本科毕业设计论文--基于plc行车控制设计

1 1 前言

1.1选题的必要性

随着当今工业的发展，我们越来越依赖于流水线作业。对于像我国这样的“世界工厂”而言那就更应该实现生产的流水线自动化作业。

在我国工业生产中，轻工业的流水线作业地发展是非常迅速的。但对于重工业而言，却不是如此。要实现重工业的流水线作业，首先要解决的一个问题，便是工件在生产过程中拖动问题。对与轻工业而言，我们可以用传送带来完成。但对于重工业而言，用传送带传送工件，则不太实用。首先找重工业中所加工的产品，都是一些大型的工件，所以传送带的拖动力达到。其次，传送带传送大型工件，需要占据较大的地面操作空间。最后，大型工件在地面移动过程中，对生产工人的安全，也构成了一定的威胁。

鉴于此，我们在生产车间中，广泛采用行车起吊装置，即节省了地面操作空间，有提高了安全性。但是，我们现在的许多起吊行车都是有人工控制。这仍然达不到自动化生产的要求。所以，本课题的研究着重于解决这一个问题，并将对现有行车的改造作为重点。以求向自动化的生产迈进一步。从而提高生产率、提高生产效益、改善生产环镜等。

1.2选题的依据

本课题的选择来源于生产。我之所以选择本课题的原因有四点：第一点，我曾于2009年暑假期间，在自贡川润股份有限责任公司实习过起重工这个职业。所以我对起重行车的一些控制过程比较熟悉，同时发现现在人工控制的行车也确实存在着许多缺陷，特别是越来越不能满足当今自动化生产作业的要求。第二点是，我对于自己本专业的学习。其中很重要的一门专业课便是《电气控制与PLC的应用》，它为我在控制系统的选择与设计方面奠定了坚实的基础。在诸多的专业课程中还有《电子电工基础》、《传感器原理及应用》、《维修电工实训》《CAD制图》等课程，都为我在线路设计、控制柜设计、行程开关的选择以及图纸的制作上奠定里基础。第三点，是有王赛老师的鼎力支持。对我所欠缺的许多东西（思维方式、论文格式等），他都给予了极大的支持。第四点，学院图书馆的藏书，它为我的设计提供了极大的资料查阅支持。

这以上四点是我制作此设计的依据。除这四点以外还有其他的一些原因，例如网路、同学的帮助等。

2 2 行车自动控制的工艺流程

2.1行车自动控制的工艺流程

2.1.1起重行车在工厂的应用

在当今工业中，我们常用的起重机根据结构的不同可分为:梁式起重机、桥式起重机、流动起重机、悬臂起重机、龙门起重机、塔式起重机、缆索起重机船式起重机运载桥等。在这里仅简单介绍梁式起重机、桥式起重机、流动式起重机、龙门起重机、悬臂起重机、塔式起重机。

1.梁式起重机：梁式起重机主要包括单梁式起重机和双梁式起重机；梁式起重机（见图2—1）：其桥架的主梁多才用工字型钢或钢板的组合截面。起重小车常为手拉葫芦、电动葫芦或用葫芦作为起升机构部件装配而成。有桥架支撑式和悬挂式两种，前者沿车梁上的起重机轨道运行；后者的桥架沿悬挂在厂房屋架下的起重机轨道运行。单梁桥式起重机分为手动、电动两种。手动单梁式起重机各机构的工作速度较低，起重也相对较小，但自身重量小，便于组织生产，成本低，用于无电源后搬运量不大，对速度与生产

图2-1梁式起重机 图2-2 双桥式起重机

率要求不高的场合。手动单梁桥式起重机采用手动单轨小车作为运行小车，用手拉葫芦作为起升机构，桥架由主梁和端梁组成。主梁一般采用单根工字钢，端梁则用型钢或压弯成型的钢板焊接而成。电动胆量桥式起重机的工作速度较低、生产率较手动的高，起重量也较大。电动单梁桥式起重机由桥架、大车运行机构、电动葫芦及电气设备等部分组成。双梁桥式起重机（见图2-2）：由直轨、起重机主梁、起重小车、送电系统和电气控制系统组成，特别适合于大悬挂和大起重量的平面范围物料输送。由于其结构形式和起吊重量大所以也可以说它是桥式起重机。桥式起重机分单梁式和双梁桥式，而梁式起重机则无此分类。桥式起重机与梁式起重机起重量不同，梁式是5t及以下，桥式是5t及以上。所以在此对桥式起重机不做过多的介绍。 3 2.流动起重机：流动起重机主要包括汽车式起重机、轮式起重机、链带式起重机、全地形起重机、越野式起重机。在此仅介绍我们常见的汽车式起重机。

图2-3 汽车式起重机 图2-4悬臂式起重机

汽车式起重机（见图2-3）：汽车式起重机就是把起重机安装在载重汽车底盘上的一种起重机。近年来由于汽车载重能力的不断提高，各种专门的汽车底盘的产生，使得大吨位的汽车式起重机不断的出现，同时由于液压机构被广泛的用在汽车起重机上，用高强度钢材作为起重机的臂杆，使它无论在操作上还是在使用性能上都具备了很多的优越性。因此汽车式起重机是目前使用较为广泛的一种起重机。

3．悬臂起重机（见图2-4）：起重机由立柱，回转臂回转驱动装置及电动葫芦组成，立柱下端通过地脚螺栓固定在混凝土基础上，由摆线针轮减速装置来驱动悬臂回转，电动葫芦在悬臂工字钢上作左右直线运动，并起吊重物。悬臂式起重机主要包括；立柱式、壁挂式、平衡起重机三种形式。

4．龙门式起重机（见图2-5）：水平桥架设置在两条支腿上成门架形状的一种桥架型起重机。龙门式起重机主要包括轨道式和轮胎式两种。但现在工厂中多用的

图2-5 龙门式起重机 图2-6 塔式起重机

是轨道式起重机。因为轨道式龙门起重机能适应工厂的恶劣环境。而轮胎式则相对逊色些。 4 5.塔式起重机（见图2-6）:塔式起重机是动臂装在高耸塔身上部的旋转起重机。作业空间大，主要用于建筑施工中物料的垂直水平输送及建筑构件的安装。由金属结构、工作机构和电气系统三部分组成。金属结构包括塔身、动臂和底座等。工作机构有起升、变幅、回转和行走四部分。电气系统包括电动机、控制器、配电柜、连接线路、信号及照明装置等。

在当今自动化流水线作业的工厂中，由于起吊的工件较大，重量也重，且要求能够配合流水线作业。所以选择梁式起重机为研究重点。

选择梁式起重机的原因有以下四点：首先，它在现在的工厂中应用较为普遍，对其进行改造，具有普遍性。其次，它即可实现工件的定位起重装卸，又可实现工件在各个位置的位移，，从而达到加工工位间的衔接要求。再次，其搬运工件的路线，可从工厂的上层空间行走，节约了地面加工的操作空间。最后，由于工件的搬运只在工厂上层空间运动，对地面加工工人的安全也多提供了一份保障。

在后文中仅以河南省宏业起重设备有限公司生产的qd型5-50/10吨吊钩桥式起重机作为实列进行分析设计。

2.1.2 自动化行车的应用

自动化是指机器或装置在无人干预的情况下，按照规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是稳、准、快。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣危险的工作中解救出来，而且能扩展人的适应能力，极大的提高劳动生产率，增强人认识世界、改造世界的能力。因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。

自动化的起重行车，不仅具有传统行车所具有的功能，更具备有自动控制的能力。它能实现精确的点到点的控制，能满足流水线作业的要求，它能自动将工件从上一个加工工位搬运到下一个加工工位，以此而往复，并以加工工序为基准。如若加工工序有变或加工产品有变，可通过更改程序来改变运行的路线。加少人力，提高产品一致性，提高产品质量，更适合大批量生产，降低生产成本，提高生产率，改善工作环境等。

5 2.2控制方案的选择

2.2.1自动化控制常用的方法

在当今生产中，常用的自动控制方案有三种：继电器控制、单片机控制、PLC控制。

在当今工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。继电器控制是利用各种继电器元件，进行逻辑组合实现逻辑控制，实质上也是一种传递信号的电器，它可根据输入的信号达到不同的控制目的。它能适应较差的工作环境，但继电器控制存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应能力差的缺陷越来越不适应现代化工业的要求。

单片微型计算机简称单片机，又称为为控制器所谓单片机就是一块半导体芯片上集成了CPU、存储器、输入输出接口、定时器、计算器等功能部件的微型计算机。单片机的特点是集成度高、可靠性高、易扩展、控制功能强以及体积小、价格便宜等。但是单片机只能在较好的环境下工作，对环境的适应能力差，抗干扰能力不强。它主要应用在家电产品中，被作为核心控制器。

PLC就是可变成控制器的简称，它是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。其具有应用灵活、扩展性好、操作方便、适应能力强等特点，它被广泛应用于工业电气控制领域。

由于绝大多数的起重机行车都在比较恶劣（高温、粉尘、噪声等）的环境中工作，所以根据行车工作的这一特性，在设计中选择用PLC来做核心控制器。因为PLC具有抗干扰能力强、可靠性高且体积小、重量轻、能耗低、功能完善、通用性强等特点，是其它控制方式所不能企及的。

6 3 电气控制部分

3.1电气控制系统的原理

电气系统分为电气控制流程、主电路、和控制电路三部分。其分别讲了控制的整个过程以及主电路的工作原理和控制电路的工作原理。

3.1.1电气控制流程

在工厂中一般都根据加工工艺流程而将车间划分为多个工段或加工区域，在自动化流水线作业的工厂中，则划分的更加详细。下面就将一水冷壁车间划分为五个加工区域来分析。

将水冷壁车间划分五个工作区见图3-1，在图中工作区一是原材料区，产品的各原材料堆放于此。工作区二是焊接加工区，工作区三是出厂检验区，工作区四则是喷涂加工区，工作区五是产品装车入库区。

工作区一工作区二工作区五工作区三工作区四轨道一起重小车车间外墙轨道二起重大车

图3-1 水冷壁车间示意图

起重行车采用的是自动顺序控制，而自动顺序控制需要一系列的开关输入，在本系统中，所用到的I/O输入输出见表3-1。

表中共列出了16个位开关和3个按钮开关的输入以及9个输出。16个位开关分别控制了大车、小车以及起重装卸的各个位置。9个输出则控制行车工作的起动、停止以及制动。控制大小车前进后退，以及起重机上升下降和制动。

I/输入 开关名称 开关所在位置 O/输出 输出控制内容 7 表3-1

I/O分配表

起重行车的控制流程见图3-2。在图中按下启动，行车则自动按设计好的程序工作。

在水冷壁车间中，行车的工作流程大概是这样：按下启动按钮I0.0，大车向工作区一运动（Q0.0），到达工作区一，启动位开关I0.1，大车制动（Q0.6），小车向工作区一I0.0 SB1 控制柜 Q0.0 大车前进

I0.1 SQ1 大车前进到工作区一的位开关 Q0.1 小车左行

I0.2 SQ2 小车到达工作区一的位开关 Q0.2 吊钩下放

I0.3 SQ3 工作区一装卸高度位开关 Q0.3 吊钩上升

II0.4 SQ4 工作区一安全运行高度位开关 Q0.4 小车右行

I0.5 SQ5 大车前进到工作区二的位开关 Q0.5 大车后退