工业铲车操作控制设计PLC原理及应用 工业铲车.doc

课程设计(论文)题 目 名 称 工业铲车操作控制设计 课 程 名 称 PLC原理及应用 学 生 姓 名 孙 权 学 号 0841229146 系 、专 业 电气工程系 20电气测控类 指 导 教 师 2020 年 12 月 10 日摘 要工业铲车又叫装载机，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PLC进行自动化控制的方案；采用FX2N-16MR-001可编程序控制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各种逻辑功能，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，用软件FXGP-WIN编写程序写入PLC,用PLC控制使铲车实现自动运行关键词：PLC;铲车；控制；目 录摘 要 I1 绪论 11.1 工业铲车控制系统概述 11.2 系统设计方案选择 11.3 工业铲车系统设计框图 32 工业铲车操作控制硬件设计 42.1 PLC概述 42.2 PLC选型 52.3 硬件控制功能介绍 52.4 PLC外部电路连线 83 工业铲车操作控制软件设计 93.1 程序设计方案选择 93.2 顺序功能图 103.3 梯形图程序 103.4 指令表程序 104 工业铲车模拟安装与调试 154.1 系统面板介绍 154.2 外部线路安装、系统调试与仿真 154.3 系统方案改进与前景 16总结 17参考文献 18附 录 191 绪论基于PLC控制的工业铲车，就是运用PLC的逻辑控制功能对工业铲车的运行按给定要求自动运行。

1.1 工业铲车控制系统概述工业铲车分为非自动控制运行的工业铲车和自动控制运行的工业铲车1)非自动控制运行的工业铲车铲车又叫装载车，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 　　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、沙石厂，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74～147千瓦间）、大型（功率在147～515千瓦间）和特大型（功率大于515千瓦）铲车4种2)基于PLC自动控制的工业铲车自动控制的工业铲车就是在非自动控制的铲车基础上进行改装，即安装PLC、外部电路和驱动电路等等按既定要求编写程序并写入PLC，得以实现对工业铲车的自动控制，能够完成非自动控制铲车的基本的、简单的操作随着科技技术的发展，自动控制的工业铲车的发展越来越快，所能完成的功能也越来越多，能够更好的满足工业工产对工业铲车的自动化要求，其发展前景非常广阔。

1.2 系统设计方案选择1.2.1 机型选择(1)轮胎式优缺点：质量轻、速度快、机动灵活、效率高、不易损坏路面、接地比压大、通过性差、但被广泛应用 　　(2)履带式优缺点：接地比压小，通过性好、重心低、稳定性好、附着力强、牵引力大、比切入力大、速度低、灵活性相对差、成本高、行走时易损坏路面本次设计适宜为工业铲车在平坦且质地坚硬的场地作业，故采用轮胎式工业铲车1.2.1 传动方式选择 (1)液力—机械传动优缺点：冲击振动小，传动件寿命长，操纵方便，车速与外载间可自动调节2)液力传动优缺点：可无级调速、操纵方便，但启动性较差 　　(3)电力传动优缺点：无级调速、工作可靠、维修简单、费用较高由于没有现实中的铲车进行操作，只能在铲车模型铲车上模拟，且电力传动控制电路较其他传动方式简单，故采取电力传动1.2.2 前进、后退里程的控制方式选择(1)在行进路线需要停止或转弯的地点地面上安装限位开关当铲车行进到限位开关时，把信号经无线通讯装置发送给PLC，进而改变输出控制相关驱动电路使铲车制动，停止前进或后退优缺点：精确度较高，但当路线要求改变时，线路改装效率低，且经济性差2) 计算轮胎周长，对轮胎转动圈数计数控制当铲车行进时，轮胎周长乘以所转圈数等于设定长度时，把该信号传送给PLC，进而改变输出控制相关驱动电路使铲车制动，停止前进或后退。

优缺点：适应性强，只需改变程序就可以适应新的要求，但每段行程只能是轮胎周长的整数倍由于在地面上安装限位开关后，如果线路改变，其改装量大，故选择安装计数器对轮胎（假定其周长为0.25m）转动圈数计数控制1.2.3 左转、右转90度控制方式选择 (1)对车身旋转时间的控制优缺点：要对电机转动90度所需时间反复测试，由于电机都有起动时间且每次时间并不一样故误差大2)在车身整体旋转的底盘上设置必要的限位开关优缺点：精确度高，但要选择合理位置安装限位开关3)采用步进电机控制实现优缺点：旋转角度可任意设定，但电路复杂，经济性差考虑到各自的优缺点、简易程度，特别是经济性，本设计采用限位开关达到左转、右转90度的操作1.3 工业铲车系统设计框图操作人员通过电气控制室发送命令给铲车使铲车系统启动，再按PLC的预设程序控制铲车的动作，其系统设计框图如图1.1铲车动作电气控制室PLC控制模块图1.1 工业铲车系统设计框图2 工业铲车操作控制硬件设计2.1 PLC概述2.1.1 PLC的基本结构PLC主要由CPU模块、输入/输出（I/O）模块、编程器和电源四大部分组成（图2.1）可编程序控制器编程器接触器电磁阀电源接触器电源限位开关选择开关按钮输 入 模块PLC模块输 出 模块图2.1 PLC的基本结构2.1.2 PLC的特点(1)编程方法简单易学----梯形图语言（面向用户的高级语言）(2)硬件配套齐全，用户使用方便(3)通用性强，适用性强(4)可靠性高，抗干扰能力强(5)系统的设计、安装、调试工量小(6)维修工量小，维修方便 (7)体积小、重量轻、功耗小2.1.3 PLC应用领域 PLC应用范围不断扩大，价格下降，功能大大加强，其应用范围有： (1)开关量逻辑控制 (2)运动控制(3)闭环过程控制 (4)数据处理(5)通信联网2.2 PLC选型PLC的主要国外生产厂家包括美国的Rock-well公司、德国的西门子公司、日本的三菱公司和欧姆龙公司。

我国有不少厂家研制和生产过PLC，近年来国产PLC有了很大的发展，但我国使用的PLC主要还是国外的品牌的产品考虑到国外产品的成熟性好，并且本次课程设计只需属小型系统，故采用三菱公司的FX系列小型PLC2.3 硬件控制功能介绍2.3.1工业铲车操作控制系统的控制要求 根据工业铲车行程路线示意图（图2.2），说明铲车的行程过程 0.5m目的地SQ4SQ50.5m0.5m SQ3SQ21m0.5mSQ61mSQ1初始位置 图2.2 工业铲车行程路线示意图行程过程：按下开始按钮，小车在SQ1位置开始铲起物体，压力开关闭合；电机正转，轮胎走过2圈（假定轮胎周长0.25m）前进0.5m停止在SQ2点；左转90度限位开关闭合；电机正转，轮胎走过2圈前进0.5m停止在SQ3点，右转90度限位开关闭合；电机正转，轮胎走过2圈前进0.5m停止在SQ4点，右转90度限位开关闭合，电机反转，轮胎走过2圈前进0.5m停止在SQ5点并放下物体，压力开关断开；右转90度限位开关闭合；电机正转，轮胎走过4圈前进1m停止在SQ6点，左转90度限位开关闭合，电机正转，轮胎走过,4圈前进1m停止在SQ1（初始位置），并循环工作。

2.3.2 工业铲车控制系统的I/O分配根据控制要求对工业铲车控制系统的I/O进行分配（表2.1）表2.1 I/O地址分配表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SB1启动按钮X0KM0铲起物体Y0SB2停止按钮X1KM1前进0.5mY1ST1压力开关X2KM2左转90度Y2SB3电机正转X3KM3右转90度Y3SB4电机反转X4KM4后退0.5mY4ST2左转90度限位开关X5KM5前进1mY5ST3右转90度限位开关X6KM6放下物体Y62.3.2 所用元件介绍(1)控制按钮开关控制按钮简称按钮，是广泛应用的一种主令电器.在工作人员没有按压按钮帽时，动触头在复位弹簧作用下与常闭触头接触，将按钮帽按下，动触头就向下移动，先脱离常闭静触头，然后同常开静触头接触当操作人员的手指离开按钮帽以后，在复位弹簧作用下，动触头又向上运动，恢复原来的状态，在复位过程中，先是常开触头分断，然后是常闭触头闭合按钮采用积木式拼接装配结构，触头数量可根据需要任意拼接，最多可达6常开和6常闭工业铲车操作控制设计中铲车的启动和停止按钮以及电机的正反转选择1常开和1常闭类型，其中启动按钮选择钥匙式，停止按钮选择紧急式。

型号为LA18，在操作频率1200次/h的情况下，其电气寿命不少于交流50万次，直流20万次2)左右转90度限位开关系统设计中铲车的方向的改变通过行程限位开关来控制行程开关的主要技术参数有额定电压、额定电流、触点的接触时间、动作力、动作角度或工作行程、触点数量、结构形式和操作频率等结构型式中的复位方式有自动复位和非自动复位两种铲车的左右转向90度采用自动复位式，统一选用行程开关型号为LX32，额定电压不能超过220V，额定电流不能超过2A，输入输出延迟滞后时间10ms,触点数量1个，操作频率不低于1200次/h，电气寿命不少于交流20万次，不少直流于10万次3)铲车载货压力开关压力开关采用高精度、高稳定性能的压力传感器和变送电路，再经专用 CPU 模块化信号处理技术，实现对介质压力信号的检测、显示、报警和控制信号输出此次课程设计铲车载货压力开关选用机械压力开关，为纯机械形变导致微动开关动作当压力增加时，作用在不同的传感压力元器件产生形变，将向上移动，通过栏杆弹簧等机械结构，最终启动最上端的微动开关，使电信号输出压力开关的承受范围下限为10N，上限为200N4)继电器① 输出继电器主要用在控制输出电路的控制上用来控制通断，选用有触点型。

当线圈通电时，使输出触点的常开触点闭合，常闭触点断开当线圈断电时使输出触点的常开触。