机电一体化综合实训

广东韶关广播电视大学机械制造与自动化（专科）省管课程机电一体化综合实训综合技术应用 PLC技术应用实训成绩：班级：10春机械制造与自动化QQ:姓名： 深水渔所属电大：辅导老师：PLC 在三相异步电动机位置与自动循环控制电路中的应用关于PLC的概述可编程序控制器(PLC)作为现代化的自动控制装置已普遍应用 于工业企业的各个领域，是生产过程自动化必不可少的智能控制设 备。掌握PLC的组成原理及编程方法，熟悉PLC的应用技巧，是每 一位机电类专业技术人员必须具备的基本能力之一。可编程控制器(PLC)，它米用可以编制程序的存储器，用来在 其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操 作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型 的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业 控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。简单说就 是应用在控制系统中的专用的“计算机”，根据控制逻辑编写控制程 序装入PLC，PLC可以替代过去老式的继电器逻辑控制电路，性能 稳定可靠，修改逻辑关系方便，已经在控制系统中广泛使用。西门子的S7_PLC本实训就针对三相异步电动机的位置与自动循环控制电路中的 控制，采用西门子S7300PLC来代替继电器控制，西门子公司的 最新PLC产品有SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。S7系列是传统 意义的PLC产品：S7-200是针对低性能要求的小型PLC；S7-300是针对低性能要求的模块式中小型PLC,最多可以扩展32 个模块；S7-400是用于中高级性能要求的大型PLC，可以扩展300多个模 块。S7-300/400可以组成MPI （多点接口）、PROFIBUS网络和工业以 太网等。本实训我们采用的是西门子S7_300PLC，点数不多，不需要扩 展，本机单元的点数足够我们的系统使用了。S7300PLC采用STEP7编程软件。该编程软件为用户开发、 编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。简单、易学，能 够解决复杂的自动化任务。 适用于所有 SIMATIC S7-300 PLC 机型软件编程。支持STL、LAD、FBD三种编程语言，可以在三者 之间随时切换。具有密码保护功能。提供软件工具可以调试和测试 程序。实训内容在生产过程中，有时需控制一些生产机械运动部件的行程和位 置，或允许某些运动部件只能在指定工作范围内自动循环往返。例如 在摇臂钻床、机场行李输送设备、自动仓库、桥式起重机、流水线皮 带及各种自动或半自动控制设备设计中，经常遇到机械运动部件需进 行位置与自动循环控制的要求。1. 位置控制线路图 1 所示为位置控制线路原理图，图 1 是小行车运行示意图，图 2 所示是传统继电器一接触器位置控制线路原理图。从图 1 中可以看 出，行车的前后安装了挡铁 1 和挡铁 2，工作台的两端点分别安装 了行程开关SQ1和SQ2。通常将行程开关的常闭触点分别串接在正 转控制和反转控制电路中，当行车在运行过程中碰撞行程开关时，控 制行车停止运行，达到位置控制的目的。4*-罔图 2 传统继电器一接触器位置控制线路原理图合上电源空气开关Q1,按下正转启动按钮SB2, KM1线圈得电， KM1 常开辅助触点闭合，形成自锁; KM1 常闭辅助触点断 开，实现对反转接触器 KM2 的互锁; KM1 主触点闭合，电动机启动， 行车向前运行，同时另一组 KM1 常开辅助触点闭合 H1 正转指示灯 点亮。当行车向前运行到限定位置时，挡铁 1 碰撞行程开关 SQl， SQ1 常闭触点断开，切断 KM1 线圈电源。 KM1 线圈失电，触点 释放，电动机停止向前运行正转指示灯H1也熄灭，此时再按下正转 启动按钮SB2，由于SQ1触点断开，KM1线圈仍然不会得电，从 而保证行车不会超过 SQ1 所在的位置。当按下反转启动按钮 SB3， KM2 线圈得电， KM2 常开辅 助触点闭合，形成自锁; KM2 常闭辅助触点断开，实现对反转接触器 KM1 的互锁; KM2 主触点闭合，电动机启动，行车向前运行，同时 另一组 KM2 常开辅助触点闭合 H2 反指示灯点亮。当行车向后运行 到限定位置时，挡铁 2 碰撞行程开关 SQ2， SQ2 常闭触点断开， 切断KM2线圈电源。KM2线圈失电，触点释放，电动机停止向后 运行反转指示灯H2也熄灭，此时再按下反转启动按钮SB3，由于 SQ2 触点断开， KM2 线圈仍然不会得电，从而保证行车不会超过 SQ2 所在的位置。当按下 SB1 停止按钮时所有元件停止工作，此时再按下反转启动 按钮SB2或者正转启动按钮SB3时,元件都是无法工作的，由于SB1 触点串联整个电路的上端， SB2 SB1 KM1 KM2 H1 H2 这些元器件都 无法形成控制回路，从而保证任何时候停止按钮都是安全有效。采用 S7-300 系列 PLC 实现位置控制，需要 5 个输入点和 4 个输出点，其输入/输出分配表如表 1 所示.表 1 采用 PLC 实现位置控制的输入 / 输出分配表愉入输出功能兀件FLCllK址功陡元件卩LC地址停|二按钮SB1:Q. 0正向控制接融器KM1QO.O止向右功按tilSB210.1反向控制搂触器K112Q0 :反向启功鞍相SB310.2収向运行摘示灯H100.2止向1tSRS控制SQ1IQ. 3反向运行指示灯H1Q0.3反向irM置控制SQ210. 1PLC 组态图 2 所示七 a.11. onBll( l on Edit Ins art PLC Vi cw Opt l oue Windov Help Q鼬園毗冬电唱施血區口瞿岭mD；i O11I PS 307 10AtI CPU 312i34D|BXBC24V5mifi-rtri7rv/nT,iteT8g10113.j lDdule.rdet- jiwiber.Firn y aieMFI ：=l1 dressI aiidi essQ addiSEECoirinKl1J| F5 307 IDABEST .30T-EADZOAA02| CPK 312GEE7 3l2-1El4-LiiE：DV3.323斗JDIL6IBCZ4V6E5T 3El-1BiraCrOAADD. . 1Dfll&iAElSO23flV/1AEES7 322-3FM0CHDWULI. . 1图 3 使用 PLC 实现位置控制的 I/O 接线图采用 PLC 实现位置控制的梯形图 (LAD) 及指令语句表 (STL) 如 表 2 所示。表 2 采用 PLC 实现位置控制的语句表及梯形图网络1为正向运行控制，按下正向启动按钮SB2时，10.1常开触点闭合，Q0.0 Q0.2输出线圈有效，控制KM1主触点闭合，行 车正向前进，此时再按下反转启动按钮SB3,由于程序和硬件接线都 带有电气互锁， KM2 线圈仍然不会得电，只有当行车行进中碰到正 向限位开关SQ1时，10.3常开触点断开，Q0.0 Q0.2输出线圈无效， KM1 主触点断开，从而使行车停止前进。反向运行控制，按下反向启动按钮SB3时，I0.2常开触点闭 合， Q0.1 Q0.3 输出线圈有效，控制 KM2 主触点闭合，行车反向 后退，此时再按下反转启动按钮SB2，由于程序和硬件接线都带有 电气互锁， KM1 线圈仍然不会得电，只有当行车行进中碰到反向 限位开关SQ2时，10.4常开触点断开，Q0.1 Q0.3输出线圈无效， KM2 主触点断开，从而使行车停止后退。行车在行进过程中，按下停止按钮 SB1 时， I0.0 常开触点断 开，从而控制行车运行停止。当按下 SB1 停止按钮时所有元件停止 工作，此时再按下反转启动按钮SB2或者正转启动按钮SB3时，元 件都是无法工作的，由于SB1触点在PLC硬件接线图可以看出串联 整个 PLC 输入端，断开 SB1 触点等于所有输入信号都无法输入到 PLC，同样SB1对应的10.0常开触点断开PLC程序都是无输出的， 从而保证任何时候停止按钮都是安全有效。2. 自动循环控制线路在某些生产过程中，要求生产机械在一定行程内能够自动往返 运行，以便对工件连续加工，提高生产效率。行车的自动往返通常是 利用行程开关来控制自动往复运动的相对位置，再控制电动机的正反转，图 4 是小行车运行示意图。图 5 传统继电器一接触器自动循环控制线路原理图为使电动机的正反转与行车的向前或向后运动相配合，在控制线 路中设置了 SQ1， SQ2、SQ3 和 SQ4 这 4 个行程开关，并将它们 安装在工作台的相应位置。 SQ1 和 SQ2 用来自动切换电动机的正 反转，以控制行车向前或向后运行，因此将 SQ2 称为反向转正向行 程开关， SQ1 称为正向转反向行程开关。为防止工作台越过限定位 置，在工作台的两端还安装SQ3和SQ4，因此SQ3称为正向限位 开关， SQ4 称为反向限位开关。行车的挡铁 1 只能碰撞 SQ1， SQ3; 挡铁 2 只能碰撞 SQ2、SQ4。合上电源开关Q1,按下正转启动按钮SB2, KM1线圈得电，KM1 常开辅助触点闭合，形成自锁 ; KM1 常闭辅助触点断开，对 KM2 进行互锁; KM1 主触点闭合，电动机启动，行车向前运行。当 行车向前运行到限定位置时，挡铁 1 碰撞行程开关 SQ1， SQ1 常闭 触点断开，切断 KM1 线圈电源，使 KMl 线圈失电，触点释放，电 动机停止向前运行，同时 SQl 的常开触点闭合，使 KM2 线圈得电。KM2线圈得电，KM2常闭辅助触点断开,实现对KM1的互锁;KM2 主触点闭合，电动机启动，行车向后运行。当行车向后运行到限定位 置时，挡铁 2 碰撞行程开关 SQ2， SQ2 常闭触点断开，切断 KM2 线圈电源，使 KM2 线圈失电，触点释放，电动机停止向前运行，同 时 SQ2 的常开触点闭合，使 KMl 线圈得电，电动机再次得电，行 车又改为向前运行，实现了自动循环往返转控制。注：SB2和SB3 按钮之间也是电气进行互锁的。电动机运行过程中，按下停止按钮 SB1 时，行车将停止运行, 此 时再按下反转启动按钮SB2或者正转启动按钮SB3时，元件都是无法工作的，由于SB1触点串联整个电路的上端，SB2 SB1 KM1 KM2 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4这些元器件都无法形成控制回路，从而保证任何时 候停止按钮都是安全有效。若 SQ1 （或 SQ2） 失灵，行车向前（或向后） 碰撞 SQ3 （或 SQ4） 时，强行停止行车运行。启动行车时，如果行车 己在工作台的最前端或者最后端应按下SB3或者SB2进行启动。采用 PLC 实现自动循环控制，需要 7 个输入点和 2 个输出 点，其输入 / 输出分配表如表 3 所示。表 3 采用 PLC 实现自动循环控制的输入 / 输出分配表输入功能元件PLC地址停止按超SB110.0L向启动按刼SB210. L反向启动按钮SB310.2反向转正向片程SQ110.3证向转反向存程S竝10,4正向限位SQ310.5反向眼位SQ410.6输出功能元件PLE地址疋向控制接扯器KM1Q0. 0反向控制接旭器KM2Q0. L使用 PLC 实现自动循环控制时，由于需要 7 个输入端子，因此选用S7-300系列入门型PLC CPU 312，组态如图6所示。眼MI C&f? Z - CsniAIlC 300 Station dCcnfi Er&tion) 5T_Tr*ZlQl| Station Edit Insert PUC View Dptious Windov Help国鼬園翱昌电舄血甌祀3 |嚣聽1 PE 307 1OA0HKT CPU 31234DI16zBC24V5D3LG.laC1ZCVZ：3OV1A6Teg10图 7 使用 PLC 实现自动循环控制的 I/O 硬件接线图SIEMENSAC22OV电鯨输入(LAD) 及指令语句表采用 PLC 实现自动循环控制的梯形图(STL) 如表 4 所示。DB1 : lildin PiOEi：ain Sy/eep (.Cycle)CoiunBiit!FTL2).0AL2).0止：3比33)AllAllW止AllwAL2).0止：3二时33)AllAllAAllJnrFT10.110.4QO.O10.210.310.5Q0.1QO.O10.01 4 6 o 1 oacl.cl.cl.Oa I I I Q Q-停时轴-正向启动钮-正向转反向行程-正鬭魏器-反向启册钮-反熊正怖稈-正旬限位-反確制接触器 -工问辩磯聽10.2-反冋启动钮10.3-反向转正向行程QO.O-正句控制接醪戚启一接接 训反位制制 局转限控控 正正反正反触触器器实训总结:实训让我了解了传统继电器一接触器电路原理以及PLC、梯 形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我更加了解了关于 传统继电路 PLC 设计原理与方法。按我的总结来看，有很多设计理 念来源于实际，从中找出最适合的设计方法我在实训的过程中，让我 学到了许多东西，其中最主要的是PLC设计方法与应用。设计步骤 是首先是我们要弄清楚设备的顺序运作，然后结合PLC知识在图纸 上画出顺序功能图，将顺序功能图转变为梯形图，之后利用 PLC 软 件编程。