加热炉自动送料控制系统设计说明书

课程设计（论文） 题目： 加 热 炉 的 自动 送 料 控 制 系 统 设 计 设计名称： 机电传动控制 班 级学号： 学 生姓名： 指 导教师 2012 年 12 月 24 日 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 成 绩 评 定 表 学生姓名 班级学号 专 业 机械设计制造及其自动化 课程设计题目 加热炉自动送料 控制系统设计 评 语 组长签字： 成绩 日期 201 年 月 日 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 课程设计任务书 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 班级学号 课程设计题目 加热炉自动送料控制系统设计 实践教学要求与任 务 : 1.设计内容： 1）完成课程设计指导书所要求的控制循环。 2）按停止按钮，立即停止。 3）要求可以实现回原点、单周期、连续控制。 2.设计要求： 1）画出端子分配图和顺序功能图 2）设计并调试 PLC 控制梯形图 3）设计说明书 工作计划与进度安排 : 1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案 1 天 2） PLC 梯形图设计与调试 4 天 3）说明书撰写 1 天 4）答 辩 1 天 指导教师： 2012年 11 月 27 日 专业负责人： 2012 年 11月 27 日 学院教学副院长： 201 年 月 日 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 目录 0 前言 . 1 1 课程设计的任务和要求 . 2 1.1 课程设计题目 . 2 1.2 设计内容 . 3 1.3 设计要求 . 3 2 总体设计 . 4 2.1 PLC 的选型 . 4 2.2 PLC 外部接线图 . 5 2.3 I/O 端子分配图 . 6 3 PLC 程序设计 . 7 3.1 设计思想 . 7 3.2 顺序功能图 . 8 3.3 PLC 梯形图 .11 4 调试说明 . 26 5 总结 . 27 6 参 考文献 . 28 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 1 0 前言 加热炉自动控制（ automatic control of reheating furnace） 对加热炉的出口温度、燃烧过程、联锁保护等进行的自动控制。早期加热炉的自动控制仅限控制出口温度，方法是调节燃料进口的流量。现代化大型加热炉自动控制的目标是进一步提高加热炉燃烧效率，减少热量损失。为了保证安全生产，在生产线中增加了安全联锁保护系统。 自动化学科有着光荣的历史和重要的地位， 20世纪 50年代我国政 府就十分重视自动化学科的发展和自动化专业人才的培养。 现在，世界上有很多非常活跃的领域都离不开自动化技术，比如机器人、月球车等。另外，自动化学科对一些交叉学科的发展同样起到了积极的促进作用，例如网络控制、量子控制、流媒体控制、生物信息学、系统生物学等学科就是在系统论、控制论、信息论的影响下得到不断 的发展。在整个世界已经进入信息时代的背景下，中国要完成工业化的 任务还很重，或者说我们正处在后工业化的阶段。 工业加热炉的炉温应当按照生产工艺要求维持在一定的数值。但是 炉的热负荷经常在变化 (例如常常要打开炉门取出已加热的工件和送入 冷的工件 )，在这种条件下要靠自动控制技术准确控制炉温，保持炉温的 误差很小。而靠人力调整则难以做到，从而会造成能源的浪费甚至影响 产品质量。 人们每年都把许多重量达到吨级的人造地球卫星准确送入位于数百千米乃 至数万千米高空的预先计算好的轨道，并一直保持其姿态正确，也就是使它的太阳能电池帆板保持指向太阳，使它的无线电天线保持指向地球。这只有依靠先进 的自动控制技术才能做到。 然而在国际形势日益复杂、科学技术日益进步的今天，人造地球卫星和宇宙 飞船已经不能完全满足 需要，近年来出现的“空天飞行器”要求既能在大气层外飞 行，又能在返回大气层以后转为像飞机那样自主地高速航行，而不像人造卫星或 宇宙飞船那样在返回大气层以后只能被动地降落地面。研制这种“空天飞行器”必须解决的技术难题之一就是智能自主控制技术。 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 2 1 课程设计的任务和要求 1.1 课程设计题目 加热炉的自动送料控制系统 机械系统包括自动台车、机械臂起吊装置、冷却槽和夹紧装置四部分。控制动作主要包括：台车的前进后退、机械臂的上升下降、夹钳的夹紧松开、冷却槽的前进后退。示意图如图所示。 动作控制要 求： 启动装料台取料装料 1#炉夹钳冷却装料台取料装料 2# 1#炉加热完毕 炉台车退到 1#炉 1#炉出料卸料台卸料夹钳冷却 2#炉加热完毕 装料台取料装料 1#炉台车前进到 2#炉 2#炉出料 卸料台卸料 图 1 送料系统示意图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 3 1.2 设计内容 （ 1）完成课程设计指 导 .所要求的控制循环 。 （ 2）按停止按钮 .立即停止 。 （ 3）要求可以实 .回原点、单周期、连续控制。 1.3 设计要求 （ 1）画出端子分配图和顺序功能图 （ 2）设计并调试 PLC 控制 梯形图 （ 3）设计说明书 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 4 2 总体设计 2.1 PLC 的选型 西门子公司的 SIMATIC S7-200 系列属于小型 PLC，即可用于代替继电器的简单控制场合，也可用于复杂的自动化控制系统。 PLC 的控制主机，使用西门子 S7 200 系列作为整个系统的主控制机。 我们使用的是 18 输入 /8 输出共 26 个数字量的 I/O 点的 CPU 选用 S7 200 CPU226 AC/DC/继电器 1、本机数字输入： 24 路数字量输入 2、本机数字输出： 16 路数字量输出 3、最大的数字量 I/O： 256 4、最大的模拟量 I/O： 32AI/32AO 5、扩展模块的数量： 7 个模块 6、内部存储器位： 256 位 7、定时器总数： 256 定时器 8、计数器总数： 256 计数器 L 1L 2L 3Q SF U 1 F U 2K M 1K M 2F RM图 2 电动机示意图 由于加热炉自动送料控制系统设计的控制要求中，既要左行又要右行，既要上升又要下降，也就是要求加热炉自动送料控制系统得做正反两个方向的运动，而这些，都是通过电动机的正反转来实现的，因此我们选择的控制电路为异步电动机的正反转控制电路。 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 5 2.2 PLC 外部接线图 图 3 PLC 外部接线图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 6 2.3 I/O 端子分配图 图 4 I/O 端子分配 图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 7 3 PLC 程序设计 3.1 设计思想 设计 PLC 应用系统时，首先是进行 PLC 应用系统的功能设计，即根据被控制对象的功能和工节要求，明确系统必须要做的工作和必备的条件。然后是进行PLC 应用系统功能分析，即通过分析系统功能，提出 PLC 控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。最后根据系统分析的结果，具体的确定 PLC 的机型和系统的具体配置。其控制系统的设计思想及其步骤如下：（ 1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和被控要求，如控制的本方式，操作方式。 （ 2）根据被控对象对 PLC 控制系 统的功能要求和所需要的输入、输出信号的点数等，选择合适类型的 PLC。 （ 3）根据控制要求所需的用户输入、输出设备，确定 PLC 的 I/O 点数，并设计I/O 端口的接线图。 （ 4）根据生产工艺要求，画出系统工作循环图表。 （ 5）根据系统工作循环图表设计出梯形图。 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 8 3.2 顺序功能图 M 0 . 0M 0 . 1M 0 . 2M 0 . 3M 0 . 4M 0 . 5M 0 . 6M 0 . 7M 1 . 0M 1 . 1M 1 . 2Q 0 . 1Q 0 . 4Q 0 . 0Q 0 . 3Q 0 . 1Q 0 . 5Q 0 . 0Q 0 . 2Q 0 . 6Q 0 . 1M 1 . 3M 1 . 4M 1 . 5M 1 . 6M 1 . 7M 2 . 0M 2 . 1M 2 . 2M 2 . 3M 2 . 4M 2 . 5I 2 . 1T 3 7Q 0 . 1Q 0 . 7Q 0 . 1Q 0 . 4Q 0 . 0Q 0 . 3Q 0 . 1Q 0 . 5Q 0 . 0Q 0 . 2I 1 . 7I 1 . 3I 2 . 1I 1 . 0I 1 . 7I 0 . 5I 1 . 1T 3 7I 1 . 7I 1 . 2I 0 . 7I 1 . 7I 2 . 1I 1 . 0I 1 . 7I 1 . 5 I 1 . 3I 2 . 0I 1 . 4I 0 . 7I 0 . 0 I 0 . 5 I 1 . 7I 2 . 113 4沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 9 M 2 . 6M 2 . 7M 3 . 0M 3 . 1M 3 . 2M 3 . 3M 3 . 4M 3 . 5M 3 . 6M 3 . 7M 4 . 0Q 0 . 4Q 0 . 0Q 0 . 2Q 0 . 1Q 0 . 5Q 0 . 0Q 0 . 2Q 0 . 6Q 0 . 1T 3 7M 4 . 1M 4 . 2M 4 . 3M 4 . 4M 4 . 5M 4 . 6M 4 . 7M 5 . 0M 5 . 1M 5 . 2M 5 . 3I 0 . 7Q 0 . 0Q 0 . 7Q 0 . 1Q 0 . 4Q 0 . 0Q 0 . 3Q 0 . 1Q 0 . 5Q 0 . 0Q 0 . 3Q 0 . 1Q 0 . 1I 2 . 1I 1 . 1I 2 . 0T 3 7I 2 . 1I 1 . 7I 1 . 4 I 1 . 6I 1 . 7I 1 . 3I 0 . 7I 0 . 6I 2 . 1I 1 . 7I 1 . 2I 2 . 1I 1 . 7I 1 . 0I 1 . 7I 0 . 5I 2 . 1I 1 . 012343 4沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 10 M 5 . 4M 5 . 5M 5 . 6M 5 . 7M 6 . 0M 6 . 1Q 0 . 0Q 0 . 2Q 0 . 1Q 0 . 5Q 0 . 0Q 0 . 4I 1 . 7M 6 . 2 Q 0 . 2I 0 . 4 I 1 . 7连 续单 周 期I 0 . 7I 2 . 1I 0 . 6I 1 . 0I 0 . 3 I 1 . 7I 0 . 5 S M 0 . 123 4图 5 顺序功能图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 11 3.3 PLC 梯形图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 12 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 13 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 14 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 15 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 16 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 17 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 18 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 19 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 20 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 21 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 22 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 23 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 24 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 25 图 6 PLC 梯形图 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 26 4 调试说明 当运行主程序时，在任意时刻按下停止按钮，程序立即停止运行，仿真时输出灯灭，但是，当运行回原点的子程序时候，按下停止按钮，程序并没有响应，依然正常运行，并 能回到原点，经过仔细检查梯形图，分析并修改梯形图后，发现设置停止过程的网络时还没有加入回原点的子程序，所以在计算停止后应该有多少线圈复位的时候，未计算子程序的三个线圈，所以，运行主程序的过程中任意时刻按下停止按钮，程序便停止运行，当运行子程序时，按下停止按钮，程序未响应，所以在将停止按钮后的复位线圈数量加上三之后，便符合了任意时刻按下停止按钮便立即停止的要求。 沈阳理工大学课程设计专用纸 No 沈阳理工大学 27 5 总结 经过 1 周的实训，使我学会了很多。在这 1 周里，我和我的小组完成了实训项目。首先我学会了团队合作，没有我们组一起的努 力，也就没有最终的成果。在这次实训当中，我负责整报告、画图这些部分，这也是我第一次接触到 Visio这个软件，通过老师的教导，我学会了如何去将项目的一些电路图和分布图完成，这让我受益匪浅。 在这次的实训当中，我对 PLC 的使用也有了近一步的了解，虽然我们组分工明确，但在程序编写或者调试的时候，大家都参与了进来，也互相弥补着自己的不足。我本来对一些 PLC 梯形图的编写不太熟练，也对项目分析得不太准确，但是有了老师和组员的帮助，我还是有着不少的了解，但还是存在着自己的不足