小车定位系统PLC讲解

2024-10-18 来源：威能网

小车定位系统的 PLC 控制

1、绪论 . ............................. 1

1.1 小车定位系统的意义 . .................... 1 1.2 小车定位系统的概述 . .................... 1 2、系统工作原理 . ......................... 2 3、小车定位系统的硬件配置 . ..................... 2

3.1 PLC 简介 ............................ 2 3.2 CPU 处理模块 .......................... 3 3.3 小车定位系统的 I/O 分配 . ................ 4 3.4 小车定位系统的外部接线 . .................. 5 4、小车定位系统软件设计 . ..................... 6

4.1 小车定位系统程序设计及分析 ................... 6

4.1.1 程序的设计 ........................ 4.1.2 程序分析 ......................... 5、小车定位系统监控界面的设计 . .................. 9

5.1 组态软件的概述 . ...................... 9 5.2 定义数据词典 . ....................... 10 5.3 用户界面的制作 . ..................... 11 5.4 命令语言的编写 ......................... 14 6、程序调试 . ........................... 15 7、实验体会 . ........................... 15

参考文献 . ............................ 16 附录Ⅰ 程序梯形图 . ....................... 16 附录Ⅱ 小车定位系统程序的语句表 . ................ 20

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小车定位系统的 PLC 控制

小车定位系统的 PLC控制

吴通沈阳航空航天大学北方科技学院

摘要：小车定位系统是一种用于定位控制小车和小车的位置实时控制系统。本文主要采

用 PLC 实现对小车控制系统的下位机控制，并通过组态软件对上位机进行实时监控。文中首先介绍了 PLC 和小车定位系统的工作原理，在设计硬件的基础上，对软件进行设计，采用组态软件建立人机监控界面，包括组态界面的制作方案，功能语言的实现，最后对系统进行调试，并给出相关的参考程序，使自动定位过程得以实现，并能实时的监控定位过程。

关键词：小车定位； PLC；组态软件；实时监控

1、绪论

1.1 设计小车定位系统的意义

随着智能机器人技术与汽车工业的迅速发展，关于智能小车的研究也越来越多，备受关注。小车定位系统是现代许多行业生产的关键环节，近年来，随着计算机技术的迅速发展输送机是现代许多行业生产的关键环节，以工控机为核心的自动传送可以按照设定配比和位置控制来确定小车，从而达到控制生产产量和效率的目的。同时由于该系统具有体积小、结构简单、操作方便、配料速度快、精度高等优点，被广泛的应用到水泥、化工、煤炭、粮食、造纸、饲料等行业。

小车定位系统在饲料加工、食品加工、化工、冶炼、铸造等行业具有广阔的应用前景，可以对这些行业提高劳动生产率，提高产品质量，降低消耗起到重要作用。例如在饲料行业，通常饲料中包括十几种原料，以前采用人工输送，劳动强度大，生产效率低，配料的精度也不高，同时人工操作的损耗也较大。输送的饲料质量不稳定，成本也较高。因此，本系统采用 PLC 对小车进行控制，使各种物料的给料、卸料及其更多过程完全实现了自动化，上述问题都可以很好的解决。可以为生产企业带来良好的经济效益。

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1.2 小车定位系统的概述

随着计算机技术与自动化技术的发展，自动传送过程的相关技术也日益成熟，并以其计量准确、安全可靠、自动化程度高、广泛地应用于化工、矿山、建材、食品、冶金、港

口、电力等多种行业。它既可以自成系统，独立工作，也可以接入其它系统进行工作。

为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。

由于人工经验已不能满足现代化生产的要求，于是将自动定位小车控制技术结合于一体，形成了物料传送机。实践表明自动控制系统不仅自动化程度高，传送连续性好，操作人员劳动强度低，而且配料精度高，产品质量容易控制，还能实现动态物料的运送。对此全国电子大赛和各省电子大赛几乎每次都有对智能小车定位的题目，全国各大高校也非常重视，可见其研究意义很大。小车定位控制系统是一种以电子为背景，涵盖智能控制、传感器技术、电子电气、计算机、机械等多学科的科技创新性设计。本设计就是在这样的背景下提出来的，设计的小车能自动运动定位和制动等功能。

2、系统工作原理

本设计的原理是利用 PLC 的功能指令，使程序按照：数据输入→数据移位→小车执行工序→工序完成后复位的步骤进行，而显示部分程序则是与输入程序一样必须不断循环执行，以达到要求的标准。小车可在四个光电开关之间做正、反向直线运动，并可分别在四个光电开关处停止，四个光电开关对应四个按钮，小车停止位置由光电开关相对应的按钮决定。操作四个按钮，小车进行自动选向、自动定位运行，并具有锁存功能，例如：设小车停留在 1 号位置，如果 4 号位置发出呼叫，小车开始向右移动，若此时 2 号、 3 号位置也发出呼叫，则小车先到 2 号位置停车，延时

4s，再到 3 号位置停车，再延时 4s，最后到达 4 号位置。如果小车越过 2 号位置

后， 2 号、 3 号位置才发出呼叫，则小车继续向右运行，在 3 号位置停车，延时

4s，到达 4号位置，再延时 4s向左移动，最后到达 2 号位

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3、小车定位系统的硬件配置 3.1 PLC 简介

可编程控制器( Programmble Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 ( Programmble

Logic Controller), 简称 PC。但为了避免与个人计算机( Personal Compute)r 的

简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由 CPU(中央处理单元 )存储器 (RAM和EPROM)输, 入 / 输出模块 ( 简称为 I/O 模块) 、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。

PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的 : 1) 功能齐全，它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；

2) 应用灵活，其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可

以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；

3) 操作方便，维修容易，稳定可靠。尽管 PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的

工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。

3.2 CPU 处理模块

中央处理单元 (CPU)：

CPU 在 PLC 中的作用类似于人体的神经中枢，它是 PLC 的运算、控制中心。它

按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务 :

(1) 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；

(2) 诊断电源、 PLC 内部电路的工作状态和编程的语法错误 ; (3) 用扫描的方式接收输入信号，送入 PLC 的数据寄存器保存起来 ;

(4) PLC 进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，

完成用户程序中规定的各种操作 ; (5) 将用户程序的执行结果送至输出端。

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现代 PLC 使用的 CPU 主要有以下几种 :

(1) 通用微处理器，如 8080, 8088, Z80A, 8085 等。通用微处理器的价格便宜，通

用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。

(2) 单片机，如 8051 等。单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适

合在小型 PLC 上使用，也广泛地用于 PLC 的智能 UO 模块。

(3) 位片式微处理器，如 AMD2900 系列等。位片式微处理器是独立于微型机的另一分

支。

它主要追求运算速度快，它以 4 位为一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微

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处理器。改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合，很适合于以顺序扫描方式工作的 PLC 使用。

CPU224模块输入、输出单元的接线图如图 1 所示。

120/240 VAC

1L 0.0 0.1 0.2 0.3 2L 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 3L 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 N L1 AC

1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 M

1.5 1.6 1.7 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 M L+ M

图 1 CPU224 模块输入、输出单元的接线图

3.3 小车定位系统的 I/O 分配

本系统需要 10个输入点和 8 个输出点。根据 PLC 的特点和系统设计的需要，输入信号包括启动按钮、定位小车到位检测、定位小车呼叫按钮等等。输出信号包括电机、定位小车到位指示等等。其 I/O 分配如表 1 所示。

表 1 元件地址 I/O 分配

PLC地址（ PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4

K1 K2 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 启动（ K1）停止（ K2） 1 号位置 2 号位置 3 号位置 4 号位置 I0.5 5

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I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q1.0

SB1 SB2 SB3 SB4 L1 L2 L3 L4 MZ MF 1 号位呼叫按钮 2 号位呼叫按钮 3 号位呼叫按钮 4 号位呼叫按钮 1 号位指示灯 2 号位指示灯 3 号位指示灯 4 号位指示灯电机正转电机反转 Q1.1 3.4 小车定位系统的外部接线

PLC 输入点与系统分为二部分相连接，系统的定位小车到位检测分别与 PLC 输入

点 I0.2～ I0.5相连；各个位置对小车的呼叫按钮分别与输入点 I0.7～I1.2 相连接。

PLC 输出点各个呼叫位置到位指示灯分别是 Q0.1~Q0.4相连接。小车的左右行

（即电机正反转）分别与 Q1.0和 Q1.1相连接。外部接线图如图 2所示。

图 2 PLC 外部接线图

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4、小车定位系统软件设计

4.1 小车定位系统程序设计及分析 4.1.1 程序的设计

本系统为一小车自动定位系统，该小车共有 4 个工位( S1,S3,S5,S7 )。当小车停在原始位置，别的工位均可以呼叫。依次从左往右的次序运行，逐一到达工位所需要求。按次序执行贮存信号的工序，并要求在运行中有次序的运行，到达时该工位指示灯亮。程序流程图如图 3 所示。

图 3 小车定位系统流程图

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4.1.2 程序分析

图 4 小车组态画面

打开启动开关 K1， MZ是电动机进行正转的显示信号； MF是电动机进行正转的显示信号； S1、S3、S5、S7为小车在以上各个工位的控制显示灯； SB1、SB2、

SB3、SB4为每个工位的呼叫开关。 SB2为小车正向运行在工位 S1 和小车反向运行

在工位 S3 处的定位按钮；以此类推。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，蓝色的方块为运行的小车。

图 5 光电开关对应的寄存器

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M0.0 导通后，分别将 S1、S3、S5、S7所对应的光电开关首先放入寄存器 VB100

中，上图仅为 1号位置和 2号位置所对应的， 3,、4号位置放入寄存器的方法类似。 I0.2为 1号位光电开关导通时，将 1 号位的值放入寄存器 VB100。

图 6 按钮位对应的寄存

图 6 为当 1、2 号呼叫按钮开关任一导通时，将所在呼叫位的值放入寄存器

VB110 ，其他位置的呼叫也如同此法。例如，当 2 号位发出呼叫请求时， I1.0 导

通，同时 1、 3、 4 的呼叫为所对应的 I0.7、I1.1、 I1.2均为断开，对于 I0.7 具有互锁功能。

图 7 寄存器比较

小车所在位存入寄存器 VB100，呼叫按钮位的呼叫信号存入寄存器 VB110，利用比较指令将 VB100与 VB110进行比较，如果 VB110大于 VB100则 Q1.0 启动，即小车右行并到达所呼按钮所在位并且所在位置的指示灯亮，如果 VB110小于 VB100则

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Q1.1 启动，小车左行，同时到达所在位后该位指示灯亮。同样，在此语句中 Q1.0

与 Q1.1 也具有互锁功能关闭“启动”开关，自动输送装车的整个系统停止运行。自动装车系统的梯形图程序如附录Ⅰ所示。

5、小车定位系统监控界面的设计 5.1 组态软件的概述

组态王 6.5 完全基于网络的概念，支持用户 - 服务器模式 Internet/Internet

浏览器技

术，并且是一种可伸缩的柔性结构，根据网络规模大小，可将不同站点设计成 I/O 服务器、

报警服务器、数据服务器、登录服务器、校时服务器、客户机等，在系统扩展和变化通道冗余、双设备冗余、双网冗余、双机冗余及双系统冗余。

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 ODB接C口数据库中，像 Access、SQL、Server

等；提供了一套动态链接库，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。

5.1.2 组态王的结构

组态王 6.5 是运行于 Microsoft Windows 98/200/NT 中文平台的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、 COM组件等新技术，实现了实时多任务。

组态王 6.5 软件包由工程浏览器 (TouchExplorer) 、工程管理器

(Projmanager) 和画面运行系统 (TouchVew)三部分组成。在在工程浏览器中可以查

看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作；工程管理器内嵌画面管理器系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的开发和运行是

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由于工程管理器调用画面制作系统 (Touchmak)和工程运行系统 (TouchVew)来完成的。

Touchmak 体先进完善的图形生产功能。用户需要在这个环境中完成画面设计、动画

连接等工作。数据库提供数据类型，能合理的提取控制对象的特性，对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简洁的操作方法。

Projmanager 是应用程序的管理系统。 Projmanager 具有很强的管理功能，可用于

新建工程的创建和删除，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数据词典的导入和导出。

TouchVew 是组态王 6.5 软件的实时运行环境，在应用工程的开发环境中建立的图形

画面只有在 TouchVew中才能运行。 TouchVew从控制设备中采集数据，并存于实时数据库中。它还负责把数据的变化以动画的形式形象地表示出来，同时可以完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并按实际需求记录在历史数据库中。

5.2 定义数据词典

在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计。本系统实时数据的定义如表 2 所示。

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表 2 5.3 用户界面的制作

小车定位系统的组态画面如下所示：

数据词典的定义

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图 9

8 小车定位系统的登录界面

图小车控制系统的监控系统界面

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图 10 3 号位到达时画面

图 11 在 3 号位时的报表画面

5.4 命令语言的编写

用户界面制作完成后要与界面编制程序，程序是用户界面的后台支持。一方面程序

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使得用户界面与下位机 PLC 实现通讯，使用户界面可以控制系统的运行。另一方面程序建立了画面中动画和系统状态的联系，使用户画面中可以实时的反应系统的运行情况。本系统编写的命令语言如下：

本站点本站点 \\X2<200) 本站点本站点 \\X2+50; 本站点本站点 \\X2>200) 本站点本站点 \\X2-50;

本站点本站点 \\X2<450) 本站点本站点 \\X2+50; 本站点本站点 \\X2>450) 本站点本站点 \\X2-50;

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6、程序调试

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

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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：例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。

例 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 COM”1 中断。

解决方案：下载结束后，将 PLC编程软件关闭即可。在整个程序的设计调试中，还一直存在一个问题，我们在所有功能都实现后发现有一个 IO 输入端为空。我们接入的一个 I0.1 触点，由于开始时程序有问题，将它去掉，小车不运行，经老师指导调试后，我们成功的把多余的触点去掉，实现了小车的设计要求。

7、实验体会

本次实验为组态王在 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。

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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。通过本次设计，培养了自己整体全面地看待问题的能力，树立了正确地设计意识。同时，设计过程中，系统地巩固了自己在整个大学阶段所学的专业课知识，加强了对

PLC的能力以及对

整个组态王仿真的学习。可以说，本次设计我给自己的大学学习交了一份比较满意的答卷。

本实验是在李娇老师的悉心指导和严格要求下完成的。在课题的研究和设计过程中，李娇老师耐心地为我讲解课题中不明白的地方，为我提供了设计的方向，并为我们仔细介绍了复杂的 PLC设计和组态王设计方法。老师不仅在我的学校生活中给予我学术上的指导，还让我学到了做学问所必备的良好素质，让我受益匪浅。此外，在这次设计中，帮助和支持我的同学一并表示感谢当然在肯定了本次设计所取得的成果的同时，我还很清楚地知道，世界是在不断地日新月异地变化， PLC在改系统中的设计也是在不断地完善和发展。所有这些都需要我在以后的工作和学习中不断地获得，使自己能更上一层楼。

参考文献

[1] 赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计 . 机械工业出版社， 2002，7 [2] 廖常初.PLC编程及应用 .机械工业出版社， 2005，3

[3] 胡学林 . 可编程控制器原理及应用 . 电子工业出版社， 2007,1 [4] 梁延东.电梯控制技术 . 中国建筑工业出版社 , 2008: 42-44 [5] 常晓玲.电器控制系统与可编程控制器 .机械工业出版 , 2008: 78-80

附录Ⅰ 程序梯形图

小车定位系统梯形图

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附录Ⅱ 小车定位系统程序的语句表

TITLE=程序注释 Network 1 // 网络标题 // 网络注LD I0.0 O M0.0 AN

I0.1 =

M0.0

Network 2 LD M0.0 A

I0.2 MOVB 1, VB100 Network 3 LD I0.3 MOVB 2, VB100 Network 4 LD I0.4 MOVB 3, VB100 Network 5 LD I0.5 MOVB 4, VB100 Network 6 LD I0.7 AN I1.0

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AN I1.1 AN I1.2 MOVB 1, VB110 Network 7 LD I1.0 AN I0.7 AN I1.1 AN I1.2 MOVB 2, VB110 Network 8 LD I1.1 AN I0.7 AN I1.0 AN I1.2 MOVB 3, VB110 Network 9 LD I1.2 AN I0.7 AN I1.0 AN I1.1

MOVB 4, VB110

Network 10 LDB> VB110, VB100 AN Q1.1 = Q1.0 Network 11 LDB< VB110, VB100 AN Q1.0 = Q1.1 Network 12 LD I0.7 O M0.1 AN I1.0 AN I1.1 AN I1.2

M0.1 Network 13

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LD I1.0 O M0.2 AN I0.7 AN I1.0 AN I1.2 = M0.2 Network 14 LD I1.1 O M0.3 AN I0.7 AN I1.0 AN I1.2 = M0.3 Network 15 LD I1.2 O M0.4 AN I0.7 AN I1.0 AN I1.1 = M0.4 Network 16 LD M0.1 = Q0.0 Network 17 LD M0.2 = Q0.1 Network 18 LD M0.3 = Q0.2 Network 19 LD M0.4 = Q0.3

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