(完整版)尹尋---畢業(yè)設(shè)計.doc

1、課題：工業(yè)鏟車操作控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要工業(yè)鏟車自動化及智能化程度低，本文提出了對其進行自動化改造的技術(shù)路線和具體思路，論述了應(yīng)用PLC進行自動化控制的方案；采用三菱PLC編程器對工業(yè)鏟車控制部分進行線路控制，可以很容易實現(xiàn)完成邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，通過輸入輸出接口建立與工業(yè)鏟車數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制，提高了生產(chǎn)效率，對其它的生產(chǎn)機械有一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞： PLC控制、工業(yè)鏟車、線路保護ABSTRACTForkliftsto lowdegreeofautomationand intelligent,isproposed inthispaper

2、theautomation renovationoftechnicalrouteand thespecifictrainofthought,thispaperdiscussestheapplicationofPLC inautomaticcontrolscheme;ControlledbymitsubishiPLC programmer to industrial forklift parts on linecontrol,6can easilyachieve completelogic,sequence,timing,counting,digitalcomputing,dataprocess

3、ing, and otherfunctions,through theestablishmentandforkliftstoinputandoutputinterface of analog quantity and digital quantity, realize theautomatic control of production process, improve the productionefficiencyandreferencesignificanceforotherproductionmachinery.Keywords:PLC control, industrial fork

4、lift, line protection目錄第一章前言1.1 工業(yè)鏟車簡介1.2工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)進行PLC改造的目的及意義第二章 PLC 及工業(yè)鏟車的 PLC控制2.1 PLC 的由來及定義2.2 PLC 的發(fā)展歷程2.3 PLC 的特點2. 4 PLC 的抗干擾措施2. 5 PLC的原理2. 6 PLC 的編程語言第三章工業(yè)鏟車仿真模型的設(shè)計與組裝3.1驅(qū)動部分設(shè)計3.2傳動部分設(shè)計3.3組裝模型（實物模型）3.4控制器及接線盒第四章 PLC 控制程序的設(shè)計4.1 IO分析4.2 PLC 的選擇4.3 FX2N 系列編程器介紹4.4確定各元件的編號，分配IO 地址4.5 程序設(shè)計說明（各邏

5、輯行的作用見圖1-3 ）第五章總結(jié)第六章致謝第一章前言1.1 工業(yè)鏟車簡介鏟車是用來裝零散堅固的貨物的，一般以建筑材料為主，如碎石、砂土等，鏟車一般用在建筑工地、建筑材料集散地，用于裝車，有時也用于鏟土和鏟雪及地面平整等用途；工業(yè)鏟車一般是在小四輪拖拉機上進行改裝的小型裝載機械。利用拖拉機自身動力， 采用液壓控制， 通過多路液壓閥上的操作手柄可使鏟斗升降和翻轉(zhuǎn)，從而達到鏟車平穩(wěn)工作。在搬運物料方面起了很大的作用，節(jié)省了大量人力和物力，它搬運東西速度快，操作也比較簡單，所需的人員少，就能完成大量的搬運工作。1.1.2工業(yè)鏟車控制系統(tǒng)進行PLC改造的目的及意義20 世紀(jì) 40 年代末 50 年代初

6、，我國的流程工業(yè)規(guī)模很小，設(shè)備陳舊，必要的調(diào)節(jié)主要靠最簡單的測量儀表由人工操作運行。50 年代末 60 年代初，我國研制生產(chǎn)的傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器等，基本上能顯示過程狀態(tài)，實現(xiàn)調(diào)節(jié)意圖，最終命令執(zhí)行器完成對工藝流程的調(diào)節(jié)要求。70 年代初，我國自行研制的工控機開始應(yīng)用于工業(yè)過程控制，它部分地取代了原來控制室內(nèi)的儀表。但由于受當(dāng)時電子器件性能的限制，工控機本身的可靠性遠不如現(xiàn)在，工控機帶來的控制集中引起“危險”集中。70 年代末，分散型控制系統(tǒng)(dcs) 進入工控領(lǐng)域，解決了“危險”集中的問題，還解決了一些復(fù)雜的控制。dcs 可建立通信網(wǎng)絡(luò)，為大工廠生產(chǎn)帶來許多方便，但其價格一直居高不

7、下。 80 年代初，適應(yīng)性較強的總線型工控機(std)應(yīng)運而生， std 總線技術(shù)的推廣和應(yīng)用，使工控機的功能更加強化。PLC 作為工控機的一員，在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)今世界 plc 生產(chǎn)廠家約 150 家，生產(chǎn) 300 多個品種。 2000 年銷售額約為 86 億美元，占工控機市場份額的 50%，PLC將在工控機市場中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢頭。PLC在 60 年代末引入我國時，只用作離散量的控制，其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等，最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的 plc

8、 具有 pid 調(diào)節(jié)功能，它的應(yīng)用已從開關(guān)量控制擴大到模擬量控制領(lǐng)域，廣泛地應(yīng)用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。在工業(yè)鏟車中運用PLC，提高了其工作智能化，增強了其本身的競爭能力，對我國的PLC產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)PLC的能力有一定的幫助。第二章 PLC 及工業(yè)鏟車的PLC控制2.1PLC 的由來及定義在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的

9、控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller （ PC）。個人計算機（簡稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點， 可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（ PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱 PC。PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對 PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、 模擬的

10、輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。2.2PLC 的發(fā)展歷程第一代： 1969 年 1972 年，代表產(chǎn)品有美國 DEC公司的 PDP-14L日本立石電機公司的SCY-022日本北辰電機公司的HOSC-20第二代： 1973 年 1975 年，代表產(chǎn)品有美國 GE公司的 LOGISTROT德國 SIEMENS公司的 SIMATIC S3、 S4 系列日本富士電機公司的SC系列第三代： 19761983 年，代表產(chǎn)品有美國 GOULD公司的 M84、 484、584、684、 884 德國 SIEM

11、ENS公司的 SIMATIC S5 系列日本三菱公司的 MELPLAC-50、550第四代： 1983 年 現(xiàn)在，代表產(chǎn)品有美國 GOULD公司的 A5900德國西門子公司的S7 系列2.3 PLC 的特點1 )高可靠性，抗干擾能力強這是用戶關(guān)心的首要問題。為了滿足PLC“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計”是要求， PLC采用了如下硬件和軟件措施：（ 1）光電耦合隔離和 R-C 濾波器，有效的防止了干擾信號的進入。（ 2）內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。（ 3）具有良好的自診斷功能。 可以歸 CPU等內(nèi)部電路進行檢測， 一旦出錯，立即報警。（ 4）對程序及有關(guān)數(shù)據(jù)用電池供電進行后備。一旦斷電或進行停止

12、，有關(guān)狀態(tài)及信息不會丟失。（ 5）采用優(yōu)良的開關(guān)電源，防止電源線引入的干擾。（ 6）對采用的器件都進行了嚴(yán)格的篩選， 排除了因器件問題造成的故障。（ 7）采用了余技術(shù)進一步的增強了可靠性。對于某些大型的 PLC，還采用了雙 CPU構(gòu)成的余系統(tǒng)， 或三 CPU構(gòu)成的表決式系統(tǒng)。 隨著構(gòu)成 PLC 的元件性能上的提高， PLC的可靠性也在相應(yīng)的提高。一般 PLC 的平均無故障時間可達到幾萬小時以上。某些 PLC的生產(chǎn)廠家甚至宣布，今后它生產(chǎn)的 PLC不在標(biāo)明可靠性這一指標(biāo)，因為對 PLC這一指標(biāo)已毫無意義了，經(jīng)過大量實踐，人們發(fā)現(xiàn) PLC系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障，大多是由于 PLC 的外部開關(guān)，傳感

13、器，執(zhí)行機構(gòu)引起的，而不是 PLC本身發(fā)生的。2）通用性強，使用方便、現(xiàn)在的 PLC產(chǎn)品都已經(jīng)系列化和模塊化了，PLC配備有各種各樣品種齊全的IO 模塊和配套部件供用戶使用，可以很方便的搭成滿足不同控制要求的控制系統(tǒng)。用戶不在需要自己設(shè)計和制作硬件裝置。在確定了PLC的硬件配置和IO 外部接線后，用戶所做的工作只是設(shè)計而已。3）程序設(shè)計簡單，易學(xué)易懂PLC 是一種新型的工業(yè)自動化控制裝置，其主要的使用對象的廣大的電氣技術(shù)人員。 PLC 生產(chǎn)廠家考慮到這中實際情況，一般不采用微機所用的編程語言，而采用與繼電器控制原理圖非常相似的梯形圖語言，工程人員學(xué)習(xí)使用這種編程語言十分方便。這也是為什么PLC

14、能迅速普及和推廣的原因之一。4）采用先進的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便PLC 的各個部件，包括CPU，電源， IO 等均采用模塊化設(shè)計，有機架和電纜將各模塊連接起來。系統(tǒng)的功能和規(guī)?？筛鶕?jù)用戶的實際需要自行組合，這樣就可實現(xiàn)用戶要求的合理的性能價格比。5）系統(tǒng)設(shè)計周期短由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計任務(wù)僅僅是依據(jù)對象的要求配置適當(dāng)?shù)哪K，如同電菜一樣方便，這樣就大大縮短了整個設(shè)計所花費的時間，加快了整個工程的進度。6）安裝簡單，調(diào)試方便，維護工作量小PLC 一般不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接進行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的 IO 端相連，系統(tǒng)就可以投入運行，安裝接線工作量比繼電器

15、控制系統(tǒng)小的多。PLC 軟件設(shè)計和調(diào)試大都可以在實驗室里進行，用模擬實驗室開關(guān)代替輸入信號，其輸出狀態(tài)可以觀察PLC 上的響應(yīng)發(fā)光的二極管，也可以另接輸出模擬實驗室板。模擬調(diào)試好后，在將 PLC控制系統(tǒng)安裝到現(xiàn)場，進行聯(lián)機調(diào)試，這樣既節(jié)省時間又方便。由于 PLC本身故障率很低，又有完善的自診斷功能和顯示功能，一旦發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器上提供的信息，迅速查明原因。如果是PLC本身發(fā)生故障，則可以更換模塊的方法排除故障。這樣提高了維護的工作效率，保證了生產(chǎn)的正常進行。7 ）對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強，可進行柔性生產(chǎn)PLC 實質(zhì)上就是一種工業(yè)控制計算機，其控制操作的功能的通過軟

16、件編程來確定的。當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，不必改變PLC硬件設(shè)備，只需改變 PLC中的程序，這對現(xiàn)代化的小批量，多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)特別合適。2.4 PLC 的抗干擾措施PLC 與普通的計算機不同，它直接連接被控設(shè)備，因此周圍存在很大的干擾?；烊胼斎腚娐返母蓴_或感應(yīng)電壓容易引起錯誤的輸如信號，從而運算出錯誤的結(jié)果，引起錯誤的輸出信號。因此，為了使控制器可靠地工作，在控制系統(tǒng)設(shè)計時需要采取一些有效的抗干擾措施。抑制電源系統(tǒng)引入的干擾可以使用隔離變壓器來抑制電網(wǎng)中的干擾信號，沒有隔離變壓器時，也可使用普通的變壓器， 為了改善隔離變壓器的抗干擾效果，應(yīng)注意兩點：屏蔽層要良好的接地。次級連接線應(yīng)使用雙絞線，以

17、減少電源線間干擾。使用濾波器在一定的頻率內(nèi)有較好的抗電網(wǎng)干擾的作用。但是要選擇好濾波器的頻率范圍常常是困難的，為此，常用的方法的既使用濾波器，同時使用隔離變壓器。2 ）抑制接地系統(tǒng)引入的干擾在控制系統(tǒng)中，良好的接地可以起到很好的作用：（ 1）一般情況下， 控制器和控制柜與大地之間存在電位差， 良好的接地可以減少由與電位差引起的干擾電流。（ 2）混入電源和輸入輸出信號線的干擾可通過接地引入大地， 從而減少了干擾的影響。（ 3）良好的接地可以防止漏電流產(chǎn)生的感應(yīng)電壓?？梢?，良好的接地可以有效的防止干擾引起的誤動作。抑制輸入輸出電路的引入的干擾（ 1）從抗干擾的角度選擇IO 模塊1. 輸入輸出信號與

18、內(nèi)容回路隔離的模塊比非隔離的模塊抗干擾性能好；2. 晶體管型等無觸點輸出的模塊比有觸點輸出的模塊在控制器側(cè)產(chǎn)生的干擾下；3. 輸入模塊的輸入信號 ON-OFF電壓差大，抗干擾性能好； OFF電壓高，對抗感應(yīng)電壓有利。4. 輸入信號響應(yīng)時間滿的輸入模塊抗干擾性能好。（ 2）防輸入信號干擾的措施輸入設(shè)備的輸入信號中的線間干擾， 可適應(yīng)輸入模塊的濾波使其衰減。然而，輸入信號線與大地見的共模干擾在控制器內(nèi)容回路產(chǎn)生大的電位差，是引起控制器誤動作的主要原因， 為了抗共模干擾， 控制器要良好的接地。防輸出信號干擾的措施輸出信號干擾的產(chǎn)生： 感性負載場合輸出信號由 “ OFF”變?yōu)椤癘N”時，產(chǎn)生突變電流，

19、從“ ON”變?yōu)椤?OFF”時是產(chǎn)生反方向感應(yīng)電勢。另外，電磁接觸器等觸點回產(chǎn)生電弧，所有這些都有可能產(chǎn)生干擾。交流感性負載的場合：在負載兩端并接 RC流涌吸收器， RC越靠近負載，其抗干擾效果越好。直流感性負載的場合：在負載兩端并接續(xù)流二極管 D。二極管也要靠近負載，其反向耐壓應(yīng)是負載電壓的 4 倍。在開關(guān)時干擾較大的場合對于交流負載可使用雙向晶閘管輸出模塊。從防止輸出干擾的角度來考慮控制器輸出模塊的選擇：在有干擾的場合要選用有浪涌吸收器的模塊，沒有浪涌吸收器的模塊，僅限于電子式或電動機的定時，小型繼電器，指示燈的場合。4 ）防止外部接線干擾的措施控制器外部輸入輸出的接線不當(dāng)， 很容易造成信

20、號間的干擾， 為了防止外部接線產(chǎn)生的干擾，可以采用以下措施：（ 1）交流輸入輸出信號與直流輸入輸出信號分別使用各自的電纜。（ 2）集成電路或晶體管設(shè)備的輸入信號線， 需要使用屏蔽電纜。 屏蔽電纜中屏蔽線處理在輸入輸出設(shè)備側(cè)懸空，而在控制器側(cè)接地。（ 3）控制器的接地線與電源線或動力線分開。（ 4）輸入輸出信號線與高電壓，大電流的動力線分開。（ 5）30m以下的短距離時，直流和交流輸入輸出信號線不要使用一條電纜，必須使用同一條電纜時，直流輸入輸出信號線要使用屏蔽電纜。使用同一條電纜，輸入信號線一定要屏蔽線。（ 7） 300m 以上的長距離場合，可考慮使用中間繼電器轉(zhuǎn)換信號，或使用遠程 IO 通道

21、。2.5 PLC 的工作原理PLC 作為一種特殊形式的計算機控制系統(tǒng)，是利用計算機技術(shù)對傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)“繼電器控制”進行 硬件軟化 的結(jié)果。但在運行方式上，PLC的軟件邏輯也與繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯存在根本性的區(qū)別。繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯采用的是并行運行的方式， 即如果一個繼電器的線圈通電或者放電， 該繼電器的所有觸點 （不論是常開還是常閉、也不論其處于繼電器線路的哪個位置上）都會立即同時動作；而 PLC的軟件邏輯是通過 CPU逐行掃描執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的，即如果一個邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點并不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除兩者之間由于運行方式不同

22、而造成的這種差異， PLC 在程序運行方式、輸入輸出操作、特殊功能模板等方面作了特別的考慮1、循環(huán)掃描：PLC采用了一種不同于普通微型計算機的運行方式- 循環(huán)掃描方式。因為繼電器控制中各類觸點的動作時間一般超過100ms，因此只要PLC運行整個用戶程序的時間“掃描周期”小于100ms，其運行結(jié)果與繼電器控制就沒有什么差別。2、建立 IO 映像區(qū)：PLC 在輸入輸出操作上采用定時采樣、定時輸出的方式。即在一個掃描周期的固定時刻（一般在掃描周期的開始或結(jié)束）采樣所有的輸入點，采樣結(jié)果存入 RAM中一個區(qū)域（輸入映像區(qū)） 。這樣在執(zhí)行程序時，所需的現(xiàn)場訊息全部從輸入映像區(qū)中取用，不直接從現(xiàn)場取樣。同

23、樣控制訊息輸出也不是采取生成一個就輸出一個的方法，而是先將它們存放在 RAM中的一個區(qū)域（輸出映像區(qū)），掃描周期結(jié)束時再將輸出映像區(qū)中控制訊息集中輸出。通過建立 IO 映像區(qū)，使 PLC成為一個真正的數(shù)字采樣控制系統(tǒng)；雖然 PLC不可能像繼電器控制那樣隨時根據(jù)現(xiàn)場輸入實時控制現(xiàn)場輸出狀態(tài)，但只要采樣周期足夠短，即采樣頻率足夠高，這樣的采樣系統(tǒng)應(yīng)該完全符合實際系統(tǒng)的需要3、特殊功能模板：由于 PLC在掃描周期方面限制了用戶程序的長度，這對于一般的數(shù)字量控制應(yīng)該不成問題。但實際的生產(chǎn)過程對 PLC提出了更多得要求：仿真量處理、死循環(huán)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、高速 IO 等。對于模擬量輸入輸出以及簡單的控制，

24、一般是利用 PLC的主 CPU和一定的硬件支持，通過相應(yīng)的軟件來實現(xiàn)；其它情況由于牽涉到比較的計算量和 CPU運算時間，以及 PLC 掃描周期的限制，一般采用自帶 CPU的專用模板，由模板系統(tǒng)軟件完成相應(yīng)的控制任務(wù)。這樣，這些模板與 PLC主 CPU并行工作，兩者之間通過總線接口進行聯(lián)系，主 CPU定期向模板發(fā)送命令，模板也定期將自身的狀態(tài)訊息發(fā)送給主 CPU。綜合以上所述，在完成系統(tǒng)自身初始化以后， PLC 系統(tǒng)執(zhí)行用戶程序的循環(huán)掃描方式可分為三個階段：輸入掃描、程序掃描、輸出掃描。而計算量比較大或者響應(yīng)實時性比較高的應(yīng)用則由自帶CPU的專用模板和專用軟件來實現(xiàn)。PLC 具有微機的許多特點，

25、但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式。PLC 則采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而不斷循環(huán)。每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。一個掃描周期大致可分為IO 刷新和執(zhí)行指令兩個階段。所謂 IO 刷新即對 PLC的輸入進行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入 PLC中存入內(nèi)部寄存器，同時將新的運算結(jié)果送到輸出端。這實際是將存入輸入、 輸出狀態(tài)的寄存器內(nèi)容進行了一次更新， 故稱為 I （輸入）O(輸出 ) 刷新 。 由此可見，若輸入變量在 IO 刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出

26、端也會相應(yīng)的發(fā)生變化，或者說輸出隊輸入產(chǎn)生了響應(yīng)。反之，若在本次 IO 刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，即不響應(yīng)，而要到下一次掃描期間輸出才會產(chǎn)生響應(yīng)。由于 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對輸入的響應(yīng)速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長短主要取決于這幾個因數(shù)：一是 CPU執(zhí)行指令的速度，二是每條指令占用的時間， 三是指令條數(shù)的多少， 即程序的長短。 對于慢速控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度常常不是主要的，故這種方式不但沒有壞處反而可以增強系統(tǒng)抗干擾能力。因為干擾常是脈沖式的、短時的，而由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，常常要幾個掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，瞬間干擾所引起的誤動作將會大大

27、減少，故增加了抗干擾能力。但對控制時間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，這一問題就需慎重考慮。應(yīng)對響應(yīng)時間作出精確的計算，精心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少周期造成的響應(yīng)延時等的不良影響。2.6 PLC 的編程語言引言在 PLC中有多種程序設(shè)計語言 , 如梯形圖語言、布爾助記符語言、功能表圖語言、功能模塊圖語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設(shè)計語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計數(shù)器、計時器完成順序控制和邏輯控制等。通過擴展或增強指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。功能表圖語言和語句描述語言是高級

28、的程序設(shè)計語言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱，報表的報印和其他基本程序設(shè)計語言無法完成的功能。功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在PLC中得到了廣泛的應(yīng)用， 在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時也常常被采用。由于它具有連接方便、操作簡單、易于掌握等特點，為廣大工程設(shè)計和應(yīng)用人員所喜愛。2 常用的程序設(shè)計語言分類根據(jù) PLC應(yīng)用范圍，程序設(shè)計語言可以組合使用，常用的程序設(shè)計語言有以下幾種 :(1)梯形圖 (Ladder Diagram)程序設(shè)計語言梯形圖程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計語言。采用梯形圖

29、程序設(shè)計語言，這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在右面。梯形圖程序設(shè)計語言是最常用的一種程序設(shè)計語言，它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉。因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛的應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計語言的特點是:與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性;與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于撐握和學(xué)習(xí);與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點是: 梯形圖中的能流(PowerFLow)不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也

30、不是實際存在的繼電器，因此應(yīng)用時需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待;與布爾助記符程序設(shè)計語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互轉(zhuǎn)換和程序檢查。(2) 布爾助記符 (Boolean Mnemonic) 程序設(shè)計語言布爾助記符程序設(shè)計語言是用布爾助記符來描述程序的一種程序設(shè)計語言。布爾助記符程序設(shè)計語言與計算機中的匯編語言非常相似，采用布爾助記符來表示操作功能。布爾助記符程序設(shè)計語言具有下列特點:采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于撐握的特點;在編程器的鍵盤上采用助記符表示，具有便于操作的特點，可在無計算機的場合進行編程設(shè)計;與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系, 其特點與梯形圖語言基本類同。(3)功能

31、表圖 (Sepuential Function Chart)程序設(shè)計語言功能表圖程序設(shè)計語言是用功能表圖來描述程序的一種程序設(shè)計語言。它是近年來發(fā)展起來的一種程序設(shè)計語言。采用功能表圖的描述，控制系統(tǒng)被分為若干個子系統(tǒng)， 從功能入手，使系統(tǒng)的操作具有明確的含義，便于設(shè)計人員和操作人員設(shè)計思想的溝通，便于程序的分工設(shè)計和檢查調(diào)試。功能表圖程序設(shè)計語言的特點是:以功能為主線，條理清楚，便于對程序操作的理解和溝通;對大型的程序，可分工設(shè)計，采用較為靈活的程序結(jié)構(gòu)，可節(jié)省程序設(shè)計、調(diào)試時間 ;常用于系統(tǒng)規(guī)模校大、程序關(guān)系較復(fù)雜的場合;只有在活動步的命令和操作被執(zhí)行，對活動步后的轉(zhuǎn)換進行掃描，因此整個程

32、序的掃描時間較其他程序編制的程序掃描時間要短得多。功能表圖來源于佩特利 (Petri) 網(wǎng)，由于它具有圖形表達方式， 能比較簡單清楚地描述并發(fā)系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)的所有現(xiàn)象，并能對系統(tǒng)中存在的象死鎖、不安全等反常現(xiàn)象進行分析和建模，在模型的基礎(chǔ)上可以直接編程，因此得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年推出的可編程控制器和小型集散控制系統(tǒng)中也已提供了采用功能表圖描述語言進行編程的軟件。(4)功能模塊圖 (Function Block)程序設(shè)計語言功能模塊圖程序設(shè)計語言是采用功能模塊來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。它有若干個輸入端和輸出端，通過軟連接的方式，分別連接到所需的其它端子，完成所需的控制

33、運算或控制功能。功能模塊可以分為不同的類型，在同一種類型中，也可能因功能參數(shù)的不同而使功能或應(yīng)用范圍有所差別，例如，輸入端的數(shù)量、輸入信號的類型等的不同使它的使用范圍不同。由于采用軟連接的方式進行功能模塊之間及功能模塊與外部端子的連接，因此控制方案的更改、信號連接的替換等操作可以很方便實現(xiàn)。功能模塊圖程序設(shè)計語言的特點是:以功能模塊為單位，從控制功能入手，使控制方案的分析和理解變得容易 ;功能模塊是用圖形化的方法描述功能，它的直觀性大大方便了設(shè)計人員的編程和組態(tài)，有較好的易操作性;對控制規(guī)模較大、控制關(guān)系較復(fù)錄的系統(tǒng)，由于控制功能的關(guān)系可以較清楚地表達出來， 因此，編程和組態(tài)時間可以縮短，調(diào)試

34、時間也能減少 ;由于每種功能模塊需要占用一定的程序內(nèi)存，對功能模塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時間，因此，這種設(shè)計語言在大中型PLC和集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)中才被采用。第三章工業(yè)鏟車仿真模型的設(shè)計與組裝3.1驅(qū)動部分設(shè)計工業(yè)鏟車的主要動作是鏟起、放下，并能作前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的操作。鏟起和放下屬于縱向移動，行走和左右轉(zhuǎn)屬于橫向移動，所以應(yīng)使用縱向和橫向兩種電動機。本設(shè)計共需要3 臺電動機。其中貨物的鏟起或放下可由縱向電動機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，左輪的前進和后退由一臺電動機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，右輪的前進和后退由另一臺電動機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)，當(dāng)要實現(xiàn)左轉(zhuǎn)的時候，可讓左輪的電動機不動，右輪的電動機正轉(zhuǎn)前進，反之，則右轉(zhuǎn)也

35、是同樣的原理。3.2傳動部分設(shè)計縱向傳動是通過縱向電動機的正向旋轉(zhuǎn)帶動栓著電磁鐵的鋼絲，使得鏟頭上下移動，便于貨物的鏟起和放下。前進可以是左右輪的兩個電動機同時正向轉(zhuǎn)動，后退則是同時反向轉(zhuǎn)動，左轉(zhuǎn)是左輪上的電動機不動，右輪電動機正向轉(zhuǎn)動；右轉(zhuǎn)是右輪上的電動機不動，左輪上的電動機正向轉(zhuǎn)動。3.3組裝模型（實物模型）3.4控制器及接線盒控制器采用的是日本三菱公司 （MITSUBISHI）的（MELSECFX2N32MR）型號。有一個 PLC電纜接口，通過 PLC電纜的另一端與計算機的 COM口相連，通電后，使用 PLC編程軟件就可以將程序通過 COM口輸入此控制器，此控制器共有 INPUT和 OU

36、TPUT各 17 個指示燈，電源（ POWER）指示燈一個，運行（RUN）指示燈一個， BATT.V指示燈一個， 程序指示燈（ PROGE）指示燈一個。接線盒有 OUTPUT0019 和 INPUT00 19 各 20 個接口，中間還有公共端 COM接口，公共接地端 GND接口，一個 24 伏電壓接口，當(dāng)然這些接口都通過電線與控制器相連接，這樣才能在控制器運行時，通過導(dǎo)線與起重機模型的連接，對 PLC程序做出相應(yīng)反應(yīng)。將控制器與天車模型按照以下方法連接的：OUTPUT 00接左輪電機正反轉(zhuǎn)控制插孔ZF1OUTPUT 01接左輪電機通斷控制插孔TD1OUTPUT 02接右輪電機正反轉(zhuǎn)控制插孔ZF

37、2OUTPUT 03接右輪電機通斷控制插孔TD2OUTPUT 04接縱向電機正反轉(zhuǎn)控制插孔ZF3OUTPUT 05接縱向電機通斷控制插孔TD3COM：公共端使用時接地或24，與 S、 S2、G1 、 G2共同使用GND：公共接地端操作原理為：1、 ZF1 、ZF2、 ZF3端是各電機正反轉(zhuǎn)的控制端。接PLC輸出端當(dāng) ZF1=1時 左輪電機由左向右移動當(dāng) ZF1=0時 左輪電機由右向左移動當(dāng) ZF2=1時 右輪電機由左向右移動當(dāng) ZF2=0時 右輪電機由右向左移動當(dāng) ZF3=1時 縱向電機由上向下移動當(dāng) ZF3=0時 縱向電機由下向上移動2 、TD1、 TD2、TD3為電機運行控制端，接 PLC

38、的輸出端當(dāng) TD1 時，左輪電機轉(zhuǎn)動。當(dāng) TD 2 時，右輪電機轉(zhuǎn)動。當(dāng) TD=3時，縱向電機轉(zhuǎn)動。3、S1 端為上限位到位信號。接 PLC的輸出端。當(dāng) S11 時，縱向移動到上極限。4 、S2 端為下限位到位信號。接 PLC的輸入端。當(dāng) S2=1時，縱向移動到下極限。第四章 PLC 控制程序的設(shè)計4.1 IO分析經(jīng)過對控制過程和要求的詳細分析，明確了具體的控制任務(wù)就是鏟起、放下、行走、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)等主要任務(wù)。 確定了鏟車這些必須完成的動作后，再確定動作的順序：縱向電機正轉(zhuǎn)，電磁鐵由上向下移動，鏟爪抓物體，縱向電機反轉(zhuǎn)，由下向上移動，左右輪電機同時正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)向前，左輪電機停止右輪電機正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)向

39、左轉(zhuǎn)，左輪電機正轉(zhuǎn)右輪電機停止，實現(xiàn)向右轉(zhuǎn)，左右輪電機同時反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)后退。其工藝流程圖如下：縱向電機正轉(zhuǎn)鏟爪將貨物鏟起左轉(zhuǎn)后左右輪電機同時正轉(zhuǎn)向前左輪電機正轉(zhuǎn)右輪電機停止向右轉(zhuǎn)左右輪電機同時正轉(zhuǎn)向前行走左輪電機正轉(zhuǎn)右輪電機停止向右轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)后左右輪電機同時反轉(zhuǎn)向后左輪電機停止右輪電機正轉(zhuǎn)向左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)后左右輪電機同時正轉(zhuǎn)向前縱向電機反轉(zhuǎn)鏟爪將貨物放下圖 1-1 程序主流程圖4.2 PLC 的選擇FX2N-48M技術(shù)參數(shù)： 24 點輸入， 8 點按鍵開關(guān)， 16 點撥動開關(guān)， 20 點輸出，其中后 4 點帶繼電器控制（做外接用，不能轉(zhuǎn)接輸入接點） ，16點不帶繼電器控制，另外還有一個七段數(shù)碼管，輸出電壓

40、： DC24V，I2A,電流過載保護，電源輸入： AC 220V，50HZ4.3 FX2N 系列編程器介紹1）輸入繼電器（ X）2） 輸出繼電器（Y）3） 輔助繼電器（M）4） 定時器（T）5）計數(shù)器（ C）基本邏輯指令包括：1）輸入輸出指令（ LDLDIOUT）2）觸點串連指令（ ANDANI）、并聯(lián)指令（ ORORI）3) 程序結(jié)束指令（ END）4.4確定各元件的編號，分配IO 地址先確定所使用的編程元件編號，PLC 是按編號來區(qū)別操作元件的。一般講，配置好的PLC，其輸入點數(shù)與控制對象的輸入信號數(shù)總是相應(yīng)的，輸出點數(shù)與輸出的控制回路數(shù)也是相應(yīng)的（如果有模擬量，則模擬量的路數(shù)與實際的也要

41、相當(dāng)），故 IO 的分配實際上是把PLC的入、出點號分給實際的 IO 電路，編程時按點號建立邏輯或控制關(guān)系，接線時按點號“對號入坐”進行接線。安裝接線圖以及現(xiàn)場器件及PLC輸入輸出對照表如下：1SB1SBX000COMY0X001SBX002X0031STX0042SBX0052SBX006Y1Y2Y3Y42ST3SB3SB4SBX007X010X011X012X013X014Y5220V3STX0154STX0165STX0175SBX020COM圖 1-2 外部接線圖輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編名稱代號輸出點編號號M1正啟動 1SBX000M1 正轉(zhuǎn)接1KMY0按扭觸器M1反啟動 1S

42、BX001M1 反轉(zhuǎn)接1KMY1按扭觸器停止按扭SBX002M2 正轉(zhuǎn)接2KMY2觸器熱繼電器KR1X003M2 反轉(zhuǎn)接2KMY3觸器行程開關(guān)1STX004M3 正轉(zhuǎn)接3KMY4觸器M2正啟動 2SBX005M3 反轉(zhuǎn)接3KMY5按扭觸器M2反啟動 2SBX006按扭熱繼電器KR2X007行程開關(guān)2STX010M2正啟動 3SBX011按扭M2反啟動 3SBX012按扭熱繼電器KR2X013停止按扭SB4X014行程開關(guān)3STX015行程開關(guān)4STX016行程開關(guān)5STX017總停按鈕5SBX0204.5 程序設(shè)計說明（各邏輯行的作用見圖1-3 ）1）、按下啟動按鈕5SB， X020 閉合，

43、M0接通閉合并自鎖。第3 邏輯中M0常開觸點閉合。按下1SB，縱向電機開始正轉(zhuǎn)，第4 邏輯行自鎖，第7 邏輯行斷開，實現(xiàn)互鎖，避免電機反轉(zhuǎn)，鏟爪開始工作，同時第8 邏輯行時間繼電器得電開始工作，等貨物上升一定的高度停止，完成貨物鏟起的動作。2）、經(jīng)過一段時間后，貨物在鏟爪上，繼電器失電，按下X005 和 X011，左右輪的電機同時正轉(zhuǎn)，第14、17 邏輯行中的 Y3、 Y4 同時自鎖，保證鏟車向前行走。3）、向前行走一段距離，碰到行程開關(guān)X010，左輪電機停止轉(zhuǎn)動，右輪電機保持正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)左轉(zhuǎn)動作，完成后，左輪電機繼續(xù)正轉(zhuǎn)，鏟車?yán)^續(xù)向前行走。4）、行走一段距離，碰到行程開關(guān)X015，右輪電機停止

44、轉(zhuǎn)動，左輪電機保持正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)右轉(zhuǎn)動作，完成后， 右輪電機繼續(xù)正轉(zhuǎn)， 鏟車?yán)^續(xù)向前行走。5）、行走一段距離碰到形成開關(guān)X016，右輪電機停止轉(zhuǎn)動，左輪電機保持正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)右轉(zhuǎn)動作，完成后，第22 邏輯行 X016 閉合，時間繼電器 M2開始工作，第 15、21 邏輯行中的 M2接通，左右輪電機同時反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)后退動作。6）、按下第 5 邏輯行中的 X005，縱向電機反轉(zhuǎn)，第6 邏輯行的 Y1 自鎖，第 7 邏輯行的 Y0 斷開，實現(xiàn)互鎖，保證電機只做反轉(zhuǎn)的動作，放下貨物。X020X0211M02M0X000X0023Y04X001X 0025Y16Y07Y08T9X005X 00710Y211M112X 006X00713Y314M215X011X 01316Y417M118X012X 01319