電氣控制技術(shù)課程設(shè)計工業(yè)鏟車操作控制設(shè)計

1、目錄一、課程設(shè)計任務(wù)書1二、plc與工業(yè)鏟車的簡介5（一）plc簡介5（二）工業(yè)鏟車的簡介7三、任務(wù)及要求7（一）設(shè)計任務(wù)7（二）設(shè)計要求7四、設(shè)計思想8（一）硬件設(shè)計8（1）工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)的控制要求8（2）控制要求分析8（3）電路器件選用9（4）電源接線圖9（5）工業(yè)鏟車主電路圖10（6）工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)電路的編號12（二）軟件設(shè)計14 （1）順序功能圖14（2）梯形圖17（3）指令表19五、設(shè)計總結(jié)21參考文獻(xiàn)22電氣控制技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書系（院）：信息學(xué)院 專業(yè)：自動化 年級：2008級學(xué) 號 姓 名 設(shè)計題目工業(yè)鏟車操作控制設(shè)計設(shè)計目的1) 掌握低壓電器的選用、可編程控制器硬件電

2、路的設(shè)計方法。2) 熟練使用小型可編程控制器的編程軟件，掌握可編程控制器軟件程序的設(shè)計思路和梯形圖的設(shè)計方法。3) 掌握可編程控制器程序的應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試、監(jiān)控、運行方法。4) 通過課程設(shè)計培養(yǎng)查閱資料（圖書、網(wǎng)絡(luò)）、工具書的能力，培養(yǎng)工程繪圖、書寫技術(shù)報告的能力。5) 通過課程設(shè)計，將電氣控制技術(shù)課程所獲知識在工程設(shè)計工作中綜合地加以應(yīng)用，使理論知識和實踐結(jié)合起來。設(shè)計內(nèi)容利用plc對工業(yè)鏟車操作進(jìn)行控制，設(shè)鏟車可將貨物鏟起或放下，并能作前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的操作，要求動作過程如下：鏟起： 向前0.5米 左轉(zhuǎn)90度后，向前0.5米 右轉(zhuǎn)90度后，向前0.5米 右轉(zhuǎn)90度后，后退0.5米 放下

3、。設(shè)計要求1、設(shè)計系統(tǒng)的plc外部接線圖2、系統(tǒng)的操作面板3、設(shè)計好順序功能圖3、系統(tǒng)的t形圖課程設(shè)計應(yīng)完成的工作1.據(jù)控制要求，分析控制系統(tǒng)，完成系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。 2.搭建實際電路或借助plc實驗箱完成調(diào)試。3.完成課程設(shè)計報告書其中：電氣控制原理圖用cad軟件繪制；程序用抓圖軟件抓圖粘貼。進(jìn)程安排 1、搜集資料 2天 2、電路設(shè)計和程序設(shè)計 7天 3、系統(tǒng)的調(diào)試、監(jiān)控、運行 3天4、撰寫設(shè)計報告 2天應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)二、plc與工業(yè)鏟車的簡介：（一）plc簡介：1.plc的發(fā)展歷程與組成元件可編程控制器（programmable controller）是計算機家族中的一員，是為

4、工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（programmable logic controller），簡稱plc，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與個人計算機（personal computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱plc。個人計算機（簡稱pc）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為programmable logic controller（plc）。 1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制出第

5、一臺plc，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可*性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971日本從美國引進(jìn)了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺plc。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺plc。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。lc的基本概念 - plc的定義 plc具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。plc在工業(yè)

6、自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 plc的構(gòu)成：從結(jié)構(gòu)上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。cpu的構(gòu)成：cpu是plc的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套plc至少有一個cpu，它按plc的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn) 場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯

7、誤等。進(jìn)入運行后，從用戶程序存貯器 中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。cpu主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。plc的通信聯(lián)網(wǎng)：依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就

8、是控制器的觀點說法。 plc具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使plc與plc 之間、plc與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)plc具有rs-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。plc的通信現(xiàn)在主要采用通過多點接口（mpi）的數(shù)據(jù)通訊、profibus 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 2. plc控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則 最大限度的滿足被控對象的控制要求。 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。保證控制系統(tǒng)安全可靠?？紤]到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇plc容量時應(yīng)適當(dāng)留有余量。3. plc軟件系統(tǒng)及常用編程語言 plc軟

9、件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機、將程序語言翻譯成機器語言，診斷機器故 障。系統(tǒng)軟件由plc廠家提供并已固化在eprom中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用plc的程序語言編制的應(yīng)用程序（也就是 邏輯控制）用來實現(xiàn)各種控制。step7是用于simatic可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用step7來進(jìn)行硬 件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。plc提供的編程語言：標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點：它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的

10、繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。 梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是plc輸入點接的開關(guān)也可以是plc內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。 梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供cpu內(nèi)部使用。plc是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。 語句表語言，類似于匯編語言。邏輯功能圖語言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來表達(dá)，一般一個運算框表示一個功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。（

11、二）工業(yè)鏟車的簡介：鏟車又叫裝載機，是在動力機械的基礎(chǔ)上，采用液壓控制鏟斗升降和翻轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對砂石、水泥、糧食、土、煤等散裝物料的鏟運及裝載。鏟車也可進(jìn)行輕度的鏟掘工作，通過換裝相應(yīng)的工作裝置，還可進(jìn)行推土、起重、裝卸木料及鋼管等作業(yè)。廣泛應(yīng)用于建筑工程、筑路工程、農(nóng)田水利工程、環(huán)衛(wèi)垃圾、磚窯廠、煤廠、砂石廠，用于砂石、水泥、糧食、土、煤等散裝物料的鏟運及裝載。鏟車種類很多。根據(jù)發(fā)動機功率可分為小型（功率小于74千瓦）、中型（功率在74147千瓦間）、大型（功率在147515千瓦間）和特大型（功率大于515千瓦）鏟車4種。根據(jù)行走系結(jié)構(gòu)可分為輪胎式和履帶式兩種。其中輪胎式鏟車按其車架結(jié)構(gòu)型式

12、和轉(zhuǎn)向方式又可分為鉸接車架折腰轉(zhuǎn)向、整體車架偏轉(zhuǎn)車輪和差速轉(zhuǎn)向鏟車3種。根據(jù)卸載方式可分為前卸式（前端式）鏟車和回轉(zhuǎn)式鏟車兩種。根據(jù)作業(yè)過程的特點可分為間歇作業(yè)式（如單斗鏟車）和連續(xù)動作式（如螺旋式、圓盤式、轉(zhuǎn)筒式等）鏟車。鏟車裝載物料時，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在很大程度上取決于作業(yè)方式。常見的作業(yè)方式有i形作業(yè)法、v形作業(yè)法和l形作業(yè)法等。三、任務(wù)及要求（一）設(shè)計任務(wù)利用plc對工業(yè)鏟車操作進(jìn)行控制，設(shè)鏟車可將貨物鏟起或放下，并能作前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的操作，要求動作過程如下：鏟起： 向前0.5米 左轉(zhuǎn)90度后，向前0.5米 右轉(zhuǎn)90度后，向前0.5米 右轉(zhuǎn)90度后，后退0.5米 放下。（二）設(shè)計

13、要求1、設(shè)計系統(tǒng)的plc外部接線圖2、系統(tǒng)的操作面板3、設(shè)計好順序功能圖、系統(tǒng)的t形圖四、設(shè)計思想:（一）硬件設(shè)計1.工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)的控制要求工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)示意圖如圖31所示：0.5m0.5msq5目的地初始位置sq10.5m0.5m0.5m1.5m1msq2sq3sq4sq6sq73-1工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)示意圖控制要求：小車有電機驅(qū)動，電機正轉(zhuǎn)前進(jìn)，反轉(zhuǎn)后退。初始時，小車停于初始位置，限位開關(guān)sq1壓合。(1) 按下開始按鈕，小車開始鏟起物品。10秒后鏟物結(jié)束，小車按規(guī)定路線經(jīng)過壓合sq2,sq3,sq4,前往目的地，壓合sq5放下物品。(2) 10秒后放物結(jié)束，按圖路線返回原

14、地，壓合sq1再次開始鏟起物品如此循環(huán)。(3) 設(shè)置預(yù)停按鈕，小車在工作中若按下預(yù)停按鈕，則小車完成一次循環(huán)后，停于初始位置。2. 控制要求分析開啟系統(tǒng)后，小車應(yīng)停于初始位置，sq1壓合。然后按照規(guī)定完成動作（鏟起 向前0.5米 左轉(zhuǎn)90度后，向前0.5米 右轉(zhuǎn)90度后，向前0.5米 右轉(zhuǎn)90度后，后退0.5米 放下）。最后返回初始位置。系統(tǒng)設(shè)定限位開關(guān)壓合則做相應(yīng)的90度旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時間為五秒。預(yù)停按鈕的設(shè)計，可在按下預(yù)停按鈕后，是小車完成一個循環(huán)后，不再進(jìn)入下一次循環(huán)。3.電路器件選用序號名稱符號型號規(guī)格數(shù)量1接觸器km1 km2 km3 km4 km5 km6cj20-20/110v62控

15、制按鈕sb0 sb1ac 380v(50hz 60hz)23行程開關(guān)sq1sq7lx5系列行程開關(guān)74熔斷器furt14/ rt1865時間繼電器tjs14a106中間繼電器mz35-jz-31b157導(dǎo)線jklyj-10kv-50若干8電動機y200l1-22y200l2-21電動機參數(shù)型號額定功率kw 額定電流 a轉(zhuǎn)速 r/min效率 %功率因數(shù)cos最大轉(zhuǎn)矩倍y200l1-23056.9295090.00.892.2y200l2-23769.8295090.50.892.24.電源接線圖5. 工業(yè)鏟車主電路圖(1)控制鏟車前進(jìn)和后退電路(2)控制鏟車抓起與放下電路6.工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)電路

16、的編號（1）輸入/輸出分配表工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)的i/o分配表見表32 輸入輸出元件代號作用輸入繼電器元件代號作用輸出繼電器sb0開始按鈕x0km1鏟起y0sb1預(yù)停按鈕x1km2前進(jìn)y1sq1限位開關(guān)1x2km3后退y2sq2限位開關(guān)2x3km4放下y3sq3限位開關(guān)3x4km5左轉(zhuǎn)90度y4sq4限位開關(guān)4x5km6右轉(zhuǎn)90度y5sq5限位開關(guān)5x6sq6限位開關(guān)6x7sq7限位開關(guān)7x8工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)i/o分配表（2）i/o接線圖用三棱fx2n32mtdplc實現(xiàn)工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)的i/o接線，如圖33所示。圖33 工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)的i/o接線圖（二）軟件設(shè)計1.順序功能圖工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)的順序功能圖如圖34 2.梯形圖圖35 工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)的梯形圖3.指令表工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)的指令表如表36五、設(shè)計總結(jié):通過本次課程設(shè)計，我認(rèn)識到了知識和現(xiàn)實的區(qū)別，深刻體會到plc技術(shù)的廣泛應(yīng)用。它讓我對學(xué)過的plc知識進(jìn)行了鞏固，同時也讓我了解簡單的工業(yè)機器控制。本設(shè)計涉及到可編程控制技器應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等學(xué)科。讓我對電氣專業(yè)知識有了更深的理解。在這次課程設(shè)計過程中，我掌握了網(wǎng)絡(luò)上查找資料方法技巧,其中包括：fx2n-32mt-d等，為本次課程設(shè)計提供了一定的資料。本次課程設(shè)計的階段:開始我不是很會做,在通過與同學(xué)相互討論，不段的學(xué)習(xí)中,最后經(jīng)過指導(dǎo)老師王君普老師的耐心