plc課程設(shè)計----工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　第二章 工業(yè)鏟車仿真模型的設(shè)計與組裝3</p><p>　　2.1驅(qū)動部分設(shè)計3</p><p>　　2.2傳動部分設(shè)計3</p><p>　　第三章

2、控制系統(tǒng)設(shè)計4</p><p>　　3.1控制要求分析4</p><p>　　3.2程序流程圖4</p><p><b>　　3.3主電路圖5</b></p><p>　　3.4電控系統(tǒng)控制電路6</p><p>　　3.5工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)示意圖7</p><p

3、>　　3.6 I/O分配表8</p><p>　　3.7 PLC的選型9</p><p>　　3.8外部接線圖9</p><p>　　3.9順序功能圖10</p><p>　　3.10 梯形圖11</p><p>　　3.11指令表17</p><p>　　第四章 設(shè)計總結(jié)1

4、9</p><p>　　4.1答辯問題19</p><p><b>　　4.2總結(jié)19</b></p><p>　　第五章 科技文獻分析20</p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b><

5、;/p><p>　　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)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它是隨著時代發(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

6、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(shè)備都應(yīng)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(shè)計。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(yīng)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

7、第一臺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。</p><p>　　工業(yè)鏟車自動化智能低，鏟車又叫裝載機，是往車輛或其他設(shè)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(yīng)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(yīng)用于

8、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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

9、作業(yè)方式有I形作業(yè)法、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。</p><p>　　第二章 工業(yè)鏟車仿真模型的設(shè)計與組裝</p><p><b>　　

10、2.1驅(qū)動部分設(shè)計</b></p><p>　　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(yīng)使用縱向和橫向兩種電動機。本設(shè)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)，右輪的前進和后退由另一臺電動機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，當(dāng)要實現(xiàn)左轉(zhuǎn)的時候，可讓左輪的電動機不動，右輪的電

11、動機正轉(zhuǎn)前進，反之，則右轉(zhuǎn)也是同樣的原理。</p><p><b>　　2.2傳動部分設(shè)計</b></p><p>　　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

12、轉(zhuǎn)動。</p><p>　　第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　3.1控制要求分析</b></p><p>　　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

13、 → 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)時間為五秒。預(yù)停按鈕的設(shè)計，可在按下預(yù)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)。</p><p><b>　　3.2程序流程圖</b></p><p>　　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(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作后

14、，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</p><p>　　圖3-1 工業(yè)鏟車工藝流程圖</p><p><b>　　3.3主電路圖</b></p>

15、<p>　　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(guān)。</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>

16、;　　3.4電控系統(tǒng)控制電路</p><p>　　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。</p><p>　　圖 3-3 電控系統(tǒng)控制電路</p><p>　　3.5工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)示意圖</p><p>

17、;　　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。</p><p>　　（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。</p><p>　?。?）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)。</p

18、><p>　　（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。</p><p>　　3.6 I/O分配表 </p><p><b>　　.</b></p><p>　　3.7 PLC的選型</p><p>　　本設(shè)計采用西門子公司的S7-200系列整體式PLC

19、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(guān)量輸入點17個、開關(guān)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。</p><p><b>　　CPU226簡介：</b></p><p>　　集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模

20、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。</p><p><b>　　3.8外部接線圖</b></p><p><b>　　圖3-5</b></p><p&

21、gt;<b>　　3.9順序功能圖</b></p><p><b>　　3.10 梯形圖</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)1：接入初始化脈沖SM0.1小車啟動。 網(wǎng)絡(luò)2：小車開始鏟物并延時。網(wǎng)絡(luò)3：延時時間到，小車前進。 網(wǎng)絡(luò)4：小車左轉(zhuǎn)90度延時5秒。 網(wǎng)絡(luò)5：延時時間到，小車繼續(xù)前進。網(wǎng)絡(luò)6：小車右轉(zhuǎn)90度并延時5秒。 網(wǎng)絡(luò)7：延時時間到，小

22、車繼續(xù)前進。網(wǎng)絡(luò)8：小車右轉(zhuǎn)90度并延時5秒。 網(wǎng)絡(luò)9：延時時間到，小車后退。 網(wǎng)絡(luò)10：放下物品并延時5秒。 網(wǎng)絡(luò)11：延時時間到，小車右轉(zhuǎn)90度并延時5秒。網(wǎng)絡(luò)12：延時時間到，小車前進。網(wǎng)絡(luò)13：小車到達點SQ6點并向左轉(zhuǎn)90度并延時。網(wǎng)絡(luò)14：延時時間到，小車前進到SQ7點。 網(wǎng)絡(luò)15：小車左轉(zhuǎn)90度并延時5秒。 網(wǎng)絡(luò)16：延時時間到，小車達到初始位置。網(wǎng)絡(luò)17：小車前進的6步動作。 網(wǎng)絡(luò)18：小車右轉(zhuǎn)的幾步動作。網(wǎng)絡(luò)19：小車

23、左轉(zhuǎn)的3步動作。網(wǎng)絡(luò)20：小車后退的一步動作。網(wǎng)絡(luò)21：小車放下物品的一步動作。</p><p><b>　　3.11指令表</b></p><p><b>　　第四章 設(shè)計總結(jié)</b></p><p><b>　　4.1答辯問題</b></p><p>　?。?）為什么PLC

24、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。</p><p>　　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I／O電路多種形式的濾波、CPU電源自動調(diào)整與保護、CPU與I／O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與恢復(fù)程序。&l

25、t;/p><p>　?。?）PLC開關(guān)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(guān)器件分類，可有哪幾種輸出分類？</p><p>　　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；</p><p>　　若按輸出開關(guān)器件分類可有：場效應(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載），可控硅輸出

26、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(yīng)速度較慢，但工作最可靠（可帶較低速大功率交、直流負載）。</p><p><b>　　4.2總結(jié)</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計我對PLC有了進一步的了解，并對學(xué)過的PLC知識進行了鞏固，在大學(xué)階段學(xué)習(xí)的過程中，畢業(yè)設(shè)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(shè)的

27、一次極好的演示，這次畢業(yè)設(shè)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(xué)，到現(xiàn)在的完成整個設(shè)計，這中間有很多值得回味的地方，從中學(xué)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(shè)計能力。本設(shè)計涉及到《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一步學(xué)習(xí)PLC控制技術(shù)的機會，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一步加強學(xué)習(xí)。我相信，只要肯鉆研，只要擠時間，一切自己想要的知識

28、都可以掌握。 </p><p>　　第五章 科技文獻分析</p><p>　　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(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。橋式起重機的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)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(shè)備的阻礙。它是使用范圍最廣、數(shù)量最多的一種起重機械。</p><p>　　傳

29、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(gòu)沖擊大，制動閘，瓦磨損嚴重;功率因數(shù)低，在空載或輕載時低于0.2—0.4，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

30、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(shù)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(fù)雜，使用維護要求高，故障率高。</p><p>　　該論文采用PLC控制技術(shù)，并對機構(gòu)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)

31、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(yīng)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(shù)，充分應(yīng)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。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 林小峰.可編程控

32、制器原理及應(yīng)用[M].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)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994. </p><p>　　[3] 張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].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[M].北京：清華大學(xué)出版社.2004.&

33、lt;/p><p>　　[5] 張連華.電器-PLC控制技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[6] 張萬忠，劉明芹.電器與PLC控制技術(shù)（第二版）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.05.</p><p>　　[7] 西門子公司 SIMATIC S7-200 系統(tǒng)手冊，2002.</p><p>　　[8] 肖