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CA-20型地下矿山自卸汽车设计【4张CAD图纸+毕业论文】

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关键词：: ca 20 地下矿山汽车设计

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引言

CA-20型地下矿山自卸汽车是我的毕业设计题目，主要参与了其中电气系统的设计部分。在整个毕业设计期间，我所学到的了很多理论知识和实验经验，这将对我以后的学习和工作带来极大的帮助。

CA-20型地下矿山自卸汽车的电气系统PLC控制是我设计的主要部分，它也是一个较为复杂的部分，在整车的设计中占有相当重要的地位。本次设计我们主要从整机电气系统的原理入手，主要完成了对电气系统参数的计算，来选配电气系统的设计方案。通过对电气系统四大块包括电源及启动、照明及信号、指示仪表及传感器和连接导线的设计，特别对启动控制系统做了设计和改进，进一步完善了CA-20地下自卸汽车的电气系统配置。在两个多月的毕业设计过程中，我花了大量时间和精力，查阅了大量的技术资料及参考文献，从对汽车电气系统的未知到逐步熟悉并加深认识，达到能进行电气系统设计的水平。经过自己的努力和指导教师全力指导下，完成了对CA-20型地下矿山自卸汽车的整机电气系统设计，设计和编制PLC程序，并在模拟仿真软件运行的到成功，证明了PLC在地下自卸汽车使用的可行性。

Introduction

CA-20-type underground mining dump truck is the subject of my graduation project, which mainly involved in the design of electrical system parts. Throughout the period of graduation, I learned a lot of theoretical knowledge and experimental experience, which will study and work after I bring great help.

CA-20-type underground mining dump truck electrical system PLC control is the main part of my design, it is also a more complex part in the vehicle's design has an important position. The design of our main principle of electrical system from the machine to start, mainly to complete the calculation of the electrical system parameters, to matching the design of electrical systems. Through the electrical system and start the four blocks, including power, lighting and signals of the instrument and the sensors and wiring design, especially for start control system design and improvement made to further improve the CA-20 dump truck's electrical system underground configuration. In the design process more than two months of graduating, I spent a lot of time and effort, access a lot of technical information and references, from the car electrical system to gradually become familiar with the unknown and a better understanding, to be able to carry out electrical system design level. Through their hard work and effort under the guidance of the instructor, completed CA-20-type underground mining dump truck of the machine electrical system design, design and preparation of PLC programs, and simulation software to run a successful, proven PLC in the feasibility of using underground dump truck.

第一章电气系统设计概述1

第二章电气系统设计方案3

2.1 电气设计方案框图3

2.2 基本思路3

2.3主要性能特点及参数3

第三章电气系统设计方案的实现5

3.1 总的工作原理5

3.2电气系统的各部分的设计5

3.2.1电源及启动部分5

3.2.2照明和信号装置部分5

3.2.3 指示仪表与传感器部分5

第四章可编程序控制器10

4.1 PLC的概念及发展10

4.1.1 PLC发展回顾10

4.1.2 PLC在中国的发展10

4.1.3 PLC的现状11

4.1.4 PLC的发展趋势12

4.1.5 软PLC技术13

4.2 可编程序控制器的结构及工作原理14

4.2.1可编程序控制器的基本结构14

4.2.2 可编程序控制器的工作原理14

4.3 PLC的应用领域15

4.4 CA-20地下自卸汽车控制技术的选取16

4.5控制对象的选择17

4.6 PLC控制系统工作框图17

第五章硬件设计和配制18

5.1 FX2N功能和性能介绍18

5.2输入模块19

5.3输出模块20

第六章 PLC控制电气原理22

第七章软件设计23

7.1发动机冷却液温度监控部分软件设计23

7.2蓄能器压力监控部分软件设计23

7.3液力变矩器油监控部分软件设计24

7.4发动机转速监控部分软件设计25

7.5 输入输出分配25

7.6 程序清单28

7.7程序框图33

第八章 PLC控制系统抗干扰措施38

8.1 硬件抗干扰措施38

8.1.1 抑制电源系统引入的干扰38

8.1.2 抑制接地系统引入的干扰39

8.1.3 抑制输入输出电路引入的干扰39

8.1.4 抑制外部配线干扰的措施39

8.2 软件抗干扰措施40

第九章模拟仿真41

小结48

致谢49

参考文献......................................50

第一章电气系统设计概述

CA-20地下矿山自卸汽车电气系统的设计在整个地下自卸汽车的设计项目中占有相当重要的地位，这是由电气系统的功能决定的，CA-20地下矿山自卸汽车电气系统不仅要为车辆的运行提供电力能源，而且要对车辆从启动到熄火的全过程进行实时监控，并以信号报警方式提醒驾驶员操作。该电气系统控制突出体现了机电一体化在自卸车上的应用，它能满足人们对自卸汽车安全性、可靠性、操作简便性等多种要求。

CA-20地下矿山自卸汽车属于矿山工程机械，输出功率大，且受工作环境条件和运行要求的限制，这就要求地下自卸汽车的电气系统能适应特殊的工作环境、湿度、振动、雨淋和尘埃等条件，并具有较高的可靠性，需要时有防止对无线电通讯和电子设备干扰的措施。因此其整机电气系统的设计与一般汽车电气系统的设计有很大的不同。主要区别之处如下：1、地下自卸汽车采用柴油机为动力，具有功率大、启动扭矩大的特点，且柴油机转速变化大而频繁，因而发电机供电质量相当差，但没有蓄电池点火系统；2、地下自卸汽车在矿坑作业，工况差，油、水、泥、振动和高温等，对整机电气设备，线束及连接形式有较高的要求。3、由于工况复杂，要求地下自卸汽车的控制尽量简单，也可以来简化驾驶员的操作，减轻驾驶员负担。这就要求地下自卸车的自动控制部分具有很高的可靠性，且易于维护。

根据CA-20地下矿山自卸汽车电气系统要实现的主要功能，通常可把CA-20地下矿山自卸汽车的电气系统分为五大部分：

1、电源及启动部分：主要由启动机、蓄电池和发电机及其电压调节器组成。启动部分的作用是通过启动机将蓄电池的电能转换成机械运动来起动发动机，从而带动发电机发电并联合蓄电池供给整机电力能源。

2、照明和信号装置部分：照明系统是为了保证自卸汽车在夜间行驶及阴暗的矿坑里工作时的照明及安全需要，信号装置是通过声响和灯光向其它车辆的司机和行人发出警告，以引起注意，确保行驶和工作安全。其包括：前大灯、后大灯、驾驶室内灯、倒车灯、转向灯、制动灯、示廓灯、电喇叭、报警批示灯等。

3、指示仪表与传感器部分：作为司机了解车辆工作状况的“眼睛”，对确保车辆行车安全、及时排除故障和避免发动机出现严重故障起着重要的作用，通常包括车速表、时钟、燃油表、温度表、电流表、温度传感器、压力传感器等。从而对需要监视的信号点进行检测，通过信号处理，利用以上表盘、指示灯显示，或输往后续控制系统。各种仪表都合理的布置在仪表盘，仪表盘安装在驾驶座前面便于观看的位置，使司机能随时了解车辆的行驶情况和发动机工作状况。要求各个仪表结构简单、工作可靠、显示数据清晰、准确、指示值受电源的电压波动和环境温度变化的影响小，除此之外，仪表的抗震、耐冲击性能也要好。

4、电气系统控制部分：这部分是实现自动控制的关键，它组成了自卸汽车的操纵系统。电气系统控制部分主要包括：电源总开关、启动开关、预热开关、钥匙开关、照明及指示灯开关、PLC控制系统及继电器的选取，及PLC控制系统的程序设计。

5、线束设计部分：电线束是自卸汽车的神经系统，通过合理地设计布置，连接电源，以及各种控制器、用电器、显示器、保护器和报警器等电气设备与装置，使之实现其功能。因此，电线束是自卸车的关键系统之一。

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内容简介：: 山东大学本科毕业设计（论文）引言 CA-20型地下矿山自卸汽车是我的毕业设计题目，主要参与了其中电气系统的设计部分。在整个毕业设计期间，我所学到的了很多理论知识和实验经验，这将对我以后的学习和工作带来极大的帮助。CA-20型地下矿山自卸汽车的电气系统PLC控制是我设计的主要部分，它也是一个较为复杂的部分，在整车的设计中占有相当重要的地位。本次设计我们主要从整机电气系统的原理入手，主要完成了对电气系统参数的计算，来选配电气系统的设计方案。通过对电气系统四大块包括电源及启动、照明及信号、指示仪表及传感器和连接导线的设计，特别对启动控制系统做了设计和改进，进一步完善了CA-20地下自卸汽车的电气系统配置。在两个多月的毕业设计过程中，我花了大量时间和精力，查阅了大量的技术资料及参考文献，从对汽车电气系统的未知到逐步熟悉并加深认识，达到能进行电气系统设计的水平。经过自己的努力和指导教师全力指导下，完成了对CA-20型地下矿山自卸汽车的整机电气系统设计，设计和编制PLC程序，并在模拟仿真软件运行的到成功，证明了PLC在地下自卸汽车使用的可行性。Introduction CA-20-type underground mining dump truck is the subject of my graduation project, which mainly involved in the design of electrical system parts. Throughout the period of graduation, I learned a lot of theoretical knowledge and experimental experience, which will study and work after I bring great help. CA-20-type underground mining dump truck electrical system PLC control is the main part of my design, it is also a more complex part in the vehicles design has an important position. The design of our main principle of electrical system from the machine to start, mainly to complete the calculation of the electrical system parameters, to matching the design of electrical systems. Through the electrical system and start the four blocks, including power, lighting and signals of the instrument and the sensors and wiring design, especially for start control system design and improvement made to further improve the CA-20 dump trucks electrical system underground configuration. In the design process more than two months of graduating, I spent a lot of time and effort, access a lot of technical information and references, from the car electrical system to gradually become familiar with the unknown and a better understanding, to be able to carry out electrical system design level. Through their hard work and effort under the guidance of the instructor, completed CA-20-type underground mining dump truck of the machine electrical system design, design and preparation of PLC programs, and simulation software to run a successful, proven PLC in the feasibility of using underground dump truck. 山东大学本科毕业设计（论文)目录第一章电气系统设计概述1第二章电气系统设计方案32.1 电气设计方案框图32.2 基本思路32.3主要性能特点及参数3第三章电气系统设计方案的实现53.1 总的工作原理53.2电气系统的各部分的设计53.2.1电源及启动部分53.2.2照明和信号装置部分53.2.3 指示仪表与传感器部分5第四章可编程序控制器104.1 PLC的概念及发展104.1.1 PLC发展回顾104.1.2 PLC在中国的发展104.1.3 PLC的现状114.1.4 PLC的发展趋势124.1.5 软PLC技术134.2 可编程序控制器的结构及工作原理144.2.1可编程序控制器的基本结构144.2.2 可编程序控制器的工作原理144.3 PLC的应用领域154.4 CA-20地下自卸汽车控制技术的选取164.5控制对象的选择174.6 PLC控制系统工作框图17第五章硬件设计和配制185.1 FX2N功能和性能介绍185.2输入模块195.3输出模块20第六章 PLC控制电气原理22第七章软件设计237.1发动机冷却液温度监控部分软件设计237.2蓄能器压力监控部分软件设计237.3液力变矩器油监控部分软件设计247.4发动机转速监控部分软件设计257.5 输入输出分配257.6 程序清单287.7程序框图33第八章 PLC控制系统抗干扰措施388.1 硬件抗干扰措施388.1.1 抑制电源系统引入的干扰388.1.2 抑制接地系统引入的干扰398.1.3 抑制输入输出电路引入的干扰398.1.4 抑制外部配线干扰的措施398.2 软件抗干扰措施40第九章模拟仿真41小结48致谢49参考文献.50山东大学本科毕业设计（论文）第一章电气系统设计概述CA-20地下矿山自卸汽车电气系统的设计在整个地下自卸汽车的设计项目中占有相当重要的地位，这是由电气系统的功能决定的，CA-20地下矿山自卸汽车电气系统不仅要为车辆的运行提供电力能源，而且要对车辆从启动到熄火的全过程进行实时监控，并以信号报警方式提醒驾驶员操作。该电气系统控制突出体现了机电一体化在自卸车上的应用，它能满足人们对自卸汽车安全性、可靠性、操作简便性等多种要求。CA-20地下矿山自卸汽车属于矿山工程机械，输出功率大，且受工作环境条件和运行要求的限制，这就要求地下自卸汽车的电气系统能适应特殊的工作环境、湿度、振动、雨淋和尘埃等条件，并具有较高的可靠性，需要时有防止对无线电通讯和电子设备干扰的措施。因此其整机电气系统的设计与一般汽车电气系统的设计有很大的不同。主要区别之处如下：1、地下自卸汽车采用柴油机为动力，具有功率大、启动扭矩大的特点，且柴油机转速变化大而频繁，因而发电机供电质量相当差，但没有蓄电池点火系统；2、地下自卸汽车在矿坑作业，工况差，油、水、泥、振动和高温等，对整机电气设备，线束及连接形式有较高的要求。3、由于工况复杂，要求地下自卸汽车的控制尽量简单，也可以来简化驾驶员的操作，减轻驾驶员负担。这就要求地下自卸车的自动控制部分具有很高的可靠性，且易于维护。根据CA-20地下矿山自卸汽车电气系统要实现的主要功能，通常可把CA-20地下矿山自卸汽车的电气系统分为五大部分：1、电源及启动部分：主要由启动机、蓄电池和发电机及其电压调节器组成。启动部分的作用是通过启动机将蓄电池的电能转换成机械运动来起动发动机，从而带动发电机发电并联合蓄电池供给整机电力能源。2、照明和信号装置部分：照明系统是为了保证自卸汽车在夜间行驶及阴暗的矿坑里工作时的照明及安全需要，信号装置是通过声响和灯光向其它车辆的司机和行人发出警告，以引起注意，确保行驶和工作安全。其包括：前大灯、后大灯、驾驶室内灯、倒车灯、转向灯、制动灯、示廓灯、电喇叭、报警批示灯等。3、指示仪表与传感器部分：作为司机了解车辆工作状况的“眼睛”，对确保车辆行车安全、及时排除故障和避免发动机出现严重故障起着重要的作用，通常包括车速表、时钟、燃油表、温度表、电流表、温度传感器、压力传感器等。从而对需要监视的信号点进行检测，通过信号处理，利用以上表盘、指示灯显示，或输往后续控制系统。各种仪表都合理的布置在仪表盘，仪表盘安装在驾驶座前面便于观看的位置，使司机能随时了解车辆的行驶情况和发动机工作状况。要求各个仪表结构简单、工作可靠、显示数据清晰、准确、指示值受电源的电压波动和环境温度变化的影响小，除此之外，仪表的抗震、耐冲击性能也要好。4、电气系统控制部分：这部分是实现自动控制的关键，它组成了自卸汽车的操纵系统。电气系统控制部分主要包括：电源总开关、启动开关、预热开关、钥匙开关、照明及指示灯开关、PLC控制系统及继电器的选取，及PLC控制系统的程序设计。5、线束设计部分：电线束是自卸汽车的神经系统，通过合理地设计布置，连接电源，以及各种控制器、用电器、显示器、保护器和报警器等电气设备与装置，使之实现其功能。因此，电线束是自卸车的关键系统之一。第二章电气系统设计方案 2.1 电气设计方案框图图2.1 电气系统原理图2.2 基本思路按照上述方框图图2.1，本系统的主要功能部分，照明指示电路、传感器电路、仪表显示电路、声光报警电路以及PLC控制电路都由电源系统提供工作电源，传感器把检测到的各种数据，一路采用仪表盘并结合声光报警单元在数据超过报警极限时发送电信号到发光报警电路，直观的显示出来并发出报警信号，以利于驾驶员实时监控整机的工作状况，采取相应的操作。另一路则把传感器所测得的各检测点的实时数据信号，通过合适的模块传输到PLC控制器内部，在程序的运行中，使PLC发出指令实现实时的自动控制。由于驾驶员通过仪表显示的数据可以通过各种开关及PLC控制系统来做出合理操作，从而使整个汽车可以在各种工况下都可以安全可靠的运行。2.3主要性能特点及参数CA-20地下自卸汽车是载重量为20t的矿用车，我们选择了底特律公司的series50系列柴油发动机，根据在本电气系统设计的要求及参数需要，需要的柴油发动机各项参数如下：发动机排量：8.5L 额定输出功率：207kW额定转速： 2100r/min 输出扭矩： 1186发动机冷却剂容量：16L 压缩比率：15.0：1第三章电气系统设计方案的实现3.1 总的工作原理根据需要，本电气系统采用标称电压为24V，单线负极搭铁制。整机电气系统设计的电气原理图如图2.23.2电气系统的各部分的设计3.2.1电源及启动部分作为CA-20地下自卸汽车电气设备的能源核心，电源与启动部分的设计主要由三部分组成：启动机、蓄电池和发电机及其电压调节器。地下自卸汽车采用蓄电池与发电机并联组成的标称电压为24V的直流系统供电。发电机未工作前，发动机启动时，蓄电池放电，向启动机供电以启动发动机；在发动机工作后，由发动机带动发电机给车辆用电设备供电，并同时向蓄电池充电。3.2.2照明和信号装置部分为了保证汽车行使安全和工作可靠，在汽车上装有各种照明和信号装置，用以照明道路，标示车辆宽度，照明车厢内部及仪表指示和夜间检修等。此外，在转弯、制动和倒车等工况下，还应发出光信号和音响信号。汽车的照明和信号装置部分主要包括两大部分：照明装置（有前大灯、后大灯、倒车灯、驾驶室内照明灯等）和信号装置（转向灯、刹车灯、倒车灯、示廓灯、位置灯、电喇叭、报警指示灯等）。灯、喇叭与其他用电设备之间是并联在电路中的，以保证他们需要的供电电压，并可单独控制各个用电设备的接通和断开，从而便于实现它们的单独控制。3.2.3 指示仪表与传感器部分图2.2 CA-20型地下矿山自卸汽车电气系统原理图1）汽车用传感器的简介和发展趋势随着微电子技术和传感器电子学的高速的发展，汽车.电子学使汽车工业焕然一新，为完善汽车的功能，保证汽车的可靠、安全、舒适性，微机、PLC及传感器技术的发展加速汽车开发的重要内容。特别是在当今传感器的发展落后于计算机、PLC的情况下加速开发汽车用传感器就更为重要。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。特别传感器是一种转换器，它把物理量、电量、化学量等被测量转换成容易处理和传输的电信号。由下面的图2.3系统信息的信息处理过程框图可知，传感器是控制系统的关键性部件。如果没有各种传感器，PLC、计算机或微处理控制则根本无法实现。而汽车用传感器是用于汽车显示和电控系统的各种传感器的统称，与其它用传感器相比有自己的特点。图2.3 系统信息的处理过程由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求，世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开发都都非常重视。未来的汽车用传感器技术，总的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。微型传感器基于从半导体集成电路技术发展而来的MEMS (微电子机械系统)，微型传感器利用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一快芯片上，由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以明显提高系统测试精度。目前该技术日渐成熟，可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器。由于基于MEMS技术的微型传感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势，它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。智能化是指传感器与大规模集成电路相结合，带有CPU，具有智能作用，以减少ECU的复杂程度，减少其体积，并降低成本。总之，随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传感器市场需求将保持高速增长，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。2）传感器的种类及介绍针对CA-20地下自卸汽车工况检控要求采用的传感器种类大致有两类，一类是使司机了解汽车各部分状态的传感器，另一类传感器是用于控制汽车运行状态的控制传感器。汽车用传感器的主要种类如下表2.1所示：表2.1：汽车用传感器种类项目检测量、检测对象温度冷却水、发动机油、吸入及排出气体、室内外空气压力制动压、发动机油压、各种泵压、轮胎压液量燃料油量、冷却液高度、机油量、制动液量转速曲柄转角、曲柄转数、车轮转速（加）速度车速、负加速度流量吸入空气量、燃油流量、排气量、二次空气量位移方位节流阀开度、行驶距离、行驶方位排出气体O2、CO2、NOx、CH化合物、柴油烟其它转矩、湿度、电池电压、蓄电池容量、荷重、轮胎失效率温度传感器温度是表示汽车系统工作状态的基本参数之一。为了弄清发动机及其它零部件的热状态、计算进气的质量、流量以及排气净化处理，需要有能够连续、精确地测量冷却液温度、吸入气体温度与排气温度及检测发动机温度、燃油温度以及催化温度的传感器，通常采用温度用传感器有线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式三种主要类型。三种类型传感器各有特点，其应用场合也略有区别。线绕电阻式温度传感器的精度高，但响应特性差；热敏电阻式温度传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适应温度较低；热偶电阻式温度传感器的精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起使用。当前，汽车传感器中用量最大的是温度传感器（如：吸气温度、水温、油温、燃料温度、车内温度、车外温度等），在一般的汽车中，通常需要使用10多支温度传感器。已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器(通用型-50130，精度1.5，响应时间10ms；高温型6001000，精度5，响应时间10ms)、铁氧体式温度传感器(ON/OFF型，-40120，精度2.0)、金属或半导体膜空气温度传感器(-40150，精度2.0、5，响应时间20ms)等。压力传感器压力传感器主要用来测量气体和流体的压力，而车用压力传感器用来检测汽缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、发动机油压、汽缸内压、制动压、轮胎压等。吸气负压式传感器主要用于吸气压、负压、油压检测。汽车用压力传感器应用较多的有电容式、压阻式、差动变压器式（LVDT）、表面弹性波式（SAW）。电容式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压，测量范围20100kPa，具有输入能量高，动态响应特性好、环境适应性好等特点；压阻式压力传感器受温度影响较大，需要另设温度补偿电路，但适应于大量生产；LVDT式压力传感器有较大的输出，易于数字输出，但抗干扰性差；SAW式压力传感器具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、数字输出等特点，用于汽车吸气阀压力检测，能在高温下稳定地工作，是一种较为理想的传感器。转速传感器转速传感器主要用于检测曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速等。目前汽车使用的位置和转速传感器主要有交流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等，其测量范围0 360 ，精度 0.5 以下，测弯曲角达 0.1。车速传感器种类繁多，有敏感车轮旋转的、也有敏感动力传动轴转动的，还有敏感差速从动轴转动的。当车速高于100km/h时，一般测量方法误差较大，需采用非接触式光电速度传感器，测速范围0.5250km/h，重复精度0.1，距离测量误差优于0.3。4）CA-20地下自卸汽车主要传感器及电路的设计在CA-20地下自卸汽车的电气系统设计中，传感器电路设计中最重要的部分是发动机冷却水温度和液力变矩器油温的测量与监控以及制动系统中制动液压力的测量与监控。这就需要车用温度和压力传感器/变送器来提取信号并转换成容易识别的电信号，如：电流、电压等。在本设计中，温度和压力传感器/变送器电路是重点设计部分，全部是转换成电流信号输出。第四章可编程序控制器4.1 PLC的概念及发展可编程控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)，是1种数字运算操作的电子系统，是在20世纪60年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程序的存储器，其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，取代各种类型的机械或生产过程的继电器控制系统。可编程序控制器及其有关设备，都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。4.1.1 PLC发展回顾现代社会要求生产厂家对市场的需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。老式的继电器控制系统已无法满足这一要求，迫使人们去寻找一种新的控制装置取而代之。4.1.2 PLC在中国的发展在中国，大约从1974年、1975年在北京和上海开始开发采用位片式微处理芯片的可编程顺序控制器，并有所应用。但一直未能形成批量生产。在改革开放刚起步的1979年，在当时的机械部仪表局的推动下，开始从美国MODICON引进584的PLC，并首先在电站的辅机如输煤、除灰除渣、水处理系统以及水泥厂等控制系统中成功应用，从而大大推动了PLC在我国工业的大规模运用。遗憾的是，花了很大一笔外汇的这个项目并不曾形成良性的有后续的发展。自1985年开始，小型PLC首先是日本有关公司的产品进入中国市场。不到3、4年时间，小型PLC就形成了大面积的推广应用局面。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它知名品牌开始大举进入中国市场，占据中、大型的PLC的较大份额。1995年后形成了大型PLC以欧美为主、中型PLC欧美和日本平分秋色、小型PLC则以日本为主、Siemens也步步紧逼的格局。且至今没有很大改变。PLC在中国已经形成了规模巨大的应用市场，但并末建立批量生产、有持续开发发展能力的PLC制造业。应指出的是：在国内，PLC的应用水平还是不低的，自主设计、系统集成和现场投运的能力，可以说与国际主流水平同步；PLC的应用领域也很广泛，覆盖冶金、电力、化工、石油化工、机械、轻工、电子、电工、建材水泥等工业，以及现代农业机械和其它应用。近年来环保工业也有广泛应用，发展势头很猛；在国内有一支庞大的PLC销售、服务、应用、系统集成队伍，遍布全国大部分地区。有充足的理由说,PLC在中国已成为工业控制的一种适用技术。因此，PLC以及PLC的国际标准IEC611313的发展，无可争辩地成了十分令人关注的事情。4.1.3 PLC的现状随着PLC的国际标准IEC61131-3的正式颁布，推动了PLC在技术上发动新的突破：在系统体系结构上，从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统发展。在编程语言上，文本化和图形化的语言多样性，创造了更具表达控制要求、文字处理、通信能力的编程环境。从应用范围和应用水平上，除了继续发展机械加工自动生产线的控制系统外，则是发展以PLC为基础的DCS系统、监控和数据采集SCADA系统、柔性制造系统FMS、安全联锁保护ESD系统、运动控制系统等，全方位地产提高PLC的应用范围和水平。在应用领域方面，发达的工业国家，PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各行各业。随着PLC性能价格比的不断提高，一些过去使用专用计算机的场合，也转向使用PLC。PLC的应用范围在不断扩大，可归纳为如下几个方面。1)开关量的逻辑控制这是PLC最基本最广泛的应用领域。PLC取代继电器控制系统，实现逻辑控制。例如：机床电气控制，汽车配装线、电视机和收音机的生产线控制等。2)运动控制 PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量IO模块连接位置传感器与执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。世界上各主要PLC厂家生产的PLC几乎都有运动控制功能。PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械。例如：金属切削机床、金属成型机械、配装机械、机器人和电梯等。3)闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块实现模拟量与数字量之间的A/D，D/A转换，并对模拟量进行闭环PID控制，可用PID子程序来实现，也可使用专用的PID模块。PLC的模拟量控制功能已经广泛应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，还广泛地应用于轻工、化工、机械、冶金、电力和建材等行业。4)数据处理现代的PLC具有数学运算、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存贮在存储器中的参考值比较，也可以用通讯功能传送到别的智能装置，或将其打印制表。数据处理一般用在大、中型控制系统，如柔性制造系统、过程控制系统等。5)机器人控制机器人作为工业过程自动生产线中的重要设备，已成为未来工业生产自动化的3大支校之一。现在许多机器人制造公司，选用PLC作为机器人控制器来控制各种机械动作。随着PLC体积进一步缩小，功能进一步增强，PLC在机器人控制中的应用必将更加普遍。6)通讯联网 PLC的通讯包括PLC之间的通讯、PLC与上位计算机和其他智能设备之间的通讯。PLC和计算机具有接口，用双绞线、同轴电缆或光缆将其联成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统。目前PLC与PLC的通讯网络是各厂家专用的。PLC与计算机之间的通讯，一些PLC生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢。4.1.4 PLC的发展趋势传统PLC的发展趋势1)技术发展迅速，产品更新换代快随着微电子技术、计算机技术和通讯技术的不断发展，PLC的结构和功能不断改进，生产厂家不断推出功能更强的PLC新产品，平均35a更新换代1次。PLC的发展有2个重要趋势：向体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的微型化发展，以适应复杂单机、数控机床和工业机器人等领域的控制要求，实现机电一体化；向大型化、复杂化、多功能、分散型、多层分布式工厂全自动网络化方向发展。例如：美国GE公司推出的Genettwo工厂全自动化网络系统，不仅具有逻辑运算、计时、计数等功能，还具有数值运算、模拟量控制、监控、计算机接口、数据传递等功能，而且还能进行中断控制、智能控制、过程控制、远程控制等。该系统配置了GEBASIC语言，向上能与上位计算机进行数据通讯，向下不仅能直接控制CNC数控机床、机器人，还可通过下级PLC去控制执行机构。在操作台上如果配备该公司的Factory Master数据采集和分析系统，Viewaster彩色图像系统，则管理、控制整个工厂十分方便。2)开发各种智能模块，增强过程控制功能智能I/O模块是以微处理器为基础的功能部件。它们的CPU与PLC的主CPU并行工作，占用主机CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。智能模块主要有模拟量I/O、PID回路控制、通信控制、机械运动控制等，高速计数、中断输入、BASIC和C语言组件等。智能I/O的应用，使过程控制功能增强。某些PLC的过程控制还具有自适应、参数自整定功能，使调试时间减少，控制精度提高。3)与个人计算机相结合目前，个人计算机主要用作PLC的编程器、操作站或人/机接口终端，其发展是使PLC具备计算机的功能。大型PLC采用功能很强的微处理器和大容量存贮器，将逻辑控制、模拟量控制、数学运算和通讯功能紧密结合在一起。这样，PLC与个人计算机、工业控制计算机、集散控制系统在功能和应用方面相互渗透，使控制系统的性能价格比不断提高。4)通讯联网功能不断增强 PLC的通讯联网功能使PLC与PLC之间，PLC与计算机之间交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。5)发展新的编程语言，增加容错功能改善和发展新的编程语言、高性能的外部设备和图形监控技术构成的人/机对话技术，除梯形图、流程图、专用语言指令外，还增加了BASIC语言的编程功能和容错功能。如：双机热备、自动切换I/O、双机表决(当输入状态与PLC逻辑状态比较出错时，自动断开该输出)、I/O三重表决(对I/O状态进行软硬件表决，取2台相同的)等，以满足极高可靠性要求。6)不断规范化、标准化 PLC厂家在对硬件与编程工具不断升级的同时，日益向制造自动化协议(MAP)靠拢，并使PLC的基本部件(如输入输出模块、接线端子、通讯协议、编程语言和编程工具等)的技术规范化、标准化，使不同产品互相兼容、易于组网，以真正方便用户，实现工厂生产的自动化。 4.1.5 软PLC技术进入90年代后期，人们逐渐认识到，传统PLC（也称硬PLC)自身存在着这样那样的缺点：由于传统PLC的生产厂商之间的产品互相不兼容，缺少明确一致的标准，造成难以构建开放的硬件体系结构；各厂商产品的编程方法差别很大，技术专有性较强，工作人员必须经过较长时间的专业培训才能掌握某一种产品的编程方法；传统PLC的生产被几家厂商所垄断，造成PLC的性价比增长很缓慢。这些问题都成了制约传统PLC发展的因素，工控领域的研究人员也一直在寻求解决这些问题的途径。近年来，随着计算机技术的迅猛发展以及PLC方面的国际标准的制定，一项打破传统PLC局限性的新兴技术发展起来了，这项技术就是软PLC技术。于是PLC进入了其发展的第4阶段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向现场总线网络的体系结构，采用开放的通信接口，如以太网、高速串口等。采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准。全部用软件来实现传统PLC的功能，这就是国际上出现的高新技术-软PLC技术。4.2 可编程序控制器的结构及工作原理可编程序控制器(ProgrammableController)简称PC,是近代在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业自动控制装置,它是按照用户控制要求编写的程序来工作的。和继电接触器控制相比较,继电接触器控制是将各自独立的器件及触点以固定接线方式来实现控制要求,而PC将控制要求以程序的形式(软件编程)存储在其内部。送入存储器中的程序内容就相当于继电接触器控制的各种线圈、触点和接线,这种存储程序的控制,当需要改变控制要求时,只要改变程序,而不用改变接线。因而增加了控制的灵活性和通用性。4.2.1可编程序控制器的基本结构可编程序控制器一般由中央处理器、存储器、输入输出组件、编程器及电源五部分组成。存储器是可编程序控制器的重要组成部分,有了它可编程序控制器才能有记忆功能,才能预先把待解决问题的一步步操作,用命令的形式即一条条指令保存起来。实现一定功能的若干条指令组成一个程序,根据程序作用的不同,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两种。系统程序存储器主要存储系统管理和监控程序,并能对用户程序作编译处理。其永久保留在可编程序控制器中,不因关机、停电或其他部分出现故障等而改变其内容。用户程序存储器用来存储由编程器或磁带输入的用户控制程序。用户控制程序是根据生产过程和工艺要求编制的,可以通过编程器修改或增删。中央处理器简称CPU,是PC的大脑。其主要的用途是处理和运行用户程序,针对外部输入信号作出正确的逻辑判断,并将结果输给有关部门,以控制生产机械按既定程序工作。另外CPU还对其内部工作进行自动检测,并协调PC各部分工作,如有差错,它立即停止运行。输入、输出部分是PC与被控设备连接起来的部件。用户设备需要输入PC的各种控制信号,如位置开关、按钮、传感器等,通过输入部件将这些信号转换成中央处理器能接受和处理的数字信号。输出部件将中央处理器送出的弱电信号转换成现场所需要的强电信号并输出,以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。编程器是开发、维护PC自动控制系统不可缺少的外部设备。PC需要用编程器输入、检查、修改、调试用户程序,也用以监视PC的工作情况。4.2.2 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器对用户程序的执行过程采用循环扫描的工作方式。这种工作方式是在系统软件控制下,顺次扫描各输入点的状态,按用户程序进行运算处理,然后顺序向各输出点发出相应的控制信号。为了提高运行的稳定性和可靠性,并及时接收外来的控制命令,PC(在每次扫描期间,还进行故障自诊断和处理与编程器的通讯,其工作主要分以下五个阶段。（1）自诊断阶段。PC在每次扫描用户程序以前,都先执行故障自诊断程序,一般包括输入输出、存储器、CPU等部分的故障判断。一旦发现异常,PC立即起动关机程序,保留现场的工作状态,把所有的输出点置成“OFF&”状态后停机,并发出报警信号和显示出错误信号。若自诊断正常,则继续向下扫描。（2）与编程器等通讯阶段。自诊断后,如果没有发现故障,PC即检查是否有编程器等的通讯请求,若有则进行相应处理。（3）读入现场信号阶段。完成和外界通讯后,PC即开始扫描各输入点,读入各点的状态和数据,并把这些数据按顺序写入到存储器的状态表中,供执行用户程序时使用。因此该阶段也称输入采样阶段。（4）执行用户程序阶段。一般是从用户程序存储器的最低地址所存放的第一条程序指令开始执行。在无中断和跳转控制的前提下,按存储器地址递增的方向依次执行(扫描)用户程序。直到用户程序结束或用户程序的末地址为止。在这种工作方式下工作,每扫描一次,所有的用户程序都被执行一次。（5）输出控制信号阶段。PC在执行用户程序的同时,更新输出缓冲区的内容。程序执行完毕,CPU即发出信号,把缓冲区的内容按规定的次序,通过输出模块把内部逻辑信号变换成与执行机构相适应的电信号输出,驱动生产现场的执行机构完成控制任务。依次完成上述五步操作,称为一个扫描周期,之后PC又从自诊断开始进行下一次扫描。就这样不断反复循环,完成生产的连续控制,直到收到停止操作命令、停电、出现故障等才停止工作。由于PC,采用了反复扫描的工作方式,使之与工业现场的机器需要反复执行一系列操作的工作方式相似。因此PC的程序可以与机器的动作一一对应,直观明了,易于编写和修改,所以成为现代工业电气自动化的领先技术。4.3 PLC的应用领域随着科学技术的不断进步，PLC在自动控制技术中的应用越来越广泛，主要（1）开关逻辑控制开关逻辑控制是PLC的基本控制功能，可用它来代替传统的继电器控制装置，如机床的电气控制、电动机的控制等；也可以取代顺序控制和程序控制，如高炉上料系统、电梯控制、输送货物控制、自动化生产线作业流程控制等。（2）闭环过程控制早期的PLC只具有简单的逻辑控制功能，现代的PLC功能日益强大，大型PLC都具有模拟量控制单元，具有用于过程控制的各种专用模块或子程序（如PID控制模块等）。A-B公司的1771-CFM可组态流量计模块，可用于电力管理、自动化、食品饮料和石油与天然气中各种流量的测试和控制。此外，还有1771-QH力矩控制模块、1771-TCM温度控制模块等。GE公司的PROLOOP过程控制器，可执行PID控制、比例控制和级联控制，且有单回路、多回路和自动调试的三种方式。（3）机械加工的数字控制 PLC和机械加工中的数字控制（NC）及计算机数控（CNC）组成一体，实现数值控制如著名的日本FANUC公司推出的SYSTEM10、11、12系列，已将CNC功能与PLC融为一体，专家预言，CNC系统将变成以PLC为主体的控制与管理系统。（4）机器人控制随着工厂自动化网络的形成，工业机器人应用领域越来越广，机器人的控制同样可用PLC来实现，如美国JEEP公司焊接自动生产线上使用的29个机器人，每台都用一个PLC控制。（5）构成多级分布式控制系统随着计算机技术和网络通信技术的发展，国外正在兴起工厂自动化（FA）网络系统，许多著名的PLC制造商都建立了自己的多级分布式控制系统，并开始逐步向制造自动化通信协议MAP靠拢。多级分布式控制系统一般分为四级：第一级为实时控制，主要是顺序控制；第二级为协调控制，用于协调各种机械的配合问题；第三极为PLC的装入、管理数据的采集与之调度；第四极为数据处理，由上位计算机处理各种数据。4.4 CA-20地下自卸汽车控制技术的选取地下自卸车常时间工作在工矿复杂的矿井下，在传统的汽车工业中通常是利用车内设置的传感器实时检测相关参数反映车况，以模拟电路和传统的中间继电器来实现控制，此种控制方式的电路结构复杂，接触器和辅助触点较多，容易出现故障。而PLC控制技术不仅可以实现实时监控，同时能实现故障的迅速自动控制切除故障部件，以防出现重大事故，使地下车控制系统的可靠性和安全性上了一个新的台阶。结合对CA-20地下自卸汽车设计要求的分析，考虑利用PLC技术来控制CA-20的传感器模拟信号的输入和输出，实现实时监控，数据处理，故障动作。4.5控制对象的选择在CA-20地下自卸汽车的电气系统设计中，地下车发动机冷却液温度和液力变矩器油温的极限最大值必须得到限制，当它们的温度达到极限最大值时，地下车必须停车或采取其它的必要措施以使温度降低回到地下车工作的允许的温度范围之内，并同时给出警示信号提醒驾驶者。地下车液压制动系统压力的大小直接决定着地下车是否能够及时、迅速的停车制动，当其压力小于某一极限值时，地下车自动控制系统必须提醒司机检查液压制动系统，找出制动压力降低的原因并采取措施解决，使地下车能够回复正常作业。发动机的转速也是反映地下车正常工作的重要信号，在发动机在工作的过程中其运转的速度必须控制在一定范围之内，超过此限时发动机必须停止工作。利用PLC技术设计的控制系统能同时满足警示和自动控制的功能。在地下车的众多监控传感器中，本设计的PLC自动控制系统选择温度、压力和转速作为控制对象，又由于PLC的可扩展性较好，所以在较高的监控要求下，还可以利用现有的控制系统进行功能扩展来实现。4.6 PLC控制系统工作框图根据选择的控制对象利用传感器采集实时信号通过数模转换输入PLC本体，PLC调用技术人员所编制的程序进行内部处理，完毕后把处理信号输入执行机构，开展系统的框图。图2.4 PLC控制系统框图第五章硬件设计和配制 PLC工作可靠，抗干扰能力强，各功能模块配套方便，可减少大量的继电器，实现传统继电器控制难以实现的复杂控制，可充分利用PLC软件，使电器控制严格执行互锁，对许多涉及安全问题或比较重要的互锁不易采用软件互锁而应尽量采用硬件互锁，提高系统的可靠性。PLC硬件应用的要求：要应用好PLC，防止产生不应有的损坏，其硬件必须符合和满足如下应用的要求：（1）物理环境 1、环境温度：060，最好40，在PLC安装处，要安装一个通风排气扇散热。2、环境湿度：一般在3585以下并无凝结现象。3、止空气中含有金属粉尘或腐蚀性气体以及太阳紫外线直射，将控制柜进行封闭。4、免PLC主机直接受到震动或撞击，远离震动、冲击源。（2）电气环境1、音措施：采取屏蔽电缆线、屏蔽层和远离带噪音的电磁开关等。2、磁波干扰：采取可靠接地和封闭方法。分析地下车电气控制系统电路，是由模拟电路和继电器控制电路构成。传感器输入电路，是由传感器、传感器外部电路和变送装置组成，输出的检测信号是420mA（DC）。经过多方对比，确定选择用三菱FX2N系列PLC。因为它功能强大、模块齐全，有传感器输出的模拟信号可直接接入模块，且有较好的性价比，还具有很强的扩展性和网络功能。 5.1 FX2N功能和性能介绍经过分析我选择FX2N系列FX2N16MR001，有8个输入点、8个输出点，可充分满足系统需要。其主要参数如下：储存容量 8K的内置RAM继存器，用一个寄存器盒可扩充到16K的RAM或EEPROM计时器 256个 T0T199100ms范围：03276.7s T200T24510ms范围：0327.7sT246T2491ms保持型范围：032.8sT250T255100ms保持型范围：03276.7s计数器 235个C0C199一般16位范围：0至32767C100C199锁定16位100点（子系统）C200C219一般32位范围：-2147483648至+2147483647C220C234锁定32位15点辅助继电器M0M499一般500M500M3071锁定2572点M8000M8255特殊 256点M8000:运行标志(RUN)PLC运行时监控接道M8012:100ms时钟脉冲M8013:1s时钟脉冲数据寄存器D0D199一般200点D200D7999锁定7800点编程语言逻辑梯形图和指令清单程式容量8000步内置运转处理时间基本指令：0.08s/指令应用指令：1.52至几百s/指令指令数目基本顺序指令：27 步进梯形指令：2 应用指令：128I/O配置最大硬体I/O配置点256，依赖于用户的选择（最大软件可设定地址输入256、输出256）5.2输入模块由于我们外接传感器,所以这里我们选择了FX2N系列的FX-4AD模拟量输入模块，它的主要参数如下：输入通道4条模拟量输入范围DC-10+10V（电压输入）DC-20+20mA（电流输入）数字量输出范围带符号位的16位二进制（有效位11位）数值范围-2048+2047综合精确度1%(在-10+10V范围)1%(在-20+20mA范围)转换速度每通道15ms（高速转换方式为每通道6ms ）I/O占有点数程序上为8点（计输入或输出点均可），由PLC供电的消耗功率为5V30mAFX-4AD的缓冲寄存器（BFM）简介：BFM#0通道输入模拟量值控制范围通道位是由16位制4位数字Hxxxx使各通道初始化，最低位数字控制通道1，最高位控制通道4。X=0：设定输入范围-1010VX=1：设定输入范围+4+20mAX=2：设定输入范围-20+20mAX=3：关闭该通道BFM#14指定各通道平均值取样次数，取样次数范围14096，缺省值为8 BFM#58平均值输入位BFM#912当前值输入位BFM#29出错位BFM#30特殊功能模块识别码存放位5.3输出模块模拟量输出选择FX2N系列FX-4DA，它的主要参数如下：输出通道4条模拟量输出范围-10+10V DC（电压输出）+4+20mA DC（电流输出）数字输入电压=-2048+2047电流=0+1024综合精确度满程量10V的1%满程量20mA的1%转换速度每通道9ms（高速转换方式为每通道3.5ms ）I/O占有点数程序上为8点（计输入或输出点均可），由PLC供电的消耗功率为5V30mAFX-4DA的缓冲寄存器（BFM）简介：BFM#0通道输入模拟量值控制范围通道位是由16位制4位数字Hxxxx使各通道初始化，低位数字控制通道CH1，高位控制通道CH2。X=0：电压输出（-10+10V）X=1：电流输出（+4+20mA）BFM#12输出数据存储位BFM#29出错位BFM#30特殊功能模块识别码存放位第六章 PLC控制电气原理如图2.5所示，PLC控制系统中，传感器检测到模拟信号是通过FX-4AD模拟量输入模块，输入PLC本体通过计时器、辅助继电器的组合达到设计要求，在通过模拟量输出模块FX-4AD输出。四路传感器采集的模拟信号，发动机冷却液温度信号，通过FX-4AD模拟量输入模块的通道#1输入PLC本体；蓄能器压力信号，通过FX-4AD模拟量输入模块的通道#2输入PLC本体；液力矩器冷却油温信号，通过FX-4AD模拟量输入模块的通道#3输入PLC本体；发动机转速信号，通过FX-4AD模拟量输入模块的通道#4输入PLC本体。PLC本体FX2N-16MR-001把采集到的信号与标定量比较，当发动机冷却液温度超过控制温度时，Y000发出输出信号给外部继电器K1，K1得电控制水泵运行，加快冷却液循环；当蓄能器压力超过控制压力时，Y001发出输出信号给外部继电器K2，K2得电控制油泵运行，给蓄能器蓄能；当液力矩器冷却油温超过控制温度时，Y002发出输出信号给外部继电器K3，K3得电控制水泵运行，加快冷却液循环；当发动机转速超过控制转速时，Y003发出输出信号给外部继电器K4，K4得发动机，发动机停转。采集的信号与标定的量比较后，发动机冷却液温度信号通过FX2N-4DA模拟量输出模块，把信号传入温度表；蓄能器压力信号通过FX2N-4DA模拟量输出模块，把信号传入温度表；液力矩器冷却油温信号通过FX2N-4DA模拟量输出模块，把信号传入温度表。图2.5电气原理图第七章软件设计通过传感器的选型，以温度、压力和转速传感器为例。输出信号是4-20mA，符合我们所选的三菱FX2N系列PLC，模拟量输入模块FX2N-4AD的输入条件，通过应用传感器、PLC等先进的控制设备，我们可以达到实时监控、立即动作的功能。7.1发动机冷却液温度监控部分软件设计地下自卸汽车开始运行，利用温度传感器，采集发动机冷却液温度信号，通过温度模块传入PLC，PLC把传感器采集的信号转化为数字信号与PLC所标定的温度90（发动机冷却液最大温度极限值标定温度）数据相比较，比较后动作，当标准温度大于采集温度时，正常工作，当标准温度小于采集温度时报警，水泵开起，加快冷却液循环，使发动机加快冷却，迅速恢复工作，使可靠性提高。发动机冷却液温度监控框图如图2.6所示。图2.6发动机冷却液温度监控框图7.2蓄能器压力监控部分软件设计压力传感器主要用于检测蓄能器的工作压力是否位于正常位，正常位压力极限值由同组同学在液压系统的设计与计算中已求出为14MPa。即通过传感器检测出蓄能器压力油压力值，采集信号经过压力变送电路传入PLC并与标定的标准压力信号（14MPa）相比较，当采集的信号大于或等于14Mpa时，地下车可以正常工作；当采集的信号小于14Mpa时，PLC输出信号报警，司机必须停车检查其原因，并采取解决措施，待蓄能器工作压力回到正常位后地下车才可启动运行。蓄能器压力PLC控制框图如图2.7所示。图2.7 蓄能器压力监控框图7.3液力变矩器油监控部分软件设计地下车开始运行，利用温度传感器，采集到的液力变矩器油温温度信号传入PLC，PLC把传感器采集的信号转化为数字信号与PLC所标定的温度（）数据相比较，比较后动作，当标准温度大于采集温度时，正常工作，当标准温度小于采集温度时报警，地下车立即停车，检查原因，使其迅速恢复工作，提高了可靠性。液力变矩器油监控框图如图2.8所示。图2.8液力变矩器油监控框图7.4发动机转速监控部分软件设计转速传感器主要用于检测发动机的转速是否位于正常转速度,即是小于2100r/s（发动机最高转速），通过传感器检测出发动机转速，采集信号传入PLC内与标定的转速信号相比较，当采集的信号小于2100 r/s，正常工作；当采集的信号大于2100时r/s，报警，发动机立即停转。发动机转速监控部分框图如图2.9所示。图2.9 发动机转速监控部分框图7.5 输入输出分配以下是计时器、辅助继电器、数据寄存器的具体分：表2.1 输入输出分配输入解释X000系统开始运行位1#发动机冷却液温度传器模拟量入口2#蓄能器压力传感器模拟量入口3#液力变矩器油温温度传器模拟量入口4#发动机转速传感器模拟量入口输出Y000外部继电器Y001外部继电器Y002外部继电器Y003外部继电器5#温度表6#压力表7#温度表其它内部元件M8000运行标志(RUN)PLC运行时监控接道D0FX-4AD特殊功能模块识别码存放寄存器D200发动机冷却液温度标定值寄存器D201蓄能器压力标定值寄存器D202液力变变矩器油温温度标定值D203发动机转速标定值M1FX-4AD特殊功能模块识别码确认标志继电器M10FX-4AD温度输入模拟量出错数值符号标志继电器M11FX-4AD温度输入模拟量出错数值第7位标志继电器M12FX-4AD温度输入模拟量出错数值第6位标志继电器M13FX-4AD温度输入模拟量出错数值第5位标志继电器M14FX-4AD温度输入模拟量出错数值第4位标志继电器M15FX-4AD温度输入模拟量出错数值第3位标志继电器M16FX-4AD温度输入模拟量出错数值第2位标志继电器M17FX-4AD温度输入模拟量出错数值第1位标志继电器M18FX-4AD压力输入模拟量出错数值符号标志继电器M19FX-4AD压力输入模拟量出错数值第7位标志继电器M20FX-4AD压力输入模拟量出错数值第6位标志继电器M21FX-4AD压力输入模拟量出错数值第5位标志继电器M22FX-4AD压力输入模拟量出错数值第4位标志继电器M23FX-4AD压力输入模拟量出错数值第3位标志继电器M24FX-4AD压力输入模拟量出错数值第2位标志继电器M25FX-4AD压力输入模拟量出错数值第1位标志继电器D1经过A/D转换的采集发动机冷却液温度信号存储寄存器D2经过A/D转换的采集蓄能器压力信号存储寄存器D3经过A/D转换的采集液力矩器油温温度信号存储寄存器D4经过A/D转换的采集发动机转速信号存储寄存器T0循环记时器M3D200与D1比较大于时标志位继电器M4D200与D1比较等于时标志位继电器M5D200与D1比较小于时标志位继电器M6D201与D2比较大于时标志位继电器M7D201与D2比较等于时标志位继电器M8D201与D2比较小于时标志位继电器M9D202与D3比较大于时标志位继电器M10D202与D3比较等于时标志位继电器M11D202与D3比较小于时标志位继电器M12D203与D4比较大于时标志位继电器M13D203与D4比较等于时标志位继电器M14D203与D4比较大于时标志位继电器D5FX-4DA特殊功能模块识别码存放寄存器M45FX-4DA特殊功能模块识别码确认标志继电器D6发动机冷却液温度输出数据保存寄存器D7蓄能器压力输出数据保存寄存器D8液力变矩器油温温度输出数据保存寄存器M45FX-2DA特殊功能模块识别码确认标志继电器M26FX-2DA温度输出模拟量出错数值符号标志继电器M27FX-2DA温度输出模拟量出错数值第7位标志继电器M28FX-2DA温度输出模拟量出错数值第6位标志继电器M29FX-2DA温度输出模拟量出错数值第5位标志继电器M30FX-2DA温度输出模拟量出错数值第4位标志继电器M31FX-2DA温度输出模拟量出错数值第3位标志继电器M32FX-2DA温度输出模拟量出错数值第2位标志继电器M33FX-2DA温度输出模拟量出错数值第1位标志继电器M34FX-2DA压力输出模拟量出错数值符号标志继电器M35FX-2DA压力输出模拟量出错数值第7位标志继电器M36FX-2DA压力输出模拟量出错数值第6位标志继电器M37FX-2DA压力输出模拟量出错数值第5位标志继电器M38FX-2DA压力输出模拟量出错数值第4位标志继电器M39FX-2DA压力输出模拟量出错数值第3位标志继电器M40FX-2DA压力输出模拟量出错数值第2位标志继电器M41FX-2DA压力输出模拟量出错数值第1位标志继电器M50外部继电器控制继电器标志位M51外部继电器控制继电器标志位M52外部继电器控制继电器标志位M53外部继电器控制继电器标志位M54外部继电器控制继电器标志位M55输出出错总控制继电器7.6 程序清单0LDX0001ORM80002ANIM103ANIM184OUTM80006LDM80007MOV K10D200 发动机冷却液温度标定值10 （D200）12MOV K10D201 蓄能器压力标定值10 （D201）17MOV K10 D202 液力变矩器油温标定值10 （D200）22 MOV K10 D203 发动机转速标定值10 （D200） 27LDM800028FROMK0K30D0K1 0号模块（K30）（D0） K30特殊功能模块识别码存放位37CMPK2010D0 M0 2010与（D0）相比教2010大于（D0） M0=12010等于（D0） M1=1 2010小于（D0） M2=144LDM145TOK0K0H1111K1 0号模块 H3311 （K0）通道4 输入范围420mA通道3 输入范围420mA通道2 输入范围420mA通道1 输入范围420mA54TOK0K1K16K4 0号模块 16 （K1）16 （K2） 16 （K1） 16 （K1）采集16个数据平均一次63FROMK0K29K4M10 K1 0号模块（K29）（K4M10）放入K29是出错位K4M10（M10M25）72ANIM1073ANIM1874FROMK0 K5 D1 K4 0号模块采集温度平均（K5）（D1）采集压力平均（K6）（D2）采集温度平均（K7）（D1）采集速度平均（K8）（D1） 83LDM800084OUT T0 K100 循环采集的时间为10 S87LDT088CMPD200 D1 M3 标定值（D200）与采集值比较（D1）（D200）大于（D1） M3=1（D200）等于（D1） M4=1（D200）小于（D1） M5=195LDT096CMPD201D2 M6 标定值（D201）与采集值比较（D2）（D201）大于（D2） M6=1（D201）等于（D2） M7=1（D201）小于（D2） M8=1103LDT0104CMPD202 D3 M9 标定值（D201）与采集值比较（D2）（D202）大于（D3） M9=1（D202）等于（D3） M10=1（D202）小于（D3） M11=1111LDT0112CMPD203 D4 M11 标定值（D203）与采集值比较（D4）（D203）大于（D4） M12=1（D203）等于（D4） M13=1（D203）小于（D4） M14=1119LD T0120RSTT0122LDM3123 OR M4124 OR M50125 ANI M55126 ANIM5127OUTM50128OUTY000129LDM6130ORM7131 OR M51132 ANI M55133ANI M8134OUTM51135 OUTY001136 LDM9137ORM10138ORM52139ANI M55140ANI M11141 OUT M52142 OUT Y002143 LD M13144 OR M14145 ORM52146 ANI M55147 ANI M12148 OUTM53149 OUTY003150 LD M50151 OR M51152 OR M52153 OUTM54154 LD M54155 FROMK1K30D5K1 1号模块（K30）（D5） K30特殊功能模块识别码存放位164CMPK3010D5 M44 3010与（D5）相比教 3010大于（D5） M44=1 3010等于（D5） M45=1 3010小于（D5） M46=1171LDM45172 MOV D1 D6177 MOV D2 D7182 MOV D3 D8187 LD M45188TOK1K0H111K1 1号模块H111 （K0）通道1输出范围410mA通道2输出范围410Ma通道3输出范围410mA197FROMK1K1D1 K3 1号模块发动机冷却液温度输出量（K1）（D6）蓄能器压力输出量（K2）（D7）液力变矩器油温温度输出量（K1）（D8）206 FROMK1 K29 K4M26 K1 1号模块（K29）（K4M26）放入K29是出错位K4M26（M26M41）215LDM26216ANDM34217OUTM55218 END该运行程序中，分为三大块数据输入、数据比较、信号输出。数据输入是传感器采集模拟信号，通变送器把模拟信号转换为420mA，在通过FX-4AD模拟量输入模块把数字信号输入PLC本体。数据比较是该程序的核心，通过采集的数据和标定数据的比较来控制信号的输出。数据输出分两个部分，第一部分是控制信号的输出，控制外部继电器；第二部分是模拟信号的输出，通过FX-4DA模拟量输出模块把模拟信号输出。7.7程序框图第八章 PLC控制系统抗干扰措施工业现场的环境条件往往比较恶劣,PLC虽然本身具有一定抗干扰能力,但其构成的控制系统,由于受到各类干扰信号的影响而出现问题,因此必须对的安装环境和不利条件作调查,以选择采用合理的抗干扰措施8.1 硬件抗干扰措施8.1.1 抑制电源系统引入的干扰(1)采用滤波和屏蔽。为了防止外界噪声干扰及电源电压波动对CPU的影响,须采用隔离变压器抑制电源系统的干扰。如图所示。同时要使屏蔽良好接地,次级连接线要使用双铰线,隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层,初次级间再加屏蔽层。图9交流电源的滤波和屏蔽示意图(2)采用交流稳压。为抑制电网大容量设备起停引起的电网电压波动,保持交流供电电压的稳定,对交流电源在滤波前,应采用稳压,如图10所示。图10交流稳压示意图(3)分离供电系统。控制器和/系统分别由各自的隔离变压器供电,并与主电源分开,这样当输入输出供电断电不会影响控制器的供电,各个变压器的次级绕组的屏蔽层接点应分别接入各绕组电路的地。根据系统的需要,选择必要和合适的公共接点,以达到最佳的屏蔽效果。8.1.2 抑制接地系统引入的干扰(1)控制系统与电网的接地方式。有共地、浮地以及机壳共地和电路浮地三种方式。共地接地方式是将控制系统中的电路的接地点、机壳的接地点与电网地线的接地点连在一起,整个系统以大地为电位参考,是目前采用较多的一种方式。如果在大地电位变化较大的场所,电路易受到共模干扰,且容易转成差模干扰,应采用浮地方式。此方式是将控制系统中电路的接地点与机壳的接地点连在一起,但不与电网的接地点相连。一般在机柜与地之间用绝缘胶垫隔开,交流进线也要加强绝缘。但因系统浮地,机壳容易积累静电,操作不太安全,这样可采用机壳共地和电路浮地的方式,这种接地方式是上两种方式的折衷。由于机壳的接地点与电网的接地点连在一起,因此操作比较安全,通常将电路的插件柜架用绝缘支撑与外部机架、机壳隔开,保持电路部件与机壳的良好绝缘。(2)控制系统的一般接地方式。控制系统的一般接地方式有三种:一是专用接地,即控制器和其它设备分别接地方式,此方式最好。若不能做到专用接地,可采用共用接地方式即控制器与其它设备分别与同一接地体相接。接地时,接地线应尽量粗,一般用大于22的接地线,接地点应尽量靠近控制器,接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线。8.1.3 抑制输入输出电路引入的干扰(1)抑制输入信号干扰的措施。防止输入端有感性负荷时引起的干扰,当控制器输入交流信号时,为防止反冲感应电势损坏模块,在其两端并接电容和电阻。当控制器输入直流信号时,在其输入两端并接续流二极管。防止感应电压的干扰,对此干扰可采用输入电压直流化,在输入端并接浪涌吸收器,继电器转换三种方法处理。(2)抑制输出信号干扰的措施。在交流感性负载场合,在负载两端并接浪涌吸收器。直流负载场合,在负载两端并接续流二极管。在开关时产生干扰较大的场合,对交流负载可使用双向晶体管输出模块。8.1.4 抑制外部配线干扰的措施为防止或减少外部配线的干扰,可采取以下措施:1）交流输入输出信号与直流输入输出信号分别使用各自电缆。2）在30以上的长距离配线时,输入信号线与输出信号线分别使用各自电缆。3）集成电路或晶体管设备的输入输出信号线,必须使用屏蔽电缆。4）控制器的接地线与电源线或动力线分开。8.2 软件抗干扰措施1、数字滤波对于较低信噪比的模拟量信号,常因现场瞬时干扰而产生较大波动,若仅用瞬时采样植进行控制计算会产生较大误差,为此可采用数字滤波方法。现场模拟量信号经/转换后变成离散的数字信号,然后将形成的数据按时间序列存入内存。再利用数字滤波程序对其进行处理,滤去噪声部分获得单纯信号,其在控制系统中的位置如图11所示。图11软件滤波位置图可对输入信号用次采样值的平均值来代替当前值,但并不是通常的每采样次求一次平均值,而是每采样一次就与最近的-1次历史采样值相加。此方法反应速度快,具有很好的实时性,输入信号经过处理后用于信号显示或回路调节,有效地抑制了噪声干扰。2、软件容错由于工业环境恶劣,干扰信号较多,/信号传送距离较长,常常会使传送的信号有误。为提高系统运行的可靠性,使在信号出错情况下能及时发现错误,并能排除错误的影响继续工作,在程序编制中可采用软件容错技术。在目前现场设备信号不完全可靠的情况下,对于非严重影响设备运行的故障信号,在程序中采取不同时间的判断,以防止输入接点的抖动而

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