《机电传动控制课程设计》报告工业铲车操作控制

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1、襄 樊 学 院机电传动控制课程设计报告题 目工业铲车操作控制专 业机械设计制造及其自动化班 级机制0411姓 名学 号指导教师职 称 讲师2007年 7 月 2日摘 要 工业铲车自动化及智能化程度低，本文提出了对其进行自动化改造的技术路线和具体思路，论述了应用PLC进行自动化控制的方案；采用三菱PLC编程器对工业铲车控制部分进行线路控制，可以很容易实现完成逻辑、顺序、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控制，提高了生产效率，对其它的生产机械有一定的借鉴意义。关键词：PLC控制、工业铲车、线路保护目 录第一章 前言11.1工

2、业铲车简介11.2 工业铲车控制系统进行PLC改造的目的及意义1第二章 PLC及工业铲车的PLC控制22.1 PLC的由来及定义22.2 PLC的发展历程22.3 PLC的特点2第三章 工业铲车仿真模型的设计与组装43.1 驱动部分设计43.2 传动部分设计43.3 组装模型 （实物模型）43.4 控制器及接线盒4第四章 PLC控制程序的设计74.1 I/O分析74.2 PLC的选择74.3 FX2N系列编程器介绍74.4 确定各元件的编号，分配I/O地址84.5程序设计说明（各逻辑行的作用见图1-3）9第五章 总结12参考文献：13附 录13装订线襄樊学院 课程设计报告纸第一章 前言1.1工

3、业铲车简介 铲车是用来装零散坚固的货物的，一般以建筑材料为主，如碎石、砂土等，铲车一般用在建筑工地、建筑材料集散地，用于装车，有时也用于铲土和铲雪及地面平整等用途；工业铲车一般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。1.2 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

4、操作运行。50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，它部分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“危险”集中。70年代末，分散型控制系统(dcs)进入工控领域，解决了“危险”集中的问题，还解决了一些复杂的控制。dcs可建立通信网络，为大工厂生产带来许多方便，但其价格一直居高不下。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，

5、使工控机的功能更加强化。 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。 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控制扩大到模拟量控制领域，广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。 在工业铲车中运

6、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的能力有一定的帮助。 第二章 PLC及工业铲车的PLC控制2.1 PLC的由来及定义 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC

7、）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 2.2 P

8、LC的发展历程第一代：1969年1972年，代表产品有美国DEC公司的PDP-14/L日本立石电机公司的SCY-022日本北辰电机公司的HOSC-20第二代：1973年1975年，代表产品有美国GE公司的LOGISTROT德国SIEMENS公司的SIMATIC S3、S4系列日本富士电机公司的SC系列第三代：19761983年，代表产品有美国GOULD公司的M84、484、584、684、884德国SIEMENS公司的SIMATIC S5系列日本三菱公司的MELPLAC-50、550第四代：1983年现在，代表产品有美国GOULD公司的A5900德国西门子公司的S7系列2.3 PLC的特点 1

9、 ) 高可靠性 PLC是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中采取了多层次抗干扰、精选元件的措施，可在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作，运行的稳定性和可靠性较高。PLC是以集成电路为基本单元的电子设备，内部处理不依赖于接点，元件的寿命长，平均无故障工作时间高。 2)编程简单易学 PLC的最大特点之一，就是采用易学易懂的梯形图语言，它是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型，形成一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言。方便电气人员在了解PLC工作原理和它的编程技术后，就可迅速地结合实际需要进行应用设计，进而将PLC用于实际控制系统中。 3)安装简单、调试方便、维护工作量小 PLC

10、控制系统的安装接线工作量比继电器控制系统少得多，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O口相连。PLC软件设计和调试大部分可以在实验室模拟进行，模拟调试好后再将PLC控制系统进行现场联机调试，方便省时。其本身可靠性高，有完善的自诊断能力和系统监控能力，方便迅速故障查明和排除，维护的工作效率高。第三章 工业铲车仿真模型的设计与组装3.1 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

11、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。3.2 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。3.3 组装模型 （实物模型）3.4 控制器及接线盒控制器采用的是日本三菱公司（MITSUBISHI）的（MELSEC FX2N32MR）型号。有一个PLC电缆接口，通过PLC

12、电缆的另一端与计算机的COM口相连，通电后，使用PLC编程软件就可以将程序通过COM口输入此控制器，此控制器共有INPUT和OUTPUT各17个指示灯，电源（POWER）指示灯一个，运行（RUN）指示灯一个，BATT.V指示灯一个，程序指示灯（PROGE）指示灯一个。接线盒有OUTPUT0019和INPUT0019各20个接口，中间还有公共端COM接口，公共接地端GND接口，一个24伏电压接口，当然这些接口都通过电线与控制器相连接，这样才能在控制器运行时，通过导线与起重机模型的连接，对PLC程序做出相应反应。将控制器与天车模型按照以下方法连接的： OUTPUT 00 接左轮电机正反转控制插孔

13、ZF1 OUTPUT 01 接左轮电机通断控制插孔 TD1 OUTPUT 02 接右轮电机正反转控制插孔 ZF2 OUTPUT 03 接右轮电机通断控制插孔 TD2 OUTPUT 04 接纵向电机正反转控制插孔 ZF3 OUTPUT 05 接纵向电机通断控制插孔 TD3 COM： 公共端使用时接地或24，与S、S2、G1 、G2共同使用 GND： 公共接地端 操作原理为： 1、 ZF1、ZF2、ZF3端是各电机正反转的控制端。接PLC的输出端 当ZF1=1时 左轮电机由左向右移动 当ZF1=0时 左轮电机由右向左移动 当ZF2=1时 右轮电机由左向右移动 当ZF2=0时 右轮电机由右向左移动

14、当ZF3=1时 纵向电机由上向下移动 当ZF3=0时 纵向电机由下向上移动 2、TD1、TD2、TD3为电机运行控制端，接PLC的输出端 当TD1时，左轮电机转动。当TD2时，右轮电机转动。当TD=3时，纵向电机转动。3、S1端为上限位到位信号。 接PLC的输出端。当S11时，纵向移动到上极限。 4、S2端为下限位到位信号。接PLC的输入端。 当S2=1时，纵向移动到下极限。第四章 PLC控制程序的设计4.1 I/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：纵向电机正转，电磁铁由上向下

15、移动，铲爪抓物体，纵向电机反转，由下向上移动，左右轮电机同时正转，实现向前，左轮电机停止右轮电机正转，实现向左转，左轮电机正转右轮电机停止，实现向右转，左右轮电机同时反转，实现后退。其工艺流程图如下： 图1-1程序主流程图4.2 PLC的选择FX2N-48M技术参数：24点输入，8点按键开关，16点拨动开关，20点输出，其中后4点带继电器控制（做外接用，不能转接输入接点），16点不带继电器控制，另外还有一个七段数码管，输出电压：DC 24V，I2A,电流过载保护，电源输入：AC 220V，50HZ4.3 FX2N系列编程器介绍1）输入继电器 （X） 2） 输出继电器 （Y）3） 辅助继电器 （

16、M） 4） 定时器 （T）5）计数器（C）基本逻辑指令包括：1）输入输出指令（LD/LDI/OUT）2）触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI）3) 程序结束指令（END）4.4 确定各元件的编号，分配I/O地址先确定所使用的编程元件编号，PLC是按编号来区别操作元件的。一般讲，配置好的PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相应的，输出点数与输出的控制回路数也是相应的（如果有模拟量，则模拟量的路数与实际的也要相当），故I/O的分配实际上是把PLC的入、出点号分给实际的I/O电路，编程时按点号建立逻辑或控制关系，接线时按点号“对号入坐”进行接线。安装接线图以及现场器件及P

17、LC输入输出对照表如下：图1-2外部接线图输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号M1正启动按扭1SBX000M1正转接触器1KMY0M1反启动按扭1SBX001M1反转接触器1KMY1停止按扭SBX002M2正转接触器2KMY2热继电器KR1X003M2反转接触器2KMY3行程开关1STX004M3正转接触器3KMY4M2正启动按扭2SBX005M3反转接触器3KMY5M2反启动按扭2SBX006热继电器KR2X007行程开关2STX010M2正启动按扭3SB X011M2反启动按扭3SBX012热继电器KR2X013停止按扭SB4X014行程开关3STX015行程开关4STX0

18、16行程开关5STX017总停按钮5SBX0204.5程序设计说明（各逻辑行的作用见图1-3）1）、按下启动按钮5SB，X020闭合，M0接通闭合并自锁。第3逻辑中M0常开触点闭合。按下1SB，纵向电机开始正转，第4逻辑行自锁，第7逻辑行断开，实现互锁，避免电机反转，铲爪开始工作，同时第8逻辑行时间继电器得电开始工作，等货物上升一定的高度停止，完成货物铲起的动作。2）、经过一段时间后，货物在铲爪上，继电器失电，按下X005和X011，左右轮的电机同时正转，第14、17逻辑行中的Y3、Y4同时自锁，保证铲车向前行走。3）、向前行走一段距离，碰到行程开关X010，左轮电机停止转动，右轮电机保持正转

19、，实现左转动作，完成后，左轮电机继续正转，铲车继续向前行走。4）、行走一段距离，碰到行程开关X015，右轮电机停止转动，左轮电机保持正转，实现右转动作，完成后，右轮电机继续正转，铲车继续向前行走。5）、行走一段距离碰到形成开关X016，右轮电机停止转动，左轮电机保持正转，实现右转动作，完成后，第22逻辑行X016闭合，时间继电器M2开始工作，第15、21逻辑行中的M2接通，左右轮电机同时反转，实现后退动作。6）、按下第5逻辑行中的X005，纵向电机反转，第6逻辑行的Y1自锁，第7逻辑行的Y0断开，实现互锁，保证电机只做反转的动作，放下货物。图1-3第五章 总结经过近一个星期的课程设计，感觉受益

20、非浅，虽然PLC在做实验的时候也接触过，但都是简单明了的，外部接线图都是现成的，直接拿线对号入座，更谈不上是设计一些实用的东西，PLC在机械中的设计应用也只是个模糊的概念。选定题目后，由于是第一次见到，一时比较茫然。在老师的帮助下，获得了一些资料后，头脑里开始有了一个比较明确的概念，也明确了目标。但是，毕竟对书本太依赖，没有充分展开思维，没有把学到的知识应用到实际设计当中去，最后通过与同学探讨，看一些PLC的实例编程，有所眉目，最终完成了本次设计。在设计中，我发现了自身的一些问题并准备在以后的学习中努力改正。1. 知识面不够宽。要学会找资料，应用现有资料。2. 基础不够扎实。在书本上学到的东西不能实之以用用到具体的设计当中去。3. 在设计当中，有时会因为一个零件的设计而花太长的时间，没有考虑到用其它的零件代替。 参考文献：1. 贺哲荣，石帅军.流行PLC实用程序及设计M.西安：西安电子科技大学出版社，2006.3 2. 伟恒升集团编.三菱PLC用户手册Z.北京：北京伟恒升科技发展公司,2004.3.邓星钟.机电传动控制（第三版）M.武汉：华中科技大学出版社.2001. 附 录吊车控制程序的指令表吊车控制程序的梯形图 第 13 页