小车运动控制ⅰ型电气控制系统课程设计。
一、小车运动控制ⅰ型电气控制系统课程设计任务书。
1、小车运动控制技术的工艺要求。
小车运动控制ⅰ型控制系统实际上是一种智能小车控制技术，也就是最简单的轮式机器人，最适合在那些人类无法工作的环境中工作。已经在许多工业部门获得了广泛应用。小车运动控制ⅰ型控制系统方案充分考虑了小车运动方向的特点，力求达到设备体积小，性能稳定，可靠性高，工程投资少的目的。
通过采用先进的plc控制技术，可以提高小车运动控制系统的效率，方便操作和使用。
小车运动控制ⅰ型控制系统由机械传动结构包括丝杆、滑杆等机械部件组成，电气方面由直流减速电机、传感器、开关电源、led显示等电子器件组成，可编程控制器采用三菱的fx2n-48mr型号的plc。小车运动控制系统示意图如图（1）所示。
图（1）小车运动控制ⅰ型控制系统有两种运动模式的选择：
运动方式一：小车长动运动控制，通过呼叫开关的选择，来实现控制小车运动方向，直到到达目标位置。
运动方式二：小车步进运动控制，通过左步进、右步进功能开关的选择来实现小车的步进运动。
2、小车运动控制（直流电机）系统设备。
1.计算机一台。
2.电动机：24v dc rpm 600一台。
3．按钮：呼叫选择九个。
4．数码管：七段共阴数码管一个
5．可编程控制器：fx2n-48mr一套
6．电铃：用于报警一个
7．接近开关：le-4 10-30v dc 200ma sn:4mm五个。
8. 光耦电路：i25c51四个。
9．开关电源：提供直流电一个。
10．导线若干。
3、小车运动控制（直流电机）系统设计技术要求。
模型按以下要求动作。
小车所停位置号小于呼叫号时，小车右行至呼叫号处停车；
小车所停位置号大于呼叫号时，小车左行至呼叫号处停车；
小车所停位置号等于呼叫号时，小车原地不动；
具有左行、右行定向指示，启动前报警信号，报警5秒后方可左行或右行；
小车到位后报警两次；
小车具有正反转点动运行功能；在点动状态，且在小车运动有效运行范围内按一次左行或右行，小车向左或向右运行一个位置。
具有小车行走位置的七段数码管显示。
二．小车运动控制系统的关键技术。
1．plc的选择。
可编程控制器，英文称programmable controller,简称plc。plc是用于工业现场的电控制器。它源于继电气控制技术，但基于电子计算机。
它通过运行存储在其内部的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。plc基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普通计算机进行信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑。
而plc则要考虑信息的入出的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰的问题，入出信息变换及可靠的物理实现。
plc是机电一体化设备中的控制器，机电一体化理念强调系统中各个部分之间的配合与协调，其目标是整体性能最佳。外部输入有：键值输入、模式选择、呼叫按钮等等，输出有：
led显示、电机正转、电机反转、报警输出、左行显示、右行显示等等，综合考虑i/o口的使用率及经济性考虑，本系统采用三菱公司fx2n-48mr型号的plc。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。fx2n系列是小型化，高速化，高性能和所有方便都是相当于fx系列中最高档次的超小型程序装置。
2．直流电动机的基本工作原理及选型
如果直流电机的转子不用原动机拖动，而把它的电刷a、b接在电压为u的直流电源上，可以看出，电刷a是正电位，b是负电位，在n极范围内的导体ab中的电流是从a流向b，在s极范围内的导体cd中的电流是从c流向d。ab和cd两导体都要受到电磁力f的作用，利用电动机左手定则判断，ab边受力的方向是向左，而cd边则是向右，且由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的电流，所以，ab边和cd边所受电磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针方向转动了。
当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半周之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab边转到s极范围内，cd边转到n极范围内，但是，由于换向片和电刷的作用，转到n极下的cd边中电流方向也变了，是从d流向c，在s极下的ab边中的电流则是从b流向a。因此，电磁力f的方向仍。
然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在n、s极范围内的导体中的电流方向总是不变的，因此，线圈两个边的受力方向也不变，这样，线圈就可以按照受力方向不停的旋转了，通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其它工作机械。在直流电动机中，用换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的交流电。
可见，换向器和电刷是直流电机中不可缺少的关键性部件。
当然，在实际的直流电动机中，也不只有一个线圈，而是有许多个线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流、在磁场中因受力而转动，就带动整个转子旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。根据本次课程设计的相关要求，所选电机为直流电动机，型号为zq a42rm8i,u 24v dc,600rpm。
3.接近开关。
接近开关：接近传感器可以不与目标物实际接触情况下检测靠近传感器金属目标物。接近开关有三根连接线（棕、兰、黑）棕色接电源的正极、蓝色接电源的负极、黑色为输出信号，当与档块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。
与plc之间的接线图如下，当传感器动作时，输出端对地接通。plc内部光耦与传感器电源构成回路，plc信号输入有效。根据本次课程设计的相关要求，本次课程设计选用le-4 10-30v dc 200ma sn:
4mm的接近开关。
图（3）4．光耦电路。
耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。
光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（led），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。
这就完成了电—光—电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。
所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。滑块经过时，输出一个低电平，给plc一个输入信号。
根据本次课程设计的相关要求，选用i25c51的光耦器件。
图（4）5．直流电机驱动单元。
本装置中直流电机驱动模块是有两个继电器的吸合与断开来控制电机的转动方向的。
6．机械传动原理。
利用机械方式传递动力和运动的传动。机械传动在机械工程中应用非常广泛，有多种形式，主要可分为两类：
1)靠机件间的摩擦力传递动力和运动的摩擦传动，包括带传动、绳传动和摩擦轮传动等。摩擦传动容易实现无级变速，大都能适应轴间距较大的传动场合，过载打滑还能起到缓冲和保护传动装置的作用，但这种传动一般不能用于大功率的场合，也不能保证准确的传动比。
旋转传动：易于将回转运动变成直线运动。可用于微调机构和自锁机构，滚动旋转传动效率高。缺点是普通滑动旋转传动效率低，不适于大功率。
2)靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动的啮合传动，包括齿轮传动、链传动、螺旋传动和谐波传动等。啮合传动能够用于大功率的场合，传动比准确，但一般要求较高的制造精度和安装精度。每种机械传动都各有特点，分别适用于不同的条件。
三、小车运动控制系统的设计。
1．直流小车控制系统设计及调试。
步骤如下：图（5）
在小车运动控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点；1、深入了解和分析小车运动控制的工艺条件和控制要求。2、确定i/o设备。根据小车运动控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。
3、根据i/o点数选择合适的plc类型。4、分配i/o点，分配plc的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。5、设计立体仓库系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个小车运动控制系统设计的核心工作。
6、将程序输入plc进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。7、小车运动控制整体调试，在plc软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试中发现的问题要逐一排除，直至调试成功。
本设计是运用plc控制系统小车的运动的方式。能快速的对输入信号做出反应控制小车，便于检修。控制系统结构图如图5
图（6）2．直流电动机正反转电路。
本装置中直流电机驱动模块是有两个继电器的吸合与断开来控制电机的转动方向的。本模型的两个行程开关是模型的硬件保护。当滑块把右侧行程开关压下时，右行失效；当滑块把左侧行程开关压下时，左行失效。
图（7）3．plc控制电路设计
包括plc硬件结构配置及plc控制原理电路设计。
1) 硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质等；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（i/o）数量；确定所控制参数的精度及类型，如：
对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等，选择适合的plc机型及外设，完成plc硬件结构配置。
2) 根据上述硬件选型及工艺要求，绘制plc控制电路原理图，绘制plc控制电路，编制i/o接口功能表。图（8）为小车运动控制系统plc控制电路原理图。
图（8）3) km1和km2接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。
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