PLC课程设计：装卸料小车PLC控制设计.docx

电气控制与plc课程设计题目：装卸料小车plc控制设计 院 系：工学院电气与电子工程系专 业：自动化 班 级：1202 姓 名：张胜磊 学 号：201202022010 指导教师：王美春 二一五 年 六 月plc课程设计任务书一、基本情况 学时：1周 学分：1学分 适应班级：自动化1201-1202，电气工程1201-1204二、进度安排本设计共安排1周，合计30学时，具体分配如下：实习动员及准备工作： 1学时总体方案设计： 4学时硬件设计： 10学时软件设计： 10学时撰写设计报告： 4 学时总结： 1学时教师辅导： 随时 三、基本要求1、课程设计的基本要求电气控制与plc课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括总体方案选择，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图，应用程序。程序设计是课程设计的关键环节，通过进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标。课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。2、课程设计的教学要求电气控制与plc课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到6次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每3-4名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。四、设计题目及控制要求题目：装卸料小车plc控制设计要求：小车的运行由三相异步电动机控制，小车的车门和料斗的车门由电磁铁控制，当电磁铁得电时，料斗门或斗门打开，失电时关闭。1、手动控制要求（1）小车向前运行： 小车在料斗下面时不能向前运行，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，按下向前运行按钮，小车向前进，当小车行至料斗下时，碰到前限位开关时应停下来。（2）小车向后运行： 小车在a地点时不能后退，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，料斗门未关闭时不能运行，按下向后运行按钮时，小车向后运行至a地点时，小车碰到后限位开关应停下来。（3）料斗门打开控制： 小车必须在b点料斗门下时，才能打开料斗门，以避免将料卸在地上。按一下料斗门打开按钮，控制料斗门的电磁铁得电，斗门打开，延时10秒种后电磁铁失电斗门关闭。（4）车门打开控制： 小车必须在a地点时，才能打开车门，以保证将料卸在规定地点。按一下车门打开按钮，控制车门的电磁铁得电，车门打开，延时10秒种后电磁铁失电，车门关闭。2、.单周期运行控制要求小车在a地点，并且在车门关好的情况下，按一下向前运行按钮。小车就从a地点运行到b地点停下来，然后料斗门打开装料10秒钟，之后小车自动向后行到a地点停止，车门打开卸料4秒钟后，车门关闭。3、自动循环控制方式要求小车在a地点时，按一下向前运行按钮，小车将自动重复单周期运行过程，断开运行开关时，小车将在完成一个循环之后，结束运行。在手动控制方式下不能运行，单周期，双周期和自动运行方式，反之，在单周期，双周期和自动运行方式下也不能进行手动控制。五、设计报告设计完成后，必须撰写课程设计报告。设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于2000字，图形绘制规范。设计报告的格式如下： 1、封面 2、摘要 3、目录4、正文(1) 所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；(2) 方案选择及论证；(3) 硬件电路设计及描述（包括硬件的选型及电路图、输入输出接线图等的设计）；(4) 软件设计流程及描述（流程图及文字说明）；(5) 源程序代码及调试；5、心得体会 6、参考文献 六、考核方法电气控制与plc技术课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。 考核分三个方面进行：平时表现20%；设计过程25%；设计报告 40%；设计答辩15%。有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理： 1、设计期间累计迟到、早退达8次； 2、设计期间累计旷课达6节； 3、设计报告雷同率超过50%或无设计报告； 4、不能完成设计任务，达不到设计要求。摘 要本次设计课题为“装卸料小车plc控制设计”，早期运料小车电气控制系统多为接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作，将plc应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用，plc运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，可靠性和可维护性好，易于安装、维修和改造等优点。随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化自动化。本次设计以装卸料小车控制系统为中心，从控制系统的硬件设备组成、软件选用到系统的设计过程。此次设计主要内容包括：工作过程分析，i/o分配，主电路，梯形图，流程图，指令表，接线图，程序分析等, 经过多次修改和调试，最终实现题目要求。设计采用西门子s7-300去实现设计要求。关键字：plc 装卸料小车 单循环 自动循环 仿真调试目录第1章 绪论11.1 plc的定义11.2 plc的特点11.3 plc的基本组成11.3.1 中央处理单元（cpu）11.3.2 存储器（ram和rom）21.3.3 输入/输出模块（简称为i/o模块）21.3.4 电源部分21.3.5 编程器2第2章 设计要求及内容3第3章 硬件介绍53.1 电动机主电路图53.2 i/o地址分配表53.3 plc外部接线图6第4章 软件设计74.1 装卸料小车控制系统流程图74.2 装卸料小车plc设计梯形图8第5章 系统调试11总结14参考文献15第1章 绪论1.1 plc的定义plc是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算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1。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由cpu(中央处理单元)、存储器(ram和rom)、输入/输出模块(简称为i/o模块)、编程器和电源五大部分组成。1.2 plc的特点plc之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的：1)功能齐全，它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；2)应用灵活， 其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；3)操作方便，维修容易，稳定可靠。尽管plc有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时2。1.3 plc的基本组成plc是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。1.3.1 中央处理单元（cpu）cpu在plc中的作用类似于人体的神经中枢，它是plc的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务：（1）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；（2）诊断电源、plc内部电路的工作状态和编程的语法错误；（3）用扫描的方式接收输入信号，送入plc的数据寄存器保存起来；（4）plc进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；（5）将用户程序的执行结果送至输出端3。21.3.2 存储器（ram和rom）存储器是用来储存系统程序、用户程序与数据的，故plc的存储器有系统存储器和用户存储器两大类。（1） 系统存储器：系统存储器用于存放系统程序（相当于计算机的操作系统，用户不能更改）。（2） 用户存储器：用户存储器通常由用户程序存储器和功能存储器组成。用户程序存储器一般用ram存放用户程序。功能存储器用ram存放运行中的各种数据4。1.3.3 输入/输出模块（简称为i/o模块）i/0单元也称为i/0模块。plc通过i/0单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时cpu从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件5。1.3.4 电源部分plc一般使用220v的交流电源，内部的开关电源为plc的中央处理器、存储器等电路提供5v，+12v，+24v的直流电源，使plc能正常工作。电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的cpu，通常电源封装到机壳内部;对于模块式plc，有的采用单独电源模块，有的将电源与cpu封装到一个模块中6。1.3.5 编程器编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。1.4 plc应用领域plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业7。 第2章 设计要求及内容图2-1 装卸料小车工作示意图一辆小车在a,b两点之间运行，在a,b两点各设一个限位开关，如图所示，小车在a点时（后限位开关受压动作），操作控制按钮可使小车向前行至料斗下碰到前限位开关，停止，装料后再返回a地将料卸下。小车要求有3种控制方式：（1）手动控制方式，（2）单周期运行控制方式，（3）自动循环运行控制方式。1、手动控制方式在手动控制方式下，可用4个控制按钮控制小车的向前、向后运行，以及车门的打开和料斗门的打开。小车的运行由三相异步电动机控制，小车的车门和料斗的车门由电磁铁控制，当电磁铁得电时，料斗门或斗门打开，失电时关闭。（1）小车向前运行：小车在料斗下面时不能向前运行，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，按下向前运行按钮，小车向前进，当小车行至料斗下时，碰到前限位开关时应停下来。（2）小车向后运行：小车在a地点时不能后退，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，料斗门未关闭时不能运行，按下向后运行按钮时，小车向后运行至a地点时，小车碰到后限位开关应停下来。（3）料斗门打开控制：小车必须在b点料斗门下时，才能打开料斗门，以避免将料卸在地上。按一下料斗门打开按钮，控制料斗门的电磁铁得电，斗门打开，延时10秒种后电磁铁失电斗门关闭。（4）车门打开控制：小车必须在a地点时，才能打开车门，以保证将料卸在规定地点。按一下车门打开按钮，控制车门的电磁铁得电，车门打开，延时10秒种后电磁铁失电，车门关闭。2、单周期运行控制要求小车在a地点，并且在车门关好的情况下，按一下向前运行按钮。小车就从a地点运行到b地点停下来，然后料斗门打开装料10秒钟，之后小车自动向后行到a地点停止，车门打开卸料4秒钟后，车门关闭。3、自动循环控制方式要求小车在a地点时，按一下向前运行按钮，小车将自动重复单周期运行过程，断开运行开关时，小车将在完成一个循环之后，结束运行。在手动控制方式下不能运行，单周期，双周期和自动运行方式，反之，在单周期，双周期和自动运行方式下也不能进行手动控制。第3章 硬件介绍3.1 电动机主电路图装卸料小车由1台三相异步电动机控制，当电机正转时，小车向前运行，电机反转时，小车向后运行。电动机正反转主电路图如图3-1所示：图3-1 电动机主电路图3.2 i/o地址分配表该控制系统有1个启动按钮开关、2个限位开关、4种控制方式、向前运行按钮、向后运行按钮、车门打开按钮、斗门打开按钮共10个输入点。这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相异步电动机一个。电机有正转和反转两个状态，分别对应向前运行和向后运行，此外，还有一个输出控制斗门电磁铁和输出控制车门电磁铁，所以输出点应该有4个。对应的地址分配如表1所示：表3-1 i/o分配表序号外部设备地址1运行按钮i0.02前限位开关i0.13后限位开关i0.24手动方式i0.35自动方式i0.46单循环方式i0.57双循环方式i0.68向前运行按钮i0.79向后运行按钮i1.010车门打开i1.111斗门打开i1.212向前运行q0.013向后运行q0.114斗门电磁铁q0.215车门电磁铁q0.33.3 plc外部接线图小车控制系统有1个启动按钮、2个限位开关、4种控制方式、向前运行按钮、向后运行按钮、车门打开按钮、斗门打开按钮共10个输入点。这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相异步电动机一个。电机有正转和反转两个状态，分别对应向前运行和向后运行，此外，还有一个输出控制斗门电磁铁和输出控制车门电磁铁，所以输出点应该有4个，plc输入输出接线图如图3-2所示：. 图3-2 plc外部接线图第4章 软件设计4.1 装卸料小车控制系统流程图装卸料小车手动控制方式流程：按下向前按钮向前运行，是否到达b点，到达则装料，反之则继续向前。装料10秒后向后运行，是否到达a点，到达则开始卸料，反之则继续向后运行，经过卸料10秒钟后，按下运行开关则过程结束，反之继续循环运行。 装卸料小车手动控制方式的运动流程图如图4-1所示：图4-1 装卸料小车手动控制方式流程图4.2 装卸料小车plc设计梯形图手动控制：单循环：自动循环：第5章 系统调试根据所设计的关于搅拌控制的梯形图，选用plc的仿真软件进行仿真，具体步骤如下：（1） 下载梯形图（2） 点击运行（3） 进行调试手动控制：按下向前运行按钮即i0.7得电后，向前运行输出得电，plc输出q0.0工作状态指示灯亮，小车向前运行。 当小车运行至b点时前限位开关动作即i0.1动作，plc输出q0.0工作状态指示灯灭，小车停在b点。按下向后运行按钮即i1.0得电后，向后运行输出得电，plc输出q0.1工作状态指示灯亮，小车向后运行。 当小车运行至a点时前限位开关动作即i0.2动作，plc输出q0.1工作状态指示灯灭，小车停在a点。按下斗门打开按钮即i1.2得电后，斗门电磁铁得电，plc输出q0.2工作状态指示灯亮，斗门打开开始装料。斗门装料10s后t0动作，plc输出q0.2工作状态指示灯灭，装料停止。按下车门打开按钮即i1.1得电后，车斗门电磁铁得电，plc输出q0.3工作状态指示灯亮，车门打开开始卸料。车门卸料10s后t1动作，plc输出q0.3工作状态指示灯灭，卸料停止。单周期：按下单循环方式按钮和向前运行按钮即i0.5和i0.7得电后，plc输出q0.0工作状态指示灯亮，小车向前运行至b点前限位开关处即i0.1得电，plc输出q0.0工作状态指示灯灭同时q0.2工作状态指示灯亮，斗门打开开始装料，10s后t2动作同时装料停止，q0.2工作状态指示灯灭，q0.1工作状态指示灯亮，小车向后运行至a点后限位开关处即i0.2得电，plc输出q0.1工作状态指示灯灭同时q0.3工作状态指示灯亮，车门打开开始卸料，4s后t3动作同时卸料停止。自动循环：按下自动循环方式按钮和向前运行按钮即i0.4和i0.7得电后，plc输出q0.0工作状态指示灯亮，小车向前运行至b点前限位开关处即i0.1