电气控制与PLC课程设计报告工业铲车操作控制

1、电气控制与PLC课程设计课题：工业铲车操作控制 系 别： 电气与电子工程系 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 河南城建学院2013年 6月 21 日成绩评定一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。二、评分课程设计成绩评定成绩： （五级制）指导教师签字 年 月 日目录第一章 引言3第二章 系统总体设计方案42. 1系统硬件配置及组成原理42.1.1 PLC的选型及硬件结构42.1.2 PLC的工作原理42.1.3驱动部分设计52.1.4传动部分设计52.2 I/O地址分配表52.3系统接线图设计62.4 系统可靠性设计7第三章 控制系统设计73.1 控制程

2、序流程图设计73.2控制程序设计思路73.2.1工业铲车操作控制系统的控制要求73.2.2控制要求分析83.3工业铲车的创新设计8第四章系统调试及结果分析104.1系统调试及解决的问题104.2结果分析11结束语12参考文献12附录13 第一章 引言 近年来，随着自动化技术的不断发展，PLC逐渐代替复杂的电器及接线而成为控制设备的核心。而早期的自动控制系统是依靠继电接触器来实现的，其采用固定接线，通用性和灵活性差；又采用触点的开关动作，工作频率低，触点已损坏，可靠性差。而可编程逻辑控制器（Programable Controller Logic）,是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下

3、应用而设计。它采用可编程的逻辑存储器，用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数操作的指令。并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 本课程设计提出了对其自动化设计路线和思想，应用了PLC进行自动化控制的方案；采用三菱FX2N系列编程器对工业铲车控制部分进行路线控制，可以很容易的实现完成逻辑，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化控制，提高了生产效率，对其他的生产机械有一定的借鉴意义。 通过PL

4、C实现对一工业铲车操作的控制，其要实现的目标是可将货物铲起或放下，并能作前进、后退、左转、右转的操作，要求动作过程如下：铲起向前0.5米左转90度后向前0.5米右转90度后向前0.5米右转90度后后退0.5米放下。第二章 系统总体设计方案2.1系统硬件配置及组成原理2.1.1 PLC的选型及硬件结构 工业铲车操作控制需要有9个输入端口，6个输出端口， 通常I/O点数按实际需要的10%15%考虑备用量。因此可以选择三菱的FX2N32MRD，它表示的是FX2N系列,有32个I/O总点数，M是基本单元,继电器输出,24V直流输出型且体积小，重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的

5、连接，所以采用三菱32个端口的对工业铲车进行自动控制。PLC的型号也有FX2N-48MR-001和FX2N-16ER，但考虑到裕量，在该次设计中没有选择这些PLC。 PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口、电源、扩展接口、通信接口等组成。 1.中央处理器 可编程逻辑控制器的中央处理器通常采用通用微处理器，它按照PLC系统程序赋予的功能处理用户的各项指令。 2.存储器 可编程序控制器的存储器分为系统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；存放用户程序的存储器称为用户程序存储器

6、，所以又分为用户程序存储器和数据存储器两部分。 3.输入输出接口电路 输入输出信号有开关量、模拟量数字量三种，在我们接触的信号中，开关量最为普遍。 4.电源 PLC的电源在整个系统中起到非常重要的作用。一般交流电压波动在10%的范围内，可以不采用其它措施将PLC直接连到电网中去。 5.扩展接口 扩展接口拥有将扩展单元与基本单元相连。 6.通信接口 为了实现人机或机器与机器之间的对话，PLC配有多种通信接口，PLC通过这些接口可以与监视器、打印机、以及其它的PLC及计算机相连。 2.1.2 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

7、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映象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。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象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。 (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(梯形图)。在扫描每一条梯形图时

8、，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映象区中对应位的状态；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映象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映象区或系统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

9、描周期才能对排在其上面的程序起作用。 (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映象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。 2.1.3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

10、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。 其电机接线图如下： 图2.1 主电路控制图 2.1.4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，电机接线图和驱动部分的接线相同。 2.2 I/O地址分配表输入/输出分配表工业铲车控制系统的I/O分配表2.1SB0开始按钮X0KM1铲起Y0SB1预停按钮X1KM2前进Y1SQ1限位开关1X2KM3后退Y2S

11、Q2限位开关2X3KM4放下Y3SQ3限位开关3X4KM5左转90度Y4SQ4SQ5SQ6SQ7限位开关4限位开关5限位开关6限位开关7X5X6X7X10KM6右转90度Y5 表2.1 I/O分配表 2.3系统接线图设计用三棱FX2N32MTDPLC实现工业铲车控制系统的I/O接线，如图2.2所示 X0 X1 Y0X2 Y1 X3 Y2X4 Y3X5 Y4X6 Y5X7 X10 COM COM ss KM1起动 铲起SB1 停止KM3SB2前进0.5m行程开关行程开关SQ1KM5左转90度 行程开关33333KM4 右转90度 SQ2行程开关4KM4后退0.5m SQ3行程开关5SQ4KM2

12、放下行程开关6SQ5AC 220V 行程开关 DC 24V 图2.2 PLC外部接线图2.4 系统可靠性设计 PLC是专门为工作坏境设计的控制装置。虽然PLC具有很高的可靠性，并且有很强的的抗干扰能力，但在过于恶劣的环境或安装使用不当等情况下，都有可能引起PLC内部信息的破坏，不能保证系统正常运行。为了提高PLC系统运行的可靠性，使用时应注意以下问题： （1） 适合的工作坏境：温度 湿度 空气 振动 干扰源 （2）安装与布线：电源安装 合理布线 （3）PLC一般最好单独接地，也可以采用公共接地，但禁止使用串联接地方式 第三章 控制系统设计3.1 控制程序流程图设计按照设计操作要求，工业铲车的工

13、作流程图如图所示 图3.1 操作流程图3.2控制程序设计思路3.2.1工业铲车操作控制系统的控制要求 工业铲车操作控制系统示意图如图 图3.2 工业铲车操作控制系统示意图 控制要求：小车有电机驱动，电机正转前进，反转后退。初始时，小车停于初始位置，限位开关SQ1压合。 (1) 按下开始按钮，小车开始铲起物品。10秒后铲物结束，小车按规定路线经过压合SQ2,SQ3,SQ4,前往目的地，压合SQ5放下物品。 (2) 10秒后放物结束，按图路线返回原地，压合SQ1再次开始铲起物品如此循环。 （3）设置预停按钮，小车在工作中若按下预停按钮，则小车完成一次循环后，停于初始位置。 3.2.2控制要求分析

14、开启系统后，小车应停于初始位置，SQ1压合。然后按照规定完成动作（铲起 向前0.5米 左转90度后，向前0.5米 右转90度后，向前0.5米 右转90度后，后退0.5米 放下）。最后返回初始位置。系统设定限位开关压合则做相应的90度旋转，旋转时间为五秒。预停按钮的设计，可在按下预停按钮后，是小车完成一个循环后，不再进入下一次循环。在将其按控制要求用顺序功能图表示，依次按顺序完成路线。在刚开始的设计中采用梯形图直接设计，由于时间继电器在计时到后就又很快复位，从而控制的输出继电器互锁较麻烦，且不容易断开，不能很好的达到设计要求。利用状态梯形图，在给出一个M8002的脉冲后驱动开始程序运行，当打开开

15、关后直接控制铲起的动作，当设定的时间到后，利用时间继电器驱动后面的负载，依次实现设计要求。3.3工业铲车的创新设计 利用三菱fx2n-32mt-d型号的plc,同时采用周期性循环扫描的工作方式简单直观，便于程序的设计，并未可靠运行提供了保障，增强抗干扰能力。辅助继电器的应用使程序表达更简单易懂，在程序的最后加了原点限位开关，使在完成一个周期后自动的循环到下一个周期，设计的预停按钮可以在完成一个周期后停车。 工业铲车操作时的状态转移图如下图所示 图3.3顺序功能图 第四章系统调试及结果分析4.1系统调试及解决的问题 单击“梯形图逻辑测试启动/结束”按钮，将所需按钮强制为需要状态，然后单击“菜单启

16、动（S)”“继电器内存监视” “软元件（D）” “软元件窗口（B)”可观察如下仿真图 （a） (b) (c) 图4.1 (a)(b) (c)铲起仿真图 图4.2前进仿真图 图4.3左转仿真图 通过对状态梯形图仿真能够发现在铲车操作过程中出现的问题，在刚开始由于没有加互锁导致在仿真中有多个输出，且互锁较复杂故采用状态梯形图，只有激活的程序段才能被扫描执行，而且被激活的状态自动关闭激活它的前个状态，从而使问题得到解决。4.2结果分析 在设计好铲车操作控制的梯形图后经过分析修改可以实现其左转右转，前进后退，铲起放下，满足设计要求。 结束语 通过本次课程设计，我认识到了知识和现实的区别，深刻体会到PL

17、C技术的广泛应用。它让我对学过的PLC知识进行了巩固，同时也让我了解简单的工业机器控制。本设计涉及到可编程控制技器应用技术、数字电子技术等学科。让我对电气专业知识有了更深的理解。在这次课程设计过程中，我掌握了网络上查找资料方法技巧,其中包括： FX2N-32MR-D等，为本次课程设计提供了一定的资料。 本次课程设计的阶段:开始我不是很会做,在通过与同学相互讨论，不段的学习中,最后经过查阅资料书以及网上查找，终于较完满的完成了任务。感谢老师的对我们耐心的指导！通过本次课程设计，我算是有了很大的收获。不但对PLC有了更为深入的了解，对一个课题如何画流程图，编程软件等也有了一定的认识，对工业铲车有了深刻的认知,希望在以后的大学生活当中我能学到更多的知识。 参考文献1 林小峰.可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社.19942 田瑞庭.可编程控制器应用技术.北京：机械工业出版社.1994 3 张万忠.可