工业铲车PLC设计(课件)

工业铲车PLC设计

第一章引言

1.1PLC的基本结构

1、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC

的控制核心。它按照PLC系统程序赋予的功能：a.接收并存储从

用户程序和数据；b.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。文档交流仅供参考

2、存储器可编程序控制器的存储器务为秦宏程序存储器和

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(用户程序存和数据)的存储

器称为用户程序存储器,所以又分为用户存储器和数据存储器两部

分。文档交流仅供参考

3.输入接口电路输入输出信号有开关量、摹拟量、数字量三

种，在我们实际涉及到的信号之中，开关量最普遍。…文档交流仅供参考…

4.输出接口电路:可编程序控制器的输出有：继电器输出(M)、

晶体管输出(T)、晶闸管输出(SSR)三种输出形式。文档交流仅供参考

5.电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个

良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的创造商对

电源的设计和创造也十分重视。普通交流电压波动在+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。

如FX1S额定电压AC100V—240V,而电压允许范围在AC85V—

264V之间。允许瞬时停电在10ms以下,能继续工作。…文档交流仅供

参考

普通小型PLC的电源输出分为两部份:一部份供PLC内部电路

工作;一部份向外提供给现场传感器等的工作电源。文档交流仅供参

考…

1.2PLC的工作原理

PLC则是采用循环扫描的工作方式。一个扫描周期主要可分为

3个阶段。

1.输入刷新阶段

在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入

输入状态寄存器「完成输入端刷新T作后，将关闭输入端口，转入

程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态

寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输

入刷新阶段才干被读入。…文档交流仅供参考…

2.程序执行阶段

在程序执行阶段,根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步

执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出

状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷

段。新阶

…文档交流仅供参考…

3.输出刷新阶段

当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，挨次送到

输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动

外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。文档交流仅供参考

由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段向虚PL

C一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。

文档交流仅供参考…

显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长，

响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个

扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存

在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。但

是由于其对I/O的变化每一个周期只输出刷新一次，并且只对有变

化的进行刷新，这对普通的开关量控制系统来说是彻底允许的，非

但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。这是因为输入采样阶段仅在

输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部份时间是与外设

隔离的，而工业现场的干扰往往是脉冲、短期的，误动作将大大减

小。但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个普通PLC

邨会一

米取身速模块。文档交流仅供参考

2/16…一谢阅…•一

总之，PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特

2/16

第三章生产工艺及控制任务

3.1工业铲车简介

铲车是用来装零散坚固的货物的，普通以建造材料为主，如碎

石、砂土等，铲车普通用在建造工地、建造材料集散地，用于装车，

有时也用于铲土和铲雪及地面平整等用途；工业铲车普通是在小四

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。

铲车又叫装载机，是在动力机械的基础上，采用液压控制铲

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。文档交流仅供参考

铲车也可进行轻度的铲掘工作,通过换装相应的工作装置，还可

进行推土、起重、装卸木料及钢管等作业。广泛应用于建造工程、

筑路工程、农田水利工程、环卫垃圾、转窑厂、煤厂、砂石厂，用于

砂石、水泥、粮食、土、煤等散装物料的铲运及装载。文档交流仅供

•••1-X.i/ILIXK[/、

参考…

3・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

416......谢阅©@@e

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，它部份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（wei）险”集中。70年代末，分散型控制

系统（des）进入工控领域，解决了“危（wei）险”集中的问题，还

解决了一些复杂的控制。des可建立通信网络,为大工厂生产带来许

多方便，但

其价格向来居高不下。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

…文档交流仅供参考…

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。...文档交流仅供参考…

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

5/16…一谢阅…•一

、冶金、轻工、建材

控制扩大到摹拟量控制领域广泛地应用于航天

等行业。…支档交流仅供参考…

5/16

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

匡助。...文档交流仅供参考...

第四章工业铲车仿真模型的设计与组装

4.1驱动部份设计

I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挪移，行走和摆布转属于横向移

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。

其中货物的铲起或者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。忆档交乜仅供

・・•乂Q乂LXl7x

参考…

4.2传动部份设计

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，使得铲头上下挪移，便于货物的铲起和放下。前进可以是摆布

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。…文档交流仅供参考…

6/16

4.3组装模型（实物模型）

图4-1工业铲车（实物模型）

第五章控制系统的PLC选型和I/0选择

5.1I/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:纵向机电正转，电磁铁由上

向下挪移，铲爪抓物体,纵向机电反转，由下向上挪移，摆布轮机电

同时正转，实现向前，左轮机电住手右轮机电正转,实现向左转，左

轮机电正转右轮机电住手，实现向右转，摆布轮机电同时反转，实现

后退。其工艺流程图如下（图4—1）：…文档交流仅供参考…

7/16

荷右转

后

养饕

左

左

，

心

同

电

时

反

后

向

以

0.米

图5-1工业铲车工艺流程图

5.2I/O点及地址分配

控制系统的输入、输出信号的名称、地址分配。如表5-1

表5-1输入、输出信号的名称、地址编号

输入信号输出信号

名称代号输入点名称代号专前出点编

编号1号

Ml正启1SB10.0M1正转1KMC>0.0

动1接触器［

按招

1SB'10.1Ml反转1KQ0.1

8/16

按扭触器M，

住手按扭SB10.2M2正转接2AHKQ0.2

触器.

热继电器KR10.3M2反转接2KQ0.3

触器.，

1M.

行程开关1ST10.4M3正转3KMQ0.4

接触器］

1

M2正启动2S10.5M3反转接3KM'Q0.5

按扭触器.

M2反启动2SB'10.6

按扭.

热继电器KR21().7

2

仃程开关2ST11.0

2

M2正启3SB11.1

动按扭1

M2反启动3SBZII.2

按扭.

热继电器KR211.3

3

/+干-H-+TJoQJPD/H1-LT1TA

9/16・…•谢阅…。…

行程开关3srII.5

3

行程开关4ST11.6

4

行程开关5STII.7

5

总停按钮5SB12.0

5.3PLC的选型

本设计采用西门子公司的S7-200系列整体式PLC实现工业铲车

（模型）的自动控制。由上面分析可以知道，系统共有开关量输入点17

个、开关输出点6个；故CPU模块采用CPU226（AC/DC/继电器）

模块，该模块采用父流220V供电。”文档交流仅供参考...

CPU226简介：

集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模

块，最大扩展至248路数字量I/O点或者35路摹拟量I/O点。

13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路

独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/

编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

…文档交流仅供参考…

10/16…一谢阅。…。

第六章程序设计

6.1控制程序的梯形图

11/16.......谢阅。000

第七章电气控制系统原理图

7.1主电路图

如图7-1所示为电控系统主电路。三台机电分别为Ml、M2、

M3o接触器KM1、KM3、KM5分别控制Ml、M2、M3的正转运行;

接触器KM2、KM4、KM6分别控制Ml、M2、M3的反转转运行。F

RI、FR2、FR3分别为三台机电的热继电器;FU为主电路的熔断

器,QS为电路主开关。…文档交流仅供参考…

12/16…一谢阅

7.2电控系统控制电路

如图7-2所示为电控系统控制电路图。图中SB1、SB2、SB3分别

控制三台机电正转的启/停;SB1、SB2'、SB3,分别控制三台电

机反转的启/停。…文档交流仅供参考…

05210

图7・2电控系统控制电路

13/16…一谢阅

1M1XML'KM2Kfl2'KM3KM3'

中]衿中"

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

000000000000000000000000

|MILS0。0.10.20.30.4050.6“72M2]“|1.0i.1L2L3L41.51.61.7♦±述"记

。

：

CPU226

。

蜷

IM0.0010.2030.40.50.6071.01.11.21.31.42M1.5161.72.02.12.22.32.<2.52.62.TMI#春

…

9：

0000000000000000000000000000~

£

1SB1SBZSB1ST2sB2SB,2ST3sB3SB'4sB3ST4ST5STSSB

斑

辎

o

q05210

d

s

.

一

图7-3PLC外围接线图

第八章设计总结

我通过这次课程设计，我对PLC有了更深入的了解，初步掌握

了PLC的简单功能。在这次课程设计过程中，遇到不懂的问题，老

师们耐心地给我们