基于S7-200PLC工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)設計

編號《電氣控制與PLC應用》課程設計〔2023屆本科〕題目：基于S7-200PLC的工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)設計學院：物理與機電工程學院專業(yè)：電氣工程及其自動化作者姓名：指導教師：職稱：助教完成日期：2023年6月16日二〇一五年六月摘要可編程控制器〔PLC〕是一種數(shù)字運算與操作的控制裝置。PLC作為傳統(tǒng)繼電器的替代產(chǎn)品，廣泛應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。由于PLC可以用軟件來改變控制過程，并有體積小，組裝靈活，編程簡單，抗干擾能力強及可靠性高等特點，特別適用于惡劣環(huán)境下運行。鏟車是用來裝零散鞏固的貨物的，一般以建筑材料為主，如碎石、砂土等，鏟車一般用在建筑工地、建筑材料集散地，用于裝車，有時也用于鏟土和鏟雪及地面平整等用途；工業(yè)鏟車一般是在小四輪拖拉機上進行改裝的小型裝載機械。利用拖拉機自身動力，采用液壓控制，通過多路液壓閥上的操作手柄可使鏟斗升降和翻轉(zhuǎn)，從而到達鏟車平穩(wěn)工作。在搬運物料方面起了很大的作用，節(jié)省了大量人力和物力，它搬運東西速度快，操作也比擬簡單，所需的人員少，就能完成大量的搬運工作。應用PLC對鏟車進行自動化控制，使得鏟車的智能化和自動化程度得到很大的提升。關(guān)鍵詞：PLC控制、工業(yè)鏟車、自動化目錄1.概述12.系統(tǒng)總體方案設計22.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理2控制要求分析2工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)示意圖32.2系統(tǒng)接線圖設計4驅(qū)動局部設計4傳動局部設計4主電路圖53.控制系統(tǒng)設計63.1程序流程圖63.2控制程序時序圖73.3控制電路圖83.4I/O分配表93.5外部接線圖103.6梯形圖114.程序調(diào)試及仿真155.總結(jié)221.概述PLC英文全稱ProgrammableLogicController,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)字運算操作的電子裝置。它是隨著時代開展和技術(shù)應用而開展起來的，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(shù)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(guān)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那么而設計。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，可編程控制器的開展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期開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。2.系統(tǒng)總體方案設計2.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理2.1.1控制要求分析工業(yè)鏟車能把貨物從一點移到另一點，工業(yè)鏟車的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。該機構(gòu)的上升和下降是由雙線圈兩位電磁閥推動氣缸來實現(xiàn)的。當某一線圈得電，機構(gòu)便單方向移動，直至線圈斷電才停在當前位置。設備上裝有上限、下限限位和左轉(zhuǎn)90度、右轉(zhuǎn)90度限位開關(guān)。圖2-1：工業(yè)鏟車結(jié)構(gòu)示意圖工作過程：工業(yè)鏟車工作循環(huán)過程主要有13個動作，即為：鏟起→上升→前進→左轉(zhuǎn)→前進→右轉(zhuǎn)→前進→右轉(zhuǎn)→后退→下降→放下。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)90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(guān)壓合那么做相應的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)。2.1.2工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)示意圖初始位置初始位置SQ10.5mSQ40.5mSQ5目的地SQ20.5m0.5mSQ3圖2-2：工業(yè)鏟車操作控制示意圖控制要求：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(guān)SQ1壓合?！?〕按下開始按鈕，小車開始鏟起物品。8秒后鏟物結(jié)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?！?〕5秒后放物結(jié)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)?！?〕設置預停按鈕，小車在工作中假設按下預停按鈕，那么小車完成一次循環(huán)后，停于初始位置。2.2系統(tǒng)接線圖設計2.2.1驅(qū)動局部設計工業(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)，鏟車的前進和后退由一臺電動機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，鏟車的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)由另一臺電動機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)。2.2.2傳動局部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。前進可以是控制鏟車前后運動的電動機正向轉(zhuǎn)動，后退那么是反向轉(zhuǎn)動，左轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)向的電動機正向轉(zhuǎn)動；右轉(zhuǎn)是控制轉(zhuǎn)向的電動機反向轉(zhuǎn)動。2.2.3主電路圖如圖2-3所示為電控系統(tǒng)主電路。三臺電機分別為M1、M2、M3。M1控制鏟爪上下，M2控制鏟車前后運動，M3控制鏟車左右轉(zhuǎn)。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(guān)。圖2-3：鏟車系統(tǒng)主電路圖3.控制系統(tǒng)設計3.1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，鏟爪鏟物體，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：圖3-1：工業(yè)鏟車工藝流程圖3.2控制程序時序圖圖3-2：控制程序時序圖3.3控制電路圖如圖3-3所示為控制電路圖。圖中SB1、SB2、SB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：系統(tǒng)控制電路3.4I/O分配表表3-1：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I0.1KM4前進Q0.1SQ1限位開關(guān)1I0.2KM3后退Q0.2SQ2限位開關(guān)2I0.3KM2放下Q0.3SQ3限位開關(guān)3I0.4KM5左轉(zhuǎn)90度Q0.4SQ4限位開關(guān)4I0.5KM6右轉(zhuǎn)90度Q0.5SQ5限位開關(guān)5I0.6SQ6限位開關(guān)6I0.7SQ7限位開關(guān)7I1.03.5外部接線圖圖3-4：PLC外部接線圖3.6梯形圖圖3-5：梯形圖圖3-5：梯形圖〔續(xù)〕圖3-5：梯形圖〔續(xù)〕圖3-5：梯形圖〔續(xù)〕4.程序調(diào)試及仿真1.開始運行2.小車開始鏟物并延時后前進0.5米。3.小車左轉(zhuǎn)90度并延時。4.現(xiàn)車前進0.5米。5.鏟車右轉(zhuǎn)并延時。6.鏟車前進0.5米7.鏟車右轉(zhuǎn)并延時8.鏟車后退0.5米9.鏟車放下物體10.鏟車前進1米。11.鏟車左轉(zhuǎn)并延時。12鏟車前進1米13.鏟車左轉(zhuǎn)并延時，回到初始位置。5.總結(jié)可編程控制器(PLC)技術(shù)是一門實踐性很強的專業(yè)課，可編程控制器技術(shù)在當今社會開展異常迅速，各生產(chǎn)廠家也推出了許多強大的新型PLC、各種特殊模塊和通信聯(lián)網(wǎng)器件，使可編程控制器成為集微機技術(shù)、自動化技術(shù)、通信技術(shù)于一體的通用工業(yè)控制裝置，成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的一種強有力的工具。用PLC控制工業(yè)鏟車使其工作更加穩(wěn)定，更具有智能化，自動化。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可實現(xiàn)自動控制。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可實現(xiàn)自動控制。通過PLC與線圈的連接共同來控制鏟車的動作，從而可以鍛煉我們對軟件的編程能力的提高以及對硬件連接熟知能力的提高。通過這一次課程設計我不僅熟悉和掌握了PLC和鏟車的結(jié)構(gòu)和工作原理。同時也加深了對PLC的理解，通過硬件設計和動手操作，逐步掌握硬件設計的根本方法和產(chǎn)品安裝技術(shù)。在這次課程設計中我覺得最重要的就是研究設計以及對設計的反思觀察能力；查閱和綜合分析各種文獻資料，掌握使用工程技術(shù)標準和手冊、圖表等技術(shù)資料的能力；準確理解包括技術(shù)經(jīng)濟政策在內(nèi)的各種政策以及法律的能力；閱讀專業(yè)外語資料的能力；繪圖、計算和設計能力；試驗或測試、裝配調(diào)試、加工制作以及數(shù)據(jù)處理能力；計算機應用能力等。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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