PLC課程設計工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)設計

1、目錄第一章 緒論1第二章 工業(yè)鏟車仿真模型的設計與組裝32.1驅(qū)動部分設計32.2傳動部分設計3第三章 控制系統(tǒng)設計43.1控制要求分析43.2程序流程圖43.3主電路圖53.4電控系統(tǒng)控制電路63.5工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)示意圖73.6 i/o分配表83.7 plc的選型93.8外部接線圖93.9順序功能圖103.10 梯形圖113.11指令表17第四章 設計總結194.1答辯問題194.2總結19第五章 科技文獻分析20參考文獻21 第一章 緒論plc英文全稱programmable logic controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)

2、字運算操作的電子裝置。它是隨著時代發(fā)展和技術應用而發(fā)展起來的，相比傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，plc可以使電氣控制工作更可靠，更容易維修，更能適應經(jīng)常變換的生產(chǎn)工藝要求。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，plc具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾

3、能力強、編程簡單等特點。1969年，美國研制出世界第一臺pdp-14，1974年，中國研制出第一臺plc，20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。plc具有的網(wǎng)的功能，它使plc與plc 之間、plc與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。工

4、業(yè)鏟車自動化智能低，鏟車又叫裝載機，是往車輛或其他設備裝載散狀物料的自行式裝卸機械。裝載機也可以進行輕度的鏟掘工作，通過換裝相應的工作裝置，還可進行推土、起重、裝卸木料及鋼管等作業(yè)。裝卸機的動力強，靈活性好，操作簡單。因此廣泛應用于建筑、鐵路、公路、水電、巷口、礦山、農(nóng)田基本建設及國防等工程中。裝載機，一般由發(fā)動機，變矩器，變速箱，前后驅(qū)動橋幾個部件組成，裝載機被使用在鏟，裝，卸，運石料和土，挖掘硬土巖石，起重物料等工地。鏟車種類很多。有徐工15、30、50裝載機，常林15、30、50裝載機，柳工30、50、852裝載機，廈工50，95裝載機1，成工30、50裝載機，常見的作業(yè)方式有i形作業(yè)法

5、、v形作業(yè)法和l形作業(yè)法等。根據(jù)行走系結構可分為輪胎式和履帶式兩種。其中輪胎式裝載機按其車架結構型式和轉(zhuǎn)向方式又可分為鉸接車架折腰轉(zhuǎn)向、整體車架偏轉(zhuǎn)車輪和差速轉(zhuǎn)向裝載機3種。根據(jù)作業(yè)過程的特點可分為間歇作業(yè)式（如單斗裝載機）和連續(xù)動作式（如螺旋式、圓盤式、轉(zhuǎn)筒式等）裝載機。第二章 工業(yè)鏟車仿真模型的設計與組裝2.1驅(qū)動部分設計工業(yè)鏟車的主要動作是鏟起、放下，并能作前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的操作。鏟起和放下屬于縱向移動，行走和左右轉(zhuǎn)屬于橫向移動，所以應使用縱向和橫向兩種電動機。本設計共需要3臺電動機。其中貨物的鏟起或放下可由縱向電動機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，左輪的前進和后退由一臺電動機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，右輪的前進

6、和后退由另一臺電動機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，當要實現(xiàn)左轉(zhuǎn)的時候，可讓左輪的電動機不動，右輪的電動機正轉(zhuǎn)前進，反之，則右轉(zhuǎn)也是同樣的原理。2.2傳動部分設計 縱向傳動是通過縱向電動機的正向旋轉(zhuǎn)帶動栓著電磁鐵的鋼絲，使得鏟頭上下移動，便于貨物的鏟起和放下。前進可以是左右輪的兩個電動機同時正向轉(zhuǎn)動，后退則是同時反向轉(zhuǎn)動，左轉(zhuǎn)是左輪上的電動機不動，右輪電動機正向轉(zhuǎn)動；右轉(zhuǎn)是右輪上的電動機不動，左輪上的電動機正向轉(zhuǎn)動。第三章 控制系統(tǒng)設計3.1控制要求分析開啟系統(tǒng)后，小車應停于初始位置，sq1壓合。然后依次按sb1、sq2、sq3、sq4、sq5完成以下動作（鏟起 向前0.5米 左轉(zhuǎn)90度后，向前0.5米 右轉(zhuǎn)9

7、0度后，向前0.5米 右轉(zhuǎn)90度后，后退0.5米 放下）。最后返回初始位置。系統(tǒng)設定限位開關壓合則做相應的90度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時間為五秒。預停按鈕的設計，可在按下預停按鈕后，是小車完成一個循環(huán)后，不再進入下一次循環(huán)。3.2程序流程圖經(jīng)過對控制過程和要求的詳細分析，明確了具體的控制任務就是鏟起、放下、行走、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)等主要任務。確定了鏟車這些必須完成的動作后，再確定動作的順序：縱向電機正轉(zhuǎn)，電磁鐵由上向下移動，鏟爪抓物體，縱向電機反轉(zhuǎn)，由下向上移動，左右輪電機同時正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)向前，左輪電機停止右輪電機正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)向左轉(zhuǎn)，左輪電機正轉(zhuǎn)右輪電機停止，實現(xiàn)向右轉(zhuǎn)，左右輪電機同時反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)后退。其工藝流程圖如下

8、圖3-1 工業(yè)鏟車工藝流程圖3.3主電路圖如圖7-1所示為電控系統(tǒng)主電路。三臺電機分別為m1、m2、m3。接觸器km1、km3、km5分別控制m1、m2、m3的正轉(zhuǎn)運行；接觸器km2、km4、km6分別控制m1、m2、m3的反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運行。fr1 、fr2、fr3分別為三臺電機的熱繼電器；fu為主電路的熔斷器，qs為電路主開關。 圖3-23.4電控系統(tǒng)控制電路如圖7-2所示為電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中sb1、sb2、sb3分別控制三臺電機正轉(zhuǎn)的啟/停；sb1、sb2、sb3分別控制三臺電機反轉(zhuǎn)的啟/停。圖 3-3 電控系統(tǒng)控制電路3.5工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)示意圖初始位置sq10.5msq40.5ms

9、q5目的地sq20.5m0.5msq3圖3-4工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)示意圖控制要求：小車有電機驅(qū)動，電機正轉(zhuǎn)前進，反轉(zhuǎn)后退。初始時，小車停于初始位置，限位開關sq1壓合。（1）按下開始按鈕，小車開始鏟起物品。8秒后鏟物結束，小車按規(guī)定路線經(jīng)過壓合sq2,sq3,sq4,前往目的地，壓合sq5放下物品。（2）5秒后放物結束，按圖路線經(jīng)過壓合sq6、sq7返回原地，壓合sq1再次開始鏟起物品如此循環(huán)。（3）設置預停按鈕，小車在工作中若按下預停按鈕，則小車完成一次循環(huán)后，停于初始位置。3.6 i/o分配表 輸入輸出符號作用輸入點符號作用輸出點sb1開始按鈕i0.0km1鏟起q0.0sb2預停按鈕i0.

10、1km2前進q0.1sq1限位開關1i0.2km3后退q0.2sq2限位開關2i0.3km4放下q0.3sq3限位開關3i0.4km5左轉(zhuǎn)90度q0.4sq4限位開關4i0.5km6右轉(zhuǎn)90度q0.5sq5限位開關5i0.6sq6限位開關6i0.7sq7限位開關7i1.0.3.7 plc的選型本設計采用西門子公司的s7-200系列整體式plc實現(xiàn)工業(yè)鏟車（模型）的自動控制。由上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關量輸入點17個、開關輸出點6個；故cpu模塊采用cpu226(ac/dc/繼電器）模塊，該模塊采用交流220v供電。cpu226簡介： 集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量i/o 點。可連接7

11、個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量i/o 點或35路模擬量i/o 點。13k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30khz高速計數(shù)器，2路獨立的20khz高速脈沖輸出，具有pid控制器。2個rs485通訊/編程口，具有ppi通訊協(xié)議、mpi通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。3.8外部接線圖 圖3-53.9順序功能圖m10m11m12m13m14m15m16m17m18m19m20m21m22m23m24m25y1y2y1y1y1y4 t1y0 t0y5 t5y5 t3y3 t4y5 t2t7y4 t6y4 y1y1t1t2t3t4x3t7t6t0x4x6x5x1x1x8x7x0x2圖3-6工業(yè)鏟車控

12、制系統(tǒng)的順序功能圖 工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)的順序功能圖3.10 梯形圖圖3-8 圖3-8（續(xù)）圖3-8（續(xù)）圖3-8（續(xù)）圖3-8（續(xù)）圖3-8（續(xù)）網(wǎng)絡1：接入初始化脈沖sm0.1小車啟動。 網(wǎng)絡2：小車開始鏟物并延時。網(wǎng)絡3：延時時間到，小車前進。 網(wǎng)絡4：小車左轉(zhuǎn)90度延時5秒。 網(wǎng)絡5：延時時間到，小車繼續(xù)前進。網(wǎng)絡6：小車右轉(zhuǎn)90度并延時5秒。 網(wǎng)絡7：延時時間到，小車繼續(xù)前進。網(wǎng)絡8：小車右轉(zhuǎn)90度并延時5秒。 網(wǎng)絡9：延時時間到，小車后退。 網(wǎng)絡10：放下物品并延時5秒。 網(wǎng)絡11：延時時間到，小車右轉(zhuǎn)90度并延時5秒。網(wǎng)絡12：延時時間到，小車前進。網(wǎng)絡13：小車到達點sq6點并向左

13、轉(zhuǎn)90度并延時。網(wǎng)絡14：延時時間到，小車前進到sq7點。 網(wǎng)絡15：小車左轉(zhuǎn)90度并延時5秒。 網(wǎng)絡16：延時時間到，小車達到初始位置。網(wǎng)絡17：小車前進的6步動作。 網(wǎng)絡18：小車右轉(zhuǎn)的幾步動作。網(wǎng)絡19：小車左轉(zhuǎn)的3步動作。網(wǎng)絡20：小車后退的一步動作。網(wǎng)絡21：小車放下物品的一步動作。3.11指令表第四章 設計總結4.1答辯問題（1）為什么plc具有很強的抗干擾能力？試例舉軟件和硬件方面的措施予以說明。答：在工作原理方面，可編程序控制器采用周期循環(huán)掃描方式，在執(zhí)行用戶程序過程中與外界隔絕，從而大大減小外界干擾；在硬件方面，采用良好的屏蔽措施、對電源及io電路多種形式的濾波、cpu電源自

14、動調(diào)整與保護、cpu與io電路之間采用光電隔離、輸出聯(lián)鎖、采用模塊式結構并增加故障顯示電路等措施；在軟件方面，設置自診斷與信息保護與恢復程序。（2）plc開關量輸出模塊若按負載使用的電源分類，可有哪幾種輸出模塊？若按輸出的開關器件分類，可有哪幾種輸出分類？答：按負載使用的電源分類可有：直流輸出模塊， 交流輸出模塊 ，交直流輸出模塊；若按輸出開關器件分類可有：場效應晶體管輸出方式直流輸出模塊，響應速度最快（可帶高速小功率直流負載），可控硅輸出方式交流輸出模塊（可帶高速大功率交流負載），繼電器輸出方式交直流輸出模塊，響應速度較慢，但工作最可靠（可帶較低速大功率交、直流負載）。4.2總結通過本次課程

15、設計我對plc有了進一步的了解，并對學過的plc知識進行了鞏固，在大學階段學習的過程中，畢業(yè)設計是一個重要的環(huán)節(jié)，是我們步入社會參與實際工程建設的一次極好的演示，這次畢業(yè)設計讓我更加熟悉了從理論到實踐的跨越。從開始的查閱圖書，網(wǎng)上搜索，詢問同學，到現(xiàn)在的完成整個設計，這中間有很多值得回味的地方，從中學會了示意圖和流程圖的繪制，并加深了對梯形圖的理解和設計能力。本設計涉及到可編程控制技器應用技術、數(shù)字電子技術等學科。感謝肖清老師給我們進一步學習plc控制技術的機會，通過本次課設的學習，發(fā)現(xiàn)自己還有許多地方需要進一步加強學習。我相信，只要肯鉆研，只要擠時間，一切自己想要的知識都可以掌握。 第五章

16、科技文獻分析橋式起重機是橫架于車間、倉庫和料場上空進行物料吊運的起重設備。由于它的兩端坐落在高大的水泥柱或者金屬支架上，形狀似橋。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。它是使用范圍最廣、數(shù)量最多的一種起重機械。傳統(tǒng)的起重機驅(qū)動方案一般采用:(1)直接起動電動機;(2)改變電動機極對數(shù)調(diào)速;(3)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速;(4)渦流制動器調(diào)速;(5)可控硅串級調(diào)速:(6) 直流調(diào)速。前四種方案均屬有級調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運行，只能在額定速度以下調(diào)速:起動電流大，對電網(wǎng)沖擊大;常在額定速度下進行機械制動，對起重機的機構沖擊大，制動閘，

17、瓦磨損嚴重;功率因數(shù)低，在空載或輕載時低于0.20.4，即使?jié)M載也低于0.75，線路損耗大?？煽毓璐壵{(diào)速雖各服了上述缺點，實現(xiàn)了額定速度以下的無級調(diào)速，提高了功率因數(shù)，減少了起制動沖擊，價格較低，但目前串級調(diào)速產(chǎn)品的控制技術仍停留在模擬階段，尚未實現(xiàn)控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能和起制動性能，很好的保護功能及系統(tǒng)監(jiān)控功能，所以有時采用直流電動機，而直流電動機制造工藝復雜，使用維護要求高，故障率高。該論文采用plc控制技術，并對機構的前進、后退、左右、上下、進行了全方位檢測，能嚴格，有效地完成測試，并能解決傳統(tǒng)控制下在操作方面的許多麻煩。同時，該plc控制在改造老式起重機落后的控制系統(tǒng)的應用也具有重要的實用意義。該論文有兩大亮點：一是采用plc控制技術，充分應用了plc的可靠性高、抗干擾強、體積小、維護方便等優(yōu)點：二是能進行自動和手動切換，進一步增強了橋式起重機控制的可靠性和安全性。參考文獻1 林小峰.可編程控制器原理及應用m.北京：高等教育出版社