電氣控制與plc課程設(shè)計(jì)報(bào)告工業(yè)鏟車操作控制

1、<p>　　電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)</p><p>　　課題：工業(yè)鏟車操作控制 </p><p>　　系 別： 電氣與電子工程系 </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　姓 名： </p

2、><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年 6月 21 日</p><p><b>　　成績評定·</b></p><p>　　一、指導(dǎo)教師評

3、語（根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量、答辯情況及其平時(shí)表現(xiàn)綜合評定）。</p><p><b>　　二、評分</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)成績評定</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 引言3</b>&

4、lt;/p><p>　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2. 1系統(tǒng)硬件配置及組成原理4</p><p>　　2.1.1 PLC的選型及硬件結(jié)構(gòu)4</p><p>　　2.1.2 PLC的工作原理4</p><p>　　2.1.3驅(qū)動部分設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1.

5、4傳動部分設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2 I/O地址分配表5</p><p>　　2.3系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)7</p><p>　　第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2控制程序

6、設(shè)計(jì)思路7</p><p>　　3.2.1工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)的控制要求7</p><p>　　3.2.2控制要求分析8</p><p>　　3.3工業(yè)鏟車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)8</p><p>　　第四章系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析10</p><p>　　4.1系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題10</p><p&g

7、t;　　4.2結(jié)果分析11</p><p><b>　　結(jié)束語12</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　附錄13</b></p><p><b>　　第一章 引言</b></p>&l

8、t;p>　　近年來，隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC逐漸代替復(fù)雜的電器及接線而成為控制設(shè)備的核心。而早期的自動控制系統(tǒng)是依靠繼電接觸器來實(shí)現(xiàn)的，其采用固定接線，通用性和靈活性差；又采用觸點(diǎn)的開關(guān)動作，工作頻率低，觸點(diǎn)已損壞，可靠性差。而可編程邏輯控制器（Programable Controller Logic）,是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的邏輯存儲器，用來在其內(nèi)部儲存執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控

9、制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算數(shù)操作的指令。并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程邏輯控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 </p><p>　　本課程設(shè)計(jì)提出了對其自動化設(shè)計(jì)路線和思想，應(yīng)用了PLC進(jìn)行自動化控制的方案；采用三菱FX2N系列編程器對工業(yè)鏟車控制部分進(jìn)行路線控制，可以很容易的實(shí)現(xiàn)完成邏輯，定時(shí)，計(jì)數(shù)，數(shù)字運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理等功能，通過

10、輸入輸出接口建立與工業(yè)鏟車數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化控制，提高了生產(chǎn)效率，對其他的生產(chǎn)機(jī)械有一定的借鑒意義。 </p><p>　　通過PLC實(shí)現(xiàn)對一工業(yè)鏟車操作的控制，其要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是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，要求動作過程如下：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。</p><p&

11、gt;　　第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理</p><p>　　2.1.1 PLC的選型及硬件結(jié)構(gòu) </p><p>　　工業(yè)鏟車操作控制需要有9個(gè)輸入端口，6個(gè)輸出端口， 通常I/O點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的10%～15%考慮備用量。因此可以選擇三菱的FX2N－32MR－D，它表示的是FX2N系列,有32個(gè)I/O總點(diǎn)數(shù)，M是基本單

12、元,繼電器輸出,24V直流輸出型且體積小，重量輕，使用壽命長，編程和維護(hù)方便，故障率低，通過擴(kuò)展模塊的連接，所以采用三菱32個(gè)端口的對工業(yè)鏟車進(jìn)行自動控制。PLC的型號也有FX2N-48MR-001和FX2N-16ER，但考慮到裕量，在該次設(shè)計(jì)中沒有選擇這些PLC。</p><p>　　PLC由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入輸出接口、電源、擴(kuò)展接口、通信接口等組成。 </p><p>

13、;　　1.中央處理器 可編程邏輯控制器的中央處理器通常采用通用微處理器，它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能處理用戶的各項(xiàng)指令。 </p><p>　　2.存儲器 可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件（包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序）的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放用戶程序的存儲器稱為用戶程序存儲器，所以又分為用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)

14、存儲器兩部分。 </p><p>　　3.輸入輸出接口電路 輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量數(shù)字量三種，在我們接觸的信號中，開關(guān)量最為普遍。 </p><p>　　4.電源 PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起到非常重要的作用。一般交流電壓波動在10%的范圍內(nèi)，可以不采用其它措施將PLC直接連到電網(wǎng)中去。 </p><p>　　5.擴(kuò)展接口 擴(kuò)展接口擁有將擴(kuò)展單元與基本

15、單元相連。 </p><p>　　6.通信接口 為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)或機(jī)器與機(jī)器之間的對話，PLC配有多種通信接口，PLC通過這些接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)、以及其它的PLC及計(jì)算機(jī)相連。 </p><p>　　2.1.2 PLC的工作原理 </p><p>　　當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述

16、三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。</p><p>　　(一)輸入采樣階段 </p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)

17、和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 </p><p>　　(二) 用戶程序執(zhí)行階段 </p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)

18、構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系</p><p>　　統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果

19、會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 </p><p>　　(三) 輸出刷新階段 </p><p>　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，

20、才是PLC的真正輸出。 </p><p>　　2.1.3驅(qū)動部分設(shè)計(jì) </p><p>　　工業(yè)鏟車的主要動作是鏟起、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，行走和左右轉(zhuǎn)屬于橫向移動，所以應(yīng)使用縱向和橫向兩種電動機(jī)。本設(shè)計(jì)共需要3臺電動機(jī)。其中貨物的鏟起或放下可由縱向電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，左輪的前進(jìn)和后退由一臺電動機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，右輪的前進(jìn)和后退由另一臺電動機(jī)的

21、正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)要實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)的時(shí)候，可讓左輪的電動機(jī)不動，右輪的電動機(jī)正轉(zhuǎn)前進(jìn)，反之，則右轉(zhuǎn)也是同樣的原理。</p><p><b>　　其電機(jī)接線圖如下：</b></p><p>　　圖2.1 主電路控制圖</p><p>　　2.1.4傳動部分設(shè)計(jì) </p><p>　　縱向傳動是通過縱向電動機(jī)的正向旋轉(zhuǎn)帶動栓著

22、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(jìn)可以是左右輪的兩個(gè)電動機(jī)同時(shí)正向轉(zhuǎn)動，后退則是同時(shí)反向轉(zhuǎn)動，左轉(zhuǎn)是左輪上的電動機(jī)不動，右輪電動機(jī)正向轉(zhuǎn)動；右轉(zhuǎn)是右輪上的電動機(jī)不動，左輪上的電動機(jī)正向轉(zhuǎn)動，電機(jī)接線圖和驅(qū)動部分的接線相同。 </p><p>　　2.2 I/O地址分配表</p><p>　　輸入/輸出分配表工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)的I/O分配表2.1&

23、lt;/p><p>　　表2.1 I/O分配表 </p><p>　　2.3系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì)</p><p>　　用三棱FX2N—32MT—DPLC實(shí)現(xiàn)工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)的I/O接線，如圖2.2所示</p><p><b>　　SQ2</b></p><p><b>　　SQ3</b&g

24、t;</p><p>　　行程開關(guān) </p><p><b>　　DC 24V</b></p><p>　　圖2.2 PLC外部接線圖</p><p>　　2.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC是專門為工作壞境設(shè)計(jì)的控制裝置。雖然PLC具有很高的可靠性，并且有很

25、強(qiáng)的的抗干擾能力，但在過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當(dāng)?shù)惹闆r下，都有可能引起PLC內(nèi)部信息的破壞，不能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。為了提高PLC系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，使用時(shí)應(yīng)注意以下問題：</p><p>　?。?） 適合的工作壞境：溫度 濕度 空氣 振動 干擾源</p><p>　　（2）安裝與布線：電源安裝 合理布線</p><p>　?。?）PLC一般最好單獨(dú)接地，也可以采用公

26、共接地，但禁止使用串聯(lián)接地方式 </p><p>　　第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 控制程序流程圖設(shè)計(jì)</p><p>　　按照設(shè)計(jì)操作要求，工業(yè)鏟車的工作流程圖如圖所示</p><p>　　圖3.1 操作流程圖</p><p>　　3.2控制程序設(shè)計(jì)思路</p>&

27、lt;p>　　3.2.1工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)的控制要求</p><p>　　工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)示意圖如圖</p><p>　　圖3.2 工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)示意圖</p><p>　　控制要求：小車有電機(jī)驅(qū)動，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。 </p><p>　　(1) 按下開始按鈕，小車開始

28、鏟起物品。10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。 </p><p>　　(2) 10秒后放物結(jié)束，按圖路線返回原地，壓合SQ1再次開始鏟起物品……如此循環(huán)。 </p><p>　?。?）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。</p><p>　　3.2.2控制要求分

29、析 </p><p>　　開啟系統(tǒng)后，小車應(yīng)停于初始位置，SQ1壓合。然后按照規(guī)定完成動作（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(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)。在將其按控制要求用順序功能圖表示，依次按順

30、序完成路線。在剛開始的設(shè)計(jì)中采用梯形圖直接設(shè)計(jì)，由于時(shí)間繼電器在計(jì)時(shí)到后就又很快復(fù)位，從而控制的輸出繼電器互鎖較麻煩，且不容易斷開，不能很好的達(dá)到設(shè)計(jì)要求。利用狀態(tài)梯形圖，在給出一個(gè)M8002的脈沖后驅(qū)動開始程序運(yùn)行，當(dāng)打開開關(guān)后直接控制鏟起的動作，當(dāng)設(shè)定的時(shí)間到后，利用時(shí)間繼電器驅(qū)動后面的負(fù)載，依次實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.3工業(yè)鏟車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)</p><p>　　利用三菱

31、fx2n-32mt-d型號的plc,同時(shí)采用周期性循環(huán)掃描的工作方式簡單直觀，便于程序的設(shè)計(jì)，并未可靠運(yùn)行提供了保障，增強(qiáng)抗干擾能力。輔助繼電器的應(yīng)用使程序表達(dá)更簡單易懂，在程序的最后加了原點(diǎn)限位開關(guān)，使在完成一個(gè)周期后自動的循環(huán)到下一個(gè)周期，設(shè)計(jì)的預(yù)停按鈕可以在完成一個(gè)周期后停車。</p><p>　　工業(yè)鏟車操作時(shí)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下圖所示</p><p><b>　　圖3.3順

32、序功能圖</b></p><p>　　第四章系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析</p><p>　　4.1系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題</p><p>　　單擊“梯形圖邏輯測試啟動/結(jié)束”按鈕，將所需按鈕強(qiáng)制為需要狀態(tài)，然后單擊“菜單啟動（S)”“繼電器內(nèi)存監(jiān)視” “軟元件（D）” “軟元件窗口（B)”可觀察如下仿真圖</p><p>　　（a）

33、 (b)</p><p><b>　　(c) </b></p><p>　　圖4.1 (a)(b) (c)鏟起仿真圖</p><p><b>　　圖4.2前進(jìn)仿真圖</b></p><p><b>　　圖4.3左轉(zhuǎn)仿

34、真圖</b></p><p>　　通過對狀態(tài)梯形圖仿真能夠發(fā)現(xiàn)在鏟車操作過程中出現(xiàn)的問題，在剛開始由于沒有加互鎖導(dǎo)致在仿真中有多個(gè)輸出，且互鎖較復(fù)雜故采用狀態(tài)梯形圖，只有激活的程序段才能被掃描執(zhí)行，而且被激活的狀態(tài)自動關(guān)閉激活它的前個(gè)狀態(tài)，從而使問題得到解決。</p><p><b>　　4.2結(jié)果分析</b></p><p>　　

35、在設(shè)計(jì)好鏟車操作控制的梯形圖后經(jīng)過分析修改可以實(shí)現(xiàn)其左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)，前進(jìn)后退，鏟起放下，滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識到了知識和現(xiàn)實(shí)的區(qū)別，深刻體會到PLC技術(shù)的廣泛應(yīng)用。它讓我對學(xué)過的PLC知識進(jìn)行了鞏固，同時(shí)也讓我了解簡單的工業(yè)機(jī)器控制。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)

36、科。讓我對電氣專業(yè)知識有了更深的理解。在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我掌握了網(wǎng)絡(luò)上查找資料方法技巧,其中包括： FX2N-32MR-D等，為本次課程設(shè)計(jì)提供了一定的資料。 </p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的階段:開始我不是很會做,在通過與同學(xué)相互討論，不段的學(xué)習(xí)中,最后經(jīng)過查閱資料書以及網(wǎng)上查找，終于較完滿的完成了任務(wù)。感謝老師的對我們耐心的指導(dǎo)！通過本次課程設(shè)計(jì)，我算是有了很大的收獲。不但對PLC有了更為深入的了解

37、，對一個(gè)課題如何畫流程圖，編程軟件等也有了一定的認(rèn)識，對工業(yè)鏟車有了深刻的認(rèn)知,希望在以后的大學(xué)生活當(dāng)中我能學(xué)到更多的知識。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 林小峰.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社.1994</p><p>　　[2] 田瑞庭.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版

38、社.1994 </p><p>　　[3] 張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2001.12</p><p>　　[4] 于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社.2004 </p><p>　　[5] 秦學(xué)斌.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2010.10</p><p>　　[6] 范永勝

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