摘要

    糖厂仓库控制系统主要按照仓库的具体计数工艺设计需求，对系统进行糖包的计数检测和计算设计，通过调试和触摸屏仿真达到设计工艺的要求，满足设计的需求。系统主要通过可编程控制器+触摸屏控制方式进行设计，在分析该系统的工艺要求基础上，提出详尽的控制策略和总体设计思路。系统设计通过仿真设计和调试，达到了设计的基本控制要求，控制逻辑清晰，功能实现满足了工艺的需求。

关键词：糖厂仓库 可编程控制器 仿真设计

目录

摘要 1

第一章 绪论 2

第一节 课题设计的目的及意义 2

第二节 课题设计的内容要求 3

第二章 糖厂仓库控制的总体设计 3

第一节 糖厂仓库的工艺分析 3

第二节 糖厂仓库的设计方案 4

第三章 糖厂仓库控制的硬件设计 5

第一节 系统的I/O分配设计 5

第二节 系统的接线图设计 6

第四章 糖厂仓库控制的软件设计 8

第一节 程序流程功能图的设计 8

第二节 程序的设计及分析 9

一、回原点程序设计 9

二、步进驱动及检测顺序控制程序 10

三、测距计算程序设计 10

四、步进电机脉冲及方向程序设计 11

参考文献 14

致 谢 15

第一章 绪论

第一节 课题设计的目的及意义

糖厂的仓库主要存放袋装糖，对糖厂仓库的袋装糖进行仓库管理，能够保证库存数量正确，保证日常供应的需求。以往的糖厂仓库依靠人工进行计数，劳动繁杂，并且计数数量往往有所差错，导致日常供应有所偏差，造成经济损失。对糖厂的仓库袋装糖进行自动计数控制，能够保证数据准确，有利于自动化管理控制，本系统主要研究袋装糖的计数，通过传感器的信号计算，达到自动计数的目的。

第二节 课题设计的内容要求

本设计主要对糖厂仓库的袋装糖进行计数，通过步进电机和超声波传感器进行检测控制。步进电机的移动框架安装超声波传感器，按照糖厂仓库袋装糖的存放要求，步进电机移动框架在袋装糖的正上方，通过超声波传感器检测，将检测的数值传输到可编程控制器，从而计算该位置的糖袋数量。按照试验的要求，设计主要将仓库分为八个位置，每个位置最多放四袋糖。步进电机按照设计的要求，将超声波传感器移送到相应位置正上方，通过超声波检测的信号计算该位置糖袋的数量。并通过触摸屏进行数量显示。按照该设计内容要求，对系统进行总体工艺设计、硬件图纸设计和软件程序设计等。

第二章 糖厂仓库控制的总体设计

第一节 糖厂仓库的工艺分析

    糖厂的仓库按照位置存放糖袋，一共八个存放位置，每个位置最多存放四个糖袋，仓库顶部安装步进电机和丝杆，丝杆可以将机构进行左右移动，机构上安装超声波测距传感器，进行具体距离的检测。采用步进电机驱动丝杆，将超声波传感器移动在每个位置的正上方，超声波传感器对距离进行测量，将测量结果传输到控制单元，从而计算该位置有多少糖袋。示意图如下图所示。

图2-1 糖厂仓库示意图

   通过以上示意图可知，系统主要对糖厂的八个位置进行糖袋数量检测，每个位置最多放四个糖袋，通过步进电机驱动丝杆，移动超声波传感器到指定的位置正上方，通过检测距离进行该位置的糖袋数量计算。并将计算结果传输到操作屏，供管理人员参考。按照该示意图，系统的工艺主要分析如下：

  （1）通过步进电动机进行丝杆驱动，步进电动机具有正转和反转的功能，能够将超声波传感器进行左移和右移。

  （2）通过超声波测距传感器进行每个位置的数量检测，并将检测结果传输到可编程控制器进行计算。

  （3）在具体的运行过程中，按照布局可知，步进电动机可以按照规定的恒定速度运行，每从一个位置移动到下一个位置，需要10秒钟，在每个位置停留3秒进行检测，将检测结果传输到可编程控制器。

  （4）系统设计分为步进电机移动部分设计和超声波测距传感器检测部分设计。通过顺序逻辑控制，对步进电动机运行和停止进行控制，通过模拟量输入反馈和数值比较，进行糖袋数量的计算。

  （5）当一个循环检测完毕后，步进电动机自动反转，将超声波测距传感器移动到原点位置后停止。

  （6）系统采用逻辑控制和模拟量数据处理的办法进行设计，并且对步进电动机进行脉冲输出控制和方向控制。

   按照以上的工艺分析，对系统进行硬件图纸设计、软件程序设计以及触摸屏设计。

第二节 糖厂仓库的设计方案

   糖厂仓库系统控制，按照以上的工艺分析，进行系统的方案设计，按照具体的工艺，外部输入部分包括检测启动按钮、检测停止按钮、原点限位开关、超程限位开关以及超声波测距传感器。系统输出部分主要包括步进电动机的脉冲输出、方向输出。在进行触摸屏设计中，主要对系统当前检测的结果数值进行显示，并且显示当前的逻辑状态。具体的设计方案如下图2-2所示。

图2-2 设计方案框图

第三章 糖厂仓库控制的硬件设计

第一节 系统的I/O分配设计

对于系统的I/O分配设计，主要的作用是进行系统的外部输入信号和输出信号之间的地址分配，通过该地址分配设计，方便系统的硬件以及软件的设计。特别在软件设计中，需要在程序内部进行地址的分配，方便程序的设计和编译，特别是后期的调试中，如果出现调试的问题，将通过查询I/O分配地址表，得到相应的故障问题信息，进行问题判断，大大方便了后期的系统调试。按照本设计的要求，通过工艺的分析确定了输入功能和输出功能，对这些输入和输出的功能进行具体的I/O分配设计，具体的分配设计如下表所示。

表3-1 I点分配设计表

I点地址

电气符号

功能

I0.0

SB1

检测启动

I0.1

SB2

检测停止

I0.2

SB4

方向选择

I0.3

SQ1

原点限位开关

I0.4

SQ2

超程限位开关

AIW0

超声波测距传感器

表3-2 O点分配设计表

O点地址

电气符号

功能

Q0.0

去步进驱动器

脉冲输出

Q0.1

去步进驱动器

反转选择

第二节 系统的接线图设计

可编程控制器的接线是系统硬件设计的重要部分，市场上各个品牌的可编程控制器接线原理基本相同，接线基本由电源接线部分、DI输入接线部分和DO输出接线部分三部分组成。按照糖厂仓库控制系统的控制策略和总体设计方案，已经明确了可编程控制器的输入部分和输出部分，按照统计可知，系统的输入部分需要接入5个功能信号，输出部分需要接出2个执行信号，按照本系统的可编程控制器选型，选用的电源电压为AC220V,因此输入部分单元和输出部分单元的电压等级和电源电压等级相同，都为AC220V。按照硬件设计分析及可编程控制器电路设计规范，为后期系统的升级改造考虑，留有充足的输入备用部分和输出备用部分。本系统的硬件接线如下图3-1所示。

图3-7 系统的接线设计图

    步进驱动器接线主要分为三部分，电源输入部分为AC220V，接入端子为L+和N，可编程控制器输出的端子接入步进驱动器，将脉冲输出信号接入驱动器的CP端子，将方向输出信号接入驱动器的DIR端子，步进电动机分别节驱动器的A+、A-、B+、B-.按照步进电动机的步距角进行拨码开关设置，设置为1001000001。对于步进电动机，通过四个电机线，可以实现步进电动机的正转和反转控制。

第四章 糖厂仓库控制的软件设计

第一节 程序流程功能图的设计

   对于糖厂的程序流程功能，主要包括回原点程序功能、电动机前进和后退功能以及糖包数量检测功能等。如下程序流程功能图所示。

图4-1 程序流程功能图

首先系统上电后，进行初始化，将所有的变量进行复位。对脉冲PTO功能进行组态设计，并且能够在程序中调用该子程序。按照糖厂的仓库工艺控制分析，当外部系统启动后，进行原点复位。步进电动机反转，当碰触原点限位开关停止，并且运行就绪。按照每个位置的糖包距离，计算步进电动机移动需要10秒才能从上一个糖包位置移动到下一个糖包位置。当移动到该糖包位置时，停留三秒，超声波测距传感器开始检测，并计算。将计算结果传输到触摸屏。对八个位置的糖包，以此进行移动和检测，当八个位置糖包检测完毕后，步进电动机开始反转，进行回程操作，当当碰触原点限位开关停止，系统检测完毕。

第二节 程序的设计及分析

一、回原点程序设计

按下外部启动按钮，系统开始运行，当按下外部停止按钮，系统停止运行，M3.1表示当前检测循环结束；当系统运行后，如果检测机构不在原点位置，将进行回原点，驱动步进电动机反向运行。当碰触到原点开关，表示检测机构已经在原点位置，将M0.1复位，将M2.0置位，表示检测准备就绪。

二、步进驱动及检测顺序控制程序

   本设计以一号位置检测设计为例，当在原点时，步进电机开始移动，移动时间为10秒，10秒延时时间到后，将位置1检测位M4.0置位，将电机运行复位。当位置1检测置位后，开始进行检测延时，延时3秒，三秒时间到，表示该位置数量检测完毕，开始进行下一位置的运行和检测，将M2.1置位，将M4.0复位。

三、测距计算程序设计

   本设计以一号位置测距计算为例，其他位置测距计算雷同。将AIW0的数据传输到VW20，当在检测位1时，对超声波传感器的模拟量数值进行比较，当比较值大于29000,表示当前位置无糖包，当比较值在25000-29000之间时，表示当前有一个糖包，当比较值在21000-25000之间时，表示当前有二个糖包，当比较值在17000-21000之间时，表示当前有三个糖包，当比较值在13000-17000之间时，表示当前有四个糖包。对检测的结果进行赋值。VB10为该位置的糖包数量。

四、步进电机脉冲及方向程序设计

对每个步进电机运行使能进行统计，输出M3.5，表示当前步进电机运行输出，当系统停止时，将所有位进行复位。调用PTO子程序，该子程序主要功能是给步进电机发送脉冲。当运行时，M3.5接通，速度为5000个脉冲，当超过限位开关时，将停止发送脉冲。当步进电机需要反向时，输出Q0.1。

参考文献

[1] 郁汉琪.可编程序控制器原理及应用（第二版）[M].中国电力出版社,2010:125-128.

[2] 郑凤翼.怎样看电气控制电路图 [M].人民邮政出版社,2015:35-37.

[3] 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例[M].人民邮电出版社,2012:75-79..

[4] 郑凤翼.图解PLC控制系统梯形图和语句表[M].人民邮政出版社,2016:119-121.

[5] 徐科军.传感器与检测技术[M].电子工业出版社,2011:54-57.

[6] 唐介.电机与拖动 [M]. 高等教育出版社,2007:51-52.

[7] 李元东.PLC在糖库管理控制系统中的应用[J].五邑大学学报,2009.17(1)，22-25．

[8] 刘杰.基于PLC的步进电机控制设计与实现[J].西南师范大学学报,2014(39):79-81.

[9] 王红梅.基于PLC的糖库自动化管理系统[J].机床与液压,2015(43):9-12.

[10] 张玲莉.基于PLC的物料计数控制管理系统[J].自动化技术与应用,2010(5):110~111.

[11] 冯影环.国内外自动化技术发展情况对比[J].研究与探讨,2015(2):34-36.

[12] 李基有.基于PLC控制的多传感器仓库管理控制系统[D].华南理工大学;2015.

[13] 廖敬恩.糖库自动控制系统的设计及研究[D].华南理工大学;2014.

致 谢

大学的生活，给了我很多美好的回忆，在即将结束的大学生活中，我有非常多的不舍得，在这几年里，通过专业课程的学习，我获得了非常多的知识，在今后的生活和工作中肯定会给我很多的帮助。

首先感谢我的指导老师。老师的细心指导，使我能够顺利完成论文。从主题选择，主题调查，实验指导，理论分析到论文写作，教授科学严谨的学术态度，认真负责的工作作风激发了我，在研究和探索的道路上使我一生受益。在我论文的撰写期间，我总是遇到一些我无法解决的研究问题。老师总是给我详细讲解问题，在此我谨向老师表示衷心的感谢和深深的敬意。虽然论文完成，但学无止境，在未来的工作中，我将坚持学习，热爱学习。我们还将秉承认真负责的研究精神和卓越的理念，这些都是宝贵的精神财富！