基于PLC的轨检小车控制器设计
摘要：
本文提出了轨道检测车的总体设计方案，首先设计出轨检车总体结构，轨检车主要结构有纵梁、横梁、行走机构、导向机构、支撑架、控制计算机、电机等组成。接着对电机进行选型，选择合适的步进电机及与其相匹配的驱动器来给轨检小车提供动力，然后选出合适的软件来进行对电机的控制，画出其电气原理图。其次，对轨检车的主控模块进行设计，设计和分配PLC软件的I/O接口。总体就是对运动控制作了一个选型与分析，选择步进电机作为小车的主驱动，用PLC通过控制脉冲来控制轨检小车的速度。本次的设计目标在轨检车检测设备领域，结合先进的智能技术，研制出具有自主知识产权的新型检测设备，可实现高可靠性、高精度测量、高效率、智能化。
本次设计对于促进我国铁路运输的发展，提高铁轨检测的精度，减轻铁路工人劳动强度，保障铁路运输安全有着极其重要的意义。
关键词：轨检小车 PLC 运动控制
第二章 智能轨检小车的方案设计
根据课题的要求，确定如下方案：分析研究轨检小车的行驶要求，设计出轨检小车车身基本模型，要求满足小车的行驶需求，要考虑到实际。
通过这种方案能够对轨检小车的运动方向进行控制，而且可以对小车进行灵活的和精度高的控制，这种方案是对于行进于轨道上的轨检小车来讲是相对稳定，能满足对系统的基本要求。
2.1 轨检小车车体设计
在开始设计轨检小车车体的框架的过程中，查找相关资料，再从现有的轨道检测车的车身结构来看，现有的小车结构大致可以分为两类：H型车身结构和T型车身结构。
方案1：车身结构是H型的结构的话，小车就能够对左右两条轨道的高低和轨道的方向对其进行检测，使用常用的递推法来推算测量数据。H型车身结构有几个优点：工作时方便装拆，可以不费事的重复装拆，其有4只车轮，且相对的两只轮子之间有轴连接着，所以导向性好。不过也正是因其有4只车轮，H型车身结构的轨检小车结构刚度比较地差。
方案2：同样刚度的条件下，车身结构是T型的轨检小车对比H型，前者结构的轨检车会显得较为灵活，而且十分方便人员的操作。T型轨检小车有装拆方便，结构相对的紧凑，在对抗振动的时候刚度会很大，重量较轻便于人员的携带。而现有的轨道检测车车身结构也是T型综合以上的原因，本次设计考虑采用车身结构为T型。通过UG设计的小车模型，如图2.1所示。
轨检小车车轮中间需要开出一个孔来，这样可以保留轮子的整体强度，也降低了整个车轮的重量，便于安装。本次设计的车轮外圈要比内圈厚一些，这样的好处是当轨检小车进行加速的时候，小车的平稳性很好，保持在高速运行的时候，小车有较大的惯性。设计轨检小车的车轮如图2.2所示。
图2.2 小车车轮
图2.3 车轮导向装置
轨检小车在轨道上运行，当遇到弯道时，需要转向，所以要给小车车轮加上一个导向装置，其是决定着小车是否能沿着铁路弯道平稳得行走。图2.3为小车车轮的导向装置。
小车要求结构紧凑，要有足够的刚度和较高的强度。导向装置的结构要布置合理，使小车的运动平顺可行。图2.4为小车的支撑结构。
图2.4 小车的支撑结构
图2.1 轨检小车车身结构
第四章 轨检小车控制模块软件的设计
4.1 PLC介绍
PLC，中文定义是可编程控制器，简称是PLC，其是一种新型的以计算机技术为基本的工业自动化控制装置，采用的是可以编写程序的存储器械。其中存储的内部空间用来进行执行了顺序和逻辑运算，还可以对计时和算术运算等发出指令，然后通过输入输出，来控制各式各样的机械设备或者生产过程。
4.2 PLC分类及其选型
PLC按照结构形式来分，可分为整体，模块和叠装三种形式的PLC，其中叠装形式的PLC是前面两者优点的结合体。按照功能来进行分类的haunted，可以将PLC分成低中高三个不同类别。本次设计使用的PLC是西门子的S7-200，如下图所示,。S7-200系列PLC有着极其强大的功能，它既可以在独立的运行中实现功能，也可以在与其他相连成网络的同时进行复杂控制。所以这次PLC我将使用S7-200系列来进行对步进电机进行控制。
图4.1 S7-200 PLC端子和硬件介绍
4.3 PLC编程软件
本次设计使用的PLC编程软件是STEP7Micro/Win编程软件。此软件给予了用户很好的编程条件来进行开拓和编写新的应用程序。为了用户可以方便快捷的开发新的应用程序，STEP7Micro/Win编程软件上有三个不同的编辑器以供用户使用。此软件上有以下几个组成部分：SIMATIC管理器，符号编辑器，通信和硬件组态，编程语言和硬件的诊断工具。STEP7Micro/Win编程软件界面由菜单栏，工具栏，浏览栏，用户操作窗口和状态栏等几部分组成。此软件简单易懂，可以解决相对复杂的用户在自动化方面。此编程软件的界面可由下图所示。
图4.2 STEP7Micro/Win编程软件界面
4.4 PLC软件设计
4.4.1 程序流程图
图4.3 轨检小车工作模式
本次的系统使用的是梯形图的编程，编程软件为STEP7Micro/Win编程软件，先在计算机上进行程序的编写和调试，当程序调试成功后，使用接线口把编写好的控制程序下载到PLC当中。本次设计的PLC程序包括了主程序，慢速档，快速档和停止档的子程序主要要使步进电机分成两个速度档，来满足轨检小车在轨道上不同速度的工作需求，进而来高质量地完成轨道检测工程。工作开始后，电动机启动，轨检小车开始在轨道上前行，进行作业。小车有两个档的速度可以选择，当检测一条全新的轨道时，小车可以以一档慢速前进，增加其测量的精度。在通过无需检测的轨道时，以二挡的速度快速通过，大大地节省了工作的时间，提高了轨检小车的作业效率。轨检小车以一档的速度起步，使用两档的速度在轨道上进行工作，这三种工作方式（如图4.3所示）根据现场的工作需求来进行自由转换，以适应不同的工作环境。等小车作业结束后，电动机既可以停止转动，让小车停下来，等待操作人员，也可以通过电动机反转来带动小车返回初始位置。
第五章 轨检小车控制系统调试
5.1 调试准备工作
元器件准备：
1、220V转化为24V的电源模块（如图5.1所示）；
2、西门子S7-200PLC（如图5.2所示）；
3、步进电机驱动器（如图5.3所示）；
4、两相混合式步进电机（如图5.4所示）。
图5.1 控制电路中220V化为24V的电源模块
图5.2西门子S7-200PLC
图5.3 步进电机驱动器接口
图5.4 两相混合式步进电机
所有的元器件准备好之后，进行元器件之间的接线，接线完成后仔细地复查一遍，确认接线没有错误，再开始下一步的调试。
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