地下矿产自御汽车电器系统PLC控制系统

成都电子机械高等专科学校成教院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 地下矿产自御汽车电器系统PLC控制系统教 学 点： 重庆科创职业学院指导老师： 邓文亮 职 称： 讲师 学生姓名： 王道全 学 号: 1112441916专 业： 机电一体化成都电子机械高等专科学校成教院制2013 年 3 月 8 日成都电子机械高等专科学校成教院毕业设计（论文）任务书题目： 地下矿产自御汽车电器系统PLC控制系统任务与要求： 任务：控制器电源开关接通后，按下启动按钮，汽车自动装载货物。 按下停止按钮，汽车停止装载。要求：在对电气系统控制要求的基础上完成由PLC变频器、传感器等构成的电气系统的设计。并达到最终设计要求，实现喷泉的正常运行。时间： 2012 年 12 月 4 日 至 2013 年 3 月 25 日 共 14 周教 学 点： 重庆科创职业学院学生姓名： 王道全 学 号： 1112441916专业： 机电一体化指导单位或教研室： 指导教师： 邓文亮 职 称： 讲师成都电子机械高等专科学校成教院制毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字查找资料，选题完成论文的初稿完成论文二稿的写作完成论文的终稿及格式修改定稿，打印论文，做好答辩的准备论文答辩 教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。摘 要可编程序控制器（PLC）是近几年才发展起来的一种新型工业用控制装置，是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。因此在现代工业控制中得到了广泛的运用。已经超过了DCS 智能控制仪表 IPC等工控设备的市场份额；在自动化领域，PLC与数控机床 工业机器人 CAD/CAM并称为现代工业技术的四大支柱，且PLC已居于榜首；尤其在机电一体化生产中的应用更为重大，用好PLC的意义更为深远。用PLC技术来实现对现代工业设备的稳定可靠控制 提升产品的竞争力，已成为目前推动这一技术发展的主要力量。关键词：可编程序控制器（PLC）；微处理器；继电器；自动化领域AbstractCan programming sequence controller (PLC) is in recent years only development up of a new industrial with control device, is a to microprocessor for core of digital peration operation of electronic system device, it used can programming sequence of memory, to in its internal store implementation logic operation, and order control, and timed/count and arithmetic operation, operation directive, and through digital type or simulation type of entered, and output interface, control various type of machinery or production process. PLC is computer technology and traditional of following electric contact control technology phase combined of products, it overcome has following electric contact control system in the of machinery touch points of complex wiring, and reliability low, and power high, and versatility and flexibility poor of shortcomings, full uses has microprocessor of advantages, and care to scene electrical operation maintenance personnel of skills and habits, especially PLC of program prepared, does not needs specifically of computer programming language knowledge, but used has a to following electric trapezoid figure for based of simple directive forms, User images easy, intuitive, and easy to learn programming, debugging and error-checking is very convenient. It has been widely used in modern industrial control. DCS intelligent control instruments have been over IPC and other industrial equipment market share; in the field of automation, PLC and robot CAD/CAM and CNC machine tool industry is called the four pillars of modern industrial technology and PLC has been topping; especially in the application of Mechatronics in production is more significant, the more far-reaching use of PLC. Using PLC technology to realize the stable and reliable control of modern industrial equipment enhance the competitiveness of their products, have become the main force for promoting the development of this technologyKeywords: Programmable Logic Controllers (PLC); The microprocessor; Relays; Automation目录第一章 控制要求1第一节 控制对象介绍1第二节 控制原理2第三节 自动送料装车系统的启停过程2第四节 控制要求3第二章 元器件选择3第一节 电动机机型的选择3第二节 PLC机型的选择4第三节 开关量输入/输出模块的选择4第四节 开关的选择4第五节 熔断器的选择4第六节 继电器的选择5第七节 I/O地址表5第三章 软件编程6第一节 系统的控制框图（即软件流程图）6第二节 控制源程序介绍（初始状态）6第四章 程序的安装于调试结果分析11第五章 附录12结 束 语15致 谢16参 考 文 献17第一章 控制要求第一节 控制对象介绍 自动送料装车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。自动送料装车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。通过三台电机和三个传送带、料斗、小车等的配合，才能稳定、有效率地进行自动送料装车过程。如下图1-1所示：图1-1 自动装车模拟控制板第二节 控制原理 自动送料装车系统是通过电机和限位开关来控制的。称重开关S2控制汽车开来或开走。三台电机控制三个传送带。进料开关K1控制控制进料与否。检测开关S1控制料斗中物料的空满。 另外，在S2处增设两个七段数码管，用来统计每日的装车数。装车数的统计采用脉冲计数的方法进行。脉冲计数方法是当装料车装满时S2断开后，开始定时放送脉冲；当S2闭合时停止发送脉冲。一个脉冲的宽度即为一辆汽车。用两个数码管计数，所计的数即为装车数。当S2接通时，红灯L1亮，绿灯L2灭，传送电动机M3运行，传送电动机M2延迟M3电动机2S运行，送料电动机M1延迟M2电动机2S运行，料斗K2延迟M2电动机2S打开出料。当料满后（S2断开后），料斗K2关闭，电动机M1延时2S后关断，M2在M1停后2S后停止，M3在M2停止后2S后停止，L2灯亮，L1灯灭，此时汽车可以开走。第三节 自动送料装车系统的启停过程 自动送料装车系统的启停过程示意如图2所示。 该图中从上到下是启动顺序，从下到上是停止顺序。图1-2 自动送料装车系统的起停过程示意图第四节 控制要求初始状态：红灯L1灭，绿灯L2亮，表示允许汽车开进装料，料斗K2，电动机M1，M2，M3皆为OFF。当汽车到来时（S2接通表示），L1亮，L2灭，M3运行，电动机M2在M3通2S后运行，M1在M2通2S后运行，K2在M1通2S后打开出料。当物料满后（用S2断开表示），料斗K2关闭，电动机M1延时2S后关断，M2在M1停2S后停止，M3在M2停2S后停止，L2亮，L1灭，表示汽车可以开走。设计要求：当料不满（S1为OFF，灯灭），料斗开关K2关闭（OFF），灯灭，不出料，进料开关K1打开（K1为ON）进料，否则不进料。当汽车到来时M3运行，电机M2在M3运行2S后运行，M1在M2运行2S后运行，K2在M1运行2S后打开出料，当料满后（用S2断开表示），电动机M1延迟2S后关断，M2在M1停2S后停止，M3在M2停2S后停止，而且具有每日装车数的统计功能。第二章 元器件选择第一节 电动机机型的选择电动机的功率选定为1KW 根据设备及工艺要求，包装输送系统采用上位机和下位机组成，上位机使用两台PLC机：一台作为操作站实现整个系统的监控和数据检测；另一台作为组态软件的设计与开发，PLC程序的开发以及将软件通过总线传送到PLC的CPU单元。下位机采用功能强大，可能性高，维护方便且抗干扰能力强的可编程器系列PLC完成对设备的控制功能。其具体组成如下：（1） 中央控制单元中央控制单元选用CPU 315-2DP作为PLC的核心部件，进行逻辑和数字运算，协调整个控制系统各部件的工作。（2） 电源单元电源单元采用1：1隔离变压器进行时PLC的380V交流开关量输入卡件进行供电，采用24V对开关量输出卡进行供电。自带的PS-307/5A直流电源对CPU和部分卡件进行供电。第二节 PLC机型的选择在PLC控制系统设计时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足被控对象或生产过程的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。（3）保证控制系统的安全可靠。（4）考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。在该系统中，输入点数为3，输出点数为8，为继电器输出，则我可以选择机型，由于此设计的系统要求不复杂，则可以选用小型控制系统中采用整体式PLC。第三节 开关量输入/输出模块的选择 （1）开关量输入模块的选择选择三相交流输入电源AC380V，采用共点式输入接线方式，即三个电动机共用一个电源。（2）开关量输出模块的选择该系统中开关输出模块的输出方式为继电器输出。第四节 开关的选择在该系统的主电路中，采用三级的组合开关。电动机的最大容量为1KW，则三台电动机的最大容量为3KW，则三级组合开关的额定电流为10A，型号为HZ10-10。第五节 熔断器的选择在本系统中，熔断器保护三台异步电动机，且此三台电动机不同时启动，则继电器的额定电流为，其中： ，则 ，所以 熔断器的额定电压为AC380V，则可选择型号为RT14-32的熔断器。第六节 继电器的选择 采用具有掉电保持功能的继电器，防止因电源故障造成数据的丢失。（1）时间继电器（KT） 本系统中只需延时2S，并考虑到价格费用方面，可选用空气阻尼式时间继电器，可选用JS7-2A型号的空气阻尼式时间继电器，其触点额定电压为380V，触点额定电流为5A均能符合要求。（2）热继电器的选择（FR）一台电动机的额定电流为4.55A，由于是3台电动机总额定电流为13.65A，可以用电流调节范围为10.0A16A,则热继电器的型号为JR16-20/3，此额定电流为20A。 （3）接触器的选择（KM） 额定电流为则可以选择CJ10-5型号的交流接触器。 式中：电动机的额定功率 经验系数，一般取11.4 电动机的额定电压 第七节 I/O地址表表2-1 I/O地址表第三章 软件编程第一节 系统的控制框图（即软件流程图）图3-1 软件流程图第二节 控制源程序介绍（初始状态）（1） 汽车启动，到S2处停止，此时红灯L1亮，绿灯L2灭。此时的程序为： LD X002 OUT Y003 OR Y003 LDI Y003 ANI X001 OUT Y002所对应的梯形图为：当按下启动按钮S3（X002接通）时，Y003得电，即红灯L1亮，常闭触点Y003断开，Y002失电即绿灯L2灭，此时汽车允许开进装料，而且此时汽车已在称重开关S2处停止。（2）启动按钮S3接通后，传送电动机M3运行，延时2S送料电动机M2运行。此时的程序为： LD X002 LD M0 OR Y006 OUT T0 ANI X001 K20 OUT Y006 LD T0 LD Y006 OUT Y005 OUT M0所对应的梯形图为：当按下启动按钮S3（X002得电），传送电动机M3（Y006）得电，再运用置守的方法。Y006得电，辅助继电器M0得电，则延时继电器T0得电，延时2S后，送料电动机M2（Y005）得电，则M2电动机运行。（3） 送料电动机M2运行后延时2S送料电动机M1运行；送料电动机M1运行后延时2S料斗K2打开出料。此时的程序为： LD Y005 AND Y005 OUT T2 OR M1 AND Y006 K20 ANI X001 OUT Y004 LD T2 OUT M1 LD Y004 OR Y001 LD M1 OR M2 AND Y006 OUT T1 ANI X001 AND Y005 K20 OUT M2 AND Y004 LD T1 LD M2 OUT Y001 OR Y004所对应的梯形图为：当Y005（即送料电动机M2）得电，辅助继电器M1得电，延时继电器T1得电，延时2S后送料电动机M1（即Y004）得电，辅助继电器M2得电，延时继电器T2得电，延时2S。T2得电后，Y001得电，料斗K2打开出料。（4） 汽车被装满料，同时称重开关S2断开，料斗K2关闭，送料电动机M1延时2S关断。此时的程序为： LDI X001 OUT Y001 OR Y004 OR Y001 LD Y001 ANI T3 AND Y006 OR M3 OUT Y004 AND Y005 OUT M3 ANI Y004 AND Y004 LD M3 OUT T3 K20所对应的梯形图为：当称重开关S2断开（即PLC梯形图中点动X001），Y001失电，即料斗K2关闭，则Y001为常闭触点，则辅助继电器M3得电，延时继电器T3从而也得电，延时2S，2S后送料电动机M1停止。（5） 送料电动机M2延时M1电动机2S停止；传送电动机M3延时M2电动机2S停止，L2灯亮，L1灯灭，此时表示汽车可以开走。此时的程序为： LD Y004 ANI M4 OR Y006 OR M4 OUT T4 OUT Y006 OUT M4 K20 LD X002 LD M4 LD Y005 OR Y002 OR Y005 OR M5 LD Y004 ANI T4 OUT M5 OR Y006 OUT Y005 LD M5 ANB LDI X002 ANI Y002 OUT Y002所对应的梯形图为： 送料电动机M1停止后，辅助继电器M4得电，延时继电器T4开始计时，2S后，送料电动机M2停止运行；此时，辅助继电器M5得电，使Y006失电，则传送电动机M3停止运行。 X002失电即S3启动按钮断开，Y004失电即送料电动机M1停动，致使Y003失电，即灯L1灭；X002常闭触点、Y002常闭触点接通，Y002得电，则灯L2亮。（6） 在运行过程中，若出现故障，则发出故障报警信号，使故障报警信号灯L3亮。此时的程序为： LD Y006 OR Y000 OR Y005 AND X002 OR Y004 OUT Y007 OR Y001所对应的梯形图为： 由上述梯形图可以看出：X002为常闭触点，并联连接常开触点若有一个接通，则Y007得电。即传送电动机M3、送料电动机M2、送料电动机M1、料斗K2、进料开关K1中任意一个出现故障即接通，就会导致故障灯亮，就能发现故障，从而进行故障排除。（7）统计每日的装车数统计每日的装车数可采用脉冲计数法。即当装料车装满时S2闭合后开始定时发送脉冲；当S2断开时停止发送脉冲，一个脉冲的宽度即为一辆装车。用两个数码管计数，所计的数即为装车数（假设每日的装车数在99辆以内）。第四章 程序的安装于调试结果分析 选择好的PLC类型，根据PLC外部电气原理图，将PLC与实验板正确接线，经检验无误后，接通PLC电源，将编译正确的程序输入软件中，确保编译无错误，打开监控，以便观察程序运行中各触点的开合情况，方便检查程序错误，最后将PLC置于运行模式，运行程序开始操作。若操作成功后，把PLC置于停止状态，关闭监控，再拔PLC电源。调试过程中，发现阀门K1在进料满检测开关S1闭合以后关闭，但S1-打开阀门K1又开始打开进料，同时出料阀门K2在S1闭合时打开，S1打开后就闭合，无法满足送料装车的要求，经检查发现是出料阀门K2没有通电自锁，而进料阀门是靠出料阀门的常闭触点来给它长期断电的，所以就造成了上述现象，由此现象可以得出，通过按钮给线圈通电的，如果不是点动就一定要加该线圈的自锁触点。第五章 附录（1） 系统的外部接线图： 图5-1 系统的外部接线图（2）自动送料装车系统的总体梯形图： （3）系统的主电路用电动机的正转和反转表示进料开关K1和料斗K2的打开和关闭。主电路如下图3所示： 图5-2 系统的主电路（4）元器件清单表5-1 元器件清单结 束 语 课程设计主要为了培养学生的理论与实践相结合的能力以及动手能力和思维培养，还有独立思考的能力。大学的学习就是理论与实践相结合的一个过程。只有理论和实践结合好了，才能在社会上找到真正属于自己的位置，为社会献出我们自己的力量和自己的知识。在此课程设计中，了解了工业生产过程中PLC的控制方法，对如何使用PLC解决实际生产问题有了基本了解。对含有延时作用的（即先后顺序启动）的程序有了熟练的掌握，基本能做到熟练编程无误，对成粗的小细节都应注意。在使用定时器时一定要学会如何使用中间继电器，尽量少用一个定时器的常开触点来控制另外一个定时器，以免造成触点竞争。通过本次课程设计，使我在电气工程方面的流程图、梯形图等方面的水平有了进一步地提高。致 谢首先诚挚的感谢指导老师邓老师，在你的悉心教导下使我的毕业设计能够顺利的完成。不时的讨论并指点我正确的方向，使我在毕业设计这段时间中获益匪浅。让我在以后的工作中能够做得更好。在三年大学生涯快要结束的时候还要感谢这三年来遇到的每个老师对我的关心和照顾。在这三年里你们不仅教会了我很多知识，还教会了我很多做人的道理，让我懂得了人生的价值观，能让我在以后的人生路上少走弯路。祝福各位老师工作顺利，身体健康，家庭和睦。最后还要感谢我的每一个同学，是你们让我懂得了集体，让我懂得了友情，这是我人生的一大财富。再过不了多久我们就要各奔东西去追求自己的理想，希望以后我们都能实现自己的理想，在很多年后当我们想起这三年的酸甜苦辣时，相信我们都会感到幸福。参 考 文 献1 史国生主.电气控制与可编程控制器技术.化学工业出版社.20042 贾德胜主.PLC应用开发实用子程序.人民邮电出版社.20063 求是科技主.PLC应用开发技术与工程实践.人民邮电出版社.20084 黄民德.可编程序控制器原理及在建筑中的应用.天津大学出版社.20085 黄海燕.可编程控制器编程语言及应用.电子工业出版社.20056 高岩.可编程控制器技术及应用.北京理工大学出版社.2006 7 鲁远栋.PLC机电控制系统应用设计技术.电子工业出版社.20078 汪晓光.可编程序控制器原理及应用.机械工业出版社.2010