矿用电机车控制系统的设计

湘潭大学课程设计说明书课程名称：电气与PLC控制技术题目：矿用电机车控制系统的设计学院：能源工程学院专业：电子信息科学与技术学号： 200992001221姓名：唐彩琴指导教师：李云新完成日期： 2011年6月30日目录1引言 (1)2方案设计与论证 (1)2.1 控制方案及论证 (1)2.2 显示界面方案的选择 (4)2.3 输入方案的选择 (4)3控制系统硬件设计 (4)3.1PLC类型的选择 (4)3.1.1产品分选控制要求 (4)3.1.2系统I/O点数的计算 (5)3.1.3 PLC型号的选择 (5)3.2显示模块的设计 (6)3.2.1硬件的设计思路 (6)3.2.2 软件的设计思路 (6)3.2.3 显示模块的电路图 (7)3.3 操作面板的设计 (9)4控制系统软件设计 (11)4.1 系统I/O分配 (11)4.2 主要程序设计 (13)4.2.1 按键操作说明 (13)4.2.2 主控制程序 (13)4.2.3动态显示控制程序 (13)4.2.4 计数及显示程序 (14)4.2.5 计时及显示程序 (16)4.2.6 故障程序 (18)5 结束语 (31)附录各程序梯形图……………………………………………………………矿用电机车控制系统设计1引言随着社会迅速的发展，各机械产品层出不穷。

控制系统的发展已经很成熟，应用范围涉及各个领域，例如；机械、汽车制造、化工、交通、军事、民用等。

PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一是可靠性高，抗干扰性强。

ＰＬＣ的应用不但大大的提高了电气控制系统的可靠性和抗干扰性，而且大大的简化和减少了维修维护的工作量。

本设计综合考虑了制造业的现状，结合了电机车的工作原理，给出一种简单实用的电机车控制系统的PLC设计方案。

系统中设计了故障检测的装置，让技术人员的工作更为简单、方便、快捷。

实验也证明该系统应用简单、经济，在工作中能更快、更准确的运行。

因此，大大的提高了生产率，降低了工人的劳动强度，降低了企业的生产成本，提高了企业的经济效益，是我们热切看到的。

可编程序控制器是以微处理器为核心的通用工业自动化装置。

它将传统的继电器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有结构简单、性能优越、可靠性强、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。

针对矿山工作的特定环境，本系统设计的电机广泛应用于矿山。

2 方案设计与论证2．1 控制方案及选择方案一：采用可编程控制器（PLC）控制。

该方案的优点是系统简明扼要，编程元件丰富和编程语言灵活，系统扩展容易，部件少，可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，适用性强，系统的设计工作量小，维护方便，容易改造。

方案二：采用单片机控制。

该方案的优点是价格便宜，编程容易，体积小，适用性强，节约成本；缺点是其外围电路复杂，部件多，若焊接中存在虚焊，系统稳定性和可靠性变差。

方案三：采用继电器—接触器控制。

优点是价格低廉、对维护技术要求不高，适用于工作模式固定、控制要求简单的场合。

缺点是系统的布线连接不宜更新、功能不宜扩展，可靠性不高。

对复杂的控制系统，查找和排除故障困难；产品更新、生产工艺变化时，继电器控制系统的元件和接线也须作相应的变动，这种变动工作量很大，工期长，费用高。

综上所述，我选择第一种方案。

2．2 显示界面方案选择方案一：完全采用LED显示。

这种方案只显示有限的符号和数码字符，所需的编程和硬件要求很高。

方案二：完全采用阵式LCD显示。

这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。

方案三：采用 LED与点阵LCD相结合的方法。

因为既要求倒计时数字输出，又要求有汉字信息提示及图形输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用LED与LCD分别显示时间与提示信息。

这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度，但是相对价格比较高。

权衡利弊，决定采用方案一来实现系统的数字显示。

2．3 输入方案的选择方案一：输入口直接输入该方案的优点是：简单明了，但占用输入点多、成本高。

方案二：矩阵式键盘输入占用输入点少、成本低、且直观、整体性能强、操作方便。

综合方案一和二，权蘅利弊选择方案二。

3 控制系统硬件设计3．1 PLC类型的选择3.1.1 矿用电机车控制要求1．控制系统对矿用架线式电机车实现启动、停止等控制。

对制动距离、撒砂管撒砂、轮对轴承温度、车身平稳性、受电弓接触等情况实施检测，对运行总时间、往返次数进行计数并显示。

2. 当出现制动距离达不到规定的要求、撒砂管不撒砂、轮对轴承温度过高车身歪斜左右摇晃、脱轨掉道、受电弓接触不良等故障时报警并显示。

3.1.2 系统I/O点数的计算1．显示控制I/O点计算：运行总时间显示字形输出需输出点4个，字位输出控制需输出点3个。

往返次数显示字形输出需输出点4个，字位输出控制需输出点3个。

2．基本控制I/O点计算：组成2×8键盘需输入点8个，输出点2个；系统启动、系统停止、计时清零、计数清零、加速、减速、制动、前进、后退、计数等控制和制动距离达不到规定的要求、撒砂管不撒砂、脱轨掉道、受电弓接触不良4个检测输入故障信号从键盘输入；4个轮对轴承温度检测输入、4个车身歪斜左右摇晃检测输入故障信号直接从输入口输入；制动距离达不到规定的要求、撒砂管不撒砂、脱轨掉道、受电弓接触不良4个故障灯信号输出，需要4个输出点；4个轮对轴承温度过高、4个车身歪斜左右摇晃故障灯信号输出需要8个输出点；报警音响信号输出需要1个输出点；电源指示信号输出需要1个输出点；加速、减速控制信号输出需要输出点2个；制动、前进、后退控制信号与接触器线圈并联需要输出点3个；故障解除1个。

综上，一共需要输入点共13个，需要输出点20个。

3.1.3 PLC型号的选择目前在国内市场上有从美国、德国、日本等国引进的多种系列PLC，国内也有许多厂家组装、开发数十种PLC，故PLC系列标准不一，功能参差不齐，价格悬殊。

在此情况下，PLC的选择应着重考虑PLC的性能价格比，选择可靠性高，功能相当，负载能力合适，经济实惠的PLC。

本文介绍以四段液位控制对象为例，据对多种因素的分析比较及监控系统输入、输出点数的要求，选用日本三菱公司FX2型PLC 。

基本控制选：FX2N-32MR显示控制选：FX2N-24EYT3.2 显示模块的设计3.2.1.硬件的设计思路（1）采用带译码器和片选输入点的七段显示译码器①，来显示0～9十个数字。

并根据显示数字的位数及组数，选用相应个数的七段数字显示器件部件，来显示1位、2位、3位、4位等多位数或几个数字组。

（2）用PLC的4个输出点形成4条数据线。

由这4条数据线组成显示数字的数据总线。

数字量输出用二进制的0000～1001代表0～9，各个显示数字值传输到相对应的显示器件。

（3）PLC输出点与地址译码器配合控制各显示器件数据输入的选通或锁存。

根据显示数字的位数及组数，选用相应译码器的型号和个数。

（4）用PLC的4个（或3个、2个等）输出点形成4条（或3条、2条等）地址线。

由这4条（或3条、2条等）地址线组成显示数字的地址总线。

数字量输出用二进制的0000～1111代表0～15位（或000～111代表0～7位、00～11代表0～3位等）。

总线与接口电路框图，如图2所示。

3.2.2软件设计思路（1）将需要数字显示的PLC内部数据字或数据双字由整数转化为BCD码。

（2）在BCD码表示的数据中，以个位BCD码的20～23位对应数据总线20～23位的数位输出。

十位、百位、千位等BCD码通过移位使其数位与个位数位对应。

20～23位为个位BCD码，可以直接输出；24～27位为十位BCD码，可通过逻辑右移4位，在个位BCD码数位输出；28～211位为百位BCD码，可通过逻辑右移8位，在个位BCD码数位输出。

以此类推，然后按时序在数据总线上分别发送个位、十位、百位、千位、万位等数字显示信号，以使个位、十位、百位、千位、万位等BCD码都在数据总线上传输数字显示数据。

（3）通过PLC地址输出点和地址译码器，提供各个数字显示器的片选信号，配合4条数据总线来发送数据，达到由指定显示部件的显示器接收显示数据。

控制各个片选输入来控制该数字显示器件输入数据的选通与锁存，使各个显示单元接收到对应的显示数据并予以锁存显示。

（4）合理地控制片选及锁存显示周期，使传送、显示能适应PLC扫描输出速率及显示器件的响应时间，使显示正常，消除无显示、显示闪烁、显示迟钝等现象。

（5）实现多参数的动态显示，只要将地址译码器的输出端与显示器件的片选输入端对应联接，对PLC数据做上述处理后，按时序在数据总线上发送，就可实现对应的数字显示。

3.2.3 显示模块的电路图如图3-1所示：74ls138: 3-8译码器。

Mc14495: 七段显示译码器：输出高电平有效驱动共极数码管。

动态显示：对数码管循环扫描输入显示数据。

FX2-32EYT：晶体管输出型扩展模块（PLC），有32个输出点。

Y20-Y23：输出BCD码，经Mc14495译成显示码，同时送给二数码管，由二进制输出。

经74LS—138译码后控制（任一时刻，只有一个管道通电）扩展模块输出：Y20~Y23：计时字形输出；Y24~Y27：计时字位输出；Y30~Y33：计数字形输出；Y34~Y37：计数字位输出；Y40：前左轮对轴承温度信号灯；Y41：前右轮对轴承温度信号灯；Y42：后左轮对轴承温度信号灯；Y43：后右轮对轴承温度信号灯；Y44：前左车身歪斜左右摇晃信号灯；Y45：前右车身歪斜左右摇晃信号灯；Y46：后左车身歪斜左右摇晃信号灯；Y47：后左车身歪斜左右摇晃信号灯。

图3-1 显示部分电路图3．3 操作面板的设计操作面板线路，如图3-2所示。

图中：Y16、Y17与X10-X17组成8行×2列键盘矩阵输入，构成操作面板。

图3-2 基本模块输入输出接线图1、基本模块键盘矩阵输入：1号：制动距离检测输入；2号：撒砂管检测输入；3号：脱轨掉道检测输入；4号：受电弓接触检测输入；5号：前进命令输入；6号：后退命令输入；7号：加速命令输入；8号：减速命令输入；9号：制动命令输入；10号：报警命令输入；11号：计数命令输入；12号：故障解除命令输入；13号：计时清零命令输入；14号：计数清零命令输入；15号：系统启动命令输入；16号：系统停止命令输入。

2、基本模块直接输入：Y0：前左轮对轴承温度检测输入；Y1：前右轮对轴承温度检测输入；Y2：后左轮对轴承温度检测输入；Y3：后右轮对轴承温度检测输入；Y4：前左车身歪斜左右摇晃检测输入；Y5：前右车身歪斜左右摇晃检测输入；Y6：后左车身歪斜左右摇晃检测输入；Y7：后右车身歪斜左右摇晃检测输入；3、基本模块直接输出：Y0：制动距离故障信号灯输出；Y1：撒砂管不撒砂故障信号灯输出；Y2：脱轨掉道故障信号灯输出；Y3：受电弓接触不良故障信号灯输出；Y4：报警电铃信号输出；Y5：电源信号灯输出；Y6：制动电磁铁线圈输出；Y7：前进接触器线圈输出；Y10：后退接触器线圈输出；Y11:加速信号灯输出；Y12:减速信号灯输出。