基于PLC的自卸汽車舉升機構控制系統(tǒng)設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u680基于PLC的自卸汽車舉升機構控制系統(tǒng)設計案例 1126821.1PLC理論基礎 1166421.1.1PLC中的重要組成 271581.1.2PLC的基本原理 256191.1.3PLC的工作過程 3211521.2PLC控制系統(tǒng)硬件設計 4315151.2.1舉升角監(jiān)控裝置設計 527751.2.2限位開關 646231.2.3I/O分配及PLC選擇 790401.2.4PLC的外部接線 9236151.3PLC控制程序設計 1018011.3.1PLC的編程理論 10294021.3.2舉升機構控制系統(tǒng)的程序總體設計 12256171.3.3PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序 131.1PLC理論基礎在中國的工業(yè)中我們會經常使用應用程序，往往采用PLC控制即（可編程控制器）如圖5-1所示。圖5-1PLC的整體認識1.1.1PLC中的重要組成CPU,存儲器為其提供儲存功能，I/O接口，電源給其供能，編程器編譯數(shù)據(jù)這五大模塊組成了PLC，如圖5-2、5-3所示。圖5-2 PLC基本結構圖5-3 PLC控制電氣原理圖1.1.2PLC的基本原理在下圖中有三個部分，第一輸入部分，第二輸出部分，第三控制部分，這三個構成了整個的一個完整的PLC的電路。圖5-4PLC系統(tǒng)的等效電路圖①輸入部分本部分的作用主要是采集信號并將其輸出到下一模塊，然后外部模塊通電后開始工作，繼電器隨之也開始運轉起來，正式開始了工作②內部控制電路本電路是人性化的，它根據(jù)用戶的需求來進行程序的執(zhí)行控制，并對其進行檢驗，最后輸出正確結果。③輸出部分輸出部分由三部分組成，有被控對象的接線端子和被控對象以及內部控制，配置標準是在外部的電源對被控對象唯一總而言之，繼電器的線圈和等效的輸出的動觸點是PLC的縮減版1.1.3PLC的工作過程①PLC的運行方法PLC根據(jù)合理的順序依次掃描，在完成執(zhí)行工作后更完成了整個掃描工作②PLC在工作中的狀態(tài)作PLC通常使用RUN模式，它一次又一次的工作是為了讓PLC兩端信號及時響應，不工作了是在換成STOP或有毛病時。圖5-5 循環(huán)掃描工作過程③PLC從輸入到輸出的動作從圖中看出三個部分，如：輸入的采樣，程序的執(zhí)行，輸出的刷新。圖5-6 PLC執(zhí)行程序過程示意圖（1）輸入采樣階段（2）程序執(zhí)行階段（3）輸出刷新階段1.2PLC控制系統(tǒng)硬件設計舉升機構的控制器在系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，是每一項操作的重要的開，它不受其他的影響與作用，每一步驟的動作可由它直接控制。在國內的市場中，有各種各樣的PLC，但通過比較，慎重的選擇了西門子S7-200PLC，它有很多優(yōu)點，比如：結構緊湊，擴展性好，指令有著強大的功能，價格親民，所以選擇了它，西門子PLC能夠充分發(fā)揮它的作用，也滿足了舉升機的工作需求，并且能夠順利完成本設計1.2.1舉升角監(jiān)控裝置設計本文采用ZCT1180KS1-SNS-29式的不用接觸的傳感器對本設計的舉升角進行監(jiān)控。電源電路原理如圖5-7所示。圖5-7 角度傳感器電源電路原理圖圖5-8所表示的是本節(jié)介紹的工作原理圖，在獲得比較電壓V0后，舉升角的變化是導致角度傳感器產生電壓VOUT的原因，電壓公式如4-1所示，在達到這個數(shù)值后控制器可以繼續(xù)工作圖5-8角度傳感器工作示意圖VOUT0.5%VDD（4.1）—舉升角；VOUT—輸出電壓（V）；VDD—工作電壓（V）。舉升角的變化可被角度傳感器所檢測，如圖5-9所示。舉升高度是通過感應變化的，在此前必須使磁鐵發(fā)生變化，這些是由轉軸帶動的，接口端子只接受電壓信號。圖5-9 ZCT1180KS1-SNS-29角度傳感器使用裝配圖臨界值電壓是由LM339比較的。通過比較選擇了LM339式，需要在滿足工作電壓的前提下設置一個不變的參考值V0。輸出電壓與舉升機同時變化，設定值相對小時為“-”大于“+”電壓，設定值相對大時“+”大于“-”，舉升角的變化可由R1控制。本文選用的是優(yōu)點為穩(wěn)定的LM339比較器。圖5-10 LM339比較器電路圖1.2.2限位開關控制元件也是限位開關，它的作用是約束機構運動的。接近與行程開關在生活中比較常用。①行程開關它起到的是限位保護作用，有以下四種。（1）直動式它只能在速度大于0.4m/min的情況下工作，原理簡單易懂。（2）滾輪式微動開關的斷開時因為撞桿由一端到了一端導致推桿下推發(fā)生的。重回始態(tài)必須是被控對象的改變才能做到。單滾與雙滾的分類是由于個數(shù)不同導致的。通常下使用雙滾式因為其有單滾沒有的記憶功能，看上去更加整潔。（3）微動式LXW-11是靈敏開關的的產物。在整個過程中不能出現(xiàn)差錯，否則會影響到下一步電路的工作，還會造成機器里的機械點的損壞。②接近開關本裝置自動控制是通過距離來衡量的不管是測量的物體距離還是距離值都是一種非接觸的開關。它可以在各種惡劣條件下工作是因為相互碰觸不到。NPN與PNP是常見的三線制，比較實用，廣泛的運用，除此外還有二線制。1.2.3I/O分配及PLC選擇①系統(tǒng)需求分析下圖5-11是控制面板，操作簡單明了，功能全且強大，可以根據(jù)各種情況來適應控制的方式。圖5-11 操作臺面板布置示意圖②確定PLC的I/O點數(shù)(1)PLC的輸入信號(2)PLC的輸出信號(3)PLC的I/O地址分配表如表5-1所示是輸入輸出信號地址，并且還有原件和它的功能。③PLC的選型為了完成工作，達到目標，而選用了CPU224的S7-200PLC。圖5-12 S7-200PLC（CPU224CN）PLC表5-1 輸入/輸出信號及PLC地址編號輸入信號輸出信號地址元件功能地址元件功能I0.0SB0系統(tǒng)急停Q0.0KM定量泵I0.1SB1泵啟動Q0.1YA1舉升I0.2SB2泵停止Q0.2YA2下降I0.3SB3自動操作Q0.3YA3中停I0.4SB4手動舉升Q0.4LED1泵工作提示I0.5SB5手動下降Q0.5LED2自動指示I0.6SA自動手動選擇Q0.6LED3手動提示I0.7KV角度檢測Q0.7LED4車廂復位I1.0SQ1下降限位在本次中選用的是S7-200PLC（CPU224CN）PLC它優(yōu)點十足比如結構簡單，操作容易能滿足各種情況，其中它的組成有CPU，電源、通訊模塊等等，這是一個好的選擇，參數(shù)如表5-2所示：表5-2 S7-200PLC（CPU224CN）PLC參數(shù)特性CPU224特性CPU224CN外形尺寸/mm120.5*80*62功耗/w7程序儲存區(qū)/字節(jié)8192供電能力/mA（+5VDC）660數(shù)據(jù)儲存區(qū)/字節(jié)5120供電能力/mA（+24VDC）280掉電保持時間/h190質量/g360本機I/O14入/IO晶體管出布爾指令執(zhí)行速度0.37us/指令擴展模塊數(shù)量7I/O影響區(qū)256（128入/128出）1.2.4PLC的外部接線輸入端子是采用的24VDC供電的，由于電壓相同，所以可以直接使用。舉升機構的外部接線圖是由多個因素控制的，有輸入輸出負載和通過手動來進行自動控制的模塊，這些都是重要因素從下圖5-16能很好的看出。圖5-13PLC控制系統(tǒng)外部接線圖1.3PLC控制程序設計1.3.1PLC的編程理論①PLC編程語言(1)PLC編程語言的特點它是一種獨特的編程語言，區(qū)別于其他的的編程軟件，它的優(yōu)勢在于使用者更易上手操作理解，也更便于教學，相比下，說一下它的具體優(yōu)點：a.更易查看的看懂的指令的結構本項優(yōu)勢明顯，直擊心里，人們最想的就是能更最容易看明白并能快速上手，當使用者編程時，復雜也不用擔心，因為使用者僅僅需要根據(jù)軟件指令中的圖形結構就可輕松編寫。b.確定的可以改變的不變的數(shù)PLC是一種獨特的編程方式，它有許多獨特的數(shù)值讓人們選擇，在某一方面可區(qū)分其他軟件，就是PLC可將語言轉換成符號，并且還能運算。c.使用者能學到簡單易學的程序使用者不但能了解模塊中的功能，還可以學到知識，那就是模塊式結構d用戶在程序中調試是PLC的輔助PLC比較適合大眾，其內容簡單易懂，操作界面一目了然，不需要像其他軟件那種復雜的編譯鏈接過程，大大縮短了時間，給人們提供了方便，不用進一步的診斷調試。(2)PLC編程語言的分類a.編程中的梯形圖梯形圖（LadderDiagram）圖形直觀，使大部分人都能一眼就看明白，使用者用起來也更加輕松愉快，在使用者設計時，在得出結果夠會左右示意，梯形圖圖中有各種符號，它可以用來表示因果關系b.設計中的語言-BooleanMnemonic布爾助記符（BooleanMnemonic）也是一種方便的編程語言，通常也被大家所認同，它所獨有的助記符是一種特殊的語言，是其他所沒有的，它的好處和PLC大同小異差不太多，比PLC多一個梯形圖的優(yōu)點。c.語言的模塊—功能功能模塊圖（FunctionBlock）通過名字也能看出來，它是通過模塊來劃分的，并展示其功能，它需要軟連接來控制和操作，用的是模塊與端子，它計較占用空間，來將模塊保存起來，所以用它的大多是些大中型的PLC?？吹较聢D5-14功能模塊與梯形圖之間可相互轉換圖5-14 功能模塊圖d.設計語言的順序順序功能圖（SepuentialFunctionChart，SFC）也可以叫做圖形法，因為它采用的都是圖形，系統(tǒng)的工作是分解系統(tǒng)進行的，這樣既方便又不失條理性，兩全其美，也方便了使用者的檢查使用如圖5-15所示。圖5-15 功能表圖編程e.設計語言中的結構化語句結構化語句（StructuredText）是一種不太符合我們大眾的語言，它采用的是計算機，它經常出現(xiàn)在大中型和集散的場合中。②PLC中的編程規(guī)則(1)觸點具有唯一性，水平位置是它的唯一選擇。(2)在編程過程中。導致產生誤差犯錯的一個大原因是重復使用，所以請不要重復使用，在連接過程中，輸出部分只能并聯(lián)，線圈也不能直接連接左母線。(3)由于相互相影響產生了所示圖形。(4)繪圖是一個重要環(huán)節(jié)需要多觀察各個零件，例如觸點的狀態(tài)是開還是閉。繼電器在控制中，SB1常開，常閉SB2這兩個按鈕。在PLC接入時，必須全都開放。這一切都是為了保持狀態(tài)能的始終如一。假設輸入端子互相連接在了一起，在內部查看觸點時始終如一，I0.1I0.2由于系統(tǒng)的要求都將其設置為常開。因為停止按鈕有一個作用是可以控制繼電器這要是在常閉狀態(tài)下，并且被按的地方始終停為止按鈕，在按下按鈕，電路被成功的接通，這就是動觸電。1.3.2舉升機構控制系統(tǒng)的程序總體設計①程序設計分析在我們的程序控制中，有兩部分，考慮到單一性的問題，所以可以把它分為自動與手動兩部分。本工作可以分為兩個工作方式，在控制方面考慮，可分為手動與自動，在本實驗中不但要兼顧安全性還有考慮到實際的操作情況，經過查看，我們需要進行如下操作，①使用轉換器SA，②自動控制為默認狀態(tài)，手動與自動在I0.6上有所區(qū)別，手動模式為0，自動模式則為1，如圖5-16所示。圖5-16 舉升機構控制系統(tǒng)總結構圖在下圖中可看出舉升機構的工作流程，大致總結就是第一步液壓泵首先啟動，開始做舉升運動，在中途可以停止，工作完后下降至初始位置，從前到后依次的進行，通過查看和查閱資料，考慮到控制要求，舉升機構從原點出發(fā)，如圖5-17所示的是自動作業(yè)流程。 圖5-17舉升機構自動流程圖 圖5-18舉升機構手動流程圖在我們身邊的施工工作時，自動操作不是萬能和什么都能解決的，若那樣人就顯得作用很小，在遭遇施工道路崎嶇、危險和機器發(fā)生故障需要進行修理二不能正常使用時，這時就需要手動的控制來進行操作。介紹手動操作的步驟，分為三部分舉升，中止停下，下降。中停狀態(tài)是在到達最大舉升角時，接受到信號，I0.7=ON時才能發(fā)生，在完成它的工作后，需要將其歸位，也就是說使它下降，下降的操作是在閉合I0.5時開始的，當歸位后，發(fā)生信號I1.0,此時講才算是正式完成，整個操作才算是完整。②舉升機構總體流程圖下圖的5-18一眼可看出是一個流程圖而且是一個舉升機控制的流程圖，包含了常規(guī)的開始，工作內容等步驟，這些都是通過考察實際，才得出的流程圖。圖5-19 舉升機構控制系統(tǒng)流程圖1.3.3PLC控制系統(tǒng)梯形圖程序為了完成操作，設計了如圖5-20所示的程序結構圖,這些操作都是JMP指令來實現(xiàn)的，在考慮了總體的控制系統(tǒng)，可將其分為兩部分，還是和上面相同兩種工作模式手動與自動，當SA開關被選擇時，它對應的為I0.6。圖5-20 舉升機構控制系統(tǒng)程序總體結構圖①梯形圖程序—手動圖5-21是手動模式的操作，手動模式可以幫我們解決很大問題，當在工作時遭遇不可逆的狀況，如：遭遇險阻復雜的路面，機器車輛損壞時，這時就可以使用手動操作來完成舉升機的控制，完成施工任務。在前面的文字中我們已經分析過了，通過程序也可以看出，手動模式需要我們將開關SA調至手動位置，來控制舉升機的工作，當I0.6有輸入信號時才證明手動才真正被我們使用，在工作時，我們需要將車上的車廂舉起進行裝卸貨物，這只需要使I0.4接收到信號即可，當I0.7為ON使者證明了車廂已經到了最大的舉升角經過角度監(jiān)督，在達到最大位置時，PLC發(fā)出指令，使其不再移動，換向閥置于中位，將油路切斷，此時車廂可以休息，進入了不工作模式。圖5-21 舉升機構手動操作舉升梯形圖當完成一次舉升工作達到最大位置時，需要復位來完成下一次工作。這時，只需閉合SB5按鈕，將下降控制的I0.5改為ON，它會回歸到開始工作前靜止的