B100型棒材探伤传动装置控制系统设计.doc

电气控制与plc课程设计说明书题 目： b100型棒材探伤传动装置控制系统设计 专业班级： 自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 评语：成绩：指导老师签名： 日期： 目 录1 系统概述 21.1 分析b100型棒材探伤传动装置 21.2 设计的目的及要求 22 方案论证 32.1 继电器控制系统 32.2 单片机控制系统 32.3 plc控制系统 33 硬件设计 43.1 系统原理 43.2 主电路 43.3 i/o分配 53.4 i/o接线图 63.5 plc控制原理 63.6 元器件选型 7 3.6.1 plc选型 7 3.6.2 上下料电动机和水泵电动机选型 9 3.6.3 按钮选型 10 3.6.4 其他低压电器元件的选型 103.7 元件清单 124 软件设计 124.1 主程序 124.2 梯形图 135 系统调试 155.1软件调试 155.2 硬件调试 15设计心得 17参考文献 18附图a plc控制接线图 191 系统概述1.1 分析b100型棒材探伤传动装置探伤传动装置由上料机构、下料机构、冷却装置和超声波探伤装置组成，其中超声波探伤装置在此不做研究，只研究传动装置的控制系统。传动装置中上料机构与下料机构均由三相异步电动机提供动力，冷却装置由水泵电动机提供动力，所以此次设计是由plc控制三台电动机形成棒材稳定传动功能的系统。b100型棒材探伤传动装置示意图如图1.1所示。图1.1 b100型棒材探伤传动装置示意图1.2 设计的目的及要求本设计的主要目的是以三菱fx2n系列plc（可编程逻辑控制器）为核心控制三台电动机及其相关外围电路组成的控制电路，使其通过对几个开关按钮的控制来实现对三台电动机的启动、停止、正转、反转的控制，从而设计出传动装置控制系统，实现对棒材的传动。b100型棒材超声探伤检测传动装置采用3台电机，分别为：上料系统：动力：三相异步电机1.5kw,1450r/min；下料系统：动力：三相异步电机1.5kw，1450r/min；水泵：动力：水泵电机90w，220v。设计具体要求如下：(1) 上料电动机要求具有正转、反转、停止的功能，分别设置一个按钮;(2) 下料电动机要求具有正转、反转、停止的功能，分别设置一个按钮;(3) 水泵电动机要求具有正转、停止的功能，分别设置一个按钮；(4) 传动装置可以单独控制，也可以由系统总启动和总停止按钮实现这三台电动机的同时启动和停止。(5) 系统采用plc控制。2 方案论证此次设计主要涉及对控制系统对两台三相异步电动机和一台水泵电动机的控制，控制方案有很多种，主要有继电器控制系统，单片机控制系统和plc控制系统，每个系统都有优缺点，所以要对这三种系统进行论证选择。2.1 继电器控制系统继电器控制系统是通过把各种继电器、定时器、接触器及其触头按一定逻辑关系连接起来组成的控制系统，用于控制各种生产机械。由于它结构简单、容易掌握、价格便宜，能在一定范围内满足控制要求，因而使用面很广。但是，继电器控制系统，体积大、动作速度慢、功能少，难以实现比较复杂的控制，由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象需要改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。此次设计中若用继电器控制系统则接线过于复杂，且不具备扩展性。2.2 单片机控制系统单片机就是一个没有外设的微型计算机，需要与其它的元器件构成一个控制器，从而构成控制系统。单片机控制系统主要应用于微型、小型设备,用的是弱电，且体积小价格便宜，可编写复杂的优化程序。但是单片机自身保护差，抗干扰能力不强，编程不易掌握，编程设备繁琐，程序算法和可靠性验证困难，且单片机控制电机时，更改不方便，更改基本就要更改硬件。此次设计中若用单片机控制系统则编程过于复杂，且稳定性不可靠，功能扩展性不强。2.3 plc控制系统plc是一种专门用于工业环境的，以开关量逻辑控制为主的自动控制装置，可以与其他元器件构成控制系统。plc控制系统编程简单，可在现场修改程序；采用模块化结构，维护方便；可靠性高，抗干扰能力强；体积小、功耗低；可将数据直接送入管理计算机；并且在扩展时，原有系统只需做很小变更。此次设计中若采用plc控制系统，虽然稍微高一点，但接线较为简单，编程简单，稳定性好，具有较强的功能扩展性。综合三种方案，根据此次设计的特点及要求，从成本，接线复杂程度，编程复杂程度，稳定性等综合方面考虑，采用plc控制系统最为合适。3 硬件设计3.1 系统原理plc控制系统通过控制面板上不同的按钮，实现对不同电动机的控制，按下按钮，对plc输入指令，然后plc再根据这些指令进行输出指令，从而对不同的电动机进行控制，使其启动、停止、正转或者反转。总启动和总停止同时控制三个电动机的启动与停止，上料正转、上料反转和上料停止分别控制上料三相异步电动机的正转、反转和停止，下料正转、下料反转和下料停止分别控制下料三相异步电动机的正转、反转和停止。系统原理框方图如图3.1所示。图3.1 系统原理方框图3.2 主电路根据系统要求画出主电路原理图，上料电动机与下料电动机均具有正反转和停止功能，水泵电动机具备启动和停止功能，且有总启动和总停止按钮来同时控制三台电动机的启动和停止。主电路原理图如图3.2所示。图3.2 主电路原理图3.3 i/o分配i/o分配表如表（一）所示。元件i/o号功能定义元件i/o号功能定义i/o号功能定义sb1x0总启动sb7x6上料停止y0水泵控制sb2x1总停止sb8x7下料正转y1上料正转控制sb3x2水泵启动sb9x10下料反转y2上料反转控制sb4x3水泵停止sb10x11下料停止y4下料正转控制sb5x4上料正转fr1x12上料过载控制y5下料反转控制sb6x5上料反转fr2x13下料过载控制y6总信号灯控制表 （一）3.4 i/o接线图plc i/o接线图如图3.4所示。图3.4 i/o接线图3.5 plc控制原理根据主电路原理图，按要求画出plc控制原理图（i/o接线图）。plc控制原理图如图3.5所示。图3.5 plc控制原理图3.6 元器件选型3.6.1 plc选型目前生产plc的厂家较多。但能配套生产，大、中、小、微型均能生产的不算太多。较有影响的，在中国市场占有较大份额的公司有：德国西门子公司：它有ss系列的产品。有ss95u、100u、115u、135u及155u。135u、155u为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。最近还推出s7系列机，有s7-200（小型）、s7-300（中型）及s7-400机（大型）。性能比s5大有提高。 日本omron公司：它有cpm1a型机，p型机，h型机，cqm1、cvm、cv型机，ha型、f型机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长，在中国及世界市场，都占有相当的份额。 美国ge公司、日本fanac合资的gefanac的9070机也是很吸引人的。据介绍。它具有25个特点。诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。它有914、781782、771772、731732等多种型号。另外，还有中型机9030系列，其型号有344、331、323、321多种；还有9020系列小型机，型号为211。 美国莫迪康公司(施奈德)的984机也是很有名的。其中e984785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点。小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点，在最大与最小之间，共20多个型号。 美国ab（alienbradley）公司创建于1903年，在世界各地有20多个附属机构，10多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的plc5系列是很有名的，其下有plc5/10，plc5/11，plc5/250多种型号。另外，它也有微型plc，slc500即为其中一种。有三种配置，20、30及40i/o配置选择，i/o点数分别为12/8、18/12及24/16三种。 日本三菱公司的plc也是较早推到我国来的。其小型机fi前期在国内用得很多，后又推出fxz机，性能有很大提高。它的中、大型机为a系列。ais、azc、a3a等。 日本东芝公司也生产plc，其ex小型机及explus小型机在国内也用得很多。它的编程语言是梯形图，其专用的编程器用梯形图语言编程。另外，还有ex100系列模块式plc，点数较多，也是用梯形图语言编程。 国内plc厂家规模多不大。最有影响的算是无锡的华光。、它也生产多种型号与规格的plc，如su、sg等，发展也很快，在价格上很有优势。本设计依据上述各类plc的性能特点，在功能满足要求的前提下，综合考虑可靠性、经济性、使用维修方便等各方面因素，最后选用三菱的fx系列plc，其中fx2n子系列是fx家族中比较先进的子系列，具有执行速度快，通信功能齐，全内置式24v直流电源，快速断开端子块，在线程序编辑，注册记录，远程维护等功能特点，再结合i/o点数，单元类型，输出形式的选择，故plc的型号确定为fx2n-32mr。3.6.2 上下料电动机和水泵电动机选型在车床控制系统运行中，电动机类型选择的原则是，在满足工作机械对于拖动系统要求的前提下，所选电动机应尽可能结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。因此，在选用电动机种类时，若机械工作对拖动系统无过高要求，应优先选用三相交流电异步动机，且该电动机维护方便。三相交流异步电动机的工作原理是基于定子旋转磁场（定子绕组内的三相电流所产生的合成磁场）和转子电流（转子绕组内的电流）的相互作用。在控制系统运行中，电动机的选择主要是容量的选择，如果电动机的容量选小了，一方面不能充分发挥机械设备的能力，使生产效率降低，另一方面电动机经常在过载下运行，会使它过早损坏，同时还出现启动困难、经受不起冲击负载等故障。如果电动机的容量选大了，则不仅使设备投资费用增加，而且由于电动机经常在轻载下运行，运行效率和功率因数都会下降。所以，要按要求对电动机进行选择。综合考虑，选择y90l-4三相异步电动机作为上下料电动机。y90l-4型三相异步电机功率：1.5kw，电压：380v，电流：3.7a，绝缘：b噪音：67db(a) 转速1400r/min。广泛适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场合和无特殊要求的机械设备上，如金属切削机床、泵、风机、运输机械、搅拌机、农业机械和食品机械等。具有高效、节能、起动转矩大、噪声低、震动小、可靠性高、使用维护方便等特点。水泵电动机种类很多，其中aob系列机床冷却泵，是一种浸渍式的三相电泵，适用于50赫芝或60赫芝，220-250伏或380-440伏任一频率和任一电压，它由封闭式交流三相异步电动机与单级离心泵组合而成。电泵整体用铝合金铸成，轻巧耐用；选用全封闭专用轴承。内装优质润滑脂，运行平稳；叶轮装有新颖橡胶密封圈和采用特殊设计，能有效地防止液体溢进电机内部；能输送具有一定粘度的液体（如机油等）。最适合做各种机床冷却液，润滑液循环主动力用，具有安装灵活、运行平稳可靠、噪音低、效率高、经久耐用等特点。此次设计选择aob-25高性能三相电泵作为水泵电动机。综上所述：选择y90l-4型三相异步电机功作为上下料电动机，生产厂家选为上海源力电机制造有限公司；选择aob-25三相异步电动机作为水泵电动机，生产厂家选为上海酷睿泵阀制造有限公司。3.6.3 按钮选型按钮的规格品种众多，目前生产的按钮产品有la2，la18，la19，lay3，lay7,lay39，等系列。（1） la2系列按钮适用于交流50hz或60hz，交流电压80v以下，直流电压220v以下的电磁起动器，接触器，继电器及其其它电气线路中做遥控之用，其中带灯按钮还适用于需要灯光信号指示的场所。（2） la18系列按钮适用于交流50hz或60hz，交流电压380v以下，直流电压220v以下的电磁起动器，接触器，继电器及其其它电气线路中做遥控之用，其中带灯按钮还适用于需要灯光信号指示的场所，指示灯有多种颜色可供选择。（3） la19系列按钮适用于交流50hz或60hz，交流电压380v以下，直流电压220v以下的电磁起动器，接触器，继电器及其其它电气线路中做遥控之用，其中带灯按钮还适用于需要灯光信号指示的场所，并带有紧急指示灯，但成本较高。（4） lay3系列按钮适用于交流50或60hz，电压至660v及直流电压至440v的电磁起动，接触器，继电器及其其它电气线路中做遥控之用，其中带灯按钮还适用于需要灯光信号指示的场所。（5） lay7系列按钮适用于交流50或60hz，电压至380v及直流电压至220v的电磁起动，接触器，继电器及其其它电气线路中的控制之用，其中带灯按钮还适用于需要灯光信号指示的场所。（6） lay39系列按钮适用于交流50hz，额定工作电压380v及以下或直流工作电压220v的工业控制电路中，作为磁力起动器、接触器、继电器及其它电气线路的控制之用，带有指示灯式按钮还适用于灯光信号指示的场合。依据上述的系列按钮的性能比较，综合各方面因素的考虑，最后选用la39系列按钮，型号lay39-11bn型，生产厂家定为浙江正泰电器股份有限公司。3.6.4 其他低压电器元器件的选择（1）接触器接触器是工业电气中用按钮或其他方式来控制其通断的自动开关。交流接触器由电磁线圈，静衔铁，动衔铁，静触点，动触点、灭弧装置和固定支架等部分组成。其原理是当接触器的电磁线圈通入交流电时，会产生很强的磁场使装在线圈中心的静衔铁吸动动衔铁，当两组衔铁合拢时，安装在动衔铁上的动触点也随之与静触点闭合，使电气线路接通。当断开电磁线圈中的电流时，磁场消失，接触器在弹簧的作用下恢复到断开的状态。在工业电气中，交流接触器的型号很多，电流在5a-1000a的不等，常用交流接触器的型号有cj20、cjx1、cj1和cj10等系列。在这次控制系统硬件的设计中，采用了nc1-12-10交流接触器，其额定电流应在控制电流的1.11.3倍之间。（2） 热继电器热继电器主要用于电气设备（电动机）的过负荷保护。热继电器势利用一种电流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性，主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护。 三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流(过载和断相)现象，如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电流是允许；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至会烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置电动机保护装置。 热继电器的选型原则：热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电动机的工作环境、起动情况、负载性质，等因素。星形接法的电动机可选用两相或三相结构的热继电器，三角形接法的电动机应选用带断相保护装置三相结构的热继电器。热继电器的动作电流整定值一般为电动机额定电流的1.051.1倍。此次设计采用jy36-10型热继电器。（3） 断路器最常见的负载有配电线路、电动机和家用与类似家用（照明、家用电器等）三大类。以此相对应的便有配电保护型、电动机保护型和家用及类似家用保护型的断路器。这三类断路器的保护性质和保护特性是不相同的。对配电型断路器而言，它有a类和b类之分：a类为非选择型，b类为选择型。所谓选择型是指断路器具有过载长延时、短路短延时和短路瞬时的三段保护特性。万能式（又称框架式）断路器中的dw15系列、dw17（me）系列、ah系列和dw40、dw45系列中大部分是b型，而dz5、dz15、 dz20、to、tg、cm1、tm30及hsm1等系列和万能式dw15、dw17的某些规格因仅有过载长延时 、短路瞬时的二段保护，它们是属于非选择型的a类断路器。此次设计选择dz20-32型作为主电路断路器，选择dz20-10型作为支路断路器。3.7 元件清单序号元件名称型号数量厂家价钱/元1plcfx2n-32mr1三菱2175.002三相异步电动机y90l-042上海源力345.003水泵电动机aob-251上海酷睿210.004接触器nc1-12105正泰电器50.005断路器dz20-105乐清市长城控制电器80.006断路器dz20-321乐清市长城控制电器80.007热继电器jr36-102正泰电器10.568按钮lay39-11bn4正泰电器9.209按钮lay39-11bn4正泰电器9.2010按钮lay39-11bn2正泰电器9.204 软件设计4.1 主流程棒材传动装置控制系统的总启动和总停止分别由按钮sb1和sb2控制；水泵电动机的启动和停止分别由按钮sb3和sb4控制；上料电动机的正转，反转和停止分别由按钮sb5，sb6和sb7控制；下料电动机的正转，反转和停止分别由按钮sb8,sb9和sb10控制。程序流程图如图4.1所示。图4.1 程序流程图4.2 梯形图控制程序梯形图如图4.2所示。图4.2 控制程序梯形图5 系统调试5.1 软件调试打开gx-developer软件，将上述梯形图程序输入编辑区，检查程序逻辑是否正确。若程序出现错误，则更改程序，重新输入检查；若程序无逻辑错误，则将该程序写入plc的ram，并调试运行该程序。5.2 硬件调试（1） 总启动和总停止的调试按总启动按钮x0，若信号灯y6亮，则总启动控制正常，否则系统出现错误；总启动正常时，再按总停止按钮x2，若y6熄灭，则总停止控制正常，否则系统出现错误。（2） 水泵电动机的控制调试总启动和总停止正常的情况下，先按总启动按钮，再按水泵电动机启动按钮x2，观察信号灯y0，若y0亮，则完成对水泵电动机的启动控制，否则系统出现错误；水泵电动机启动正常的情况下，启动水泵电动机，然后再按水泵停止按钮x3，观察信号灯y0，若y0熄灭，则完成对水泵电动机的停止控制，否则系统出现错误。（3）上料电动机的控制调试总启动和总停止正常的情况下，先按总启动按钮，然后按上料电动机正转控制按钮x4，观察信号灯y1，若y1亮，则完成对上料电动机的正转控制，否则系统出现错误；上料电动机正转运行时，按上料电动机停止控制按钮x6，观察信号灯y1，若y1熄灭，则完成对上料电动机的正转停止控制，否则系统出现错误；再按上料电动机反转控制按钮x5，观察信号灯y2，若y2亮，则完成对上料电动机的反转控制，否则系统出现错误；上料电动机反转运行时，按上料电动机停止控制按钮x6，观察信号灯y2，若y2熄灭，则完成对上料电动机的反转停止控制，否则系统出现错误。（4） 下料电动机的控制调试总启动和总停止正常的情况下，先按总启动按钮，然后按下料电动机正转控制按钮x7，观察信号灯y4，若y4亮，则完成对下料电动机的正转控制，否则系统出现错误；下料电动机正转运行时，按下料电动机停止控制按钮x11，观察信号灯y4，若y4熄灭，则完成对下料电动机的正转停止控制，否则系统出现错误；再按下料电动机反转控制按钮x10，观察信号灯y5，若y5亮，则完成对下料电动机的反转控制，否则系统出现错误；下料电动机反转运行时，按下料电动机停止控制按钮x6，观察信号灯y5，若y5熄灭，则完成对下料电动机的反转停止控制，否则系统出现错误。按照上述步骤，一步一步进行调试，若出现错误，则停下了，分析主电路和plc控制电路是否设计错误，若主电路和控制电路都没有问题吧，再检查程序是否编写正确，直到找出并改正错误。设计心得在已度过的大三的时间里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢,我想做类似的课程作业就为我们提供了良好的实践平台。设计过程