PLC课程设计说明书格式2BG1101111BG1102.docx
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PLC课程设计说明书格式2BG1101111BG1102
上海电机学院
课程设计
2013~2014学年第二学期
课程名称电气控制及PLC
设计题目XXXXXXXXXXXXXX
院(系)电气学院
专业XXXXXXX
学生姓名XXX学号XXXXXXXXXXXXX
设计时间2014年2月24日
指导教师张金龙
提交日期2014年3月5日
目录
1.简介-------------------------------------------------------------------------1
1.1课题概况-------------------------------------------------------------------------------------1
1.2设计要求-------------------------------------------------------------------------------------2
1.3设计内容-------------------------------------------------------------------------------------3
2.系统总体方案设计-------------------------------------------------------4
2.1总体方案选择说明--------------------------------------------------------------------------5
2.2控制方式选择-------------------------------------------------------------------------------6
2.3操作界面设计-------------------------------------------------------------------------------8
2.4电气元件型号规格的选定依据---------------------------------------------------------10
2.5电气元器件布置图设计-----------------------------------------------------------------11
2.6电气元器件接线图设计------------------------------------------------------------------12
2.7电气元件明细表---------------------------------------------------------------------------12
3.控制系统设计------------------------------------------------------------13
3.1控制程序流程图设计--------------------------------------------------------------------13
3.2控制程序设计思路-----------------------------------------------------------------------15
4.系统调试及结果分析------------------------------------------------18
4.1系统调试及解决的问题----------------------------------------------------------------18
4.1.1系统梯形图------------------------------------------------------------------------------19
4.2结果分析-----------------------------------------------------------------------------------21
5.系统的使用说明书----------------------------------------------------22
6.课程设计体会-----------------------------------------------------------23
7.参考文献----------------------------------------------------------------25
8.附录----------------------------------------------------------------------26
附录A
XXXX控制系统梯形图--------------------------------------------------------26
附录B
XXXX控制系统电气原理图----------------------------------------------------32
附录C
XXXX控制系统电气元件图----------------------------------------------------33
附录D
XXXX控制系统电气接线图----------------------------------------------------34
(注:
每组要交一份电子稿与打稿,小组其余人员都为手写稿)
1.简介
1.1课题概况
(所给各课题巳明确)
1.2设计要求
(所给各课题巳明确)
1.3设计内容
(所给各课题巳明确)
2.系统总体方案设计
2.1总体方案选择说明
(例:
仅供参考)
1、A、B罐的搅拌器及泵A、B、C分别由电动机M1、M2、M3、M4、M5拖动。
电机M5功率较大,需要采用Y-△降压启动。
2、为了观察系统供电和设备用电情况,在系统总开关之后,配备总电压表和总电流表。
3、电机M1~M5每路均安装断路器和热继电器。
4、由于泵A和泵B每转所排出的液体体积恒定不变(仅对定容积泵而言),所以可以采用测量电机转数的办法(电机与泵直联,两者转速相同)间接测出泵入A罐的液体的量,实现准确配料。
如图2-2所示为测量装置原理图,钢齿轮固定在电机轴上随电机一起转动,电感式接近开关输出与转数完全一致的脉冲信号的频率约为250Hz(转速为1500r/min,10个脉冲/r),采用PLC的高速计数器计数。
5、工艺参数(如两种料的配比等)的调整是通过修改PLC程序实现。
图1 接近开关测数原理
6、罐顶液位传感器LS2、LS4用于安全保护,以防止溢罐;罐底液位传感器LS1、LS3用于系统控制,如步序切换控制等。
7、电气控制箱置于专门的操作室。
电器板与控制板之间,以及电控箱与执行系统之间的连接,采用接线板进出线方式。
2.2控制方式选择
由于PLC控制系统较继电-接触器控制系统有许多优点,如硬件电路简单,修改程序容易,可靠性高等,所以本设计选择PLC控制系统。
2.3操作界面设计
根据任务书的控制要求和总体方案,设计如图2-3所示操作界面。
图2 工业混料系统操作面板
1、电源电压表用于指示系统供电电压,电流表用于指示设备用电的总电流。
2、为了便于随时观察系统的运行状况,每个阀、泵、搅拌器均装有运行状态指示灯;对应于两个罐的高/低液位,均装有“溢出”、“罐空”报警指示灯。
3、用一个两档选择开关切换系统工作模式――“运行”和“调试”,并用两个指示灯来指示当前所处工作模式。
4、根据控制要求
(2)设置一个“启动/停止”按钮和一个工作指示灯。
5、根据控制要求(4),为每个阀、泵、搅拌器设置一个“启动/停止”按钮(或“通/断”按钮),用于“调试”工作模式下的单独操作。
6、系统设有“急停”按钮和电源指示灯。
3.PLC控制系统的硬件设计
(参见教课书P284第二节PLC控制系统的硬件设计)
3.1PLC的选型
本次课程设计:
(定机型:
S7-300-CPU314C-2DP)
(例:
仅供参考)
本次交通灯设计用的是来自西门子公司的S7-200可编程控制器。
西门子公司的SIMATICS7-200系列属于小型PLC,可用来代替继电器的简单控制场合,也可用于负载的自动化控制系统。
由于他有极强的通信功能,在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。
它可靠性高,可以用梯形图,语句表和功能图块三种语言来编程。
它是指令丰富,指令功能强大,易于掌握,操作方便,内置有高速计数器,高速输出,PID控制器、RS-485通信/编程接口、PPI通信协议,MPI通信协议和自由端口模式通信功能,最大可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O,最多有30多个KB程序和数据存储空间。
3.2用户存储器容量的估计
3.3I/O点数的估算
I/O是PLC的一项重要指标。
合理选择I/O点数即可使系统满足控制要求,又可使系统总投资最低。
PLC的输入/输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量等输入/输出设备情况(包括模拟量、开关量等输入信号和需控制的输出设备数元件要占用一个输入/输出点。
考虑到今后的调整和扩充,一般应在估计的总点数上加上20%~30%的备用量。
3.4电源模块选择
3.5I/O分配表
(例:
仅供参考)
表1I/O分配表
分类
地址
说明
输
入
0.00
X0溢出控制
0.01
X1高水位到中水位的上触点
0.02
X2高水位到中水位的下触点
0.03
X3中水位到低水位的上触点
0.04
X4中水位到低水位的下触点
0.05
X5启动控制
中
间
继
电
器
W0.01
低水位中间继电器
W0.02
中水位中间继电器
W0.03
高水位中间继电器
W1.01
上升沿越过0.01中间继电器
W1.02
上升沿越过0.02中间继电器
W1.03
上升沿越过0.03中间继电器
W1.04
上升沿越过0.04中间继电器
W2.01
下降沿越过0.01中间继电器
W2.02
下降沿越过0.02中间继电器
W2.03
下降沿越过0.03中间继电器
W2.04
下降沿越过0.04中间继电器
输
出
1.00
Q1高水位亮绿灯
1.01
Q2中水位亮黄灯
1.02
Q3低水位亮红灯
1.03
M1电机1
1.04
M2电机2
1.05
M3电机3
3.6状态分配表
(例:
仅供参考)
表2状态分配表
工序名称
状态器地址号
功能
准备
M1.0
初始
前进
M1.1
前进(Q0.0输出,驱动电动机M1正转)
后退
M1.2
前进(Q0.1输出,驱动电动机M1反转)
延时5S
M1.3
延时5S,(定时器T0设置为5S)
3.7电气原理图设计
(例:
仅供参考)
具体画图需按国家标准画,参见要求到图书馆借阅的书
每张图纸的右下角应标题栏还应提供项目代号等附加信息。
40
(图 名)
组 长
(签 名)
(日期)
图号
设 计
校 核
共 张 第 张
标准化
(校 名、班级)
描 图
130
图 标题栏栏目的尺寸与格式
3.8电气元件型号规格的选定依据
3.8.1电器元件主要参数计算与选择
(例:
仅供参考)
下面,对各电气元件型号规格的选定依据,详细说明如下:
(1)电动机所用接触器的选择
接触器的基本选择原则:
接触器的额定电流≥电动机的额定电流
交流接触器一般按“AC-3类别”设计,如CJ20、CJX4类别的接触器,则应降级使用v中小型工厂90KW及以下的笼型电动机,基本是一般任务型,属于“AC-3工作类别”。
本例电动机M1功率为4KW,额定电流In=8.2A,故可选CJ20-10型交流接触器;为多留一点余量,实际CJ20-16,16A、380V,线圈额定电压选220V。
(2)热继电器的选择
热继电器的基本选择原则:
热继电器座体的额定电流≧电动机的额定电流In;热元件的电流≧电动机的的电流In,动作整定值=(1.0~1.1)In,档电动机的启动电流不超过6倍且启动时间不超过5s是取1.0,其他情况可取1.1。
(3)笼型电动机所用低压断路器的选择
低压断路器又名自动开启开关,简称“空开”。
笼型电动机所用空开的基本原则:
空开的壳架额定电流≧空开的额定电流,空开的额定电流=(1.5~2)电动机的额定电流In;瞬间脱扣整流电流≈12×电动机的额定电流In;热脱扣器(长延时)整流电流=(1~1.1)电动机的瞬时电流In;6倍长延时电流整定值的课返回时间>电动机启动时间,按实际可选用返回时间1S、3S、5S、8S、15S中的某一档。
本例电动机M1功率为功率4KW,额定电流In=8.2A,8.2A×2=16,故可选DJ20Y-100/3-20Y,20A(380A)、3极;瞬时脱扣整流脱扣整流电流12×20A,不带热脱扣器;热过载保护另由热继电器实现。
3.9电气元器件布置图设计
(例:
仅供参考)
同时还标注尺寸(单位:
mm)
3.10电气接线图设计
(例:
仅供参考)
3.11电气元件明细表
(例:
仅供参考)
表2电气元器件明细表
序号
文字符号
名称
型号
规格
单位
数量
备注
1
M1、M2
电动机
Y112M-2
380V、4KW、8.2A、7倍
台
2
Y接法6端接头
2
1#PLC
三菱PLC
EC-32M32R
32路输出输入
台
1
黄石科威
3
KM1、KM2
KM3、KM4
通电接触器
CJ20-16/03
主触点16A380V/线圈AC220V
台
4
(ac-3)10A4KW正泰电器
4
FR0
热继电器
JR20-16/L
座体16A380V热元件3.6~5.4A3相带断相保护
个
1
整定值4.7AL独立安装正泰电器虎牌集团
5
QF
空气开关
DJ20Y-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-瞬脱扣整定12In正泰
电器
6
FU1、FU2
FU3、FU4
负载保护
RT18-32-2
座体32A400v熔体2A
个
4
1#plc内含2A保险负载启动电流0.6A
7
SB5
启动按钮
LA39-11/g
个
1
1常开,1常闭上海二工
8
SB6
预停按钮
LA39-11/r
个
1
9
SQ1、SQ2
SQ3、SQ4
行程开关
个
4
10
SA7
禁声/声警
个
1
11
SB7
计数减1调整按钮
LA39-11/r
个
1
1常开,1常闭上海二工
12
SA20
自动/点动转换开关
个
1
13
HL
电源灯
AD16-16/g31
个
1
In=16mA上海二工
14
HH0
原点灯
AD16-16/g31
个
1
In=16mA上海二工
15
YA
电磁吸特头
个
1
16
HA6
计数满灯
AD16-16/g31
个
1
In=16mA上海二工
17
HK7
计数满声
个
1
18
D1D2
显示计数数码管
个
1
19
XT1、XT2
端子板
个
1
XT1需24个端子XT2需24个端子
20
主电路导线
BV500
套
2
21
交流控制线
BV500
500v铜芯塑料线北京神州永立
4.控制系统设计
4.1XXXXX控制程序流程图设计
(例:
仅供参考)
图2XXXXX控制程序流程图
4.2控制程序设计思路
作出状态转移图(或称顺序功能图参见教课书P311)
(例:
仅供参考)
(1)程序的组成(注次课程设计采用顺序功能图设计方法)
本机械手控制程序的组成情况如图5所示。
●初始程序
●主体程序
▪切换程序
▪计数及其定时程序
▪动作程序
▪信号程序
▪数码管显示程序
图3机械手程序的组成
(2)初始程序
本机械手的初始程序的梯形图如下图4所示
图4机械手初始程序梯形图
(3)切换程序
本机械手切换程序的梯形图如下图5所示。
图5机械手切换程序梯形图
对SFC图按照“从左到右,从上到下”顺序,逐一进行翻译转换,就会得到如上的SFC顺序功能图。
梯形图是在实训设备上完成程序录入、进行程序模拟调试的重要依据。
(4)计数及其定时程序
机械手计数及定时程序的梯形图如下图6所示
图6机械手计数及定时程序的梯形图
(5)输出程序
图7是本机械手的动作输出程序,该程序主要以电动机正反转为基础。
图7动作输出程序图
(6)信号指示程序
如下图8所示为机械手的信号指示程序
图8机械手的信号指示程序
(7)数码显示工步程序
图9机械手的数码显示工步
5.系统调试及结果分析
(为经调修改完善通过后的全部梯形图与对应的语句表)
5.1系统调试及解决的问题
(例:
仅供参考)
5.1.1系统梯形图
5.2结果分析
(例:
仅供参考)
(1)启动X5(0.05),系统开始上电自锁工作在低水位状态,低水位Q3红灯(1.02)亮指示并且电机1(1.03)、电机2(1.04)和电机3(1.05)都同时工作供水。
(2)当水位依次触发液位传感器X4(0.04)、X3(0.03)时,系统进入中水位状态,中水位Q2黄灯(1.01)亮指示并且电机1(1.03)和电机2(1.04)同时工作供水。
(3)当水位依次触发液位传感器X2(0.02)、X1(0.01)时,系统进入高水位状态,高水位Q1绿灯(1.00)亮指示并且电机1(1.03)、电机2(1.04)和电机3(1.05)循环工作30分钟,本系统实现5S的模拟循环供水。
(4)当水位触发X0(0.00)时,即系统水位溢出则该系统急停实现溢出控制。
6.系统的使用说明书
(1)按一下启动按钮,并且设置原点条件满足左限位、上限位、释放、计件欠。
(2)通过开机脉冲M8002使切换程序步入初入步0。
(3)按下下限位开关并使上限位开关复位,实现空手下降,程序会使机械手从步1自动切换到步2,机械手吸头将钢球的吸牢时间为1s。
(4)按下上限位开关并使下限位开关为开关复位,实现抓球上升,程序会使机械手从步3自动切换到步4。
(5)按下右限位开关并使左限位开关为开关复位,实现右移,程序会使机械手从步4自动切换到步5。
(6)按下下限位开关并使上限位开关为开关复位,实现下降,程序会使机械手从步5自动切换到步6,机械手吸头将钢球释放时间为1s,且满足计数为预订值。
(7)按下上限位开关并使下限位开关为开关复位,实现空手上升,程序会使机械手从步6自动切换到步7。
(8)按下左限位开关并使右限位开关为开关复位,实现空手回移,程序会使机械手从步8自动切换到步0。
(9)周而复始,直到计数满为止,换下一箱。
7.课程设计体会
(例:
仅供参考)
通过PLC课程设计,我们知道:
机械手能模仿人手臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。
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。
我们做的是机械手臂的PLC控制系统。
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。
通过此次课设,让我了解了plc梯形图、指令图、顺序功能图有了更好的了解,也让我了解了关于PLC设计原理。
有很多设计理念来源于实际,从中找到最合适的设计方法。
虽然本次课程设计是要求自己独立完成,但是,彼此还是脱离不了集体的力量,遇到问题和同学互相讨论交流。
多和同学讨论。
我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题,这样,我们可以尽可能的统一思想,这样就不会使自己在做的过程中没有方向,并且这样也是为了方便最后设计和在一起。
讨论不仅是一些思想的问题,还可以深入的讨论一些技术上的问题,这样可以使自己的处理问题要快一些,少走弯路。
多改变自己设计的方法,在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法,这样可以方便自己解决问题。
8.参考文献
(例:
仅供参考)
程宪平主编.机电传动与控制.武汉:
华中科技大学出版社,2003.
邓星钟.机电传动控制.武汉:
华中科技大学出版社.
王永华编.现代电气控制及PLC应用技术.北京:
北京航空航天出版社,2008
殷洪义主编.可编程控制器选择设计与维护.北京:
机械工业出版社,2002
程子华,PLC原理与实例分析.北京:
国防工业出版社,2006
高钦和,可编程控制器应用技术及其设计实例.北京:
高等教育出版社,2004
9.附录
附录A
XXXX控制系统顺序功能图
附录B
XXXX控制系统电气原理图
附录C
XXXX控制系统电气元件图
附录D
XXXX控制系统电气接线图