大专PLC课程设计案例.docx

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大专PLC课程设计案例

摘要

近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，针对具体应用对象的特点，配以其它器件来加以完善。

电气控制与PLC是本学期新开的一门技术课，也是非常重要的一门课，对于以后的工作有很大的帮助。

为了能更好的认识和理解PLC方面的知识，以便能更好的掌握PLC这门技术。

PLC课程组决定让我们完成一份PLC课程设计说明书。

这一周是PLC课程设计周，我要全面的投入课程设计当中，按时完成一份完整的并排版打印好的《PLC课程设计》说明书。

本课程设计是我经历了一周的时间，花费了很多的精力才完成的。

我设计的题目是“PLC的Y/△启动控制设计”,此次设计主要内容包括:

工作过程分析,梯形图,接线图,电气原理图及情况说明,由于是第一次写PLC课程设计,经验还不是很丰富,可能写的还不是很完美,还望任课老师们及同学们提出宝贵的意见和建议

关键词：

PLC的Y/△启动控制设计

摘要……………………………………………………………………………1

一、已知情况、控制要求、设计要求…………………………………………4

1、已知情况……………………………………………………………………2

2、控制要求……………………………………………………………………3

3、设计要求……………………………………………………………………4

二、总体设计思路……………………………………………………………5

三、程序设计及调试…………………………………………………………11

1、PLC的选型及I/0分配图…………………………………………………6

2、拟定程序的SFC顺序功能图……………………………………………10

3、梯形图、程序工作过程简析及编程元件明细表………………………11

四、电气设计…………………………………………………………………16

1、PLC外部接线原理图……………………………………………………16

2、交通灯顺控设备电气接线线原理图……………………………………16

3、交通灯顺控设备电气元件明细表………………………………………17

五、安装、接线、及系统联合测试……………………………………………18

六、后期工作…………………………………………………………………19

1、操作过程简要说明………………………………………………………19

2、常见故障及排除方案……………………………………………………19

3、编写并提交（课程）设计说明书…………………………………………20

七、尚存在的问题及方案建议………………………………………………21

八、课程设计总结……………………………………………………………22

九、致谢………………………………………………………………………23

十、参考文献………………………………………………………………24

二、已知情况、控制要求、设计要求

图1.1某PLC-YΔ启动装置-工作过程示意图

1.已知情况

某焊条生产设备由1台Y系列三相异步电动机驱动，该电动机规格为7.5ＫＷ、380V、15A，额定接法为“Δ接法”，轻载不频繁起动。

根据生产设备工作方面及其它方面的需要，初步拟定与生产设备配套的“PLC-YΔ启动装置”的主要工作过程（工作流程）如图9.3-1所示。

2.工序及控制要求

根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要满足如下工序及控制要求：

启钮[短时按下]→电动机[Y形启动、定时2.5秒]

Y形定时[到]且Y形接触器[测定已动作]→Y形接触器[0态、拆除Y形连接]

延时[0.3sec]→Δ形接触器[1态、改成Δ连接]、电动机[Δ形运行]；

停钮[短时按下]→电动机[断电停车]；

电动机[过载]→热继电器[反时限动作]→电动机[断电免烧]。

3.设计要求

根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：

（1）要求本次设计的控制装置采用PLC技术实现；

（2）要能完全满足控制要求；

（3）要按照电气设计惯例，提供短路、过载、联锁等故障保护措施；

（4）本次设计的控制装置应由操作屏、电气控制箱（柜）等部分组成，要尽量与生产设备进行一体化安装，具体安装尺寸另行商定；

（5）操作屏上要有完整的信号指示（含电源、启动、停止、故障等指示）；

（6）要按照设计惯例，提供完整的设计说明书（电子书1份、书写或印刷书1份）。

因本次设计时间紧，程序设计及调试部分、电气设计部分要求具体到位，柜屏设计部分不作要求。

三、总体设计思路

根据已知情况、控制要求、设计要求，本液压组合机床的PLC-控制装置的设计可按照“大而化小，分而治之”的思路，划分为以下5个部分，依序进行，各部分的设计任务分配如下:

（1） 程序设计及调试

拟采用切换法，完成程序的设计，并在实验室环境中进行模拟调试；

（2）电气设计

完成电气线路原理图、元件位置图、接线图、互连图、元件明细表的设计；

（3）*柜屏设计

完成电气元件安装图、控制箱（柜）、操作的设计

（40*安装、接线、联合测试

完成电气元件的安装、接线、并对程序与线路进行联合测试；

（5）后期工作

说明操作过程、拟定常见故障排除方案、编写设计说明书等。

下面按照这个总体设计思路的任务安排，逐步展开。

四、程序设计及调试

1、PLC选型及I/O分配图

根据设计要求、控制要求，选定PLC的型号为：

EC-16M16R

它是我国科威公司生产的E系列PLC（与三菱FX2N系列兼容），拥有16路输入、16路（继电器）输出，而本例实际只需要15路输入、13路输出，输出留有约1/3的余量，输出所留余量超出1/3，完全满足要求；拥有8K步的内存容量，而本例用户程序的容量估计在20步左右，完全够用；支持内置CANbus、485、232通信功能，有利于今后与其它设备进行联网通信

图1.2PLC-YΔ启动装置的I/0分配图。

2划分“工作步，明确PLC输出端外接元件的动作状态

根据电动机Y/△启动的工序、控制要求及I/O分配图，划分“工作步”及明确输出端外接元件的动状态，如表1.3

序号

工作步

KM0

KMY

KM△

HL1

HL2

HL3

0

停止

0

0

0

×

×

×

1

Y启

1

1

0

亮

×

×

2

△运

1

0

1

×

亮

×

3

热保护

0

0

0

×

×

亮

注：

1—1戊，动作状态；0—0态，复位状态

3、拟定程序的SFC顺序功能图

拟定程序的SFC顺序功能图如图1.4所示。

本顺控程序的初始程序、切换程序、定时程序及输出程序的梯形图分别如图1.5～图1.8所示。

由上述可得Y/△启动的指令表如图1.9所示

4、Y/△启动-编程元件明细表2.0

编程元件编号

功能

参数及附注

输入继电器　　　　　　　　　X□□

X0

过载热保护信号FR0

X1

停止信号SB1

X2

启动信号SB2

输出继电器Y□□

Y0

控制KM0

电动机M1总控制

Y1

——

Y2

控制KMY

电动机M1星开连接

Y3

控制KM△

电动机M1三角开连接

Y4

M1星启指

Y5

M1三运指示

Y6

M1热保指示

定时器T□□

T0

M1星启定时

K25（2.5S）

5、录入、保存程序，并在“实验室模拟环境”中调试程序

在计算上启动FXGP或GX编程软件，将上图所示梯形图程序录入到计算中；并以“Y/△启动”为名，将该程序保存于D盘上，以备后用

该程序在“实验室模拟环境”中调试按照下表的安排进行。

若调试出现“逻辑性错误”，则需要重新修改程序。

Y/△启动程序在硬模拟环境中的调试顺序安排、调试记录及调试结论2.1

序号

切换条件

工作步

KM0（KA0）

KMY（KA2）

KM△（KA3）

HL1

HL2

HL3

结论

0

设备送点之后

停止

0

0

0

×

×

×

通过

1

SB2【按下，松开】

Y启

1

1

0

亮

×

×

通过

2

T0【2.5s到，1态】

△运

1

0

1

×

亮

×

通过

3

SB1【按下，松开】

停止

0

0

0

×

×

×

通过

*FR0【1态】

*热保护

0

0

0

×

×

亮

通过

五、电气设计

1拟定电气原理图（含PLC外部接线原理图）

根据图（I/O分配）、元件动作、科威EC-08M08R型PLC接线端子图及设计要求的相关规定，采用“3接触器方案”，对三相鼠笼型异步电动机实施Y/△启动控制，参加设计惯例，最终设计出控制原理图，如图所示2.2

该原理如下设计要求如下。

（1）整台设备采用空开QF作为总电源开关，拉闸这后，使设备与电源完全断开，确保设备不带电；PLC未加装分电源开关，以简化操作过程。

（2）主电路采用空开QF实现短路保护，主电路短时，过流脱扣器动作，使空开自动跳闸；1#PLC供电路及负载电路分别采用熔断器FU1、FU2实现短路保护。

（3）电动机M1采用热继电器FR0实现过载保护，将FR0的3个发热元件分别与M1的3套绕组相串联，以确保3个发热元件的发热状态分别与3套绕组的发热状态完全一致。

（4）对KMY与KM△两接触线圈实施“硬互锁”，以防止Y-△切换时出现“边相短路故障”

（5）空开QF[合上]→电源HL[点亮]，警示操作员整台己带电，请注意安全。

该电气线路的工作过程与前期程序设计部分对程序的工作过程的分析相吻合。

2．0拟定元件布置图、接线图、互连图

根椐电气控制原理图，拟定控制箱元件布置图、操作元件布置图及接线图、控制箱主电路线图、控制箱辅助电路，如图书2.3

控制箱—元件布置图2.4

操作屏——元件布置图、接线图

控制箱——主电路——接线图2.5

控制箱——辅助电路——接线图2.6

3对电气元件进行选择，确定“电气元件明细表”

下表为本设计的“电气元件明细表”。

下面以表中主要设备、元件的型号规格的选择原则及选用的理由进行扼要说2.7

序号

文字符号

名称

型号

规格

单位

数量

备注

1

M1

电动机

Y112M-2

380V;4kW，8.2A,7倍

台

1

△接法，6端接头

2

1＃PLC

PLC

EC-08M08R

8路入8路出

台

1

*黄石科威

3

KM0KMYKM

通电接触器Y形接触器△形接触器

CJ20-16/03

主触点16A380V线圈AC220V

台

3

（AC-3）10A4kW启65VA/47.6W持8.3VA/2.6W*正泰电器

4

FR0

热继电器

JR20-16L

座体16A660V热元件3.6~5.4A3相待断相保护

个

1

·△形相电流4.7A·整定值4.7AL-独立安装*正泰电器*虎牌集团

5

QF

空开

DZ20Y-100/32002-20A

壳架电流100A额定电流In=20A2-保护电动机用

个

1

200-带瞬时脱扣器2-瞬时脱扣整定12In*正泰电器

6

FU1FU2

1#PLC保险负载保险

RT18-32/2

座体32A400V熔体2A

个

2

1#PLC内含2A保险负载启动电流0.6A

7

SB1

停止按钮

LA39-11/r

φ22mm，红

个

1

*上海二厂

8

SB2

停止按钮

LA39-11/g

φ22mm，绿

个

1

1常开，2常闭

9

HL

电源灯

AD16-16/g31

16mm圆头，绿AC220V

个

1

In=16mA*上海二厂

10

HL1

星启灯

AD16-16/y31

黄

个

1

11

HL2

三运灯

AD16-16/g31

绿

个

1

12

HL3

过载灯

AD16-16/r31

红

个

1

13

XT1XT2

端子板

套

XT1需24个端子XT2需12个端子

14

主电路导线

BV500

2.5㎜2单芯，黑

500V铜芯塑料线*（北京）神州永立

15

交流控制线

BV500

1mm2单芯，红

500V铜芯塑料线

六、安装、接线、及系统联合测试

按照元件安装图安装元件；参考原理图，按照接线图完成“板内接线”；参考原理图，按照互连图，完成板间、柜间接线。

最后，对程序系统与电气系统进行联合测试，详细步骤略。

如不满足要求，再回去修改程序或检查接线，直到满足要求为止

七、后期工作

1、操作过程简要说明

操作过程可有链图的格式，简要说明如下。

（1）电源开关QF[合闸]→电源灯HL[亮]。

（2）启动按钮SB2[短时按下]→星启灯HL1[亮]电动机M1[启动]。

定时[2.5]→星启HL1[暗]三运灯HL2[亮]电动机[全压运行]。

（3）停车按钮SB1[短时按下]→电动机M1[断电停止]。

（4）电动机M1[过载]→热继电器RF0[反时限动作]→M1[断电免烧]。

（5）电源开关QF[拉闸]→电源灯HL[暗]。

PLC-Y/△启动装置常见故障及其排除方案2.8

序号

故障现象

可能原因

排除方案

备注

1

电源总开关[合上]

电源灯HL[不亮]

1.电源灯HL[损坏]

2.第3路火线[存在开路

1.更换HL

2.查相关接线端

2

热故障灯HL3[亮]，

之后，启动按钮BS2[失效]

热继电器FR0[保护性动作]

3~5min后，再试按启动按钮SB2

3

电源灯HL[亮]，

启动按钮SB2[按下]

Y灯，△灯[均不亮]，电动机M1[不启动]

1.1#PLC电源保险FU1[烧断]

2.1#PLC负载保险FU2[烧断]

3.1#PLC内置保险[烧断]

1.更换FU1

2.更换RU2

3.更换1#PLC内置保险

2、编写并提交（课程）设计说明书

“课程设计说明书”应包括以下内容：

（1）封面

（2）课程设计任务书

（3）摘要

（4）目录

（5）已知情况、控制要求、设计要求

（6）总体设计思路

（7）程序设计及调试

（8）电气设计

（9）*安装、接线、联合测试

（10）后期工作

（11）课程设计总结

（12）致谢

八、尚存在的问题及方案建议

本设计方案虽然“设计简约，考虑面广，满足要求”，但至少存在以下3个问题尚未解决。

（1）弧光短路问题；KMY主触点断开过程形成的电弧尚未熄灭，KM△主触点就已经闭合，这个尚未熄灭的弧光就会造成“3相短路”，虽然这个时间极其短暂，但日子一久，次数一多，就会造成KMY主触点严重烧损，甚至“熔焊”在一起。

（2）△启动问题：

KMY因接线松脱等原因而造成Y启动实际实施，因而定时时间一到，接着进行的就是△启动，△全坟启动电流是Y减压启动电流的3倍，可能会引起电网电压明显下降。

（3）PLC电源净化问题：

科威PLC供电电压为AC180~260V，适应电源范围较宽，可直接从低压电网取用其所长220V电源；但了减弱电对PLC的干扰，仍应加装电源净化元件，如电滤波器，隔离变压器等。

建议采取以下解决方案：

（1）针对“弧光短路问题”，建议增加1个0.3S的延时方案来解决。

Y启动定时[到]→KMY[0态]→延时[0.3]→KM△[变为1态]。

（2）针对“△启动问题”，建议对KMY的1个常开点采取监视的方案来解决。

●Y启动定时[到]且KMY的该被监视触点[接通]→由Y形切至△形。

●Y启动定时[到]但KMY的该被告监视触点[未接通]→电动机[断电停运]，KMY故障灯[亮]。

针对“PLC电源净化问题”，建议装加电源滤波器或隔离变压器的方案来解决课程设计总结

PLC和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。

我们做的是一个由三个部分组成的浇灌系统。

由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。

但通过各方面的查资料并学习。

我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。

分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。

   通过这次设计实践。

我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。

能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

    通过合作，我们的合作意识得到加强。

合作能力得到提高。

上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。

在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。

能过比较选出最好的方案。

在这过程也提高了我们的表过能力。

    在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。

在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。

做事要学思结合。

致谢

这次课程设计基本上涵盖了我们所学习的PLC程序的大部分知识点，课程设计题目要求不仅要求对课本知识有较深刻的了解，同时要求程序设计者由较强的思维能力和操作动手能力。

这次课程设计使我对PLC程序的编程、程序的录入、以及在上机操作调试有了很大的提高。

大部分同学只关心程序运行的结果，而对程序的创新丝毫不在意。

这是非常不可取的，因为往往在动脑思考创新中我们会有更多收获，学到更多的知识。

做课程设计不仅让我们修补了以前学习的漏洞，也让我明白了一个道理：

学习好PLC这门技术，需要自己对它有兴趣，而且要自己肯于动手操作实验。

最后该感谢帮助我的同学和老师。

首先该感谢这门课程任教的胡老师给我们精心的讲解和适用的资料。

感谢同学们对我学习上的交流和帮助，还得感谢学校给我们这样的一个自己动手设计的好机会！