工业自动清洗机的控制系统设计.doc

等级:课 程 设 计课程名称电气控制与PLC课程设计课题名称工业自动清洗机的控制系统设计专 业测控技术班 级1301学 号201301200120姓 名郭鹏指导老师刘星平，赖指南，谭梅，沈细群2016年6月17日 电气信息学院课程设计任务书课题名称工业自动清洗机的控制系统设计姓 名郭鹏专业测控技术班级1301学号20指导老师沈细群课程设计时间2016年6月6日2016年6月17日（第1516周）教研室意见同意开题。 审核人：汪超 林国汉一.任务及要求设计任务：以PLC为核心，设计一个工业自动清洗机的控制系统，为此要求完成以下设计任务：1.根据工业自动清洗机的基本结构、工艺过程和控制要求，确定控制方案。2.配置电器元件，选择PLC型号。3.绘制工业自动清洗机的的控制线路原理图和PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。4.上机调试程序。5.编写设计说明书。设计要求1.一般要求：（1）所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足双面站的工艺过程要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。（2）所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB472884电气图用图形符号、GB698887电气制图和GB715987电气技术中的文字符号制定通则的有关规定。（3）所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出。2.具体要求：（1）课题简介 在工业现场有一种自动清洗机，工作时将需要清洗的部件放在小车上，按启动按钮后小车自动进入清洗池指定位置A，首先加入酸性洗料，小车再继续前行到另一位置B,然后返回到位置A，打开排酸阀门将酸性洗料放出，完成一次酸洗后。再加入碱性洗料，清洗过程同酸洗。等碱性洗料完全放出后，小车从位置A回到起始位置，等待下次启动信号。（2）控制要求该清洗设备的小车前进后退通过电动机的正反转控制，酸性洗料和碱性洗料通过两个泵分别注入，通过打开电磁阀排放洗料，在这里洗料的注入和放出都通过时间控制，实际的清洗也可以用液位开关控制。二.进度安排1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。2.第一周星期二星期四：详细了解双面站的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件，选择PLC型号。绘制双面站拖动电机的控制线路原理图和双面站液压拖动控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。3.第一周星期五：上机调试程序。4.第二周星期一：指导编写设计说明书。5.第二周星期二星期四：编写设计说明书。6.第二周星期五：答辩。三参考文献1 刘星平.PLC原理及工程应用M.北京：中国电力出版社，2014年。2 廖常初.S7-200 PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2014年。3 王阿根.西门子S7-200 PLC 编程实例精解M.北京：电子工业出版社，2013年。4 赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。目录第1章 工业自动清洗机的控制系统11.1 引言11.2 工业自动清洗机的控制系统简设计要求11.3 工业自动清洗机的控制系统的控制要求11.4 PLC 的概述1第2章 控制方案设计22.1设计目的22.2 分析控制要求、确定设计方案22.3 确定输入、输出及PLC机型2第3章 控制系统硬件设计33.1 I/O地址分配33.2 PLC的外部硬件接线图33.3顺序功能图43.4设计梯形图程序5第4章 PLC程序调试94.1 调试方法与结果94.2程序调试运行图9第5章 设计心得与体会12参考文献13附录14第1章 工业自动清洗机的控制系统1.1 引言自动清洗机是各生产线上重要的后道工序处理设备，主要生产汽车发动机内 部产品，产品在经过车，铣，钻等多道工序后，表面附着大量的切削液铝屑等脏 物，这类脏物须清理干净后才能组装和包装，如果利用人工清理会产生效率低， 劳动强度大，不能实现自动化生产，以及产品划伤，甚至报废等。 由于清洗机属于专用机床，市场上没有现成品可买，如设备厂定做，将出现 交货时间长，影响新产品投放市场，价格高，不能很好满足工况要求等限制，综 上所诉及种种条件制约下决定自己制造自动清洗机。1.2 工业自动清洗机的控制系统简设计要求 在工业现场有一种自动清洗机，工作时将需要清洗的部件放在小车上，按启 动按钮后小车自动进入清洗池指定位置A，首先加入酸性洗料，小车再继续前行 到另一位置B,然后返回到位置A，打开排酸阀门将酸性洗料放出，完成一次酸洗 后。再加入碱性洗料，清洗过程同酸洗。等碱性洗料完全放出后，小车从位置A 回到起始位置，等待下次启动信号。1.3 工业自动清洗机的控制系统的控制要求 该清洗设备的小车前进后退通过电动机的正反转控制，酸性洗料和碱性洗料 通过两个泵分别注入，通过打开电磁阀排放洗料，在这里洗料的注入和放出都通 过时间控制，实际的清洗也可以用液位开关控制。1.4 PLC 的概述 英文全称Programmable Logic Controller 中文全称为可编程逻辑控 制器，定义是:一种数字运操作的电子系统，专为在工业环境应用 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，本次课题将采用西门子公司的S7-200 系列小型PLC。 第2章 控制方案设计2.1设计目的 通过试验了解和熟悉FX系列PLC的结构和外部接线方法，了解实际程序的调试方法、断电保持辅助继电器的应用,了解PLC的几种编程。明白PLC的特点，知道自己学习的不足。2.2 分析控制要求、确定设计方案1.动作顺序 装完需要清洗的工件，按下启动按钮，小车前进进入清洗池，到达A位置加入酸性洗料5秒钟，小车继续前进，到达B位置后小车后退，当到达A位置放出酸性洗料5秒钟，再加入碱性洗料5秒钟，小车又前进到达B位置，然后小车后退至A位置，放出碱性洗料5秒钟，小车后退至起始位置，完成一个清洗周期。2.动作要求： 该清洗设备的小车前进后退通过电机正反转控制，酸性洗料和碱性洗料通过两个泵分别注入，通过打开电磁阀排放洗料，在这里洗料的注入和放出都是通过时间控制的。 3.经过分析本程序为单序列运行程序，确定用以转换为中心的编程方法设计。2.3 确定输入、输出及PLC机型 1.输入： 5个，分别为启动按钮、A点限位开关、B点限位开关、放酸阀（碱阀）开关、回到起始按钮位置。 2.输出： 5个，电动机正转、电动机反转、加酸泵工作、加碱泵工作、放酸（碱）泵工作。第3章 控制系统硬件设计3.1 I/O地址分配 确定系统的输入设备和输出设备，进行PLC的I/O分配，画出I/O口地址分配表。 表1 I/O口地址分配表类别开关元件PLC元件功能输入SB1I0.0启动开关SB2I0.1A点限位开关SB3I0.2B点限位开关输出KM1Q0.0电机正转KM2Q0.1电机反转KM3Q0.2加酸泵工作KM4Q0.3加碱泵工作KM5Q0.4放酸、碱泵工作 3.2 PLC的外部硬件接线图 了解和熟悉被控制设备的工艺控制和机械的动作情况，根据继电器电路图分析和掌握控制系统的工作原理，这样才能做到在设计和调试控制系统时心中有数。在分析PLC控制系统的功能时，可以将他想像成一个继电器控制系统中的控制系统，其外部接线图描述了这个控制箱的外部接线。画出PLC的外部接线图后，同时也确定了PLC的个输入信号和输出负载对应的输入继电器和输出继电器的元件号。 Q0.0I0.0 Q0.1I0.1 Q0.2 I0.2 Q0.3 Q0.4 COM COM SB1 KM1 SB2 KM2 KM3 SB3 KM4 KM5 图1 外部硬件接线图3.3顺序功能图 顺序控制设计法与顺序功能图顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序,在各个输入信号的作用下,根据内部状态和时间的顺序,在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。 SM0.1M0.0 小车在起始位置 I0.0Q0.0M0.1 电机正转，小车前进至A点 I0.1T37Q0.2M0.2 加酸并计时 T37Q0.0M0.3 电机正转，小车前进至B点Q0.1M0.4 I0.2 电机反转，小车后退至A点 I0.1T38Q0.4M0.5 放酸并计时 T38Q0.3 加碱并计时T39M0.6 T39Q0.0M0.7 电机正转，小车前进至B点 I0.2 M0.1M1.0 电机反转，小车后退至A点 I0.1T40Q0.4M1.1 放碱并计时 T40图2 工业自动清洗机的顺序功能图3.4设计梯形图程序 梯形图是这个控制箱的内部“线路图”，梯形图中的输入继电器和输出继电器是这个控制箱与外部世界联系的“接口继电器”，这样就可以用分析继电器电路图的方法来分析PLC控制系统。根据上述的对应关系，将继电器电路图“翻译”成对应的“梯形图”，再根据梯形图的编程规则将“梯形图”转换成结构合理的梯形图。对于复杂的控制电路可划整为零，先进行局部的转换，最后再综合起来。写出以下的完整梯形图。图3工业自动清洗机的梯形图程序第4章 PLC程序调试4.1 调试方法与结果 系统调试应首先按控制要求将电源、外部电路与输入/输出端子连接好，然 后将控制程序送入可编程控制器中，并使PLC 处于运行状太。然后即可对整个系 统进行运行调试，具体方法和过程如下： 1.软硬件调试 软硬件调试：接通电源，检查西门子S7-200 可编程控制器是否可以正常工 作，接头是否件调试：按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查， 正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM 中，进行下一 步的调试。 2.酸洗步骤 将清洗部件放在小车上，此时小车处于起始位置，按下启动按钮 I0.1，继 电器Q0.1 动作，电机正转，小车前进；到达A 点后，闭合A 点限位开关I0.2， 继电器Q0.3 动作，打开加酸阀门加入酸性洗料并计时5 秒钟，计时5 秒钟后， 继电器Q0.1 动作，电机正转，小车继续前进；到达B 点后，闭合B 点限位开关， 继电器Q0.2 动作，电机反转，小车后退；回到A 点后，闭合A 点限位开关，继 电器Q0.5 动作，打开排酸阀门将酸性洗料放出并计时5 秒钟，完成一次酸洗。 3.碱洗步骤完成酸洗后，此时小车仍处于位置A,继电器Q0.4 动作，打开加碱阀门加入 碱性洗料并计时5 秒钟，计时5 秒钟，继电器Q0.1 动作，电机正转，小车继续 前进；到达B 点后，闭合B 点限位开关，继电器Q0.2 动作，电机反转，小车后 退；回到A 点后，闭合A 点限位开关，继电器Q0.5 动作，打开排碱阀门将碱性 洗料放出并计时5 秒钟，完成一次碱洗；计时5 秒钟，小车回到起始位置。 4.结束调试 调试完程序之后，按照标准步骤关闭调试程序，关闭PLC 电源，然后拔掉插线，整理好实验台。4.2程序调试运行图在实验室连接好硬件电路并下载好程序后我们运行程序，运行结果如下：图4 启动I0.0 图5到达A点加酸并计时 图6 前进至B点 图7 返回A点放酸并计时图8 在A点加碱并计时 图9 再次前进至B点图10 返回A点放碱并计时第5章 设计心得与体会通过这次对工业自动清洗机系统的PLC控制的试验，让我了解了PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。 课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 在此要感谢我们的指导老师沈细群对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。 另外，该自动清洗机PLC自动控制系统经过安装与调试，运行情况良好，基本达到预期要求。本系统充分发挥了PLC自动控制系统运行可靠，控制灵活，维护方便等优点。此次设计让我进一步了解懂得了可编程自动控制技术，让我更深一步的了解了PLC的性能和作用。为以后的使用作了铺垫。参考文献1 刘星平.PLC原理及工程应用M.北京：中国电力出版社，2014年。2 廖常初.S7-200 PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2014年。3 王阿根.西门子S7-200 PLC 编程实例精解M.北京：电子工业出版社，2013年。4 赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。附录1. 工业自动清洗机的控制系统语句表Network 1LD SM0.1R M0.1, 10Network 2LD M1.1A T40O SM0.1O M0.0AN M0.1= M0.0 Network 3LD M0.0A I0.0O M0.1AN M0.2= M0.1Network 4LD M0.1A I0.1O M0.2AN M0.3= M0.2= Q0.2TON T37, 500Network 5LD M0.2A T37O M0.3AN M0.4= M0.3Network 6LD M0.3A I0.2O M0.4AN M0.5= M0.4Network 7LD M0.4A I0.1O M0.5AN M0.6= M0.5TON T38, 500Network 8LD M0.5A T38O M0.6AN M0.7= M0.6= Q0.3TON T39, 500Network 9LD M0.6A T39O M0.7AN M1.0= M0.7Network 10LD M0.7A I0.2O M1.0AN M1.1= M1.0Network 11LD M1.0A I0.1O M1.1AN M0.0= M1.1TON T40, 100Network 12LD M0.1O M0.3O M0.7= Q0.0Network 13LD M0.4O M1.0= Q0.1Network 14LD M0.5O M1.1= Q0.4电气信息学院课程设计评分表环 节项 目评 价优良中及格差实践环节（70%）1.设计方案合理性与创造性2.主电路及控制电路的设计、计算、选型完成情况3.控制程序的设计分析4.仿真或实验调试结果*5.解决问题能力及答辩情况6.纪律和出勤情况设计报告（30%）1.设计报告内容完整、规范，2.图纸正确、清晰，3.设计步骤规范、正确，4.设计结果可行综合评分课程设计成绩评定为： 优 良 中 及格 不及格 指导老师签名：_ 日 期：_