工业铲车操作控制.doc

1、 目录第一章 引言2 1.1PLC的硬件结构21.2PLC的工作原理3第二章 操作控制结构4 2.1信号流程图4 2.1工业铲车工作流程图5第三章 系统的设计6 3.1 控制要求6 3.2控制分析6 3.3工业铲车控制系统的编制6第四章 程序设计9第五章 答辩问题12第六章 元器件清单13第七章 总结14第七章 科技文献评价15 第一章 引言近年来，随着自动化技术的不断发展，PLC逐渐代替复杂的电器及接线而成为控制设备的核心。而早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的，这些器件结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制、但是其采用固定接线，通用性和灵活性差；又采用触点的

2、开关动作，工作频率低，触点已损坏，可靠性差。可编程逻辑控制器（Programable Controller Logic）,是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的逻辑存储器，用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数操作的指令。并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。目前，PLC主要朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量花、网络化的方向发展，与计算机技术相结合，形成工业控制系统、分布式控制系统、现场总线控制系统，这将使PL

3、C的功能更强，使用更方便，适用范围更广。 PLC具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性高、搞干扰能力强等到一系列优点，在工业生产过程自动控制领域得到了广泛应用。所以，掌握PLC技术是改造传统生产工艺和设备的重要途径。1.1PLC的硬件结构PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口、电源、扩展接口、通信接口等组成。1. 中央处理器可编程逻辑控制器的中央处理器通常采用通用微处理器，它按照PLC系统程序赋予的功能处理用户的各项指令。2.存储器可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断

4、程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户程序存储器和数据存储器两部分。3.输入输出接口电路输入输出信号有开关量、模拟量数字量三种，在我们接触的信号中，开关量最为普遍。4.电源PLC的电源在整个系统中起到非常重要的作用。如果没有一个可靠的良好的电源系统是无法工作的，因此制造商对电源的设计和制造也非常重视。一般交流电压波动在10%的范围内，可以不采用其它措施将PLC直接连到电网中去。5.扩展接口扩展接口拥有将扩展单元与基本单元相连。6.通信接口为了实现人机或机器与机器之间的对话，PLC配有多种通信接口，PLC通过这些接口可以与监视器、

5、打印机、以及其它的PLC及计算机相连。1.2PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何

6、情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且

7、排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。第二章 操作控制结构2.1信号流程图 本系统的操作过程如下：启动铲车后，铲车铲起物品，铲车按规定路线运行，碰到限位开关，限位开关将信号传递到PLC，PLC再将处理过的信号传递到铲车。限位开关PLC控制器铲车 图

8、2-1 工作顺序图 2.2工业铲车工作流程图本系统要求铲车动作过程：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。 工业铲车操作控制系统图如下： 图 2-2 操作控制系统示意图 第三章 系统的设计3.1控制要求（1） 小车有电机驱动，电机正转前进，反转后退。初始时，小车停于原点，限位开关 SQ1 压合。（2） 按下开始按钮，小车开始铲起物品。5 秒后铲物结束，小车按规定路线经过压合 SQ2SQ3SQ4前往目的地，压合 SQ5 放下物品。（3） 5 秒后放物结束，下车返回原地，压合 SQ1 再次开始铲起物品如

9、此循环。（4） 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3.2控制分析根据铲车的运行规律，分析如下：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，旋转时间为三秒。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。3.3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 分配表输 入 输

10、出元件代号作用输入继电器元件代号作用输出继电器SB1开始按钮I0. 0KM1铲起Q0.0SB2预停按钮I0.1KM2前进Q0.1SQ1限位开关1I0.2KM3后退Q0.2SQ2限位开关2I0.3KM4放下Q0.3SQ3限位开关3I0.4KM5左转90度Q0.4SQ4限位开关4I0.5KM6右转90度Q0.5SQ5限位开关5I0.6SQ6限位开关6I0.7SQ7限位开关7I1.0 表 3-1 I/O 口分配表（2）I/O 口接线图用PLC实现工业铲车控制系统的I/O接线图，如下图所示： 图 3-1 I/O口接线图第四章 程序设计工业铲车操作控制系统的梯形图如下：第五章 答辩问题1.为什么PLC具

11、有很强的抗干扰能力？试例举软件和硬件方面的措施予以说明。答：在PLC系统中，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，加上PLC充分考虑了工业环境的电磁、粉尘、温度等各种干扰，在硬件和软件上采取了一系列措施，如在软件上采用看门狗、软件时钟；在硬件上电源滤波、输入输出关电隔离等。2.PLC开关量输出模块若按负载使用的电源分类，可有哪几种输出模块？若按输出的开关器件分类，可有哪几种输出方式?答：按负载使用的电源分类，可分为直流输出模块和交流输出模块；按输出的开关器件分类，可分为晶体管输出电路、晶闸管输出电路、继电器输出电路。晶体管输出电路中输出器件为晶体管，晶闸管输出电路中为晶闸管，而继电器输

12、出电路中输出器件为继电器。继电器输出电路的使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流能力强，但是动作速度慢，寿命有一定限制，晶体管与双向晶闸管电路分别用于直流负载与交流负载，它们的可靠性高，反应速度快，寿命长，但过载能力较差。 第六章 元器件清单元器件数量备注S7-200PLC1台CPU224限位开关7个按钮2个导线若干依情况而定第七章 总结在现在的工业中，PLC在工业自动化中现已经成了必不可少的一部分，所以能够使用好PLC对于我们来说是非常重要的，这次西门子PLC课程设计就是一次绝好的锻炼机会。通过这次课程设计，我对PLC又有了更深的了解，它可以实现工业生产过程的自动化，减少人力资源

13、，仅需要两三个人甚至不需要人监管也可进行生产。随着我过工业发展的日新月异，工业的发展急需更多的人去开放使用PLC，PLC在工业自动化控制系统中已经占据了非常重要的地位，所以学习好PLC对，使用好PLC对工业自动化的发展就显得十分必要。 通过这次课程设计我学到了很多新的知识，通过查找资料和搜集相关文献，培养了自学能力和动手能力。在这里我要感谢老师对我们的幸苦付出，感谢他教了我们如此多的知识。学习好了这门课程，未来的发展前景一定很光明。第八章 科技文献评价科技文献：自动供料机械手的PLC控制系统设计 设计人： 赵美宁，王佳1前言某集团有限公司加工弹药引信壳体，其传统的加工工艺是通过车床车出外锥面再

14、车内孔，其缺点是不能充分的利用原材料，且加工费时。随着加工技术的不断完善，目前弹药引信壳体加工改为通过温挤压机来实现的，但从中频感应加热炉加热出来的1000。C棒料需要送到温挤压机工作台的模具中挤压，高温棒料不利于工人手工操作，本文就此需求设计出了一种耐高温自动供料机械手，来提高工作效率。2工作原理本机械手用于将中频感应加热炉加热的坯料自动送入到温挤压成型机中的成型工位，同时控制温挤压成型机的成型动作、中频感应炉的出料时间。(1)中频感应加热炉负责坯料工件的加热，当前端的坯料在中频感应加热设备显示坯料已加热至所需温度，则向机械手控制系统发出可以出料的信号，同时需要此系统检测到热压成型机中的前道

15、热压成型已完成并出料，机械手控制装置根据中频感应加热设备出料情况，控制机械手伸出，准备接料。(2)当中频感应加热炉出料时，坯料呈水平方向，机械手控制系统控制机械手手指将料夹持，然后控制底座旋转90。，到指定位置后，机械手控制系统收到位置信号后再将坯料送至热压成型机前，同时，夹持坯料的机械手手指旋转90。使坯料呈垂直方向，整个手臂下降至合适的高度。(3)机械手控制系统控制手臂伸至热压成型机成型工位，并控制机械手手指将料松开，完成送料。并延反方向返回。(4)机械手控制系统控制装置收到机械手到位并撤除的信号后，发出指令到热压成型机，热压成型机开始成型。此系统控制装置继续接受中频感应加热炉坯料加热到达

16、温度的信号，并准备开始下一循环的工作。(5)当后端的液压成型机出现故障，机械手控制系统发出信号，停止感应加热炉出料和机械手的动作，发出故障报警信号。本设计中设计的机械手如图1所示，它共有5个自由度。即底座回转、左右移动、卜下移动工件回转、手指抓握。3机械系统设计由于本机械手所夹持的工件质量不大，所需臂力较小，且气压传动方式具有使用、维修方便、安全、可靠、成本低、寿命长等特点，冈此本机械手全部采用气压传动方式。31手部结构设计本机械手从中频感应加热炉中抓取工件时，工件为水平放置，而送至温挤压成型机模具腔中时，需要工件为垂直放置，凶此需设有夹紧动作和回转动作才可满足工作的要求。(1)夹紧动作的实现

17、本机械手采用夹持式手部，且由于所要夹持的坯料为圆形零件且直径变化范同较大，故采用SMC的平行开闭型气动手爪，图1 机械手外形示意图其型号为：MHZ240D。由可编程控制器控制电磁阀动作，从而控制手爪的张闭。为了使本机械手的通用性更强，把机械手的手部结构设计成可更换结构，用以各种尺寸不同的坯料。(2)回转动作的实现 机械手回转运动采用SMC的标准回转式气缸CDRBIBW5090D，使工件由水平位置旋转90。至垂直位置。32躯干结构设计躯干由底座和手臂两大部分组成。底座是支撑机械手全部重量并能带动手臂旋转的机构。本机械手的所有气动元件都将采用标准化的气动元件。底座采用旋转气缸驱动。这里选用最新型的

18、齿轮齿条式摆动马达，由两个带齿条的活塞驱动一个齿轮，其输出扭矩比普通摆动马达大一倍。查参考文献，选择双作用薄型齿轮齿条式摆动气缸。当工作压力在O5MPa时，输出扭矩为53 NITI，缓冲方式为气缓冲，允许动能O40 J，摆动角度90。，可调角度范围5。，摆速可调范围0210 s90。最小使用气压015 MPa，最大使用气压10 MPa。而且气缸重复定位精度01。，满足手臂是机械手的主要部分，它是支撑手爪、工件并使它们运动的机构。本设计中手臂由横轴和竖轴组成，可完成伸缩、升降的运动。可选标准气缸，完成伸缩运动和升降运动。4驱动系统设计机械手的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置。本机械手采用气动

19、方式来实现工件的水平运动、垂直运动、旋转运动和摆动。气动原理如图2所示。(1)水平、垂直运动部分压力空气经过电磁阀V2 l或V22进入x轴运动气缸，当需要实现手指向前图2机械手气动系统原理囤伸出运动时，电磁阀V21打开空气进入气缸的无杆腔，气缸伸出；同理当要实现收缩运动时，电磁阀V22打开，空气进入伸缩气缸的有杆腔，气缸缩回。、电磁阀V3 1和电磁阀V32控制机械手的上下垂直运动，当电磁阀V31(v32)打开时，压力空气进入气缸的无杆腔(有杆腔)，气缸实现上(下)运动。(2)旋转运动部分压力空气经过电磁阀V51或V52阀进入R轴运动气缸，当需要底座从O。转到9妒时，电磁阀V51控制气体进人回转

20、气缸0叫则，气缸旋转带动底座旋转，实现机械手0。90啪旋转动作；当需要底座从900一0。旋转时电磁阀控制气体进入汽缸900度侧，R轴运动气缸实现旋转到俨，带动 图2 机械手气动原理图底座旋转，完成机械手的90000动作。同理，电磁阀(v4)控制压力气体进入z轴旋转气缸的oo或90。侧，旋转气缸的旋转带动工件的0。或90。的旋转。(3)夹紧、松开运动部分 压力空气经过电磁阀vl进入H轴运动气缸，当需要实现手指夹紧工件时，电磁阀v1打开空气进人气缸的无杆腔，气缸夹紧；同理当要实现松开工件时，电磁阀V 1闭合，空气进人气缸的有杆腔，气缸松开工件。5控制系统设计根据机械手的工作要求和工作原理，选用PL

21、C作为控制系统的控制器，确定I0点数，并对控制系统硬件进行设计，同时对PIC控制系统进行软件编程。51控制流程。机械手工作流程如图3所示。5 2控制系统PLC选型与I0点确定(1)PLC的选择可编程控制器(PLC)按输入输出点数以及CPU功能分为大、中小3种类型，按其结构又可分为整体式和模块式PLC。PLC的种类很多，s7200是近年来推出的高性能小型可编程控制器，有灵活多变的系统配置，还有许多特殊功能模块可以选用，各种单独的模块之问可进行广泛组合以用于扩展，功能强大，使用方便。其中s7200系列i，的CPU224的型号，其PLC集成的数字量输入输出为14人lo出，用户存储器容量8K字节。有模

22、拟量输九输出模块、高速it数器模块、位置控制模块、数据输入输出模块、通信模块等，可以实现模拟量控制、位置控制和联网功能。(2)I0点确定该机械手rJ，系统需要数字量输入18点，数字量输出12点，一个温度模拟量。故机械手控制系统选用的是s7200系列中的CPU224的型号，加上一个数字量模块EM223就可以满足要求，而且还有一定的裕量。PLCIO分配如表1所示。 图3 机械手控制流程图 (2)I0点确定该机械手rJ，系统需要数字量输入18点，数字量输出12点，一个温度模拟量。故机械手控制系统选用的是s7200系列中的CPU224的型号，加上一个数字量模块EM223就可以满足要求，而且还有一定的裕

23、量。PLCIO分配如表1所示。53机械手程序设计本机械手的程序设计采用编程方法中最常用的梯形图法。应用编程软件STEP7MicroWIN32编程。梯形图和继电器控制电路相似，它们都是由常开触点、常闭触点及继电器接线按照一定的动作规律连接而成的。在PLC的控制下，可实现单步，自动等多种T作方式。单步操作：利用按钮对机械手每一动作单独进行控制，町实现“上升”、“下降”、“伸”、“收回”、“夹紧、“放松”、“回转”、“摆动”等点动操作；周期操作：按下“起动”按钮后，机械手从原点位置开始连续不断的执行搬运工件的各步。动运行：按下起动按钮，机械于从原点开始，按工序自动循环工作，直到按下停止按钮，机械手在

24、完成一个周期的工作后，退回原点，自动停机。下面是j动方式的具体程序(梯形图表示)：6结束语由于PLC有着极大的灵活性，易于模块化，当机械手T艺流程改变时，只对IO点的接线稍作修改，或LO继电器重新分配，程序中作简单修改，补充扩展即可。机械手的速度也可以根据给定的要求进行设评价：该设计是对自动供料机械手进行的PLC控制系统的设计，采用了S7-200型号的PLC为控制系统的核心，用PLC控制机械手的动作。其工作原理简单概括如下：温度传感器将信号传递给机械手控制系统，机械手启动夹持材料运动到指定位置，机械手控制系统收到机械手到位且放下材料后发出收回机械手的指令，当机械手收回后机械手控制系统又发出指令

25、到热压缩成型机，开始新一次的动作。当热压缩成型机出现故障时，机械手控制系统发出报警信号并停止工作。该设计有很多优点值得借鉴，首先，机械手的手部结构设计的很好，它采用型号为MHZ240D的平行开闭气型手抓，具有很强的通用性。其次，躯干设计也很好，它的底座采用最新型的齿轮齿条式马达，能很好的带动躯干转动。该设计的不足之处在于PLC控制系统设计的过于简单，当发生故障时，PLC控制系统不能独自停止机械手工作，需要人为去关闭机械手。该设计应该再增加发生故障时整个系统能停止工作的功能。比如当发生故障时，PLC得到故障信号后发出声光信号提醒工作人员进行维修并停止给机械手发出信号。本文是通过网络收集的资料，如有侵权请告知，我会第一时间处理。- 22 -