基于PLC控制的智能小车系统设计

基于PLC控制的智能小车系统设计

一、选题简介、意义

小车是一种小型的转运工具，在工业上的应用十分广泛，比如生产车间内的物料搬运小车，仓库车间的仓储小车等等，智能小车是一个复杂的学科，不仅包括机械设计方面的小车结构设计还依靠自动化控制来实现小车的运动控制。

近年来由于单片机、PLC等控制器的不断发展和革新，使得智能小车的自动化程度和工作稳定性都有了极大的提高。现阶段由于单片机、PLC技术的向高性能高速度、大容量发展大型单片机、PLC等大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。将单片机、PLC运用到智能小车控制系统，可实现智能小车的全自动控制，降低系统的运行费，用同时系统具有连线简单控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，维修和改造方便等优点。

企业现代化生产规模的不断扩大和深化，车间生产的空间更加庞大，物料的搬运越来越繁多，仓库也是越建越大，这些都需要智能小车来实现自动化运输搬运，本文用可编程逻辑控制器（PLC）来做控制器设计智能小车的自动控制系统，让PLC技术与自动化技术相结合，具有连线简单控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，维修和改造方便，降低使生产成本，易控制，安全可靠，效率高等优点。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

（一）主要内容：

通过用可编程控制器（PLC）控制小车运动模型工作，详细叙述了小车运动PLC控制系统的设计方法，主要介绍了小车运动PLC控制系统的设计要求，列出了具体的输入输出地址，并给出了系统梯形图的设计。并利用仿真软件对控制程序进行仿真测试本系统满足小车运动提出的控制要求。

（二）拟解决的主要问题：

1. 智能小车的运动原理和控制方案；

2. 智能小车系统的硬件构成设计；

3. 智能小车系统的软件设计；

4. 智能小车系统的测试；

（三）预期目标：

通过分析智能小车的运动原理，确定其智能化控制的方案，再根据方案，选择合适的电机，传感器，PLC等等控制系统的硬件设备，硬件选型结束后，根据智能小车的控制需要进行控制系统的软件设计，最后对控制系统的软件进行仿真测试，满足小车的控制要求。

（四）研究步骤

本课题的工作步骤分为四个阶段：

第一阶段：查阅文献，市场调研、收集资料、确定课题方案，完成开题报告；

第二阶段：智能小车系统运动原理，控制要求，控制总方案和硬件选型

第三阶段：智能小车系统的软件设计和程序仿真测试；

第四阶段：整理技术资料，完成毕业设计论文及答辩。

第一章引言 3

第二章智能小车的机械系统设计 4

2.1 智能小车的工作任务及要求 4

2.2 小车的机械结构的设计 5

2.2.1 智能小车的安全防护 7

第三章智能小车控制方案及硬件选型 8

3.1 智能小车控制方案 8

3.2 智能小车控制系统的电源选择 9

3.3 步进电动机的选择 10

3.4 步进驱动器的选择和设置 10

3.5 智能小车控制系统元器件清单 11

3.6 PLC的选型和I/O口的分配 11

3.7 智能小车控制系统PLC的I/O接线图 12

3.8 智能小车控制系统的主控电路图 13

第四章智能小车控制系统软件设计 15

4.1 组态软件的选择和界面设计 15

4.2 控制界面设计 15

4.3 控制系统的程序设计 16

第五章智能小车控制系统仿真与测试 19

5.1 仿真软件介绍 19

5.2 基于PLC控制的智能小车系统仿真 19

5.3 仿真结果分析 23

总结 24

参考文献 25

第一章引言

当前的工业生产中，车间物流的运输，仓库货物的摆放，甚至道路上的巡逻，随着技术的发展这些单一的，在较小空间完成重复运输或者依靠运输来实现的任务越来越多的依靠于智能小车，毕竟这些任务人力来做的话不仅单调且成本也高，浪费财力物力，使用智能小车的话可以自动化，高效，准确，不知疲倦的来完成任务。尤其是近年来人力成本的增加，科技创新层出不穷，智能小车的功能也越来越完备，不仅效率得到提升，准确性可靠性也得到了大大增强。

在建筑行业的应用，建筑业是磅礴发展，建筑材料的需求也是日益增加，建筑材料中最主要的砖材需求量十分巨大，对生产商来说提升产量，增强生产效率是就是极大地增加竞争力，而砖材生产中的运输，尤其是场内的运输都是重复性的，一条生产线上人力车来回的运输，这种方式不仅过于依靠人力，且工厂的工作环境十分恶劣，对人的健康造成影响，所以对于这种单一的运动方式的运输，是可以使用智能小车来替代的，只要规划好路线，设置好小车的运动轨迹，电力充足的情况下小车就可以不知疲倦的运动在生产线上，无视恶劣的工作环境，准确及时的完成砖材的运输，对于厂家来说一辆小车的成本也是可以在生产中逐渐追平的，最终厂家产量得到提升，占据更大的市场份额，带来更多的企业效益。

在仓储物流方面，小车的应用也是十分拥有前景的，仓库内的货物都是摆放的十分密集，留下的转运空间十分有限。随着技术的发展，仓库内部货物的摆放都是连入网络的，当前物流运转还是依靠人力的比较多，不仅不方便货物的记录，在有限的空间内转运货物效率也是十分低下的，仓库的货架是固定的，每个货物输运摆放的路线也是可以规划的，智能小车就可以完成这些，不仅如此，对于每一个摆放货物的位置，物料号，参数等等，小车都是可以实时记录的，这些与控制中心的计算机联网的时候都是可以保存下来的，对于仓库物流的管理也有很大的好处。

小车的应用范围不仅在这两个方面，还要码头，车站，商场等等，这里就不一一赘述，小车的研究设计是十分有市场需求的。

小车的主要核心是控制技术，以前我国对小车的控制主要是采用继电器+按钮来实现的，这种方法不仅效率低，且故障诊断困难，不容易进行维护，所以想要小车技术跟市场的需求就必须解决这些问题。可编程控制器的出行对小车的发展带来了新的动力，因为其控制方法多样化，交互性能耗，维护起来也十分方便，能够适应各种复杂的工作环境和恶劣的工况。

小车作为一种运输功能的重要设备，为了实现其功能性能，保证能够完成工作的需求，小车的设计一般都会考虑如下这几个方面：

(1)功率，对于不同种的工作环境，其对功率的要求也是各不相同的，所以在小车的设计过程中必须考虑到小车工作需要的功率大小。

(2)速度，在小车的工作过程中，高低速度的需求也是不同的，高速要考虑惯性，低速要结合小车的工作路线，爬坡角度等等，考虑控制或者机械方面的制动。

(3)精度，有些工作场合对精度的要求十分高，有些场合对精度不需要太高，考虑精度要求，对小车能够达到精度范围内到达指定的目标点，是需要综合考虑的。

(4)自动化，应该结合工况工艺要求等等，选择小车的自动化程度高低，对于特点环境还需要考虑自动手动模式的切换。

(5)可靠性，保证所设计小车的可靠安全稳定等工作性能。

参考文献

1、武朝. 基于PLC与WINCC的转运小车及其控制系统设计与实现[D]. 武汉理工大学, 2011.

2、侯凤云, 张凡荣. 基于PLC的自动化流水线上的自动小车控制系统[J]. 机电设备, 2007, 24(6):36-38.

3、毛跃辉. 基于PLC控制的小车自动化送料系统[J]. 可编程控制器与工厂自动化, 2008(7):55-57.

4、冯晓君, 管一兵, 王亮,等. 基于PLC的智能监控小车的应用研究[J]. 北方工业大学学报, 2008, 20(1):37-40.

5、李娟霞, 李红艳, 朱婷,等. 基于 PLC的自动运料小车控制系统设计[J]. 工业仪表与自动化装置, 2013(3):89-91.