隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，人們生活水平的提高，工人工資和產(chǎn)品原料價格都在增長，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。在國外，工業(yè)自動化已經(jīng)很成熟，而我國工業(yè)自動化還處于起步階段。

    隨著工業(yè)自動化的發(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)自動化方式轉(zhuǎn)變。用自動化機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)自動化發(fā)展不可替代的控制手段，也將會隨之快速的發(fā)展。本文通過設(shè)計以PLC為核心的智能配送小車，實現(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、無線數(shù)傳模塊、24V直流電機、直流電機驅(qū)動器、24V鉛蓄電池、盛料箱、投料模塊等構(gòu)成。

1.2 工作流程

    組態(tài)軟件作為上位機的控制平臺，根據(jù)上位機的指令，配送小車從初始?？课恢?，沿水平軌道運行。由于每個食槽前都裝有用于光電開關(guān)檢測的反射擋板，可以準確定位小車的位置，并在所要投料的食槽前停下，再通過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，小車繼續(xù)向前直到到達返回位置，然后電機反轉(zhuǎn)，小車后退，到達初始位置后停下，等待下次執(zhí)行指令。具體過程如圖1所示。

圖1 配送小車工作流程圖

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)計中PLC采用西門子S7-224XPCN；無線模塊采用佳杰CC2530ZigBee無線傳輸模塊；傳感器采用滬工E3F-DS30C4NPN光電開關(guān)。

圖 2 系統(tǒng)工作原理圖

    西門子S7-224XPCN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負與PLC編程口3正8負連接。RS232端與ZigBee無線數(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，如果上位機遵循PPI協(xié)議來讀寫PLC的數(shù)據(jù)，就可以省略編寫PLC的通信代碼。PLC通過連接直流電機控制器來控制配送小車上的投料電機和前進后退電機。從而控制小車的運行狀態(tài)和投料狀態(tài)。

    配送小車上裝有限位開關(guān)，該開關(guān)為單刀雙擲開關(guān)。水平軌道的兩端裝有固定物，當(dāng)小車返回到初始位置時，I0.4=1，小車停止運行；當(dāng)小車到達返回位置時，I0.5=1，電機反轉(zhuǎn)，小車后退。

    通過ZigBee無線通信模塊組網(wǎng)實現(xiàn)上位機與PLC的無線通信。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由一個協(xié)調(diào)節(jié)點和多個路由節(jié)點構(gòu)成，如圖3所示。通過ZigBee無線通信模塊取代傳統(tǒng)的USB-PPI電纜。

3 PLC主要技術(shù)難點的實現(xiàn)

    通過PLC來控制配送小車的活動狀態(tài)。采用西門子S7-224XPCN晶體管輸出型PLC，通過STEP7-MicroWinV4.0編程軟件對PLC進行編程。采用梯形圖來對PLC進行編程。

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），每個食槽位都裝有反射擋板。小車每次經(jīng)過食槽位，光電開關(guān)碰到反射擋板會使PLC產(chǎn)生一個瞬間脈沖信號（M6.0=1），如圖5所示。當(dāng)配送小車前進（Q0.0=1，Q0.3=0）時，經(jīng)過食槽位，產(chǎn)生一個瞬間脈沖信號（M6.0=1），PLC通過加減計數(shù)器C1，使C1+1。當(dāng)智能小車后退（Q0.0=0，Q0.3=1）時，經(jīng)過食槽位，產(chǎn)生一個瞬間脈沖信號（M6.0=1），PLC通過加減計數(shù)器C1，使C1-1，不同C1值對應(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，上位機通過組態(tài)軟件顯示該配送小車的具體位置。

圖 4 PLC 輸入輸出連接圖

圖 5 小車定位梯形圖

3.2 循環(huán)投料的設(shè)計

    配送小車向每個食槽投料的過程是一致的，其過程為：停止向前運行—投料電機開—投料電機關(guān)—向前運行。完成本食槽投料后接著向下一個食槽投料。此處PLC編程可以通過步進指令實現(xiàn)循環(huán)投料。如圖6、圖7所示，步進狀態(tài)S0.1為配送小車前進與食槽定位過程，步進狀態(tài)S0.2為投料過程。小車在狀態(tài)S0.1時，配送小車運動電機正轉(zhuǎn)（Q0.0=1），向前運行。假定上位機軟件設(shè)置為投料（M1.0=1），經(jīng)過前文所述的定位后，當(dāng)C1=1時，M2.0=1。之后就進入了步進狀態(tài)S0.2。當(dāng)進入步進狀態(tài)S0.2時，投完料后設(shè)置返回步進狀態(tài)S0.1。這樣一系列過程達到了循環(huán)投料的目的。

3.3 投料過程設(shè)計

    圖6梯形圖只是投料過程的一部分，步進狀態(tài)S0.2為投料過程。進入步進狀態(tài)S0.2后，Q0.0=0，小車停止運行。VD150的值決定了投料的時間，該值是圖6中由上位機組態(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，把VD100的數(shù)值傳給了VD150。而VD100的值是上位機組態(tài)軟件傳入的。經(jīng)過一系列步驟，最后經(jīng)過定時器T39，返回步進狀態(tài)S0.1，本食槽投料結(jié)束，下一個食槽投料開始。

圖 6 循環(huán)投料梯形圖

圖 7 投料過程梯形圖

4 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果

    配送小車放于養(yǎng)豬場豬舍中，放置上位機的房間與豬舍相距50m左右，其間有兩堵墻。經(jīng)測試無線通信正常。配送小車可以達到以下技術(shù)指標：（1）小車的載重量：100kg；（2）小車的運行速度：0.5m/s；（3）小車能在溫度為-10℃～50℃和相對濕度30%～85%的環(huán)境下運行；（4）小車能自動定位每個豬欄的料槽，并準確進行投料。

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，實際停車位置與理想的位置有一定偏差，這偏差跟運行速度有關(guān)?？梢韵蚯罢{(diào)節(jié)反射擋板的位置，從而調(diào)節(jié)實際停車位置，使小車停在指定投料位置。

    PLC是整個控制系統(tǒng)的核心，它不僅編程方便而且運行穩(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。總之，PLC將在未來自動化控制系統(tǒng)中起到越來越大的作用。整個系統(tǒng)采用ZigBee無線傳輸模塊實現(xiàn)了配送小車與監(jiān)控計算機的無線通信，不但價格低廉，而且功耗低和可靠性高。實際運行可知整個系統(tǒng)具有操作簡便、運行穩(wěn)定、可靠性高等特點。