plc课程设计--基于PLC的自控轧钢机的控制系统.doc

题目 控制系统控制系统 课程名称 工厂电气控制及工厂电气控制及 PLC 课程设计课程设计 院部名称 机电工程学院机电工程学院 专业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班级 学生姓名 学号 课程设计地点 课程设计学时 指导教师 金陵科技学院教务处制 成绩成绩 目录目录 摘要摘要 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 11 1 相关背景知识相关背景知识 1 1 1 21 2 课程设计的目的课程设计的目的 1 1 1 31 3 课程设计的要求课程设计的要求 1 1 1 41 4 课程设计的任务课程设计的任务 2 2 第二章第二章 轧钢机的控制系统轧钢机的控制系统 4 4 2 12 1 轧钢机整体框架轧钢机整体框架 4 4 2 22 2 轧钢机的工作过程轧钢机的工作过程 4 4 2 32 3 控制方案及流程图控制方案及流程图 5 5 2 42 4 轧钢机的主电路控制轧钢机的主电路控制 6 6 第三章轧钢机控制系统第三章轧钢机控制系统 PLCPLC 硬件设计硬件设计 7 7 3 13 1 PLCPLC 硬件结构硬件结构 7 7 3 23 2 控制系统控制系统 I OI O 地址分配地址分配 7 7 3 33 3 控制系统接线图控制系统接线图 8 8 3 43 4 PLCPLC 的机型及的机型及 I OI O 模块的型号模块的型号 8 8 3 53 5 系统的系统的 I OI O 配置配置 8 8 第四章第四章 轧钢机控制系统轧钢机控制系统 PLCPLC 软件设计软件设计 9 9 4 14 1 PLCPLC 软件结构软件结构 9 9 4 24 2 梯形图设计梯形图设计 1010 4 34 3 基本基本 PLCPLC 语句对应指令语句对应指令 1212 4 44 4 系统调试系统调试 1313 第五章第五章 课程设计总结课程设计总结 1616 参考文献参考文献 1717 I 基于 PLC 的自控轧钢机的控制系统 摘要 随着科学技术的发展 电气控制技术在各领域 特别在机电控制领域取得 了长足的发展 也得到了越来越多的应用 可编程控制器 PLC 是以微处理器为 基础 综合了计算机技术 半导体技术 自动控制技术 数字技术和网络通信 技术发展起来的一种通用工业自动控制装置 PLC 的一般特点 抗干扰能力强 可靠性极高 编程简单方便 使用方便 维护方便 设计 施工 调试周期短 易于实现机电一体化 其总的发展趋势是 高功能 高速度 高集成度 大容 量 小体积 低成本 通信组网能力强 轧钢机控制系统就是采用 PLC 为控制 核心的自动控制系统 应用此控制系统能显著提高劳动效率 减少劳动强度 可编程控制器 PLC 以其可靠性高 灵活性强 使用方便的优势 迅速占领了工 业控制领域 关键词 PLC 自动 控制 轧钢 0 第一章 绪论 1 1 相关背景知识 随着科学技术的不断发展 自动控制技术在我国的日新月异 继电器控制 系统已跟不上时代的发展要求 取而代之的是可编程控制器 以 PLC 构成的自 动控制轧钢机系统已在工业中广泛应用 可编程控制器是在继电器控制的基础上逐渐发展起来的以微处理器为核心 集微电子技术 自动化技术 计算机技术 通信技术为一体 以工业自动化控 制为目标的新型控制装置 目前已在工业 农业 商业 交通运输领域得到广 泛应用 成为各行业的通用控制核心产品 正在向更加可靠 操作简单 通用 性强 价格低廉的方向发展 使自动控制实现起来更容易 在一般的工业制造 厂常设置轧钢机 钢材用于高楼大厦的建筑 由于当前可编程序控制器 PLC 技 术已日趋成熟 因而考虑利用它来实现轧钢控制 1 2 课程设计的目的 通过对轧钢机的结构和工作过程的调查研究 使学生明确生产工艺对电气控制提出 的各项要求 根据这些要求 进行基本的原理设计 工艺设计和操作设计 使 学生在课程设计的全过程中 进一步明确设计任务中的各项要求 建立课程设 计工作的整体概念 从工程环境 实现手段和操作方式的各个环节入手来设计 控制程序 通过不断的调试和完善程序设计 最终能够满足这些要求 1 了解轧钢机控制装置的设计方法 步骤和设计原则 2 学以致用 巩固书本知识 通过训练 使学生初步设计具有电气控制 装置的能力 从而培养学生独立工作和创造的能力 3 进行一次工程技术的基本训练 培养学生查阅书籍 参考资料 产品 手册 工具书的能力 上网查询信息的能力 运用计算机进行工程绘图的能力 编制技术文件的能力等 从而提高学生解决实际工程技术问题的能力 1 3 课程设计的要求 1 了解轧钢机控制装置的机构与工作过程 2 认真分析课题的控制要求 并进行工艺流程分析 画出工艺流程图 1 3 确定控制方案 设计轧钢机控制装置的主电路 4 应用 PLC 设计电气控制装置的控制程序 可分为 5 个步骤 选择 PLC 的机型及 I O 模块的型号 进行系统配置并校验主机的电 源负载能力 根据工艺流程图绘制顺序功能图 列出 PLC 的 I O 分配表 画出 PLC 的 I O 接线图 设计梯形图并进行必要的注释 输入程序并进行室内调试及模拟运行 5 选择电气元件的型号和规格 列出电气元件明细表 选择电气元件时 应优先选用优质新产品 6 绘制正式图样 要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图 用 STEP 7 Micro Win32 编程软件编写梯形图 要求图幅选择合理 图 字体排列 整齐 图样应按电气控制图国家标准有关规定绘制 7 阐明设计任务及设计过程 附上设计过程中有关计算及说明 说明操 作过程 附上所有的图表 所用参考资料的出处 全文要求文字通顺 简练 字迹端正 整洁 1 4 课程设计的任务 1 4 1 控制要求 所设计的电路实现的功能 当启动开关 SD 接通 电机接通电源且电机 M2 运行 传送钢板 检测传送 带上有无钢板的传感器 S1 的信号 按下按钮 S1 表示有钢板 且电机 M1 运行 延时 4 秒 Y1 给一个向下压力量 C 亮 且电机 M3 正转 MZ 灯亮 检测传 送带上钢板到位后的传感器 S2 的信号 按下按钮 S2 表示钢板到位 且电机 M3 反转 MF 灯亮 延时 4 秒 Y1 给两个向下压力量 C B 亮 延时 4 秒 Y1 给三个向下压力量 C B A 亮 电机 M3 正转 MZ 灯亮 检测传送带上钢 板到位后的传感器 S2 的信号 按下按钮 S2 表示钢板到位 电磁阀 YU1 动作 YU1 灯亮 送走钢板 延时 5 秒后 A B C 灯及电机 M1 YU1 复位 即停止 工作 1 4 2 系统分析 为了实现上述要求 首先列出 PLC 的 I O 分配表 并画出 PLC 的 I O 接线 图 然后选择 PLC 的机型及 I O 模块的型号 进行系统配置并校验主机的电源 负载能力 根据控制要求 编写梯形图及语句表 调试程序直到准确无误 2 1 4 3 硬件设计 1 采用模块化程序结构设计硬件 2 列出 PLC 的 I O 分配表 并画出 PLC 的 I O 接线图 3 选择 PLC 的机型及 I O 模块的型号 进行系统配置并校验主机的电 源负载能力 1 4 4 软件设计 1 采用模块化程序结构设计软件 首先将整个软件分成若干功能模块 2 编写控制系统的逻辑关系图 3 绘制各种电路图 4 编制 PLC 程序并进行模拟调试 5 现场调试 6 编写技术文件并现场试运行 3 第二章 轧钢机的控制系统 2 1 轧钢机整体框架 下图 2 1 为控制系统的整体结构 图 2 1 2 2 轧钢机的工作过程 当启动开关 SD 接通 电机接通电源且电机 M2 运行 传送钢板 检测传送 带上有无钢板的传感器 S1 的信号 按下按钮 S1 表示有钢板 且电机 M1 运行 延时 4 秒 Y1 给一个向下压力量 C 亮 且电机 M3 正转 MZ 灯亮 检测传 送带上钢板到位后的传感器 S2 的信号 按下按钮 S2 表示钢板到位 且电机 M3 反转 MF 灯亮 延时 4 秒 Y1 给两个向下压力量 C B 亮 延时 4 秒 Y1 给三个向下压力量 C B A 亮 电机 M3 正转 MZ 灯亮 检测传送带上钢 板到位后的传感器 S2 的信号 按下按钮 S2 表示钢板到位 电磁阀 YU1 动作 YU1 灯亮 送走钢板 延时 5 秒后 A B C 灯及电机 M1 YU1 复位 即停止 工作 如图 2 2 所示 4 图 2 2 2 3 控制方案及流程图 下图 2 3 为本轧钢机控制设计方案的流程图 5 图 2 3 2 4 轧钢机的主电路控制 下图 2 4 为轧钢机控制系统的主电路部分 6 图 2 4 7 第三章 轧钢机控制系统 PLC 硬件设计 3 1 PLC 硬件结构 下图 3 1 为 PLC 硬件的逻辑结构图 图 3 1 3 2 控制系统 I O 地址分配 根据控制系统的要求 控制系统应具备的输入 输出点数 名称 代码及地 址编号如表 3 2 所示 表表 3 23 2 I OI O 地址分配表地址分配表 序号输入地址输入点序号输出地址输出点 1 启动按钮 SD I0 01 电机 M1 Q0 1 2 检测开关 S1 I0 12 电机 M2 Q0 2 3 检测开关 S2 I0 23 A 灯 Q0 3 4 B 灯 Q0 4 5 C 灯 Q0 5 6 电机 MZ Q0 6 7 电机 MF Q0 7 8 电磁阀 YU1 Q1 0 8 3 3 控制系统接线图 下图 3 3 为 PLC 的接线图 图 3 3 3 4 PLC 的机型及 I O 模块的型号 根据控制要求 本设计只需要数字量控制 不需要模拟量控制 共需要数 字量输入点三个 数字量输出点七个 从实际性地角度应选择 S7 200 作为 主控制器 CPU 模块应选择 CPU224 CPU224 集成了 14 点输入 10 点输出 共有 24 点数字量 I O 它可连接 7 个扩展模块 最大扩展至 168 点数字量 I O 或 35 路模拟量 I O CPU224 有 13KB 程序和数据存储空间 6 个独立的 30Hz 高速计数器 2 路独立的 20Hz 高速脉冲输出 具有 PID 控制器 CPU224 配有 1 个 RS 485 通信编程口 具有 PPI 通信 MPI 通信和自由方式通信能力 是具有较强控制能力的小型控制器 3 5 系统的 I O 配置 输入 I0 0 SD 启动 停止开关 输出 Q0 1 M1 启动 I0 1 S1 检测有无轧件 Q0 2 M2 通电 I0 2 S2 检测有无轧件到达 Q0 3 A 三次压力量 Q0 4 B 两次压力量 Q0 5 C 一次压力量 Q0 6 MZ 电机 3 正转 Q0 7 MF 电机 3 反转 Q1 0 YU1 打开电磁阀 9 第四章 轧钢机控制系统 PLC 软件设计 4 1 PLC 软件结构 在可编程序控制中 PLC 的软件分为两大部分 1 系统监控程序 用于控制可编程控制器本身的运行 主要由管理程序 用户指令解释程序和标准程序模块 系统调用 2 用户程序 它是由可编程序控制器的使用者编制的 用于控制被控装置 的运行 PLC 的工作方式 采用循环扫描方式 在 PLC 处于运行状态时 从内部处 理 通信操作 程序输入 程序执行 程序输出 一直循环扫描工作 由于 PLC 是扫描工作过程 在程序执行阶段即使输入发生了变化 输入状 态映象寄存器的内容也不会变化 要等到下一周的输入处理阶段才能改变 循 环扫描过程如下图 3 1 所示 10 图 4 1 11 4 2 梯形图设计 12 13 4 3 基本 PLC 语句对应指令 14 4 4 系统调试 根据电气接线图安装接线 用编程工具将用户程序输入计算机 经过反复编 辑 编译 下载 调试 运行 直至运行成功 调试结果如下图所示 1 按下启动 停止开关 SD 电机接通电源且电机 M2 运行 传送钢板 2 检测传送带上有无钢板的传感器 S1 的信号 按下按钮 S1 表示有钢板 且电机 M1 运行 15 3 3 时间继电器延时 4 秒后 Y1 给一个向下压力量 即 C 亮 且电机 M3 正 转 即 MZ 灯亮 4 检测传送带上钢板到位后的传感器 S2 的信号 按下按钮 S2 表示钢板 到位 且电机 M3 反转 MF 灯亮 延时 4 秒 Y1 给两个向下压力量 CB 亮 16 5 延时 4 秒 Y1 给三个向下压力量 C B A 亮 电机 M3 正转 MZ 灯亮 17 18 6 检测传送带上钢板到位后的传感器 S2 的信号 按下按钮 S2 表示钢板到位 电磁阀 YU1 动作 YU1 灯亮 送走钢板 7 延时 5 秒后 A B C 灯及电机 M1 YU1 复位 即停止工作 19 第四章 课程设计总结 两周的课程设计时间很快就过去了 自己的小设计最终得以完善 当看到 自己设计的东西演示成功的时候 一种小小的成就感油然而生 下面就是我对 本次设计的一点心得体会 本次课程设计安排在专业课程学习之后 毕业设计之前 内容涉及主要专 业课程和一些专业基础课程 是具有专业性和综合性地课程设计 通过本次课 程设计使我进一步熟悉了 PLC 的编程方法以及利用梯形图编程的一些技巧 对 于梯形图的编制首先要熟悉控制设备的方法以及控制的过程 明白其中的关键 所在 其次要仔细研究设备的控制过程 耐心的理清每一步的控制目的 画出 程序的流程图 最后就是进行程序的编写 编写完成的程序要反复进行调试 找出程序中存在的漏洞 再对程序中的不足进行修改 在满足控制要求的前提 下尽量简化程序 设计过程中通过老师的指导与帮助 我树立正确的设计思想 学习和掌握 了 PLC 梯形图设计的基本方法 逐渐培养独立分析和解决问题的能力及解决实 际工程设计的基本技能 学习查阅资料的技能 虽然顺利的完成了课程设计 但我明显的感觉到自己知识的不足和实