电气控制技术课程设计工业铲车操作控制设计.docx
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电气控制技术课程设计工业铲车操作控制设计
目 录
一、课程设计任务书1
二、PLC与工业铲车的简介5
（一）PLC简介5
（二）工业铲车的简介7
三、任务及要求7
（一）设计任务7
（二）设计要求7
四、设计思想8
（一）硬件设计8
（1）工业铲车操作控制系统的控制要求8
（2）控制要求分析8
（3）电路器件选用9
（4）电源接线图9
（5）工业铲车主电路图10
（6）工业铲车控制系统电路的编号12
（二）软件设计14
（1）顺序功能图14
（2）梯形图17
（3）指令表19
五、设计总结21
参考文献22
《电气控制技术课程设计》任务书
系（院）：
信息学院专业：
自动化年级：
2008级
学号
姓名
设计题目
工业铲车操作控制设计
设计目的
1）掌握低压电器的选用、可编程控制器硬件电路的设计方法。
2）熟练使用小型可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法。
3）掌握可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法。
4）通过课程设计培养查阅资料（图书、网络）、工具书的能力，培养工程绘图、书写技术报告的能力。
5）通过课程设计，将电气控制技术课程所获知识在工程设计工作中综合地加以应用，使理论知识和实践结合起来。
设计内容
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。
设计要求
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
课程设计应完成的工作
1.据控制要求，分析控制系统，完成系统的硬件和软件设计。
2.搭建实际电路或借助PLC实验箱完成调试。
3.完成课程设计报告书
其中：
电气控制原理图用CAD软件绘制；程序用抓图软件抓图粘贴。
进程安排
1、搜集资料2天
2、电路设计和程序设计7天
3、系统的调试、监控、运行3天
4、撰写设计报告2天
应收集的资料及参考文献
二、PLC与工业铲车的简介：
（一）PLC简介：
1.PLC的发展历程与组成元件
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
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
LogicController（PLC）。
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*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。
LC的基本概念-PLC的定义
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、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、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。
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。
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。
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、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。
（二）工业铲车的简介：
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。
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。
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。
三、任务及要求
（一）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。
（二）设计要求
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
４、系统的T形图
四、设计思想:
（一）硬件设计
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3—1所示：
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。
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.电路器件选用
序号
名称
符号
型号规格
数量
1
接触器
KM1KM2KM3KM4KM5KM6
CJ20-20/110V
6
2
控制按钮
SB0SB1
AC380V（50Hz60Hz）
2
3
行程开关
SQ1~SQ7
LX5系列行程开关
7
4
熔断器
FU
RT14/RT18
6
5
时间继电器
T
JS14A
10
6
中间继电器
M
Z35-JZ-31B
15
7
导线
JKLYJ-10KV-50
若干
8
电动机
Y200L1-2
2
Y200L2-2
1
电动机参数
型号
额定功率kW
额定电流A
转速r/min
效率%
功率因数COSФ
最大转矩倍
Y200L1-2
30
56.9
2950
90.0
0.89
2.2
Y200L2-2
37
69.8
2950
90.5
0.89
2.2
4.电源接线图
5.工业铲车主电路图
（1）控制铲车前进和后退电路
（2）控制铲车抓起与放下电路
6.工业铲车控制系统电路的编号
（1）输入/输出分配表工业铲车控制系统的I/O分配表见表3—2
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
SB0
开始按钮
X0
KM1
铲起
Y0
SB1
预停按钮
X1
KM2
前进
Y1
SQ1
限位开关1
X2
KM3
后退
Y2
SQ2
限位开关2
X3
KM4
放下
Y3
SQ3
限位开关3
X4
KM5
左转90度
Y4
SQ4
限位开关4
X5
KM6
右转90度
Y5
SQ5
限位开关5
X6
SQ6
限位开关6
X7
SQ7
限位开关7
X8
工业铲车控制系统I/O分配表
（2）I/O接线图
用三棱FX2N—32MT—DPLC实现工业铲车控制系统的I/O接线，如图3—3所示。
图3—3工业铲车控制系统的I/O接线图
（二）软件设计
1.顺序功能图
工业铲车控制系统的顺序功能图如图3—4
2.梯形图
图3—5工业铲车控制系统的梯形图
3.指令表
工业铲车控制系统的指令表如表3—6
五、设计总结:
通过本次课程设计，我认识到了知识和现实的区别，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,在通过与同学相互讨论，不段的学习中,最后经过指导老师王君普老师的耐心指点，我们终于圆满完成了任务。
感谢王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。
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，1994
[2]田瑞庭.可编程控制器应用技术.北京：
机械工业出版社，1994
[3]张万忠.可编程控制器应用技术.北京：
化学工业出版社，2001.12
[4]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.2004
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