卷烟厂风力送丝设备控制系统计说明书

课 程 设 计 （ 论 文 ） 题 目 ： 卷 烟 厂 风 力 送 丝 设 备 控 制 系 统 设 计 名 称 ： 机 电 传 动 控 制 班 级 学 号 ： 1001011101 学 生 姓 名 ： 代 文 萍 指 导 教 师 ： 李 岩 任 晓 虹 2012 年 12 月 24 日 2 2 成 绩 评 定 表 学生姓名 代文萍 班级学号 1001011101 专 业 机械设计制造及 其自动化 课程设计题目 卷烟厂风力送丝设备 控制系统设计 评 语 组长签字： 成绩 日期 201 年 月 日 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 代文萍 班级学号 1001011101 课程设计题目 卷烟厂风力送丝设备控制系统设计 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）要求可以同时控制两台烟丝装料机。 3）按停止按钮，完成当前循环后再停。 4）要求可以实现手动、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：李岩 任晓虹 2012 年 11 月 27 日 专业负责人：陈白宁 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 I 目录 前言 1 1 概述 2 2 课程设计的任务和要求 3 2.2 控制过程及要求: .4 3 总体设计 5 3.1 装料机中元器件选择 .5 3.2 电动机直接启动控制电路 .6 3.3 PLC 端子接线 7 3.3.1 I/O 端子分配图 .7 3.3.2 外部端子接线图 8 4 PLC 程序设计 .9 4.1 设计思想 .9 4.2 顺序功能图 .10 4.3 梯形图 .11 5 程序调试说明 21 6 结束语 22 7 参考文献 23 沈阳理工大学课程设计专用纸 1 前言 上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系统，正以迅猛的势头快速发 展，是目前世界上最新型的控制系统。现场总线控制系统是目前自动化技术中 的一个热点，正受到国内外自动化设备制造商与用户越来越强烈的关注。现场 总线控制系统的出现，将给自动化领域带来又一次革命，其深度和广度将超过 历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。自动控制的研究有利于将人类从 复杂危险繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。自动控制是工程科 学的一个分支。它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值 接近我们想要的值。从方法的角度看，他以数学的系统理论为基础。我们今天 称作自动控制是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。 150 多年前第一代过程控制体系是基于 513psi 的气动信号标准（气动控 制系统 PCS， Pneumatic Control System） 。简单的就地操作模式，控制理论初步 形成，尚未有控制室的概念。 第二代过程控制体系是基于 010mA 或 420mA 的电流模拟信号，这一 明显的进步，在整整 25 年内牢牢地统治了整个自动控制领域。它表征了电气自 动控制时代的到来。控制理论有了重大发展，三大控制论的确立奠定了现代控 制的基础；控制室的设立，控制功能分离的模式一直沿用至今。 第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）.70 年代开始了数 字计算机的应用，产生了巨大的技术优势，人们在测量，模拟和逻辑控制领域 率先使用，从而产生了第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System） 。 这个被称为第三代过程控制体系是自动控制领域的一次革命，它充分发挥了计 算机的特长，于是人们普遍认为计算机能做好一切事情，自然而然地产生了被 称为“集中控制”的中央控制计算机系统，需要指出的是系统的信号传输系统 依然是大部分沿用 420mA 的模拟信号，但是时隔不久人们发现，随着控制的 集中和可靠性方面的问题，失控的危险也集中了，稍有不慎就会使整个系统瘫 痪。所以它很快被发展成分布式控制系统（DCS） 。 2 2 1 概述 PLC 可编程序控制器： PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文 全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业 环境应用而设计的。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。 DCS 集散系统: DCS 英文全 称 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全称为集散型控制系统。DCS 可 以解释为在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用的，尽量将控制所造成的危 险性分散,而将管理和显示功能集中的一种自动化高技术产品。DCS 一般由五部 份组成：1：控制器 2：I/O 板 3：操作站 4：通讯网络 5：图形及遍程软件。 沈阳理工大学课程设计专用纸 3 2 课程设计的任务和要求 2.1 课程设计题目: 卷烟厂风力送丝设备控制系统设计 图 1 送丝设备工作示意图 4 4 2.2 控制过程及要求: 1. 初始状态 风机通电开始，给烟丝管道送风，KM 线圈通电。 2. 进料及送料过程 按下启动按钮 SB1，装料机按以下规律循环工作： a.1#装料机下落料器光电开关 SQ2 接通，1#装料机回风电磁阀用于装料机的 1 打开，1#装料机开始进料，当料位达到上落料器光电开关 SQ1 位置时，1#装料 机回风电磁阀关闭。 b. 2#装料机下落料器光电开关 SQ6 接通，2#装料机回风电磁阀打开，2#装料机 开始进料，当料位达到上落料器光电开关 SQ5 位置时，2#装料机回风电磁阀关 闭。 c.1#装料机下料仓光电开关 SQ4 接通时，1#装料机翻板门电磁阀打开， 1#装料 机料仓进料，当料仓料位达到上料仓光电开关 SQ3 位置时 1#装料机翻板门电磁 阀关闭。 d. 2#装料机下料仓光电开关 SQ8 接通时，2#装料机翻板门电磁阀打开，2#装料 机料仓进料，当料仓料位达到上料仓光电开关 SQ7 位置时 1#装料机翻板门电磁 阀关闭。 3.停止 按下停止按钮 SB2，须在完成本次循环后才停止工作（停在初始状态） 。 沈阳理工大学课程设计专用纸 5 3 总体设计 3.1 装料机中元器件选择 1. PLC 主机：选择西门子 S7-200 系列 PLC 226 AC/DC 继电器输出作 为此装料机装料过程控制系统的控制主机。 2. 光电开关（SQ1.SQ2.SQ3.SQ4.SQ5.SQ6.SQ7.SQ8）:用于判断落料器和料 仓中的料位高度。 3. 启动按钮 SB1：用于装料机的初始上电工作； 停止按钮 SB2：用于装料机的整个工作的结束。 4. 主风机 KM：用于控制风力的供给与否； 1#装料机回风电磁阀 YV1：用于控制 1#装料机落料器的进给与否； 1#装料机翻板门电磁阀 YV2：用于控制 1#装料机料仓的进给与否； 2#装料机回风电磁阀 YV3：用于控制 2#装料机落料器的进给与否； 2#装料机翻板门电磁阀 YV4：用于控制 1#装料机料仓的进给与否。 5. 电动机的选择：根据卷烟厂送丝系统的风机的工作情况，这属于工业用 的一般的电动机，固我们可以选择三相异步交流电动机，而电动机更加详细 的性能参数，则按照卷烟厂的设置的生产效率来进行选择； 6 6 3.2 电动机直接启动控制电路 图 2 电动机主电路 沈阳理工大学课程设计专用纸 7 3.3 PLC 端子接线 3.3.1 I/O 端子分配图 图 3 I/O 端子分配图 8 8 3.3.2 外部端子接线图 图 4 外部接线图 沈阳理工大学课程设计专用纸 9 4 PLC 程序设计 4.1 设计思想 这题目最为困难的是考虑两个装料器都要给落料器装料的情况，于是， 我们可以先让 1#装料器的落料器装料，再让 2#装料器的落料器装料。在两 个装料器工作时，如果落料器在工作，翻板门不能打开，也就是说，落料 器和料仓工作要有时间差，根据实际，应该是先让落料器工作，当落料器 的料装满是，料仓再进行判断是否需要装料。在下班前，要把两个落料器 的料都要送到两个料仓，这又需要我们要单独设置一个清空的程序，让工 人们下班断电前，能把落料器的料全都送到料仓，在实现清空的过程，又 需要我们再设置一个定时器，来满足把两个落料器里的料全都送到两个料 仓。任务书还要求设置一个单周期，手动和连续，单周期和连续我们可以 考虑在同一个程序中进行，而手动需要我们再设置一个程序来单独的进行 手动的控制两个装料器 10 10 4.2 顺序功能图 图 5 顺序功能图 沈阳理工大学课程设计专用纸 11 4.3 梯形图 12 12 沈阳理工大学课程设计专用纸 13 14 14 沈阳理工大学课程设计专用纸 15 16 16 沈阳理工大学课程设计专用纸 17 18 18 沈阳理工大学课程设计专用纸 19 20 20 图 6 梯形图 沈阳理工大学课程设计专用纸 21 5 程序调试说明 遇到的问题 1：在仿真的过程中，没有按下运行按钮，使 CPU 不能处于 RUN 状态，因此，在按下各个控制按钮时，小灯只显示输入而没有输出。 解决办法：按下启动按钮，使 CPU 处于 RUN 状态，对应不同的输入会有 不同的输出。 遇到的问题 2：仿真过程中，CPU 控制面板上的指示灯会根据输入有对应 的输出，但是在梯形图中观察不到运行状态，原因是工具栏中的跟踪状态按钮 没有打开。 解决办法：打开跟踪状态按钮，梯形图中会显示运行状态。 遇到的问题 3：在运行打开回风电磁阀的动作时，只有对应的 Q0.1 和 Q0.3 的指示灯亮，而控制要求是在回风电磁阀打开时风机是启动的。 解决办法：在梯形图中添加置位指令，使之在回风电磁阀打开时电机是打 开的。 22 22 6 结束语 可编程控制器（PLC ）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发 展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为 核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量 和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。 如今，PLC 在我国各个工业领域中的应用越来越广泛。在就业竞争日益激 烈的今天，掌握 PLC 设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门 专业技术。 任何生产机械电气控制系统的设计，都包括两个基本方面：一个是满足生 产机械和工艺的各种控制要求，另一个是满足电气控制系统本身的制造、使用 以及维修的需要。因此，电气控制系统设计包括原理设计和工艺设计两个方面。 前者决定一台设备使用效能和自动化程度，即决定着生产机械设备的先进性、 合理性，而后者决定着电气控制设备生产可行性、经济性、外观和维修等方面 的性能。 在现代控制设备中，机-电、液-电、气-电配合得越来越密切，虽然生产机 械的种类繁多，其电气控制设备也各不相同，但电气控制系统的设计原则和设 计方法基本相同。 在最大限度满足生产设备和生产工艺对电气控制系统要求的前提下，力求 运行安全、可靠，动作准确，结果简单、经济，电动机及电气元件选用合理， 操作、安装、调试和维修方便。 虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体 的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做课程设计 的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不 会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。 讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可 以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计 的过程中最好要不停的改善自己解决问