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机电传动课程设计
摘要
工业铲车自动化智能低,铲车又叫装载机,是在动力机械的基础上,采用液压控制铲车升降和翻转,从而实现对沙石、水、泥、粮食、土、煤炭等散装物料的铲运及装卸。
本课程设计提出了对其自动化设计路线和思想,应用了PLC进行自动化控制的方案;采用三菱FX2N系列编程器对工业铲车控制部分进行路线控制,可以很容易的实现完成逻辑,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化控制,提高了生产效率,对其他的生产机械有一定的借鉴意义。
关键词:
PLC;铲车;设计
第一章引言······································3
1.1工业铲车简介······························3
1.2工业铲车控制系统进行PLC改造的目的和意义······3
第二章PLC及工业铲车的PLC控制·····················4
2.1PLC的由来及定义···························4
2.2PLC的发展历程····························5
2.3在工业铲车中应用PLC的优越性················5
第三章工业铲车的总体方案设计······················5
3.1设计任务·································5
3.2设计要求·································5
3.3总体设计方案·····························6
第四章控制程序的设计····························8
4.1I/O点数的估算····························8
4.2PLC的选型································8
4.3I/O分配表设计····························8
4.4程序流程图·······························9
4.5主程序·································10
第五章总结···································11
参考文献:
·································11
附录:
(I/O外部接线图;顺序功能图;梯形图;指令表)
第一章引言
1.1工业铲车简介:
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。
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。
1.2工业铲车控制系统进行PLC改造的目的和意义:
20世纪40年代末50年代初,我国的流程工业规模很小,设备陈旧,必要的调节主要靠最简单的测量仪表由人工操作运行。
50年代末60年代初,我国研制生产的传感器、变送器、调节器、执行器等,基本上能显示过程状态,实现调节意图,最终命令执行器完成对工艺流程的调节要求。
70年代初,我国自行研制的工控机开始应用于工业过程控制,它部分地取代了原来控制室内的仪表。
但由于受当时电子器件性能的限制,工控机本身的可靠性远不如现在,工控机带来的控制集中引起“危险”集中。
70年代末,分散型控制系统(dcs)进入工控领域,解决了“危险”集中的问题,还解决了一些复杂的控制。
dcs可建立通信网络,为大工厂生产带来许多方便,但其价格一直居高不下。
80年代初,适应性较强的总线型工控机(std)应运而生,std总线技术的推广和应用,使工控机的功能更加强化。
PLC作为工控机的一员,在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。
它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。
据统计,当今世界plc生产厂家约150家,生产300多个品种。
2000年销售额约为86亿美元,占工控机市场份额的50%,PLC将在工控机市场中占有主要地位,并保持继续上升的势头。
PLC在60年代末引入我国时,只用作离散量的控制,其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等,最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。
新一代的plc具有pid调节功能,它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域,广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。
在工业铲车中运用PLC,提高了其工作智能化,增强了其本身的竞争能力,对我国的PLC产品的研发和生产PLC的能力有一定的帮助。
第二章PLC及工业铲车的PLC控制
2.1PLC的由来及定义:
PLC是一种数字式的电子装置,它使用了可编程序的存储器以存储指令,能完成逻辑、顺序、计时、计数和算术运算等功能,并通过数字或类似的输入/输出模块,以控制各种机械或生产过程。
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:
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。
DCS集散系统:
DCS英文全称DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM,中文全称为集散型控制系统。
DCS可以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的,尽量将控制所造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。
DCS一般由五部份组成:
1:
控制器2:
I/O板3:
操作站4:
通讯网络5:
图形及遍程软件。
可编程控制器(ProgrammableLogicController),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,用来在其内部存储执行逻辑运算、循序控制、定时、计数和算术操作的指令。
并通过数字式或模拟式的和输出,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、大容量化、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、分布式系统、现场总线控制系统,这将使得PLC功能更强,使用更方便,适用范围更广。
2.2PLC的发展历程:
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。
人们很快将其引入到可编程控制器中,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具有网络的功能,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。
2.3在工业铲车中应用PLC的优越性:
近年来,随着自动化技术的不断发展,PLC逐渐代替了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;又采用触电的开关动作,工作频率低,触电易损坏,可靠性差。
PLC具有结构简单、编程方便、性能优越、灵活通用、使用方便、可靠性强、抗干扰能力强等一系列优点,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。
在工业铲车中用PLC将会代替人力,减少人力,便于控制,提高了在工业中的效率。
在我国的建设中起到重要的作用。
现代科技发展迅速,电子设备代替传统的设备,不仅效率提高了,而且还减少了投入的成本。
第三章工业铲车的总体方案设计
3.1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。
3.2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、系统的梯形图
3.3总体设计方案
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2-1工作顺序图
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:
3)工业铲车的结构描述
经过对控制过程和要求的详细分析,明确了具体的控制任务就是铲起、放下、行走、左转和右转等主要任务。
确定了铲车这些必须完成的动作后,再确定动作的顺序:
纵向电机正转,电磁铁由上向下移动,铲爪抓物体,纵向电机反转,由下向上移动,左右轮电机同时正转,实现向前,左轮电机停止右轮电机正转,实现向左转,左轮电机正转右轮电机停止,实现向右转,左右轮电机同时反转,实现后退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。
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。
第四章控制程序的设计
4.1I/O点数的估算:
输入端口的估算:
按下开始按钮SB0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SB1后,是小车完成一个循环后,不再进入下一次循环。
由以上可知需要一个开始按钮、预停按钮和七个行程开关,则共需要九个输入继电器。
输出端口的估算:
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。
由以上可知共需要六个输出继电器。
4.2PLC的选型:
本设计采用三棱FX2N—32MT—DPLC实现工业铲车自动控制由上面分析可以知道,系统共有开关量输入点10个、开关输出点6个,通常I/O点数按实际需要的10%~15%考虑备用量。
该控制系统选用日本三菱公司(MITSUBISHI)FX2N系列的PLC。
所以采用三菱32个端口的对工业铲车进行自动控制。
4.3I/O分配表设计:
输入端
输出端
元件代号
作用
输入继电器
元件代号
作用
输入继电器
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
左旋转90度
Y4
SQ4
限位开关4
X5
KM6
右旋转90度
Y5
SQ5
限位开关5
X6
SQ6
限位开关6
X7
SQ7
限位开关7
X8
4.4程序流程图
经过对控制过程和要求的详细分析,明确了具体的控制任务就是铲起、放下、行走、左转和右转等主要任务。
确定了铲车这些必须完成的动作后,再确定动作的顺序:
纵向电机正转,电磁铁由上向下移动,铲爪抓物体,纵向电机反转,由下向上移动,左右轮电机同时正转,实现向前,左轮电机停止右轮电机正转,实现向左转,左轮电机正转右轮电机停止,实现向右转,左右轮电机同时反转,实现后退。
其工艺流程图如下
图2-3工业铲车工艺流程图
4.5主程序
经过以上对PLC工业铲车控制系统硬件和软件部分的仔细考虑和分析,结合三菱FX2N编程器件的知识,以及对三菱WINDOWS的SW3D5-GPPW-E软件的学习,我编写出以下的以梯形图表示的PLC程序。
经过以上对PLC工业铲车控制系统硬件和软件部分的仔细考虑和分析,结合三菱FX2N编程器件的知识,以及对三菱WINDOWS的SW3D5-GPPW-E软件的学习,我编写出以下的以梯形图表示的PLC程序。
(1)铲车在初始位置限位开关SQ1被压合,按下开始按钮SB0按下铲车开始工作,按下预停按钮SB1铲车完成一个循环动作停止。
(2)铲车开始铲起物品,10秒后铲物品结束
(3)铲车前进0.5米,限位开关SQ2被压合停止前进。
(4)限位开关SQ2被压合停止前进,开始左转,5秒后旋转90度停止旋转。
(5)左转90度后开始前进,前进0.5米后限位开关SQ3被压合,停止前进。
(6)限位开关SQ3被压合停止前进,开始右转,5秒后旋转90度停止旋转。
(7)右转90度后开始前进,前进0.5米后限位开关SQ4被压合,停止前进。
(8)限位开关SQ4被压合停止前进,开始右转,5秒后旋转90度停止旋转。
(9)右转90度后开始后退,后退0.5米后限位开关SQ5被压合,停止后退。
(10)限位开关SQ5被压合停止后退,铲车开始放下物品,10秒后放下物品结束。
(11)放下物品后,铲车开始返回初始位置,开始向左转动90度,5秒后旋转结束。
(12)左转90度后开始前进,前进1.5米后限位开关SQ6被压合,停止前进。
(13)限位开关SQ6被压合停止前进,开始左转,5秒后旋转90度停止旋转。
(14)左转90度后开始前进,前进1米后限位开关SQ7被压合,停止前进。
(15)限位开关SQ7被压合停止前进,开始左转,5秒后旋转90度停止旋转.
(16)限位开关SQ1被压合停止前进,前进1米后限位开关SQ7被压合,停止前进。
铲车回到初始位置,然后一直循环,知道按下预停开关SB1完成一个循环后停止。
第四章总结
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。
我通过这次课程设计,我对PLC有了更深入的了解,初步掌握了PLC的简单功能。
在这次课程设计过程中,遇到不懂的问题,老师们耐心地给我们指导讲解,使我们将所学理论知识与实际联系起来,提高了我们实际操作能力和加深理论知识。
为期二周的这次PLC课程设计使我进一步巩固所学的专业理论,掌握PLC设计的基本技能和方法,真正做到了学有所获。
对此特别感谢老师们这么多天来对我们的指导和帮助,还有同学们的团结互助!
这是我第二次做课程设计,所以做起来不会像前几次那么生疏,不会觉得不知所措。
我们依然坚持来实验楼做课程设计。
十多天的PLC课程设计让我学到很多,让我对PLC又有新的理解。
其实自己动手真的很有用,亲自接触了掌握的更深刻。
在做课程设计期间老师们都非常热心的帮助我们解决所遇到的问题,他们天天都来指导我们,对此特别感谢老师们这么多天来对我们的指导和帮助,还有同学们的团结互助!
二周的时间说长不长,说短也不短,在这二周里让我学会了PLC在实际生活中的用途,学会了小组之间的互助,学会了小组成员之间的团结,学会了怎样克服困难。
在此再次感谢我们的指导老师。
感谢老师细心耐心的指导,谢谢你们,没有你们的帮助我可能完成不了这是课程设计。
参考文献:
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