基于plc行车控制设计Word下载.docx
- 文档编号:19004942
- 上传时间:2023-01-03
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:307.89KB
基于plc行车控制设计Word下载.docx
《基于plc行车控制设计Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于plc行车控制设计Word下载.docx(25页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
在这里仅简单介绍梁式起重机、桥式起重机、流动式起重机、龙门起重机、悬臂起重机、塔式起重机。
1.梁式起重机:
梁式起重机主要包括单梁式起重机和双梁式起重机;
梁式起重机(见图2—1):
其桥架的主梁多才用工字型钢或钢板的组合截面。
起重小车常为手拉葫芦、电动葫芦或用葫芦作为起升机构部件装配而成。
有桥架支撑式和悬挂式两种,前者沿车梁上的起重机轨道运行;
后者的桥架沿悬挂在厂房屋架下的起重机轨道运行。
单梁桥式起重机分为手动、电动两种。
手动单梁式起重机各机构的工作速度较低,起重也相对较小,但自身重量小,便于组织生产,成本低,用于无电源后搬运量不大,对速度与生产
图2-1梁式起重机图2-2双桥式起重机
率要求不高的场合。
手动单梁桥式起重机采用手动单轨小车作为运行小车,用手拉葫芦作为起升机构,桥架由主梁和端梁组成。
主梁一般采用单根工字钢,端梁则用型钢或压弯成型的钢板焊接而成。
电动胆量桥式起重机的工作速度较低、生产率较手动的高,起重量也较大。
电动单梁桥式起重机由桥架、大车运行机构、电动葫芦及电气设备等部分组成。
双梁桥式起重机(见图2-2):
由直轨、起重机主梁、起重小车、送电系统和电气控制系统组成,特别适合于大悬挂和大起重量的平面范围物料输送。
由于其结构形式和起吊重量大所以也可以说它是桥式起重机。
桥式起重机分单梁式和双梁桥式,而梁式起重机则无此分类。
桥式起重机与梁式起重机起重量不同,梁式是5t及以下,桥式是5t及以上。
所以在此对桥式起重机不做过多的介绍。
2.流动起重机:
流动起重机主要包括汽车式起重机、轮式起重机、链带式起重机、全地形起重机、越野式起重机。
在此仅介绍我们常见的汽车式起重机。
图2-3汽车式起重机图2-4悬臂式起重机
汽车式起重机(见图2-3):
汽车式起重机就是把起重机安装在载重汽车底盘上的一种起重机。
近年来由于汽车载重能力的不断提高,各种专门的汽车底盘的产生,使得大吨位的汽车式起重机不断的出现,同时由于液压机构被广泛的用在汽车起重机上,用高强度钢材作为起重机的臂杆,使它无论在操作上还是在使用性能上都具备了很多的优越性。
因此汽车式起重机是目前使用较为广泛的一种起重机。
3.悬臂起重机(见图2-4):
起重机由立柱,回转臂回转驱动装置及电动葫芦组成,立柱下端通过地脚螺栓固定在混凝土基础上,由摆线针轮减速装置来驱动悬臂回转,电动葫芦在悬臂工字钢上作左右直线运动,并起吊重物。
悬臂式起重机主要包括;
立柱式、壁挂式、平衡起重机三种形式。
4.龙门式起重机(见图2-5):
水平桥架设置在两条支腿上成门架形状的一种桥架型起重机。
龙门式起重机主要包括轨道式和轮胎式两种。
但现在工厂中多用的
图2-5龙门式起重机图2-6塔式起重机
是轨道式起重机。
因为轨道式龙门起重机能适应工厂的恶劣环境。
而轮胎式则相对逊色些。
5.塔式起重机(见图2-6):
塔式起重机是动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机。
作业空间大,主要用于建筑施工中物料的垂直水平输送及建筑构件的安装。
由金属结构、工作机构和电气系统三部分组成。
金属结构包括塔身、动臂和底座等。
工作机构有起升、变幅、回转和行走四部分。
电气系统包括电动机、控制器、配电柜、连接线路、信号及照明装置等。
在当今自动化流水线作业的工厂中,由于起吊的工件较大,重量也重,且要求能够配合流水线作业。
所以选择梁式起重机为研究重点。
选择梁式起重机的原因有以下四点:
首先,它在现在的工厂中应用较为普遍,对其进行改造,具有普遍性。
其次,它即可实现工件的定位起重装卸,又可实现工件在各个位置的位移,,从而达到加工工位间的衔接要求。
再次,其搬运工件的路线,可从工厂的上层空间行走,节约了地面加工的操作空间。
最后,由于工件的搬运只在工厂上层空间运动,对地面加工工人的安全也多提供了一份保障。
在后文中仅以河南省宏业起重设备有限公司生产的qd型5-50/10吨吊钩桥式起重机作为实列进行分析设计。
2.1.2自动化行车的应用
自动化是指机器或装置在无人干预的情况下,按照规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程,其目标是稳、准、快。
自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输等方面。
采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣危险的工作中解救出来,而且能扩展人的适应能力,极大的提高劳动生产率,增强人认识世界、改造世界的能力。
因此,自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。
自动化的起重行车,不仅具有传统行车所具有的功能,更具备有自动控制的能力。
它能实现精确的点到点的控制,能满足流水线作业的要求,它能自动将工件从上一个加工工位搬运到下一个加工工位,以此而往复,并以加工工序为基准。
如若加工工序有变或加工产品有变,可通过更改程序来改变运行的路线。
加少人力,提高产品一致性,提高产品质量,更适合大批量生产,降低生产成本,提高生产率,改善工作环境等。
2.2控制方案的选择
2.2.1自动化控制常用的方法
在当今生产中,常用的自动控制方案有三种:
继电器控制、单片机控制、PLC控制。
在当今工业电气控制领域中,继电器控制占主导地位,应用广泛。
继电器控制是利用各种继电器元件,进行逻辑组合实现逻辑控制,实质上也是一种传递信号的电器,它可根据输入的信号达到不同的控制目的。
它能适应较差的工作环境,但继电器控制存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点,特别是其接线复杂、不易更改,对生产工艺变化的适应能力差的缺陷越来越不适应现代化工业的要求。
单片微型计算机简称单片机,又称为为控制器所谓单片机就是一块半导体芯片上集成了CPU、存储器、输入输出接口、定时器、计算器等功能部件的微型计算机。
单片机的特点是集成度高、可靠性高、易扩展、控制功能强以及体积小、价格便宜等。
但是单片机只能在较好的环境下工作,对环境的适应能力差,抗干扰能力不强。
它主要应用在家电产品中,被作为核心控制器。
PLC就是可变成控制器的简称,它是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的,并逐渐发展成为以微处理器为核心,把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。
其具有应用灵活、扩展性好、操作方便、适应能力强等特点,它被广泛应用于工业电气控制领域。
由于绝大多数的起重机行车都在比较恶劣(高温、粉尘、噪声等)的环境中工作,所以根据行车工作的这一特性,在设计中选择用PLC来做核心控制器。
因为PLC具有抗干扰能力强、可靠性高且体积小、重量轻、能耗低、功能完善、通用性强等特点,是其它控制方式所不能企及的。
3电气控制部分
3.1电气控制系统的原理
电气系统分为电气控制流程、主电路、和控制电路三部分。
其分别讲了控制的整个过程以及主电路的工作原理和控制电路的工作原理。
3.1.1电气控制流程
在工厂中一般都根据加工工艺流程而将车间划分为多个工段或加工区域,在自动化流水线作业的工厂中,则划分的更加详细。
下面就将一水冷壁车间划分为五个加工区域来分析。
将水冷壁车间划分五个工作区见图3-1,在图中工作区一是原材料区,产品的各原材料堆放于此。
工作区二是焊接加工区,工作区三是出厂检验区,工作区四则是喷涂加工区,工作区五是产品装车入库区。
图3-1水冷壁车间示意图
起重行车采用的是自动顺序控制,而自动顺序控制需要一系列的开关输入,在本系统中,所用到的I/O输入输出见表3-1。
表中共列出了16个位开关和3个按钮开关的输入以及9个输出。
16个位开关分别控制了大车、小车以及起重装卸的各个位置。
9个输出则控制行车工作的起动、停止以及制动。
控制大小车前进后退,以及起重机上升下降和制动。
I/输入
开关名称
开关所在位置
O/输出
输出控制内容
I0.0
SB1
控制柜
Q0.0
大车前进
I0.1
SQ1
大车前进到工作区一的位开关
Q0.1
小车左行
I0.2
SQ2
小车到达工作区一的位开关
Q0.2
吊钩下放
I0.3
SQ3
工作区一装卸高度位开关
Q0.3
吊钩上升
II0.4
SQ4
工作区一安全运行高度位开关
Q0.4
小车右行
I0.5
SQ5
大车前进到工作区二的位开关
Q0.5
大车后退
I0.6
SQ6
工作区二装卸高度位开关
Q0.6
大车制动
I0.7
SQ7
工作区二安全运行高度位开关
Q0.7
小车制动
I1.0
SQ8
小车右行到达工作区三位开关
Q1.0
起重机制动
I1.1
SQ9
工作区三装卸高度位开关
I1.2
SQ10
工作区三安全运行高度位开关
I1.3
SQ11
大车前进到工作区四的位开关
I1.4
SQ12
工作区四装卸高度位开关
I1.5
SQ13
工作区四安全运行高度位开关
I1.6
SQ14
小车左行到达工作区五位开关
I1.7
SQ15
工作区五装卸高度位开关
I2.0
SQ16
工作区五安全运行高度位开关
I2.1
SQ17
返回待工作区位开关
I2.2
SB2
I2.3
SB3
表3-1I/O分配表
起重行车的控制流程见图3-2。
在图中按下启动,行车则自动按设计好的程序工作。
在水冷壁车间中,行车的工作流程大概是这样:
按下启动按钮I0.0,大车向工作区一运动(Q0.0),到达工作区一,启动位开关I0.1,大车制动(Q0.6),小车向工作区一运动(Q0.1),到达工作区一,启动位开关I0.2,小车制动(Q0.7),吊钩下降(Q0.2),起重机制动松开,达到装卸高度启动为开关I0.3,起重机制动器制动(Q1.0)启动延时T37,延时时间到,吊钩上升(Q0.3),制动器松开,达到安全运行高度,碰到位开关I0.4,启动制动(Q1.0),启动延时T38(稳定工件),延时时间到,大车向前运动(Q0.0),到达工作区二,碰到位开关I0.5,启动大车制动器,吊钩下放(Q0.2),起重机制动器松开,达到装卸高度,启动位开关I0.6,起重机制动器制动(Q1.0),启动延时T39(装
图3-2空控制流程图
卸工件),延时结束,吊钩上升(Q0.3),起重机制动器松开,达到安全运行高度,启动位开关I0.7,制动器制动(Q1.0),启动延时T40(稳定工件),小车制动器松开,小车向右行驶(Q0.4),到达工作区三,启动位开关I1.0,小车制动(Q0.7),吊钩下降(Q0.2),吊钩制动松开,达到装卸高度启动位开关I1.1,起重机制动(Q1.0),启动延时T41,完成装卸延时结束,吊钩上升(Q0.3),起重制动松开,达到安全运行高度,启动I1.2,起重机制动(Q1.0),启动延时T42,延时结束,大车制动松开,大车驶向工作区四(Q0.0),到达工作区四,启动位开关I1.3,大车制动(Q0.6),吊钩下降(Q.2),起重制动松开,到达装卸高度,启动I1.4,起重制动(Q1.0),启动延时T43,完成装卸延时结束,吊钩上升(Q0.2),起重制动松开,到达安全运行高度,启动I1.5,起重制动(Q1.0),启动T44,延时结束,小车制动松开,小车驶向工作区五,到达工作区五,启动I1.6,小车制动(Q0.7),吊钩上升(Q0.2),起重制动松开,达到装卸高度,启动I1.7,起重制动(Q1.0),启动延时T45,延时到,吊钩上升,起重制动松开,达到安全运行高度,启动I2.0,起重制动(Q1.0),大车退回工作区一(Q0.5),若要停止工作,则按下I2.3,大车退回待工作区。
若发生紧急情况,则按下急停I2.2。
3.1.2主电路
由于在行车起重系统中所使用的拖动电机容量大,会产生较大的电弧,所以主电路的通断还是采用接触器来实现。
主电路的电气原理图见附录一,在图中共有五台三相电动机,M1、M2是大车前进后退的动力源,M3、M4则是小车左右运动的动力源,M5则是起重机起重所需的动力源。
电网电通过变压器降为工业用电,从QS进入,经过FU1-FU5,五个熔断器的保护,经由接触器的主触头,来到最后一道保护FR1-FR5,五个热继电器的保护,最后到达目的电机。
在主电路中,五台电动机均采用正反转控制,电机采用星型-三角形降压启动。
主电路的工作原理:
当闭合闸刀开关,外网电进入系统,若KM1、KM3闭合,则M1、M2正转。
KM2、KM4闭合M1、M2反转。
KM5、KM7闭合,M3、M4正转。
KM6、KM8闭合,M3、M4反转。
KM9闭合,M5正转。
KM10闭合,M5反转。
3.1.3控制电路
控制电路附录一,电路中最主要的控制器是PLC。
外界电源经过FU6的保护为PLC提供电源。
各个位开关均采用24V电压供电,并由PLC直接供电。
图中的1M、2M、3M是公共端,L+和M则是PLC自带的DC24V电源。
在PLC的另一端,则接的是PLC输出Q0.0-Q1.0,以及KM1-KM15的15个线圈。
KM1-KM10是M1-M5正反转的接触器,M11-M15是各个制动器的电磁线圈。
在PLC各个零线端就近接地。
用以提高PLC的抗干扰能力。
3.2PLC型号的选择
在当今工业运用的PLC大概可分为以下三个厂家生产的产品:
一是三菱公司生产的系列产品:
二是松下公司生产的系列产品:
三是德国西门子公司生产的系列产品。
由于西门子公司的产品在性价比上要求比其他的公司产品好,所以在本文中以西门子公司生产的PLC为核心控制器。
西门子公司的PLC产品包括S7—200,S7—300,S7—400,工业网络,HMI人机界面和工业软件等。
S7—200PLC是超小型化的PLC,它适用于各行各业、各种场合中的自动检测、监测及控制等。
S7—200PLC的强大功能使其无论单机运行,或连成网络都能实现复杂的控制功能。
S7—200PLC可提供基本型号的8种CPU。
S7—300PLC是模块化小型PLC系统,与S7—200相比其具备高速的指令运算速度等。
S7—300PLC具备强大的通信功能,可通过编程软件STEP7的用户界面提供通信组态功能,这使得组态非常容易、简单等。
S7—400PLC是用于中、高档性能范围的可编程控制器。
S7—400PLC采用模块化无风扇的设计,可靠耐用,同时可以选用多种级别的CPU,并配有多种通用功能的模版。
这使得用户可以根据不同的需要来组合成不同的系统。
当控制规模扩大或升级时,只要适当的增加一些模块,便能使系统升级并充分满足需求。
根据行车起重系统的需要,PLC采用单机控制,其所需要的点数也不多,综合成本与性能的考虑,在这个系统中采用S7-200系列的PLC。
具体型号S7-200CPU226,其输入点数为24,输出为16,同时还可以带2个扩展模块,248路数字I/O点数或35路模拟量I/O点,然而在笨设计中只需要20个输入和5个输出点数,所以S7-200CPU226完全能满足设计的需要。
如果在其他的应用中需要怎加点数则可拓展模块来实现。
3.3S7-200的外部接线
S7-200有一定数量的本机I/O,本机I/O有固定的地址。
可以用扩展I/O模块来增加I/O点数,扩展安装在CPU模块的一端,其I/O点的地址由模块的类型和模块在同类I/O模块链中的位置来决定。
CPU分配给数字量I/O模块的地址以字节为单位。
其中未用的位不会分配给后续的模块。
S7-200PLC的外部接线采用0.5-1.5mm2的导线,导线要尽量成对使用,应将交流线、电流大且变化大的直流线与弱电信号线分隔开,干扰严重时,还应该设置浪涌抑制设备。
在此系统中采用交流电源如如附录一所示,用单刀开关将电源与PLC隔离开,用过电流设备保护CPU的电源和I/O电路。
在设计中采用CPU226,它的24个输入点分为三组,但在此系统中只用到了I0.0-I2.2。
用来控制其在各个工位的停留和启动急停等。
它的16个输出点,也只用到了其中的Q0.0-Q1.0。
用来控制五个电机的正反转。
实现大车的进退,小车的右进左进,起重的上什下降。
3.4控制柜的设计
为了便于系统的安装和维护,所以将各元件置于控制柜内。
各元器件在控制柜中的
图3-3控制柜内元器件的位置示意图
图3-4控制柜外表面示意图
位置如图3-3所示。
在图中PLC置于控制柜上方,其左边是外部电源与内部元件的控制口,闸刀开关QS1和PLC的电源开关QS2。
第二排的是FU6和SB1、SB2、SB3;
FU6是控制电路的过电流保护器,SB1是启动按钮SB2则是急停按钮。
SB3是返回待工作区的按钮。
控制柜的第三排是M1-M5的过电流保护器,FU1-FU5。
第四排是控制五个电机的10个接触器KM1-KM10。
位于控制柜的最后一排则是M1-M5的五个热继电器FR1-FR5,为其提供过载保护。
之所以这样排列是为了降低干扰以及便于排线等因素。
控制柜的外表面(见图3-4)设有8个工作指示灯L1-L8和三个按钮开关SB1、SB2、SB3。
L1-L5分别是M1-M5工作指示灯。
L6是控制电路的工作指示灯。
L7是急停指示灯。
SB1是启动按钮,SB2是急停按钮,SB3是返回待工作区按钮。
3.5PLC程序的编制
在本系统中,由于行车都是加工的顺序来工作,所以程序也就是一步紧接一步。
在编写程序时采用梯形图和语句表的方式来编写,并采用顺序设计法。
首先要根据行车工作步骤,编写顺序功能图,再根据顺序功能图编写程序(见附录三)。
语句表的编写也是顺序功能图来编写。
4机械部分的设计
4.1电器型号选择
在本系统中主要涉及的各个元器件有熔断器、热继电器、刀开关、导线、以及接触器的选择。
熔断器的选择主要是根据负载电流的大小来选择熔断器的型号。
热继电器的选择除考虑电流大小以外还综合了负载的时间长短的因数。
刀开关则是根据工作电压、电流的大小来选择。
导线的型号是根据电流的大小和工作的环境来做的选择。
接触器的选择则是考虑了性能、接线、以及经济的综合因数。
各个元器件的型号及数量见表4-1.
表4-1电器型号一览表
名称
型号
数量
熔断器
RT18-32X
15个
RT18-10X
2个
热继电器
JR33
5个
三刀开关
HS11
1个
单刀开关
HR3
控制电路导线
1.5mm2
400m
主电路导线
6mm2
700m
接触器
SJ-OG/DC24V
10个
4.2制动系统的设计
本系统的制动主要是设计重物悬空,大小车停车时的制动,在本系统中采用
图4-2长行程电磁铁制动器原理图和结构图
长行程电磁铁制动器其原理图和结构图见图4-2.
长行程电磁铁制动器的工作原理是,通电时电磁铁吸起水平杠杆,带动主杆向上运
动,迫使杠杆角板动作,两个制动臂分别向左、右运动,带动制动瓦块松开制动轮。
电磁铁断电时,主弹簧伸张,弹簧带动套板向右移动,使杠杆角板做顺时针转动,使左、右制动臂带着制动瓦块抱住制动轮。
它的驱动装置是三相电磁铁。
电磁铁通过杠杆系统来推动杠杆角板,带动制动臂和制动瓦块动作。
长行程电磁铁制动器的优点是:
制动力矩稳定,安全可靠。
大小车在工作时需要停车,则当大车电机断电的瞬间接通大车制动器的电源,使其制动从而使大小车停车。
在起重机上的制动则涉及到起重和放下重物是先启动电机,还是先松开制器的问题。
在起重时若先松开制动器则电机转矩达不到制动的需要。
会出现重物瞬间掉下,造成事故的危险,所以为保证安全,在起重时采用先起动电机,再松开制动器,在下放重物时也会涉及到同样的问题。
所以在下放重物时,也应先启动制动器,再给电机断电。
以防重物掉下造成事故。
5调试运行
5.1利用仿真软件调试运行
本程序的仿真是利用的S7-200的仿真软件来进行见图5-1.在仿真过程中出现了些问题输入和输出的错误,但在修改后仿真成功。
5.2对程序的修改
由于在仿真中出现了些错误,所以根据其错误的所在,将程序的输入进行了修改。
修改后见附录三。
6结论
在本文设计中,由于采用了S7-200作为行车的核心控制器,在性能上比以前有了极大的提高。
在自动控制上,则更有了质的飞跃。
设计针对工厂的自动控制改造入手,对工厂的起重系统进行了改造。
本设计对起重行车的自动控制、电气控制部分、机械部分的设计以及调试运行等进行了介绍和设计。
解决了以前传统行车的许多不足之处,例如提高了生产效率、改善了劳动条件、推进了自动化进程等。
总体的性能指标均达到了题目的要求。
在设计的过程中,我学到了许多东西,这些东西不仅仅是制作方面,而是在做事的态度上,有了极大的提高。
致谢
本论文是在老师的悉心指导下完成的。
王赛老师渊博的专业知识,严谨的治学态度,精益求精的工作作风,诲人不倦的高尚师德,严以律己、宽以待人的崇高风范,朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。
不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法,还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。
本论文从选题到完成,每一步都是在王老师的指导下完成的,倾注了王老师大量的心血。
在此,谨向王老师表示崇高的敬意和衷心的感谢!
我的毕业设计课题是基于PLC控制的行车起重系统的设计,是一个实际的工程。
作为一个专科学生,我对实际的工程设计认识不够,经验不足,难免在设计的整体框架中,有很多的细节没有考虑。
我们的指导老师:
王赛老师冰没有指责,而是给予我们鼓励和很多宝贵的建议,并且悉心指导
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 plc 行车 控制 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)