挖掘机控制系统设计
近年来，随着科学技术的发展，城市现代化的建设.我国的各种大规模土木工程建设也越来越多，这就需要大量的土石方施工机械为其服务；及其传统电气控制技术的内容也发生了很大的变化，可编程控制器基于继电器逻辑控制系统的原理而设计，它的出现取代了继电器接触器逻辑控制系统，它是当今电气自动化领域中不可替代的中心控制器件，电气控制技术已发展到了一个相当的高度，可编程控制器PLC使用率高、实用性强，可以通过变更程序来控制自动化机械，本课程设计的任务是实现对挖掘机模型的自动和手动控制，使挖掘机能够完成预先设计好的动作。倘若随着社会的发展，把这个运用到实际中，则可以提高工作效率，节约成本，把人从枯燥的工作中解放出来。使操作人员对挖掘机进行远程监控，远离危险区域，避免在危险区域中施工造成不必要的人员伤亡。
PLC（ProgrammableLogicController）可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。
PLC具有诸多特点，和广泛的应用领域，投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：电源，中央处理单元(CPU)，存储器，输入输出接口电路，功能模块（计数、定位等功能模块等）。
(1)系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。
(2)使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
(3)能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
(一)输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；
或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的线概述
和后退，一个控制挖掘机的左转和右转，一个控制挖掘机的左旋和右旋，一个控制挖掘机的下挖和上提。这些动作是由各个电动机的正反转来实现。其中这些电机于+5V电压下工作，电机的工作由控制箱中8个接触器的常开开关来控制。 在控制箱中，8个接触器工作于+24V电压下，由8个按钮来控制。在控制箱中将其电路断开，分出两个接口，分别是用于PLC逻辑编程过程中的输入和输出。其中控制箱上的电源均由外部提供。挖掘机控制器示意图如下：
挖掘机的内部线路原理图如下所示，实际电路可能跟该原理图略有区别。在实际电路中，前进和后退、左转和右转、左旋和右旋、下挖和上提均各用一个电动机控制，而下图中，其实M1和M2为同一电动机、M3和M4、M5和M6、M7和M8亦是如此。
本设计系统主要是通过PLC实现挖掘机实物教学模型控制，本系统能手动完成八个基本的机械动作，分别是前进、后退、左转、右
转、左旋、右旋、下挖、上提，并通过这八个基本动作组合出一套完整的自动挖掘过程动作，从而模拟出现实工业现场环境中挖掘机挖掘的整个过程。在实验中自动控制的时候使挖掘机实现 前进—右转—左旋—大臂下挖—上升—右转—后退—左转—大臂下挖—大臂上升—右旋完成一个工作循环，然后继续下一个循环。
S0在Plc得电运行，M8002得电，或在停止/起动按钮停止时，或拨到手动开关时被值1。S20--S30在停止/起动按钮在停止时或拨到手动开关时被复位，值0.如下图：
当按下启动按钮时，且开关打在手动开关时，按下各种动作按钮时，挖掘机执行各种相应的动作；松开这些按钮时，动作立即停止。按下停止按钮时，挖掘立即停止所有动作。如下图：
S0被值1，拨到启动开关，再打到自动开关，S20被驱动，值1，从而驱动Y0线圈得电挖掘机前进，同时T0开始计时，两秒后T0常开
触点闭合挖掘机停止前进。驱动S21被值1，驱动Y3线圈得电挖掘机向右转，同时T1开始计时，一秒后T1常开触点闭合，挖掘机停止右转，S22被值1驱动Y3线圈得电，挖掘机转盘向左旋转。一秒之后S23被值1，驱动Y6，挖掘机大臂下挖。一秒之后S24被值1，驱动Y7，挖掘机大臂上提。一秒之后S25被值1，驱动Y3，挖掘机向右转动。一秒之后S26被值1，驱动Y1，挖掘机向后后退，两秒之后S27被值1，挖掘机停止后退，向左转动。一秒之后S28被值1，挖掘机大臂下挖，再过一秒，S29被值1，驱动Y7，大臂上提。一秒之后S30被值1，驱动Y5，挖掘机转盘向右旋转，至此完成一个循环，进入下下一个循环。如下图：
本次课程设计是通过PLC控制模拟挖掘机。通过这次对PLC控制挖掘机的设计，可以说使我对PLC的理解和运用有了进一步地认识，使我摆脱了单纯的理论知识学习状态，对挖掘机也有了一定的了解。
与实际设计相结合，锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识的能力，这为今后走上工作岗位有一定的帮助。然而也看到自身能力的不足，对知识掌握不清让自己指导今后该如何去做。
亲力亲为，看似简单的事并不简单。亲身实践，虽有一定的困难，但也让自己知道，对事，做事，应该认真对待。
理论知识运用到实际中，虽然这中间的过程并不简单，但是在最终收获成果的同时，收获了知识，也收获了乐趣。
