摘 要： 提出了基于PLC、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、無(wú)線傳輸模塊組成的無(wú)線配送系統(tǒng)，闡述了整個(gè)系統(tǒng)的組成，硬件的組態(tài)和軟件的設(shè)計(jì)。并且對(duì)小車定位控制、無(wú)線通信做了詳細(xì)的介紹。實(shí)際表明，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞： 配送小車；PLC；監(jiān)控計(jì)算機(jī)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，人們生活水平的提高，工人工資和產(chǎn)品原料價(jià)格都在增長(zhǎng)，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)成本不斷上漲。怎樣改變生產(chǎn)方式提高生產(chǎn)效率，成為這些公司迫在眉睫的事。在國(guó)外，工業(yè)自動(dòng)化已經(jīng)很成熟，而我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化還處于起步階段。
隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，工廠物資配送或養(yǎng)殖廠飼料飼喂的方式，逐漸從人工方式向工業(yè)自動(dòng)化方式轉(zhuǎn)變。用自動(dòng)化機(jī)器代替人工可以有效提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。PLC作為工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展不可替代的控制手段，也將會(huì)隨之快速的發(fā)展。本文通過(guò)設(shè)計(jì)以PLC為核心的智能配送小車[1-2]，實(shí)現(xiàn)了智能供料的目的。
1 系統(tǒng)組成及工作流程
1.1 系統(tǒng)組成
配送小車由PLC、無(wú)線數(shù)傳模塊、24 V直流電機(jī)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、24 V鉛蓄電池、盛料箱、投料模塊等構(gòu)成。
1.2 工作流程
組態(tài)軟件作為上位機(jī)的控制平臺(tái)，根據(jù)上位機(jī)的指令，配送小車從初始停靠位置，沿水平軌道運(yùn)行。由于每個(gè)食槽前都裝有用于光電開關(guān)檢測(cè)的反射擋板，可以準(zhǔn)確定位小車的位置，并在所要投料的食槽前停下，再通過(guò)螺旋輸送管投料到食槽內(nèi)，投料完成后繼續(xù)下一次投料。當(dāng)完成所有投料后，小車?yán)^續(xù)向前直到到達(dá)返回位置，然后電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車后退，到達(dá)初始位置后停下，等待下次執(zhí)行指令。具體過(guò)程如圖1所示。
2 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)工作原理圖如圖2所示，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中PLC采用西門子S7-224XP CN；無(wú)線模塊采用佳杰CC2530 ZigBee無(wú)線傳輸模塊；傳感器采用滬工E3F-DS30C4 NPN光電開關(guān)。
西門子S7-224XP CN的通信端口為RS485模式。通信連接方式為：采用RS232/485轉(zhuǎn)換器連接，RS485的A正B負(fù)與PLC編程口3正8負(fù)連接。RS232端與ZigBee無(wú)線數(shù)傳模塊相連接。西門子S7-200系列PLC的編程通信接口，內(nèi)部固化的通信協(xié)議為PPI協(xié)議[3]，如果上位機(jī)遵循PPI協(xié)議來(lái)讀寫PLC的數(shù)據(jù)，就可以省略編寫PLC的通信代碼。PLC通過(guò)連接直流電機(jī)控制器來(lái)控制配送小車上的投料電機(jī)和前進(jìn)后退電機(jī)。從而控制小車的運(yùn)行狀態(tài)和投料狀態(tài)。
3 PLC主要技術(shù)難點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)
通過(guò)PLC來(lái)控制配送小車的活動(dòng)狀態(tài)。采用西門子S7-224XP CN晶體管輸出型PLC，通過(guò)STEP 7-Micro Win V4.0編程軟件對(duì)PLC進(jìn)行編程[6-8]。采用梯形圖來(lái)對(duì)PLC進(jìn)行編程。
3.1 配送小車的定位
PLC輸入輸出連接圖如圖4所示，配送小車上帶有光電開關(guān)（I0.3），每個(gè)食槽位都裝有反射擋板。小車每次經(jīng)過(guò)食槽位，光電開關(guān)碰到反射擋板會(huì)使PLC產(chǎn)生一個(gè)瞬間脈沖信號(hào)（M6.0=1），如圖5所示。當(dāng)配送小車前進(jìn)（Q0.0=1，Q0.3=0）時(shí)，經(jīng)過(guò)食槽位，產(chǎn)生一個(gè)瞬間脈沖信號(hào)（M6.0=1），PLC通過(guò)加減計(jì)數(shù)器C1，使C1+1。當(dāng)智能小車后退（Q0.0=0，Q0.3=1）時(shí)，經(jīng)過(guò)食槽位，產(chǎn)生一個(gè)瞬間脈沖信號(hào)（M6.0=1），PLC通過(guò)加減計(jì)數(shù)器C1，使C1-1，不同C1值對(duì)應(yīng)不同的槽位，如圖5中的VB10，該數(shù)值就是傳入組態(tài)軟件中小車位置的變量，上位機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件顯示該配送小車的具體位置。
3.2 循環(huán)投料的設(shè)計(jì)
配送小車向每個(gè)食槽投料的過(guò)程是一致的，其過(guò)程為：停止向前運(yùn)行—投料電機(jī)開—投料電機(jī)關(guān)—向前運(yùn)行。完成本食槽投料后接著向下一個(gè)食槽投料。此處PLC編程可以通過(guò)步進(jìn)指令實(shí)現(xiàn)循環(huán)投料。如圖6、圖7所示，步進(jìn)狀態(tài)S0.1為配送小車前進(jìn)與食槽定位過(guò)程，步進(jìn)狀態(tài)S0.2為投料過(guò)程。小車在狀態(tài)S0.1時(shí)，配送小車運(yùn)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)（Q0.0=1），向前運(yùn)行。假定上位機(jī)軟件設(shè)置為投料（M1.0=1），經(jīng)過(guò)前文所述的定位后，當(dāng)C1=1時(shí)，M2.0=1。之后就進(jìn)入了步進(jìn)狀態(tài)S0.2。當(dāng)進(jìn)入步進(jìn)狀態(tài)S0.2時(shí)，投完料后設(shè)置返回步進(jìn)狀態(tài)S0.1。這樣一系列過(guò)程達(dá)到了循環(huán)投料的目的。
3.3 投料過(guò)程設(shè)計(jì)
圖6梯形圖只是投料過(guò)程的一部分，步進(jìn)狀態(tài)S0.2為投料過(guò)程。進(jìn)入步進(jìn)狀態(tài)S0.2后，Q0.0=0，小車停止運(yùn)行。VD150的值決定了投料的時(shí)間，該值是圖6中由上位機(jī)組態(tài)軟件傳入的。小車定位的位置不同，VD150傳入的數(shù)也不同。如圖7所示，當(dāng)位置C1=1時(shí)，把VD100的數(shù)值傳給了VD150。而VD100的值是上位機(jī)組態(tài)軟件傳入的。經(jīng)過(guò)一系列步驟，最后經(jīng)過(guò)定時(shí)器T39，返回步進(jìn)狀態(tài)S0.1，本食槽投料結(jié)束，下一個(gè)食槽投料開始。
4 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果
配送小車放于養(yǎng)豬場(chǎng)豬舍中，放置上位機(jī)的房間與豬舍相距50 m左右，其間有兩堵墻。經(jīng)測(cè)試無(wú)線通信正常。配送小車可以達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：（1）小車的載重量：100 kg；（2）小車的運(yùn)行速度：0.5 m/s；（3）小車能在溫度為-10℃～50℃和相對(duì)濕度30%～85%的環(huán)境下運(yùn)行；（4）小車能自動(dòng)定位每個(gè)豬欄的料槽，并準(zhǔn)確進(jìn)行投料。
5 存在問題及解決方法
由于配送小車采用蓄電池供電，會(huì)出現(xiàn)供電不足或斷電等問題，導(dǎo)致員工不知道下次通電時(shí)小車的工作狀態(tài)，出現(xiàn)投料失敗。PLC可以設(shè)置有掉電數(shù)據(jù)保存和斷電自復(fù)位功能，保證其工作狀態(tài)的穩(wěn)定。
配送小車到食槽前停下有一段剎車距離，實(shí)際停車位置與理想的位置有一定偏差，這偏差跟運(yùn)行速度有關(guān)?？梢韵蚯罢{(diào)節(jié)反射擋板的位置，從而調(diào)節(jié)實(shí)際停車位置，使小車停在指定投料位置。
PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它不僅編程方便而且運(yùn)行穩(wěn)定性高。它與組態(tài)軟件配合使用，大大減輕了系統(tǒng)的開發(fā)難度?？傊?，PLC將在未來(lái)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中起到越來(lái)越大的作用。整個(gè)系統(tǒng)采用ZigBee無(wú)線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)了配送小車與監(jiān)控計(jì)算機(jī)的無(wú)線通信，不但價(jià)格低廉，而且功耗低和可靠性高。實(shí)際運(yùn)行可知整個(gè)系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高等特點(diǎn)。
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