摘 要
运煤车控制系统主要按照生产线小车的运输功能要求，对煤料进行两地传输，系统主要由小车、电磁阀、传感器等组成，按照规定的工艺流程进行顺序控制的设计需求，对系统进行硬件和软件控制设计，通过调试和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+上位机控制方式进行设计，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。系统主要由西门子S7-200SMART可编程控制器、传感器检测单元、电动机执行机构等组成，按照PLC设计的思路，对运煤车控制系统进行工艺要求设计和控制方案确定，在此基础上完成设备的选型设计和硬件I/O分配设计。根据外部的输入输出和电路要求，对运煤车控制系统进行原理接线图设计。对系统的工艺流程按照方案和要求绘制，分析程序的设计过程。通过上位机的仿真设计，对各种工艺功能进行验证，达到系统设计的要求，并且能够满足后期的升级改造。运煤车控制系统的设计符合了设计实际工艺，系统可行稳定。
关键词：运煤车，可编程控制器，顺序控制，仿真设计
ABSTRACT
The control system of the material transporting trolley mainly transmits the materials in two places according to the transportation function requirements of the trolley of the production line. The system is mainly composed of the trolley, solenoid valve, sensor, etc. it carries out the design requirements of sequential control according to the specified process flow, and carries out the hardware and software control design of the system. Through debugging and simulation, it achieves the requirements of the design process and meets the design requirements. The system is mainly designed by the way of PLC + upper computer control. Based on the analysis of the process requirements of the system, the detailed control strategy and overall design idea are put forward. The system is mainly composed of Siemens s7-200smart PLC, sensor detection unit, motor actuator, etc. according to the idea of PLC design, the process requirements design and control scheme of the control system of the material conveying trolley are determined. On this basis, the equipment selection design and hardware I / O distribution design are completed. According to the external input and output and circuit requirements, the principle wiring diagram of the control system of the material transport car is designed. The process flow of the system is drawn according to the scheme and requirements, and the design process of the program is analyzed. Through the simulation design of the upper computer, various process functions are verified to meet the requirements of the system design, and to meet the later upgrading. The design of the control system of the transporter conforms to the actual design process, and the system is feasible and stable.
Key words: transporter, PLC, sequence control, simulation design
目 录
1 绪论 6
1.1课题研究的目的及意义 6
1.2课题的设计内容 6
1.3课题的研究思路 6
2 运煤车控制的总体设计 8
2.1运煤车的工艺要求 8
2.2系统的设计方案 8
3 运煤车控制的硬件设计 11
3.1可编程控制器的选型 11
3.2 电动机的选型 11
3.3 行程开关的选型 12
3.4 断路器的选型 13
3.5 接触器的选型 13
3.6 热继电器的选型 14
3.7 系统的I/O分配设计 15
3.8 小车主电路的设计 15
4 运煤车控制的软件设计 18
4.1编程软件的介绍 18
4.2系统的控制功能流程设计 19
4.3程序的设计 20
4.3.1手动程序的设计 20
4.3.2自动程序的设计 21
5 运煤车控制的触摸屏设计 24
5.1触摸屏设计的工艺要求 24
5.2触摸屏设计的过程 24
6 运煤车控制的系统调试 27
总结 28
致谢 29
参考文献 30
1 绪论
1.1课题研究的目的及意义
运煤车主要在两地之间循环工作，对煤料进行循环输送。运煤车按照设定的工艺，执行装料-运输-卸料-返回等过程，具有很强的顺序控制功能。以往的运煤车采用继电器控制系统，由于运煤车现场情况比较复杂，往往会导致继电器线路触点接触不良，造成生产损失，本设计采用自动控制单元进行设计，对运煤车进行自动控制设计，按照规定的工艺需求，达到设计的要求。
本系统设计主要研究运煤车在两地之间进行循环输送煤料，根据系统的控制工艺，系统设计需要进行工艺设计分析、总体控制思路设计。并且进行硬件、软件以及仿真调试设计。按照设计要求，采用可编程控制器进行系统的设计。在以往使用的继电器-接触器控制系统中，由于设计线路复杂、现场故障率高、维修困难以及系统的升级改造需要大量更改线路等缺点，无法满足系统自动化控制的基本要求。现代社会自动化发展，可编程控制器和单片机的应用越来越普遍，可编程控制器是专门为工业现场的控制而设计，越来越受到工业的欢迎。可编程控制器品牌较多，共同的特点是产品的体积较小、控制模块比较丰富、控制功能强大，而且能够通过编程的方式实现控制系统的工艺改变和升级改造。特别是可编程控制器强大的通讯功能，能够将现场的实时数据通过各种通讯协议进行传输，为未来自动化工业革命提供良好的发展基础。
1.2课题的设计内容
本设计的运煤车主要往返于两地之间，系统主要由电动机、电磁阀、位置监测开关、控制单元等组成。按照规定的流程进行煤料输送，通过控制单元实现手自动切换和外部行程开关的监测，按照设定的流程进行控制。具体设计内容如下：
（1）对运煤车采用异步电动机实现来回往复运动，通过限位开关进行位置保护。
（2）系统运行首先进行回位控制，当小车回位到装料位置后，通过电磁阀控制进行装料，延时1分钟后，装料完毕。小车开始前进，当小车前进到位后停止，并延时5秒钟，当时间到后，车厢开始翻转，进行煤料倾倒，当翻转到位后，车厢开始返回原位。当返回原位后，小车开始后退，当后退到装料位置后，进行下一循环。
（3）对系统进行保护设计，包括小车的热过载保护、极限限位保护等。如果出现以上故障，将立即停止运行。
（4）通过上位机触摸屏观察小车运行的情况，通过联机调试，达到设计的要求。
根据以上课题设计的内容，对系统进行硬件设计和软件程序设计，实现以上的设计功能。
1.3课题的研究思路
根据运煤车的工艺要求和设计内容，按照PLC控制系统的一般设计流程，首先对系统进行总体的工艺分析和方案设计，当确定方案后，完成系统的硬件图纸绘制和分析，并对软件流程和程序进行详细设计，通过系统的调试达到设计要求。具体设计的思路按照以下步骤分析：
（1）在总体设计工艺分析中，对运煤车的控制工艺进行详细的分析，明确系统的控制对象，对系统的总体设计策略和方案进行设计，明确输入动作和输出动作，以及相关的控制要求。确定系统的设计方案，对系统采用的控制单元、检测部分和执行部分进行选型设计。
（2）在系统的硬件设计中，明确硬件设计的要求，对系统的电路进行分部设计，详细设计每个电路图，对线路部分的接线要求和原理进行明确分析。
（3）在系统的软件程序设计，主要按照工艺流程图和硬件I/O分配设计进行程序设计，程序部分设计主要对流程图的思路进行体现，通过各种指令的组合以及编程规范，进行功能的实现。通过设计对系统的流程图进行分析，明确各种动作要求和动作规范性，对程序进行分部设计，完成程序的各种功能实现，分析程序的设计思路和注释。
（4）按照硬件设计和软件的程序设计，通过仿真进行功能的验证和修改，确定系统功能全部按照设计的要求进行，通过仿真对系统的稳定性和可靠性进行验证。满足系统的工艺要求。
（5）完成系统设计的总结，对本系统设计的优缺点进行分析，为后期的升级改造留有空间，并且进行设计的总结分析。
2 运煤车控制的总体设计
2.1运煤车的工艺要求
对于运煤车的设计，主要由小车、装料电磁阀、卸料电磁阀、限位开关等组成。主要作用是将煤料从装料处进行装料，然后运输到卸料处卸料，进行往复运动控制。按照设计的要求，如下图所示。
图2-1 运煤车控制示意图
按照运煤车控制设计，主要的工艺是实现小车的往复运动，按照顺序流程进行设计。
（1）当系统启动后，小车首先归位，当碰触到左限位开关后停止，开始往车厢内装料；
（2）打开装料电磁阀，进行车厢装料，延时十分钟，装料完毕，小车开始右行，当碰触到右限位开关后，小车停止；
（3）当小车停止后，延时5秒钟，当延时时间到后，车厢翻转电磁阀动作，小车开始卸料，当翻转电磁阀动作到位后，碰触到位限位开关后，卸料完毕。此时车厢归位，归位电磁阀动作。当车厢归位后，碰触到归位限位开关后，小车开始返回。
（4）当小车车厢归位后，小车左行，当左行碰触到左限位开关后，小车停止，进入下一循环装料。
对于以上的基本工艺进行了说明，小车控制主要完成归位-装料-右行-卸料-左行等循环，实现煤料的输送。
2.2系统的设计方案
通过运煤车控制系统的设计要求，需要进行控制方案的设计和选择，控制方案的选择主要考虑现场的应用环境、系统的功能要求以及经济成本的投资考虑等进行分析。系统设计的要求务必做到控制稳定、适应现场工业环境、并且能够为后期升级改造提供空间。控制方案的选择直接关系到系统运行的稳定性，功能实现的完整性以及控制方便快捷，为后期的系统升级改造留有空间，并且能方便进行系统的改造升级。
单片机的功能比较强大，能够应对现场各种控制功能，控制精度高，自动化程度也高，而且能够根据现场的工艺要求，实现各种功能，达到控制的工艺目的。单片机在进行研发设计时，首先进行硬件电路板的开发设计，其次进行软件程序的开发设计。对于软件设计程序，一旦固化在存储器内，将难以进行改变。而且单片机系统方案对现场的抗干扰要求比较严格，扩展性能比较差，不能适应于作业恶劣的工业环境，后期系统升级困难。
可编程控制器的开发设计本身是针对工业控制环境的特定要求而研制，可编程控制器结合当前研究最新成果，特别是计算机的技术发展、通信技术发展、传感器应用发展等领域的研究，都可以通过可编程控制器的特定功能模块得以实现。面对复杂的工业环境，可编程控制器设计最初，就考虑抗干扰能力性能、高可靠性能、高稳定性能等，所以可编程控制器的应用比较广泛。如果现场工艺发生改变，完全可以对程序进行修改和功能增加，二次开发比较容易，在硬件设计时，需要按照要求进行外部输入输出余量保留，为后期改造升级提供诸多方便。对于可编程控制器的大量普及和应用，本次设计就考虑采用可编程控制器作为总控制单元，进行该系统的工艺设计。
通过以上控制方案的比较和选择，按照运煤车控制系统设计的基本控制策略，选择采用可编程控制器的控制方案进行设计。在设计中分为系统的硬件图纸、可编程控制器的软件程序。通过设计，进行最终调试仿真，达到系统设计的基本要求。
按照以上的方案选择，系统选择可编程控制器设计方案，主要设计方案如下分析：
（1）对运煤车采用异步电动机进行控制，电动机采用正反转进行小车的前进和后退设计，采用接触器进行控制，实现互锁电路。通过热继电器进行过载保护设计。
（2）采用电磁阀实现装料控制、车厢翻转控制和车厢归位控制。通过电磁阀的动作，进行装料和卸料设计。
（3）采用左限位开关、右限位开关、翻转到位限位开关和归位到位限位开关进行位置监测，当到达该位置后，进行下一步骤操作。
（4）采用左极限限位和右极限限位进行小车的保护，如果左限位开关或右限位开关失效，将通过极限限位进行保护，当碰触到极限限位开关后，系统立即停止。
（5）系统设计采用手动控制和自动控制两种方案，手动控制时，进行设备调试，自动控制时，按照固定的顺序流程，进行系统的生产运行。
通过以上设计的分析，系统采用可编程控制器作为控制单元，采用触摸屏作为上位机监控单元，对系统进行设计。按照设计的方案可知，系统输入部分主要包括：手自动选择、系统启动和停止、手动控制按钮、限位开关、极限限位开关、热继电器信号等；系统输出部分主要包括小车正转接触器、小车反转接触器、翻转电磁阀、归位电磁阀以及装料电磁阀，对系统进行运行指示、自动指示、故障指示显示。
按照以上的工艺流程设计和方案分析，对系统进行控制方案设计，如下图所示。
图2-2 运煤车控制方案图
按照以上的控制方案图，对系统进行硬件选型设计、图纸设计、软件设计以及触摸屏设计，达到系统设计的基本要求。
3 运煤车控制的硬件设计
3.1可编程控制器的选型
可编程控制器在市场上应用比较多，可编程控制器可以解决工业现场各种问题，包括现场逻辑控制功能、数据处理功能、通信功能以及过程控制的实现功能等。可编程控制器采用专用的程序编译软件，通过该软件的组态设计、工艺程序设计等方法，帮助完成工业控制现场的各种复杂的工艺，能够实现工业现场的各种通讯，和互联网进行数据交互，达到客户的要求。可编程控制器具有高可靠性、高稳定性、扩展性强等优点，成为当前工业发展的主力产品。
在西门子公司生产的小型PLC中，常用的有S7-200以及S7-200SMATRT产品，S7-200SMART系列PLC的应用场合较多，该可编程控制器使用的功能强大，能够实现较为复杂的控制功能，编程的指令比较丰富，能够实现PID控制功能和PTO脉冲输出功能以及高速计数器功能等。通讯方式比较多，通过以太网通讯方式可以进行程序的下载和上传。通过程序编译组态，可以实现设备与设备之间的MODBUS通讯和USS通讯，通过通信端口进行硬件连接。S7-200可编程控制器的功能模块比较丰富，有常用的DI/DO模块，AI/AO模块，通信模块，高速计数模块等。CPU的类型也比较多，每个CPU型号的程序处理能力各不相同，等级越高，处理的能力越强。
按照系统的设计要求，采用西门子S7-200SMART ST40可编程控制器作为系统的控制单元，完成系统的设计。该型号的可编程控制器可以实现本系统涉及的基本逻辑控制，能够对外部输入信号进行数据逻辑计算、特殊功能的使用，通过外部输出将连接外部的执行单元。通过端子计算和存储容量计算，本系统选择的ST40型号，外部输入端子为24个，外部输出端子为16个，采用的工作电源为DC24V。产品如下所示。
图3-1 S7-200 SMART可编程控制器
3.2 电动机的选型
在工业环境下，异步电动机的使用比较频繁，对现场的机械设备进行拖动，将电能转换为机械能的主要设备，是所有机械的动力来源。异步电动机的结构包含定子、转子和底座。主要工作原理是通过电动机内部的定子产生旋转磁场，通过该磁场感应，使转子绕组和定子磁场之间相互作用，使转子在磁场力的作用下进行旋转，产生电磁转矩。通常情况下，工业环境的负载类型比较多，主要包括风机泵类负载、恒转矩负载以及其他类型的负载，以上负载均可以使用异步电动机进行拖动。异步电动机的内部结构比较简单，工业制造的成本相对于直流电动机来说比较低，在使用过程中稳定可靠，故障率低，维修方便。
按照本设计的工艺分析以及控制策略，需要对运煤车的电动机进行型号选择，选择Y系列的异步电动机进行负载拖动，该Y系列异步电动机使用的转矩特性比较好，运行稳定可靠，寿命较长。选择的电动机型号为Y132M-4，功率为3KW，额定电流为6A，额定转速为1475r/min。根据该异步电动机进行接触器、断路器、热继电器的选型。电动机具体如下所示。
图3-2 三相异步电动机
3.3 行程开关的选型
行程开关作为控制单元的位置检测主令元件，该结构分为检测部分和电路输出部分。限位开关主要应用于实现顺序控制功能以及保护功能。限位开关按照机械结构和安装方式进行设计，设计小巧可以安装于机械结构内部，采用金属外盒耐腐蚀，能够保护到内部的电路。限位开关的触点电压可以达到AC380V以上。本系统按照行程开关的安装方式进行选择，采用活塞式的限位开关，该限位开关内部的电路有一对常开触点和一对常闭触点。完全满足系统的设计要求。产品的具体型号为YBLX-K1/411。
图3-3 YBLX-K1/411型行程开关
3.4 断路器的选型
低压断路器主要的作用就是对配电电源进行接通和切断，如果系统发生短路现象，低压断路器将瞬时动作，将故障点从配电电源处切断。对于电动机来说，低压断路器可以通断电动机主电路回路，并且能够对电动机产生的过流故障进行保护。对于低压断路器来说，需要选择的指标包括断路器的额定电压值、断路器的额定电流值以及过载保护值和短路保护值等。本系统设计低压断路器选型，主要用于对电动机的通断和过流保护。按照资料查询，低压断路器的选型公式如下：
式中的IN为所用电动机的额定电流。对于本系统所需要的电动机，按照铭牌查询可知，电动机的额定功率为3kW，额定电流为6A，取系数为1.5,进行断路器的计算如下公式：
按照以上公式的计算结果，对断路器进行选择，选择的断路器为正泰电器生产的DZ系列产品，具体型号为DZ47/60-16A，级数为3P。产品如下图所示：
图3-4 DZ47系列断路器示意图
3.5 接触器的选型
在电动机控制中，交流接触器应用比较频繁，主要通过接触器的线圈吸合和断开，对电动机进行通电和断电，达到电动机运行和停止的目的。市场上交流接触器的型号门类较多，对于接触器的选择，一般情况下要考虑接触器的主触点电压等级，以及接触器的额定电流和接触器线圈的电压等级参数。在进行接触器选型时，首先接触器的额定电压必须大于或等于电动机的额定电压，其次接触器的额定电流必须大于电动机的额定电流的1.2倍。对于接触器的线圈额定电压考虑，要按照控制系统的控制电路电压等级进行选择，通常情况下，电压等级主要有AC380V、AC220V、DC24V等。按照本系统的设计要求，选用线圈的电压等级为AC220V。对于接触器的主触点额定电压以及额定电流选型，需要通过如下公式进行计算。
对于以上的公式，首先是接触器的额定电压要大于等于电动机线路的额定电压，其次接触器的额定电流要大于等于电动机的额定电流。此公式中为经验常数，取1.2。对于本系统的设计，需要的电动机按照铭牌查询可知，电动机的额定功率为3 kW，通过该公式可知：
通过上式计算的结果可知，需要的接触器额定电流为6A，按照产品的型号系列，本系统选用的接触器为正泰电器公司的CJX2系列产品，具体的型号为CJX2-0910 AC220V。
图3-5交流接触器
3.6 热继电器的选型
电动机在使用过程中，电流大小随着拖动负载的变化而变化，当拖动的负载过大时，电动机的实际电流就越大，可能会超过电动机自身的额定电流，如果长时间处于负载过大的状态，电动机将会发热，当电动机温度超过绝缘层的临点温度是，电动机绝缘将遭到破坏，烧毁电动机。所以为了防止此情况的发生，需要安装热继电器进行电动机的过载电流检测，当热继电器检测的过载电流大于设定的电流值，热继电器将延时动作，停止电动机的运行，将保护电动机避免受到损坏。在设定热继电器的整定电流时，设定范围一般在额定电流的0.95-1.05倍之间，具体公式如下：
按照通常的设置，对系数的选取为1.05，通过此公式的计算可知，本热继电器的整定电流值为6A，通过正泰电器的产品手册查询，本系统选用的产品为JRS1系列的热继电器，具体选择型号为JRS1-D09316 4.2-8.5A。热继电器如下图所示。
图3-6 JRS1系列热继电器
3.7 系统的I/O分配设计
对于运煤车控制系统的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/O分配设计表
输入功能
输入地址
输出功能
输出地址
系统启动
I0.0
小车前进
Q0.0
系统停止
I0.1
小车后退
Q0.1
手自动选择
I0.2
翻转电磁阀
Q0.2
手动前进
I0.3
归位电磁阀
Q0.3
手动后退
I0.4
运行指示
Q0.4
热继电器
I0.5
自动指示
Q0.5
车厢手动翻转
I0.6
故障指示
Q0.6
车厢手动归位
I0.7
装料电磁阀
Q0.7
前进限位
I1.0
前进极限限位
I1.1
后退限位
I1.2
后退极限限位
I1.3
翻转限位
I1.4
归位限位
I1.5
3.8 小车主电路的设计
按照运煤车主电路设计的要求，电器元件主要包含了小型断路器、接触器以及热过载保护继电器等。对于小型断路器，主要防止系统过流现象，并且能够进行电源的通断。对电动机产生的过流故障进行保护，本系统选择的断路器为正泰电器生产的DZ47-60系列断路器。接触器按照命令的输出，实现线圈的得电和失电，当得电时，通过磁力将主触点吸合，当失电时，通过弹簧将主触点分开。对于继电器的使用，主要检测主电路电流是否达到过载极限，当电动机过载运行时，通过热继电器的延时表，将对过载电路断开，从而保护电动机。本系统选择的热继电器为正泰公司生产的CJR系列热继电器。
在正反转电路控制中，当KM1接触器线圈得电，主触点吸合，电动机开始正向转动，当KM2接触器线圈得电，主触点吸合，电动机开始反向转动，KM1接触器和KM2接触器之间不能同时接通，通过可编程控制器内部的梯形图设计，形成正反转互锁控制电路。
图3-7 小车主电路接线图
3.8 PLC电路的设计
对于运煤车控制系统硬件设计，PLC的接线是重要的组成部分。系统采用S7-200SMART可编程控制器进行设计，通过开关电源进行DC24V供电设计，开关电源输入部分为常用的交流电AC220V，输出部分为DC24V规格，按照系统对直流电源电压等级的需求进行选择。开关电源的的工作效率比较高，安装方便，体积小巧，可以输出比较稳定的直流电源，能够很好的保护仪表及PLC。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。按照运煤车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14个功能信号，输出部分需要接出8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DC24V,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DC24V。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所示。
图3-8 PLC电路接线图
4 运煤车控制的软件设计
4.1编程软件的介绍
本系统设计采用S7-200SMART可编程控制器作为控制单元，使用的编程软件为S7-200SMART可编程控制器专用的软件STEP7-Micro/WIN SMART。该软件安装必须在微软操作系统上，该软件能够完成程序的编译、特殊功能的建立和组态、程序的下载以及在线监控、通过界面可以启动和停止可编程控制器，当系统处于在线状态下，可以进行变量的查询等。软件功能强大、指令丰富，能够对各种控制方案进行程序编译。软件安装好后，可以通过对话框进行界面的语言切换。该软件采用专用的以太网电缆，通过驱动的选择以及波特率、通讯地址的设置，和可编程控制器之间进行通讯连接，进行程序的上传下载以及在线监控操作。STEP7-Micro/WIN SMART软件具有诸多版本，在WIN7系统中，需要安装才能运行。STEP7-Micro/WIN SMART软件的界面功能丰富，通常情况下，分为菜单栏、工具栏、状态栏以及程序编译栏、系统的变量表栏，可以通过交叉应用对某变量在程序中的出现位置进行搜索。该软件使用方便、功能全面。界面如下图所示。
图4-1 STEP7-Micro/WIN SMART编程界面
4.2系统的控制功能流程设计
运煤车控制主要分为手动控制和自动控制两部分，手动控制时，通过手自动选择开关进行控制，当选择手动时，通过外部的手动按钮进行小车的前进后退控制、车厢的翻转和归位控制。如下图所示。
图4-2 手动控制流程图
运煤车自动控制运行时，具体设计的自动控制流程图如下所示。
图4-3 自动控制流程图
当系统启动后，小车首先归位，当碰触到左限位开关后停止，开始往车厢内装料；延时十分钟，装料完毕，小车开始右行，当碰触到右限位开关后，小车停止；延时5秒钟，当延时时间到后，车厢翻转电磁阀动作，小车开始卸料，当翻转电磁阀动作到位后，碰触到位限位开关后，卸料完毕。此时车厢归位，归位电磁阀动作。当车厢归位后，碰触到归位限位开关后，小车左行，当左行碰触到左限位开关后，小车停止，进入下一循环装料。按照此流程进行循环往复，当按下停止按钮后，系统停止运行。
当系统运行时，如果热继电器输入，或者左极限限位信号、右极限限位信号输入时，系统立即停止，进行电动机和小车的保护。
4.3程序的设计
4.3.1手动程序的设计
当系统手动选择I0.2输入时，M0.0得电，表示自动状态，当M0.0失电，为手动状态。当自动状态时，Q0.5得电输出，表示当前为自动状态。当在手动状态时，按下手动前进按钮，手动前进位M0.1输出，按下手动后退按钮，手动后退位M0.2输出。并且手动前进和手动后退进行互锁设计，并且进行限位保护设计。当按下手动翻转时，M0.3得电输出，当按下手动归位时，M0.4得电输出，手动翻转和手动归位互锁输出。
4.3.2自动程序的设计
在没有故障状态下，并且选择自动位时，按下系统启动按钮，M1.0得电并自锁，并且输出Q0.4运行指示。当M1.0得电时，上升沿将M1.1置位。进行小车归位控制。当小车归位后，左限位I1.2得电后，小车归位结束，进行小车装料。
小车装料定时为1分钟，当T37时间到后，将M1.3置位，将M1.2复位，表示小车自动前进，当小车前进到位后，I1.0右限位输入后，小车停止，开始进行5秒钟延时。
延时5秒钟到后，T38触点接通，将M1.5置位，将M1.4复位。表示小车车厢自动翻转开始，当碰触到翻转限位I1.4后，将M1.6置位，将M1.5复位，小车车厢自动归位，当自动归位到位后，I1.5归位限位开关输入后，小车自动后退，当碰触到左限位开关后，小车停止，进入下一循环。
当热继电器输入时，输出故障指示Q0.6，当系统停止时，将M1.1到M2.0全部复位。当手动状态下的前进位M0.1或者自动状态下的前进M1.3输入时，输出Q0.0小车前进。当手动状态下的后退位M0.2或者自动状态下的后退M1.7输入时，输出Q0.1小车后退。当手动翻转位输入，或者自动翻转位输入，输出Q0.2反转电磁阀。当手动归位或自动归位输入时，输出Q0.3归位电磁阀。当M1.2装料位输入时，输出Q0.7装料电磁阀。
5 运煤车控制的触摸屏设计
5.1触摸屏设计的工艺要求
本系统采用WINCC Flexible软件进行组态设计，对运煤车的当前状态等进行数据监控。本系统设计的软件的版本为V3 SP2，通过和可编程控制器之间进行以太网通讯，建立通讯驱动，以及变量表添加设置等，实现系统的通讯功能。为了实现可编程控制器和WINCC触摸屏上位机之间的信息交互，完成系统的可视化要求，对WINCC触摸屏进行工程项目的建立和系统驱动程序的设置组态，按照系统的工艺要求和设计，对系统进行画面的设计和动画的设计。通过运行软件完成系统的功能调试和实现。
5.2触摸屏设计的过程
首先打开工程管理器，进行设备选择,如下图5-1所示。
图5-1 设备选择对话框
在该设备选择对话框中，可以进行触摸屏的型号选择,本设计选择Smart IE V3，按下确定后,就可以对此设备进行画面、变量连接、驱动连接等设计。在项目设计中，可以对项目进行、驱动建立、画面设计、变量添加设计、动画设计等。本系统建立项目对话框时，需要对项目的存储信息进行填写。当建立好设备类型后，就需要对系统进行驱动连接，如下图5-2所示。
图5-2 项目建立对话框
按照以上的驱动连接，采用以太网通讯方式，并且对PLC的地址为192.168.2.1，触摸屏的地址为192.168.2.2。开始进行项目的变量表添加，变量表添加包括变量名称、变量地址、以及变量的属性设置。在变量管理中，对每个变量进行设置，包括对变量的基本属性设置、报警定义设置等。对变量的类型进行设置并且对初始值、最小值和最大值等等都需要进行设置，更多时候都是保持默认设置即可。如下图5-3示。
图5-3 变量表
当所有变量设计完毕后，就可以进行画面的设计，在画面设计中，有“工具”，可以根据工具进行画面的背景设计、图表添加设计、字符输入设计以及简单图形设计，也可以完成对象的颜色设计、位图设计、形状变化设计等。在进行画面设计时，按照本系统设计的要求，添加相关的对象，并对该对象进行命名，对添加的按钮、指示灯、输入数据框等进行变量的设置。本系统设计需要完成按钮的设计、指示灯的设计、相关的数据输入设计等。
在画面设计时，对每个对象的颜色、形状都可以按照工艺的要求进行完成。特别是使用图库管理器，在图库管理器中，有诸多仪表、传感器、按钮、指示灯、电气符号、阀门等相关图形，可以选择使用鼠标拖动的方式添加到画面，并且对该对象进行变量的赋值，完成该对象的详细参数设置等。画面设计需要美观大方，可操作性强，能够充分反映当前的系统状态和数据显示。如下图5-4所示。
图5-4 画面设计图
当画面设计大体完成后，需要对某些图形进行变量的动画添加处理，动画都包括闪烁动画、隐含动画、水平移动或垂直移动动画、填充属性对话等。根据不同的图表添加不同的动画，如下图5-5所示。
图5-5 对象添加对话框
当设计到此，所有的组态设计完成，组态设计主要对驱动程序进行添加设计，对变量进行命名，并设置属性，完成变量列表。对画面进行设计，并且对相关的对象进行动画设计。当以上步骤全部完成后，整个组态设计完整设计完成。需要进行“运行”，对系统进行仿真调试。
6 运煤车控制的系统调试
总结
本系统设计的运煤车控制系统，主要的工艺为进行小车的往返控制等。对系统的程序流程图进行了说明，完成了程序的设计和分析，通过仿真调试达到了设计的要求。通过系统的调试可知，系统设计还需要进一步完善，特别是自动化程度的提高和工艺的保护功能完善。具体总结如下：
（1）通过运煤车工艺分析和实现，基本达到了本设计的要求，但是在控制策略中，还需要考虑增加系统的保护功能以及系统运行过程中意外情况的防范和处理；
（2）通过运煤车硬件设计的实现，电路达到了基本设计要求，但是还需要充分考虑现场的应用环境和干扰因素。
（3）在运煤车软件设计中，按照控制策略和工艺功能实现完成了流程图的设计，但需要考虑系统的冗余设计，能够实现系统应对各种情况的程序处理，防止系统运行时损坏产品和设备。
（4）对运煤车系统进行了联机调试，在调试过程中，还需要考虑能否应对现场的复杂环境，比如现场应用的干扰性、布线的复杂性等。
总之，本系统设计达到了基本的要求，还需要在后期的升级设计中，要考虑以上的因素，使系统更加符合现场的应用要求，能够实现系统的抗干扰性和稳定性。
致谢
经过毕业设计全部设计完成的努力，我在此过程中已经学习了不少东西，期间每一步，对我来说，都是一个很大的挑战，每次都是面对新的问题，这个设计是在在这大学学习的一个总结，是我目前为止真正完成的设计项目。这段时间里，经理了很多，最重要的是对大学所学知识进行了系统总结，同时也学会了新东西，尤其是论文写作，在老师的指导下，我受益匪浅。所以，我首先感谢我的指导老师。老师不仅给我的论文研究指明了方向，还在论文写作期间给与无尽的帮助，在此向老师说声：老师，您辛苦了！另外，我还要向陪伴我大学的挚友致以崇高的敬意，是他们在大学的陪伴，让我大学生活丰富多彩，在我在论文写作中体会了学习的快乐，尤其是我同宿舍的朋友们。谢谢你们，感谢你们一路的陪伴！
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