《小車運料課程設計--自動循環(huán)配送料裝置控制系統(tǒng)設計.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《小車運料課程設計--自動循環(huán)配送料裝置控制系統(tǒng)設計.doc（22頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 電氣課程設計報告課題:自動循環(huán)配送料裝置控制系統(tǒng)設計 學院:電氣與信息學院 班級：自094 姓名：柳賢熙學號： 201101405003一 概述一、 PLC的基本概念在PLC的發(fā)展過程中，美國電器制造商協(xié)會（NEMA）經過四年的調查，于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程控制器（Programmable Controller）,英文縮寫為PC，并且作如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的是的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，計數(shù)，計時和算術運算等操作的指令。并且通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種

2、類型的機械或生產過程。PLC及其有關外部設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！倍x強調了PLC應直接應用于工業(yè)環(huán)境，它必須有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍。這是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。1. PLC的發(fā)展PLC自問世以來，經過40多年的發(fā)展，在美，德，日等工業(yè)發(fā)達的國家已成為重要的產業(yè)之一。世界總銷售額不斷上升，生產廠家不斷涌現(xiàn)，品種不斷翻新，產量產值大幅度上升而價格不斷下降。目前，世界上有200多個廠家，較有名的公司有美國：AB通用電氣，莫迪康公司；日本：三菱，富士，歐姆龍，松下電工等：德國：西門子公司；法國：TE施耐德公司；韓國：三星，

3、LG公司等。2. PLC的發(fā)展趨勢（一）大型化為適應大規(guī)模控制系統(tǒng)的要求，大型PLC向著大存儲容量，高速度，高性能，增加I|O點數(shù)的發(fā)展方向。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1).增強網絡通信功能：；2).發(fā)展智能模塊；3).外部故障診斷功能；4).編程語言、編程工具標準化、高級化5).實現(xiàn)軟件、硬件標準化6).編程組態(tài)軟件發(fā)展迅速（二）小型化發(fā)展小型PLC，其目的是為了占領廣大的、分散的、中小型的工業(yè)控制場合，使PLC不僅成為繼電器控制柜的替代物，而且超過繼電器控制系統(tǒng)的功能。小型PLC朝著簡易化、體積小、功能強、價格低的方向發(fā)展。4. PLC的主要功能1). 開關量邏輯控制；2). 模擬量控制；3

4、）.閉環(huán)過程控制；4）.定時控制；5）.計數(shù)控制；6）.順序（步進）控制；7）.數(shù)據(jù)處理；8）.通信和聯(lián)網。5. PLC的特點1）.可靠性高、抗干擾能力強；2）.通用性強、靈活性好、功能齊全；3）.編程簡單、使用方便；4）.模塊化結構；5）.安裝簡便、調試方便；6）.網絡通信。6. PLC的基本組成和各部分作用1）.中央處理單元（Central Processing Unit）中央處理單元是PLC的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路。微處理器是PLC的運算和控制中心，由它實現(xiàn)邏輯運算、數(shù)字運算，協(xié)調控制系統(tǒng)內部各部分的工作。它的運行是按照程序所賦予的任務進行的。控制接口電路是微處理器與主機

5、內部其它單元進行聯(lián)系的部件，它主要有數(shù)據(jù)緩沖、單元選擇、信號匹配、中斷管理等功能。2）.存儲器（Memory）PLC系統(tǒng)中的存儲器配有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用于存放PLC生產廠家編寫的系統(tǒng)程序，固化在PROM或EPROM存儲器中，用戶不可訪問或修改。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)監(jiān)控程序、用戶指令解釋程序、標準模塊程序、系統(tǒng)調用、管理等程序以及各種參數(shù)等。用戶程序存儲器可分為三個部分：用戶程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、系統(tǒng)區(qū)。用戶程序區(qū)存放用戶編程器輸入的應用程序。數(shù)據(jù)區(qū)存放PLC在運行過程中所用到的和生成的各種工作數(shù)據(jù)。系統(tǒng)區(qū)主要存放CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)。3）.輸入、輸出單元（Input/Outpu

6、t Unit）輸入、輸出單元是可編程控制器的CPU與現(xiàn)場輸入、輸出裝置或其他外部設備之間的連接接口部件。輸入單元將現(xiàn)場的輸入信號，經過輸入單元接口電路的轉換，變換為中央處理器能接受和識別的低壓信號，送給中央處理器進行運算；輸出單元則將中央處理器輸出的低壓信號變換為控制器件所能接受的電壓、電流信號，以驅動信號燈、電磁閥、電磁開關等。4）.編程器編程器是PLC的重要外部設備。它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視等。編程器有簡易型和智能型兩類。簡易編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉換為語句表，才能送入。智能編程器又稱圖形編程器，它可以聯(lián)機，也可以脫機編程，既有LCD(液晶顯示器)或

7、CRT圖形顯示功能。5）.電源單元電源單元是PLC的電源供給部分。它的作用是把外部供應的電源變換成系統(tǒng)內部各單元所需的電源。電源單元還包括掉電保護電路和后備電池電源，以保持RAM在外部電源斷電后存儲的內容不丟失。PLC的電源一般采用開關電源，其特點是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。7. PLC的工作原理PLC與繼電器構成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點立即動作，只要形成電流通路，就有可能有幾個電器同時動作。而PLC則不同，它采用循環(huán)掃描技術，只有該線圈通電或斷電，并且必須當程序掃描到該線圈時，該線圈

8、觸點才會動作，而且每次它只能執(zhí)行一條指令，這也就是說PLC以“串行”方式工作的，這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點競爭和時序失配等問題。也可以說，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結構就可以直接得到輸出，而PLC控制則需要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出3個階段才能完成控制過程。 PLC采用循環(huán)掃描技術可以分為3個階段：輸入階段（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到PLC）、執(zhí)行程序和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設備）。掃描過程如圖1-1所示。 圖1-1 循環(huán)掃描在輸入階段中，PLC先進行自我診斷，然后與編程器或計算機通信，同時中央處理器掃描各個輸入端并讀取輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應的輸入存

9、儲單元。在執(zhí)行階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內部繼電器、定時器、計數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行邏輯運算，得到運算結果，并將這些結果存入相應的輸出存儲器單元。在輸出階段中，PLC將相應的輸出存儲單元的運算結果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部沒備傳送輸出信號，開始控制外部設備。二 硬件設計一、設計目的通過本次的測控綜合實驗，讓同學們對與所學知識應用在實際生活中，是一種理論用于實際的綜合。在這次中，要求同學們懂得流程圖的編寫，梯形圖和指令表的相互轉換與結合；了解并掌握置位與復位指令SET、RST在控制中的應用及其編

10、程方法；熟練使用各條基本指令，通過對工程實例的模擬，熟練地掌握PLC的編程和程序調試；進一步熟悉PLC的I/O連接。二、控制要求：1系統(tǒng)如圖（1）所示： 圖2-1系統(tǒng)運作圖2工作過程如下：a.起動后，小車前進，到達A點停下，延時1秒，打開甲原料放料閥裝甲原料，時間為30秒，關閉放料閥后延時1秒小車前進；b到達B點停下，延時1秒，打開乙原料放料閥裝乙原料，時間為60秒，關閉放料閥后延時1秒小車前進；c. 到達C點停下，延時1秒，打開卸料門卸料，時間為60秒，關閉卸料門小車后退；d小車退到A點停下裝料，到B點裝料，到C點卸料，如此重復；3操作方式：a.單循環(huán)：將單周/循環(huán)開關選擇在單周模式，按下起

11、動按鈕，小車送完一次料回到原點停下；b.循環(huán)：將單周/循環(huán)開關選擇在循環(huán)模式，按下起動按鈕，小車送完一次料回到A點裝料重復送料；c.單步：在停止的情況下，每按一次單步按鈕，小車運行一步；在運行中按下無效；d.停止：在運行或單周期過程中按下，小車送完本次料后回到原位停下；在單步方式中按下，無意義；e在任何方式下按下急停按鈕，小車原地停止，所有閥門關閉。4所有輸入輸出均為開關量。5. PLC的選擇1）. PLC的類型PLC按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選

12、型，整體型PLC的IO點數(shù)固定，因此用戶的選擇余地小，用于小型控制系。模塊型PLC提供多種IO卡件或插卡，因此用戶可以較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的IO點數(shù)擴展方便靈活一般用于大中型控制系統(tǒng)。本課程設計選用西門子S7-200（CPU226）可編程控制器。 2）.電源的選擇PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據(jù)產品說明書要求設計和選用外，一般PLC的供電電源應設計選用220VAC電源，于國內電網電壓一致。在重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源電網因操作而引入PLC，

13、對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。3）. 存儲器的選擇由于計算機集成芯片技術的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個IO點至少選8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。4）. 輸入輸出的選擇輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求統(tǒng)一，例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊的類型。通常繼電器輸出模塊具有價格低，使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁、電感性低功率因數(shù)負荷場

14、合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求一致。可根據(jù)應用要求，合理選擇智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程IO機架等。5）. 電動機的選擇運料小車由一臺三相異步電動機拖動，電機正轉，小車向左行，電機反轉，小向右行。電動機正反轉主回路如圖2-2所示： 圖2-2 三相異步電動機正反轉電路圖三、控制系統(tǒng)流程示意圖1. 流程圖選擇模式按下按鈕原點小車右行駛是否到達A否是A點裝料 小車右行駛是是否到達B否B點裝料 小車右行駛是是否到達C否C點卸料 向左行駛A點否單周期？是否按停止按鈕是結束圖2-3 系統(tǒng)設計流程圖三

15、軟件設計在這次的實驗設計中，我們采用三菱的FX2系列。其I/O口的分配如下：啟動按鈕 SB1 X0 裝料泵S1 Y0停止按鈕 SB2 X1 卸料泵S2 Y1右行 RX X2 右行燈R1 Y2左行 LZ X3 右行燈R2 Y3單步 A1 X4 右行燈R3 Y4單周期 A2 X5 左行燈L1 Y5循環(huán) A3 X6 左行燈 L2 Y6急停 A4 X7 左行燈L3 Y7表（1）I/O口的分配表前進標志 M13，后退標志 M14.M9為循環(huán)標志，M0，M1，M2,M3,M4,M5，M6，M7，M8，M10，M11，M12為各階段的運行標志。1、I/O接線圖 X0 Y0X1 Y1X2 Y2X3 Y3X4

16、PLC Y4X5 Y5X6 Y6X7 Y7COM COM2、控制系統(tǒng)設計梯形圖 四 調試一、硬件調試 PLC的硬件調試主要分為通電試驗、手動旋轉試驗、I/O連接檢查、安全電路4部分。1. 通電檢查通電檢查的主要目的是確認強電控制線路以及PLC外圍線路的工作情況。通電檢查可以分為以下步驟：首先PLC運行開關置“STOP”，停止PLC運行，并將電氣控制系統(tǒng)的全部斷路器（自動開關）均置“OFF”狀態(tài)。1）.根據(jù)電氣控制原理圖的要求，依次設定、檢查各種斷路器、自動開關、熱繼電器等的保護電流值。2）.檢查電源設備輸入，并確認與電氣控制原理圖設計要求相符合。3). 合上總電源開關按照電氣控制原理圖，逐頁、

17、依次測量檢查各線路連接點的電壓，確認符合原理圖的要求。4). 檢查過程中如出現(xiàn)斷路器、自動開關“跳閘”或者不能合上的情況，表明相應的回路存在短路，應立即檢查對應線路，找出短路點，然后進行下一步的實驗。2. 手動旋轉試驗在合上全部的斷路器、自動開關，并測量無誤后可進行電機旋轉試驗。旋轉試驗應通過手動接下接觸器3. I/O連接檢查在I/O連接檢查之前應確認控制系統(tǒng)動力線路的斷路器、自動開關已經斷開，氣動、液壓的氣源、液壓已經關閉，然后按一下步驟進行I/O檢查：4.輸入信號連接檢查輸入信號的連接檢查步驟：1). 確認全部輸入信號的電源電壓已經符合PLC輸入信號的要求。2）. 確認PLC處于“STOP

18、”狀態(tài)，并接通PLC的電源。一般來說，對于使用擴展單元或特殊功能的模塊的控制系統(tǒng)，應首先接通PLC擴展單元或功能模塊的電源，然后接通PLC基本單元的電源。電源接通后，可以通過PLC上的“POWER”指示燈，確認的電源已經正常加入。3）. 手動按壓PLC輸入端的全部按鈕。開關，通過PLC上的輸入指示燈或者通過編程器對輸入信號的檢測，確認信號的連接地址正確，且按鈕與開關的發(fā)信正常。4）. 對于接近開關類的檢測信號輸入，應利用其他發(fā)信裝置代替“發(fā)信擋塊”進行試驗 ，確認信號地址與接近開關的動作。對于信號無法通過手動方式進行發(fā)信的輸入點，也應在檢測元件側通過對輸入信號的“短接”等方式對其他連接情況與地

19、址進行檢查確認。5. 輸出信號連接檢查輸出信號連接信號檢查步驟如下：1）. 確認全部輸出點外部無短路，且輸出點的外部電源電壓已經符合PLC對應輸出信號的要求。2）. 確認PLC處于“STOP”狀態(tài)，且PLC的電源已經正常加入。3）. 在調試現(xiàn)場有編程器的場合，通過輸出信號的強壯ON/OFF，檢查輸出端的連接的執(zhí)行元件的動作情況與輸出地址連接的正確性。4）. 在現(xiàn)場無編程器或無法對PLC輸出進行強制ON/OFF的場合，也應通過對PLC的輸出進行模擬動作，檢查PLC輸出地址連接于對應執(zhí)行元件動作情況5. 安全電路確認安全電路確認是指用于設備緊急分斷、安全保護等的保護電路，這部分線路必須由繼電器接觸

20、器等電磁動作元件所組成，而不可以通過PLC進行控制。在進行PLC軟件調試前，必須對線路中的安全電路一一進行檢查確認，保證控制系統(tǒng)的保護電路能夠可靠動作，真正起到安全保護的作用，對于緊急分斷電路，應進行多次通斷實驗，確認安全性欲可靠性。二、軟件調試 在PLC軟件調試完后，可以進行PLC控制系統(tǒng)的軟件調試。在PLC軟件調試前，應首先利用外部編程器對所編制的程序進行語法、程序結構等檢查，排除程序中的語法與結構錯誤，然后將程序輸入PLC，并根據(jù)如下步驟進行軟件調試。1. 單步運行試驗 1）. 確認控制系統(tǒng)動力線路的斷路器、自動開關已經斷開。 2）. 檢查PLC內部程序，確認輸入程序正確。 3）. 接通

21、PLC電源，將PLC運行開關置于“Run”，使PLC進入工作狀態(tài)。 4）. 確認PLC的“POWER”、“run”指示燈亮。當出現(xiàn)諸如“PROG-E”、“CPU-E”“ERROR”、“BATTERY ERROR”之類的報警燈亮時，表明PLC存在軟件、硬件、電池等方面的報警應首先排除故障，然后進行進一步的調試。 5）. 根據(jù)PLC程序設計，在設備手動運行方式下逐一對機械的動作進行單步調試，并通過觀察PLC的輸出確認動作的正確性。 6）. 通過觀察PLC的輸出，在全部單步動作得到確認后，可以接通動力線路、動、液壓氣源、液壓，進行實際機械動作實驗，確認機械動作部件動作正常。、 2. 運行調試 起動：

22、按動按鈕SB1，X000的動合觸點閉合，M0線圈得電，M0的動合觸點閉合，M13線圈得電，即接觸器KM13的線圈得電，模擬小車前進，當運行到A點碰上A點的限位開關時，M13斷電，小車停下第一盞右行指示等亮（這里用來表示到達A點），1秒后Y000線圈得電，打開裝料閥門，開始裝甲原料。T3開始計時，裝料時間為60秒，60秒時間到，接通定時器T4，T4計時1秒后，小車開始前進，當?shù)竭_C點的時候撞上C點的限位開關，將前進標志繼電器M13停止并啟動T5開始計時1秒后接通卸料繼電器電動機作星形連接起動；同時定時器線圈T0得電，當起動時間累計達6秒時，T0的動斷觸點斷開，Y003失電，接觸器KM3斷電，觸頭

23、釋放，與此同時T0的動合觸點閉合，T1得電，經0.5秒后，T1動合觸點閉合，Y002線圈得電，電動機接成三角形，起動完畢。定時器T1的作用使KM3斷開0.5秒后KM2才得電，避免電源短路。停車：按停止按鈕ST，X001的動斷觸點斷開，M100、T0失電；M100、T0的動合觸點斷開，Y001、Y003失電。KM1、KM3斷電，電動機作自由停車運行。過載保護：當電動機過載時，X002的動斷觸點斷開，Y001、Y003失電，電動機也停車。按一下按鈕FR，可模擬過載，觀察運行結果。五 心得體會本次課程設我選擇的題目是運料小車控制模擬。通過這次課程設計我對可編程控制器原理及應用有了更深入的理解，鍛煉了

24、自己的動手能力和分析能力，同時我更加理解了PLC優(yōu)越靈活的控制能力。由于PLC在基于控制方面采用“梯形圖”語言進行編程易于接受，這種梯形圖與繼電器控制電路相呼應，形式更加簡練，直觀性強。通過這次的課程設計，我學會了怎么去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。遇到問題時和同組同學認真討論，查找資料，從中我學到了許多知識。并且我更加清楚的知道了，很多設計理念來自于實際，需要根據(jù)設計要求靈活的去選擇PLC型號和編程。六、參考文獻1、工廠電氣控制技術 方承遠，張振國編著.-3版.-北京：機械工業(yè)出版社2、三菱FX/Q系列PLC應用技術/龔仲華。史建成，孫毅編著。-北京：人民郵電出版社3、三菱PLC基礎與系統(tǒng)設計 劉艷梅等編 機械工業(yè)出版社4、PLC應用開發(fā)技術與工程實踐 求是科技主編 人民郵電出版社 5、可編程序控制器原理及在建筑中的應用 黃民德著 天津大學出版社