電氣控制與plc課程設計報告工業(yè)鏟車操作控制

1、<p>　　電氣控制與PLC課程設計</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 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2013年 6月 21 日</p><p><b>　　成績評定·</b></p><p>　　一、指導教師評

3、語（根據(jù)學生設計報告質(zhì)量、答辯情況及其平時表現(xiàn)綜合評定）。</p><p><b>　　二、評分</b></p><p><b>　　課程設計成績評定</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)總體設計方案4</p><p>　　2. 1系統(tǒng)硬件配置及組成原理4</p><p>　　2.1.1 PLC的選型及硬件結構4</p><p>　　2.1.2 PLC的工作原理4</p><p>　　2.1.3驅(qū)動部分設計5</p><p>　　2.1.

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

6、設計思路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)新設計8</p><p>　　第四章系統(tǒng)調(diào)試及結果分析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結果分析11</p><p><b>　　結束語12</b></p><p><b>　　參考文獻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，隨著自動化技術的不斷發(fā)展，PLC逐漸代替復雜的電器及接線而成為控制設備的核心。而早期的自動控制系統(tǒng)是依靠繼電接觸器來實現(xiàn)的，其采用固定接線，通用性和靈活性差；又采用觸點的開關動作，工作頻率低，觸點已損壞，可靠性差。而可編程邏輯控制器（Programable Controller Logic）,是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程的邏輯存儲器，用來在其內(nèi)部儲存執(zhí)行邏輯運算、順序控

9、制、定時、計數(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，控制各類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程邏輯控制器及其有關外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 </p><p>　　本課程設計提出了對其自動化設計路線和思想，應用了PLC進行自動化控制的方案；采用三菱FX2N系列編程器對工業(yè)鏟車控制部分進行路線控制，可以很容易的實現(xiàn)完成邏輯，定時，計數(shù)，數(shù)字運算，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)機械有一定的借鑒意義。 </p><p>　　通過PLC實現(xiàn)對一工業(yè)鏟車操作的控制，其要實現(xiàn)的目標是可將貨物鏟起或放下，并能作前進、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)總體設計方案</p><p>　　2.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理</p><p>　　2.1.1 PLC的選型及硬件結構 </p><p>　　工業(yè)鏟車操作控制需要有9個輸入端口，6個輸出端口， 通常I/O點數(shù)按實際需要的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I/O總點數(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，編程和維護方便，故障率低，通過擴展模塊的連接，所以采用三菱32個端口的對工業(yè)鏟車進行自動控制。PLC的型號也有FX2N-48MR-001和FX2N-16ER，但考慮到裕量，在該次設計中沒有選擇這些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量、模擬量數(shù)字量三種，在我們接觸的信號中，開關量最為普遍。 </p><p>　　4.電源 PLC的電源在整個系統(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.擴展接口 擴展接口擁有將擴展單元與基本

15、單元相連。 </p><p>　　6.通信接口 為了實現(xiàn)人機或機器與機器之間的對話，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、以及其它的PLC及計算機相連。 </p><p>　　2.1.2 PLC的工作原理 </p><p>　　當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述

16、三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。</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)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點

18、構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(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，而其他輸出點和軟設備在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>　　當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(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)動相應的外設。這時，

20、才是PLC的真正輸出。 </p><p>　　2.1.3驅(qū)動部分設計 </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)，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

21、正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，當要實現(xiàn)左轉(zhuǎn)的時候，可讓左輪的電動機不動，右輪的電動機正轉(zhuǎn)前進，反之，則右轉(zhuǎn)也是同樣的原理。</p><p><b>　　其電機接線圖如下：</b></p><p>　　圖2.1 主電路控制圖</p><p>　　2.1.4傳動部分設計 </p><p>　　縱向傳動是通過縱向電動機的正向旋轉(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轉(zhuǎn)動，電機接線圖和驅(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)接線圖設計</p><p>　　用三棱FX2N—32MT—DPLC實現(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 </p><p><b>　　DC 24V</b></p><p>　　圖2.2 PLC外部接線圖</p><p>　　2.4 系統(tǒng)可靠性設計</p><p>　　PLC是專門為工作壞境設計的控制裝置。雖然PLC具有很高的可靠性，并且有很

25、強的的抗干擾能力，但在過于惡劣的環(huán)境或安裝使用不當?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)正常運行。為了提高PLC系統(tǒng)運行的可靠性，使用時應注意以下問題：</p><p>　　（1） 適合的工作壞境：溫度 濕度 空氣 振動 干擾源</p><p>　?。?）安裝與布線：電源安裝 合理布線</p><p>　?。?）PLC一般最好單獨接地，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)設計</p><p>　　3.1 控制程序流程圖設計</p><p>　　按照設計操作要求，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控制程序設計思路</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>　?。?）設置預停按鈕，小車在工作中若按下預停按鈕，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)設定限位開關壓合則做相應的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)。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。在剛開始的設計中采用梯形圖直接設計，由于時間繼電器在計時到后就又很快復位，從而控制的輸出繼電器互鎖較麻煩，且不容易斷開，不能很好的達到設計要求。利用狀態(tài)梯形圖，在給出一個M8002的脈沖后驅(qū)動開始程序運行，當打開開關后直接控制鏟起的動作，當設定的時間到后，利用時間繼電器驅(qū)動后面的負載，依次實現(xiàn)設計要求。</p><p>　　3.3工業(yè)鏟車的創(chuàng)新設計</p><p>　　利用三菱

31、fx2n-32mt-d型號的plc,同時采用周期性循環(huán)掃描的工作方式簡單直觀，便于程序的設計，并未可靠運行提供了保障，增強抗干擾能力。輔助繼電器的應用使程序表達更簡單易懂，在程序的最后加了原點限位開關，使在完成一個周期后自動的循環(huán)到下一個周期，設計的預停按鈕可以在完成一個周期后停車。</p><p>　　工業(yè)鏟車操作時的狀態(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/結束”按鈕，將所需按鈕強制為需要狀態(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>　?。╝）

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致在仿真中有多個輸出，且互鎖較復雜故采用狀態(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)自動關閉激活它的前個狀態(tài)，從而使問題得到解決。</p><p><b>　　4.2結果分析</b></p><p>　　

35、在設計好鏟車操作控制的梯形圖后經(jīng)過分析修改可以實現(xiàn)其左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)，前進后退，鏟起放下，滿足設計要求。</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　通過本次課程設計，我認識到了知識和現(xiàn)實的區(qū)別，深刻體會到PLC技術的廣泛應用。它讓我對學過的PLC知識進行了鞏固，同時也讓我了解簡單的工業(yè)機器控制。本設計涉及到《可編程控制技器應用技術》、《數(shù)字電子技術》等學

36、科。讓我對電氣專業(yè)知識有了更深的理解。在這次課程設計過程中，我掌握了網(wǎng)絡上查找資料方法技巧,其中包括： FX2N-32MR-D等，為本次課程設計提供了一定的資料。 </p><p>　　本次課程設計的階段:開始我不是很會做,在通過與同學相互討論，不段的學習中,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。感謝老師的對我們耐心的指導！通過本次課程設計，我算是有了很大的收獲。不但對PLC有了更為深入的了解

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

38、社.1994 </p><p>　　[3] 張萬忠.可編程控制器應用技術.北京：化學工業(yè)出版社.2001.12</p><p>　　[4] 于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設計.北京：清華大學出版社.2004 </p><p>　　[5] 秦學斌.PLC基礎及應用教程.北京：機械工業(yè)出版社.2010.10</p><p>　　[6] 范永勝

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