基于s7-200plc的工業(yè)鏟車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、電氣控制與PLC技術(shù)課程設(shè)計(jì)（2010屆本科）題目：基于S7-200PLC的工業(yè)鏟車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)系（部）院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化作者姓名：楊振斌指導(dǎo)教師：張曉峰職稱：教授完成日期： 2013 年月5日目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 電氣控制與 PLC 技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 摘要 2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 第一章工業(yè)鏟車(chē)的介紹 3 HYPERLIN

2、K l bookmark10 o Current Document 1.1 工業(yè)鏟車(chē)的概述 3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.2 工業(yè)鏟車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.3 基于 PLC 自動(dòng)控制的工業(yè)鏟車(chē) 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第二章 PLC 概述 42.1PLC 的定義 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.2PLC 的特點(diǎn)及功能 4 HYPE

3、RLINK l bookmark22 o Current Document 第三章方案設(shè)計(jì) 53.1PLC 的選型 5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.2PLC 的基本單元構(gòu)成及作用 5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 3.3 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第四章軟件設(shè)計(jì) 6 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 4.1 工業(yè)鏟車(chē)流程圖 6圖 4.1 6 HYPERLI

4、NK l bookmark32 o Current Document 4.2 輸入輸出編址 74.3PLC 外部接線圖 8圖 4.2 8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 4.4 驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì) 8 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 4.5 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 8 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 4.6 工業(yè)鏟車(chē) PLC控制梯形圖 8 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 4.7指令表 124.8實(shí)際操作

5、13 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第五章結(jié)束語(yǔ) 14 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 參考文獻(xiàn) 15 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 電氣控制與 PLC 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表 16 i電氣控制與PLC技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)論文題目基于S7-200PLC的工業(yè)鏟車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者姓名楊振斌所屬院、 專業(yè)、年級(jí)物理與機(jī)電工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)10級(jí)（1）班指導(dǎo)教師姓名、職稱張曉峰教授任務(wù)下達(dá)日期2013年61月7日課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容工業(yè)鏟車(chē)

6、能把貨物從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)，工業(yè)鏟車(chē)的結(jié)構(gòu)示意圖如右圖4.25所示。該機(jī)構(gòu)的上升和下降是由雙線圈兩位電磁閥推動(dòng)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)某一線圈得電，機(jī) 構(gòu)便單方向移動(dòng)，直至線圈斷電才停在當(dāng)前位置。設(shè)備上裝有上限下限限位和左轉(zhuǎn) 9C 度、右轉(zhuǎn)90度限位開(kāi)關(guān)。工作過(guò)程：工業(yè)鏟車(chē)工作循環(huán)過(guò)程主要有 13個(gè)動(dòng)作，即為： 下降鏟起上升前進(jìn)左轉(zhuǎn)前進(jìn)右轉(zhuǎn)前進(jìn)右轉(zhuǎn)后退下降放下 上升。課程設(shè)計(jì)要求設(shè)鏟車(chē)可將貨物鏟起或放下，并能作前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的操作，要求動(dòng)作 過(guò)程如下：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。二.課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排階段論文（設(shè)計(jì)）各階段名

7、稱起止日期1熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、審題6月17至19日2查閱有關(guān)資料6月20日3閱讀設(shè)計(jì)要求必讀的參考資料6月21至22 日4選取方案6月 23 日5硬件電路和軟件部分的設(shè)計(jì)6月24至 7月4日6送交打印單位裝訂成規(guī)范的設(shè)計(jì)文本7月5日指導(dǎo)老師簽字: 摘要鏟車(chē)是用來(lái)裝零散堅(jiān)固的貨物的，一般以建筑材料為主， 如碎石、 砂土等，鏟車(chē)一般用 在建筑工地、建筑材料集散地， 用于裝車(chē)，有時(shí)也用于鏟土和鏟雪及地面平整等用途； 工業(yè) 鏟車(chē)一般是在小四輪拖拉機(jī)上進(jìn)行改裝的小型裝載機(jī)械。利用拖拉機(jī)自身動(dòng)力， 采用液壓控制，通過(guò)多路液壓閥上的操作手柄可使鏟斗升降和翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到鏟車(chē)平穩(wěn)工作。 在搬運(yùn)物料方面起了很大的作

8、用， 節(jié)省了大量人力和物力， 它搬運(yùn)東西速度快， 操作也比較簡(jiǎn)單，所 需的人員少，就能完成大量的搬運(yùn)工作。應(yīng)用PLC寸鏟車(chē)進(jìn)行自動(dòng)化控制，使得鏟車(chē)的智能化和自動(dòng)化程度得到很大的提升。工業(yè)鏟車(chē)自動(dòng)化及智能化程度低，本文提出了對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化改造的技術(shù)路線和具體思路，論述了應(yīng)用PLC進(jìn)行自動(dòng)化控制的方案； 采用西門(mén)子PLC編程器對(duì)工業(yè)鏟車(chē)控制部分進(jìn) 行線路控制，可以很容易實(shí)現(xiàn)完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能， 通過(guò)輸入輸出接口建立與工業(yè)鏟車(chē)數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制， 提高了生產(chǎn)效率，對(duì)其它的生產(chǎn)機(jī)械有一定借鑒意義。關(guān)鍵詞：PLC控制、工業(yè)鏟車(chē)、線路保護(hù)第一章工

9、業(yè)鏟車(chē)的介紹1.1工業(yè)鏟車(chē)的概述工業(yè)鏟車(chē)又叫裝載車(chē)，是在動(dòng)力機(jī)械的基礎(chǔ)上，采用液壓控制鏟斗升降和翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)砂石、水泥、糧食、土、煤等散裝物料的鏟運(yùn)及裝載。鏟車(chē)也可進(jìn)行輕度的鏟掘工作，通過(guò)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)。廣泛應(yīng)用于建筑 工程、筑路工程、農(nóng)田水利工程、環(huán)衛(wèi)垃圾、磚窯廠、煤廠、沙石廠，用于砂石、水泥、糧 食、土、煤等散裝物料的鏟運(yùn)及裝載。鏟車(chē)種類很多，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率可分為小型（功率小于74千瓦）、中型（功率在74147千瓦間）、大型（功率在147515千瓦間）和特大型 （功率大于515千瓦）鏟車(chē)4種。1.2工業(yè)鏟車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖圖1.11.3基于PLC

10、自動(dòng)控制的工業(yè)鏟車(chē)基于PLC自動(dòng)控制的工業(yè)鏟車(chē)自動(dòng)控制的工業(yè)鏟車(chē)就是在非自動(dòng)控制的鏟車(chē)基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，即安裝 PLC外部電路和驅(qū)動(dòng)電路等等。按既定要求編寫(xiě)程序并寫(xiě)入PLC得以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)鏟車(chē)的自動(dòng)控制，能夠完成非自動(dòng)控制鏟車(chē)的基本的、簡(jiǎn)單的操作。第二章 PLC 概述2.1PLC 的定義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(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)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(lái)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

11、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(lái)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(guò)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(guò)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(guó)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(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及 文化娛樂(lè)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、抗干擾能力強(qiáng)、 編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 1969 年，美國(guó)研制出世界第一臺(tái) PDP-14 ， 1974 年，中國(guó)研制出第 一臺(tái)

12、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。2.2PLC 的特點(diǎn)及功能特點(diǎn)：（一）用性強(qiáng)，使用方便（二）功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣（三

13、）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（四）控制程序可變具有很好的柔性（五）編程方法簡(jiǎn)單，容易掌握（六）PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修工作少極為方便控制程序變化方便 .具有很好的柔性七）體積小、重量輕、功耗低第三章方案設(shè)計(jì)3.1PLC 的選型本設(shè)計(jì)采用西門(mén)子公司的 S7-200 系列整體式 PLC 實(shí)現(xiàn)工業(yè)鏟車(chē)(模型)的自動(dòng)控制。 由上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn) 17 個(gè)、開(kāi)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個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至

14、 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。3.2PLC 的基本單元構(gòu)成及作用PLC實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，只不過(guò)他比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語(yǔ)言，故PLC 與計(jì)算機(jī)的組成十分相似。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有中央處理器( CPU)，存儲(chǔ)器，輸入/輸出(I/O)接口、電源等。 各部分的作用：CP

15、U ： (1)將各種輸入信號(hào)取入存儲(chǔ)器。編譯、執(zhí)行指令。把結(jié)果送到輸出端。響應(yīng)各種外部設(shè)備的請(qǐng)求。存儲(chǔ)器： RAM ：存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)試的程序。ROM ：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。輸入接口： 將按鈕、行程開(kāi)關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)， 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。 輸出接口： 將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。3.3設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)鏟車(chē)可將貨物鏟起或放下，并能作前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的操作，要求動(dòng)作過(guò)程如下：鏟起 t 向前0.5米 t左轉(zhuǎn)90度后向前0.5米t 右轉(zhuǎn)90度后向前0.5米

16、 宀右轉(zhuǎn)90度后后退 0.5米t 放下。第四章軟件設(shè)計(jì)4.1工業(yè)鏟車(chē)流程圖xL左雅電右輯邱口轉(zhuǎn)S向后匚5米、|王護(hù)后左右鞄向箭05托轉(zhuǎn)止 正停 U磯 電電轉(zhuǎn) 齧右 右口s屯tn同 可麗仃S左雅電; 冋A轉(zhuǎn)圖4.14.2輸入輸出編址工業(yè)鏟車(chē)輸入輸出端在 PLC中的I/O編址如表1所示。表1輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)名稱代號(hào)輸出點(diǎn)編號(hào)M1正啟動(dòng)按扭SB1I0.0M1正轉(zhuǎn)接觸器KM1Q0.0M1反啟動(dòng)按扭SB2I0.1M1反轉(zhuǎn)接觸器KM2Q0.1停止按扭SB3I0.2M2正轉(zhuǎn)接觸器KM3Q0.2熱繼電器FR1I0.3M2反轉(zhuǎn)接觸器KM4Q0.3停止按扭SB4I0.4M3正轉(zhuǎn)接觸器KM5Q0.

17、4M2正啟動(dòng)按扭SB5I0.5M3反轉(zhuǎn)接觸器KM6Q0.5M2反啟動(dòng)按扭SB6I0.6熱繼電器FR2I0.7左轉(zhuǎn)按鈕SB7I1.0M2正啟動(dòng)按扭SB8I1.1M2反啟動(dòng)按扭SB9I1.2熱繼電器FR2I1.3停止按扭SB10I1.4右轉(zhuǎn)按鈕SB11I1.5后退按鈕SB12I1.6總停按鈕SB13I2.0復(fù)位按鈕SB14I2.14.3PLC外部接線圖SB1SB2SB3FR1SB4SB5SB6FR2SB7SB8SB9FR2SB10SB11SB12SB13SB14圖4.24.4驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)工業(yè)鏟車(chē)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

18、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)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。4.5傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)縱向傳動(dòng)是通過(guò)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)。4.6工業(yè)鏟車(chē)PLC控制梯形

19、圖(1)按下啟動(dòng)按鈕 SB5, 12.0閉合，M0.0接通閉合并自鎖。按下 SB1 , Q0.0閉合，縱向電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，鏟爪開(kāi)始工作，同時(shí)定時(shí)器T37得電開(kāi)始工作，等貨物上升一定的高度停止，完成貨物鏟起的動(dòng)作。(2)經(jīng)過(guò)T37定時(shí)后，M0.1得電，使得 Q0.2和Q0.4得電，保證鏟車(chē)向前行走。qO2-ZFF(3)向前行走一段距離，碰到限位開(kāi)關(guān) 11.0，左輪電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，右輪電機(jī)保持正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)動(dòng)作，完成后，左輪電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，鏟車(chē)?yán)^續(xù)向前行走。(4)行走一段距離，碰到限位開(kāi)關(guān)11.5，右輪電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，左輪電機(jī)保持正轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)右轉(zhuǎn)動(dòng)作，完成后，右輪電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，鏟車(chē)?yán)^續(xù)向前行走。動(dòng)作，完成后

20、，碰到限位開(kāi)關(guān)11.6, M0.2 開(kāi)始工作，使得 Q0.3和Q0.5得電，左右輪電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)后退動(dòng)作。(6 )走到規(guī)定位置后，按下停止按鈕，所有電機(jī)停轉(zhuǎn)。(6)接通I0.1 ,縱向電機(jī)反轉(zhuǎn)，Q0.1閉合，并自鎖，保證電機(jī)只做反轉(zhuǎn)的動(dòng)作，放下 貨物。4.7指令表LDI2.0ANQ0.1ANI0.2OMO.OANI0.3ANQ0.0ANI2.1ANI0.4ANI0.3=M0.0ANI0.1 =Q0.1LDM0.0ANT37LRDLPS= QO.OLD Q0.0LD IO.OLRDO T37O QO.OLD I0.1ALDALDO Q0.1TON T37, 100AN I0.2ALDLRDA

21、 T37LRDO M0.1ANQ0.4AN I1.4=M0.1LD I0.6 ALDLRDO Q0.3 AN I1.3=Q0.5LD I0.5O M0.2ANQ0.5LPPO Q0.2ALDANI1.2A I1.6O M0.1AN I0.7ANI1.5=M0.2ALDAN Q0.2=Q0.4AN I0.7AN I1.0LRDAN Q0.3AN I1.4LD I1.2AN 11.0=Q0.3OQ0.5AN I1.1LRDOM0.2AN I1.6LD I1.1ALD=Q0.2OQ0.4ANI1.34.8 實(shí)際操作圖4.3第五章結(jié)束語(yǔ)可編程控制器 (PLC) 技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，可編程控制器技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展異常迅速，各生產(chǎn)廠家也推出了許多強(qiáng)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(jī)技術(shù)、 自動(dòng)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(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的一種強(qiáng)有力的工具。用 PLC 控制工業(yè)鏟車(chē)使其工作更加穩(wěn)定，更具有智 能化，自動(dòng)化。參考文獻(xiàn)1