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-24EYT