摘 要

本文借助MCGS组态软件、solidworks 3D建模软件和step7 win编程软件，分别进行组态动画设计以实现逻辑功能，通过三维模型构建设计机械结构构造，可编程控制器软件编程以实现对PLC功能的控制。并通过综合以上三种设计方法从三个方面进行进行设计，将飞行器模型着水实验输送小车的控制系统设计方案基本确定。从硬件、软件、模型、动画等各个方面进行设计验证，确定实验和理性和可行性。所得结果对于飞行器模型着水实验中运输小车上的控制系统设计具有指导意义。

论文主要研究了：基于直线电机的运输小车速度控制及通过步进电机对其悬挂装置的控制方法和实现。

研究结果表明：通过PLC对基于直线电机的运输小车速度控制及通过步进电机对其悬挂装置的控制方法是可以实现的。

本文特色：实现了MCGS组态软件、solidworks3D建模软件和step7 win编程软件的协同合作。

关键字： PLC MCGS组态软件 直线电机 solidworks

Abstract

In this paper, with the aid of the MCGS configuration software, solidworks 3 d modeling software and step7 win programming software, configuration animation design, respectively, to realize the logical function, 3 d modeling for mechanical structure design, PLC programming software in order to realize the control of PLC programming. By integrating the above three design methods, the design scheme of the control system of the model water transfer vehicle is basically determined. From hardware, software, model, animation and other aspects of the design verification, determine the experiment and rationality and feasibility. The results are of guiding significance to the design of the control system of the vehicle in the model water experiment.This paper mainly studies the speed control of transport car based on linear motor and the control method and realization of its suspension device by stepping motor.The results show that it is feasible to control the speed of the transport car based on linear motor through PLC and its suspension device by stepping motor.Features of this paper: the collaborative cooperation between MCGS configuration software, solidworks3D modeling software and step7 win programming software is realized.

Key words: PLC；MCGS configuration software； linear motor； solidworks

目录

第1章 绪论 1

1.1设计目的 1

1.2设计思路 1

1.3设计需求 2

第2章 可编程控制器（PLC） 3

2.1可编程控制器简介 3

2.2可编程控制器组成 3

2.3 PLC选型 4

2.4 PLC编程软件 6

2.5 PLC相关图表 8

2.6 协议相关 9

2.7 PLC控制驱动器 14

第3章MCGS组态软件 15

3.1MCGS组态软件界面 15

3.2 动画设计 19

3.3 通讯设计 20

第4章 solidworks建模 22

4.1 小车导轨设计 22

4.2 悬挂装置 23

4.3 直线电机 24

第5章 整体设计 26

5.1 控制部分 26

5.2 设计逻辑 27

5.3 机械结构 30

第6章 总结与展望 31

6.1 总结 31

6.2展望 31

参考文献 32

致谢 33

绪论

本次毕业设计内容及其主要设计目的为设计及基本实现飞行器模型着水试验输送小车控制系统设计。飞行器实验是在飞行器投入使用之前进行试验验证飞行，进行某种技术性研究或在出现技术性事故后进行验证的一种实验。该实验属于技术验证实验，因此其模型验证设备需要有较高的实验精度。本次设计的主体是为飞行器模型着水实验飞行器的无动力飞行过程提供初始动力，也可以在试验飞行器飞行之前提供俯仰角和倾斜角并记录初始速度。

本次设计主要分为输送小车动力结构、机械结构及其悬挂装置几个方面，本着经济型和实用性原则，经过长期调研和资料查询，对当前同类产品和相似产品进行横向对比。在此之后确定了将整体结构大体分为三个部分分别进行设计之后进行整合的设计思路。

1.1设计目的

能够基本实现本次设计中对模型在着水试验中用于输送的小车控制系统的针对性设计。即通过建模、程序设计、逻辑动画演示等，基本实现飞行器模型在实验中所需各参数的设计及其实验要求。在设计过程中需要自行设计验证的主要部分有模型尺寸、机械结构、执行程序和运行逻辑。设计目标是在完成了以上设计的前提下，依据成果设计的实际物品将能够实现在设计中要求实现的任务。包括要求测量到的的各个参数、要求实现的各种动作、设计要求适应的各种环境。设计目标是在设计完成之后，基本能够依赖设计思路和设计方案制造出能够实现体现设计完整功能的产品。

1.2设计思路

首先调查市场上是否有同类型产品，通过解析其功能要求及参考设计任务书自行设计出更加优良的机械结构、实现功能逻辑和电路结构。依据对相关部件生产商家官方网站资料的查询和部件技术手册，并亲自去电子产品市场调研相关部件的购买情况。根据用户的实际使用反馈、技术性和经济型考量以及对实际实验任务环境的适应能力确定部件选型。使用Solidworks建模软件对所需实现的实体部件进行3D建模，基本还原任务部件机械结构，并方便对其进行模拟测试。使用MCGS组态环境进行运行策略和运行组件设计，通过MCGS模拟运行环境实现对设计动画逻辑结构和组态动画的模拟演示。使用PLC编程软件step7 win对处理器内部处理程序进行编写和测试。之后将几部分综合考虑，剔除不符合要求的设计细节并提出更好的设计方案，综合各个部分最终实现功能。

1.3设计需求

按照以上设计思路、设计方案，总共需要以下几个必要工具：

1. windows电脑一台；
2. solidworks相关书籍和软件；
3. mcgs相关书籍和软件；
4. 编程类书籍若干；

可编程控制器（PLC）

本次设计的设计产品适用于实验场景，因此本次设计要求就是部件响应速度快、反应灵敏、控制能力灵活、抗干扰能力强、逻辑严谨。设计中采用PLC作为从站控制器的目的也就在于它的高响应速度和良好的抗干扰能力。

2.1可编程控制器简介

PLC设计初衷是提供一种全新的电气控制装置以代替电器设备中传统的继电器。是一种基于集成电路和电子技术控制装置，使用软件编程代替实现继电器的硬件通断，后来因其自由化的编程功能和高可靠性以及小型化的特点逐渐发展成为一种受制造工业所信赖的可编程控制系统核心。

PLC的定义 是：PLC即Programmable Logic Controller，是一种被设计用于环境复杂下的可靠的基于数字运算操作的用来代替实体继电器的可编程控制器。它被设计为可在多种工作场景下完成较复杂的工作，因此设计之初就设计拥有易于扩充其功能的特点，因此它拥有很多可扩展的插件，随着后期电路设计技术和理念的发展PLC拥有了更多的用于实现特定功能的扩展插件。在生产制造行业中，PLC配合复杂的插件实现对电气设备的控制功能，同时根据编写在其中的程序指令执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，依靠数字、模拟输入信号和输出信号，成为了整台设备甚至整个车间的控制中心。

2.2可编程控制器组成

众所周知，PLC虽然是一种定义明确的产品，但是市面上还是有许多生产商和制造商，比较有名的有德国的西门子、日本的三菱和欧姆龙等几家国际公司。不同品牌之间竞争明显，主要体现在硬件支持和软件编程规范上。业界一般通过PLC结构将其分为以下结构。

PLC分类：

1. 固定式 将PLC显示面板、CPU、机架、内部存储器、I/O接口、电源等部分按照定制化固定在同一个机体中不允许单独更换任何一个部分。
2. 组合式（模块式）将PLC显示面板、CPU、内部存储器、I/O接口、电源、机架等部分按照厂家给予的操作手册组合配置成一台拥有完整功能的PLC。

可编程控制器的主要功能依靠CPU的控制器进行内部时序排列、运算器进行数据处理和计算、内部寄存器进行缓冲数据存储和交换，在内部时序控制和内部总线协调控制下实现PLC功能。除此之外，PLC中央处理器单元还应包括用于辅助运算的外围芯片、保证时序稳定并能提供足够输入输出端口的总线接口及PLC相关其他电路。内部存储器的主要功能是存储用户或制造商写入PLC的程序及PLC运行过程中需要的各种数据，是PLC工作中不可缺少的组成单元。

其次，I/O端口是PLC的标准输入输出端口，所有的指令和执行结果都将通过内部时钟和内部总线的调控从I/O口输入输出。I/O模块分为：

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