PLC課程設(shè)計(jì)工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目錄第一章 緒論1第二章 工業(yè)鏟車仿真模型的設(shè)計(jì)與組裝32.1驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)32.2傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)3第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)總結(jié)194.1答辯問題194.2總結(jié)19第五章 科技文獻(xiàn)分析20參考文獻(xiàn)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(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)

2、字運(yùn)算操作的電子裝置。它是隨著時(shí)代發(fā)展和技術(shù)應(yīng)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(yīng)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(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，plc具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾

3、能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。1969年，美國研制出世界第一臺(tái)pdp-14，1974年，中國研制出第一臺(tái)plc，20世紀(jì)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(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)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(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。工

4、業(yè)鏟車自動(dòng)化智能低，鏟車又叫裝載機(jī)，是往車輛或其他設(shè)備裝載散狀物料的自行式裝卸機(jī)械。裝載機(jī)也可以進(jìn)行輕度的鏟掘工作，通過換裝相應(yīng)的工作裝置，還可進(jìn)行推土、起重、裝卸木料及鋼管等作業(yè)。裝卸機(jī)的動(dòng)力強(qiáng)，靈活性好，操作簡(jiǎn)單。因此廣泛應(yīng)用于建筑、鐵路、公路、水電、巷口、礦山、農(nóng)田基本建設(shè)及國防等工程中。裝載機(jī)，一般由發(fā)動(dòng)機(jī)，變矩器，變速箱，前后驅(qū)動(dòng)橋幾個(gè)部件組成，裝載機(jī)被使用在鏟，裝，卸，運(yùn)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(jī)，常林15、30、50裝載機(jī)，柳工30、50、852裝載機(jī)，廈工50，95裝載機(jī)1，成工30、50裝載機(jī)，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(jié)構(gòu)可分為輪胎式和履帶式兩種。其中輪胎式裝載機(jī)按其車架結(jié)構(gòu)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(jī)3種。根據(jù)作業(yè)過程的特點(diǎn)可分為間歇作業(yè)式（如單斗裝載機(jī)）和連續(xù)動(dòng)作式（如螺旋式、圓盤式、轉(zhuǎn)筒式等）裝載機(jī)。第二章 工業(yè)鏟車仿真模型的設(shè)計(jì)與組裝2.1驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)工業(yè)鏟車的主要?jiǎng)幼魇晴P起、放下，并能作前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的操作。鏟起和放下屬于縱向移動(dòng)，行走和左右轉(zhuǎn)屬于橫向移動(dòng)，所以應(yīng)使用縱向和橫向兩種電動(dòng)機(jī)。本設(shè)計(jì)共需要3臺(tái)電動(dòng)機(jī)。其中貨物的鏟起或放下可由縱向電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，左輪的前進(jìn)和后退由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，右輪的前進(jìn)

6、和后退由另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)要實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)的時(shí)候，可讓左輪的電動(dòng)機(jī)不動(dòng)，右輪的電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)前進(jìn)，反之，則右轉(zhuǎn)也是同樣的原理。2.2傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 縱向傳動(dòng)是通過縱向電動(dòng)機(jī)的正向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)栓著電磁鐵的鋼絲，使得鏟頭上下移動(dòng)，便于貨物的鏟起和放下。前進(jìn)可以是左右輪的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)同時(shí)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，后退則是同時(shí)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，左轉(zhuǎn)是左輪上的電動(dòng)機(jī)不動(dòng)，右輪電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)；右轉(zhuǎn)是右輪上的電動(dòng)機(jī)不動(dòng)，左輪上的電動(dòng)機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)。第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1控制要求分析開啟系統(tǒng)后，小車應(yīng)停于初始位置，sq1壓合。然后依次按sb1、sq2、sq3、sq4、sq5完成以下動(dòng)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(shè)定限位開關(guān)壓合則做相應(yīng)的90度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為五秒。預(yù)停按鈕的設(shè)計(jì)，可在按下預(yù)停按鈕后，是小車完成一個(gè)循環(huán)后，不再進(jìn)入下一次循環(huán)。3.2程序流程圖經(jīng)過對(duì)控制過程和要求的詳細(xì)分析，明確了具體的控制任務(wù)就是鏟起、放下、行走、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)等主要任務(wù)。確定了鏟車這些必須完成的動(dòng)作后，再確定動(dòng)作的順序：縱向電機(jī)正轉(zhuǎn)，電磁鐵由上向下移動(dòng)，鏟爪抓物體，縱向電機(jī)反轉(zhuǎn)，由下向上移動(dòng)，左右輪電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)向前，左輪電機(jī)停止右輪電機(jī)正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)向左轉(zhuǎn)，左輪電機(jī)正轉(zhuǎn)右輪電機(jī)停止，實(shí)現(xiàn)向右轉(zhuǎn)，左右輪電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)，實(shí)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(tái)電機(jī)分別為m1、m2、m3。接觸器km1、km3、km5分別控制m1、m2、m3的正轉(zhuǎn)運(yùn)行；接觸器km2、km4、km6分別控制m1、m2、m3的反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)行。fr1 、fr2、fr3分別為三臺(tái)電機(jī)的熱繼電器；fu為主電路的熔斷器，qs為電路主開關(guān)。 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(tái)電機(jī)正轉(zhuǎn)的啟/停；sb1、sb2、sb3分別控制三臺(tái)電機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)正轉(zhuǎn)前進(jìn)，反轉(zhuǎn)后退。初始時(shí)，小車停于初始位置，限位開關(guān)sq1壓合。（1）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。（2）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)。（3）設(shè)置預(yù)停按鈕，小車在工作中若按下預(yù)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(hào)作用輸入點(diǎn)符號(hào)作用輸出點(diǎn)sb1開始按鈕i0.0km1鏟起q0.0sb2預(yù)停按鈕i0.

10、1km2前進(jìn)q0.1sq1限位開關(guān)1i0.2km3后退q0.2sq2限位開關(guān)2i0.3km4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)7i1.0.3.7 plc的選型本設(shè)計(jì)采用西門子公司的s7-200系列整體式plc實(shí)現(xiàn)工業(yè)鏟車（模型）的自動(dòng)控制。由上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)17個(gè)、開關(guān)輸出點(diǎn)6個(gè)；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(jiǎn)介： 集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量i/o 點(diǎn)?？蛇B接7

11、個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量i/o 點(diǎn)或35路模擬量i/o 點(diǎn)。13k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30khz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20khz高速脈沖輸出，具有pid控制器。2個(gè)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(luò)1：接入初始化脈沖sm0.1小車啟動(dòng)。 網(wǎng)絡(luò)2：小車開始鏟物并延時(shí)。網(wǎng)絡(luò)3：延時(shí)時(shí)間到，小車前進(jìn)。 網(wǎng)絡(luò)4：小車左轉(zhuǎn)90度延時(shí)5秒。 網(wǎng)絡(luò)5：延時(shí)時(shí)間到，小車?yán)^續(xù)前進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)6：小車右轉(zhuǎn)90度并延時(shí)5秒。 網(wǎng)絡(luò)7：延時(shí)時(shí)間到，小車?yán)^續(xù)前進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)8：小車右轉(zhuǎn)90度并延時(shí)5秒。 網(wǎng)絡(luò)9：延時(shí)時(shí)間到，小車后退。 網(wǎng)絡(luò)10：放下物品并延時(shí)5秒。 網(wǎng)絡(luò)11：延時(shí)時(shí)間到，小車右轉(zhuǎn)90度并延時(shí)5秒。網(wǎng)絡(luò)12：延時(shí)時(shí)間到，小車前進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)13：小車到達(dá)點(diǎn)sq6點(diǎn)并向左

13、轉(zhuǎn)90度并延時(shí)。網(wǎng)絡(luò)14：延時(shí)時(shí)間到，小車前進(jìn)到sq7點(diǎn)。 網(wǎng)絡(luò)15：小車左轉(zhuǎn)90度并延時(shí)5秒。 網(wǎng)絡(luò)16：延時(shí)時(shí)間到，小車達(dá)到初始位置。網(wǎng)絡(luò)17：小車前進(jìn)的6步動(dòng)作。 網(wǎng)絡(luò)18：小車右轉(zhuǎn)的幾步動(dòng)作。網(wǎng)絡(luò)19：小車左轉(zhuǎn)的3步動(dòng)作。網(wǎng)絡(luò)20：小車后退的一步動(dòng)作。網(wǎng)絡(luò)21：小車放下物品的一步動(dòng)作。3.11指令表第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)4.1答辯問題（1）為什么plc具有很強(qiáng)的抗干擾能力？試?yán)e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(duì)電源及io電路多種形式的濾波、cpu電源自

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

15、設(shè)計(jì)我對(duì)plc有了進(jìn)一步的了解，并對(duì)學(xué)過的plc知識(shí)進(jìn)行了鞏固，在大學(xué)階段學(xué)習(xí)的過程中，畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，是我們步入社會(huì)參與實(shí)際工程建設(shè)的一次極好的演示，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我更加熟悉了從理論到實(shí)踐的跨越。從開始的查閱圖書，網(wǎng)上搜索，詢問同學(xué)，到現(xiàn)在的完成整個(gè)設(shè)計(jì)，這中間有很多值得回味的地方，從中學(xué)會(huì)了示意圖和流程圖的繪制，并加深了對(duì)梯形圖的理解和設(shè)計(jì)能力。本設(shè)計(jì)涉及到可編程控制技器應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等學(xué)科。感謝肖清老師給我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)plc控制技術(shù)的機(jī)會(huì)，通過本次課設(shè)的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)自己還有許多地方需要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)習(xí)。我相信，只要肯鉆研，只要擠時(shí)間，一切自己想要的知識(shí)都可以掌握。 第五章

16、科技文獻(xiàn)分析橋式起重機(jī)是橫架于車間、倉庫和料場(chǎng)上空進(jìn)行物料吊運(yùn)的起重設(shè)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(jī)的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運(yùn)行，可以充分利用橋架下面的空間吊運(yùn)物料，不受地面設(shè)備的阻礙。它是使用范圍最廣、數(shù)量最多的一種起重機(jī)械。傳統(tǒng)的起重機(jī)驅(qū)動(dòng)方案一般采用:(1)直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī);(2)改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)調(diào)速;(3)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速;(4)渦流制動(dòng)器調(diào)速;(5)可控硅串級(jí)調(diào)速:(6) 直流調(diào)速。前四種方案均屬有級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍小，無法高速運(yùn)行，只能在額定速度以下調(diào)速:起動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng)沖擊大;常在額定速度下進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，對(duì)起重機(jī)的機(jī)構(gòu)沖擊大，制動(dòng)閘，

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