工业铲车课程设计(PLC控制）毕业设计（论文)word格式.doc

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1、课程设计（论文）任务书年级专业电气0802电气自动化技术学生姓名李晓炫学号21题目名称工业铲车操作控制设计时间课程名称PLC原理及应用课程编号设计地点一、 课程设计（论文）目的PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。课程设计的目的和任务：全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。二、 已知技术参数和条件利用PLC对工业铲车操作进行控制，设铲车可将货物铲起

2、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。三、 任务和要求1、设计系统的PLC外部接线图2、系统的操作面板3、设计好顺序功能图3、系统的T形图按照要求书写课程设计报告四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）实验室有EL型PLC实验系统4套，FX2N系列实验装置8台，以及相关的软件。 FX2N系列、S7系列产品说明书；FX2N系列实验装置实验指导书；五、进度安排2009年12月16日-18日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2009年12

3、月21日-22日：总体方案设计2009年12月23日-25日：外部接线图2009年12月28日-29日：T形图设计2009年12月31日：系统调试改进2010年1月4日-5日：整理书写设计说明书2010年1月6日：答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：摘要工业铲车自动化智能低，铲车又叫装载机，是在动力机械的基础上，采用液压控制铲斗升降和翻转，从而实现对砂石、水泥、粮食、土、煤等散装物料的铲运及装载。本课程设计提出了对其进行自动化设计的技术路线和思路，应用了进行自动化控制的方案；采用了F

4、X2N-32MT-D编程器对工业铲车控制部分进行线路控制，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。关键字：PLC；铲车；设计目录1PLC与工业铲车的简介61.1PLC简介71.2工业铲车的简介112任务及要求122.1设计任务122.2设计要求123设计思想:133.1硬件设计133.1.1工业铲车操作控制系统的控制要求133.2软件设计153.2.1顺序功能图153.2.2梯形图173.2.3指令表18四设计总结:20五参考文献:211PLC与

5、工业铲车的简介：1.1PLC简介：1.1 .1PLC的发展历程与组成元件在工业生产过程中，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）。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

6、为Programmable Logic Controller（PLC）。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能 力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 PLC的构成：从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、

7、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。CPU的构成：CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现 场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器 中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据

8、、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行 指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工 作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 I/O模块：PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的

9、。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存 器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量 输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉

10、冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 电源模块：PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。 底板或机架：大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。PLC系统的其它设备：编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、

11、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不 直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。PLC的通信联网：依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间

12、能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。 1.1.2 PLC控制系统的设计基本原则 最大限度的满足被控对象的控制要求。 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。保证控制系统安全可靠。考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。1.1.3 PLC软件系统及常用编程语言 PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、

13、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故 障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序（也就是 逻辑控制）用来实现各种控制。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用STEP7来进行硬 件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果的在线监视。PLC提供的编程语言：标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点：它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。 梯形图中接点（触点）只有常

14、开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。 内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。 语句表语言，类似于汇编语言。逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能左边画输入、右边画输出。1.1.4 STEP7程序的使用 创建一个项目结构，项目就象一个文件夹，所有数据都以分层的结构存在于其中

15、，任何时候你都可以使用。在创建一个项目之后，所有其他任务都在这个项目下执行。 组态一个站，组态一个站就是指定你要使用的可编程控制器，例如S7300、S7400等。组态硬件，组态硬件就是在组态表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用户程序中以什么样的地址来访问这些模板，地址一般不用修改由程序自动生成。模板的特性也可以用参数进行赋值。 组态网络和通讯连接，通讯的基础是预先组态网络，也就是要创建一个满足你的控制方案的子网，设置网络特性、设置网络连接特性以及任何联网的站所需要的连接。网络地址也是程序自动生成如果没有更改经验一定不要修改。 定义符号，可以在符号表中定义局部或共享符号，在你的用户程序中用

16、这些更具描述性的符号名替代绝对地址。符号的命名一般用字母编写不超过8个字节，最好不要使用很长的汉字进行描述，否则对程序的执行有很大的影响。 创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并存储。创建程序是我们控制工程的重要工作之一，一般可以采用线形编程（基于一个块 内，OB1）、分布编程（编写功能块FB,OB1组织调用）、结构化编程（编写通用块）。我们最常采用的是结构化编程和分布编程配合使用，很少采用线形编 程。下载程序到可编程控制器，完成所有的组态、参数赋值和编程任务之后可以下载整个用户程序到可编程控制器。在下载程序时可编程控制器必须在允许下载的工作模式下（STOP或RUN

17、-P）, RUN-P模式表示，这个程序将一次下载一个块，如果重写一个旧的CPU程序就可能出现冲突，所以一般在下载前将CPU切换到STOP模式。1.1.5 WINCC程序的使用WINCC是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术中性系统。具有控制自动化过程的强大功能，是基于个人计算机的操作监视系统，它很 容易结合标准的和用户的程序建立人机界面精确的满足生产实际要求。WINCC有两个版本RC版（具有组态和开发环境）、RT版（只有运行环境），我们一般 使用的是RC版。WINCC简单使用步骤 变量管理，首先确定通讯方式安装驱动程序，然后定义内部变量和外部变量，外部变量是受你买的WINCC软件

18、授权限制的最大授权64K字节，内部变量没有限制。画面生成，进入图形编辑器，图形编辑器是一种用于创建过程画面的面向矢量的作图程序。也可以使用包含在对象和样式库中的众多的图形对象来创建复杂的过程画面。可以通过动作编程将动态添加到单个图形对象上。 报警记录设置，报警记录提供了显示和操作选项来获取和归档结果。可以任意地选择消息块、消息级别、消息类型、消息显示以及报表。为了在运行中显示消息，可以使用包含在图形编辑器中的对象库中的报警控件。变量记录，变量记录是用来从运行过程中采集数据并准备将它们显示和归档。 报表组态，报表组态是通过报表编辑器来实现的。是为消息、操作、归档内容和当前或已归档的数据定时器或事

19、件控制文档的集成的报表系统，可以自由选择用户报表的形式。全局脚本的应用，全局脚本就是C语言函数和动作的通称，根据不同的类型脚本被用于给对象组态动作并通过系统内部C语言编译器来处理。全局脚本动作用于过程执行的运行中。一个触发可以开始这些动作的执行。 用户管理器设置，用户管理器用于分配和控制用户的单个组态和运行系统编辑器的访问权限。每建立一个用户，就设置了WINCC功能的访问权利并独立的分配给此用户。至多可分配999个不同的授权。交叉表索引，交叉索引用于为对象寻找和显示所有使用处，例如变量、画面和函数等。使用“链接”功能可以改变变量名称而不会导致组态不一致。1.2工业铲车的简介：铲车又叫装载机，是

20、在动力机械的基础上，采用液压控制铲斗升降和翻转，从而实现对砂石、水泥、粮食、土、煤等散装物料的铲运及装载。铲车也可进行轻度的铲掘工作，通过换装相应的工作装置，还可进行推土、起重、装卸木料及钢管等作业。广泛应用于建筑工程、筑路工程、农田水利工程、环卫垃圾、砖窑厂、煤厂、砂石厂，用于砂石、水泥、粮食、土、煤等散装物料的铲运及装载。铲车种类很多。根据发动机功率可分为小型（功率小于74千瓦）、中型（功率在74147千瓦间）、大型（功率在147515千瓦间）和特大型（功率大于515千瓦）铲车4种。根据行走系结构可分为轮胎式和履带式两种。其中轮胎式铲车按其车架结构型式和转向方式又可分为铰接车架折腰转向、整

21、体车架偏转车轮和差速转向铲车3种。根据卸载方式可分为前卸式（前端式）铲车和回转式铲车两种。根据作业过程的特点可分为间歇作业式（如单斗铲车）和连续动作式（如螺旋式、圆盘式、转筒式等）铲车。铲车装载物料时，其技术经济指标在很大程度上取决于作业方式。常见的作业方式有I形作业法、V形作业法和L形作业法等。2任务及要求2.1设计任务利用PLC对工业铲车操作进行控制，设铲车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。2.2设计要求1、设计系统的PLC外部接线图2、系

22、统的操作面板3、设计好顺序功能图、系统的T形图3设计思想:3.1硬件设计3.1.1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31所示：0.5m0.5mSQ5目的地初始位置SQ10.5m0.5m0.5m1.5m1mSQ2SQ3SQ4SQ6SQ73-1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

23、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。3.1.2 控制要求分析开启系统后，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。3.1.3.工业铲车控制系统电路的编制（1）输入/输出分配表工业铲车控制系统的I/O分配表见表32 输入输出元件代号作用输入继电器元件代号作用输出继电器S

24、B0开始按钮X0KM1铲起Y0SB1预停按钮X1KM2前进Y1SQ1限位开关1X2KM3后退Y2SQ2限位开关2X3KM4放下Y3SQ3限位开关3X4KM5左转90度Y4SQ4限位开关4X5KM6右转90度Y5SQ5限位开关5X6SQ6限位开关6X7SQ7限位开关7X8工业铲车控制系统I/O分配表（2）I/O接线图用三棱FX2N32MTDPLC实现工业铲车控制系统的I/O接线，如图33所示。图33 工业铲车控制系统的I/O接线图3.2软件设计3.2.1顺序功能图工业铲车控制系统的顺序功能图如图34M10M11M12M13M14M15M16M17M18M19M20M21M22M23M24M25Y

25、1Y2Y1Y1Y1Y4 T1Y0 T0Y5 T5Y5 T3Y3 T4Y5 T2T7Y4 T6Y4 Y1Y1T1T2T3T4X3T7T6T5T0X4X6X5X1X1X8X7X0X2图34工业铲车控制系统的顺序功能图 工业铲车控制系统的顺序功能图3.2.2梯形图图35 工业铲车控制系统的梯形图3.2.3指令表工业铲车控制系统的指令表如表36LD M25 OUT T1 K30 ANI M19AND T6LD M22AND X1LD M13OUT M18OR M23OR M24OR M8002AND T1LD M18ANI M24OUT Y4OR M10OR M14AND X6OUT M23ANI M

26、11ANI M15OR M19LD M23OUT M10OUT M14ANI M20AND X10LD M25LD M14OUT M19OR M24ANI X1AND X4OUT T4 K50ANI M25LD M10OR M15LD M19OUT M24AND X0ANI M16AND T4OUT T7 K30AND X2OUT M15OR M20LD M24ORBOUT T2 K30AND M21AND T7OR M11LD M15OUT M20OR M25ANI M12AND T2OUT T5 K30ANI M10OUT M11OR M16LD M20ANI M11OUT Y0ANI M

27、17AND T5OUT M25LD M11OUT M16OR M21LD M12AND T0 K50LD M16ANI M22OR M14OR M12AND X5OUT M21OR M16ANI M13OR M17LD M21OR M21OUT M12ANI M18AND X7OR M23LD M12OUT M17OR M22OR M25AND X3OUT T3 K30ANI M23OUT Y1OR M13LD M17OUT M22LD M15ANI M14AND T3OUT T6 K30OR M17OUT M13OR M18LD M22OUT Y5四设计总结:通过本次课程设计，我认识到了知识

28、和现实的区别，深刻体会到PLC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-32MT-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,在通过组员们相互讨论，不段的学习中,最后经过指导老师李老师的耐心指点，我们终于圆满完成了任务。感谢李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。五参考文献: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，19943 张万忠.可编程控制器应用技术.北京：化学工业出版社，2001.124 于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京：清华大学出版社.20045可编程序控制器应用技术 主编 廖常初6PLC操作技能 主编 张欣梦19