《机电一体化系统设计课程设计》设计说明书模版.docx
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《机电一体化系统设计课程设计》设计说明书模版
课程设计
机电一体化系统设计课程设计
教学单位:
机电工程学院
专业:
机械设计制造及其自动化
班级:
10机械（机电）
1.学号:
12学生姓名:
陈观富
2.学号:
16学生姓名:
何小明
3.学号:
学生姓名:
王浩川
指导教师:
何伟
完成时间:
2013年11月18日
电子科技大学中山学院机电工程学院
课程（产品）设计任务书
题目
名称
自动加料的PLC控制系统设计
设计
目的
（1）培养学生综合运用所学知识进行分析和解决实际问题的能力；
（2）使学生受到PLC控制系统开发的综合训练，达到能够进行PLC控制系统设计和实施的目的；
（3）掌握自动加料PLC控制系统的工作原理及控制系统设计的方法。
设计
内容
及
要求
（1）按下启动按钮后，接通上输送带电动机（进料电动机）M3，上输送带运转，开始向斗秤进料。
当斗秤中的原料达到设定重量，料位传感器S3动作，M3停止运行，停止进料，同时接通下输送带电动机（进料达到）M4（出料电动机）和开闸电动机M1，使下输送带运转，斗秤闸门打开，将料输出至下传送带。
当闸门完全打开，闸门上限位传感器S1动作，切断M1，M1停止运行。
（2）当斗秤中原料下完，料位传感器S4动作，接通关闸电动机M2，关闭闸门，当闸门完全关闭，闸门下限位传感器S2动作，切断M2，M2停止运行，接通M3，料仓重新开始下料。
（3）按下停止按钮时，应等斗秤中的原料下完，再延时10s，待传送带上的原料输送完毕，才切断电源，停止系统。
设计
步骤
设计和制作出自动加料的PLC控制系统的软件、硬件模拟系统和机械结构；写出设计说明书。
成果
形式
设计说明书
参考
文献
（1）刘跃华、吴德强.《PLC课程设计指导书》，电子科技大学中山院
指导
教师
2013年11月18日
1课题分析
1.1设计目的
（1）培养学生综合运用所学知识进行分析和解决实际问题的能力；
（2）使学生受到PLC控制系统开发的综合训练，达到能够进行PLC控制系统设计和实施的目的；
（3）掌握自动加料PLC控制系统的工作原理及控制系统设计的方法。
1.2设计达到的功能和要求
（1）按下启动按钮后，接通上输送带电动机（进料电动机）M3，上输送带运转，开始向斗秤进料。
当斗秤中的原料达到设定重量，料位传感器S3动作，M3停止运行，停止进料，同时接通下输送带电动机（进料达到）M4（出料电动机）和开闸电动机M1，使下输送带运转，斗秤闸门打开，将料输出至下传送带。
当闸门完全打开，闸门上限位传感器S1动作，切断M1，M1停止运行。
（2）当斗秤中原料下完，料位传感器S4动作，接通关闸电动机M2，关闭闸门，当闸门完全关闭，闸门下限位传感器S2动作，切断M2，M2停止运行，接通M3，料仓重新开始下料。
（3）按下停止按钮时，应等斗秤中的原料下完，再延时10s，待传送带上的原料输送完毕，才切断电源，停止系统。
1.3设计内容和主要步骤
本次设计主要工作就是通过系统软件的编程和硬件的设计来实现对自动生产线安装搬运单元的结构控制。
系统用V4.0STEP7MicroWINSP3软件来编程，采用步序状态字的变化来实现。
硬件采用的是西门子S7-200PLC来进行驱动，使小电机和发光灯按照编制好的程序来工作。
通过软件和硬件的结合从而实现对自动生产线安装搬运单元的结构控制。
本次设计的意义在于更多的了解西门子S7-200PLC的应用，能熟练的使用V4.0STEP7MicroWINSP3软件编程，并且能自己设计出硬件，自己去焊接和组装。
这使得自己对自动控制有了更深刻的了解。
1.4小组成员及其分工
（每一章单独起页）
2机械结构设计
2.1设计参数计算
2.2机械部件的选择
2.3机械结构的设计
2.4机械结构装配图
3控制电路设计
3.1电机的选择
1.电机功率的计算
2.电机型号的选择
3.电机的控制方法
3.2传感器的选择
1.传感器的工作原理
本次设计采用的是对射型光电传感器TCRT5000。
若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。
由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。
它的检测距离可达几米乃至几十米。
使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。
2.TCRT5000传感器的性能参数
基本参数：
外形尺寸：
长32mm~37mm；宽7.5mm；厚5mm
工作电压：
DC3V~5.5V，推荐工作电压为5V
检测距离：
1mm~8mm适用，焦点距离为2.5mm
3.PLC对TCRT5000传感器的控制和检测方法
传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时PLC模块的输出端为高电平；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时PLC模块的输出端为低电平。
3.3PLC的选择
1.PLC的型号和参数
集成的24V负载电源：
可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU221，222具有180mA输出，CPU224，CPU226分别输出280，400mA。
可用作负载电源。
1、硬件部分
包括主模块、扩展模块和人机界面。
CPU2216入4出不能带扩展模块
CPU2228入6出可带2个扩展模块
CPU22414入10出可带7个扩展模块
CPU22624入16出可带7个扩展模块
人机界面文本显示器和触摸屏
2、软件部分STEP7-Micro/WIN32软件工具包
2.PLC的工作原理
PLC是采用循环扫描的工作方式。
对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。
扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：
一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。
一个扫描周期主要可分为3个阶段。
1输入刷新阶段在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。
完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。
在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。
2程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。
当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。
3输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。
3.PLC的控制原理和方法
PLC采用类似硬物理电路控制方式﹐只不过將控制部分集成﹐输入sensor和输出控制通过专用接口进行。
內部程序流程图反应到纸张上即为標准化的硬物理控制电路。
3.4控制系统电路图
4控制系统设计
4.1控制系统工作原理
传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时PLC模块的输出端为高电平；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时PLC模块的输出端为低电平，如同轻触开关被按下。
4.2控制系统地址分配
输入地址分配表
输入信号
名称
代号
输入点编号
启动按纽
SB1
X0
停止按纽
SB2
X1
闸门开限位
S1
X2
闸门关限位
S2
X3
斗秤满信号
S3
X4
斗秤空信号
S4
X5
输出地址分配表
输出信号
名称
代号
输出点编号
出料电动机接触器
KM1
Y0
进料电动机接触器
KM2
Y1
开闸门电动机接触器
KM3
Y2
关闸门电动机接触器
KM4
Y3
4.3.控制过程流程图。
4.4PLC控制程序
5结语
本次课程设计的体会和建议
6附录
5.1机械结构装配图
5.2控制系统接线图
5.3PLC控制程序
参考文献
[1]刘跃华,吴德强.PLC课程设计指导书.电子科技大学中山院.2010
[2]吕爱华，吴艳花.电气控制与PLC应用技术.电子工业出版社
[3]濮良贵,纪名刚.机械设计.高等教育出版设
评分标准
1.机械系统设计（10分），得分：
2.控制系统设计（20分），得分：
3.控制程序设计（20分），得分：
4.说明书格式（10分），得分：
小组得分：
小组成员得分：
1学号姓名得分
2学号姓名得分
3学号姓名得分
4学号姓名得分
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