基于S7-200PLC的工业铲车控制系统设计 - 图文

《电气控制与PLC技术》

课程设计

（2010届本科）

题目：基于S7-200PLC的工业铲车控制系统设计 系（部）院：物理与机电工程学院 专业：电气工程及其自动化作者姓名： 指导教师：职称：教授

完成日期： 2年 7月5日

二〇一三年六

目录

《电气控制与PLC技术》课程设计任务书 ................................................................................. 1 摘要 .................................................................................................................................................. 2 第一章工业铲车的介绍 ................................................................................................................... 3 1.1工业铲车的概述 ......................................................................................................................... 3 1.2工业铲车结构示意图 ................................................................................................................. 3 1.3基于PLC自动控制的工业铲车 ............................................................................................... 3 第二章 PLC概述 ............................................................................................................................ 4 2.1PLC 的定义 ................................................................................................................................ 4 2.2PLC 的特点及功能 .................................................................................................................... 4 第三章方案设计 ............................................................................................................................... 5 3.1PLC的选型 ................................................................................................................................. 5 3.2PLC 的基本单元构成及作用 .................................................................................................... 5 3.3设计任务与要求 ......................................................................................................................... 6 第四章软件设计 ............................................................................................................................... 6 4.1工业铲车流程图 ......................................................................................................................... 6 图4.1 ................................................................................................................................................ 6 4.2输入输出编址 ............................................................................................................................. 7 4.3PLC 外部接线图 ........................................................................................................................ 8 图4.2 ................................................................................................................................................ 8

4.4驱动部分设计 ............................................................................................................................. 8 4.5传动部分设计 ............................................................................................................................. 8 4.6工业铲车PLC控制梯形图 ....................................................................................................... 8 4.7指令表....................................................................................................................................... 12 4.8实际操作……………………………………………………………………………………...13 第五章结束语 ................................................................................................................................. 14 参考文献......................................................................................................................................... 15 电气控制与PLC课程设计成绩评定表 ....................................................................................... 16

《电气控制与PLC技术》课程设计任务书

论文题目 作者姓名 S7-200PLC的工业铲车控制系统设计 基于所属院、 专业、年级 教授 物理与机电工程学院 电气工程及其自动化专业10级（1）班 任务下达日期 2013年61月7日 指导教师姓名、职称 一. 课程设计主要内容 工业铲车能把货物从一点移到另一点，工业铲车的结构示意图如右图 4.25所示。该机构的上升和下降是由双线圈两位电磁阀推动气缸来实现的。当某一线圈得电，机构便单方向移动，直至线圈断电才停在当前位置。设备上装有上限下限限位和左转 90度、右转 90度限位开关。工作过程：工业铲车工作循环过程主要有 13个动作，即为：下降→铲起→上升→前进→左转→前进→右转→前进→右转→后退→下降→放下→上升。 二. 课程设计要求 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。 三. 课程设计进度安排 阶段 1 2 3 4 5 6 论文（设计）各阶段名称 熟悉设计任务书、审题 查阅有关资料 阅读设计要求必读的参考资料 选取方案 硬件电路和软件部分的设计 送交打印单位装订成规范的设计文本 起止日期 6月17至19日 6月20日 6月21至22日 6月23日 6月24至7月4日 7月5日 指导老师签字： 1

摘要

铲车是用来装零散坚固的货物的，一般以建筑材料为主，如碎石、砂土等，铲车一般用在建筑工地、建筑材料集散地，用于装车，有时也用于铲土和铲雪及地面平整等用途；工业铲车一般是在小四轮拖拉机上进行改装的小型装载机械。利用拖拉机自身动力，采用液压控制，通过多路液压阀上的操作手柄可使铲斗升降和翻转，从而达到铲车平稳工作。在搬运物料方面起了很大的作用，节省了大量人力和物力，它搬运东西速度快，操作也比较简单，所需的人员少，就能完成大量的搬运工作。应用PLC对铲车进行自动化控制，使得铲车的智能化和自动化程度得到很大的提升。

工业铲车自动化及智能化程度低，本文提出了对其进行自动化改造的技术路线和具体思路，论述了应用PLC进行自动化控制的方案；采用西门子PLC编程器对工业铲车控制部分进行线路控制，可以很容易实现完成逻辑、顺序、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，对其它的生产机械有一定借鉴意义。

关键词：PLC控制、工业铲车、线路保护

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第一章工业铲车的介绍

1.1工业铲车的概述

工业铲车又叫装载车，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。

1.2工业铲车结构示意图

图1.1

1.3基于PLC自动控制的工业铲车

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。

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第二章PLC概述

2.1PLC 的定义

PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它是随着时代发展和技术应用而发展起来的，相比传统的继电器控制系统，PLC可以使电气控制工作更可靠，更容易维修，更能适应经常变换的生产工艺要求。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，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。1969年，美国研制出世界第一台PDP-14，1974年，中国研制出第一台PLC，20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。PLC具有的网的功能，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。

2.2PLC 的特点及功能

特点：（一）用性强，使用方便

（二）功能强，适应面广（三）可靠性高，抗干扰能力强

（四）控制程序可变具有很好的柔性 （五）编程方法简单，容易掌握

（六）PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作少.极为方便控制程序变化方便.具有很好的柔性

（七）体积小、重量轻、功耗低

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第三章方案设计

3.1PLC的选型

本设计采用西门子公司的S7-200系列整体式PLC实现工业铲车（模型）的自动控制。由上面分析可以知道，系统共有开关量输入点17个、开关输出点6个；故CPU模块采用CPU226(AC/DC/继电器）模块，该模块采用交流220V供电。 CPU226简介：

集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。

3.2PLC的基本单元构成及作用

PLC实质上是一种工业控制计算机，只不过他比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故 PLC与计算机的组成十分相似。从硬件结构看，它也有中央处理器（CPU）,存储器，输入/输出(I/O)接口、电源等。 各部分的作用：

CPU：(1)将各种输入信号取入存储器。

(2)编译、执行指令。 (3)把结果送到输出端。 (4)响应各种外部设备的请求。

存储器：RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调试的程序。

ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。

输入接口：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机。输出接口：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。

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3.3设计任务与要求

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。

第四章软件设计

4.1工业铲车流程图

图4.1

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4.2输入输出编址

工业铲车输入输出端在PLC中的I/O编址如表1所示。

表1 输入信号 名称 M1正启动按扭 M1反启动按扭 停止按扭 热继电器 停止按扭 M2正启动按扭 M2反启动按扭 热继电器 左转按钮 M2正启动按扭 M2反启动按扭 热继电器 停止按扭 右转按钮 后退按钮 总停按钮 复位按钮 代号 SB1 SB2 SB3 FR1 SB4 SB5 SB6 FR2 SB7 SB8 SB9 FR2 SB10 SB11 SB12 SB13 SB14 输入点编号 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I2.0 I2.1 名称 M1正转接触器 M1反转接触器 M2正转接触器 M2反转接触器 M3正转接触器 M3反转接触器 输出信号 代号 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6 输出点编号 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5

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4.3PLC外部接线图

SB1SB2SB3FR1SB4SB5SB6FR2SB7SB8SB9FR2SB10SB11SB12SB13SB14I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I2.0I2.1COMCOMQ0.0KM1KM2KM3KM4KM5KM6Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5交流 220V图4.2

4.4驱动部分设计

工业铲车的主要动作是铲起、放下，并能作前进、后退、左转、右转的操作。铲起和放下属于纵向移动，行走和左右转属于横向移动，所以应使用纵向和横向两种电动机。本设计共需要3台电动机。其中货物的铲起或放下可由纵向电动机的正反转实现，左轮的前进和后退由一台电动机正反转实现，右轮的前进和后退由另一台电动机的正反转实现，当要实现左转的时候，可让左轮的电动机不动，右轮的电动机正转前进，反之，则右转也是同样的原理。

4.5传动部分设计

纵向传动是通过纵向电动机的正向旋转带动栓着电磁铁的钢丝，使得铲头上下移动，便于货物的铲起和放下。前进可以是左右轮的两个电动机同时正向转动，后退则是同时反向转动，左转是左轮上的电动机不动，右轮电动机正向转动；右转是右轮上的电动机不动，左轮上的电动机正向转动。

4.6工业铲车PLC控制梯形图

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（1）按下启动按钮SB5，I2.0闭合，M0.0接通闭合并自锁。按下SB1，Q0.0闭合，纵向电机开始正转，铲爪开始工作，同时定时器T37得电开始工作，等货物上升一定的高度停止，完成货物铲起的动作。

（2）经过T37定时后，M0.1得电，使得Q0.2和Q0.4得电，保证铲车向前行走。

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（3）向前行走一段距离，碰到限位开关I1.0，左轮电机停止转动，右轮电机保持正转，实现左转动作，完成后，左轮电机继续正转，铲车继续向前行走。

（4）行走一段距离，碰到限位开关I1.5，右轮电机停止转动，左轮电机保持正转，实现右转动作，完成后，右轮电机继续正转，铲车继续向前行走。

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（5）行走一段距离碰到限位开关I1.5，右轮电机停止转动，左轮电机保持正转，实现右转动作，完成后，碰到限位开关I1.6, M0.2开始工作，使得Q0.3和Q0.5得电，左右轮电机同时反转，实现后退动作。

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（6）走到规定位置后，按下停止按钮，所有电机停转。

（6）接通I0.1，纵向电机反转，Q0.1闭合，并自锁，保证电机只做反转的动作，放下货物。

4.7指令表

LD I2.0AN Q0.1AN I0.2 O M0.0AN I0.3AN Q0.0 AN I2.1AN I0.4AN I0.3 = M0.0AN I0.1= Q0.1 LD M0.0AN T37LRD LPS= Q0.0LD Q0.0 LD I0.0LRDO T37

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O Q0.0LD I0.1ALD ALDO Q0.1TON T37, 100 AN I0.2ALDLRD

A T37LRDO M0.1ANQ0.4 = M0.1LD I0.6 ALD

LRDO Q0.3 AN I1.3 = Q0.5 LD I0.5O M0.2ANQ0.5LPP O Q0.2ALDANI1.2A I1.6 O M0.1AN I0.7ANI1.5= M0.2 ALDAN Q0.2=Q0.4 AN I0.7AN I1.0LRD AN Q0.3AN I1.4LD I1.2 AN I1.0= Q0.3OQ0.5 AN I1.1LRDOM0.2 AN I1.6LD I1.1ALD

= Q0.2O Q0.4ANI1.34.8实际操作

AN I1.4

图4.3

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第五章结束语

可编程控制器(PLC)技术是一门实践性很强的专业课，可编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。用PLC控制工业铲车使其工作更加稳定，更具有智能化，自动化。

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参考文献

1 张晓峰.电气控制与可控制技术与应用.北京: 机械工业出版社.2010 2 鲁远栋.PLC 机电控制系统应用设计技术[J].北京：电子产业出版社.2006

3 刘佩衡.我国塔式起重机行业发展历程.北京：中国学术期刊（光盘版）电子杂志社.2003 4张礼华.PLC 在塔式起重机电气控制上的应用[J].南京：南京产业职业技术学院学报.2004 5 赵闪.SIEMENS S7_200 PLC 在锅炉计算机监控系统中的应用.微计算机信息.2003 6 张万忠.可编程控制器进门与应用实例[M].北京：中国电力出版社，2005 7 李泰炯.塔式起重机控制系统的改进[J].长沙：维普资讯.2006

8 李秀忠.PLC 在门座式起重机控制电路中的应用[A].武汉：煤矿机械.2004 9 吴中俊,黄永红.可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械产业出版社.2004 10 中华机械网.塔式起重机的历史发展和存在题目[EB/OL].2009 11 GB/T13752-1992塔式起重机设计规范[S].北京：中国标准出版社.1996

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电气控制与PLC课程设计成绩评定表

姓 名 专业班级 课程设计题目：基于S7-200PLC的工业铲车控制系统设计 课程设计答辩或质疑记录： 成绩评定依据： 评定项目 1.设计方案可行性及其选优（20分） 2.设计过程及结果（40分） 3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分） 5.设计报告的规范性、参考文献充分（不少于5篇）（10分） 6.答辩（20分） 总分 学 号 电气工程10（1）班 评分成绩 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定） 指导教师签字： 年 月 日 16

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