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基于 PLC 液压 混凝土 输送 电气 控制系统 设计 CAD 开题 报告 独家

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基于PLC的液压混凝土输送泵电气控制系统设计摘要混凝土泵是通过专用管道依靠压力输送符合施工和泵送条件的混凝土到施工现场的建筑施工机械，它能一次连续地完成水平输送和垂直输送，具有高效的工作效率和方便的移动功能。本文在深入地分析和研究混凝土泵控制系统的功能和要求后，采用PLC对混凝土输送泵电气控制系统进行设计，控制三台异步电动机分别实现混凝土输送泵的主油泵电机和风冷电机启/停控制以及系统的润滑工作；通过控制其液压系统中的电磁换向阀的通断，实现使液压系统驱动泵的正泵、反泵运行；主油缸前进、后退控制及点动等控制。在实现近程、远程控制的同时，并对控制系统实现了一种S管的摆动和主油缸的动作实行“步步到位”的新型控制模式。实践证明，基于PLC的混凝土输送泵电气控制系统提高了系统工作效率，具有良好的工程应用价值。 关键词：PLC；混凝土泵；程序控制Design of Electrical Control System For Hydraulic Crete Delivery Pump Based on PLCABSTRACTThe concrete pump is a building construction machinery through a dedicated pipeline to transmission concrete meet the construction and pumping conditions to the construction site rely on pressure, it can transport the concrete with horizontal and vertical continuously, with high efficiency and convenient mobility features. This paper under detailed analysis and research of functions and requirements of the concrete pump control system, use PLC to design the concrete pump electrical control system, control three asynchronous motor to respectively realize on / off control of the oil pump motor and air-cooled motor of concrete pump and the lubrication of system; By controlling the electromagnetic valve on-off of hydraulic system, realize to making the drive pump of hydraulic system positive pump and negative pump run; forward control and back control of the master cylinder, and jog and other controls. While short-range and remote controlling, realize a new control mode to the control system that an S pipe swing and master cylinder moves to implement step by step in place. It is proved that the design of hydraulic concrete pump electrical control system based on PLC improve the efficiency of the system, it has a good value of engineering applications.Key words: PLC; Concrete pump; Program control目 录1 绪论11.1 课题意义及目的11.2 国内外研究现状12 控制系统设计方案及论证32.1 继电器控制系统32.2 单片机控制系统32.3 PLC控制系统43 系统硬件设计53.1 混凝土输送泵原理53.2 PLC工作原理63.2.1 PLC的基本概念63.2.2 PLC的基本结构73.2.3 PLC的工作原理83.3 总控制线路及I/O地址分配94 系统软件设计124.1 PLC程序设计124.1.1 电机Y-换接启动及停机控制124.1.2 正泵运行和反泵运行控制134.1.3 主油缸前进点动、后退点动控制144.1.4搅拌轴液压马达正反转的自动控制144.1.5主油缸液压系统的加载和卸载控制154.1.6S管摆阀“步步到位”的控制154.1.7远控急停控制164.2 系统调试175 总结与展望18参考文献19致谢20附录A 程序梯形图21附录B 语句表23 1 绪论1.1 课题意义及目的混凝土输送泵是利用管道输送混凝土的一种设备，在高层或超高层建筑工程中常用其进行混凝土的运输。为了进一步提高泵送作业的自动化水平，提高其工作可靠性。本设计用PLC取代传统的继电器控制来设计混凝土输送泵控制系统，用三台异步电动机分别实现混凝土输送泵的主油泵电机和风冷电机启/停控制以及系统的润滑工作；通过控制其液压系统中的电磁换向阀的通断，实现使液压系统驱动泵正泵、反泵运行；主油缸前进、后退控制及点动等控制。混凝土泵是一种集机电液一体化的高科技产品，使其电控系统具有较高的先进性和自动化程度，降低系统的故障率。在现代建筑施工中，尤其是在建造高层建筑、高架公路、桥梁、堤坝及地下工程方面，混凝土泵以其机动、灵活、高效等特点，已经成为不可缺少的重要施工设备。本课题的研究将具有很好的工程实际意义1。1.2 国内外研究现状1903年德国建成世界上第一个预拌商品混凝土工厂。20世纪80年代，经济发达国家如美国、日本等预拌混凝土的供应量，已经达到全部的60%-80%。预拌混凝土的应用数量和比重，标志着一个国家的混凝土生产工业化水平。商品混凝土与混凝土机械密不可分，是混凝土机械销量预测模型中的核心指标。从商品混凝土和混凝土机械的发展情况来看，随着商品混凝土销量不断上升，混凝土机械的年销量也屡创新高。从混凝土的成本和费用来看，在2007年行业顶峰时，泵车每方泵送净赚12-15元，拖泵每方泵送净赚9元，基本一年左右就能回收成本，且还有40%的设备残值。目前泵车的泵送价格并未大幅下滑，但泵送量急剧减少（华东地区商品混凝土2009年1季度销量下滑40%），使得设备的投资回收年限延长至三年，使得很多个人投资者放弃新机购买。若仅从泵送机械的保有量来看，基本可以覆盖2009年商品混凝土的需求。但目前泵送机械依然存在新增需求，主要来自几方面：中西部的基建大幅上马，对设备有一定的需求，但东部和南部闲置机械游走会对中西部的需求带来一定的冲击；基建采购方的利益驱动和泵送施工周期的不确定性带来对新机的需求2,3。我国从20世纪70年代开始探索开发混凝土泵，80年代引进技术开始制造混凝土泵，但真正意义上的国产混凝土泵制造应该从1993年中联重科的前身中联公司成立开始。经过20多年的发展，中国已经成为世界上最大的混凝土泵生产国。2007年泵车销售约3000台，拖泵约为6500台。虽然中国混凝土泵最初引进过日本的技术，但真正成功的产品是借鉴欧洲技术自主开发的。目前以三一重工、中联重科为代表的制造商所生产的混凝土泵已经达到了比较高的水平，但众多的混凝土泵制造企业还存在着产品同质化严重、技术创新能力较差、低价竞争等问题。创新是企业生命之源，混凝土泵的技术创新大有文章可做。另外，应该看到中国的混凝土机械经过十几年的高速发展，未来前景仍然非常乐观，这也为混凝土泵技术的进一步发展提供了广阔的舞台46。在未来，混凝土泵的发展主要方向是：提高主机性能和作业效率，降低使用成本，提高舒适性以及适应法规要求。中国城镇化率不到45%，未来十几年,中国的城镇化率将以每年1个百分点的速度提高。发达国家的城镇化率约为80%左右。中国要达到65%左右的比较符合中国国情的城镇化率至少还需1520年的时间。随着我国经济建设步伐的持续稳定发展，许多大的工程建设项目相继开工，市场对混凝土机械的需求将呈猛增势态。目前一些大中城市的商品混凝土使用率已经达到较高的水平，但国内平均商品混凝土使用率约为20%30%，与发达国家70%80%的水平有较大差距，因此商品混凝土行业未来一段时期将保持持续增长的态势。混凝土机械的使用也正在从大中城市延伸到小城镇，从东部沿海成熟地区延伸到中西部大开发地区。经过十几年的发展，中国已经形成了比较完善的混凝土机械工业，中国一些优秀的混凝土泵企业已经走向世界。由于价格优势和产品性能的不断提高，可以预计，中国成为世界头号混凝土泵出口大国指日可待4,7。2 控制系统设计方案及论证2.1 继电器控制系统工业生产的各个领域，无论是过程控制系统还是传动控制系统，都采用了大量的继电器接触器自动控制系统，可以方便地实现生产过程自动化。继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。由于该控制系统是固定接线，通用性和灵活性差，又由于采用有触点的开关工作，触点容易损坏，可靠性差，并且出现故障时，排除较难，也不易于系统更新换代。另外，在延时控制方面，继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难8,9。2.2 单片机控制系统单片机控制系统由CPU、存储器、总线、输入输出接口等微机系统组成，采用集成电路技术集成在一片硅基片上，由于单片计算机体积很小，功能强，因而广泛用于电子设备中作控制器之用。单片机是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。较继电器控制系统它是程序控制方式，没有接触点，但是维护、使用需要有较强的专业知识，程序设计较难，系统更新换代周期长。虽然从成本讲用单片机系统较PLC便宜，但是从检修角度讲用PLC更方便，因为单片机对人的要求较高，需要懂单片机相关编程语言的人才能进行维护检修，而且一般人就是会编程语言也不容易读懂。另外，单片机硬件需要人工设计、焊接，这需要设计人员具有较强的电子技术技能，并且硬件电路抗干扰能力较差，电路中导通电阻大，器件易发烫烧毁，还有电磁辐射污染10。2.3 PLC控制系统PLC由CPU、存储器等微机系统组成，它是程序控制方式，没有接触点，串行方式，成品组装，可靠性极强，安装、使用、维护、维修方便，易于系统更新换代。PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称为软接线。PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，达到微秒级，严格同步，无抖动。在延迟控制方面，PLC用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，并且不受环境影响。在检修方面，PLC是通用控制器，懂得人很多，检修调试都方便，一般很快就能知道故障出在哪里，故障停机时间短8,10。综上所述，PLC对比于继电器控制系统的优点是无触点、精确度高、控制系统灵活方便，并且不容易出现故障，即使有故障也较容易发现及排除。单片机控制系统对比于继电器控制系统的优点和PLC基本上一致，但是本次设计所需要的输入输出点较多，如用单片机控制则需要加入扩展电路，使设计复杂化，而使PLC的CPU 226型号，其输入接口有24个，输出接口有16个，足够本次设计所用，因此本次设计采用PLC对传统继电器控制的混凝土输送泵电气控制系统进行改造。3 系统硬件设计3.1 混凝土输送泵原理拖式混凝土输送泵的基本结构如图3.1所示，它是在汽车底盘上设计安装的一套混凝土输送液压驱动设备。液压驱动设备采用液压驱动活塞式混凝土输送泵输送混凝土。这种混凝土输送设备被广泛地应用在基本建设工地上输送混凝土，特别是用于大型施工工地的混凝土输送作业，可大大的减轻施工工地混凝土输送的繁重体力劳动，提高施工进度和工作效率。这种输送设备可纵向、横向、垂直三坐标远距离输送混凝土；可自行控制输送距离，操作方便，具有自动卸载保护能力，安全可靠性能高等特点1。 1配管总成 2料斗 3搅拌机构 4摆阀机构 5油箱与机身 6主辅油泵 7润滑系统 8电控系统 9电机 10导向轮 11活动支架 12冷却系统 13输送缸 14底架 15主油缸 图3.1 混凝土泵的基本结构图混凝土输送泵的工作原理简如图3.2所示，图中为混凝土输送的正泵过程。主油缸1的活塞在液压油的作用下往复运动，一活塞前进，另一活塞后退，使与之相连的输送缸2活塞也作一个前进、一个后退的往复运动。输送缸2的进、出口3与料斗相通，S管4的一端与输送管道相连，另一端在摆阀油缸5的作用下，由摆臂6拨动作左右摆动，分别与输送缸2的出口连通。在主油泵的压力油作用下，主油缸左的活塞前进，同时也带动输送缸左的活塞前进，推动输送缸中混凝土通过S管进入输送管道。而料斗里的混凝土被输送缸右不断后退的活塞吸入输送缸，当主油缸中的活塞前进、后退到位以后，控制系统发出信号，使摆阀油缸换向，即使S管与输送缸右的出料口相连，换向到位以后，发出信号，使主油缸换向，推动主油缸右边活塞前进，左边活塞后退。上一轮吸进输送缸右中的混凝土被推入S管道，同时输送缸左吸料。如此反复动作以完成混凝土的泵送11,12。反泵时，通过反泵操作使吸入行程的输送缸与S管连通，使外在推送行程的输送缸与料斗连通，从而将堵塞在管道中的混凝土泵送回料斗，达到排堵得目的。1主油缸 2输送缸 3料斗进口 4S管 5摆阀油缸 6摆臂 7接近开关图3.2 混凝土输送泵的工作原理图3.2 PLC工作原理3.2.1 PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC8。3.2.2 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图3.3所示：输入信号存储器CPU部分电源输入部分输出部分系统总线输出信号号图3.3 PLC硬件结构图图图F0A中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行8。 B存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器,存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 C电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去9。3.2.3 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映像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。这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映像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13。 (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。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映像区中对应位的状态；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映像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映像区或系统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14,15。(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映像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14,15。 3.3 总控制线路及I/O地址分配电控系统主电路如图3.4所示，QF1为刀开关，M1为主电动机，由接触器KM1和KM2控制其Y形启动和形运行，FR1、FR2、FR3为热继电器，FU1为熔断器，PV、PA分别是电压表和电流表，M2、M3分别为润滑系统和冷却系统的控制电机，分别由KM3、KM4控制其启动和停止。控制系统供电与系统总停电路如图3.5所示，其主要为控制系统提供220V的交流电和24V的直流电，其中FU2FU5为熔断器，FR1FR3为热继电器常闭触点，当有电机过载运行时，相应的热继电器动作使其常闭触点断开，控制系统断电；SB2为系统供电按钮，当按下SB2时，继电器KA1通电，其常开触点闭合，形成自锁功能，并向控制系统供电，当按下SB1按钮时，控制系统停止供电；KA2为急停控制继电器的常闭触点，当按下急停按钮时，继电器KA2通电，其常闭触点断开，使控制系统断电，无法控制电机工作8,9。本设计所选用的PLC型号为西门子的S7-200，根据混凝土泵的工作要求和考虑安全保护性，另根据I/O接口的数量，在不需要扩展模块的情况下，选用CPU226模块最为合适，CPU226模块有24个输入口和16个输出口，足够本次设计使用。I/O地址分配表如表3-1，系统I/O接线如图3.6所示。图3.4 主电路图图3.5 控制系统供电与系统总停电路表3-1 I/O地址分配表输入部分输出部分急停按钮SB3I0.0电机Y形启动KM1Q0.0电机启动按钮SB4I0.1电机形运行KM2Q0.1电机停止按钮SB5I0.2润滑系统KM3Q0.2远程控制按钮SB6I0.3冷却系统KM4Q0.3正泵启动按钮SB7I0.4电磁溢流阀DT1Q0.4正泵停止按钮SB8I0.5电磁换向阀DT2Q0.5反泵启动按钮SB9I0.6电磁换向阀DT3Q0.6反泵停止按钮SB10I0.7电磁换向阀DT4Q0.7搅拌反转压力继电器SP1I1.0电磁换向阀DT5Q1.0主油缸左接近开关SQ1I1.1电磁换向阀DT6Q1.1主油缸右接近开关SQ2I1.2正泵运行灯L1Q1.2S管左接近开关SQ3I1.3反泵运行灯L2Q1.3S管右接近开关SQ4I1.4电机运行灯L3Q1.4主油缸点动前进SB11I1.5远程控制灯L4Q1.5主油缸点动后退SB12I1.6急停继电器KA2Q1.6 图3.6 系统I/O接线图 4 系统软件设计4.1 PLC程序设计用户软件设计过程即是编写程序的过程，PLC的控制功能都是以程序的形式来体现的，程序设计主要采用逻辑设计法，PLC的编程语言一般有梯形图、语句表、功能图块等几种。梯形图是一种图形语言，它沿用了继电器的触点和线圈等符号。它是以继电器控制系统的电气原理图的基础演变而来的，易于初学者使用，图形表示易于理解，而且全世界通用，使用方便，修改灵活。本次设计采用梯形图作为编程语言9,10。4.1.1 电机Y-换接启动及停机控制图4.1 电机Y-启动及停机控制梯形图电机Y-换接启动及停机控制的程序梯形图如图4.1所示，见图3.4和图3.6，当按下电机启动按钮SB4时，即I0.1闭合，使Q0.0得电，其常开触点闭合形成自锁，接触器KM1线圈通电，主电机Y形启动，同时定时器T33开始计时，10秒后T33常闭触点断开，使Q0.0断电，T33常开触点闭合，使Q0.1得电，并形成自锁，接触器KM2线圈通电，主电机形运行。同时Q1.4得电，显示灯L3亮，表示电机运行，定时器T37开始计时，60秒后T37常开触点闭合，使Q0.2和Q0.3得电，接触器KM3和KM4线圈通电，冷却系统和润滑系统开始工作。当按下电机停止按钮SB5时，即I0.2常闭触点断开，电机停止运行。由图4.1可以看出，Q0.0得电时Q0.1必然断电，同理，Q0.1得电时Q0.0也必然断电，它们相互形成互锁功能。4.1.2 正泵运行和反泵运行控制正泵运行和反泵运行控制梯形图如图4.2所示，结合图3.6，当按下正泵启动按钮SB7时，即I0.4闭合，使中间继电器M0.4得电，其常开触点闭合，形成自锁，见图4.6，M0.4闭合使Q0.5和 Q0.6得电，也即电磁换向阀DT2和DT3通电，使系统正泵运行，同时Q1.2得电，显示灯L1亮，表示系统正泵运行；按下正泵停止按钮SB8时，即I0.5常闭触点断开，正泵运行停止。当按下反泵启动按钮SB9时，即I0.6闭合，使中间继电器M0.5得电，其常开触点闭合，形成自锁，M0.5闭合使Q0.7和Q1.0得电，也即电磁换向阀DT4和DT5通电，使系统反泵运行，同时Q1.3得电，显示灯L2亮,表示系统反泵运行；按下反泵停止按钮SB10时，即I0.7常闭触点断开，反泵运行停止。图4.2 正泵运行和反泵运行控制梯形图 图4.2中M0.5常闭触点在M0.4前面的作用是，当反泵运行时，正泵运行的控制不起作用，也即反泵运行优先级高于正泵运行。这种控制功能可以在混凝土输送管路出现轻微堵塞时使用，正泵运行时若发现堵塞，可以直接按下反泵运行按钮（不必先按正泵停止），泵立即由正泵运行变为反泵运行，一般进行12个反泵循环就能排除堵塞。然后按下反泵停止按钮，泵立即恢复正泵运行。4.1.3 主油缸前进点动、后退点动控制主油缸前进点动、后退点动控制梯形图如图4.3所示，图中串联有M0.4和M0.5常闭触点，表示只有在正泵和反泵都停止时，主油缸点动控制才能起作用，I1.5和I1.6形成互锁功能。见图3.6和图4.6，当按下点动前进按钮SB11时，即I1.5闭合，使中间继电器M0.6得电，M0.6常开触点闭合使Q0.5、Q0.6、Q0.7得电，也即电磁换向阀DT2、DT3、DT4通电，使主油缸前进运动；松开点动前进按钮SB11后，停止主油缸前进运动。当按下点动后退按钮SB12时，即I1.6闭合，使中间继电器M0.7得电，M0.7常开触点闭合使Q1.0得电，也即电磁换向阀DT5通电，使主油缸后退运动；松开点动后退按钮SB12后，停止主油缸后退运动。图4.3 主油缸前进点动、后退点动控制梯形图4.1.4 搅拌轴液压马达正反转的自动控制 图4.4 搅拌轴液压马达 图4.5 主油缸液压系统 正反转的自动控制梯形图 加载和卸载控制梯形图搅拌轴液压马达正反转的自动控制梯形图如图4.4所示，见图3.6，通常情况下，压力继电器SP1的常开触头是断开的，当搅拌轴卡住时，搅拌轴液压油路的压力就会升高，使压力继电器的常开触头闭合，即I1.0闭合，使M1.0得电，并形成自锁，Q1.1得电，也即电磁换向阀DT6通电，泵的搅拌轴反转。同时定时器开始计时，10秒后T34常闭触点断开，使M1.0和Q1.1断电，泵的搅拌轴恢复正转。4.1.5 主油缸液压系统的加载和卸载控制主油缸液压系统加载和卸载控制梯形图如图4.5所示，系统正泵运行、反泵运行、主油缸前进、后退时，主油缸液压系统必须加载；而不进行上述动作时，主油缸液压系统应该卸载。在图4.5中M0.4为正泵运行中间继电器，M0.5为反泵运行中间继电器，M0.6、M0.7分别为主油缸点动前进、后退中间继电器，因此，只要有上述动作时，都可使Q0.4得电，也即电磁溢流阀DT1通电，主油缸液压系统加载。当系统都没有上述动作时，四个中间继电器的常开触点都是断开的，因而电磁溢流阀DT1断电，主油缸液压系统卸载。4.1.6 S管摆阀“步步到位”的控制S管摆阀“步步到位”的控制梯形图如图4.6所示，见图3.2和图3.6，在正泵过程中，主油缸左边活塞向前推进，同时主油缸右边活塞向后推进。未到达顶端的过程中，主油缸左接近开关SQ1断开，S管左接近开关SQ3闭合，因此I1.1常闭触点保持闭合状态，I1.3常开触点闭合，使Q0.5得电，也即电磁换向阀DT2通电，DT2通电使主油缸左边活塞继续向前推进，当到达顶端时，接近开关SQ1闭合，即I1.1常闭触点断开，使Q0.5断电，活塞停止前进。这时S管阀向右摆，到达右边时，S管右接近开关SQ4闭合，I1.4常开触点闭合，并且主油缸右接近开关SQ2处于断开状态，因此Q0.6得电，也即电磁换向阀DT3通电，DT3通电使主油缸右边活塞向前推进，到达顶端时，接近开关SQ2闭合，使Q0.6断电，活塞停止前进。S管阀向左摆，如此循环使系统正泵运行。图4.6 S管摆阀“步步到位”的控制梯形图同理，在反泵的过程中，S管在右边并且主油缸左接近开关SQ1处于断开状态时，I1.4常开触点闭合，I1.1常闭触点保持闭合，Q0.7得电，也即电磁换向阀DT4通电，DT4通电使主油缸左边活塞向前推进，到达顶端时，Q0.7断电，活塞停止前进。这时S管阀向左摆，到达左边时，S管接近开关SQ3闭合，I1.3常开触点闭合，并且主油缸右接近开关SQ2处于断开状态，因此Q0.7得电，也即电磁换向阀DT5通电，DT5通电使主油缸右边活塞向前推进，到达顶端时，接近开关SQ2闭合，使Q0.7断电，活塞停止前进。S管阀向右摆，如此循环使系统反泵运行。4.1.7 远控急停控制远控急停控制梯形图如图4.7所示，见图3.5和图3.6，在电机运行状态下，当按下远程控制按钮SB6时，即I0.3闭合， 使M0.3得电，并形成自锁，同时Q1.5得电，显示灯L4亮，表示可以远程控制系统。在远程控制状态下，当按下急停按钮SB3时，Q1.6得电，使继电器KA2线圈通电，在图3.5中，继电器KA2常闭触头断开，控制系统供电停止，电机无法运行。图4.7 远控急停控制梯形图4.2 系统调试本次设计在实验室进行系统的调试，实验室所提供的设备有西门子的S7-200PLC试验箱，混凝土输送所需的机械设备以及个人电脑一台。经初步接线检查后，运行STEP 7-MicroWIN软件，新建项目，拷贝程序到项目中，开始运行程序。程序及数据下载线采用的是USB接线，开始时因为没有接好，系统检测不到外部设备，无法载入程序，重新检查并换了一条USB接线接上，系统终于运行成功。观察混凝土输送情况，以及各个按钮的功能检测，经过观察检测，整个设计系统基本符合要求，能基本完成混凝土的输送和排堵。5 总结与展望毕业设计是我在大学学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、再提高的过程，这一过程有助于培养我的学习能力和独立工作能力。本次毕业设计主要是控制系统的设计，用三台异步电动机分别实现混凝土输送泵的主油泵电机和风冷电机启/停控制以及系统的润滑工作；通过控制液压系统中的电磁换向阀的通断，实现使液压系统驱动泵正泵、反泵运行；主油缸点动前进、点动后退控制等。在导师的建议下，本次设计还加入了S管阀与主油缸动作步步到位的控制，让混凝土输送更加有效率，避免了在输送过程中因为摆阀没有到位而使混凝土溢出的情况。经过与老师多次讨论和修改之后，基本上完成了符合以上要求的控制系统。当然还有不足的地方，因为加入了步步到位的控制，在点动控制的时候就有不足，步步到位的控制都是在主油缸没有前进到顶端的时候开始才能保证运行，但就在主油缸到达顶端的临界点时，按下点动前进的按钮是无效的。这一点也体现出了我的设计系统的缺陷，对于这点，可以在主油缸的两个前端分别再加入两个接近开关，这样在点动控制中就没有在临界点时控制无效的情况发生。另外，在远程控制的设计部分也有不足，当按下远程控制按钮时，它便形成了自锁，没有远程控制的停止按钮，因此当按下远程控制时，在整个过程中就会一直可以远程控制。而且远程控制触发是按钮的形式，在远程控制时没有断开近程的控制，在一定程度上会有近程控制与远程控制的冲突问题。对于这点可以再加入一个远程控制的停止按钮，或者加入优先级的控制就能解决。通过本次毕业设计，我感到自己应用基础知识及专业知识解决问题的能力有了很大的提高，我想，通过这次毕业设计，到了工作单位后，我将能够更快的适应工作岗位和工作要求。我对自己充满了信心，总之，这次毕业设计对我而言是受益匪浅的。参考文献1 张国中现代混凝土泵车及施工应用技术M北京：中国建材工业出版社，20042 吴佩刚高强混凝土及其应用M北京：清华大学出版社，19923 吴成材冷处理钢筋的抗压性能与包兴格效应J土木工程学报，1963，3（25）4 丁大钧现代混凝土结构学M 北京：中国建筑工业出版社，20005 梁兴文混凝土结构设计原理（第二版）M北京：科学出版社，20076 张誉混凝土结构基本原理M北京：中国建筑工业出版社，20007 王传志钢筋混凝土结构理论M北京：中国建筑工业出版社，19858 吴中俊可编程序控制器原理及应用M北京：机械工业出版社，20049 赵明工厂电气控制设备（第二版）M北京：机械工业出版社，199610 汤以范电气与可编程序控制器技术M北京：机械工业出版社，200811 韩国惠PLC控制模具研配液压机双缸同步控制的研究J电子学报2004，12（6）12 陈光平堆料机控制系统由继电器控制改为PLC控制J中国科技信息报 2005，2（29） 13 卞和营，胡亚卓继电器控制系统改用PLC控制的设计方法J科技资讯报 2007，10（27） 致谢本论文是在崔东艳老师的谆谆教诲和指导下完成的，论文从选题、构思到定稿无不渗透着导师的心血和汗水；教授渊博的知识和严谨的学风使我受益终身，在此表示深深的敬意和感谢。我还要感谢含辛茹苦、任劳任怨、望子成龙、不图回报的父母的养育之恩，他们给予我的爱和支持让我顺利地完成了自己的学业。最后，因本人水平有限，在文中难免有不足之处，恳请各位老师批评指正。附录A 程序梯形图附录B 语句表LDN I0.2LPSLD I0.1O Q0.0ALDLPSAN T33AN Q0.1= Q0.0LPPTON T33, +1000LRDLD T33O Q0.1ALDLPSAN Q0.0= Q0.1= Q1.4LPPTON T37, +600LPPLPSA T37= Q0.2= Q0.3LRDLD I0.3O M0.3A Q0.1ALD= M0.3= Q1.5LRDA M0.3A I0.0= Q1.6LRDLD I0.4O M0.4AN I0.5AN M0.5ALD= M0.4= Q1.2LRDLD I0.6O M0.5AN I0.7ALD= M0.5= Q1.3LRDAN M0.4AN M0.5LPSA I1.5AN I1.6= M0.6LPPAN I1.5A I1.6= M0.7LRDLD I1.0O M1.0ALDLPSAN T34= M1.0LRDTON T34, +1000LPP= Q1.1LRDLD M0.4O M0.5O M0.6O M0.7ALD= Q0.4LRDLD M0.4O M0.6ALDAN M0.5A I1.3AN I1.1= Q0.5LRDLD M0.4O M0.6ALDAN M0.5A I1.4AN I1.2= Q0.6LRDLD M0.5O M0.6O M0.7ALDA I1.4AN I1.1= Q0.7LPPLD M0.5A I1.3AN I1.2= Q1.025任务书毕业论文（设计）题目 基于PLC的液压混凝土输送泵电气控制系统设计1.课程性质（请在相应的选项上打勾）纵向课题已签约的横向课题未签约的横向课题实验室建设课题模拟性课题学生自选人文课题2.课题类型（请在相应的选项上打勾）工程设计（实践）理论研究实验研究计算机软件设计综合一、毕业论文（设计）内容及要求（包括研究方向和对象、内容和目标、思路和方法、实践及创新要求）1.内容：（1）完成系统理论与特性分析1）了解PLC的液压混凝土输送泵电气控制发展过程及前景；2）进行系统参数计算，掌握PLC的液压混凝土输送泵电气控制设计 结构与原理、调速方法、位置检测；3）针对PLC的液压混凝土输送泵电气控制系统设计 的特点, 完成系统控制元器件的选择。（2）完成系统电气原理图的设计（包括电路原理图设计、参数计算、元器件选型）2.要求：（1）写出设计说明书，内容和顺序如下：1）中文摘要；2）正文； a.设计题目和任务要求； b.整个系统的组成及其工作原理；c.详细阐述自己的具体设计内容，可以是 电路原理图设计、参数计算、元器件选型方法； 系统元件的选择，制作与调试过程及结果分析； 系统电路设计。d. 总结3）参考文献（2）要求文理通顺，总字数不少于6000字，按规范要求书写、排版、装订成册。二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1、设计说明、计算书一份。要求文字说明简明扼要，书写工整，内容包括：2.绘制控制原理图一张（CAD画A1纸打印）。要求布置均匀、整洁，用标准符号绘制。三、完成日期及进度自 XXX年4月 20 日起至 XXX年 11 月10 日止进度安排： 4月26日前完成开题报告和文献综述工作； 7月11日前完成设计方案的确定，画出电路图、确定系统原件选择方案；设计原理图； 9月12日前查阅整理相关资料，拟定论文初稿； 10月23日前写出符合要求的毕业设计论文，送专家评审； 11月答辩。四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:1 张国中现代混凝土泵车及施工应用技术M北京：中国建材工业出版社，20042 吴佩刚高强混凝土及其应用M北京：清华大学出版社，19923 吴成材冷处理钢筋的抗压性能与包兴格效应J土木工程学报，1963，3（25）4 丁大钧现代混凝土结构学M 北京：中国建筑工业出版社，20005 梁兴文混凝土结构设计原理（第二版）M北京：科学出版社，20076 张誉混凝土结构基本原理M北京：中国建筑工业出版社，20007 王传志钢筋混凝土结构理论M北京：中国建筑工业出版社，19858 吴中俊可编程序控制器原理及应用M北京：机械工业出版社，20049 赵明工厂电气控制设备（第二版）M北京：机械工业出版社，199610 汤以范电气与可编程序控制器技术M北京：机械工业出版社，200811 韩国惠PLC控制模具研配液压机双缸同步控制的研究J电子学报2004，12（6）教研室主任签章： 年 月 日学院主管（教学点）领导签章： 年 月 日注：1、如页面不够可加附页 2、以上一四项由指导教师填写开题报告概述表题目名称： 基于PLC的液压混凝土输送泵电气控制系统设计学生姓名专业学号一、选题的目的和意义混凝土输送泵是利用管道输送混凝土的一种设备，在高层或超高层建筑工程中常用其进行混凝土的运输。为了进一步提高泵送作业的自动化水平，提高其工作可靠性。本设计用PLC取代传统的继电器控制来设计混凝土输送泵控制系统，用三台异步电动机分别实现混凝土输送泵的主油泵电机和风冷电机启/停控制以及系统的润滑工作；通过控制其液压系统中的电磁换向阀的通断，实现使液压系统驱动泵正泵、反泵运行；主油缸前进、后退控制及点动等控制。混凝土泵是一种集机电液一体化的高科技产品，使其电控系统具有较高的先进性和自动化程度，降低系统的故障率。在现代建筑施工中，尤其是在建造高层建筑、高架公路、桥梁、堤坝及地下工程方面，混凝土泵以其机动、灵活、高效等特点，已经成为不可缺少的重要施工设备。本课题的研究将具有很好的工程实际意义。二、国内外研究综述1903年德国建成世界上第一个预拌商品混凝土工厂。20世纪80年代，经济发达国家如美国、日本等预拌混凝土的供应量，已经达到全部的60%-80%。预拌混凝土的应用数量和比重，标志着一个国家的混凝土生产工业化水平。商品混凝土与混凝土机械密不可分，是混凝土机械销量预测模型中的核心指标。从商品混凝土和混凝土机械的发展情况来看，随着商品混凝土销量不断上升，混凝土机械的年销量也屡创新高。从混凝土的成本和费用来看，在2007年行业顶峰时，泵车每方泵送净赚12-15元，拖泵每方泵送净赚9元，基本一年左右就能回收成本，且还有40%的设备残值。目前泵车的泵送价格并未大幅下滑，但泵送量急剧减少（华东地区商品混凝土2009年1季度销量下滑40%），使得设备的投资回收年限延长至三年，使得很多个人投资者放弃新机购买。若仅从泵送机械的保有量来看，基本可以覆盖2009年商品混凝土的需求。但目前泵送机械依然存在新增需求，主要来自几方面：中西部的基建大幅上马，对设备有一定的需求，但东部和南部闲置机械游走会对中西部的需求带来一定的冲击；基建采购方的利益驱动和泵送施工周期的不确定性带来对新机的需求。我国从20世纪70年代开始探索开发混凝土泵，80年代引进技术开始制造混凝土泵，但真正意义上的国产混凝土泵制造应该从1993年中联重科的前身中联公司成立开始。经过20多年的发展，中国已经成为世界上最大的混凝土泵生产国。2007年泵车销售约3000台，拖泵约为6500台。虽然中国混凝土泵最初引进过日本的技术，但真正成功的产品是借鉴欧洲技术自主开发的。目前以三一重工、中联重科为代表的制造商所生产的混凝土泵已经达到了比较高的水平，但众多的混凝土泵制造企业还存在着产品同质化严重、技术创新能力较差、低价竞争等问题。创新是企业生命之源，混凝土泵的技术创新大有文章可做。另外，应该看到中国的混凝土机械经过十几年的高速发展，未来前景仍然非常乐观，这也为混凝土泵技术的进一步发展提供了广阔的舞台。在未来，混凝土泵的发展主要方向是：提高主机性能和作业效率，降低使用成