中南大学网络教育课程考试机械电子学试题.doc

2015年第一学习阶段试题：设计一个如图所示的自动进给平台，具体要求如下：（100分）（1）采用交流异步电动机驱动平台的进给。（2）平台的进给方向为水平方向，平台的最大行程为30cm，平台运动到左右两端后自动反向。（3）采用PLC作为控制器。（4）给出传感器和主要元器件的具体选型及其技术指标。（5）给出系统工作原理图，硬件接线图，程序流程图和控制程序，撰写相应的设计报告。 机械电子学 第2页 共 5 页一、 总体方案根据题目要求总体方案设计如下，选择两个传感器位置分布如图1所示。图1 总体方案示意图根据题意要求，设计了一套自动进给平台，其系统具体工作原理如下：（1）本自动进给平台是通过电机传动，由PLC自动控制动作的装置。（2）平台两端有行程开关，前进到限定位置后，自动退到原位，当到达回位限位时，自动前进，循环往复，自动运行。（3）当需要停止时，按图3中SB3时，即可停止自动运行。二、 传感器的选择及主要元器件的选型：表1 传感器的选择及主要元器件的选型名称型号或规格数量可编程控制器FX2N-64MR1交流接触器CJ10-202按钮LA10-3H1行程开关（传感器）ME-81082继电器JZC33F2热继电器FRTR-5-N/3 6-12A1熔断器FU1RT18-101熔断器FU2RT18-2三相异步电动机Y112M-4-22KW1三、 设计步骤1控制案例当接触到左传感器，给电机正转信号，电动机正转运行；给反转信号，电动机反转运行；给停止信号，无论电动机正转还是反转，都要停止运行。即电动机的控制能实现正反停。另外，为了保护电机，还设置了过载保护。2I/O信号分配输入输出信号分配如表2所示。表2 输入输出信号分配表输 入（I）输 出（O）元件功能信号地址元件功能信号地址按钮SB1电机正转X0电动机正转Y0按钮SB2电机反转X1电动机反转Y1按钮SB3电机停止X3FR1过载保护X23可编程控制器的硬件接线图如图3 图3 电动机正反转控制的PLC外部接线图机械电子学 第3页 共 5 页4程序流程图经过分析，流程图如下：图3 电动机正反转控制流程图机械电子学 第 4 页 共 5 页5梯形图及指令见图4图4 PLC控制的电动机正反转梯形图及指令表解题分析报告:（1）电动机正反转的主电路中，交流接触器KM1和KM2的主触点不能同时闭合，并且必须保证，一个接触器的主触点断开以后，另一个接触器的主触点才能闭合。 （2）为了做到上面一点，梯形图中输出继电器Y0、Y1的线圈就不能同时带电，这样在梯形图中就要加程序互锁。即在输出Y0线圈的一路中，加元件Y1的常闭触点；在输出Y1线圈的一路中，加元件Y0的常闭触点。当Y0的线圈带电时，Y1的线圈因Y0的常闭触点断开而不能得电；同样的道理，当Y1的线圈带电时，Y0的线圈因Y1的常闭触点断开而不能得电。（3）为了保证电动机能从正转直接切换到反转，梯形图中必须加类似按钮机械互锁的程序互锁。即在输出Y0线圈的一路中，加反转控制信号X1的常闭触点；在输出Y1线圈的一路中，加正转控制信号X0的常闭触点。这样能做到电动机正反转的直接切换。当电动机加正转控制信号时，输入继电器X0的常开触点闭合，常闭触点断开。常闭触点断开反转输出Y1的线圈，交流接触器KM2的线圈失电，电动机停止反转，同时Y1的常闭触点闭合，正转输出继电器Y0的线圈带电，交流接触器KM1的线圈得电，电动机正转。当电动机加反转控制信号时，输入继电器X1的常开触点闭合，常闭触点断开。常闭触点断开正转输出Y0的线圈，交流接触器KM1的线圈失电，电动机停止正转，同时Y0的常闭触点闭合，反转输出继电器Y1的线圈带电，交流接触器KM2的线圈得电，电动机正转。（4）在PLC的输出回路中，KM1的线圈和KM2的线圈之间必须加电气互锁。主要是避免当交流接触器主触点熔焊在一起而不能断开时，造成主回路短路情况的出现。（5）电动机的过载保护一定要加在PLC控制电路的输入回路中，当电动机出现过载时，热继电器的常开触点