工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)plc課程設計

1、<p><b>　　第一章 引 言</b></p><p>　　1.1 PLC的基本結構</p><p>　　1、中央處理單元(CPU) 中央處理單元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能：a. 接收并存儲從用戶程序和數(shù)據(jù)；b.檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。 </p>

2、<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（用戶程序存和數(shù)據(jù)）的存儲器稱為用戶程序存儲器，所以又分為用戶存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分。 </p><p>　　3．輸入接口電路 輸入輸出信號有開關量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實際

3、涉及到的信號當中，開關量最普遍。</p><p>　　4．輸出接口電路：可編程序控制器的輸出有：繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘管輸出(SSR)三種輸出形式。</p><p><b>　　5．電源 </b></p><p>　　PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制

4、造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去。如FX1S額定電壓AC100V—240V，而電壓允許范圍在AC85V—264V之間。允許瞬時停電在10ms以下，能繼續(xù)工作。</p><p>　　一般小型PLC的電源輸出分為兩部分：一部分供PLC內部電路工作；一部分向外提供給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。 </p><

5、p>　　1.2 PLC的工作原理</p><p>　　PLC則是采用循環(huán)掃描的工作方式。一個掃描周期主要可分為3個階段。</p><p><b>　　1．輸入刷新階段</b></p><p>　　在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關閉輸入端口，轉入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期

6、間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。</p><p><b>　　2．程序執(zhí)行階段</b></p><p>　　在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉入輸入刷新階段。&l

7、t;/p><p><b>　　3．輸出刷新階段</b></p><p>　　當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。</p><p>　　由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段構成PLC一個工作周期，由此循環(huán)往復，因此

8、稱為循環(huán)掃描工作方式。 </p><p>　　顯然掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應速度越慢。由于每個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度。但是由于其對I/O的變化每個周期只輸出刷新一次，并且只對有變化的進行刷新，這對一般的開關量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成影響，還會提高

9、抗干擾能力。這是因為輸入采樣階段僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大部分時間是與外設隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時間的，誤動作將大大減小。但是在快速響應系統(tǒng)中就會造成響應滯后現(xiàn)象，這個一般PLC都會采取高速模塊。</p><p>　　總之，PLC采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設備的最大特點之一，我們在學習和使用PLC當中都應注意。</p><p>　　第二章 設計任

10、務書</p><p><b>　　2.1 課題內容</b></p><p>　　用PLC對工業(yè)鏟車（實物模型）操作進行控制，設鏟車可將貨物鏟起或放下，并能作前進、后退、左轉、右轉的操作，要求動作過程如下：</p><p>　　鏟起 → 向前0.5米 → 左轉90度后向前0.5米 → 右轉90度后向前0.5米 →右轉90度后后退0.5米 → 放下

11、。</p><p><b>　　2.2 課題要求</b></p><p>　　1．根據(jù)題意，畫出實物模型與PLC的硬件連接圖，按圖接線，編制控制程序，并畫出梯形邏輯圖。</p><p>　　2．完成系統(tǒng)調試，實現(xiàn)控制要求。</p><p>　　3．完成課程設計說明書。</p><p><b&

12、gt;　　1.3 答辯問題</b></p><p>　　單片機和PLC可互相替換嗎？各自的應用特點？</p><p>　　第三章 生產工藝及控制任務</p><p>　　3.1 工業(yè)鏟車簡介</p><p>　　鏟車是用來裝零散堅固的貨物的，一般以建筑材料為主，如碎石、砂土等，鏟車一般用在建筑工地、建筑材料集散地，用于裝車，有

13、時也用于鏟土和鏟雪及地面平整等用途；工業(yè)鏟車一般是在小四輪拖拉機上進行改裝的小型裝載機械。 利用拖拉機自身動力，采用液壓控制，通過多路液壓閥上的操作手柄可使鏟斗升降和翻轉，從而達到鏟車平穩(wěn)工作。在搬運物料方面起了很大的作用，節(jié)省了大量人力和物力，它搬運東西速度快，操作也比較簡單，所需的人員少，就能完成大量的搬運工作。</p><p>　　鏟車又叫裝載機，是在動力機械的基礎上，采用液壓控制鏟斗升降和翻轉，從而實現(xiàn)對

14、砂石、水泥、糧食、土、煤等散裝物料的鏟運及裝載。</p><p>　　鏟車也可進行輕度的鏟掘工作，通過換裝相應的工作裝置，還可進行推土、起重、裝卸木料及鋼管等作業(yè)。廣泛應用于建筑工程、筑路工程、農田水利工程、環(huán)衛(wèi)垃圾、磚窯廠、煤廠、砂石廠，用于砂石、水泥、糧食、土、煤等散裝物料的鏟運及裝載。</p><p>　　3.2 工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)進行PLC改造的目的及意義</p>&l

15、t;p>　　20世紀40年代末50年代初，我國的流程工業(yè)規(guī)模很小，設備陳舊，必要的調節(jié)主要靠最簡單的測量儀表由人工操作運行。50年代末60年代初，我國研制生產的傳感器、變送器、調節(jié)器、執(zhí)行器等，基本上能顯示過程狀態(tài)，實現(xiàn)調節(jié)意圖，最終命令執(zhí)行器完成對工藝流程的調節(jié)要求。70年代初，我國自行研制的工控機開始應用于工業(yè)過程控制，它部分地取代了原來控制室內的儀表。但由于受當時電子器件性能的限制，工控機本身的可靠性遠不如現(xiàn)在，工控機帶來的

16、控制集中引起“危險”集中。70年代末，分散型控制系統(tǒng)(dcs)進入工控領域，解決了“危險”集中的問題，還解決了一些復雜的控制。dcs可建立通信網絡，為大工廠生產帶來許多方便，但其價格一直居高不下。80年代初，適應性較強的總線型工控機(std)應運而生，std總線技術的推廣和應用，使工控機的功能更加強化。 </p><p>　　PLC作為工控機的一員，在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可

17、靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。據(jù)統(tǒng)計，當今世界plc生產廠家約150家，生產300多個品種。2000年銷售額約為86億美元，占工控機市場份額的50%，PLC將在工控機市場中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢頭。 </p><p>　　PLC在60年代末引入我國時，只用作離散量的控制，其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等，最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的plc具有pid調節(jié)功能，它的應用已

18、從開關量控制擴大到模擬量控制領域，廣泛地應用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。</p><p>　　在工業(yè)鏟車中運用PLC，提高了其工作智能化，增強了其本身的競爭能力，對我國的PLC產品的研發(fā)和生產PLC的能力有一定的幫助。 </p><p>　　第四章 工業(yè)鏟車仿真模型的設計與組裝</p><p>　　4.1 驅動部分設計</p><p>

19、;　　工業(yè)鏟車的主要動作是鏟起、放下，并能作前進、后退、左轉、右轉的操作。鏟起和放下屬于縱向移動，行走和左右轉屬于橫向移動，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實現(xiàn)，左輪的前進和后退由一臺電動機正反轉實現(xiàn)，右輪的前進和后退由另一臺電動機的正反轉實現(xiàn)，當要實現(xiàn)左轉的時候，可讓左輪的電動機不動，右輪的電動機正轉前進，反之，則右轉也是同樣的原理。</p><p&

20、gt;　　4.2 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動，后退則是同時反向轉動，左轉是左輪上的電動機不動，右輪電動機正向轉動；右轉是右輪上的電動機不動，左輪上的電動機正向轉動。</p><p>　　4.3 組裝模型 （實物模型）</p>&l

21、t;p>　　圖4-1 工業(yè)鏟車（實物模型）</p><p>　　第五章 控制系統(tǒng)的PLC選型和I/0選擇</p><p>　　5.1 I/O分析</p><p>　　經過對控制過程和要求的詳細分析，明確了具體的控制任務就是鏟起、放下、行走、左轉和右轉等主要任務。確定了鏟車這些必須完成的動作后，再確定動作的順序：縱向電機正轉，電磁鐵由上向下移動，鏟爪抓物體，

22、縱向電機反轉，由下向上移動，左右輪電機同時正轉，實現(xiàn)向前，左輪電機停止右輪電機正轉，實現(xiàn)向左轉，左輪電機正轉右輪電機停止，實現(xiàn)向右轉，左右輪電機同時反轉，實現(xiàn)后退。其工藝流程圖如下（圖4-1）：</p><p>　　圖5-1 工業(yè)鏟車工藝流程圖</p><p>　　5.2 I/O點及地址分配</p><p>　　控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號的名稱、地址分配。如表5-1

23、</p><p>　　表5-1 輸入、輸出信號的名稱、地址編號</p><p>　　5.3 PLC的選型</p><p>　　本設計采用西門子公司的S7-200系列整體式PLC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)共有開關量輸入點17個、開關輸出點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。<

24、/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

25、協(xié)議和自由方式通訊能力。</p><p>　　第六章 程序設計</p><p>　　6.1 控制程序的梯形圖</p><p>　　第七章 電氣控制系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　7.1 主電路圖</b></p><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

26、、M3。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的正轉運行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的反轉轉運行。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。</p><p>　　圖7-1 電控系統(tǒng)主電路圖</p><p>　　7.2 電控系統(tǒng)控制電路</p><p>　　如圖7-2所示為電控系

27、統(tǒng)控制電路圖。圖中SB1、SB2、SB3分別控制三臺電機正轉的啟/停；SB1'、SB2'、SB3'分別控制三臺電機反轉的啟/停。</p><p>　　圖 7-2 電控系統(tǒng)控制電路</p><p>　　7.3 PLC接線</p><p>　　圖7-3 PLC外圍接線圖</p><p><b>　　第八章 設

28、計總結</b></p><p>　　我通過這次課程設計，我對PLC有了更深入的了解，初步掌握了PLC的簡單功能。在這次課程設計過程中，遇到不懂的問題，老師們耐心地給我們指導講解，使我們將所學理論知識與實際聯(lián)系起來，提高了我們實際操作能力和加深理論知識。為期二周的這次PLC課程設計使我進一步鞏固所學的專業(yè)理論，掌握PLC設計的基本技能和方法，真正做到了學有所獲。對此特別感謝老師們這么多天來對我們的指導和

29、幫助，還有同學們的團結互助！</p><p>　　這是我第三次做課程設計，所以做起來不會像前幾次那么生疏，不會覺得不知所措。我們依然堅持來實驗樓做課程設計。十多天的PLC課程設計讓我學到很多，讓我對PLC又有新的理解。其實自己動手真的很有用，親自接觸了掌握的更深刻。在做課程設計期間老師們都非常熱心的幫助我們解決所遇到的問題，他們天天都來指導我們，對此特別感謝老師們這么多天來對我們的指導和幫助，還有同學們的團結互助

30、！</p><p>　　二周的時間說長不長，說短也不短，在這二周里讓我學會了PLC在實際生活中的用途，學會了小組之間的互助，學會了小組成員之間的團結，學會了怎樣克服困難。</p><p>　　在此 再次感謝 我們組的指導老師 。</p><p>　　感謝每個老師細心耐心的指導，謝謝你們，沒有你們的幫助我可能完成不了這是課程設計。</p><p&

31、gt;<b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】賀哲榮，石帥軍.流行PLC實用程序及設計.西安：西安電子科技大學出版社，2006.3</p><p>　　【2】張萬忠，劉明芊.電器與PLC控制技.北京：化學工業(yè)出版社，2003.9</p><p>　　【3】肖清，王忠鋒.西門子PLC課程設計指導書.江西理工大學應用科學學院，200

32、8.12</p><p>　　【4】張揚，蔡春偉，孫明健.SP-200 PLC原理與應用系統(tǒng)設計.北京：機械工業(yè)出版社，2007.10</p><p>　　【5】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>　　【6】田瑞庭，可編程控制器應用技術.北京：機械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　【7】張萬