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前 言 自動化控制技術(shù)被引入工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有一百多年的歷史了，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展自動化控制技術(shù)更加日新月異。伴隨著數(shù)學(xué)、控制理論計算機(jī)、電子器件的發(fā)展，出現(xiàn)了自動化控制技術(shù)系統(tǒng)，并作為一門應(yīng)用科學(xué)已發(fā)展成熟，形成了自己的體系和一套行之有效的分析和設(shè)計方法。 電氣控制與PLC課程是機(jī)電類高職工科專業(yè)開設(shè)的實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用型課程。它不僅為電機(jī)調(diào)速控制技術(shù)、機(jī)電傳動與控制技術(shù)、電梯應(yīng)用技術(shù)、樓宇自動化技術(shù)等后續(xù)課程、集中實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)，而且為相關(guān)專業(yè)學(xué)生考初、中級電工資格證書做準(zhǔn)備。 本課程的教學(xué)目的是讓學(xué)生熟悉電氣控制系統(tǒng)的基本控制電路，具有電氣控制系統(tǒng)分析和設(shè)計的基本能力；掌握可編程控制器原理及編程方法，具備一定的PLC程序設(shè)計和PLC應(yīng)用能力。 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，機(jī)械在品種`規(guī)模`設(shè)計與制造技術(shù)等方面也得到了迅速的發(fā)展和提高。目前全國各地均建有機(jī)械制造廠，并逐步走向?qū)I(yè)化生產(chǎn)，以能獨(dú)立自主地進(jìn)行從單機(jī)到成套設(shè)備乃至自動生產(chǎn)線的設(shè)計與制造。隨著新材料`新工藝`新技術(shù)的發(fā)展，必須推動各種自動機(jī)械向電氣控制化和智能化的方向發(fā)展。 通過設(shè)計學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉常用低壓電器的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性及應(yīng)用；掌握繼電接觸器控制系統(tǒng)基本分析和設(shè)計能力，特別是掌握典型電氣控制電路的分析和設(shè)計能力、可編程控制器的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本邏輯指令的應(yīng)用、步進(jìn)順控指令編程方法及應(yīng)用；進(jìn)一步樹立正確的設(shè)計思想。在整個設(shè)計過程中，堅持實(shí)踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，堅持理論聯(lián)系實(shí)際，堅持與機(jī)械制造生產(chǎn)情況相符合，使設(shè)計盡可能做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、生產(chǎn)可行、操作方便、安全可靠。 由于時間和水平有限，本設(shè)計難免有不少缺點(diǎn)和錯誤，懇請老師批評指正。 一、機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計的目的 機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計是在學(xué)完電工學(xué)、機(jī)床設(shè)計、機(jī)床電氣控制技術(shù)等課程后，進(jìn)行的下一個實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。它一方面要求通過設(shè)計能獲得綜合運(yùn)用過去所學(xué)知識的能力，同時也培養(yǎng)自己獨(dú)立查閱有關(guān)資料、獨(dú)立思考、獨(dú)立完成任務(wù)的能力。通過這次設(shè)計能夠很好提高分析問題和解決實(shí)際問題的能力，對于提高的綜合素質(zhì)是大有好處的，對即將走上工作崗位的畢業(yè)生具有一定的實(shí)際意義。另一方面，通過本次設(shè)計也為以后作好畢業(yè)設(shè)計進(jìn)行一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。因此，要求通過機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計在以下幾方面得到鍛煉。 1、能熟練運(yùn)用過去所學(xué)的理論知識和實(shí)踐知識，按題目所提出的各項要求，正確設(shè)計主電路及控制線路設(shè)計。主要完成繼電器、接觸器及PC控制線路設(shè)計、編寫PC梯形圖及語句表，正確選擇電器元件，畫出主電路及PC控制外部接線原理圖，保證滿足題目所提出的各項要求，提高學(xué)生繼電器、接觸器控制線路設(shè)計及PC控制線路設(shè)計的綜合能力。 2、使用手冊及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料名稱、出處，并做到熟練運(yùn)用，提高獨(dú)立工作及分工協(xié)作能力。 二、設(shè)計的內(nèi)容與步驟 （一）設(shè)計的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象(生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程)的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： （1）最大限度地滿足被控對象的控制要求。設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。 （2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，一次性投資小，使用后節(jié)約能源。 （3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠，使用與維修方便。 （4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，對于PC控制系統(tǒng)，在選擇PC容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 圖一：某原料皮帶運(yùn)輸機(jī)示意圖 （二）設(shè)計的內(nèi)容 在建材、化工、食品、機(jī)械、鋼鐵、冶金、煤礦等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送原料或物品。圖一是某原料皮帶運(yùn)輸機(jī)的示意圖，原料從料斗經(jīng)過PD-2、PD—1兩臺皮帶運(yùn)輸機(jī)送出。從料斗向PD-2供料由電磁閥YV控制，PD-1和PD-2分別由電動機(jī)M1和M2驅(qū)動。 三、系統(tǒng)傳動方式的確定 傳動方式包括驅(qū)動和調(diào)速兩個方面。它分為機(jī)械傳動、電氣傳動和流體傳動三種方式。機(jī)械設(shè)備的傳動方式直接影響設(shè)備的性能及結(jié)構(gòu)。在機(jī)械設(shè)備總體設(shè)計時，必須從機(jī)械性能和電氣性能兩方面綜合考慮后確定其傳動方式。 （1） 往復(fù)運(yùn)動工作機(jī)構(gòu)傳動方式的確定 對于僅有一兩個簡單往復(fù)動作的普通機(jī)械，可采用三相鼠籠式異步電動機(jī)拖動，經(jīng)齒輪減速后用螺旋傳動機(jī)構(gòu)來傳動。如果機(jī)械設(shè)備具有多個往復(fù)運(yùn)動工作機(jī)構(gòu)，而且往復(fù)動作的調(diào)速性能和自動化程度有一定要求時，應(yīng)采用電磁換向閥控制的液壓傳動或氣壓傳動系統(tǒng)。若往復(fù)運(yùn)動的調(diào)速性能要求比較高，應(yīng)采用電液比例控制系統(tǒng)來傳動。對于往復(fù)運(yùn)動位移控制和速度控制要求比較高時，應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)家滾珠絲杠副來驅(qū)動和控制。選擇三相鼠籠式異步電動機(jī)拖動，Y系列電動機(jī)是籠型轉(zhuǎn)子電動機(jī)，符合IEC標(biāo)準(zhǔn)和DIN42673標(biāo)準(zhǔn)。本系列采用B級絕緣，外殼防護(hù)等級為封閉式（IP44）或防護(hù)式（IP23）。Y系列電動機(jī)額定電壓380V，額定頻率50HZ。 具體選型如下： 型號 額定 功率 KW 滿載時 堵轉(zhuǎn) 電流 堵轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動慣量 Kg.m2 躁 聲 凈 重 kg 轉(zhuǎn)速 r/min 電流A 效率﹪ 功率因數(shù) cos 額定 電流 額定 轉(zhuǎn)矩 額定 轉(zhuǎn)矩 同步轉(zhuǎn)速3000r/min Y100L-2 5.5 2870 6.39 82 0.87 7.0 2.2 2.2 0.0029 79 33 （2）傳動方式的選擇應(yīng)使調(diào)速性質(zhì)與負(fù)載特性相適 調(diào)速性質(zhì)是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率與其轉(zhuǎn)速的關(guān)系。負(fù)載特性是指機(jī)械設(shè)備的負(fù)載屬于恒功率負(fù)載（即功率不隨轉(zhuǎn)速變化而變化）還是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，（即轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速變化而變化）。設(shè)計任何一個電力拖動系統(tǒng)，必須使調(diào)速性質(zhì)與負(fù)載特性相適應(yīng)。也就是說，恒功率負(fù)載必須采用恒功率調(diào)速性質(zhì)的傳動方式，而轉(zhuǎn)矩負(fù)載則必須采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)的傳動方式。 （3）電動機(jī)起動方式的確定 對于起動性能要求不高的機(jī)械設(shè)備，電動機(jī)的起動可根據(jù)其容量決定，當(dāng)電動機(jī)總?cè)萘坎怀^供電變壓器容量的20%時，一般采用直接起動。當(dāng)容量大于該值時，可采用星—三角形降壓起動或在定子中串電阻降壓起動、也可采用自耦變壓器降壓起動。如果機(jī)械設(shè)備要求電動機(jī)軟起動，應(yīng)采用軟起動器起動或變頻器控制的加速起動。 （4）電氣系統(tǒng)的保護(hù) 電氣保護(hù)是電氣控制系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)，在電路中正確設(shè)置保護(hù)環(huán)節(jié)，是確保電動機(jī)、其他用電設(shè)備、電器元件和電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要措施。 ①短路保護(hù) 電路在發(fā)生短路時，由于短路線路的阻抗很小而產(chǎn)生很大的短路電流，在短路線路上的電器元件觸頭，會因此時流過的電流大大超過其額定容量而被燒毀回發(fā)生熔焊，導(dǎo)線的絕緣層也會因此被燒毀，甚至?xí)?dǎo)致火災(zāi)。所以發(fā)生短路時必須瞬間切斷電源，以保證電氣線路的安全。 常用的短路保護(hù)措施有：a.熔斷器保護(hù)；b.自動開關(guān)的脫扣保護(hù)。 ②過載保護(hù) 在電力拖動系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩時，電動機(jī)繞組的溫升會急劇升高并超過其額定值，輕者會使繞組的絕緣層老化變脆，壽命降低；重者會導(dǎo)致電動機(jī)繞組燒壞。因此在電動機(jī)過載時必須及時切斷電源，以保證電動機(jī)能在壽命期內(nèi)安全運(yùn)行。常用的過載保護(hù)措施有熱繼電器保護(hù)、自動開關(guān)過載脫扣保護(hù)。除此以外，還有以下一些過載保護(hù)的新措施，如電子式繼電器過載保護(hù)、埋入電動機(jī)繞組的溫度繼電器（有雙金屬片式和熱敏電阻式）過載保護(hù)，軟起動器過載保護(hù)。 ③零電壓和欠電壓保護(hù) 在電動機(jī)正常運(yùn)行時，如果出現(xiàn)非正常停電后再恢復(fù)供電，電動機(jī)又自行起動，很可能會造成生產(chǎn)機(jī)械動作錯亂，運(yùn)動部件互相碰撞的設(shè)備事故，甚至釀成人身事故。對電網(wǎng)來說，許多電動機(jī)及其他用電設(shè)備在恢復(fù)供電后同時自行起動，也會引起電網(wǎng)過大的瞬間壓降。為了防止電動機(jī)失電時停止且電壓恢復(fù)時自行起動，須采取零電壓保護(hù)措施。 在電動機(jī)運(yùn)行過程中，如果電源電壓過低，會導(dǎo)致電動機(jī)轉(zhuǎn)速過低甚至停轉(zhuǎn)，結(jié)果造成所拖動的設(shè)備不能正常運(yùn)行，甚至可能釀成事故。因此，需要在電源電壓降到允許值以下時，降電源切斷，實(shí)施欠電壓保護(hù)。 電動機(jī)的零壓保護(hù)和欠壓保護(hù)無需特別的保護(hù)電器元件，只要降控制電動機(jī)的接觸器控制電路連接成自鎖電路即可。 ④電氣元件的選擇 按鈕：按鈕是用于人工操作瞬間接通和斷開小電流（5A以下）控制電路的開關(guān)。它有不同的結(jié)構(gòu)型式和顏色。一般情況下，起動按鈕選用綠色，停止按鈕選用紅色，緊急停止按鈕選用紅色蘑菇頭型式；需要顯示按鈕操作狀態(tài)時選用帶指示燈的按鈕；大多數(shù)按鈕的觸頭為一常開和一常閉，如果需要一個按鈕控制兩個或兩個以上的回路，則選用多對觸頭的按鈕。 機(jī)械設(shè)備上常用的按鈕有LA18、LA19、LA20等幾種型號。它們的額定電壓為：交流500V、直流440V、額定電流為5A。 行程開關(guān)：行程開關(guān)用于控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)的行程。它有觸點(diǎn)式和無觸點(diǎn)式兩種類型。有觸點(diǎn)行程開關(guān)又分為直動式、杠桿式、微動式、組合式，常用的型號有：LX2、LX19、JLXK1、JXW、LXK3、X2等。無觸點(diǎn)行程開關(guān)有接近開關(guān)、干簧管開關(guān)、霍爾開關(guān)等。 接觸器：選用主要考慮主觸頭的額定電流、額定電壓、電磁線圈的額定電壓，還應(yīng)考慮常開和常閉輔助觸頭的數(shù)量和接觸器的操作頻率。主觸頭的額定電壓應(yīng)等于或大于主電路的額定電壓；電磁線圈的額定電壓必須與控制電路的額定電壓相同；主觸頭的額定電流可按以下公式計算確定： 式中 Iec——所選接觸器的額定電壓（A）； Ic—— 接觸器主觸頭電流（A）； Pe——被控電動機(jī)功率（kW）； K—— 經(jīng)驗系數(shù)，一般取1~1.2； Ue——電動機(jī)額定線電壓（V）。 其選型如下： 型號 額定電流 額定操作頻率（次/小時） 可控制電動機(jī)最大容量（kW） 主觸點(diǎn) 輔助 觸點(diǎn) 220V 380V 500V CJ10-20 20 5 600 5.5 10 10 熱繼電器：用于對異步電動機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)的熱繼電器有雙金屬片時和電子式兩種。電子式熱繼電器保護(hù)性能好，適用于重要電動機(jī)的保護(hù)。如果電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)采用自動開關(guān)，不必再采用熱繼電器；對負(fù)載恒定、過載可能性很小的電動機(jī)，如冷卻泵電機(jī)，可不設(shè)熱繼電器。 選擇熱繼電器時，要根據(jù)電動機(jī)的額定電流來確定其額定電流及熱元件的電流等級。對星形連接電動機(jī)，可使用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，對三角形連接的電動機(jī)可采用斷相保護(hù)的熱繼電器。 熱元件的額定整定電流值通常按電動機(jī)的額定電流的0.95~1.05倍選用。 選用型號如下： 型 號 額定電流 （A） 熱元件等級 熱元件額定電流 電流調(diào)節(jié)范圍（A） JR16B-20/3 JR16B-20/3D 20 0.35 0.50 0.72 1.1 1.6 2.4 3.5 5 7.2 11 16 22 0.25~0.35 0.32~0.50 0.45~0.72 0.68~1.1 1.0~1.6 1.5~2.4 2.2~3.5 3.2~5 4.5~7.2 6.8~11 10~16 14~22 熔斷器主要類型有：插入式、螺旋式、填料封閉管式等。常用的有RL1系列。 選擇熔斷器時，應(yīng)根據(jù)電流的特點(diǎn)及參數(shù)求出熔體電流，再根據(jù)熔體電流大小選擇熔斷器的額定電流并確定其型號。 ①對負(fù)載電流穩(wěn)定的電氣設(shè)備，如照明燈、電阻爐等，可按額定電流選用。 ②對具有沖擊電流的電氣設(shè)備如異步電動機(jī)，可按以下方法確定： 單臺電動機(jī)長期工作時： Ir=(2~3)Ied 電動機(jī)頻繁起動時，上式的系數(shù)為3~4。如果多臺電動機(jī)共用一組熔斷器保護(hù)，則 式中 Ir——熔體額定電流； Ied——電動機(jī)額定電流； Iemax——容量最大的電動機(jī)的額定電流； ——除容量最大的電動機(jī)之外，其余電動機(jī)的額定電流之和。 型號 熔斷器 額定電流（A） 熔體額定 電流等級（A） 交流380V時極限分?jǐn)嗄芰Γˋ，有效值） RL1-15 15 2、4、5、6、10、15 2000 四 電氣控制方案的確定 電氣控制方案的合理性直接影響機(jī)械設(shè)備工作的可靠性、易維修性以及經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計電氣控制系統(tǒng)時必須綜合考慮，在保證機(jī)械設(shè)備要求的工作可靠性和易維修性的前提下，應(yīng)采用簡單、經(jīng)濟(jì)的電氣控制方案。 機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)通常包括電氣調(diào)速系統(tǒng)、邏輯控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。 （一）電氣邏輯控制裝置的選擇 電氣邏輯控制裝置有繼電器-接觸器控制屏、順序控制器和PLC。 繼電器-接觸器控制屏的電路結(jié)構(gòu)簡單，直觀易懂，輸出功率大，價格便宜。其缺點(diǎn)是觸頭容易產(chǎn)生電磨損，工作時有機(jī)械振動，容易造成觸頭松動。這幾種情況的發(fā)生都會降低控制系統(tǒng)的工作可靠性，一旦出現(xiàn)故障，檢查和維修很不方便。 順序控制器是一種介于繼電器-接觸器控制屏和PLC之間的一種控制裝置。它具有改變 容易的特點(diǎn)，尤其是采用插銷板編程時，改變插銷的位置就可以改變程序，使用很方便。這種控制裝置適用于動作順序不太復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別適用于需要經(jīng)常改變工作順序的生產(chǎn)機(jī)械的自動控制。但是這種控制系統(tǒng)由于插銷比較多，接觸不良的故障時有發(fā)生，可靠性不太高，而且這種產(chǎn)品由于沒有專業(yè)廠生產(chǎn)，所以目前已很少應(yīng)用。 PLC具有通用性強(qiáng)、應(yīng)用控制系統(tǒng)設(shè)計組裝周期短、編程簡單、修改容易、調(diào)試直觀、維護(hù)方便、可靠性高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，目前以廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)機(jī)械設(shè)備的自動控制。但與繼電器-接觸器控制屏相比，PLC的價格比較貴。 如果機(jī)械設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較少，工作程序和控制要求比較簡單，無論采用電氣傳動還是液壓傳動或氣壓傳動，其控制系統(tǒng)宜采用繼電器-接觸器控制屏。 對于執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較多、工作程序和控制要求比較復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，其控制裝置應(yīng)采用PLC。 有些機(jī)械設(shè)備雖然執(zhí)行機(jī)構(gòu)少，工作程序也不復(fù)雜，但工作程序要求經(jīng)常變動，這種設(shè)備應(yīng)采用PLC控制。 （二）控制方式的選擇 控制方式通常有行程控制、時間控制和其他物理量（壓力、流量、電流、速度等）控制。 行程控制方式是利用機(jī)械設(shè)備運(yùn)動部件上的碰塊或感應(yīng)頭，觸發(fā)在固定位置安裝的行程開關(guān)或無觸頭行程開關(guān)，以此發(fā)出行程信號來實(shí)現(xiàn)位置控制。凡是要求進(jìn)行位置控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都應(yīng)采用行程控制方式。 時間控制方式是利用時間繼電器或PLC的定時器，使控制系統(tǒng)按工藝要求的不同時段進(jìn)行程序步切換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。因此，機(jī)械設(shè)備的工作程序如果要求要求延續(xù)一般時間后才切換的則應(yīng)采用時間控制方式。對于要求實(shí)現(xiàn)位置控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如果其行程很短，無法安裝行程開關(guān)。在運(yùn)動速度比較穩(wěn)定的情況下，根據(jù)運(yùn)動速度與時間的乘積等于行程的原理，也可以采用時間控制方式來實(shí)現(xiàn)位置控制。 （三）系統(tǒng)動作要求 1、起動：起動時為了避免在前段運(yùn)輸皮帶上造成物料堆積，要求逆物料流動方向按一定時間間隔順序起動。其起動順序為： 2、停止：停止時為了使運(yùn)輸皮帶上不殘留物料，要求順物料流動方向按一定時間間隔順序停止。其停止順序為： 3、緊急停止：緊急情況下無條件地把PD-1、PD-2、YV全部同時停止。 4、故障停止：運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)M1過載時，應(yīng)使PD-1、PD-2、YV同時停止。當(dāng)M2過載時，應(yīng)使PD-2、YV同時停止；PD—1在PD-2停止后延遲10s后停止。 5、M1和M2電機(jī)功率都是5.5KW。 （四）確定I/O點(diǎn)數(shù)及PLC的選型 伴隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的成本不斷下降，因為促進(jìn)了PLC的應(yīng)用。但并不是所有的控制都必須使用PLC，可以使用計算機(jī)控制或繼電接觸器控制。 在確定控制系統(tǒng)方案時，首先應(yīng)明確是否有必要采用PLC控制。如果控制系統(tǒng)非常簡單，所需I/O點(diǎn)很少，或者雖然I/O點(diǎn)需要較多，但控制關(guān)系非常簡單，各部分之間聯(lián)系很少，可以考慮不用PLC，而采用傳統(tǒng)的繼電接觸器控制。除此之外，只要滿足下列情況之一，應(yīng)該首選 PLC。 1）系統(tǒng)所需I/O點(diǎn)數(shù)較多（比如在十幾個點(diǎn)以上），控制要求比較復(fù)雜。 2）現(xiàn)場處于工業(yè)環(huán)境，而又要求控制系統(tǒng)具有較高可靠性。 3）系統(tǒng)的工藝流程可能經(jīng)常發(fā)生變化，輸入、輸出控制量需經(jīng)常調(diào)整。 4）要求完成多種定時、計數(shù)、甚至復(fù)雜的邏輯、算術(shù)運(yùn)算，以及對模擬量的控制。 5）需要完成與其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信或聯(lián)網(wǎng)。 6）系統(tǒng)體積很小，要求控制設(shè)備嵌入系統(tǒng)設(shè)備之中等。 1、輸入、輸出設(shè)備的數(shù)量 根據(jù)示意圖和控制要求可知，該系統(tǒng)需要5個輸入點(diǎn)和3個輸出點(diǎn)。 2、PLC的選擇 此控制系統(tǒng)只有簡單的開關(guān)量控制，沒有模擬量的輸入或輸出，對系統(tǒng)的響應(yīng)時間也沒有特殊的要求，時間繼電器的定時也是固定的，小型PLC即可滿足要求。因系統(tǒng)需要5個輸入點(diǎn)和3個輸出點(diǎn)，可選用三菱公司的整體式小型PLCF1-20M，它具有12個輸入點(diǎn)和8個輸出點(diǎn)，完全滿足要求。 F系列PLC一共有三種不同單元，即基本單元、擴(kuò)展單元和特殊單元?；締卧獌?nèi)有中央處理器（CPU）、存貯器和輸入/輸出接口電路等，每個控制系統(tǒng)必須有一個基本單元。要增加I/O的點(diǎn)數(shù)，可連接擴(kuò)展單元。要增加控制功能，則可連接相應(yīng)的特殊單元，如高速計數(shù)單元、模擬量單元等。 ①F系列PLC的型號 為了滿足用戶的不同要求，F(xiàn)系列PLC有多種型號規(guī)格，表示方法如下：F—①②③④，其中：①表示輸入/輸出總點(diǎn)數(shù)；②表示本單元的類型：M為基本單元，E為擴(kuò)展單元；③表示輸出類型：R為繼電器輸出，T為晶體管輸出，S為晶閘管輸出；④表示電源電壓種類：V為100/110V交流，E為220/240V交流，D為24V直流。 F系列PLC總體技術(shù)特性和數(shù)據(jù)如下： 項 目 F—20M F—40M 電 源 功 耗 <11VA <25VA 電 壓 AC100~110V，AC200~220V 50/60Hz 計 時 點(diǎn) 數(shù) 8點(diǎn) 16點(diǎn) 設(shè)定位數(shù) 2位 3位 設(shè)定范圍 0.1~99s 0.1~999s 計 數(shù) 點(diǎn) 數(shù) 8點(diǎn) 16點(diǎn) 設(shè)定方式 設(shè)定范圍 1~99 1~999 輔助繼電器 64個（其中16個有掉電保護(hù)功能） 192個（其中64個有掉電保持功能） 用戶存貯器容量 數(shù) 制 八進(jìn)制 十進(jìn)制 數(shù) 量 477 890 運(yùn) 算 指 令 繼電器符號 速 度 100s/步序（平均） 45s/步序（平均） 可 靠 性 施 和 情 況 電池保護(hù) 鋰電池，可連續(xù)使用五年，保持RAM程序 瞬時停電補(bǔ)償 <20ms瞬間停電可不出錯繼續(xù)運(yùn)行 抗電平干擾能力 1000V，1s 耐振動能力 10~55Hz,0.5mm,最大2g（重力加速度） CPU出錯自診斷 程序監(jiān)視器，求和檢驗 電池電壓監(jiān)視 電壓不足指示燈顯示 一 般 環(huán)境溫度 0~+55℃（儲存溫度-15~+65℃） 環(huán)境濕度 85%RH以下（無結(jié)露） 絕緣電阻 >5M（DC500V） 絕緣耐壓 AC1500V 1min 外形尺 255mm80mm100mm 305mm110mm110mm 重 量 1.5kg 2.3kg ②常用PLC的編程指令系統(tǒng) （1）LD指令 LD（Load）：取指令，適用于梯形圖中與左母線相連的第一個常開觸點(diǎn)，表示一個邏輯行的開始。 （2）LDN指令 LDI（Load Inverse）：取反指令，適用于梯形圖中與左母線相連的第一個常閉觸點(diǎn)。 （3）OUT指令 OUT（Out）：線圈驅(qū)動指令（又叫輸出指令），適用于將運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動輸出繼電器、輔助繼電器、定時器和計數(shù)器的線圈，但不能用于輸入繼電器。OUT指令用于計數(shù)器和定時器時，必須有常數(shù)K值緊跟，K分別表示定時器時間或計數(shù)次數(shù)，它也作為一個步序。 （4）AND指令 AND（And）：“與”指令，適用于和觸點(diǎn)串聯(lián)的常開觸點(diǎn)。 （5）ANI指令 ANI（And Inverse）：“與反”指令，適用于和觸點(diǎn)串聯(lián)的常閉觸點(diǎn)。 （6）OR指令 OR（Or）：“或”指令，適用于單觸點(diǎn)并聯(lián)的常開觸點(diǎn)。 （7）ORI指令 ORI（Or Inverse）：“或反”指令，適用于單觸點(diǎn)并聯(lián)的常閉觸點(diǎn)。 （8）RST指令 RST（Reset）：計數(shù)器和移位寄存器的復(fù)位指令，適用于將計數(shù)器的當(dāng)前值回復(fù)到設(shè)定值或清除移位寄存器中所有位的信息，即清零。計數(shù)器有計數(shù)輸入和復(fù)位輸入兩個輸入端。當(dāng)計數(shù)輸入端觸點(diǎn)每次從斷開至接通時，計數(shù)器的值減1，當(dāng)通斷次數(shù)達(dá)計數(shù)值后，計數(shù)器的當(dāng)前值減為0，此時計數(shù)器的線圈接通，其常開觸點(diǎn)閉合。如果要計數(shù)器從當(dāng)前值回到最初設(shè)定值，則要接通復(fù)位輸入端的觸點(diǎn)，RST起復(fù)位作用，使計數(shù)器線圈斷開，其常開觸點(diǎn)斷開。RST指令總是優(yōu)先執(zhí)行的，因此當(dāng)RST的輸入保持時，對計數(shù)器或移位寄存器的輸入不再接受。所有的計數(shù)器和部分寄存器具有掉電保護(hù)功能，所以當(dāng)不必再保持計數(shù)器原有狀態(tài)時，在工作開始之前，要使用特殊輔助繼電器M71，在主機(jī)投入運(yùn)行的瞬時，產(chǎn)生的初始化脈沖，使計數(shù)器或位移寄存器復(fù)位。 （9）SFT指令 SFT（Shift）：移位指令，適用于將移位寄存器中的內(nèi)容做移位操作?？捎?個或16個輔助繼電器組成移位寄存器。 ③移位寄存器三個輸入端功能為： 數(shù)據(jù)輸入端IN：當(dāng)連接IN端的觸點(diǎn)接通時，表示把“1”送到移位寄存器的最低位，反之則把“0”送到此位。 移位信號輸入端CP：當(dāng)連接CP端的觸點(diǎn)每由斷變通一次、來一個脈沖時，移位寄存器的內(nèi)容從編號小的低位，向編號大的高位順序移動一次，最高位原來的數(shù)據(jù)丟失。 復(fù)位信號輸入端R：當(dāng)連接R的觸點(diǎn)接通時，對應(yīng)的輔助繼電器全部斷開，即移位積存器全部清零。如果R端連接的觸點(diǎn)一直處于接通狀態(tài)，則數(shù)據(jù)輸入和移位輸入的信號全無效。 F系列指令系統(tǒng)如下： 指 令 功 能 指 令 功 能 LD 公共總線或支路的起始常開觸點(diǎn) PLS 脈沖產(chǎn)生指令 LDI 公共總線或支路的起始常閉觸點(diǎn) SFT 移位寄存器的移位指令 AND 串聯(lián)的常開觸點(diǎn) NOP 空操作指令 ANI 串聯(lián)的常閉觸點(diǎn) END 程序結(jié)束指令 OR 單個并聯(lián)的常開觸點(diǎn) S 操作保持指令 ORI 單個并聯(lián)的常閉觸點(diǎn) R 操作保持 復(fù)位指令 ANB 電路塊的串聯(lián) 連接 MC 主控轉(zhuǎn)移指令 ORB 電路塊的并聯(lián)連接 MCR 主控復(fù)位指令 OUT 線圈驅(qū)動指令 CJP 條件跳步指令 RST 計數(shù)器、移位寄存器復(fù)位指令 EJP 跳步結(jié)束指令 3、繼電器的選擇 JZ17型繼電器是引進(jìn)日本OMRON公司技術(shù)。設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品（原型號為MA460N）。可用于交流50Hz或60Hz，額定電壓至220V的控制電路中。該產(chǎn)品采用直動式磁系統(tǒng)，橋式雙斷點(diǎn)觸頭，共有8對觸頭（4常開4常閉）。 JZ17型繼電器的技術(shù)數(shù)據(jù)： 額定絕緣電壓（V） 約定發(fā)熱電流（A） 使 用 類 別 觸頭額定工作電壓（V） 觸頭額定控制容量（VA） 電壽命（萬次） 機(jī)械壽命（萬次） 操作頻率（次/h） 動作時間（s） 重 量 440 6 AC-11 380 360 50 600 1200 0.03 0.29 180 80 72 120 DC-11 220 28 60 4、I/O地址分配 地址分配如下： 輸入設(shè)備 輸入點(diǎn)編號 輸出設(shè)備 輸出點(diǎn)編號 起動按鈕 X400 M1接觸器 Y430 停止按鈕 X401 M2接觸器 Y431 急停按鈕 X402 YV Y432 M1熱繼電器 動斷觸點(diǎn) X403 ―― ―― M2熱繼電器 動斷觸點(diǎn) X404 ―― ―― 5、軟件系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)控制要求用基本邏輯指令編程編制的梯形圖如圖二。圖中，T450、T451分別為PD-2、YV延時起動的計時器；T452、T453分別為PD-2、PD-1延時停止的計時器。 ①語句表 LD 　Ｘ400 　　 LD T451 OR 　Y430 ANDN M101 ANDN 　Ｘ402 OUT Y432 ANDN ?。?03 LD Ｘ401 ANDN ?。?53 OR M101 OUT 　Y430 　 ANDN Ｘ400 TMR 　T450 OUT M101 　K5 TMR T452 LD 　T450 K10 OUT 　M100 LD Y430 LD 　M100 ANDN Ｘ404 OR 　Y431 OR Y452 ANDN 　Ｘ402 TMR T453 ANDN ?。?03 K10 ANDN ?。?04 ANDN 　Ｘ452 OUT 　Y431 TMR　　　T451 　　　K5 ②程序運(yùn)行過程 起動時，按下起動按鈕，X400接通，Y430接通并自鎖，M1起動，PD-1投入運(yùn)行；T450開始計時常開觸點(diǎn)閉合，M100產(chǎn)生一脈沖，使Y431接通并自鎖，M2起動，PD-2投入運(yùn)行；T451開始計時。T451計時到，T451常開觸點(diǎn)閉合，Y432接通，YV投入運(yùn)行，完成全部起動過程。 停止時，按下按鈕，X401接通，M101接通并自鎖。Y432斷開，YV停止；T452開始計時，T452開始計時到，T452常閉觸點(diǎn)斷開，使Y431斷開，M2停止，PD-2停止運(yùn)行；同時T452常開觸點(diǎn)閉合，使T453計時。T453計時到，T453常閉觸點(diǎn)斷開，使Y430斷開，M2停止，PD-1停止運(yùn)行，完成全部停止過程。 運(yùn)行中緊急停止時，按下急停按鈕，X402常閉觸點(diǎn)斷開，使Y430、T450、Y431、T451斷開，Y432也斷開，同時停止運(yùn)行。 運(yùn)行中當(dāng)M1過載時，X403常閉觸點(diǎn)斷開，使Y430、T450、Y431、T451斷開，Y432也斷開，PD-1、PD-2、YV同時停止運(yùn)行。 運(yùn)行中當(dāng)M2過載時，X404常閉觸點(diǎn)斷開、使Y431、T451斷開，Y432也斷開，PD-2、YV同時停止運(yùn)行；X404常閉觸點(diǎn)斷開使T453計時。T453計時時，T453常閉觸點(diǎn)斷開，使Y430斷開，M1停止，PD-1停止運(yùn)行。 設(shè)計總結(jié) “操千曲而后曉聲，觀千劍而后識器。”在參加本次機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計的過程中，獲益匪淺，對所學(xué)的專業(yè)課程知識有了更系統(tǒng)的理解和掌握。第一次系統(tǒng)地參加了整個設(shè)計過程，對于設(shè)計程序有了深刻的了解和掌握。在本次為期一周的機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計中，通過查閱有關(guān)書籍，了解和掌握了機(jī)床電氣控制技術(shù)設(shè)計的一般步驟和方法，并運(yùn)用了這些方法和步驟進(jìn)行了皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計，使我們對機(jī)床電氣控制技術(shù)設(shè)計的基本原理和步驟有深入的了解，打好了一定的基礎(chǔ)。只有在基礎(chǔ)知識扎實(shí)后才可根據(jù)工程實(shí)際的需要對一些不是十分必要的步驟和計算進(jìn)行簡化，達(dá)到滿足要求，又簡化設(shè)計的目的。 在這次設(shè)計過程中，我們學(xué)會了充分利用圖書館的資源，查閱了大量相關(guān)書籍。在對采用調(diào)速回路系統(tǒng)時，確定電動幾功率是應(yīng)以泵的最大功率作為依據(jù)。管路的長度在確定電動機(jī)功率時應(yīng)以詳盡的方法能計算確定，但往往也很難做到，工程設(shè)計中一般按遵守原則進(jìn)行。 同時深入實(shí)際，通用零件的調(diào)查，使我們開拓了視野，鞏固了學(xué)過的知識，還讓我們加深了對許多概念的理解。同時在整個設(shè)計過程中我們遇到很多困難，也有很多體會，知道了怎樣合理利用資料。譬如在設(shè)計過程中，由于學(xué)過制圖，我們最初覺得很容易，但是實(shí)際情況切實(shí)大相徑庭。如梯形圖的設(shè)計和繪制，就算一個看似簡單的條形塊，在設(shè)計時還要考慮到其他功能的實(shí)現(xiàn)等，而根本就是自相矛盾，一改再改?？傊瑢ξ襾碚f是對自己能力的一次考驗，不僅提高了理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，還培養(yǎng)了團(tuán)隊合作精神，為走向社會打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。 感 謝 信 在本次的課程設(shè)計中，要求通過設(shè)計，能對常用低壓電器的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性及應(yīng)用有一個總體的、全貌的了解與把握，能掌握繼電接觸器控制系統(tǒng)基本分析和設(shè)計能力，掌握可編程控制器的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 和掌握基本邏輯指令的應(yīng)用。為此要查閱和使用大量的手冊及圖表資料，工科文獻(xiàn)中心最大限度為我們提供了借閱資料的平臺。 各種性能參數(shù)需要非常繁重的計算，同學(xué)之間的合作互助為我們這次能夠按時完成任務(wù)起到至關(guān)重要的作用，之間的討論加深了我們對知識的理解及應(yīng)用。 對于比較關(guān)鍵的知識點(diǎn)同學(xué)之間討論不出來的，董老師給予我們及時的指導(dǎo)，培養(yǎng)了我們理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，為以后在工程技術(shù)中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)，在此感謝老師在百忙之中為我們按時輔導(dǎo)。 最后感謝學(xué)校為我們安排了這次課程設(shè)計，為進(jìn)一步培養(yǎng)我們的實(shí)際應(yīng)用能力，給予我們機(jī)會，以及一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，從學(xué)生的切身利益考慮，為我們將來從事的工作崗位，積累經(jīng)驗。 至此，我們體會到作為一個未來工科的工程技術(shù)人員需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，為保證要求要達(dá)到的程度，必須實(shí)事求是，事必躬親，解決所遇到的問題。 參考文獻(xiàn) 1．可編程控制器應(yīng)用技術(shù)/田瑞庭/1994 2．PLC應(yīng)用技術(shù)200例/曲非非/2003楊長能 3．MITSUBISHI三菱微型可編程控制器編程手冊/2000年 4．張運(yùn)波. 工廠電氣控制技術(shù). 北京：高等教育出版社，2001 5．余雷聲. 電氣控制與PLC應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001 6．王兆義. 小型可編程控制器實(shí)用技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 7．鐘肇新. 可編程控制器原理及應(yīng)用. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，2002 8．李景學(xué). 可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及方法. 北京：電子工業(yè)出版社 9．可編程控制器（PC）例題習(xí)題及實(shí)驗指導(dǎo). 重慶：重慶大學(xué)出版社，1999 成績評定表 姓名： 班級： 專業(yè)： 1、設(shè)計題目：皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 2、設(shè)計指導(dǎo)人評語及成績 成績:_______ 指導(dǎo)人（簽字）___________ 年 月 日 3、設(shè)計指導(dǎo)小組復(fù)評意見： 組長（簽字）___________ 年 月 日 4、系主任審核意見： 主任（簽字）___________ 年 月 日 附件圖紙 PLC控制線路 機(jī)床電氣圖