工业铲车操作控制.doc

- 19 - PLC课程设计题目： 工业铲车操作控制设计 姓名： 方沥 班级： 12G451 学号： 25 中文摘要 摘要：工业铲车自动化智能低，铲车又叫装载机，是在动力机械的基础上，采用液压控制铲车斗升降和翻转，从而实现对砂石、水泥、粮食、土、煤等散装物料的铲运及装载。本课程设计提出了对其进行自动化设计的技术路线和思路，应用了PLC进行自动化控制的方案；采用了FX2N-32MT-D编程器对工业铲车控制部分进行线路控制，可以很容易的实现完成逻辑，定时，计数，数字运算，数据处理等功能，通过输入输出接口建立与工业铲车数字量和模拟量的联系，实现生产过程的自动控制，提高了生产效率，对其他的生产机械有一定的借鉴意义。关键字：PLC; 铲车；设计。目录第一章 引言2 1.1 PLC的硬件结构21.2 PLC的工作原理3第二章 操作控制结构4 2.1控制流程图4 2.1工业铲车工作流程图5第三章 系统的设计6 3.1 控制要求6 3.2控制分析6 3.3工业铲车控制系统的编制6第四章 程序设计9 4.1程序控制主流程图6 4.2工业铲车操作控制系统的梯形图6第五章 仿真第六章 总结14第七章 参考文献第一章 引言近年来，随着自动化技术的不断发展，PLC逐渐代替复杂的电器及接线而成为控制设备的核心。而早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的，这些器件结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制、但是其采用固定接线，通用性和灵活性差；又采用触点的开关动作，工作频率低，触点已损坏，可靠性差。可编程逻辑控制器（Programable Controller Logic）,是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的逻辑存储器，用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数操作的指令。并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。目前，PLC主要朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量花、网络化的方向发展，与计算机技术相结合，形成工业控制系统、分布式控制系统、现场总线控制系统，这将使PLC的功能更强，使用更方便，适用范围更广。 PLC具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、搞干扰能力强等到一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到了广泛应用。所以，掌握PLC技术是改造传统生产工艺和设备的重要途径。1.1 PLC的硬件结构PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口、电源、扩展接口、通信接口等组成。1. 中央处理器可编程逻辑控制器的中央处理器通常采用通用微处理器，它按照PLC系统程序赋予的功能处理用户的各项指令。2.存储器可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户程序存储器和数据存储器两部分。3.输入输出接口电路输入输出信号有开关量、模拟量数字量三种，在我们接触的信号中，开关量最为普遍。4.电源PLC的电源在整个系统中起到非常重要的作用。如果没有一个可靠的良好的电源系统是无法工作的，因此制造商对电源的设计和制造也非常重视。一般交流电压波动在10%的范围内，可以不采用其它措施将PLC直接连到电网中去。5.扩展接口扩展接口拥有将扩展单元与基本单元相连。6.通信接口为了实现人机或机器与机器之间的对话，PLC配有多种通信接口，PLC通过这些接口可以与监视器、打印机、以及其它的PLC及计算机相连。1.2 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。第二章 操作控制结构2.1控制流程图 本系统的操作过程如下：启动铲车后，铲车铲起物品，铲车按规定路线运行，碰到限位开关，限位开关将信号传递到PLC，PLC再将处理过的信号传递到铲车。限位开关PLC控制器铲车 图2-1 工作顺序图2.2工业铲车工作流程图本系统要求铲车动作过程：铲起 向前 0.5米 左转 90 度后，向前 0.5 米 右转 90 度后，向前 0.5 米 右转 90度后，后退 0.5 米 放下。 工业铲车操作控制系统图如下：图 2-2 操作控制系统示意图 第三章 系统的设计3.1控制要求（1） 小车有电机驱动，电机正转前进，反转后退。初始时，小车停于原点，限位开关 SQ1 压合。（2） 按下开始按钮，小车开始铲起物品。5 秒后铲物结束，小车按规定路线经过压合 SQ2SQ3SQ4前往目的地，压合 SQ5 放下物品。（3） 5 秒后放物结束，下车返回原地，压合 SQ1 再次开始铲起物品如此循环。（4） 设置预停按钮，小车在工作中若按下预停按钮，则小车完成一次循环后，停于初始位置3.2控制分析根据铲车的运行规律，分析如下：开启系统后，小车应停于初始位置，SQ1 压合。然后按照规定完成动作（铲起 向前 0.5 米 左转 90 度后，向前 0.5 米 右转 90 度后，向前0.5 米 右转 90 度后，后退 0.5 米 放下）。最后返回初始位置。系统设定限位开关压合则做相应的 90 度旋转，旋转时间为三秒。预停按钮的设计，可在按下预停按钮后，是小车完成一个循环后，不再进入下一次循环。3.3工业铲车控制系统硬件电路设计1.元器件清单元器件数量备注S7-200PLC1台CPU224限位开关7个按钮2个导线若干依情况而定2.输入/输出分配表工业铲车控制系统的 I/O 分配表表 3-1 I/O 口分配表输 入 输 出元件代号作用输入继电器元件代号作用输出继电器SB1开始按钮I0. 0KM1铲起Q0.0SB2预停按钮I0.1KM2前进Q0.1SQ1限位开关1I0.2KM3后退Q0.2SQ2限位开关2I0.3KM4放下Q0.3SQ3限位开关3I0.4KM5左转90度Q0.4SQ4限位开关4I0.5KM6右转90度Q0.5SQ5限位开关5I0.6SQ6限位开关6I0.7SQ7限位开关7I1.0 3.I/O 口接线图用PLC实现工业铲车控制系统的I/O接线图，如下图所示：表 3-2 I/O 口接线图第四章 控制系统软件设计4.1程序控制主流程图4.2工业铲车操作控制系统的梯形图如下：1.程序说明网络1：接入初始化脉冲SM0.1小车启动，小车开始铲物并延时。网络2：延时时间到，小车前进。网络3：小车左转90度延时5秒。网络4：延时时间到，小车继续前进，小车右转90度并延时5秒。网络5：延时时间到，小车继续前进。网络6：小车右转90度并延时5秒，延时时间到，小车后退。网络7：放下物品并延时5秒，延时时间到，小车右转90度并延时5秒。网络8：延时时间到，小车前进。网络9：小车到达点SQ6点并向左转90度并延时。网络10：延时时间到，小车前进到SQ7点。网络11：小车左转90度并延时5秒。网络12：延时时间到，小车达到初始位置。网络13：小车前进的6步动作。网络18：小车右转的几步动作，小车左转的3步动作。网,14：小车后退的一步动作。网络15：小车放下物品的一步动作2.梯形图第五章 仿真左右轮电机同时正转向前行左轮电机停止电机正转向左转左转后左右轮电机同时正转向前右转后左右轮电机同时正转向前纵向电机反转铲抓将货物放下第六章 总结在现在的工业中，PLC在工业自动化中现已经成了必不可少的一部分，所以能够使用好PLC对于我们来说是非常重要的，这次西门子PLC课程设计就是一次绝好的锻炼机会。通过这次课程设计，我对PLC又有了更深的了解，它可以实现工业生产过程的自动化，减少人力资源，仅需要两三个人甚至不需要人监管也可进行生产。随着我过工业发展的日新月异，工业的发展急需更多的人去开放使用PLC，PLC在工业自动化控制系统中已经占据了非常重要的地位，所以学习好PLC对，使用好PLC对工业自动化的发展就显得十分必要。 通过这次课程设计我学到了很多新的知识，通过查找资料和搜集相关文献，培养了自学能力和动手能力。在这里我要感谢老师对我们的幸苦付出，感谢他教了我们如此多的知识。学习好了这门课程，未来的发展前景一定很光明。第七章 参考文献 1 陈宏钧.可编程控制器课程设计指导书M.天津：天津大学出版社.2001 2 钟肇新，王灏.可编程控制器入门教程M.广州：华南理工大学出版社.1999 3 邓星钟.机电传动控制M.武汉：华中科技大学出版社.2001 4 三菱电机株式会社.三菱PLC 编程手册Z. 日