毕业设计66襄樊学工业铲车操作控制院

襄 樊 学 院 机电传动控制课程 设计 报告 题 目 工业铲车操作控制 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机制 0411 姓 名 学 号 04116105 指导教师 职 称 讲师 2007年 7 月 2日 摘 要 工业铲车自动化及智能化程度低，本文提出了对其进行自动化改造的技术路线和具体思路，论述了应用 PLC 进行自动化控制的方案； 采用三菱 PLC 编程器对工业铲车控制部分进行线路控制 ，可以很容易实现完成逻辑、顺序、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，对其它的生产机械有一定的借鉴意义。 关键词： PLC控制、工业铲车、线路保护 目 录 第一章 前言 . 1 1.1工业铲车简介 . 1 1.2 工业铲车控制系统进行 PLC改造的目的及意义 . 1 第二章 PLC及工业铲车的 PLC 控制 . 2 2.1 PLC的由来及定义 . 2 2.2 PLC的发展历程 . 2 2.3 PLC的特点 . 2 第三章 工业铲车仿真模型的设计与组装 . 4 3.1 驱动部分设计 . 4 3.2 传动部分设计 . 4 3.3 组装模型 （实物模型） . 4 3.4 控制器及接线盒 . 4 第四章 PLC控制程序的设计 . 7 4.1 I/O分析 . 7 4.2 PLC的选择 . 7 4.3 FX2N系列编程器介绍 . 7 4.4 确定各元件的编号，分配 I/O地址 . 8 4.5 程序设计说明（各逻辑行的作用见图 1-3） . 9 第五章 总结 . 12 参考文献： . 13 附 录 . 13 襄樊学院 课程设计报告纸 第 1 页 装 订 线 第一章 前言 1.1工业铲车简介 铲车是用来装零散坚固的货物的，一般以建筑材料为主，如碎石、砂土等 ， 铲车一般用在建筑工地、建筑材料集散地，用于装车，有时也用于铲土和铲雪及地面平整等用途； 工业铲车一般 是在小四轮拖拉机上进行改装的小型装载机械。 利用拖拉机自身动力，采用液压控制，通过多路液压阀上的操作手柄可使铲斗升降和翻转，从而达到铲车平稳工作。 在搬运物料方面起了很大的作用，节省了大量人力和物力，它搬运东西速度快，操作也比较简单，所需的人员少，就能完成大量的 搬运工作。 1.2 工业铲车控制系统进行 PLC改造的目的及意义 20 世纪 40 年代末 50 年代初，我国的流程工业规模很小，设备陈旧，必要的调节主要靠最简单的测量仪表由人工操作运行。 50 年代末 60 年代初，我国研制生产的传感器、变送器、调节器、执行器等，基本上能显示过程状态，实现调节意图，最终命令执行器完成对工艺流程的调节要求。 70 年代初，我国自行研制的工控机开始应用于工业过程控制，它部分地取代了原来控制室内的仪表。但由于受当时电子器件性能的限制，工控机本身的可靠性远不如现在，工控机带来的控制集中引起 “危险 ”集中。70 年代末，分散型控制系统 (dcs)进入工控领域，解决了 “危险 ”集中的问题，还解决了一些复杂的控制。 dcs 可建立通信网络，为大工厂生产带来许多方便，但其价格一直居高不下。 80 年代初，适应性较强的总线型工控机 (std)应运而生， std 总线技术的推广和应用，使工控机的功能更加强化。 PLC 作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计，当今世界plc 生产厂家约 150 家，生产 300 多个品种。 2000 年销售额约 为 86 亿美元，占工控机市场份额的 50%， PLC 将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。 PLC 在 60 年代末引入我国时，只用作离散量的控制，其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等，最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的 plc 具有 pid调节功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域，广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。 在工业铲车中运用 PLC，提高了其工作智能化，增强了其本身的竞争能力，对我国的 PLC 产品的研发和生产 PLC 的能力有一定的帮助。 襄樊学院 课程设计报告纸 第 2 页 装 订 线 第二章 PLC及工业铲车的 PLC控制 2.1 PLC的由来及定义 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（ PC）。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（ PLC），现在，仍常常将 PLC简称 PC。 PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（ IEC）对 PLC 的定义是：可编程控制器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。它采用可编程序的存贮器，用来在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的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器 及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 2.2 PLC的发展历程 第一代： 1969 年 1972 年，代表产品有 美国 DEC 公 司的 PDP-14/L 日本立石电机公司的 SCY-022 日本北辰电机公司的 HOSC-20 第二代： 1973 年 1975 年，代表产品有 美国 GE 公司的 LOGISTROT 德国 SIEMENS 公司的 SIMATIC S3、 S4 系列 日本富士电机公司的 SC 系列 第三代： 19761983 年，代表产品有 美国 GOULD 公司的 M84、 484、 584、 684、 884 德国 SIEMENS 公司的 SIMATIC S5 系列 日本三菱公司的 MELPLAC-50、 550 第四代： 1983 年 现在，代表产品有 美 国 GOULD 公司的 A5900 德国西门子公司的 S7 系列 2.3 PLC的特点 1 ) 高可靠性 PLC是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中采取了多层次抗干扰、精选元件的措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的襄樊学院 课程设计报告纸 第 3 页 装 订 线 稳定性和可靠性较高。 PLC是以集成电路为基本单元的电子设备，内部处理不依赖于接点，元件的寿命长，平均无故障工作时间高。 2)编程简单易学 PLC的最大特点之一，就是采用易学易懂的梯形图语言，它是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型，形成一套独具风格的 以继电器梯形图为基础的形象编程语言。方便电气人员在了解 PLC工作原理和它的编程技术后，就可迅速地结合实际需要进行应用设计，进而将 PLC用于实际控制系统中。 3)安装简单、调试方便、维护工作量小 PLC控制系统的安装接线工作量比继电器控制系统少得多，只需将现场的各种设备与 PLC相应的 I/O口相连。 PLC软件设计和调试大部分可以在实验室模拟进行，模拟调试好后再将 PLC控制系统进行现场联机调试，方便省时。其本身可靠性高，有完善的自诊断能力和系统监控能力，方便迅速故障查明和排除，维护的工作效率高。 襄樊学院 课程设计报告纸 第 4 页 装 订 线 第三章 工业铲车仿真模型的设计与组装 3.1 驱动部分设计 工业铲车的主要动作是铲起、放下，并能作前进、后退、左转、右转的操作。铲起和放下属于纵向移动，行走和左右转属于横向移动，所以应使用纵向和横向两种电动机。本设计共需要 3台电动机。其中货物的铲起或放下可由纵向电动机的正反转实现，左轮的前进和后退由一台电动机正反转实现，右轮的前进和后退由另一台电动机的正反转实现，当要实现左转的时候，可让左轮的电动机不动，右轮的电动机正转前进，反之，则右转也是同样的原理。 3.2 传动部分设计 纵向 传动是通过纵向电动机的正向旋转带动栓着电磁铁的钢丝，使得铲头上下移动，便于货物的铲起和放下。 前进可以是左右轮的两个电动机同时正向转动，后退则是同时反向转动，左转是左轮上的电动机不动，右轮电动机正向转动；右转是右轮上的电动机不动，左轮上的电动机正向转动。 3.3 组装模型 （实物模型） 3.4 控制器及接线盒 控制器采用的是日本三菱公司（ MITSUBISHI）的（ MELSEC FX2N 32MR）型号。有一个 PLC电缆接口，通过 PLC电缆的另一端与计算机的 COM口相连，通电后，使用襄樊学院 课程设计报告纸 第 5 页 装 订 线 PLC编程软件 就可以将程序通过 COM口输入此控制器，此控制器共有 INPUT和 OUTPUT各 17个指示灯，电源（ POWER）指示灯一个，运行（ RUN）指示灯一个， BATT.V指示灯一个，程序指示灯（ PROG E）指示灯一个。 接线盒有 OUTPUT00 19和 INPUT00 19各 20个接口，中间还有公共端 COM接口，公共接地端 GND 接口，一个 24 伏电压接口，当然这些接口都通过电线与控制器相连接，这样才能在控制器运行时，通过导线与起重机模型的连接，对 PLC程序做出相应反应。 将控制器与天车模型按照以下方法连接的： OUTPUT 00 接左轮电机正反转控制插孔 ZF1 OUTPUT 01 接左轮电机通断控制插孔 TD1 OUTPUT 02 接右轮电机正反转控制插孔 ZF2 OUTPUT 03 接右轮电机通断控制插孔 TD2 OUTPUT 04 接纵向电机正反转控制插孔 ZF3 OUTPUT 05 接纵向电机通断控制插孔 TD3 COM： 公共端使用时接地或 24，与 S、 S2、 G1 、 G2共同使用 GND： 公共接地端 操作原理为： 1、 ZF1、 ZF2、 ZF3端是各电机正反转的控制端。接 PLC的输出端 当 ZF1=1时 左轮电机由左向右移动 当 ZF1=0时 左轮电机由右向左移动 当 ZF2=1时 右轮电机由左向右移动 当 ZF2=0时 右轮电机由右向左移动 当 ZF3=1时 纵向电机由上向下移动 当 ZF3=0时 纵向 电机由下向上移动 2、 TD1、 TD2、 TD3为电机运行控制端，接 PLC的输出端 当 TD 1时，左轮电机转动。 当 TD 2时，右轮电机转动。 当 TD=3时，纵向电机转动。 3、 S1端为上限位到位信号。 接 PLC 的输出端。 当 S1 1时，纵向移动到上极限。 襄樊学院 课程设计报告纸 第 6 页 装 订 线 4、 S2端为下限位到位信号。接 PLC的输入端。 当 S2=1时，纵向移动到下极限。 襄樊学院 课程设计报告纸 第 7 页 装 订 线 第四章 PLC控制程序的设计 4.1 I/O分析 经过对控制过程和要求的详细分析，明确了具体的控制任务就是铲起、放下、行走、左转和右转等主要任务。确定了铲车这些必须完成的动作后，再确定动作的顺序：纵向电机正转，电磁铁由上向下移动，铲爪抓物体，纵向电机反转，由下向上移动，左右轮电机同时正转，实现向前，左轮电机停止右轮电机正转，实现向左转，左轮电机正转右轮电机停止，实现向右转，左右轮电机同时反转，实现后退。其工艺流程图如下： 纵 向 电 机 正 转铲 爪 将 货 物 铲起左 右 轮 电 机 同时 正 转 向 前 行走左 轮 电 机 停 止右 轮 电 机 正 转向 左 转左 轮 电 机 正 转右 轮 电 机 停 止向 右 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 前左 轮 电 机 正 转右 轮 电 机 停 止向 右 转右 转 后 左 右 轮电 机 同 时 反 转向 后纵 向 电 机 反 转铲 爪 将 货 物 放下图 1-1程序主流程图 4.2 PLC的选择 FX2N-48M 技术参数： 24 点输入， 8 点按键开关， 16 点拨动开关， 20 点输出，其中后 4 点带继电器控制（做外接用，不能转接输入接点）， 16 点不带继电器控制，另外还有一个七段数码管，输出电压： DC 24V， I2A,电流过载保护，电源输入： AC 220V， 50HZ 4.3 FX2N系列编程器介绍 1）输入继电器 （ X） 2） 输出继电器 （ Y） 3） 辅助继电器 （ M） 4） 定时器 （ T） 5）计数器（ C） 基本逻辑指令包括： 1）输入输出指令（ LD/LDI/OUT） 襄樊学院 课程设计报告纸 第 8 页 装 订 线 2）触点串连指令（ AND/ANDI）、并联指令（ OR/ORI） 3) 程序结束指令（ END） 4.4 确定各元件的编号，分配 I/O地址 先确定所使用的编程元件编号， PLC 是按编号来区别操作元件的。一般讲，配置好的 PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相应的，输出点数与输出的控制回路数也是相应的（如果有模拟量，则模拟量的路数与实际的也要相当），故 I/O 的分配实际上是把 PLC 的入、出点号分给实际的 I/O 电路，编程时按点号建立逻辑或控制关系，接线时按点号“对号入坐”进行接线。 安装接线图 以及现场器件及 PLC 输入输出对照表如下： X 0 0 1X 0 0 2X 0 0 3X 0 0 4X 0 0 5X 0 0 6X 0 0 7X 0 1 0X 0 1 1X 0 1 2X 0 1 3X 0 1 4X 0 1 5X 0 1 6X 0 1 71 S B1 S BS BX 0 0 01 S T2 S B2 S B2 S T3 S B3 S B 3 S T4 S T5 S TY 0Y 2Y 1Y 3Y 4Y 5C O M 2 2 0 VC O MX 0 2 05 S B4 S B图 1-2 外部接线图 襄樊学院 课程设计报告纸 第 9 页 装 订 线 输入信号 输出信号 名称 代号 输入点编号 名称 代号 输出点编号 M1 正启动按扭 1SB X000 M1正转接触器 1KM Y0 M1 反启动按扭 1SB X001 M1反转接触器 1KM Y1 停止按扭 SB X002 M2正转接触器 2KM Y2 热继电器 KR1 X003 M2反转接触器 2KM Y3 行程开关 1ST X004 M3正转接触器 3KM Y4 M2 正启动按扭 2SB X005 M3反转接触器 3KM Y5 M2 反启动按扭 2SB X006 热继电器 KR2 X007 行程开关 2ST X010 M2 正启动按扭 3SB X011 M2 反启动按扭 3SB X012 热继电器 KR2 X013 停止按扭 SB4 X014 行程开关 3ST X015 行程开关 4ST X016 行程开关 5ST X017 总停按钮 5SB X020 4.5 程序设计说明（各逻 辑行的作用见图 1-3） 1）、 按下启动按钮 5SB， X020 闭合， M0 接通闭合并自锁。第 3 逻辑中 M0 常开触点闭合 。按下 1SB，纵向电机开始正转，第 4 逻辑行自锁，第 7 逻辑行断开，实现互锁，避免电机反转，铲爪开始工作，同时第 8 逻辑行时间继电器得电开始工作，等货物上升一定的高度停止，完成货物铲起的动作。 2）、经过一段时间后，货物在铲爪上，继电器失电，按下 X005 和 X011， 左右轮的电机同时正转，第 14、 17 逻辑行中的 Y3、 Y4 同时自锁，保证铲车向前行走 。 3）、向前行走一段距离，碰到行程开关 X010，左轮电机停止 转动，右轮电机保持正转，实现左转动作，完成后，左轮电机继续正转， 铲车继续向前行走。 4）、行走一段距离，碰到行程开关 X015，右轮电机停止转动，左轮电机保持正转，实现右转动作，完成后，右轮电机继续正转，铲车继续向前行走。 5）、行走一段距离碰到形成开关 X016，右轮电机停止转动，左轮电机保持正转，实襄樊学院 课程设计报告纸 第 10 页 装 订 线 现右转动作，完成后，第 22 逻辑行 X016 闭合，时间继电器 M2 开始工作， 第 15、21 逻辑行中的 M2 接通，左右轮电机同时反转，实现后退动作。 6）、按下第 5 逻辑行中的 X005，纵向电机反转，第 6 逻辑行的 Y1 自锁，第 7 逻辑行的 Y0 断开，实现互锁，保证电机只做反转的动作，放下货物。 襄樊学院 课程设计报告纸 第 11 页 装 订 线 .X 0 0 0 X 0 0 2 Y 1 X 0 0 3X 0 0 4Y 0Y 0X 0 0 1 X 0 0 2Y 0 X 0 0 3Y 1Y 1Y 0Y 0TTM 1M 1X 0 0 5 X 0 0 7 Y 3X 0 1 0X 0 1 1Y 2Y 2X 0 0 6Y 2 X 0 1 0Y 3Y 3M 2X 0 1 1X 0 1 3 Y 5 X 0 1 2 X 0 1 5 X 0 1 6Y 4Y 4X 0 1 2X 0 1 3 Y 4 X 0 1 4Y 5Y 5M 2X 0 1 6M 2E N DX 0 0 7M 1纵 向 电 机 正转铲 起 货 物纵 向 电