RGV小车的西门子PLC控制系统设计(1).docx

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1、RGV小车的西门子PLC控制系统设计摘要：本文介绍了基于ZIGBEE的无线通信技术，提出了一种西门子PLC控制系统，利用多个分站之间的相互协作运行和RGV小车的设计;框架设计描述了系统的组成、过程和系统。同时利用RFID技术定位RGV托盘的位置，条形码符号，并将此扫描代码识别出RGV产品需要装载的枪架，最后通过WinCC直观，实时显示RGV的运行状态。关键词：PLC；RFID；RGV；无线通信；Design of Siemens PLC Control System for RGV CarAbstract: This article describes the ZIGBEE based wir

2、eless communication technology, proposes a Siemens PLC control the use of mutual cooperation among multiple sub-station operation and RGV the car design; frame design described composition, the process and system of the system. While the use of RFID technology is positioned RGV pallet position, the

3、bar code symbol, and this scan code identifying the gun carriage RGV products need to be loaded, WinCC intuitive Finally, real-time display of the operating state RGV Keywords: PLC；RFID；RGV；wireless communication；目录第1章 绪论2第2章 RGV小车简介32.1 有轨自动化小车32.2 RGV小车的优势42.3 RGV小车的基本功能42.4 有轨自动化小车的结构4第3章 PLC的基本概

4、述63.1 IPLC的定义73.2 PLC的基本组成73.3 PLC的工作原理与扫描技术83.3.1 PLC工作原理83.3.2 PLC扫描技术93.4 PLC控制系统的设计基本原则103.5 PLC软件系统及常用编程语言103.6 PLC的特点113.7 PLC的应用113.8 西门子PLC12第4章 PLC系统控制RGV小车设计及流程134.1系统方案设计及流程134.2 RFID 技术134.3无线通信设计144.4 RGV 小车系统设计154.4.1驱动单元154.4.2传感器单元154.4.3控制单元154.4.4 RFID 单元154.5 机器人系统154.6 PLC 程序核心设计

5、154.7 组态16第5章 结论16致谢16参考文献17第1章 绪论 随着中国工业4.0提出的厂房生产线逐步从工业向工业自动化智能化方向转变。同时，RGV(轨道穿梭车)要求更高的自动化程度。本文采用主PLC控制多台RGV小车，放弃了其传统的RGV小车的连接方式，即RGV小车既有一个车站停车，所有其他车站均为RGV停车方式)。同时，建议在自动化生产线上增加人工操作，工人可以围绕RGV操作全系列产品，有些操作比较困难，工人可以更方便地完成操作，从而显著提高劳动生产率。在工业生产过程中，大量的顺序控制开关是在逻辑顺序的操作条件下，并按照逻辑控制保护链的操作，并采集大量的高批量数据。传统上,这些函数由

6、气动控制或电气系统要达到1968年的美国运通公司提出更换电气控制设备所需的第二年,我们公司开发了一种基于集成电路和电子技术的数字控制系统,首次使用程序性手段用于电气控制,这是第一个“代可编程序逻辑控制器。随着个人计算机的方便开发，也体现了可编程逻辑控制器的功能特点，可编程逻辑控制器命名为PLC。PLC运动控制系统是数控工业生产的关键部件，PLC控制运动系统的研究可以不断进步，提高其在工业生产中的应用。PLC作为简单的计算机，功能齐全，灵活，通过控制系统简单易懂，价格低廉，现场修改程序，体积小，易于硬件维护，优点便宜，广泛应用于世界各地，为生产和生活带来了极大的方便效益。因此，通过对plc的研究

7、来控制运动，可以实现精确的定位控制，同时降低控制成本，还有助于维护。需要依靠传统电机驱动来控制和改进，随着技术的不断发展，PLC通过自身的访问和控制输出脉冲电机，从而方便对运动进行精确控制。上世纪80年代中期至90年代，是PLC发展最快的时期，年增长率为:30%左右保持直线增长。在此期间，PLC在模拟处理能力、数字处理能力、人机界面能力和网络能力等方面都有了很大的提高，PLC逐渐进入运动控制领域，在一些应用中取代了DCS系统在运输领域占据主导地位。基于电机良好而精确的定位控制特性，广泛应用于精密定位，如数控机床、绘图仪、轧钢机、自动控制的计算装置、自动记录仪表、自动控制项圈等。PLC具有通用性

8、强、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点，PLC在工业自动化控制中尤其以控制位置在可预见的未来是不可替代的。控制系统设计是由系统设计和系统软件设计两部分组成的系统硬件。其中,硬件设计的工作原理分析RGV车,RGV汽车驱动设计和PLC PLC工作原理和驱动的作用,驱动步进电机的运动原理设计,软件设计,包括主程序和其他辅助控制程序设计,并最终步进电机旋转的角度,旋转速度和转向控制。第2章 RGV小车简介2.1 有轨自动化小车 作为重要的运输设备仓库自动化自动轨道车(RGV- rail Guided Vehicle，以下简称RGV)，又称穿梭车，如在工厂自动化(FA)中逐步发展的计算机集

9、成制造系统(CIMS)技术和柔性制造系统(FMS):FlexibleManufacture system) 广泛 应用 越来越 多 的 关注 和 持续 改进 铁路 自动化 car, 自动化 物流 系统 是 智能 导轨 处理 设备 中 使用 的 电子 控制 系统在编码器的控制下，激光测距等接入方式在各自的输入输出站准确识别，接收到往复穿梭输送物料后，主要用于自动化物流系统单元物料快速高效的自动输送平面，具有高度的自动化和灵活性。与自动导航车无轨电车轨道自动化相比，具有传动速度快、传递动态的特点，能更快速地传递物料，并能在不同工位之间布置输送线路，紧凑、简单，从而提高了输送物料的效率。此外，自动轨

10、道车无人操作，运行速度快。从而大大减轻了仓储管理的工作量，提高了劳动生产率，被广泛应用于先进工业化国家的仓储物流自动化系统中。2.2 RGV小车的优势RGV汽车反对传统的固定输送很多优势,体现在以下几方面首先,自动铁路汽车智能,它可以选择物料搬运货物的每个阶段系统根据预设调度原则,根据客户的不同需求存储调度原则确定优先重点,优先级库或像根据时间表;其次,自动化轨道车操作更加用户友好,例如,在一个系统PDA手持终端扫描,特工在按下按钮之后发货,如果没有找到信息,您可以点击按钮取消这批货物交付请求信息,有效地避免滥用工人造成的后果的铁路运输效率和自动化汽车和其他方面的固定输送机的优点是无与伦比的。

11、2.3 RGV小车的基本功能(1)水平控制操作操作，实现铁路车辆顶升自动操作。(2)位置控制操作在适当的速度，然后精确定位交货位置。(3)与上位机通信和地面运输、仓储系统通信。(4)提供各种机电保护。(5)人机界面或通过触摸屏控制面板，提供机器的状态或远程操作。2.4 有轨自动化小车的结构RGV车体主要由系统、地址识别装置、导轨、电气控制系统等组成。车架主体主要由系统、行走传动装置、升降装置和张紧装置组成。承载体是由焊接后的钢板弯曲而成的其他框架构件的本体。行走传动装置主要由传动轴、驱动轮和驱动电机等部件组成。行走轮驱动行走轮采用高科技聚氨酯材料，既提高了行走轮的耐磨性，又大大减少了行走轮与行

12、走轮之间的摩擦，这可以延长行走轮的使用寿命。主要由升降装置轴、升降轮、升降电机等组成。张紧方式主要由张紧辊支架、张紧辊等部件组成。身份验证设备定位信号设备RGV汽车的存储平台,考虑平滑定位精度RGV电车运行,选择激光识别网站意味着导轨导向的基础和携带铁路自动化小车行走,为了方便铁路1 - 2自动汽车货舱和货物的最终定位空间,在一个合适的开放的洞。RGV电动汽车控制系统主要包括:一套主PLC-、S7-313C型西门子PLC，用于控制汽车RGV的整体运行和通讯;一种可充电电池，提供汽车无线电RGV的电气控制系统的控制和电源;运行直流电机，用于驱动卧式小车RGV在轨道上行驶;升降直流电机，用于控制货

13、盘的垂直运动;一种无线通讯控制器，用于操作小车RGV的动作，RGV小车可以完成多速前进、后退、送货和拾取动作2.5有轨自动化小车的分类一般沿固定轨道行驶的轨道自动输送装置称为小车(RGV)，无轨行驶的轨道称为自动导向车辆(AGV)，简称空气悬架输送车(EMS)。形式的跟踪、自动铁路电车可分为连续往复自动轨道车,单轨车环轨自动化和自动化过渡轨车,环轨车可以自动运行多个车辆在同一轨道的身体,可以大大提高处理能力,有一个趋势发展自动化轨道车。往复式直线轨道车自动化是一种用于搬运设备的自动化物流系统智能导轨。电子控制系统由一个编码器,激光测距和其他访问模式识别准确地在各自的输入,输出站,在收到一个往复

14、穿梭运输材料,主要用于自动化物流系统单元材料快速和高效自动运输机,高自动化程度和灵活性。单轨环梭系统是适应现代物流系统的快速发展和智能单轨导轨搬运设备的发展。在电子控制系统中，由编码器或条码识别站点精确地控制在各自的输入和输出站，经环行输送后可接受物料。过渡轨道车是一种新型的自动物料搬运小车轨道,电子控制系统的控制下可以在t形截面的弯曲的路径完成或y形实现材料处理函数可以配置不同的材料在不同形式的交付设备,以满足交付要求。该自动轨道小车在轨道数相同的情况下，物流系统控制自行车控制技术可分为双车控制和多车控制;轨道车本身不同的自动化机械结构，用货物也可以分为带货叉式和不带货叉式两种，叉式车厢控制

15、单货位和双货位来控制小车等。2.6 国内外的研究现状外国语的铁路自动化汽车之前,铁路自动化汽车的机械性能相当先进,更智能的发展,以满足客户的不同的需求在特殊条件下,而国内研究自动化仍处于初级阶段,和更多的关于模仿外国产品的阶段。近年来在学习上的发展，国家有很多成功的故事。美国迪玛蒂克公司于2000年开发的自动轨道车多梭车，由于其模块化结构，所以有轨道自动小车可根据各种订单和生产要求配置。驱动方式为轨道车的自动化模块化设计，也制造了相对较少的部件。该小车噪音低，振动小，维修相对容易，定位准确，DCS小车由编码器控制。2001年，瑞士超模集团(Swisso Group)在其位于瑞典博克斯霍尔姆(B

16、oxholm)的工厂开发了一种新型轨道安装自动汽车。履带式自动汽车是为Vectura系列小型访问设备(SRM)设计的，可以处理高达20米的高度。堆垛机由变频器控制，实现控制，最大运动速度，达到最佳定位精度。该系统的处理周期非常短，可作为SRM巷道转轨自动化小车使用。也可以安装Transnorm的托盘输送机作为缓冲和出站/入站的传输终端。Kunming Shipbuilding 2001 年 开发 的 两 条 设计 自动化 线性 铁路 car, 主要 parameters: 步行 速度 (100 180 ) m / min , 加速度 (0.3 0.5 ) 米 / s2, 输送 速度 (1,21

17、5 ) m / min, 旅游 定位 精度 5 mm.然后设计了2002年单轨自动化环轨车，这是一个单轨汽车自动化站单轨环形铝轨，在一定程度上提高了效率。根据需要设计在2003年晚些时候轨道线性双工自动化轨道车,这辆车是铁路车辆自动化、横向输送设备,纵向输送方式,旋转机制,提升机制,车辆驱动装置组成,它的特点是两个站可以同时传递,提高运输效率,解决设备的数量出现在一条直线双轨输送装置,控制复杂,故障率,大型投资和高成本和低效率的技术困难,Taiyuangangyu物流工程有限公司有限公司于2004年自主研发设计自动化轨道车,在最初的线性铁路汽车自动化功能,增加了形状检测设备和托盘货物,同时也增

18、加了拆迁的磁盘功能,分割设计光盘托盘和起重装置的提升机制。2005年，韩国信亨机械公司生产的一种轨道自动小车具有优越的安全性能。如果小车前面有障碍物，就会降低车速。如果距离小于60毫米，则停止。如果负载不在正确的位置。车辆不动，并发出警报。如果停车位置不正确，车辆将重新定位。当电机过载时，热继电器驱动，车辆无法移动，并发出报警。昆明船舶公司吸收轨道自动小车的优点，根据AGV(自动导引车)的运行特点，自主开发了一种新型的轨道自动换轨轨道自动小车。在计算机和电子控制系统的控制下，小车可以在直线或曲线上行驶。转换轨迹在路径上自动完成。车辆最大载重300kg，直线行走速度可达160m/min，转弯速度

19、40m/min，加速度0.5m/s2，行走定位精度5mm。国辰鼎湖集团于2010年2月推出了一款轨道式自动小车。轨装自动小车额定负载1500*，托盘尺寸1200*10001111，运行速度50111/111。除了它的正常功能，它还有一个独特的“托盘计数系统”，允许购物车计算在一个特定的通道托盘的数量，并将此信息传输到双向射频控制单元。第3章 PLC的基本概述3.1 IPLC的定义 可编程控制器是一个计算机家族，它是为工业控制应用而设计制造的。早期可编程序控制器PLC简称PLC，主要用于尺寸电气逻辑控制。随着技术的发展，该设备的功能已经大大超出了控制逻辑的范围，因此，今天，这种设备被称为可编程控

20、制器，简称PC。但是，为了避免个人电脑(简称PC)，简称混淆，因此，任何可编程控制器都简称PLC。对于PLC编程控制器，新的工业控制手段是指基于计算机的技术。在国际电工委员会1987年颁布的PLC标准草案中对PLC作了如下定义:PLC是一种电子设备，是一种专用于工业环境中的数字操作面设计操作。它可以用于水库的编程,在其内部存储执行逻辑操作序列的操作时间、计数和算术运算等操作指令,并能输入和输出各种类型的数字或模拟控制数据包公式.PLC机械或生产流程与国外相关设备应易于扩展其功能的原则设计。控制与工业一体化形成一个系统，易于扩展功能的设计原则。3.2 PLC的基本组成PLC是一种专门为工业环境设

21、计的计算机，它具有与计算机相似的结构，但也有硬件和软件。由多个中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口、编程、电源等组成。PLC 内部硬件结构框图如图3.1所示。 a. 中央处理单元(CPU),中央处理单元(CPU)是公司的核心,他是连接到内存,1 / O接口通过地址总线、数据总线、控制总线,它的主要功能是执行系统控制软件,从输入接口读取每个开关状态,根据梯子程序,执行逻辑处理和输出处理结果的输出接口。b.存储器，PLC存储器是用来存储数据或程序的。内存中的程序包括系统程序和应用程序。系统程序用于管理控制系统的操作,并执行应用程序存储在只读存储器ROM。应用程序,也就是说,用户程序,存储在

22、随机存取存储器RAM和备用电池维护的一段时间。还可以将用户程序硬设置为只读内存，以便永久存储。c.电源，电源的作用是将外部提供的电力转换为系统内部各单元所需的电力。一些供电单元也向外界提供24V直流电源，可用于现场无源开关连接到开关输入单元。电源单元还包括一个省电保护电路和一个备用电池电源防止RAM迷路后,外部电源。PLC驱动电源采用开关电源,具有输入电压范围宽,体积小,重量轻,效率高和良好的抗干扰性能。d.I/0接口电路，1O接口是CPU与现场1O设备之间的桥梁。输入接口接收和收集输入信号。数字或数字输入接口用于接收按钮、选择开关、限位开关、接近开关、压力微电子等数字输入信号:模拟输入接口用

23、于接收电位器、测速发电机以及发射机提供的各种连续变化的模拟电流和电压信号。输入信号由接口电路转换成适合CPU处理的数字信号。为了防止各种干扰信号和高、低电压信号，输入接口通常采用光耦隔离。输出接口电路将内部电路输出的微弱电信号转换为驱动执行机构所需的强电信号输出。数字输出模块用于控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置、报警装置等输出设备。模拟输出模块用于控制执行机构，如调节阀和逆变器。为了保证PLC的可靠和安全，输出接口电路的工作采取了心隔离的措施。输出接口电路分为继电器输出、晶体管输出和质量控制输出三种类型。目前，一般采用发电机的输出方式。e.编程器 编程器是用来输入和编辑，它可以

24、用来监控每个运行时PLC编程元素的运行状态。程序员是由一个键盘、一个显示器、一个模式开关、一个通讯接口和PLC的几个部分组成的。正常情况下只有输入程序、使用和服务调试阶段，这样一个程序员就可以提供多个PLC使用。3.3 PLC的工作原理与扫描技术3.3.1 PLC工作原理可编程控制器有两种基本工作状态，即运行状态和停止状态。在运行状态下，可编程序控制器执行控制要求所反映的子程序实现控制功能。为了使可编程控制器的输出应及时输入信号随时可能出现，用户的程序不是只执行一次，而是表面反复执行一遍又一遍，直到可编程控制器停止或切换工作状态停止。除执行用户程序外，还完成了可编程控制器在二次回路解析过程中的

25、工作。内部处理、通位处理等，二次回路可分为5个阶段(见图2a)。这种循环的可编程控制器是移动到扫描模式，因为计算机执行速度。板高。从外部输入-输出关系来看，处理过程就像单词同时完成一样。在联合内部处理阶段。检查可编程控制器内的CPU模块硬件是否正常，监控定时器是否复位，以及完成一些其他内部工作。图3.2 PLC的工作原理示意图在通信服务阶段，一个可编程控制器在与其他智能微处理器通信时，响应程序员的命令类型，更新程序员的显示内容。当可编程控制器处于停止(stop)状态时，只执行上述操作。当可编程控制器处于运行(RUN)状态时，还要完成其他三个阶段的操作(见图2.2b)，其中只有三个阶段与用户程序

26、执行相关联。可编程控制器在运行状态下，扫描操作所需时间如图b所示执行时间称为扫描周期，一般为1100ms。指令执行用户程序所需的时间长度，与CPU执行速度命令有很大的关系。当用户程序较长时，指令执行时间占很大比例，但严格来说，这段时间还包括自诊断扫描、通信等。3.3.2 PLC扫描技术图3.3 plc的扫描运行方式示意图a.输入采样阶段输入采样阶段，PLC以扫描方式顺序读取所有输入的数据和状态，并将其存储在相应的单元I / O图像区域。输入样例后进入用户程序执行和输出刷新期间。在这两个阶段，即使输入数据改变状态，1 / O状态和图像区域数据的相应单元也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则脉冲

27、信号的宽度必须大于一个扫描周期，以确保在任何情况下都能被读入输入。 b. 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC始终按照从上到下的顺序扫描用户程序(梯形)。扫描每个梯形图时，总是先扫描梯形图左侧触点形成的控制线，逻辑上按先左后右、先上后下的顺序操作触点形成的控制线。然后刷新相应的状态的逻辑线圈系统中RAM存储区域，根据逻辑运算的结果可知，刷新状态对应输出线圈的输入输出映射面积，或决定是否执行梯形图规定的特殊功能指，即在用户程序的执行,只有国家和数据输入在签证官的图像区域不会改变,和其他的状态和数据输出点和软设备10 o图像区域或系统RAM存储区域可能会改变,和上面列出的梯形图,程序执行结果

28、将使用这些线圈的工作梯图或数据如下:相反，下面的梯形图是刷新逻辑线圈的状态或数据，只能进入下一个扫描周期，对上面列出的程序进行工作。 c.输出刷新周期扫描用户程序结束后，PLC进入输出刷新周期。在此期间，CPU VO根据相应的图像区域数据刷新状态和所有的输出锁存器电路，再通过相应的外围驱动电路输出，则为PLC的真实输出。3.4 PLC控制系统的设计基本原则a.最大限度地满足被控对象的控制要求。b.在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、易于使用和维护。c.确保控制系统安全可靠。e.考虑到生产开发流程的改进，在选择PLC产能时应适当预留余量。3.5 PLC软件系统及常用编程语言 PLC

29、软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译器、诊断程序等，主要用于管理整个机器，将编程语言转换成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLCr提供，已在EPROM中固化，不能直接访问和干预。用户程序是用户用PLC编程语言编写的应用程序(即逻辑控制)，根据现场控制的要求实现各种控制。STEP7是SIMATIC可编程逻辑控制器(即用户程序)配置和编程的标准软件包。我们使用STEP7进行硬件配置和逻辑编程，以及对逻辑程序执行结果的在线监控。a、PLC提供的编程语言标准语言梯形语言也是我们最常用的语言之一。它具有以下特点:(1)是一种图形语言，由传统控制图中的继电器触点、线圈、串联

30、等项和一些图形符号组成。左右垂直的线称为左右总线条。(2)在梯形图中，触点(触点)只有常开和常闭。触点可以是PLC输入点开关或PLC内部继电器触点或内部寄存器、计数器等。(3)梯形图中的触点可以任意串联或并联，但线圈只能并联，不能串联。(4)内部继电器、计数器、寄存器等不能直接控制外部负载，CPU内部只能使用中间结果。(5) PLC根据循环扫描事件，沿梯形图顺序执行。相同扫描周期的结果保留在输出状态寄存器中，因此输出点的值可以用作用户程序中的条件。b、语句表语言，类似汇编语言。c、逻辑函数图语言由半导体逻辑框图表示。一般情况下，一个操作框表示一个函数，左侧绘制输入，右侧绘制输出。3.6 PLC

31、的特点 a.可靠性高抗干扰能力强。 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，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F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。从PLC的机外电路来说使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一， 故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者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

32、获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 b.配套齐全功能完善， 适用性强。PLC发展到今天， 已经形成了大中小各种规模的系列化产可以用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上ne通信能力的增强及人机界面找本的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易.c.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。梯形图语言的图形

33、符号与表达方式和继电器电路图相当接近，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。为不熟悉电子电路.不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 d.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- 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。 e.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100mm重量小于150g, 功耗仅数瓦。由于体科小很容易装入机械内部

34、，是实现机电一体化的理想控制设备，3.7 PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。a.顺序控制这是 PLC最广泛的应用领城，它取代了传统的维电器控制。PLC应用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制，例如注塑机、印刷机、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、包装生产线、电镀流水线及电梯控制等等。b.运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量Uo模块连接位置传感器和执行机构，现在-般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电

35、动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场c.过程控制过程控制是指对温度、 压力流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完浪闭环控制。PID调节是般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC 都有PID模块目前许小型PLC也具有此功能模块。PID处理 般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用，.数据处理现代PL.C 具有数学运算(含矩阵运算消数运算逻辑运算)、数据传道数据转换，排序省表、位操作等功能，可以完成数据的采

36、集。分析及处理。这此数据可以与在储在储器中的参值比较，完成定的控制操作， 也可以利用难信功能传送到别的智能转置，或格它们打印制表。数据处理做用于人型控制系统，如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的些大型控制系统。e.通信及联网PLC 通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3.8 西门子PLC本设计选用西门子PLC S7-200系列产品作为设计所需的PLC系统，西门子S7-200PLC在实时模

37、式下具有速度快，具有通讯功能和较高的生产力的特点。一致的模块化设计促进了低性能定制产品的创造和可扩展性的解决方案。来自西门子的S7 - 200微型PLC可以被当作独立的微型PLC解决方案或与其他控制器相结合使用。S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用.它的基本组成为扩展单元：S7-200系列PLC主要有6种扩展单元，它本身没有CPU，只能与基本单元相连接使用，用于扩展I/O点数.编程器：PLC在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。S7-200系列PLC可采用多种编程

38、器，一般可分为简易型和智能型。简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，S7-200系列PLC的专用编程软件为STEP7-Micro/WIN。程序存储卡：为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES7291-8GC00-0

39、XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。写入器：写入器的功能是实现PLC和EPROM之间的程序传送，是将PLC中RAM区的程序通过写入器固化到程序存储卡中，或将PLC中程序存储卡中的程序通过写入器传送到RAM区。文本显示器：文本显示器TD200不仅是一个用于显示系统信息的显示设备，还可以作为控制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用选择/确认的方法，最多可显示80条信息，每条信息最多4个变量的状态。过程参数可在显示器上显示，并可以随时修改。TD200面板上的8个可编程序的功能键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启

40、动和测试系统时，可以进行参数设置和诊断。第4章 PLC系统控制RGV小车设计及流程4.1系统方案设计及流程系统由上位机显控程序、PLC 主站控制系统、ZIGBEE 无线通讯系统、多台RGV 小车系统和机器人组成。其中RGV 小车系统由驱动单元、传感器单元、控制单元、RFID 单元和圆形轨道构成。针对系统在自动化生产中用有线传输，存在线路设置的问题，设计了基于ZIGBEE 无线技术信号传输方案。RGV 小车上传感器信号、伺服电机信号以无线方式传送到控制中心，主站PLC 根据RGV 小车上的信号来监控小车状态与动作。此系统的控制中心为主站的PLC，主站PLC 与上位机通过以太网线连接，可通过人机界

41、面来实时显示和控制整个系统的工作状态。本系统可以为工业自动化生产线产品搬运、组装应用。流程如下：卸载完成品的空车RGV 沿水平椭圆形轨道重新回到起始站，快到站时接近开关感应到减速段地标，行走驱动伺服电机进入低速模式，运行一段后，接近开关感应到停止位地标，伺服驱动电机停止。小车底部的RFID 阅读器读到地面电子标签里含有的起始站工位号，由RGV 自带的PLC 通过无线通讯给主站，主站PLC 由工位号判断这辆RGV 位置已在起始站（每台RGV 内PLC 也自带编号）。工人开始放产品在RGV 小车上，同时利用扫码枪扫码，扫码枪是直接连接了主站PLC，由主站PLC 记录哪一台RGV 小车上面带的是哪一

42、类产品。扫码完成后，工人按下小车上“完成”按钮，此时系统判断下一站位空位条件是否成立，若成立则小车自动流入后一站位。同时后一辆RGV 驶入当前站。当小车感应到下一个站位信号时，主站发出信号让机器人做出对应产品型号的相应操作。当机器人完成操作后，发送完成信号给主站PLC，再由主站PLC 来给RGV 自带PLC行走信号，自带PLC 再控制RGV 相应动作。当RGV 运行到人工站位时，工人可以通过RGV 下方脚踏开关，将产品调到一个合适的高度，再围绕RGV 对产品进行人工处理，处理后按完成按钮，RGV 自动进入下一站。RGV 小车把物料搬运到指定地点，通过上层皮带自动输出产品，然后通过椭圆形轨道返回

43、到起始站位。4.2 RFID 技术RFID(英文全称为 Radio Frequency Identification)利用射频信号 通过空间祸合(交变磁场或电磁场)实现不接触识别目标就能够传输 信息达到自动识别物体的功能。RFID 技术又称无线射频识别，是一 种通信技术，它利用无线电射频实现可编程逻辑控制器（PLC）或微 型计算机（PC）与标识间的数据传输，从而实现非接触式目标识别与跟踪。同时RFID 技术具有方便，成本低，使用广泛，技术比较成熟等优点。本系统中利用的RFID 技术由后台管理系统、阅读器和电子标签三部分组成。电子标签是由天线，耦合元件及芯片组成，每个电子标签具有唯一的电子编码，

44、附着在物体上标识目标对象。本文用电子标签嵌入圆形轨道下方，编码为每一个站位的信息。阅读器是由天线，耦合元件，芯片组成。读取（有时还可以写入）电子标签信息的设备。本文把阅读器安装在小车下方，当小车经过电子标签位置时，小车通过此阅读器读取小车停靠站位上预设值的电子标签内的站位信息。并把信息传入到应用层软件系统。后台管理系统主要是把收集的数据进一步处理，并把信息上报主控，主控便定位到RGV 小车的位置。同时主控根据设置的站位信息和外围设备发控制指令给小车进行操作。对于电子标签中站位号和阅读器的设置，我们采用一个RS232转RS485 串口，将阅读器接上24V 电源，信号线由串口连接电脑。在设置时，由

45、于阅读器的读取信号是要传输给PLC 的，所以波特率必须与PLC 保持一致。采用被动上传方式，直接将读取站位号传输给PLC，再由RGV 的PLC 上传给主站。4.3无线通信设计ZIGBEE 技术是一种新兴的双向无线通信技术，它主要具有距离短、能耗低、结构简单、能穿越一般障碍物、成本较低等优点4。此系统无线通讯设计采用SZ02-ZIGBEE 无线采集模块。SZ02-ZIGBEE无线通信模块是ZIGBEE 模块的加强型，集成了符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器，可实现一点对多点及多点对多点之间的设备间数据的透明传输。主控PLC 选用西口子S7-1500，主控PLC 与RGV 小车之间采用

46、MODBUS 传输协议。生产线中主控PLC 要与所有RGV 小车的PLC 进行通信，对每辆RGV 小车实施有效的控制，因此，采用一点对多点的通信方式（每一个从站到每一台RGV 属于一对一通信），也就是我们常说的RS485 总线网络所采用的“轮询”方式。首先需要设置1 个主站，其他全部为从站，对主站和从站编写唯一地址，送个地址就属于每个站点的身份。主站采用带地址码的数据帧发送数据或命令，从站需要全部都接收，之后将接收到的地址码与本地地址码进行比较，如果比较结果不同则将数据全部去掉，不做任何响应，如果比较结果相同，则证明数据是给本地的，从站根据传过来的数据或命令进行不同的响应，并将响应的数据发送回

47、去。这就实现了主站PLC 与多台RGV 小车的PLC 之间的准确通信，保证了主控对RGV 小车的有效控制。主站PLC 通过以太网连接SZ02 主站，SZ02 主站通过交换机连接中继路由。中继路由再通过ZIGBEE 无线传输与RGV 小车中的SZ02 终端进行通信。最后小车上的PLC 通过RS485 与SZ02 终端相连接，实现整个系统的通信设计。如图4-3 所示。图4-3 无线传输结构图4.4 RGV 小车系统设计RGV 小车系统分为驱动单元、传感器单元、控制单元、RFID 单元和圆形轨道组成。对其主要部分进行介绍。4.4.1驱动单元主要包括伺服电机和电机驱动器。伺服电机具有控制精度更高、起动

48、转矩大、运行范围较广、无自转现象、低频特性好、即使在低速时也不会出现振动现象等特点，小车的电机驱动器主要功能为通过接收PLC 模块的指令或信号，达到控制相应伺服电机的转速、启动和停止、方向和目的地。4.4.2传感器单元包括防脱轨传感器、接近开关、红色防碰传感器、声光报警器。RGV 小车上安装了两个防脱轨传感器检测轨道，如果小车运行时脱离轨道，小车立刻停止并通过声光报警器报警。当RGV 小车运行时接近开关感应到快速、减速、停止段地标，使小车能够实现地标所对应的功能。当红色防碰传感器感应到RGV 小车前方有人或者物体时，使小车停止并通过声光报警器报警；小车停止后需人工确认故障排除，小车才能继续行走4.4.3控制单元小车通讯采用ZIGBEE 无线采集模块。ZIGBEE无线采集模块可以实现RGV 小车与上位机之间的无线通讯，通过上位机的操作就可以实现对小车的控制与运行监控。PLC 模块是小车控制的核心。其主要功能为：通过接受仿脱轨传感器、地标传感器、安全传感器、ZIGBEE 无线数据采集卡、接近开关的信