CA-20型地下自卸汽车电气系统设计-正文

1、湖南工学院（筹） 毕业设计(论文) 题 目： CA-20型地下矿山自卸汽车电气系统及 PLC控制设计 学生姓名： 李昌武 专业班级： 机械设计制造及其自动化班 指导老师： 邓生明 2006年 5 月25日序 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

2、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。在三个多月的毕业设计过程中，我们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。李昌武2006年5月 目录一、电气系统设计概述 1二、电气系统设计方案 2三、电气系统

3、设计方案的实现 41、总的工作原理 42、电气系统的各部分的设计 4（1）电源及启动部分 4（2）照明和信号装置部分 .4（3）指示仪表与传感器部分 4（4）PLC控制部分的设计 8四、参 考 文 献 .36 五、谢辞 37 一、CA-20地下矿山自卸汽车电气系统PLC控制设计（一）、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

4、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

5、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

6、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

7、、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。（二）、电气系统设计方案1、电气设计方案框图图2.1 电气系统原理图

8、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

9、的运行。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（三）、电气系统设计方案的实现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2.22、电气系统的各部分的设计（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

10、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。（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

11、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。以上两部分的详细设计与计算详见我们同小组同学吴生田、李庆芬的论文。（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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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/

17、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

18、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100k

19、m/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。 这个部分详见我们同小组同学许波的论文（4）PLC控制部分1） PLC简介可编程序逻辑控制器(

20、Programmable Controller)是一种专门在工业环境下应用的数字运算操作的电子设备。它采用可以编制程序的储存器，用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计，具有线路简单, 可靠性高，编程方便，体积小，可靠性高等显著特点，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个行业。2） PLC与其它机电控制设备的比较PLC即能控制开关量，又能控制模拟量，用于代替

21、继电器控制逻辑、二极管矩阵逻辑以及便于接线的数字逻辑。PLC比单板机、微型计算机的使用更可靠简单，工程技术人员只要理解和掌握梯形图，然后把继电器原理图变换为PLC使用的梯形图。PLC与继电器比较继电器开展逻辑自20世纪20年代问世以来，一直是机电顺序控制的主流，由于它的结构简单，使用方便，价格低廉，所以使用范围甚广。其缺点是动作速度慢，可靠性差，采用微电脑技术的PLC的出现，使得继电器控制逻辑更加逊色。控制逻辑：继电器控制采用硬接线逻辑，它利用继电器接点的串连、并联，利用延时继电器的滞后动作组合成控制逻辑，连线复杂，体积大，功耗也大，当一个控制系统研制成功以后，要想再做修改就困难了。而PLC采

22、用相信逻辑，除了输入输出端以外不与现场连接，控制逻辑以程序的方式存储在PLC的内存当中，因此连线少，体积小，PLC是由大、中规模集成电路组装而成的，功耗也小。由于控制逻辑只与程序有关，当需要对控制逻辑进行修改时，只要修改程序就行了，而不需要修改连线，因此灵活性和扩展性强。控制速度：继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作来实现的，工作频率低，而且使用的继电器越多，反应速度越慢，还容易出现触点抖动问题。而PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度相当快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级，由于PLC内部有严格的同步，不会出现抖动问题。限时控制：继电器控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时

23、控制，用时间继电器实现定时控制会出现定时的精度不够，定时时间易受环境变化的影响和时间调整困难等问题。而PLC使用半导体集成电路作为定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，定时器的定时范围一般在0.1s到若干秒、若干分种甚至更长。定时值可根据实际需要在程序中设定，定时精度小于10ms，定时时间不受环境的影响，一旦调好，不会改变。PLC还能完成计数功能，而继电器控制逻辑一般没有计数功能。可靠性和可维护性：继电器控制逻辑使用了大置的机械触点，连线多，触点在开闭时会受到电弧的损坏，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成，体积小，功耗小，寿命

24、长，可靠性高。PLC还配备了自检和监控功能，能检查出自身故障，并随时显示出来。还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场高度和维护提供了方便。逻辑电路的设计和完成：使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，设计、施工、高度必须顺序进行，周期长，而且修改困难，控制逻辑越复杂，这一缺点就越突出。而PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场电路连接和逻辑的设计（包括继电器梯形图和程序设计）可以同时进行，周期短，调试和修改都很方便。PLC与微型计算机比较大量使用的微型计算机系统一般用于科学计算，算计处理，通信等，PLC主要用于工业自动化控制。使用环境与输入输出：微型机算计系统对环境要求较高，一般在干扰小

25、、具有一定的温度和湿度要求的机房内使用，而PLC能适应一般工程现场的环境。微型计算机系统的输入输出设备与主机之间采用微电联系，一般不需电气隔离。而PLC一般控制强电设备，需要电气隔离，输入端采用“光电”耦合，输出端采用继电器或可控硅进行功率放大。程序设计与系统功能：微型计算机系统具丰富的程序设计语言，如汇编语言、C语言等，语句多，语法关系复杂，要求使用者具有一定的计算机硬件和软件知识。而PLC提供给使用者的编程语句数量少，逻辑简单。微型计算机系统一般配有较强的操作系统，进行设备管理，文件管理，存储器管理等。而PLC只有简单的监控程序，能完成故障检查，程序的输入、修改和执行等功能。PLC与单板机

26、比较单板机具有结构简单，使用方便，价格便宜等优点，一般用于数据采集和工业控制。还有单板机不是专门针对工业现场自动化控制设计的，而PLC是专门针对工业现场自动化控制设计的。不如PLC容易掌握：使用单板机来实现自动控制，一般要使用微处理机的机器指令进行编程。这就要求设计者具有一定的计算机硬件和软件知识。而PLC虽然是微电脑系统。由CPU、ROM、RAM固件和I/O接口等构成，但它提供给使用者的却是电气控制技术人员所熟悉的梯形图语言，这就使得那些熟悉机电控制的工程技术人员一目了然，而只要用较短的时间去熟悉PLC的指令系统及操作方法即可。不如PLC可靠：使用单板机进行工业自动控制，最突出的问题是抗干扰

27、性能差，工作环境条件要求高。而PLC是专门用于工业自动化控制的，在设计和制造过程中彩了抗干扰措施，稳定性和可靠性高。不如PLC使用简单：使用单板机来实现自动控制，一般要在输入输出接口上做大量的工作，除了要进行控制程序的设计，还要在单板机的外围进行很多的硬件和软件的工作才能与控制现场连接起来，调试也比较繁琐。而PLC的输入输出接口已经做好，输入接口可以与无电压开关直接连接，非常方便，输出接口具有一定的驱动能力，如用继电器输出，输出的触点容量可达220V、2A，能适应一般的控制要求，而且在输入接口有光电耦合环节，使现场的干扰者不容易进入PLC。通过对三者的综合比较，用于工业自动化控制的PLC，具有

28、结构简单，抗干扰能力强，环境适应范围广，控制可靠性高，易于学习和掌握，控制逻辑修改容易，调试方便等优点，它是现代机电技术一体化的极佳选择。3) 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

29、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）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

30、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。5）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6)硬件配制分析地下车电气控制系统电路，是由模拟

31、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。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：032

32、7.7sT246T2491ms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：-至+C220C234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

33、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）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

34、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输出模块模拟量输出选择

35、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（

36、+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7) 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

37、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

38、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8）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。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

39、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（刘伟、刘仲洋）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

40、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发动机转速监控

41、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8) 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

42、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

43、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

44、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

45、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M

46、29FX-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

47、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9）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 （

48、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） 1

49、6 （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