盐碱分离离心机电气控制系统设计.doc
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厦门理工学院
课程设计任务书
课程名称电气控制与PLC
课题名称盐碱分离离心机电气控制系统设计
专业班级12自动化1班
姓名王嘉波
学号1206062135
指导教师刘美俊、张哲铭
2015年7月10日
设计内容与要求
一.课程设计的性质与目的
本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。
它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。
通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。
二.课程设计的内容
1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。
2.绘制搬运机械手控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
3.选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.上机调试程序。
5.编写设计说明书。
三.课程设计的要求
1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。
3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
主要设计条件
1.PLC实验设备若干。
2.参考文献若干。
设计说明书装订顺序
1.课程设计说明书封面。
2.课程设计任务书。
3.说明书目录。
4.正文（按设计内容逐项书写）。
5.参考文献。
6.附录。
7.课程设计评分表。
设计进度安排
1.2015年7月6日上午：
课题内容介绍。
2.2015年7月6日下午：
仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。
3.2015年7月6日～2015年7月10日：
确定控制方案。
绘制搬运机械手电气控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
设计控制系统的工艺图纸。
选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.2015年7月9日：
上机调试程序。
5.2015年7月10日：
答辩。
参考文献
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：
重庆大学出版社2012
[2]万太福.可编程序控制器及其应用[M].重庆：
重庆大学出版社2012
[3]刘美俊.电气控制与PLC工应用.北京：
机械工业出版社2014
[4]谢桂林.电力拖动与控制.北京：
中国矿业大学出版社
[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册.北京：
水利电力出版社
《电气控制与PLC》课程设计指导小组
2015年7月2日
目录
第一章课程概述………………………………………………1
1.1盐碱分离离心机概况及控制要求…………………………1
1.2设计任务……………………………………………………2
第二章控制方案论证…………………………………………………3
2.1基于PLC控制系统优点……………………………………3
2.2PLC控制电路相对于继电器控制电路的优点……………5
2.3PLC控制电路相对以单片机控制电路的优点……………5
第三章硬件、软件设计……………………………………………6
3.1I/O接线图、功能表图、梯形图设计……………………6
3.1.1I/O接线图设计………………………………………6
3.1.2功能表图设计…………………………………………9
3.1.3梯形图设计……………………………………………10
3.2实验操作板线路连接………………………………………13
3.3程序调试……………………………………………………14
3.4错误分析及解决方案………………………………………14
结束语…………………………………………………………………15
附录……………………………………………………………………17
1.完整梯形图…………………………………………………………17
2.指令表………………………………………………………………20
第一章课题概述
一.盐碱分离离心机概况及控制要求
在氯碱生产中，碱液的蒸发、浓缩过程往往伴有盐的结晶，因此需要采取措施对盐、碱进行分离，目前大部分厂家均采用以离心机为主体的分离系统。
分离过程是一顺序循环的工作过程，共分6个工步：
进料、甩料、选盐、升刀、间歇和清洗，靠6个电磁阀YV1—YV6完成上述工作，并要求5步工作连续循环8次之后方可进入清洗工步，待清洗完毕再进入下一次大循环。
分离过程的工作流程图如图1所示，各电磁阀的状态如表1所示。
图1盐碱分离离心机系统工作流程图
表1盐碱分离离心机电磁阀状态表
二.设计任务
1.设计和绘制电气控制原理图或PCI/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。
2.选择电气元件，编制电气元件明细表。
3.设计操作面板电器元件布置图。
4.上机调试程序
5.编写设计说明书。
第二章控制方案论证
2.1基于PLC控制系统优点
1.实时性
● 由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。
● 基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。
● 更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。
2.高可靠性
● 所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。
● 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。
● 各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。
● 采用性能优良的开关电源。
● 对采用的元器件进行严格的筛选。
● 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。
● 大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。
3.系统配置简单灵活
● 控制器产品种类繁多，规模可分大、中、小等。
● I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。
● 满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。
4.丰富的I/O卡件
控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：
交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：
按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
5.控制系统采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。
控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
6.价格优势
质优价廉，性价比高。
7.安装简单，维修方便
可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
8.控制器实现的功能
逻辑控制
定时控制
计数控制
顺序控制
PID控制
数据计算
通讯和联网
其它：
还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：
定位控制模块，CRT模块。
2.2PLC控制电路相对于继电器控制电路的优点
1、控制方式上看：
电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。
2、工作方式上看：
电器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制约。
3、控制速度上看：
电器控制速度慢，触点易抖动；而PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。
4、定时、记数看：
电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。
5、可靠、维护看：
电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差；PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。
2.3PLC控制电路相对以单片机控制电路的优点
1、单片机控制：
优点，经济实惠，成本相对较低；缺点，用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长，而且，此次设计为盐碱分离，有很强的腐蚀性，所以不应选择单片机控制。
2、PLC是经过几十年实际应用中检验过的控制器，其抗干扰能力强，故障率低，易于设备的扩展，便于维护，开发周期短。
对于大型工业生产，一般选择PLC而非单片机。
总之，由于PLC控制相对于继电器控制有更大的优势，所以最终方案确定为PLC控制技术，由于系统控制规律是顺序控制，后一工步的工作条件是以前一工步的完成为前提的，所以此次设计采用了PLC的复位置位的顺序控制梯形图编程。
第三章硬件、软件设计
3.1设计和绘制PCI/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。
1）PCI/O接线图
根据盐碱分离离心机系统工作流程图，PLC控制系统的输入信号有：
启动、停止，两者均为单操作开关（占两个输入点）。
PLC控制系统的输出信号有6个其均用于驱动电磁阀接触器即：
进料阀（KM1）、洗盐阀（KM2）、化盐阀（KM3）、升刀阀（KM4）、母液阀（KM5）、熟盐水阀（KM6）。
即输入用了2个点，输出用了6个点。
可得出I/O接口分配图如下：
输入
输出
启动SB1（X0）
进料阀接触器KM1（Y1）
停止SB2（X1）
洗盐阀接触器KM2（Y2）
化盐阀接触器KM3（Y3）
升刀阀接触器KM4（Y4）
母液阀接触器KM5（Y5）
熟盐水阀接触器KM6（Y6）
PLC选型：
根据盐碱分离离心机系统示意图，控制系统选用FX2N-48MR，I/O点数各为24点，可以满足控制要求且留有充足的裕量。
FX2N系列是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当开FX系列中最高档次的超小形程序装置。
除输入出16～25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
FX2N系列PLC如下图：
FX2N系列PLC特点:
（1）系统配置既固定又灵活在基本单元上连接单元或扩展，可进行16～256点的灵活输入出组合。
在基本单元，扩展单元上可分别连接扩展模块，还可连接Fxon系列扩展模块。
（2）
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