic control of material transport trolley system, real-time monitoring system status, and made the dynamic monitoring interface PC to generate visual. Management to facilitate the management of the site, improve work efficiency.
Keywords: Material transport trolley;configuration software; PLC;  sensor; 

目 录
第1章 绪论 1
1.1 本课题起源、目标和意义 1
1.1.1 本课题起源 1
1.1.2 本课题目标和意义 1
1.2 本课题内容及要求 2
第2章 控制方案选择 3
2.1自动往返运料小车设计思绪 3
2.2 可编程控制器（PLC）及运料小车介绍 3
2.2.1 可编程控制器（PLC）分类 3
2.2.2 PLC工作原理 5
2.3 自动运料小车控制系统 5
2.4 系统硬件配置 6
第3章 控制系统硬件选型 7
3.1 系统硬件选型 7
3.2 PLC选型 8
3.3 传感器选型 9
3.4 步进电机选型 11
第4章 控制系统软件实现 13
4.1 PLC软件开发工具介绍 13
4.1.1   硬件连接及软件安装  13
4.1.2   STEP7-Micro/WIN32软件窗口组件 14
4.2程序步骤 14
第5章 组态设计 16
5.1数据库设计 16
5.2 MCGS和PLC连接 17
5.3 运料小车组态设计 17
5.4 运行调试动画界面 17
第6章 结 论 19
致 谢 20
参考文件 21

第1章 绪论
1.1 课题起源、目标和意义
1.1.1 课题起源
伴随科学技术日新月异，对自动化程度要求越来越高，原有生产线已不能满足要求。在工业生产中运料是一个很关键步骤，不过其岗位对人体伤害较大或是劳动负荷较大。所以运料小车在工业生产中发挥了关键作用，为企业节省了人力、物力等，节省了生产成本提升了经济效益。不过，相比传统接触器、继电器控制运料小车电气控制线路比较复杂，不轻易检修及维护。基于PLC自动运料小车控制系统能够处理上述问题，所以对它设计含有了现实可能性。
运料小车是工厂工业运料关键设备之一，广泛应用于冶金、有色金属、煤矿等行业。早期运料小车电气控制系统多为“继电器一接触器”组成复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺点，几乎无数据处理和通信功效，必需有专员负责操作。现代运料小车基础将控制系统更改为基于PLC关键计算机控制，而且为了更方便对运输现场实施监控，传统指示灯报警和提醒已不能满足要求。大家需要掌握小车实时运行路径、了解小车工作状态、统计小车运行历史并能够随时修改小车运行参数和调用历史数据，还需要根据可视和可控格式，实时传输、管理和显示这些信息。所以，采取组态软件进行实时数据管理和监控显得尤为关键。
1.1.2课题目标和意义
伴随社会飞速发展，大家物质需求日益增加。所以，为了满足大家需求，就要加紧物质生产。控制系统出现及发展，是现代工业向自动化方向发展肯定产物。送料小车是基于可编程控制器（PLC,Programmable logic Controller）控制智能系统，经过了40多年发展应用，已经由手动到自动再到全自动控制。现已进入大家生产生活，为改善大家生活带来了很多帮助。 
企业现代化生产规模不停扩大，使得生产资料输送成为生产物流系统中一个关键步骤。运料小车自动控制正是用来实现输送生产资物系统。在国外，伴随PLC技术发展，生产线上运输控制系统已广泛地采取基于PLC控制系统，有些制造厂甚至还开发研制出了专用逻辑处理控制芯片。现在，中国大部分工控企业运料小车自动控制系统全部是从国外引进，成本高。为了满足现代化生产需要，让PLC技术和自动化技术相结合，充足应用到中国工控企业生产线上，而且在多种环境下全部能够正常工作，本文应用PLC实现对运料小车工作过程自动控制，并仿真实现，从而实现成本低，易控制，安全可靠，效率高设计目标。
1.2 课题内容及要求
本设计关键内容有：确定运料小车控制系统总体设计方案；设计运料小车拖动电机电气控制线路原理图；确定运料小心控制系统PLC型号规格；确定PLC I/O元件，列出 I/O 元件分配表；设计运料小车控制系统PLC I/O 接线图；PLC程序总体结构图和梯形图（包含主程序和中止程序）等。
设计目标：
（1）熟练掌握PLC指令系统，学会部分特殊设备在生产实际中应用。
（2）能使用西门子PLC编程软件及MCGS组态软件。
（3）经过设计牢靠掌握功效表梯形图方法、步骤及绘制梯形图所遵照规则和技巧。学会时序控制程序设计和调试方法。
（4）能够绘制传动系统电气图。

第2章控制方案选择
2.1自动往返运料小车设计思绪
本系统采取西门子SIMATIC系列PLC进行控制，伺服器和交流电机组成传动装置，驱动小车往返往返，用北京昆仑通态企业MCGS(英文说明)作为组态监控界面，实现试验环境下运料小车系统运行。
2.2 可编程控制器介绍
2.2.1 可编程控制器（PLC）分类
  PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC分类，通常依据其结构形式不一样、功效差异和I/O点数多少等进行大致分类。
  1．按结构形式分类
    依据PLC结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。
  （1）整体式PLC  整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件全部集中装在一个机箱内，含有结构紧凑、体积小、价格低特点。小型PLC通常采取这种整体式结构。整体式PLC由不一样I/O点数基础单元（又称主机）和扩展单元组成。基础单元内有CPU、I/O接口、和I/O扩展单元相连扩展口，和和编程器或EPROM写入器相连接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基础单元和扩展单元之间通常见扁平电缆连接。整体式PLC通常还可配置特殊功效单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功效得以扩展。
  （2）模块式PLC   模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有含在CPU模块中）和多种功效模块。模块式PLC由框架或基板和多种模块组成。模块装在框架或基板插座上。这种模块式PLC特点是配置灵活，可依据需要选配不一样规模系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC通常采取模块式结构。
  还有部分PLC将整体式和模块式特点结合起来，组成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立模块，但它们之间是靠电缆进行联接，而且各模块能够一层层地叠装。这么，不仅系统能够灵活配置，还可做得体积小巧。

    2．按功效分类
     依据PLC所含有功效不一样，可将PLC分为低级、中等、高级三类。
  （1）低级PLC  含有逻辑运算、定时、计数、移位和自诊疗、监控等基础功效，还可有少许模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功效。关键用于逻辑控制、次序控制或少许模拟量控制单机控制系统。
  （2）中等PLC   除含有低级PLC功效外，还含有较强模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功效。有些还可增设中止控制、PID控制等功效，适适用于复杂控制系统。
  （3）高级PLC   除含有中等机功效外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功效函数运算、制表及表格传送功效等。高级PLC机含有更强通信联网功效，可用于大规模过程控制或组成份布式网络控制系统，实现工厂自动化。
3．按I/O点数分类
  依据PLCI/O点数多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。
  (1).小型PLC——I/O点数< 256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存放器容量4K字以下。
如：GE-I型
美国通用电气（GE）企业
TI100       美国德洲仪器企业
F、F1、F2   日本三菱电气企业
C20 C40     日本立石企业（欧姆龙）
S7-200      德国西门子企业
EX20 EX40   日本东芝企业
SR-20/21    中外合资无锡华光电子工业
(2). 中型PLC——I/O点数256～2048点；双CPU，用户存放器容量2～8K
如：S7-300      德国西门子企业
SR-400      中外合资无锡华光电子工业
SU-5、SU-6    德国西门子企业
C-500         日本立石企业
GE-Ⅲ         GE企业

  (3). 大型PLC——I/O点数> 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存放器容量8～16K
如：S7-400   德国西门子企业
GE-Ⅳ    GE企业
C-   立石企业
K3      三菱企业等

2.2.2 PLC工作原理
PLC和继电器组成控制装置关键区分之一就是工作方法不一样，继电器控制是并行运行方法，即假如输出先前通电或断电，该线圈触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能多个电器同时动作。而PLC则不一样，它采取循环扫描技术，自有该线圈通电或断电，而且必需当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能实施一条指令，这也就是说PLC以“串行”方法工作，这种工作方法能够避免继电器控制触点竞争和时序失配等问题。也就是说，继电器控制装置是依据输入和逻辑控制结构就能够直接得到输出，而PLC控制则需要输入 传送、实施程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。
PLC采取循环扫描技术可分为3个阶段：输入阶段（将外部输入信号状态传送PLC）、实施程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。
在输入阶段中，PLC优异行自我诊疗，然后和编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号状态和数据，并把她们存入对应输入存放单元。
在实施阶段中，PLC根据由上到下次序逐步实施程序指令。从对应输入存放单元读入输入信号状态和数据，然后依据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入对应输出存放单元。
在输出阶段中，PLC将对应输出存放单元运算结果传送到输出模块上，并经过模块向外部设备传送输出信号，开始控制外部设备。
2.3 自动运料小车控制系统
小车运料示意图图2所表示，为小车一处装料，另一处卸料。小车由电动机拖动，电机正转，小车前进，电机反转，小车后退。料斗底门和小车底门均由电磁阀控制，得电打开，断电闭合。小车前、后终端位置均由限位开关控制。按下右开启按钮小车右行(前述至限位开关SQ1处停下来装料，20 S后结束，开始左行。当碰到SQ2后停下来第一次卸料，15 S后右行，碰到SQ1又停下来装料，20S后结束，又开始左行，经过SQ2不停，当碰到SQ3后停下来第二次卸料，15 S后右行，碰到SQ1后又停下来装料。完成一个工作周期动。

图2-2送料小车工作示意图

2.4系统硬件配置

图2-3 系统总体框架图

系统硬件配置结构框图图3所表示，包含PLC及I/O扩展单元、传感器元件（行程开关和靠近开关等）、控制面板（按钮开关和指示灯）、控制元件（中间继电器，交流接触器和电磁阀）和实施元件（电机）等几部分。控制面板作为设备控制关键器件，接收来自操作人员操作指示：传感器元件检测运转小车进信号、后退信号，和各部分动作完成情况：PLC自动循环扫描各个输入输出点目前状态，并依据梯形图程序所确定逻辑关系更新输出点状态，经过通断交流接触器和换向电磁阀来控制电机启停和油缸动作，从而完成转料小车运转任务过程自动控制。

第3章 控制系统硬件选型
3.1 系统硬件选型
本课题包含硬件包含步进电机、驱动器、传感器、三相异步电机、气动系统、PLC控制器等。以下为各部件具体介绍：
1. 步进电机：步进电机有步角距、静力矩、电流三大要素组成。依据负载控制精度要求选择步角大小，依据负载大小确定静力矩，静力矩一经确定给我悲剧电机矩频特征曲线来判定电机电流。一旦三大要素确定，步进电机型号变确定下来了。
2. 驱动器：遵照先选电机后选驱动标准，电机相数、电流大小是驱动器选择决定原因：在选型中，还要依据PLC输出信号极性来决定驱动器输入信号是共阳极或共阴极。未来改善电机运行性能和提升控制精度，通常经过选择带细分功效驱动器来实现，目标驱动器细分等级有8倍、16倍、32倍、64倍等，最高可达256倍细分。在实际应运中，应依据控制要求和步进电机特征选择适宜细分倍数，以达成更高速度和更大高速转矩。使电机运转精度更高。振动更小。
3. 三相异步电动机：1）电动机机械特征、开启、制动、调速及其它控制性能应满足机械特征和生产工艺过程要求。电动机工作过程中对电源供电质量影响（入电压波动、谐波干扰等），应在许可范围内；
（1）按预定工作制、冷却放大基础在情况所需电动机功率，电动机温升应在限定范围内；
（2）依据环境条件、运行条件、安装方法、传动方法，选定电动机结构、安装、防护形式，确保电动机可靠工作；
（3）综合考虑一次投资几运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安全。
4. 传感器：传感器选型标准能够从以下六个方面来叙述：
（1）依据测量对象和测量环境确定传感器类型；
（2）灵敏度选择；
（3）频率响应特征；
（4）线性范围；
（5）稳定性；
（6）测量精度。
依据具体测量工作，从以上六个方面综合考虑，以选择最适宜传感器。
5.气动系统：
（1）确定气动实施元件形式；
（2）进行工况分析，确定系统关键参数；
（3）制订基础方案，确定气动系统原理图；
（4）选择气动元件；
（5）气动系统性能验算；
（6）绘制工作图，编制技术文件。
3.2 PLC选型
在设计控制系统中，PLC用到了8个输入点、6个输出点、 1个模拟量输入点和1个模拟量输出点控制运料小车运动。所以，依据运料小车控制系统工艺步骤、实际控制需求和输入输出变量特点，选择了西门子S7-2PLC CPU224 XPCN控制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、两处卸料运动控制，完全能满足设计需求。
在运料小车控制系统设计过程中，需要PLC含有抗干扰能力出色、可靠性高、控制功效强、编程方便等优点，所以采取可编程控制器作为主控制器。同时考虑到该控制系统不是很复杂，从经济角度考虑后决定：该控制系统采取德国西门子企业声场S7-200系列可编程控制器，具体型号为CPU224 CN AC/DC/继电器，现有 AC 220V电源，DC24V 电源输入，继电器输出。该PLC结构紧凑小巧。实施速度快、功效强大及性价比高等特点，符合本系统各方面要求。
（1） PLCI/O分配表
表3.1PLCI/O分配表
输入信号
输出信号
名称
代号
输入编号
名称
代号
输出编号
开启按钮
SB1
I0.0
正转接触器
KM1
Q0.0
停止按钮
SB2
I0.1
反转接触器
KM2
Q0.1
前限位开关1
SQ1
I0.2
装料指示灯
L1
Q0.2
前限位开关2
SQ2
I0.3
卸料指示灯
L2
Q0.3
后限位开关1
SQ3
I0.4
运行指示灯
L3
Q0.4
后限位开关2
SQ4
I0.5
报警指示灯
L4
Q0.5
急停按钮1
SB3
I0.6

报警信号
SB4
I0.7

（2） PLC输入输出地址分配
此次所采取是S7-200系列中CPU 224，系统中运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向左行，电机反转，小车向右行。SB1是系统开启按钮，SB2是系统停止按钮，SQ1-SQ4位行程开关，KM1、KM2分别为电动机正反转，L1-L4位小车状态指示灯。小车控制系统输入，输出设备和PLCI/0段对应外部接线图3-1所表示：

图3-2 PLC外部接线

3.3 传感器选型
国家标准GB7665-87对传感器下定义是：“能感受要求被测量件并根据一定规律转换成可用信号器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一个检测装置，能感受到被测量信息，并能将检测感受到信息，按一定规律变换成为电信号或其它所需形式信息输出，以满足信息传输、处理、存放、显示、统计和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制首要步骤。
本课题中需要多种传感器来完成多种操作步骤，比如需要传感器来检测小车是否运动到位，需要传感器来检测小车是否装卸货物完成到位，所以我们需要对传感器进行型号选定。
在检测小车是否运动到位时，需要位置传感器，位置传感器可用来检测位置，反应某种状态开关，和位移传感器不一样，位置传感器有接触式和靠近式两种。接触式传感器触头由两个物体接触挤压而动作，常见有行程开关、二维矩阵式位置传感器等。当某个物体在运动过程中，碰到行程开关时，其内部触头会动作，从而完成控制，如在加工中心X、Y、Z轴方向两端分别装有行程开关，则能够控制移动范围。二维矩阵式位置传感器安装于机械手掌内侧，用于检测本身和某个物体接触位置。因为行程开关结构简单、动作可靠、价格低廉。所以本课题选择行程开关来完成这项检测。
当检测货物是否装卸完成时，需要红外传感器，红外线传感器依动作可分为：
(1) 将红外线一部份变换为热，藉热取出电阻值改变及电动势等输出信号之热型，不过误差偏大，不能正确判定。
(2) 利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因PN 接合之光电动势效果量子型。热释电型现象俗称为焦热效应。
热释电型优点有：可常温动作下操作，本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。
总而言之，本课题选择热释电型红外传感器。具体型号以下：
表3.2传感器型号和参数

试验温度：T = 22°C                    NEP：100 °C 黑体, 1Hz 电子带宽 
敏感度：100 °C 黑体                   噪音：0.4到10Hz 带宽隐蔽性好。价格低廉。
3.4 步进电机选型
步进电机是将电脉冲信号转换为对应角位移或直线位移一个特殊电动机。其工作方法是每输入一个电脉冲信号，电动机就转动一个角度，因为运动形式是步进，所以称为步进电机。
(1)步进电机转矩选择  
步进电机保持转矩，近似于传统电机所称“功率”。当然，有着本质区分。步进电动机物理结构，完全不一样于交流、直流电机，电机输出功率是可变。通常依据需要转矩大小(即所要带动物体扭力大小)，来选择哪种型号电机。大致说来，扭力在0.8N.m以下，选择20、28、35、39、42(电机机身直径或方度，单位：mm);扭力在1N.m左右，选择57电机较为适宜。扭力在多个N.m或更大情况下，就要选择86、110、130等规格步进电机。
(2)步过电机转速选择  
对于电机转速也要尤其考虑。因为，电机输出转矩，和转速成反比。就是说，步进电机在低速(每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大)，在高速旋转状态转矩(1000转/分--9000转)就很小了。当然，有些工况环境需要高速电机，就要对步进电动机线圈电阻、电感等指标进行衡量。选择电感稍小部分电机，作为高速电机，能够取得较大输出转矩。反之，要求低速大力矩情况下，就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大部分为好。
(3)步进电机空载起动频率选择  
步进电机空载起动频率，通常称为“空起频率”。这是选购电机比较关键一项指标。假如要求在瞬间频繁开启、停止，而且，转速在1000转/分钟左右(或更高)，通常需要“加速开启”。假如需要直接开启达成高速运转，最好选择反应式或永磁电机。这些电机“空起频率”全部比较高。
(4)步进电机相数选择  
步进电机相数选择，这项内容，很多用户几乎没有什么重视，大多是随便购置。其实，不一样相数电机，工作效果是不一样。相数越多，步距角就能够做比较小，工作时振动就相对小部分。大多数场所，使用两相电机比较多。在高速大力矩工作环境，选择三相步进电机是比较实用。
(5)针对步进电机使用环境来选择  
特种步进电机能够防水、防油，用于一些特殊场所。比如水下机器人，就需要放水电机。对于特种用途电机，就要针对性选择了。
因为本文中自动小车是安装在仓库之中，所运输物料也比较大而且重，也就是说负载较大，需要选择大力矩电机，所以本文中选择电机是规格为130步进电机，以满足现实工作要求。
本文中选择电机型号为130mm三相步进电机，具体型号为SS5401C40A，具体参数以下：

图3-3 步进电机型号和参数

第4章 控制系统软件实现
4.1 PLC软件开发工具介绍
STEP7-Micro/WIN32西门子编程软件是基于Windows应用软件，它是西门子企业专门为S7-200系列可编程控制器而设计开发，是西门子PLC用户不可缺乏开发工具。现在STEP7-Micro/WIN32编程软件已经升级到了4.0版本。
4.1.1   硬件连接及软件安装 
 1、硬件连接
为了实现PLC和计算机之间通信，西门子企业为用户提供了两种硬件连接方法：一个是经过PC/PPI 电缆直接连接，另一个是经过带有MPI电缆通信处理器连接。 经典单主机和PLC直接连接图7—1所表示，它不需要其它硬件设备，方法是把PC/PPI电缆PC端连接到计算机RS-232通信口（通常是COM1），把PC/PPI电缆PPI端连接到PLCRS-485通信口即可。
2、软件安装
（1）系统要求
  STEP7-Micro/WIN32软件安装包是基于Windows应用软件，4.0版本软件安装和运行需要Windows/SP3或WindowsXP操作系统。
（2）软件安装
STEP7-Micro/WIN32软件安装很简单， 将光盘插入光盘驱动器系统自动进入安装向导（或在光盘目录里双击setup，则进入安装向导），根据安装向导完成软件安装。软件程序安装路径可使用默认子目录，也能够使用“浏览”按钮弹出对话框中任意选择或新建一个新子目录。
首次运行STEP7-Micro/WIN32软件时系统默认语言为英语，可依据需要修改编程语言。如将英语改为汉字，其具体操作以下：运行STEP7-Micro/WIN32编程软件，在主界面实施菜单Tools→Options→General选项，然后在对话框中选择为Chinese即可将English改为汉字。

图4—1经典主机和PLC直接连接
4.1.2   STEP7-Micro/WIN32软件窗口组件
1、 基础功效 
STEP7-Micro/WIN32基础功效是帮助用户完成应用程序开发，同时它含有设置PLC参数、加密和运行监视等功效。
编程软件在联机工作方法（PLC和计算机相连）能够实现用户程序输入、编辑、上载、下载运行，通讯测试及实时监视等功效。在离线条件下，也能够实现用户程序输入、编辑、编译等功效。
2、 主界面 
开启STEP7-Micro/WIN32编程软件，其关键界面外观图2所表示。
主界面通常可分为以下6个区域：菜单栏（包含8个主菜单项）、工具栏（快捷按钮）、浏览栏（快捷操作窗口）、指令树(快捷操作窗口)、输出窗口和用户窗口（可同时或分别打开图中5个用户窗口）。除菜单栏外，用户可依据需要决定其它窗口取舍和样式设置。
4.2程序步骤
在整个程序步骤中，运料小车在自动化生产线上运动控制过程以下：初始状态小车停在初始位置，按开启按钮，系统检测料仓是否有料，料仓有料，小车开始装料；20秒后装料结束，小车左行，碰到行程开关2后，小车停止，开始卸料，30秒后卸料完成，小车右行，碰到行开关1后小车停下装料，20S后装料完成，左行卸料，如此循环，对应状态有对应指示灯显示。图4-1：

图4—1 自动运料小车程序步骤
系统能够立即监控站点发货指令，监控小车状态，所处位置，运行速度，运行路径，能够控制站点放料和闭合过程。PLC负责对单站控制，小车状态控制，MCGS负责搜集数据，并监控实时动态，能够对小车运行历史数据和轨迹进行分析，并能够经过发送指令方法对系统进行控制，当系统出现故障时进行报警。
第5章 组态设计
下位机PLC现场采集数据参数经过RS-232接口传输至上位机中，由MCGS负责进行状态监控和步骤控制。MCGS组态对系统状态进行监控，对运行步骤进行控制，在系统运行过程中提供历史数据查询。组态部分设计关键有数据库设计，界面设计，步骤控制，设备通信等。
5.1数据库设计
实时数据库是MCGS关键，关键用于工厂过程自动采集，存放和监事，实现保留，检索连续改变生产数据，并行地处理数据，并立即统计过程报警。MCGS中数据库作为一个对象封装起来，程序经过方法和属性和数据库中数据进行交换，在设备窗口中经过设备构件驱动SIMATIC 57200 PLC，经过串口将采集数据送入实时数据库;由用户窗口组成图形对象，和实时数据库中数据对象建立连接关系，以动画形式实现数据可视化;运行策略经过策略构件，对数据进行操作和处理。本系统需要数据变量及连接PLC地址变量对应关系以下，篇幅限制，只列出关键变量，如表5-1所表示。
表5—1 自动运料小车关键变量
变量名
变量类型
PLC地址变量
注释
开启
开关型
M0.0

停止
开关型
M0.1

急停按钮
开关型
M0.2

装料指示
开关型
Q0.2

卸料指示
开关型
Q0.3

运行指示
开关型
Q0.4

报警指示
开关型
Q0.5

5.2 MCGS和PLC连接
设备窗口是MCGS组态设计关键组成部分，负责建立系统和外部硬件设备连接，使得MCGS能从外部设备读取数据并控制外部设备工作状态，实现对工业过程实时监控。 在MCGS组态软件开发平台上，单击“设备窗口”，再单击“设备组态”按钮进入设备组态。在“设备工具箱”中，选中“串口通讯父设备”和“西门子200系列”，添加到右面已选设备并对应设备二者属性，保持和PLCI/O设置一致。
5.3 运料小车组态设计
当程序开始时，小车是装满料，小车开始前进，此时组态界面前进显示灯亮，直到小车卸料处（SQ2）自动停下来卸料，此时组态界面前进显示灯亮，经过卸料所需设定时间30S延时后，车子开始后退，此时组态界面后退显示灯亮，直到小车抵达装料处（SQ1）自动停下来装料，此时组态界面装料显示灯亮，经过装料所需设定时间20S延时后，车子自动再次前进送料，卸完料后车子又自动返回装料，如此自动往返循环送料。当输入为停止信号时，系统将停止运行。
5.4 运行调试动画界面
PLC动画界面以下图所表示，具体过程为：前进（图5-1）、装料（图5-2）、后退（图5-3）、卸料（图5-4）。

图5-1 小车前进取料

图5-2 小车装料

图5-3 小车后退

图5-3 小车卸料
第6章 结 论

本文关键介绍了运料小车发展过程及现代社会对运料小车功效要求，和运料小车以后发展趋势。伴随现代工业发展，工业自动化程度越来越高，运料小车应用前景可观。在指导老师精心指导下，我在本文中处理了以下问题：控制系统硬件电路正确设计及连接，节省了成本，优化了配置；实现了多个站台装料、卸料要求，小车能正确无误在各个站点工作；软件编程调试方面，经过西门子编程软件已经正确调试了设计程序，并在设计调试中收获很多宝贵经验。学会了很多以前没学过知识，也巩固了很多以前没学好知识，使我专业理论知识愈加扎实，软件操作愈加熟练了。
在做课程设计这段时间里，从设计题目系统实现，再到课程设计完成，每走一步对我来说全部是新尝试和挑战，在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从对设计相关技术很不了解状态，我开始了独立学习和试验，查看相关资料和书籍，让自己头脑中模糊概念逐步清楚，使自己稚嫩作品一步步得到完善，每一次改善全部是我学习收获，每一次调试成功全部会让我兴奋许久。 
即使我课程设计不是很成熟，还有不足之处，但设计中每一个过程，全部有我心血。期望我最终完成毕设能够得到老师们肯定，同时这次课程设计经历也会使我终生受益，我感受到了做课程设计是要用心去做，是真正自己学习过程和研究过程，没有学习就不可能有研究能力，没有深入研究，就不会有所突破。期望这次经历能让我在以后学习中激励我继续进步。
致 谢
英国诗人，雪莱说“世间走得最快永远是最美好东西”。这段青春经历将永远充溢在我心中”，白驹过隙，三年充实而愉快大课时光立即过去，接到录用通知，满怀欣喜，背上行囊，走进新乡，仿佛这些画面就在昨天。 
本文是在导师赵老师悉心指导下完成。赵老师渊博学识、严谨治学态度、深厚科研功底和敏锐学术前瞻性对我学术研究影响很大；赵老师对工作敬业精神和忘我热情，深深地感动着我，并将激励我以后在工作上不停进取，以优异成绩回报老师培养。在完成毕业设计这段时间里，导师对我学习、工作等方面全部给了真诚关心和帮助，这段美好时光，我将永铭于心。正是导师关心才使得我能够顺利完成学业。在这里请许可我向导师致以最真诚谢意 
感谢全部关心、珍惜我成长前辈、亲人和好友们！尤其感谢我父母对我学习激励和支持，她们是我能够顺利完成学业精神支柱。 
再次感谢自控系全部老师，祝福你们在以后工作生活中一帆风顺，心想事成。

参考文件
[1] 周元一 电机和电气控制[M] 机械工业出版社，.8
[2] 朱献青 电气制图 机械工业出版社 .12
[3] 胡学林 可编程控制器教程[M].北京:电子工业出版社..7
[4] 刘美俊 通用变频器应用技术[M].福建:福建科学技术出版社..6
[5] 李华德 交流调速控制系统.北京：电子工业出版社，.3
[6] 王兆安 黄俊.电力电子技术[M].西安：西安交通大学出版社，
[7] 王永华 现代电气控制及PLC应用技术[M]. 北京：航空航天大学出版社，.80-90.
[8] 杨拂晓 机电传动控制技术 机械工业出版社
[9] 周继明 传感技术和应用 国防工业出版社
[10] 陈立定 中南大学出版社 电气控制和可编程控制器
[11] 许福玲 液压和气压传动 机械工业出版社
[12] 张万忠 可编程控制器应用技术[M]. 北京：化学工业出版社，.