【《某装卸料运输小车的硬件和软件设计案例》5600字】

某装卸料运输小车的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u22689某装卸料运输小车的硬件和软件设计案例 122606第1章装卸料运输小车的硬件设计 1247691.1PLC的选型 157351.2限位开关的选型 261811.3电动机的选型 3153071.4电磁阀的选型 4254471.5系统的I/O分配设计 4198081.6系统的主电路设计 5255301.7系统的PLC电路设计 632714第2章装卸料运输小车的软件设计 8149622.1编程软件的应用 864992.2系统的功能流程设计 9239432.3系统的程序设计 1013122.1.1手动控制程序 10116402.1.2自动控制程序 1095972.1.3外部输出控制程序 14161182.4系统的模拟运行 16第1章装卸料运输小车的硬件设计1.1PLC的选型PLC在开发之初，是为了解决工业现场的控制问题，取得很好的控制效果。PLC是基于工业现场开发的智能控制器，可以解决工业现场的各种工况问题，对于现场的工况，主要包含了现场执行机构的逻辑控制和联锁控制问题、对现场模拟量数据进行检测和控制问题、对现场数据进行远程通讯和数据交互问题、对现场的各种复杂问题进行计算和过程控制问题等。面对这些工况问题，通过PLC来实现，PLC是基于现场环境开发，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、扩展性能比较好等优点，在硬件和软件的开发设计过程中，周期可以预算，后期升级方便，成为当前工业社会发展的可信赖的工控产品，也是现代工业智能化、自动化的发展方向。对于装卸料运输小车的控制，按照课题设计的基本要求和功能点，系统设计需要预留部分功能点，所以按照设计的统计要求，需要输入部分不少于20个，输出部分不少于16个。按照此要求进行PLC的选型设计，三菱公司生产的小型PLC主要为FX系列。对于FX系列可编程控制器，使用的场合比较多，根据使用场合的复杂程度和具体要求进行选择。FX系列PLC的功能比较多，采用GX-Developer或GX-WORKS软件进行程序设计和编译。在硬件中，该PLC可以扩展7个模块，通讯方式为自由口通讯，可以组态MODBUS通讯。通过编程电缆可以实现程序的下载和上传。本设计按照系统控制的要求，选择的PLC为FX3U-48MR,该PLC具有24个DI端子，24个DO端子，使用的电源为交流AC220V。可以实现系统的逻辑控制和数据计算，可以实现上位机和PLC之间的通讯和数据交互。系统设计采用该PLC可以满足设计的要求。图3-1FX3U可编程控制器1.2限位开关的选型小车左行和右行过程中，需要对小车的位置进行判断，对翻转动作和归位动作进行检测，这就需要用到限位开关的电器元件来完成判断检测。限位开关的型号比较多，一般分为接触式限位开关和非接触式限位开关，接触式限位开关由连杆机构、滑轮、电气盒等组成，当机械机构到达限位位置，将碰触限位开关的滑轮，此时连杆机构发生位移变化，将电器盒内的常开触点接通为常闭，常闭触点断开为常开，从而输出信号给PLC。对于非接触式限位开关，主要包括感应器、接线盒等。当机械机构到达限位位置，将非接触式限位开关可以感应到当前机械机构的位置，此时将电器盒内的常开触点接通为常闭，常闭触点断开为常开，输出信号给PLC。对于接触式和非接触式的限位开关选择，主要依据感应对象的特性和要求。如果感应对象为机械机构，就选用接触式限位开关，如果感应对象为不可接触的物体，选用非接触式限位开关。限位开关作为位置检测的主令元件，主要分为两部分，检测部分和电路部分。检测部分负责感应或识别感应对象的当前位置，如果感应到对象达到规定的位置，就通过电路部分的触点实现信号的状态变化，将常开触点变为常闭，将常闭触点变为常开。电路元件都安装在电路小盒子内，小盒子与外部的检测部分连接。本设计按照要求，以及设备安装限位开关的位置和方式，选择的限位开关型号为YBLX-K1/411,该限位开关属于活塞式的限位开关，可以接触感应对象的表面，通过感应对象表面的接触碰触，实现位置的检测。该限位开关的触点电压可以达到AC380V以上，完全满足系统设计的要求。图3-2YBLX-K1/411型限位开关1.3电动机的选型小车的左行和右行，采用正反转控制，按照小车容量的大小，设计的电动机功率需求不小于3kW。电动机在选型过程中，往往需要考虑负载的类型和供电电压等参数，对于电动机的启动运行，当采用直接启动方式，就是通过接触器吸合，电动机瞬时开始运转，这种启动方式的启动电流比较大，一般为额定电流的6倍以上，所以对于直接启动方式的电动机，其电动机功率一般小于15kW.而对于15kW以上的负载，需要考虑星三角启动或软启动方式拖动电动机运行。该启动方式的启动电流有所限制，不会对电网造成很大的冲击和影响。如果要实现电动机的调速功能、转矩控制功能等，这就要考虑采用变频器实现电动机的启动和运行。变频器可以实现异步电动机的速度调节，加减速时间调节以及电流转矩控制调节等。图3-3异步电动机示意图本设计使用的电动机，主要用于对装卸料小车进行拖动，负载为一般负载，轻载运行。所以选择采用Y系列异步电动机实现负载拖动。电动机容量为3kW，额定转速为1440r/min。Y系列的异步电动机使用性能比较好，可靠稳定，使用寿命好，维修方便可靠。1.4电磁阀的选型按照装卸料小车控制系统的设计要求，需要选择电磁阀作为执行元件，对小车翻转和归位进行控制。通过电磁阀动作气缸，来完成小车的翻转动作和归位动作，实现系统的动作输出。介质为常用的介质，接口尺寸为3/8PT，电压等级按照系统要求为DC24V。根据以上的选择数据要求，选择国产电磁阀，具体型号为3V210-80-NC。该电磁阀为两位三通电磁阀，可以直接导通介质或截止介质。该电磁阀一共三个接口，分别为S进气口、P出气口、N排气口，当线圈得电时，S进气口和P出气口之间通路，介质可以流动；当线圈失电时，介质停止流动，并且P出气口的介质可以通过N排气口排出。电磁阀的具体示意图如下图所示。图3-43V210-80-NC电磁阀示意图1.5系统的I/O分配设计在设计控制电路之前我们将对PLC的I/O口进行分析和分配。在设计方案中，我们将使用到向左和向右的两个手动启动按钮，分别对应的输入口为X3和X4，系统停止按钮对应输入口为X1，在A、B、C、限位点对应的分别X12、X10、X11、热继电器为X5，车厢手动翻转为和手动归位分别为X6和X7，Y0和Y1对应着小车的右行和左行，翻转电磁阀和归位电磁阀分别为Y2和Y3，运行指示、自动指示和故障指示分别为Y4、Y5和Y6，装料电磁阀为Y7，具体I/O分配如下图所示：表3-1I/O分配设计表输入功能输入地址输出功能输出地址系统启动X0小车右行Y0系统停止X1小车左行Y1手自动选择X2翻转电磁阀Y2手动右行X3归位电磁阀Y3手动左行X4运行指示Y4热继电器X5自动指示Y5车厢手动翻转X6故障指示Y6车厢手动归位X7装料电磁阀Y7B地右行限位X10C地右行限位X11A地原位限位X12左行极限限位X13反转限位X14归位限位X15右行极限限位X161.6系统的主电路设计根据装卸料小车控制系统的设计内容和方案,对系统的主电路进行设计,系统主电路主要为装卸料小车电动机的设计,该电动机设计需要实现电机正反转控制,对于该电动机的主电路设计,需要电器元件包含了断路器、接触器、热继电器等。断路器的主要作用是通断电动机的主回路，并且实现电动机的过流、短路保护。断路器的额定电流为电动机额定电流的1.5倍到2.5倍。按照1.5倍系数进行计算。按照电动机的容量，选择的断路器型号为DZ47-603P系列断路器。接触器的主要作用是实现主电路触点接通或断开，电动机的启动和停止操作，需要控制系统发出执行命令来控制电动机的启停操作，所以必须要有吸合线圈的动作才能控制交流接触器的主触点接通或断开。选择的交流接触器型号为CJX2-0910AC220V系列。热继电器的主要作用保护电动机过载，由于外部的负载不稳定，电动机拖动负载是变化的。如果外部的负载超过了电动机的承受能力，电动机将很快发热，当电动机温度到达一定临界值时，电动机将会烧坏。选择的热继电器产品型号为JRS1-D09316系列。在主电路设计中，QF为断路器的电气符号、KM为接触器的电气符号，FR为热继电器的电气符号。图3-5小车主电路接线图1.7系统的PLC电路设计在装卸料小车控制系统的硬件设计中，PLC的硬件设计为重要部分的设计，也是决定系统是否正常运行的关键部分。根据设备的选型，选用的PLC型号为FX3U-48MR，电源输入电压等级为AC220V，输入输出端子为继电器型端子。PLC包含了编程电缆接口接口，以及各种PLC状态指示灯。根据系统的I/O分配可知，需要设计输入部分包含了外部按钮启停和方式转换、传感器信号输入、系统保护输入等，输出部分包含了执行元件线圈输出、指示灯输出等。对于PLC的接线，要严格按照系统的I/O分配进行接线设计，这样做的目的是对每个端子的功能进行确定，以便于后期程序设计方便查询，后期调试方便。具体的接线图如下所示。图3-6系统的PLC接线设计图

第2章装卸料运输小车的软件设计2.1编程软件的应用装卸料小车控制系统采用的PLC为FX系列PLC,该系列产品的编程设计软件为GX-Works2.该软件安装在WINDOW操作系统中,可以实现对FX系列的PLC程序设计和监控.该软件可以完成系统的组态设计、程序编译、变量建立、在线监控和下载以及特殊功能块的设置等，软件功能全面，设计梯形图指令丰富，能够完成各种特定功能的实现。该软件可以实现程序下载通讯、MODBUS通讯设计、可以与外界其他设备之间进行数据交互。在进行程序下载时，需要采用专用的通讯电缆，设置好电缆驱动的地址、波特率等，就可以将编译好的梯形图下载到PLC，并可以实现在线监控和修改。GX-Works2软件的界面主要由菜单栏、工具栏、状态栏以及程序编译区域、变量表区域等部分组成。该软件功能丰富，对于初学者来说，可以借助软件的“帮助”来进行学习和查询，了解指令的使用和实例。对相关特殊功能的组态等有详细介绍。当程序设计完成后，通过“编译”可以检查程序是否有错误，并且按照相关提示解决相关错误。对于在线监控程序,可以通过状态表观察每个变量当前的数值。GX-Works2软件的界面如下所示。图4-1GXWorks2软件编程界面2.2系统的功能流程设计按照装卸料小车的功能要求和系统设计方案，对系统的功能流程图设计如下图4-2所示。图4-2系统功能流程图根据以上的功能流程设计，具体分析如下：（1）当PLC上电后，系统开始进行程序循环扫描，首先判断当前时自动控制方式还是手动控制方式。如果是手动控制方式，通过外部的手动按钮，点动控制实现电机的右行和左行，或者电磁阀的翻转和归位等。（2）当选择为自动控制时，按下系统启动按钮，系统开始按照自动控制流程进行运行，主要采用顺序控制的方法，通过定时器延时和外部限位判断进行动作切换。当运行时，小车首先完成回位，当小车回位到原位后，通过装料电磁阀控制进行装料，装料时间通过定时器延时，延时200秒后，装料完毕。装卸料小车开始右行，当装卸料小车右行到B地，碰触B地的限位开关后停止，车厢开始翻转，当翻转到位后，开始卸料，卸料延时250秒后，车厢开始返回原位。当返回原位后，装卸料小车开始左行，当左行到装料位置后，继续开始装料，重复以上步骤，将料运往C地进行卸料，卸料完毕后回到原位。（3）根据此控制流程图，按照经验设计和顺序控制思路的方法进行梯形图设计，完成上述动作的功能。2.3系统的程序设计2.1.1手动控制程序首先系统进行手自动判断，当当前为手动控制时，通过外部按钮X3和X4来实现小车的手动右行和手动左行；通过外部按钮X6和X7来实现车厢的翻转和归位。2.1.2自动控制程序当目前为自动控制位时，通过外部X0按钮输入，系统自动启动，M10得电并自锁。当M10得电自锁后，上升沿进行小车归位操作，当小车归位后，M11置位，小车开始进行装料，装料电磁阀打开。当延时200秒时间到后，T1动作，将M12置位、M11复位，小车开始右行。当小车右行到B地后，碰触X10限位，小车停止，此时M14置位，M13复位，车厢开始翻转，当翻转到位后,M15置位，M14复位，此时小车开始卸料，卸料时间为250秒，T2定时器到后，卸料完毕，M16置位、M15复位，小车开始归位，当归位到位后，M17置位，M16复位，小车开始后行，当小车后行到位后，M18置位，M17复位，小车开始装料，进入下一循环。程序如下。当系统停止运行时，将所有自动运行的位全部复位。当系统下次启动后能正常运行。2.1.3外部输出控制程序当手动M1得电、或者自动M13、M19得电时，在右行极限限位的保护下，Y0输出，小车右行；当手动M2得电、或者自动M16、M23得电时，在左行极限限位的保护下，Y1输出，小车左行；当手动M3得电、或者自动M14、M20得电后，Y2输出，电磁阀翻转输出；当手动M4得电、或自动M16、M22得电后，Y3输出，电磁阀归位输出。当自动位输出后，显示自动运行，当故障输入后，显示当前故障。2.4系统的模拟运行根据装卸料运输小车控制系统的硬件设计和软件设计，需要对系统进行调试。在装卸料运输小车控制系统中，主要设计的功能为该系统的小车A地装料，B地和C地卸料的控制，在装卸料小车控制系统调试过程中，采用系统专用的仿真软件进行系统的调试，每个编程软件都具备调试功能和在线仿真功能，在GX-works编程软件中集成了仿真软件，可以实现外部X的输入，Y