自动线装卸系统控制设计课程设计说明书.doc

成绩： 2010-2011学年第1学期 机电控制综合设计 课程设计设计题目名称： 自动线装卸系统控制设计 院系名称： 机电工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 内 装 材 料 目 录序号名 称数量备 注1课程设计任务书12课程设计说明书13图纸452010年12月16日机电工程学院课程设计说明书设计题目： 自动装卸线系统控制设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 2010年12月16日内容摘要摘 要：当今时代是一个自动化的时代，装卸线控制、交通灯控制等都越来越自动化、智能化。利用计算机控制自动装卸线将大大提高其工作效率、工作可靠性、工作安全性，降低工人的劳动强度，增加社会效益。同时，随着大规模集成电路及计算机技术的迅猛发展以及人工智能在控制技术方面的广泛应用，自动控制成为现代社会发展的主流。本次课程设计是针对自动装卸线控制系统的设计。该控制系统要求实现的功能有：料车在原位，显示原位状态，按启动按钮，自动线开始工作；加料定时5S，加料结束；延时1S，料车上升；上升到位，自动停止移动；延时1S，料车自动卸料；卸料10S，料车复位并下降；下降到原位，料车自动停止移动；能实现单周装卸及连续循环操作。本文通过对自动装卸线控制系统分别利用继电器控制和PLC可编程控制器控制两种方式的设计并进行对比，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法，复习、巩固以往所学的知识，达到灵活运用的目的；了解继电器控制的优缺点；了解PLC技术的优势及在实际生产中的应用。 关键词：继电器；PLC；自动装卸线；控制系统目 录第1章 引言 1第2章 继电接触器控制系统设计22.1 电气控制系统设计的基本原则及内容22.2 确定拖动方案，选择电动机22.3 电气原理图设计42.4 电器元器件明细表7第3章 PLC控制系统设计83.1 PLC控制系统设计概述 83.2 PLC简介 83.3 确定I/O信号数量，选择PLC类型 9 3.4 I/O点的分配与编号103.5 绘制PLC控制系统梯形图103.6 PLC控制系统语句表编制123.7 绘制PLC应用系统电气接线图14结论15 设计总结16谢辞17参考文献18 第1章 引 言本次设计主要是针对自动装卸线控制系统，在装料电机、上升下降电机、卸料电机的共同顺序控制下，完成把原料从所在地输送到目的地的任务。通过分别选用继电器控制和PLC控制两种方案，比较两种方案的优缺点。控制要求：电动机M1驱动装料机加料，电动机M2驱动装料车升降，电动机M3驱动卸料机卸料。装卸线操作过程：（1） 料车在原位，显示原位状态，按启动按钮，自动线开始工作；（2） 加料定时5S，加料结束；（3） 延时1S，料车上升；（4） 上升到位，自动停止移动；（5） 延时1S，料车自动卸料；（6） 卸料10S，料车复位并下降；（7） 下降到原位，料车自动停止移动；（8） 能实现单周装卸及连续循环操作。设计思路：（1） 自动线电动机均采用接触器控制完成启动、停止操作，其中电动机M2要求能实现正反转；（2） 主电路用断路器，各负载回路、控制回路及PLC控制回路采用熔断器，实现短路保护；（3） PLC选用继电器输出型；第2章 继电接触器控制系统设计2.1 电气控制系统设计的基本原则及内容2.1.1 电气控制系统设计的基本原则（1） 最大限度的满足生产机械和生产工艺对电气控制的要求，这些生产工艺要求是电气控制设计的依据。在设计前，应深入现场进行调研，搜集资料并与生产过程有关人员、机械部分设计人员、实际操作者密切配合，明确控制要求，共同拟定电气控制方案，协调解决设计中的各种问题，使设计成果满足生产工艺要求。（2） 在满足控制要求的前提下，设计方案力求简单、经济、合理，不盲目追求自动化和高指标，力求控制系统操作简单，使用、维修方便。（3） 正确、合理选择电器元件，确保控制系统安全可靠，同时考虑技术创新、造型美观等。（4） 为适应生产的发展和工艺的改进，在选择控制设备时，应保证留有一定的扩展余量。2.1.2 电气控制系统设计的基本内容（1） 根据被控对象的工艺条件和控制要求选择拖动方案、控制方式和电动机；（2） 设计并绘制电气原理图（包括主电路和控制电路）；（3） 选择电器元件并制定元器件明细表；（4） 对原理图各个连接点进行编号；（5） 根据电气原理图，绘制电气接线图。2.2 确定拖动方案，选择电动机2.2.1 电力拖动方案的确定生产机械电力拖动方案主要根据生产机械调速要求来确定。根据本次设计的要求可得，电气调速范围及要求不高，但是起、制动比较频繁，同时考虑到经济性要求采用笼型异步电动机拖动较为合理且能满足生产要求。2.2.2 拖动电动机的选择电动机的选择包括电动机结构型式、电动机的额定电压、电动机的额定转速、额定功率及容量等技术指标的选择。1、 电动机选择的基本原则（1） 电动机的机械特性应满足生产机械提出的要求，要与负载的负载特性相适应，保证运行稳定、可靠且具有良好的启动、制动性能；（2） 工作过程中电动机容量能得到充分利用，使其温升尽可能达到或接近额定温升值；（3） 电动机的结构型式能满足生产机械设计提出的安装要求，并能适应周围环境的工作条件；（4） 在满足设计要求的前提下，应优先采用结构简单、价格便宜、使用维护方便的三相笼型异步电动机。2、 电动机型式的选择（1） 根据本次设计的具体要求及工作制方式选择断续周期性工作的电动机；（2） 安装方式选择立式；（3） 根据该自动线的工作环境选择防护式；3、 电动机额定电压的选择考虑到该自动装卸线的使用情况及一般低压电网电压为380V，选择额定电动机的额定电压为220/380V。4、 电动机额定转速的选择对于额定功率相同的电动机，额定转速越高，电动机的尺寸、重量和成本越小，因此选用高速电动机较为经济。但由于生产机械所需转速一定，电动机转速越高，传动机构转速比越大，传动机构越复杂。根据设计要求绘制的自动线结构图如2.2.22.2.2 自动线结构图因此综合考虑电动机与生产机械两方面的多种因素，选择转速为1000r/min的电动机。2.3 电气原理图设计2.3.1 绘制动作流程图根据本次设计自动装卸线的控制要求，其各主要执行动作的步骤如下：2.3.2 主电路设计本次自动装卸线控制系统设计需要控制的对象有：装料电动机M1、升降电动机M2、卸料电动机M3三个对象。由于电动机的功率及启动转矩不大，均采用直接启动。同时升降电动机需要控制料车的升降，采用正、反转控制。此设计的主电路如图2.3.2：2.3.3 控制电路设计根据本次自动线装卸线控制系统的要求，合理选择自动控制方式、控制元器件等。此设计的控制线路图如2.3.3：2.4 电器元器件明细表序号符号元器件名称数量1Q低压断路器12FU熔断器53FR热继电器44KM交流接触器45M异步电动机36ST行程开关27K中间线圈48KT时间继电器49SB控制按钮310HL指示灯1表 2.4 电气元器件明细表第3章 PLC控制系统设计3.1 PLC控制系统设计概述3.1.1 PLC控制系统设计的基本原则（1） 完整性原则：充分发挥PLC的控制功能，最大限度地满足被控制的生产机械或生产过程的控制要求；（2） 经济性原则：在满足控制要求的前提下，力求使控制系统经济、简单、维修方便；（3） 可靠性原则：保证控制系统运行安全可靠；（4） 发展性原则：考虑到生产发展和生产工艺的改进，在选用PLC时，在I/O点数、内存容量和扩展性上应适当留有余量。3.1.2 PLC控制系统设计的主要步骤（1） 根据被控对象的工艺条件和控制要求，确定PLC控制的基本方式、应完成的基本动作和必要的自锁、互锁等；（2） 根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，选定所需输入信号（如按钮、行程开关、转换开关等）、输出信号（如接触器、电磁阀、指示灯等）的点数，选择适合的PLC类型；（3） 对PLC的I/O点进行信号定义（指明信号的性质、作用，信号的有效状态或有效方式）、分配和编号，绘制I/O点分配表；（4） 根据控制要求，画出状态流程图，表明动作的顺序和条件；（5） 根据状态流程图设计梯形图，并写出对应得语句表，利用编程软件进行调试；（6） 绘制PLC应用系统电气接线图。3.2 PLC简介3.2.1 PLC的基本结构可编程逻辑控制器PLC ( Programmable Logic Controller)是一种带有指令存储器、数字或模拟I/O接口, 以位运算为主, 能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能, 用于控制机器或生产过程的自动控制装置。PLC的型号、规格繁多。它主要是由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成。3.2.2 PLC的工作原理与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成。在软件的控制下，PLC才能正常的工作。PLC的基本工作过程如下：（1） 输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点，读入各输入点的状态；（2） 执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算；（3） 输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。3.2.3 PLC的主要特点（1） 应用灵活、扩展性好（2） 操作方便（3） 标准化的硬件和软件设计、通用性强（4） 完善的监视和诊断功能（5） 控制功能强（6） 可适应恶劣的工业应用环境（7） 体积小、重量轻、性价比高、省电3.3 确定I/O信号数量，选择PLC类型根据本次设计的控制要求可知，PLC系统中需要两个启动信号，两个限位信号，一个总停信号，共计5个输入点；需要控制电动机M1、M3及电动机M2正反转，原位显示指示灯，共计5个输出点。同时考虑到PLC的控制规模、内存容量、结构形式、设备的通用性、特殊功能要求、价格等因素，系统选用SIEMENS S7-200系列PLC中的CPU222即可满足控制需要，并且能够为以后的生产工艺扩展、改进留有接口。3.4 I/O点的分配与编号控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号下限位信号限位开关1STI0.0上限位信号限位开关2STI0.1单周装卸信号常开按钮1SBI0.2连续循环信号常开按钮2SBI0.3总停信号常闭按钮3SBI0.4输出信号原位显示信号指示灯HLQ0.0装料控制信号装料电动机控制接触器1KMQ0.1上升信号电动机正转控制接触器2KMQ0.2下降信号电动机反转控制接触器3KMQ0.3卸料控制信号卸料电动机控制接触器4KMQ0.42.4 I/O 地址分配表3.5 绘制PLC控制系统梯形图本次设计PLC控制系统梯形图如下所示：3.6 PLC控制系统语句表编制本次设计PLC控制的语句表如下： Network 1 / 网络标题LD I0.0= M0.0Network 2 / 原位指示灯亮LD M0.0= Q0.0Network 3 / 单周装卸，装料LD I0.2O Q0.1A I0.0AN I0.4AN T37= Q0.1TON T37, 50Network 4 LD T37O M0.2AN Q0.2AN T38= M0.2Network 5 LD M0.2TON T38, 10Network 6 / 升降电动机正转，上升LD T38O Q0.2AN Q0.4AN M0.1= Q0.2Network 7 LD I0.1AN Q0.4= M0.1TON T39, 10Network 8 / 卸料电动机运行，卸料LD T39AN T40= Q0.4TON T40, 100Network 9 / 升降电动机反转，下降LD T40O Q0.3AN M0.0= Q0.3Network 10 / 连续循环，装料LD I0.3O M0.3AN I0.4= M0.3Network 11 LD M0.3A I0.0AN I0.2LPSAN T37= Q0.1LPPTON T37, 503.7绘制PLC应用系统电气接线图PLC与现场器件的实际连接图如下所示：结论本设计是分别利用继电器控制和PLC控制自动装卸线，了解了继电器控制设计的具体方法和PLC控制的优势。随着现代化进程的深入,PLC 将有更广阔的应用天地。从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。伴随着计算机网络的发展,可编程序控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用，更是具有显著的经济效益。通过采用PLC系统,方便地实现了对自动装卸线的控制，大量节约了人力物力，同时节省了大量的时间，避免了大量的重复性劳动，极大的提高了工作效率和生产安全，同时系统的自动化水平也随之提高,社会效益十分明显。设计总结和学别的学科一样，在学完机电传动控制理论课程后我们做了课程设计，本次设计每人一个题目。我做的是自动装卸线控制系统设计。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习，我基本学会了继电器控制和PLC控制设计的基本步聚和基本方法。通过这次设计实践，我学会了PLC的基本设计方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些