基于PLC的液壓混凝土輸送泵電氣控制系統(tǒng)設(shè)計含5張CAD圖帶開題報告-獨(dú)家.zip,基于,PLC,液壓,混凝土,輸送,電氣,控制系統(tǒng),設(shè)計,CAD,開題,報告,獨(dú)家 基于PLC的液壓混凝土輸送泵電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要 混凝土泵是通過專用管道依靠壓力輸送符合施工和泵送條件的混凝土到施工現(xiàn)場的建筑施工機(jī)械，它能一次連續(xù)地完成水平輸送和垂直輸送，具有高效的工作效率和方便的移動功能。本文在深入地分析和研究混凝土泵控制系統(tǒng)的功能和要求后，采用PLC對混凝土輸送泵電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，控制三臺異步電動機(jī)分別實(shí)現(xiàn)混凝土輸送泵的主油泵電機(jī)和風(fēng)冷電機(jī)啟/?？刂埔约跋到y(tǒng)的潤滑工作；通過控制其液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥的通斷，實(shí)現(xiàn)使液壓系統(tǒng)驅(qū)動泵的正泵、反泵運(yùn)行；主油缸前進(jìn)、后退控制及點(diǎn)動等控制。在實(shí)現(xiàn)近程、遠(yuǎn)程控制的同時，并對控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一種S管的擺動和主油缸的動作實(shí)行“步步到位”的新型控制模式。實(shí)踐證明，基于PLC的混凝土輸送泵電氣控制系統(tǒng)提高了系統(tǒng)工作效率，具有良好的工程應(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞：PLC；混凝土泵；程序控制 Design of Electrical Control System For Hydraulic Crete Delivery Pump Based on PLC ABSTRACT The concrete pump is a building construction machinery through a dedicated pipeline to transmission concrete meet the construction and pumping conditions to the construction site rely on pressure, it can transport the concrete with horizontal and vertical continuously, with high efficiency and convenient mobility features. This paper under detailed analysis and research of functions and requirements of the concrete pump control system, use PLC to design the concrete pump electrical control system, control three asynchronous motor to respectively realize on / off control of the oil pump motor and air-cooled motor of concrete pump and the lubrication of system; By controlling the electromagnetic valve on-off of hydraulic system, realize to making the drive pump of hydraulic system positive pump and negative pump run; forward control and back control of the master cylinder, and jog and other controls. While short-range and remote controlling, realize a new control mode to the control system that an S pipe swing and master cylinder moves to implement "step by step in place". It is proved that the design of hydraulic concrete pump electrical control system based on PLC improve the efficiency of the system, it has a good value of engineering applications. Key words: PLC; Concrete pump; Program control 目 錄 1 緒論 1 1.1 課題意義及目的 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 控制系統(tǒng)設(shè)計方案及論證 3 2.1 繼電器控制系統(tǒng) 3 2.2 單片機(jī)控制系統(tǒng) 3 2.3 PLC控制系統(tǒng) 4 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 5 3.1 混凝土輸送泵原理 5 3.2 PLC工作原理 6 3.2.1 PLC的基本概念 6 3.2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu) 7 3.2.3 PLC的工作原理 8 3.3 總控制線路及I/O地址分配 9 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 12 4.1 PLC程序設(shè)計 12 4.1.1 電機(jī)Y-△換接啟動及停機(jī)控制 12 4.1.2 正泵運(yùn)行和反泵運(yùn)行控制 13 4.1.3 主油缸前進(jìn)點(diǎn)動、后退點(diǎn)動控制 14 4.1.4 攪拌軸液壓馬達(dá)正反轉(zhuǎn)的自動控制 14 4.1.5 主油缸液壓系統(tǒng)的加載和卸載控制 15 4.1.6 S管擺閥“步步到位”的控制 15 4.1.7 遠(yuǎn)控急?？刂?16 4.2 系統(tǒng)調(diào)試 17 5 總結(jié)與展望 18 參考文獻(xiàn) 19 致謝 20 附錄A 程序梯形圖 21 附錄B 語句表 23 1 緒論 1.1 課題意義及目的 混凝土輸送泵是利用管道輸送混凝土的一種設(shè)備，在高層或超高層建筑工程中常用其進(jìn)行混凝土的運(yùn)輸。為了進(jìn)一步提高泵送作業(yè)的自動化水平，提高其工作可靠性。本設(shè)計用PLC取代傳統(tǒng)的繼電器控制來設(shè)計混凝土輸送泵控制系統(tǒng)，用三臺異步電動機(jī)分別實(shí)現(xiàn)混凝土輸送泵的主油泵電機(jī)和風(fēng)冷電機(jī)啟/停控制以及系統(tǒng)的潤滑工作；通過控制其液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥的通斷，實(shí)現(xiàn)使液壓系統(tǒng)驅(qū)動泵正泵、反泵運(yùn)行；主油缸前進(jìn)、后退控制及點(diǎn)動等控制。 混凝土泵是一種集機(jī)電液一體化的高科技產(chǎn)品，使其電控系統(tǒng)具有較高的先進(jìn)性和自動化程度，降低系統(tǒng)的故障率。在現(xiàn)代建筑施工中，尤其是在建造高層建筑、高架公路、橋梁、堤壩及地下工程方面，混凝土泵以其機(jī)動、靈活、高效等特點(diǎn)，已經(jīng)成為不可缺少的重要施工設(shè)備。本課題的研究將具有很好的工程實(shí)際意義[1]。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1903年德國建成世界上第一個預(yù)拌商品混凝土工廠。20世紀(jì)80年代，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家如美國、日本等預(yù)拌混凝土的供應(yīng)量，已經(jīng)達(dá)到全部的60%-80%。預(yù)拌混凝土的應(yīng)用數(shù)量和比重，標(biāo)志著一個國家的混凝土生產(chǎn)工業(yè)化水平。商品混凝土與混凝土機(jī)械密不可分，是混凝土機(jī)械銷量預(yù)測模型中的核心指標(biāo)。從商品混凝土和混凝土機(jī)械的發(fā)展情況來看，隨著商品混凝土銷量不斷上升，混凝土機(jī)械的年銷量也屢創(chuàng)新高。從混凝土的成本和費(fèi)用來看，在2007年行業(yè)頂峰時，泵車每方泵送凈賺12-15元，拖泵每方泵送凈賺9元，基本一年左右就能回收成本，且還有40%的設(shè)備殘值。目前泵車的泵送價格并未大幅下滑，但泵送量急劇減少（華東地區(qū)商品混凝土2009年1季度銷量下滑40%），使得設(shè)備的投資回收年限延長至三年，使得很多個人投資者放棄新機(jī)購買。若僅從泵送機(jī)械的保有量來看，基本可以覆蓋2009年商品混凝土的需求。但目前泵送機(jī)械依然存在新增需求，主要來自幾方面：中西部的基建大幅上馬，對設(shè)備有一定的需求，但東部和南部閑置機(jī)械游走會對中西部的需求帶來一定的沖擊；基建采購方的利益驅(qū)動和泵送施工周期的不確定性帶來對新機(jī)的需求[2,3]。 我國從20世紀(jì)70年代開始探索開發(fā)混凝土泵，80年代引進(jìn)技術(shù)開始制造混凝土泵，但真正意義上的國產(chǎn)混凝土泵制造應(yīng)該從1993年中聯(lián)重科的前身中聯(lián)公司成立開始。經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國已經(jīng)成為世界上最大的混凝土泵生產(chǎn)國。2007年泵車銷售約3000臺，拖泵約為6500臺。雖然中國混凝土泵最初引進(jìn)過日本的技術(shù)，但真正成功的產(chǎn)品是借鑒歐洲技術(shù)自主開發(fā)的。目前以三一重工、中聯(lián)重科為代表的制造商所生產(chǎn)的混凝土泵已經(jīng)達(dá)到了比較高的水平，但眾多的混凝土泵制造企業(yè)還存在著產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重、技術(shù)創(chuàng)新能力較差、低價競爭等問題。創(chuàng)新是企業(yè)生命之源，混凝土泵的技術(shù)創(chuàng)新大有文章可做。另外，應(yīng)該看到中國的混凝土機(jī)械經(jīng)過十幾年的高速發(fā)展，未來前景仍然非常樂觀，這也為混凝土泵技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了廣闊的舞臺[4—6]。 在未來，混凝土泵的發(fā)展主要方向是：提高主機(jī)性能和作業(yè)效率，降低使用成本，提高舒適性以及適應(yīng)法規(guī)要求。中國城鎮(zhèn)化率不到45%，未來十幾年,中國的城鎮(zhèn)化率將以每年1個百分點(diǎn)的速度提高。發(fā)達(dá)國家的城鎮(zhèn)化率約為80%左右。中國要達(dá)到65%左右的比較符合中國國情的城鎮(zhèn)化率至少還需15～20年的時間。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，許多大的工程建設(shè)項(xiàng)目相繼開工，市場對混凝土機(jī)械的需求將呈猛增勢態(tài)。目前一些大中城市的商品混凝土使用率已經(jīng)達(dá)到較高的水平，但國內(nèi)平均商品混凝土使用率約為20%～30%，與發(fā)達(dá)國家70%～80%的水平有較大差距，因此商品混凝土行業(yè)未來一段時期將保持持續(xù)增長的態(tài)勢?；炷翙C(jī)械的使用也正在從大中城市延伸到小城鎮(zhèn)，從東部沿海成熟地區(qū)延伸到中西部大開發(fā)地區(qū)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，中國已經(jīng)形成了比較完善的混凝土機(jī)械工業(yè)，中國一些優(yōu)秀的混凝土泵企業(yè)已經(jīng)走向世界。由于價格優(yōu)勢和產(chǎn)品性能的不斷提高，可以預(yù)計，中國成為世界頭號混凝土泵出口大國指日可待[4,7]。 2 控制系統(tǒng)設(shè)計方案及論證 2.1 繼電器控制系統(tǒng) 工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，無論是過程控制系統(tǒng)還是傳動控制系統(tǒng)，都采用了大量的繼電器—接觸器自動控制系統(tǒng)，可以方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動現(xiàn)象。由于該控制系統(tǒng)是固定接線，通用性和靈活性差，又由于采用有觸點(diǎn)的開關(guān)工作，觸點(diǎn)容易損壞，可靠性差，并且出現(xiàn)故障時，排除較難，也不易于系統(tǒng)更新?lián)Q代。另外，在延時控制方面，繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實(shí)現(xiàn)延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時間困難[8,9]。 2.2 單片機(jī)控制系統(tǒng) 單片機(jī)控制系統(tǒng)由CPU、存儲器、總線、輸入輸出接口等微機(jī)系統(tǒng)組成，采用集成電路技術(shù)集成在一片硅基片上，由于單片計算機(jī)體積很小，功能強(qiáng)，因而廣泛用于電子設(shè)備中作控制器之用。單片機(jī)是一種在線式實(shí)時控制計算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。較繼電器控制系統(tǒng)它是程序控制方式，沒有接觸點(diǎn)，但是維護(hù)、使用需要有較強(qiáng)的專業(yè)知識，程序設(shè)計較難，系統(tǒng)更新?lián)Q代周期長。雖然從成本講用單片機(jī)系統(tǒng)較PLC便宜，但是從檢修角度講用PLC更方便，因?yàn)閱纹瑱C(jī)對人的要求較高，需要懂單片機(jī)相關(guān)編程語言的人才能進(jìn)行維護(hù)檢修，而且一般人就是會編程語言也不容易讀懂。另外，單片機(jī)硬件需要人工設(shè)計、焊接，這需要設(shè)計人員具有較強(qiáng)的電子技術(shù)技能，并且硬件電路抗干擾能力較差，電路中導(dǎo)通電阻大，器件易發(fā)燙燒毀，還有電磁輻射污染[10]。 2.3 PLC控制系統(tǒng) PLC由CPU、存儲器等微機(jī)系統(tǒng)組成，它是程序控制方式，沒有接觸點(diǎn)，串行方式，成品組裝，可靠性極強(qiáng)，安裝、使用、維護(hù)、維修方便，易于系統(tǒng)更新?lián)Q代。PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱為軟接線。PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，速度快，達(dá)到微秒級，嚴(yán)格同步，無抖動。在延遲控制方面，PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時間方便，并且不受環(huán)境影響。在檢修方面，PLC是通用控制器，懂得人很多，檢修調(diào)試都方便，一般很快就能知道故障出在哪里，故障停機(jī)時間短[8,10]。 綜上所述，PLC對比于繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是無觸點(diǎn)、精確度高、控制系統(tǒng)靈活方便，并且不容易出現(xiàn)故障，即使有故障也較容易發(fā)現(xiàn)及排除。單片機(jī)控制系統(tǒng)對比于繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和PLC基本上一致，但是本次設(shè)計所需要的輸入輸出點(diǎn)較多，如用單片機(jī)控制則需要加入擴(kuò)展電路，使設(shè)計復(fù)雜化，而使PLC的CPU 226型號，其輸入接口有24個，輸出接口有16個，足夠本次設(shè)計所用，因此本次設(shè)計采用PLC對傳統(tǒng)繼電器控制的混凝土輸送泵電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 混凝土輸送泵原理 拖式混凝土輸送泵的基本結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，它是在汽車底盤上設(shè)計安裝的一套混凝土輸送液壓驅(qū)動設(shè)備。液壓驅(qū)動設(shè)備采用液壓驅(qū)動活塞式混凝土輸送泵輸送混凝土。這種混凝土輸送設(shè)備被廣泛地應(yīng)用在基本建設(shè)工地上輸送混凝土，特別是用于大型施工工地的混凝土輸送作業(yè)，可大大的減輕施工工地混凝土輸送的繁重體力勞動，提高施工進(jìn)度和工作效率。這種輸送設(shè)備可縱向、橫向、垂直三坐標(biāo)遠(yuǎn)距離輸送混凝土；可自行控制輸送距離，操作方便，具有自動卸載保護(hù)能力，安全可靠性能高等特點(diǎn)[1]。 1—配管總成 2—料斗 3—攪拌機(jī)構(gòu) 4—擺閥機(jī)構(gòu) 5—油箱與機(jī)身 6—主輔油泵 7—潤滑系統(tǒng) 8—電控系統(tǒng) 9—電機(jī) 10—導(dǎo)向輪 11—活動支架 12—冷卻系統(tǒng) 13—輸送缸 14—底架 15—主油缸 圖3.1 混凝土泵的基本結(jié)構(gòu)圖　　 混凝土輸送泵的工作原理簡如圖3.2所示，圖中為混凝土輸送的正泵過程。主油缸1的活塞在液壓油的作用下往復(fù)運(yùn)動，一活塞前進(jìn)，另一活塞后退，使與之相連的輸送缸2活塞也作一個前進(jìn)、一個后退的往復(fù)運(yùn)動。輸送缸2的進(jìn)、出口3與料斗相通，S管4的一端與輸送管道相連，另一端在擺閥油缸5的作用下，由擺臂6撥動作左右擺動，分別與輸送缸2的出口連通。在主油泵的壓力油作用下，主油缸左的活塞前進(jìn)，同時也帶動輸送缸左的活塞前進(jìn)，推動輸送缸中混凝土通過S管進(jìn)入輸送管道。而料斗里的混凝土被輸送缸右不斷后退的活塞吸入輸送缸，當(dāng)主油缸中的活塞前進(jìn)、后退到位以后，控制系統(tǒng)發(fā)出信號，使擺閥油缸換向，即使S管與輸送缸右的出料口相連，換向到位以后，發(fā)出信號，使主油缸換向，推動主油缸右邊活塞前進(jìn)，左邊活塞后退。上一輪吸進(jìn)輸送缸右中的混凝土被推入S管道，同時輸送缸左吸料。如此反復(fù)動作以完成混凝土的泵送[11,12]。 反泵時，通過反泵操作使吸入行程的輸送缸與S管連通，使外在推送行程的輸送缸與料斗連通，從而將堵塞在管道中的混凝土泵送回料斗，達(dá)到排堵得目的。 1—主油缸 2—輸送缸 3—料斗進(jìn)口 4—S管 5—擺閥油缸 6—擺臂 7—接近開關(guān) 圖3.2 混凝土輸送泵的工作原理圖 ?3.2 PLC工作原理 3.2.1 PLC的基本概念 可編程控制器(Programmable Controller)是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(jī)(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC[8]。 3.2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，如圖3.3所示： 輸入信號 存儲器 CPU部分 電源 輸 入 部 分 ? 輸 出 部 分 系統(tǒng)總線 輸出信號 ? 號 圖3.3 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖圖圖 F0 A．中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映像區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映像區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映像區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行[8]。 　 B．存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器,存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 　　C．電源 　　PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去[9]。 3.2.3 PLC的工作原理 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 　 (一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映像區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映像區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入[13]。 (二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映像區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映像區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用[14,15]。 (三) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映像區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出[14,15]。 3.3 總控制線路及I/O地址分配 電控系統(tǒng)主電路如圖3.4所示，QF1為刀開關(guān)，M1為主電動機(jī)，由接觸器KM1和KM2控制其Y形啟動和△形運(yùn)行，F(xiàn)R1、FR2、FR3為熱繼電器，F(xiàn)U1為熔斷器，PV、PA分別是電壓表和電流表，M2、M3分別為潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的控制電機(jī)，分別由KM3、KM4控制其啟動和停止。 控制系統(tǒng)供電與系統(tǒng)總停電路如圖3.5所示，其主要為控制系統(tǒng)提供220V的交流電和24V的直流電，其中FU2~FU5為熔斷器，F(xiàn)R1~FR3為熱繼電器常閉觸點(diǎn)，當(dāng)有電機(jī)過載運(yùn)行時，相應(yīng)的熱繼電器動作使其常閉觸點(diǎn)斷開，控制系統(tǒng)斷電；SB2為系統(tǒng)供電按鈕，當(dāng)按下SB2時，繼電器KA1通電，其常開觸點(diǎn)閉合，形成自鎖功能，并向控制系統(tǒng)供電，當(dāng)按下SB1按鈕時，控制系統(tǒng)停止供電；KA2為急?？刂评^電器的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)按下急停按鈕時，繼電器KA2通電，其常閉觸點(diǎn)斷開，使控制系統(tǒng)斷電，無法控制電機(jī)工作[8,9]。 本設(shè)計所選用的PLC型號為西門子的S7-200，根據(jù)混凝土泵的工作要求和考慮安全保護(hù)性，另根據(jù)I/O接口的數(shù)量，在不需要擴(kuò)展模塊的情況下，選用CPU226模塊最為合適，CPU226模塊有24個輸入口和16個輸出口，足夠本次設(shè)計使用。I/O地址分配表如表3-1，系統(tǒng)I/O接線如圖3.6所示。 圖3.4 主電路圖 圖3.5 控制系統(tǒng)供電與系統(tǒng)總停電路 表3-1 I/O地址分配表 輸入部分 輸出部分 急停按鈕SB3 I0.0 電機(jī)Y形啟動KM1 Q0.0 電機(jī)啟動按鈕SB4 I0.1 電機(jī)△形運(yùn)行KM2 Q0.1 電機(jī)停止按鈕SB5 I0.2 潤滑系統(tǒng)KM3 Q0.2 遠(yuǎn)程控制按鈕SB6 I0.3 冷卻系統(tǒng)KM4 Q0.3 正泵啟動按鈕SB7 I0.4 電磁溢流閥DT1 Q0.4 正泵停止按鈕SB8 I0.5 電磁換向閥DT2 Q0.5 反泵啟動按鈕SB9 I0.6 電磁換向閥DT3 Q0.6 反泵停止按鈕SB10 I0.7 電磁換向閥DT4 Q0.7 攪拌反轉(zhuǎn)壓力繼電器SP1 I1.0 電磁換向閥DT5 Q1.0 主油缸左接近開關(guān)SQ1 I1.1 電磁換向閥DT6 Q1.1 主油缸右接近開關(guān)SQ2 I1.2 正泵運(yùn)行燈L1 Q1.2 S管左接近開關(guān)SQ3 I1.3 反泵運(yùn)行燈L2 Q1.3 S管右接近開關(guān)SQ4 I1.4 電機(jī)運(yùn)行燈L3 Q1.4 主油缸點(diǎn)動前進(jìn)SB11 I1.5 遠(yuǎn)程控制燈L4 Q1.5 主油缸點(diǎn)動后退SB12 I1.6 急停繼電器KA2 Q1.6 圖3.6 系統(tǒng)I/O接線圖 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 PLC程序設(shè)計 用戶軟件設(shè)計過程即是編寫程序的過程，PLC的控制功能都是以程序的形式來體現(xiàn)的，程序設(shè)計主要采用邏輯設(shè)計法，PLC的編程語言一般有梯形圖、語句表、功能圖塊等幾種。梯形圖是一種圖形語言，它沿用了繼電器的觸點(diǎn)和線圈等符號。它是以繼電器控制系統(tǒng)的電氣原理圖的基礎(chǔ)演變而來的，易于初學(xué)者使用，圖形表示易于理解，而且全世界通用，使用方便，修改靈活。本次設(shè)計采用梯形圖作為編程語言[9,10]。 4.1.1 電機(jī)Y-△換接啟動及停機(jī)控制 圖4.1 電機(jī)Y-△啟動及停機(jī)控制梯形圖 電機(jī)Y-△換接啟動及停機(jī)控制的程序梯形圖如圖4.1所示，見圖3.4和圖3.6，當(dāng)按下電機(jī)啟動按鈕SB4時，即I0.1閉合，使Q0.0得電，其常開觸點(diǎn)閉合形成自鎖，接觸器KM1線圈通電，主電機(jī)Y形啟動，同時定時器T33開始計時，10秒后T33常閉觸點(diǎn)斷開，使Q0.0斷電，T33常開觸點(diǎn)閉合，使Q0.1得電，并形成自鎖，接觸器KM2線圈通電，主電機(jī)△形運(yùn)行。同時Q1.4得電，顯示燈L3亮，表示電機(jī)運(yùn)行，定時器T37開始計時，60秒后T37常開觸點(diǎn)閉合，使Q0.2和Q0.3得電，接觸器KM3和KM4線圈通電，冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)開始工作。當(dāng)按下電機(jī)停止按鈕SB5時，即I0.2常閉觸點(diǎn)斷開，電機(jī)停止運(yùn)行。由圖4.1可以看出，Q0.0得電時Q0.1必然斷電，同理，Q0.1得電時Q0.0也必然斷電，它們相互形成互鎖功能。 4.1.2 正泵運(yùn)行和反泵運(yùn)行控制 正泵運(yùn)行和反泵運(yùn)行控制梯形圖如圖4.2所示，結(jié)合圖3.6，當(dāng)按下正泵啟動按鈕SB7時，即I0.4閉合，使中間繼電器M0.4得電，其常開觸點(diǎn)閉合，形成自鎖，見圖4.6，M0.4閉合使Q0.5和 Q0.6得電，也即電磁換向閥DT2和DT3通電，使系統(tǒng)正泵運(yùn)行，同時Q1.2得電，顯示燈L1亮，表示系統(tǒng)正泵運(yùn)行；按下正泵停止按鈕SB8時，即I0.5常閉觸點(diǎn)斷開，正泵運(yùn)行停止。當(dāng)按下反泵啟動按鈕SB9時，即I0.6閉合，使中間繼電器M0.5得電，其常開觸點(diǎn)閉合，形成自鎖，M0.5閉合使Q0.7和Q1.0得電，也即電磁換向閥DT4和DT5通電，使系統(tǒng)反泵運(yùn)行，同時Q1.3得電，顯示燈L2亮,表示系統(tǒng)反泵運(yùn)行；按下反泵停止按鈕SB10時，即I0.7常閉觸點(diǎn)斷開，反泵運(yùn)行停止。 圖4.2 正泵運(yùn)行和反泵運(yùn)行控制梯形圖 圖4.2中M0.5常閉觸點(diǎn)在M0.4前面的作用是，當(dāng)反泵運(yùn)行時，正泵運(yùn)行的控制不起作用，也即反泵運(yùn)行優(yōu)先級高于正泵運(yùn)行。這種控制功能可以在混凝土輸送管路出現(xiàn)輕微堵塞時使用，正泵運(yùn)行時若發(fā)現(xiàn)堵塞，可以直接按下反泵運(yùn)行按鈕（不必先按正泵停止），泵立即由正泵運(yùn)行變?yōu)榉幢眠\(yùn)行，一般進(jìn)行1～2個反泵循環(huán)就能排除堵塞。然后按下反泵停止按鈕，泵立即恢復(fù)正泵運(yùn)行。 4.1.3 主油缸前進(jìn)點(diǎn)動、后退點(diǎn)動控制 主油缸前進(jìn)點(diǎn)動、后退點(diǎn)動控制梯形圖如圖4.3所示，圖中串聯(lián)有M0.4和M0.5常閉觸點(diǎn)，表示只有在正泵和反泵都停止時，主油缸點(diǎn)動控制才能起作用，I1.5和I1.6形成互鎖功能。見圖3.6和圖4.6，當(dāng)按下點(diǎn)動前進(jìn)按鈕SB11時，即I1.5閉合，使中間繼電器M0.6得電，M0.6常開觸點(diǎn)閉合使Q0.5、Q0.6、Q0.7得電，也即電磁換向閥DT2、DT3、DT4通電，使主油缸前進(jìn)運(yùn)動；松開點(diǎn)動前進(jìn)按鈕SB11后，停止主油缸前進(jìn)運(yùn)動。當(dāng)按下點(diǎn)動后退按鈕SB12時，即I1.6閉合，使中間繼電器M0.7得電，M0.7常開觸點(diǎn)閉合使Q1.0得電，也即電磁換向閥DT5通電，使主油缸后退運(yùn)動；松開點(diǎn)動后退按鈕SB12后，停止主油缸后退運(yùn)動。 圖4.3 主油缸前進(jìn)點(diǎn)動、后退點(diǎn)動控制梯形圖 4.1.4 攪拌軸液壓馬達(dá)正反轉(zhuǎn)的自動控制 圖4.4 攪拌軸液壓馬達(dá) 圖4.5 主油缸液壓系統(tǒng) 正反轉(zhuǎn)的自動控制梯形圖 加載和卸載控制梯形圖 攪拌軸液壓馬達(dá)正反轉(zhuǎn)的自動控制梯形圖如圖4.4所示，見圖3.6，通常情況下，壓力繼電器SP1的常開觸頭是斷開的，當(dāng)攪拌軸卡住時，攪拌軸液壓油路的壓力就會升高，使壓力繼電器的常開觸頭閉合，即I1.0閉合，使M1.0得電，并形成自鎖，Q1.1得電，也即電磁換向閥DT6通電，泵的攪拌軸反轉(zhuǎn)。同時定時器開始計時，10秒后T34常閉觸點(diǎn)斷開，使M1.0和Q1.1斷電，泵的攪拌軸恢復(fù)正轉(zhuǎn)。 4.1.5 主油缸液壓系統(tǒng)的加載和卸載控制 主油缸液壓系統(tǒng)加載和卸載控制梯形圖如圖4.5所示，系統(tǒng)正泵運(yùn)行、反泵運(yùn)行、主油缸前進(jìn)、后退時，主油缸液壓系統(tǒng)必須加載；而不進(jìn)行上述動作時，主油缸液壓系統(tǒng)應(yīng)該卸載。在圖4.5中M0.4為正泵運(yùn)行中間繼電器，M0.5為反泵運(yùn)行中間繼電器，M0.6、M0.7分別為主油缸點(diǎn)動前進(jìn)、后退中間繼電器，因此，只要有上述動作時，都可使Q0.4得電，也即電磁溢流閥DT1通電，主油缸液壓系統(tǒng)加載。當(dāng)系統(tǒng)都沒有上述動作時，四個中間繼電器的常開觸點(diǎn)都是斷開的，因而電磁溢流閥DT1斷電，主油缸液壓系統(tǒng)卸載。 4.1.6 S管擺閥“步步到位”的控制 S管擺閥“步步到位”的控制梯形圖如圖4.6所示，見圖3.2和圖3.6，在正泵過程中，主油缸左邊活塞向前推進(jìn)，同時主油缸右邊活塞向后推進(jìn)。未到達(dá)頂端的過程中，主油缸左接近開關(guān)SQ1斷開，S管左接近開關(guān)SQ3閉合，因此I1.1常閉觸點(diǎn)保持閉合狀態(tài)，I1.3常開觸點(diǎn)閉合，使Q0.5得電，也即電磁換向閥DT2通電，DT2通電使主油缸左邊活塞繼續(xù)向前推進(jìn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)頂端時，接近開關(guān)SQ1閉合，即I1.1常閉觸點(diǎn)斷開，使Q0.5斷電，活塞停止前進(jìn)。這時S管閥向右擺，到達(dá)右邊時，S管右接近開關(guān)SQ4閉合，I1.4常開觸點(diǎn)閉合，并且主油缸右接近開關(guān)SQ2處于斷開狀態(tài)，因此Q0.6得電，也即電磁換向閥DT3通電，DT3通電使主油缸右邊活塞向前推進(jìn)，到達(dá)頂端時，接近開關(guān)SQ2閉合，使Q0.6斷電，活塞停止前進(jìn)。S管閥向左擺，如此循環(huán)使系統(tǒng)正泵運(yùn)行。 圖4.6 S管擺閥“步步到位”的控制梯形圖 同理，在反泵的過程中，S管在右邊并且主油缸左接近開關(guān)SQ1處于斷開狀態(tài)時，I1.4常開觸點(diǎn)閉合，I1.1常閉觸點(diǎn)保持閉合，Q0.7得電，也即電磁換向閥DT4通電，DT4通電使主油缸左邊活塞向前推進(jìn)，到達(dá)頂端時，Q0.7斷電，活塞停止前進(jìn)。這時S管閥向左擺，到達(dá)左邊時，S管接近開關(guān)SQ3閉合，I1.3常開觸點(diǎn)閉合，并且主油缸右接近開關(guān)SQ2處于斷開狀態(tài)，因此Q0.7得電，也即電磁換向閥DT5通電，DT5通電使主油缸右邊活塞向前推進(jìn)，到達(dá)頂端時，接近開關(guān)SQ2閉合，使Q0.7斷電，活塞停止前進(jìn)。S管閥向右擺，如此循環(huán)使系統(tǒng)反泵運(yùn)行。 4.1.7 遠(yuǎn)控急?？刂? 遠(yuǎn)控急?？刂铺菪螆D如圖4.7所示，見圖3.5和圖3.6，在電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)按下遠(yuǎn)程控制按鈕SB6時，即I0.3閉合， 使M0.3得電，并形成自鎖，同時Q1.5得電，顯示燈L4亮，表示可以遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。在遠(yuǎn)程控制狀態(tài)下，當(dāng)按下急停按鈕SB3時，Q1.6得電，使繼電器KA2線圈通電，在圖3.5中，繼電器KA2常閉觸頭斷開，控制系統(tǒng)供電停止，電機(jī)無法運(yùn)行。 圖4.7 遠(yuǎn)控急?？刂铺菪螆D 4.2 系統(tǒng)調(diào)試 本次設(shè)計在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試，實(shí)驗(yàn)室所提供的設(shè)備有西門子的S7-200PLC試驗(yàn)箱，混凝土輸送所需的機(jī)械設(shè)備以及個人電腦一臺。經(jīng)初步接線檢查后，運(yùn)行STEP 7-MicroWIN軟件，新建項(xiàng)目，拷貝程序到項(xiàng)目中，開始運(yùn)行程序。程序及數(shù)據(jù)下載線采用的是USB接線，開始時因?yàn)闆]有接好，系統(tǒng)檢測不到外部設(shè)備，無法載入程序，重新檢查并換了一條USB接線接上，系統(tǒng)終于運(yùn)行成功。觀察混凝土輸送情況，以及各個按鈕的功能檢測，經(jīng)過觀察檢測，整個設(shè)計系統(tǒng)基本符合要求，能基本完成混凝土的輸送和排堵。 5 總結(jié)與展望 畢業(yè)設(shè)計是我在大學(xué)學(xué)習(xí)階段的最后一個環(huán)節(jié)，是對所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的一種綜合應(yīng)用，是一種綜合的再學(xué)習(xí)、再提高的過程，這一過程有助于培養(yǎng)我的學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立工作能力。 本次畢業(yè)設(shè)計主要是控制系統(tǒng)的設(shè)計，用三臺異步電動機(jī)分別實(shí)現(xiàn)混凝土輸送泵的主油泵電機(jī)和風(fēng)冷電機(jī)啟/?？刂埔约跋到y(tǒng)的潤滑工作；通過控制液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥的通斷，實(shí)現(xiàn)使液壓系統(tǒng)驅(qū)動泵正泵、反泵運(yùn)行；主油缸點(diǎn)動前進(jìn)、點(diǎn)動后退控制等。在導(dǎo)師的建議下，本次設(shè)計還加入了S管閥與主油缸動作步步到位的控制，讓混凝土輸送更加有效率，避免了在輸送過程中因?yàn)閿[閥沒有到位而使混凝土溢出的情況。經(jīng)過與老師多次討論和修改之后，基本上完成了符合以上要求的控制系統(tǒng)。當(dāng)然還有不足的地方，因?yàn)榧尤肓瞬讲降轿坏目刂疲邳c(diǎn)動控制的時候就有不足，步步到位的控制都是在主油缸沒有前進(jìn)到頂端的時候開始才能保證運(yùn)行，但就在主油缸到達(dá)頂端的臨界點(diǎn)時，按下點(diǎn)動前進(jìn)的按鈕是無效的。這一點(diǎn)也體現(xiàn)出了我的設(shè)計系統(tǒng)的缺陷，對于這點(diǎn)，可以在主油缸的兩個前端分別再加入兩個接近開關(guān)，這樣在點(diǎn)動控制中就沒有在臨界點(diǎn)時控制無效的情況發(fā)生。另外，在遠(yuǎn)程控制的設(shè)計部分也有不足，當(dāng)按下遠(yuǎn)程控制按鈕時，它便形成了自鎖，沒有遠(yuǎn)程控制的停止按鈕，因此當(dāng)按下遠(yuǎn)程控制時，在整個過程中就會一直可以遠(yuǎn)程控制。而且遠(yuǎn)程控制觸發(fā)是按鈕的形式，在遠(yuǎn)程控制時沒有斷開近程的控制，在一定程度上會有近程控制與遠(yuǎn)程控制的沖突問題。對于這點(diǎn)可以再加入一個遠(yuǎn)程控制的停止按鈕，或者加入優(yōu)先級的控制就能解決。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我感到自己應(yīng)用基礎(chǔ)知識及專業(yè)知識解決問題的能力有了很大的提高，我想，通過這次畢業(yè)設(shè)計，到了工作單位后，我將能夠更快的適應(yīng)工作崗位和工作要求。我對自己充滿了信心，總之，這次畢業(yè)設(shè)計對我而言是受益匪淺的。 參考文獻(xiàn) [1] 張國中．現(xiàn)代混凝土泵車及施工應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：中國建材工業(yè)出版社，2004． [2] 吳佩剛．高強(qiáng)混凝土及其應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1992． [3] 吳成材．冷處理鋼筋的抗壓性能與包興格效應(yīng)[J]．土木工程學(xué)報，1963，3（25） [4] 丁大鈞．現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)[M] ．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000． [5] 梁興文．混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（第二版）[M]．北京：科學(xué)出版社，2007． [6] 張譽(yù)．混凝土結(jié)構(gòu)基本原理[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000． [7] 王傳志．鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)理論[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1985． [8] 吳中?。删幊绦蚩刂破髟砑皯?yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004． [9] 趙明．工廠電氣控制設(shè)備（第二版）[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996． [10] 湯以范．電氣與可編程序控制器技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008． [11] 韓國惠．PLC控制模具研配液壓機(jī)雙缸同步控制的研究[J]．電子學(xué)報．2004，12（6） [12] 陳光平．堆料機(jī)控制系統(tǒng)由繼電器控制改為PLC控制[J]．中國科技信息報 2005，2（29） [13] 卞和營，胡亞卓．繼電器控制系統(tǒng)改用PLC控制的設(shè)計方法[J]．科技資訊報 2007，10（27） 致謝 本論文是在崔東艷老師的諄諄教誨和指導(dǎo)下完成的，論文從選題、構(gòu)思到定稿無不滲透著導(dǎo)師的心血和汗水；教授淵博的知識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)使我受益終身，在此表示深深的敬意和感謝。 我還要感謝含辛茹苦、任勞任怨、望子成龍、不圖回報的父母的養(yǎng)育之恩，他們給予我的愛和支持讓我順利地完成了自己的學(xué)業(yè)。 最后，因本人水平有限，在文中難免有不足之處，懇請各位老師批評指正。 附錄A 程序梯形圖 附錄B 語句表 LDN I0.2 LPS LD I0.1 O Q0.0 ALD LPS AN T33 AN Q0.1 = Q0.0 LPP TON T33, +1000 LRD LD T33 O Q0.1 ALD LPS AN Q0.0 = Q0.1 = Q1.4 LPP TON T37, +600 LPP LPS A T37 = Q0.2 = Q0.3 LRD LD I0.3 O M0.3 A Q0.1 ALD = M0.3 = Q1.5 LRD A M0.3 A I0.0 = Q1.6 LRD LD I0.4 O M0.4 AN I0.5 AN M0.5 ALD = M0.4 = Q1.2 LRD LD I0.6 O M0.5 AN I0.7 ALD = M0.5 = Q1.3 LRD AN M0.4 AN M0.5 LPS A I1.5 AN I1.6 = M0.6 LPP AN I1.5 A I1.6 = M0.7 LRD LD I1.0 O M1.0 ALD LPS AN T34 = M1.0 LRD TON T34, +1000 LPP = Q1.1 LRD LD M0.4 O M0.5 O M0.6 O M0.7 ALD = Q0.4 LRD LD M0.4 O M0.6 ALD AN M0.5 A I1.3 AN I1.1 = Q0.5 LRD LD M0.4 O M0.6 ALD AN M0.5 A I1.4 AN I1.2 = Q0.6 LRD LD M0.5 O M0.6 O M0.7 ALD A I1.4 AN I1.1 = Q0.7 LPP LD M0.5 A I1.3 AN I1.2 = Q1.0 25