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1、目录第 1 章 绪论 11.1 系统概述1.21.1.11.2 功能要求.错误未定义书签。第2章方案论证第3章系统硬件电路设计第4章系统程序设计15第5章调试及性能分析错误未定义书签。第6章总结.26.26附录附 1 ：硬件原理图.错误未定义书签。附 2 ：源程序清单.错误未定义书签。附 3 ：实物图.错误未定义书签。参考文献.错误未定义书签。第1章 绪论1.1 系统概述电动专用行车是现代化生产中用于物料输送的重要设备，传统的控制方式下，大 都采用人工操纵的半自动控制方式，在许多场合，为了提高工作效率，促进生产自动 化和减轻劳动强度，往往需要实现电动行车的自动化控制，实现自动化控制，可以使 行
2、车能够按照预定顺序和控制要求，自动完成一系列的工作。专用行车生产线自动化的程度在德国、意大利、美国等国家的发展水平已经较高， 而在我国尚处于发展阶段。而本文介绍的工厂电镀车间的电镀专用行车，分别利用继 电器接触控制和 PLC 构成一套自动控制系统，实现对电镀专用行车的自动控制过程。（1）本设计方案中的控制对象电机均由交流接触器完成开、停的控制，电动机需采用正、 反向控制，正、反转之间具有互锁的功能，为了避免过多的使用接触器，互锁装置由 PLC 内部的软件完成。（2）为了精确的对各个行动部件（大车，小车）进行定位，采用行程开关和接近开关对 其进行定位的设计，选用的开关在现场进行安装，在选型和安装
3、硬件以及编程时应考虑 抗干扰性能。选用的开关由于要进行反复的使用和承受高强度的负荷，选用开关时还要 考虑其耐磨损性。（3）导轨上的驱动电机，其内部设有过载保护开关，一般为常闭型触点。作为电机的过 载保护信号，在设计 PLC 的控制电路时应考虑该信号的逻辑关系。（4）对于电镀车间小型行车系统而言，电镀环节是整个工序成败的关键，而进行电镀的 镀槽定位的信号是由装在电镀现场的行程开关录入的，所以行程开关的工作状况，即行 程开关在工作时的好坏对生产有极大的影响。而行程开关一般为无源电器元件，其动作 为重复性的机械动作，磨损和受压的次数最多，因而是整个工作的电气元件中最容易出 现故障的装置。所以在自动程
4、序开始之前，先要对行程开关进行检测，进行检测时，是 用检测电机（小功率）驱动一个检测小车对行程开关进行通/断的测试。（5）起吊电机（M）、横行电机（M2）、走行电机（M3）、检测用电机（M4）。分别采用 热继电器实现过载保护，其热继电器的常开触点用过中间继电器 KA 的转换后，作为 PLC 的输入触点，用以完成各个电机系统的过载保护。（6）主回路选用自动开关，各负载和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔断器实现短路 的保护。（ 7 ）电气控制箱设置在控制控制室内。控制面板与控制箱内的电器板选用 BVR 型铜导 线连接，电气控制箱与执行装置之间采用接线端子板连接。（8）设计方案中选用的PLC为继
5、电器输出型。（9）PLC本身配有24+V的直流电源，该接线端可为输入传感器提供直流24V电源。 PLC 的接地线与机器的接地端相连，基本单元必须接地。为了抑止附加在电源设及输入 端的干扰，应给PLC接以专用地线，接地点应与动力设备（电动机）的接地点分开，接地电阻应该小于100Q，接地线面积应大于2mm2，而且接地点应该尽可能靠近可编程控 制器。（10）PLC控制程序，均采用梯形图编程（LD）。111 PLC系统可编程控制器（PLC）是一种数字型的电子系统，即为计算机产品，它为在工业 环境下应用而设计，即为工业计算机。这种工业计算机与传统用于工业控制的继电器 相比具有独一无二的特性1。（1）高可
6、靠性：PLC在软硬、件的设计上采用了一系列 的抗干扰措施，使目前其他任何一种工业控制设备都无法达到这样的可靠性。（2）编 程方便，易于学用：它采用与实际继电器控制电路非常接近的梯形图方式编程，广大 电气技术人员非常熟悉，易于掌握，易于推广。（3）通用性强：PLC用程序代替了接 线，改变接线只要改变程序，因而柔性大。（4）体积小、重量轻，是“机电一体化” 特有的产品。第2章方案论证PLC 与继电器控制系统的比较1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术， 采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 例如三菱公司
7、生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系 统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千 分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可 及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序， 使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高 的可靠性也就不奇怪了。2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于
8、各种 规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能 力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位 置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技 术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程 语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相 当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的
9、人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改 变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备6）功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实 现非常复杂的控制功能。与相同
10、功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可编程 序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。7）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置 供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。而 继电器对生产工艺变化的适应性差，需要进行重新设计与接线。楞编程序控制器的安 装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。 PLC 有很强的带负载能力，可以直 接驱动一般的电磁阀和交流接触器。PLC 控制系统是从继电器控制系统发展而来的，继电器控制系统为工业控制的发 展起到了巨大的作用，目前仍然在工业领域中大量
11、应用。然而就其控制性能与自身的 功能已无法满足现代工业控制的要求和发展，下面就用继电器控制和PLC控制系统来 完成专用行车的设计。第3章 系统硬件电路设计专用行车装置的主要控制及原理2.3.1 电机的正反转控制本设计中，要求电机根据指令改变运动方向，即保证行车能够前/后、上/下、左 /右移动，实际上也就是要求电动机能够实现正反转。由三相异步电动机转动原理23可 知，若要电机逆向运行，只要将接于电动机定子 的三相电源线中的任意两相对调一下即可，可通过两个接触器来改变电动机定子绕组 的电源相序来实现9。电机的正反转控制线路如图 3.11 所示。其中接触器 KM1 为正向 接触器，控制电机的正转；K
12、M2为反向接触器，控制电机M的反转。图 2.3.1 电机的正反转控制该正反转控制原理为:正转:合上刀开关-按下复合开关SB3-反转线路断开，线圈KM1通电-KM1常 开开关吸合,常闭开关打开f电机正转；反转:合上刀开关-按下复合开关SB2-正转线路断开，线圈KM2通电-KM2常 开开关吸合,常闭开关打开f电机反转；停止:直接按下SB1，线路断开。该控制线路必须要求KM1和KM2不能同时通电，否则会引起主电路电源短路，所 以要求电路设置必要的联锁环节，即将其中一个接触器的常闭触头串入另一个接触器 线圈电路中，则任何一个接触器先通电后，即使按下相反方向的启动按钮，另一个接 触器也无法接通，这种利用
13、两个接触器的辅助常闭触头实现相互控制的方式成为电气 联锁。起互锁作用的常闭触头称为互锁触头。为提高生产效率，简便正反操作，常利 用复合按钮组成“正反停”或“反正停”的互锁控制。复合按钮的常闭触头 同样起到互锁作用，这样的互锁称为机械互锁10-11。该电路既有接触器常闭触头的电 气互锁又有复合按钮常闭触头的机械互锁，即具有双重互锁。2.3.2 能耗制动的控制耗制动是电气制动，三相异步电动机能耗制动时，切断定子绕组的交流电源后， 在定子绕组任意两相通入直流电流，形成一个固定磁场，与旋转着的转子中的感应电 流相互作用产生制动力矩。制动结束后，必须及时切除直流电源12。能耗制动示意图 如图 2.3.2
14、所示。3 继电接触控制设计3.1 专用行车主控制电路设计1、由接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5和KM6分别控制电动机Ml、M2、M3的正 反转；2、M2、M3由热继电器FR1、FR2实现过载保护，Ml为点动短时工作，故不设过 载保护；3、FU1实现短路保护，并由隔离开关QS作为电源控制；4、为保证准确定位，并考虑到进退与升降运动由同一信号电动机拖动，且不会 同时工作（联锁）。所以停车时，可采用同一个直流电源实现能耗制动。直流电源可 采用低压交流电源经单相桥式整流得到。能耗制动回路中设有单独的短路保护，由 FU2、 FU4 实现；5、考虑到升降运动中吊有一定的重量，在行车平移中，需设
15、置电磁抱闸制动控 制。三相电磁铁YA与M3并联，当M3得电时，YA工作，松开刹车允许升降运动。M3 失电时，YA释放，抱闸刹车，使吊篮稳定停留在空中，能安全的前后平移。15-16。 主控制电路如图 3.1KM9KM8KM7KM7KM爲KM8KM5KM4、VI图3.1电镀专用行车控制线路的主电路M1正转左移，反转右移，采用点动控制，两地操作（控制操作台或现场操作）。 在吊篮进退与升降运动中，不允许左右移动，故串联KA1KA4常闭触点，以实现联 锁。左右极限位保护，由固定于左右两端的限位开关 SQ6、SQ7 实现。2）根据电镀工艺要求，行车前进运动与升降运动为自动控制，其控制过程是： 按下SB11 （见图），KM3及KA1吸合，行车前进，当运行到需要停留的槽位，例如到1 槽清洗，由运动挡铁压下固定于道轨一侧的行程开关SQ1，SQ1常闭触点串在M2控制 回路中。使KM3、KA1失电，M2停止旋转，同时由KA1常闭及SQ1常开触点接通前进 制动回路。KM7、KT1得电，使M2制动行车准确停在1槽。制动时间由KT1调定，停 留时间由KT4调定。若工艺要求1槽无需停留，则可扳动开关SA1，
