基于PLC的遥控自卸车设计.docx

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基于PLC的遥控自卸车设计

目录

中文摘要........................................................

1可编程控制器概述…………………………………………………..2

1.1PLC的由来.....................................................2

1.2PLC的定义.....................................................3

1.3PLC的基本结构.................................................7

1.4PLC的主要功能.................................................

1.5PLC的特点....................................................

2遥控自卸车模型的PLC控制

2.1遥控自卸车简介.................................................

2.2小车动作过程.................................................

2.3试验面板引用及说明.............................................

2.4运行时序图....................................................

2.5顺序功能图...................................................

2.6小车运行控制梯形图.............................................

2.7硬件接线图.....................................................

2.8电路的安装与调试..............................................

3、结束语.................................................参考文献...................................................

摘要

本次课程设计的对象是遥控自卸车模型，我们根据设计需要可以对自卸车进行相应的遥控控制。

遥控自卸车模型是工程车仿真模型中的一种，这种模型基本是按1：

30的比例制作而成的，以自卸车为例，它可以前进——后退，左转——右转，料斗上升——下降，并且模型具有减震器，后桥差速器等，它只是提更给逻辑控制试验的一个试验模型，只要是逻辑控制器件都可以实现对其控制，本次设计采用可编程控制器（PLC）对它进行控制。

本课程设计以三菱FX2为例对它进行控制设计。

实验过程中如果要求小车按某种要求完成某种动作，可按要求对PLC进行编程，将PLC的输出点按要求进行连接，再经过必要的程序调试，当执行该程序时，小车即可通过PLC的控制完成预定动作。

1

可编程序控制器概述

1.1PLC的由来

在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。

继电器控制系统有着十分明显的缺点：

体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差，尤其当生产工艺发生变化时，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。

为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：

编程方便，现场可修改程序；维修方便，采用模块化结构；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控制装置；数据可直接送入管理计算机；成本可与继电器控制装置竞争；输入可以是交流信号隔离变送器115V；输出为交流信号隔离变送器115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；在扩展时，原系统只要很小变更；用户程序存储器容量至少能扩展到4K。

根据上述要求，1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。

这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。

到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。

这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。

1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。

1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。

我国从1974年开始研制。

于1977年开始工业应用。

1.2PLC的定义

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。

为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（NationalElectricalManufactoryAssociation）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（ProgrammableController），并给PC作了如下定义：

“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。

用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。

一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。

”以后国际电工委员会（IEC）又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”

总的来说，PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数学技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。

它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，是现代工业三大支柱之一。

PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。

1.3PLC的基本结构

1）一中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。

它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

2）存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

3）PLC常用的存储器类型：

①RAM（RandomAssessMemory）这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速度最快，由锂电池支持。

②EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）这是一种可擦除的只读存储器。

在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。

（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）。

③EEPROM（ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory）这是一种电可擦除的只读存储器。

使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。

1-3PLC基本结构图

1.4PLC的主要功能

PLC在不断地发展，其性能不断地完善、功能在不断地增强。

其主要功能有：

开关量逻辑控制；闭环过程控制；定时控制；计数控制；顺序（步进）控制；数据处理；通信和联网。

1.5PLC的特点

PLC有以下特点:

1、高可靠性

所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms;各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；采用性能优良的开关电源;对采用的器件进行严格的筛选；良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大；大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

2、丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，如：

交流信号隔离变送器或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位，强电或弱电等，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：

按钮；行程开关；，接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

3、采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。

PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4、编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

5、安装简单，维修方便

PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。

使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。

各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

6、网络通信

PLC提供标准通信接口，可以方便地进行网络通信。

7、其他

PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：

定位控制模块，CRT模块。

2遥控自卸车模型的PLC控制

2.1遥控自卸车简介

遥控自卸车模型是工程车仿真模型中的一种，这种模型基本是按1：

30的比例制作而成的，以自卸车为例，它可以前进——后退，左转——右转，料斗上升——下降，并且模型具有减震器，后桥差速器等，它只是提更给逻辑控制试验的一个试验模型，只要是逻辑控制器件都可以实现对其控制，这里我们采用可编程控制器（PLC）对它进行控制。

这里以三菱FX2为例对它进行控制设计，其I/O接线图如下图所示。

如果要求小车按某种要求完成某种动作，可按要求对PLC进行编程，将PLC的输出点按要求进行连接，再经过必要的程序调试，当执行该程序时，小车即可通过PLC的控制完成预定动作。

2.2小车动作过程

小车一个周期要完成一组动作为：

小车前进、调头、倒车到位、翻斗卸料后、调头回到出发时的原位，行驶路线如下。

如果将小车的动作顺序细分则工步为：

小车启动—前进2s—前进左转转90°1s—短直进1s—短停1s—短直后退1s—后退右转90°1s—直退2s—停车及翻斗抬升卸料和翻斗下降复位3s—直进2s—前进右转90°1s—短直进1s—短停1s—短直后退1s—后退左转90°1s—直退回原位—结束。

小车大概动作路线如下：

2-1小车动作路线图

2.3实验面板引用及说明

实验面板引用：

2-2实验面板

说明：

上图中下面两排接线孔，通过防转叠插锁紧线与PLC的主机相应的输入输出插孔相接。

Xi为输入点，Yi为输出点。

当小车在一个周期内前进时Y0有输出，即LED0亮；左转弯时Y1有输出，即LED1亮；前进左转弯时，Y0、Y1都有输出，即LED0、LED1同时亮；后退时Y2有输出，即LED2亮；右转弯时Y3有输出，即LED3亮；后退右转弯时Y2、Y3都有输出，即LED2、LED3同时亮。

编程后，根据显示灯的显示效果判定小车运行状态。

2.4运行时序图

遥控自卸车运行的时序图如上所示:

X000为初始输入量，当给其加一个初始量时，则从开始到结束的整个过程，其一直处于常闭状态。

此时Y000有输出，遥控车前进，3s之后，Y001输出一个1.5s右转信号，右转状态结束后，小车继续短前行1s，然后过来一个短暂停信号，时间约为1s。

在这段时间内，小车完成了前行和右转调头。

接下来的一段时间小车运行路线大致如下：

倒车1s—左转1.5s—倒行3s—翻斗卸料8s，至此，小车第一阶段工作完成。

下面的这个过程是小车的返回过程，在上图虚线3右半部代表小车返回时的时序图，其动作路线与以上大致相似，但是在返回以后，其左转和右转的次序发生了变化，在返回过程中，小车先左转，后右转，这个过程完成以后，再前进一段距离，小车整个动作步骤基本完成，经过循环程序，其过程将不间断进行，直到人为中断。

2.5小车运行控制梯形图

2.7硬件接线图

2.8电路安装与调试

3结束语

本次课程设计为期两个星期，时间安排比较合理。

经过不断努力，我完成了规定任务。

通过这次设计实践，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在对理论的运用中，我们的工程素质得到了提高，在没有做实践设计以前，我们对课本知识的掌握比较模糊,全部都是理论知识。

在实践过程中出现了不少问题,比如输入程序不能运行，机子出现了死机等问题。

通过课程设计，我们平时解决不了的问题都得到了解决，从根本上掌握了理论知识。

另外，我们的动手能力也得到了提高，以前不懂的课程设计现在也学会了方法。

还有，我们从也意识到理论与实践的差别，知道了实践的重要性。

经历了这次课程设计之后，我的见识与能力都得到了提高，同时也认识到自身方面存在的一些问题。

我将努力对自身进行改进，从多方面锻炼自己，特别在实践这方面。

我也会向同学和老师虚心学习，把该掌握的知识掌握牢。

参考文献

《可编程控制器原理及其应用》吴中俊黄永红主编。

机械工业出版社，2004.4

《可编程序控制器原理及应用实验指导书》王跃球。

2008年9月