PLC课设 电瓶叉车举升和行走系统PLC自动控制

1、电气工程学院课程设计任务书课程名称： 电气控制与PLC课程设计 基层教学单位：电气工程及自动化系 指导教师： 学号学生姓名（专业）班级设计题目电瓶叉车举升和行走系统PLC自动控制设计技术参数采用PLC构成电瓶叉车举升和行走系统的电气控制。控制要求查阅相关文献。设计要求1) 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制PLC控制程序3) 按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。参考资料1、PLC电气控制技术 漆汉宏主编 机械工业出版社 20082、图书馆各类期刊文献相关数据库3、相关电气设计手册周次第一周第二周应完成内容完成全部方案设计：周一、

2、二：查、阅相关参考资料周二至周五：方案设计周六、日：设计方案完善周一、二：完成设计说明书周三、四：绘制A1设计图纸周五：答辩考核指导教师签字基层教学单位主任签字说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。电气工程学院 教务科摘要：电瓶叉车是物流行业的重要设备，是门架和货叉为工作装置的自行式装卸搬运机械。PLC 的应用也正在不断地走向深入，它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。本文介绍的便是电瓶叉车基于PLC的控制系统，作者从方便简单的控制，更能让操作者更容易入手的角度出发，设计出一款应用于室

3、内搬运的，轻型电瓶叉车举升和行走PLC自动控制系统。能让操作者通过PLC自动控制让电瓶叉车按要求前进后退及停止，电瓶叉车叉架自如上升下降及停止，以达到叉车行走至预想要的位置，叉架完成装卸货物的目的。设计中还本着安全的角度出发，设置了几项保护措施，使电瓶叉车在工作中更加安全，遇到紧急事故也可以迅速处理，减小工作风险。关键词：电瓶叉车，PLC自动控制，方便，安全目录1. 引言42. 设计目的53. 任务与要求54. 硬件系统的设计4.1. 使用控制系统54.2. 系统元器件目录表64.3. 设计参数的计算64.4. 电瓶叉车的控制设计75. 控制系统程序总体设计5.1. 系统控制流程图85.2.

4、系统主电路95.3. PLC控制电路原理图115.4. PLC控制梯形图程序136. 心得体会157. 参考资料16一 引言PLC 是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器，可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类 型的机械和生产过程。PLC 及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形 式一体，易于拓展其功能的原则设计。事实上，PLC 就是以嵌入式 CPU为核心，配以输入，输出等模块，可以方便的用于工业控制领域的装置。PLC 与机器人，计算机帮助设计与制造一起作为现代

5、工业的三大支柱。PLC的用途PLC 的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使 PLC 的成本下降,同时又由于 PLC 的功能大大增强,使 PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化 工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。PLC 的应用通常可分为五种类型： （1）顺序控制 这是 PLC 应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、 随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC 的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能

6、 。（2）运动控制 PLC 制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC 把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动 一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时， 位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。 （3）闭环过程控制 PLC 能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。（4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的 PLC 和计算机数值控制设 备紧密结合的趋向。（5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化系统、柔性制造系统及集散控制系统

7、等发展的需要，必须发展 PLC 之间，PLC 和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC 数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。PLC 的特点有(1)抗干扰能力强，可靠性高，PLC用软件代替大量的中间继 电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器 控制系统的 1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 而 PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部 分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。(2)配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列

8、化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。(3)易学易用，深受工程技术人员欢迎，PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。(4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经 过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(5)体积小，重量轻，能耗低，由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。二设计目的课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践

9、，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活运用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力，查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力，工程绘图能力等。三任务与要求本次课设的任务是采用PLC构成电瓶叉车举升和行走系统的电气控制，根据控制要求，编制PLC控制程序，进行电

10、气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路，编写说明书并绘制A1幅面图纸一张。四硬件系统的设计 4.1.使用控制系统（1）本次设计采用的是三菱FN2N系列可编程序控制器（2）本次设计我选择的是设计1.5t的小型室内电瓶叉车举升和行走控制系统4.2.系统元器件目录表 表1 电瓶叉车举升和行走系统元器件目录表序号文字符号名称数量规格型号备注1FR1-FR2热继电器2TK-E6HN-C额定电流100A2FU1-FU2熔断器12117NH1熔体180A3QF断路器1EA9D132脱扣电流180A4SB1钥匙旋钮1QS-S0062额定电压50V5SB2-SB3叉架控制按钮2LAY37绿色6SB7叉架

11、停止按钮1LAY37红色7SB4-SB6脚踏开关3FKT-NSF-V230额定电压30V8ST1-ST4限位开关4XCE-102额定电压24V9KM1-KM8交流接触器8CJ20J-63A线圈电压AC 60A10HL0-HL4指示灯5GB-3528-60GLED显示AC 24V11VD1-VD6续流二极管6HER3001额定电压50V12V1-V6绝缘栅双极二极管6GT40Q321最大电流80A13R1-R2启动负载电阻2RJ73214M1-M2电动机2Y90L-2三相交流异步电动机15PLC可编程序控制器1FX2N-48MR继电器输出16AC 48V叉车电瓶16-DZM-1048V 56AH

12、/20HR17M0散热电扇1YHW24额定电压24V4.3.设计参数的计算（1）因为是1.5t小型电瓶叉车，选择叉车额定电压24V，额定功率2KW，固选择使用48V电瓶作为稳定的电源输入，再经过三相电压型桥式逆变电路逆变，根据如下公式可知，在经过逆变后48V直流电源转化成为24V交流电源供电动机使用。UUN=0.45Ud（2）根据公式选择降压启动保护电阻的大小为2RST=110(（4Kst/Krt-3）-1)/INKst（3）交流接触器的主触点据公式IP1000KUN=59.5（K取1.4）选择额定电流60A，额定电压25V（4）熔断器根据IR=2IN 选择熔体为180A（5）热继电器根据IR

13、=1.05IN 选择额定电流为100A4.4.电瓶叉车的控制设计（1）和普通汽车一样，叉车靠旋转钥匙启动，在启动后叉车才会得电，并且电源指示灯亮，这时才能进行行走和举升的控制。（2）叉车叉架的举升、下降和停止使用的是按钮控制，举升下降使用的是绿色按钮，停止是红色，要注意的是停止按钮不但连接于PLC控制系统，并且连接在一个抱闸系统上，一旦按下停止键，除了PLC的控制外还有物理抱闸使叉架强制停止下来，这样不但能使控制更精确，而且在遇到紧急情况时也能起到很好的保护作用，使叉车迅速反应。操作界面如下：第一排为指示灯，第二排为操作按钮。图1 电瓶叉车操作界面示意图（3）叉车的前进、后退和停止使用的是像汽

14、车油门一样的脚踏板，共三个，两个踏板分别控制前进和倒退，还有一个控制停止，控制叉车停止的踏板与控制叉架停止的原理相同，除了接于PLC控制系统外，还连接在一个抱闸系统上，踩下停止踏板后，除了PLC的控制外还有物理抱闸使叉架强制停止下来，这样对于叉车的安全使用也十分重要。（4）叉车的变速原理和汽车的完全一样，是用换挡使叉车内部的齿轮连接变化，因为齿轮的大小不同而使转矩发生变化，最后影响到输出转速，使转速变化。因为叉车速度要求低速，并且在电瓶驱动的情况下速度不会很快，所以在这一部分上叉车的档位分为两个，快档和慢档，没有设置倒档，将档位向前挂上，启动便是快速运动，档位向后挂上，启动是慢速运动。并且不用

15、PLC控制，这样是为了电瓶叉车的操作更接近于现实的汽车，使操作人员更容易掌握对叉车的控制。（5）电瓶叉车由方向盘控制转向操作，方向盘直接连于车轮驱动上，不由PLC控制。（6）使用完后停好将钥匙旋转拔下，电瓶叉车便完全断电。五控制系统程序总体设计5.1.系统控制流程图 图2 电瓶叉车举升和行走系统控制流程图5.2.系统主电路图2 电瓶叉车举升和行走系统主电路（1） 电瓶叉车举升和行走系统主电路的设计如图2所示（2） 主电路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM7控制电瓶叉车的行走，通过KM1、KM2的连接及换相连接使电动机正、反转，达到电瓶叉车前进和后退的功能。KM3、KM7起电瓶叉车行走电动

16、机的降压保护作用，可以减小启动电流，延长电动机的使用寿命。（3） 主电路中交流接触器KM4、KM5、KM6、KM8控制电瓶叉车叉架的举升，通过KM4、KM5的连接及换相连接使电动机正、反转，达到电瓶叉车叉架上升和下降功能。KM6、KM8起电瓶叉车叉架的举升电动机的降压保护作用，与上诉一样，可以减小启动电流，延长电动机的使用寿命。（4） QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。（5） V1、V2、V3、V4、V5、V6、VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6构成了三相电压型桥式逆变电路，用于将电瓶提供的稳定的直流电源U转化成三相交流电，以

17、达到使用标准供电动机使用。（6） 电动机M1、M2由热继电器FR1、FR2实现过载保护。（7） 熔断器FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。5.3.PLC控制电路原理图 图3 电瓶叉车举升和行走系统控制电路原理图（1） 控制电路有电源指示灯HL1，由控制开关SB1控制，即钥匙旋钮，在SB1打开后电源开始供电。（2） 使电瓶叉车的行走的电动机M1分别由正传、反转控制叉车的前进和后退，有指示灯HL2、HL3，分别由脚踏开关SB4、SB5控制。使电瓶叉车叉架举升的电动机M2分别由正传、反转控制叉车叉架的上升和下降，有指示灯HL4、HL5，分别由手动开关SB2、SB3控制。（3）

18、 脚踏开关SB6使电瓶叉车停止行走，接触器KM1、KM2、KM3、KM7断电，并且连接抱闸系统使轮胎抱死，手动开关SB7使电瓶叉车叉架停止运动，接触器KM4、KM5、KM6、KM8断电，并且连接爆炸系统使叉架不能动。（4） SB2,、SB3使用复合按钮，保证在叉车叉架上升（下降）时，控制下降（上升）的回路不会接通，形成保护。（5） 控制电瓶叉车行走的接触器KM1、KM2，启动保护的接触器KM3、KM7，控制叉车叉架举升的接触器KM4、KM5，启动保护的接触器KM6、KM8之间，都分别连接了互锁保护，在其中一个触电接通时，另一个不能接通，以防止电源短路。（6） 在电瓶叉车的叉架上下各安装了两个限

19、位开关，分别是ST1、ST2、ST3、ST4，当叉架上升或下降到限位开关位置处，撞块压下ST1或ST2动断触电，使KM4或KM5自动断开，如果由于某种故障工作台到达ST1、ST2位置时，未能使KM4或KM5断电，叉架将继续运动到极限位置，压下ST3或ST4，此时最终把回路断开，电动机停止，这是为保护叉架不脱落而产生事故，起限位保护作用。（7） 电动机M1、M2过载保护分别有热继电器FR1、FR2实现，当电动机过载，FR1、FR2便会自行切断相应回路电源。（8） 控制电瓶叉车的行走和举升的电动机由继电器KM3、KM7、KM6、KM8、R1、R2实现了减压启动，启动时由继电器KM7、KM8接通，通

20、过电阻R1、R2使电动机减压启动，经时间继电器计时三秒后，断开KM7、KM8，同时接通KM3、KM6，使电动机工作在正常状态。（9） 电源接通后回路中有一小型电扇M0工作，用于给电瓶叉车内部电动机散热。5.4.PLC控制梯形图程序 图四 电瓶叉车举升和行走系统PLC控制梯形图程序1 图五 电瓶叉车举升和行走系统PLC控制梯形图程序2表2 电瓶叉车举升和行走系统PLC输入接口功能表序号工位名称文字符号输入口1钥匙启动SB1X0012叉车前进踏板SB4X0023叉车后退踏板SB5X0034叉车刹车踏板SB6X0045叉架上升按钮SB2X0056叉架下降按钮SB3X0067一层上升限位开关ST1X0

21、078一层下降限位开关ST2X0109二层上升限位开关ST3X01110二层下降限位开关ST4X01211M1过载保护热继电器FR1X01312M2过载保护热继电器FR2X01413叉架SB7X015表3 电瓶叉车举升和行走系统PLC输出接口功能表序号工位名称文字符号输出口1电源指示灯HL0Y0002叉车前进接触器KM1Y0013叉车前进指示灯HL1Y0024叉车后退接触器KM2Y0035叉车后退指示灯HL2Y0046叉车保护接触器KM3Y0057叉架上升接触器KM4Y0068叉架上升指示灯HL3Y0079叉架下降接触器KM5Y01010叉架下降指示灯HL4Y01111叉架保护接触器KM6Y01212散热电扇M0Y01313叉车启动保护接触器KM7Y01414叉架启动保护接触器KM8Y015六心得体会两周的课程设计结束了，回顾此次PLC课程设计，在这段时间里，我们慢慢体会了从理论知识到实践应用的过程，不仅巩固了以前所学的知识，也学到了很多在以前书本上所没有学到的东西。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的