plc课程设计基于PLC的自控轧钢机的控制系统.docx
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plc课程设计基于PLC的自控轧钢机的控制系统
成绩
题目：
控制系统
课程名称：
工厂电气控制及PLC课程设计
院部名称：
机电工程学院
专业：
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：
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
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。
（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：
①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；
②根据工艺流程图绘制顺序功能图；
③列出PLC的I/O分配表，画出PLC的I/O接线图；
④设计梯形图并进行必要的注释；
⑤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STEP7-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。
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
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。
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：
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：
图2.4
第三章轧钢机控制系统PLC硬件设计
3.1PLC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3.2I/O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
I0.0
1
电机M1
Q0.1
2
检测开关S1
I0.1
2
电机M2
Q0.2
3
检测开关S2
I0.2
3
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
3.3控制系统接线图
下图3.3为PLC的接线图：
图3.3
3.4PLC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：
I0.0SD启动、停止开关输出：
Q0.1M1启动
I0.1S1检测有无轧件Q0.2M2通电
I0.2S2检测有无轧件到达Q0.3A三次压力量
Q0.4B两次压力量
Q0.5C一次压力量
Q0.6MZ电机3正转
Q0.7MF电机3反转
Q1.0YU1打开电磁阀
第四章轧钢机控制系统PLC软件设计
4.1PLC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：
图4.1
4.2梯形图设计
4.3基本PLC语句对应指令
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。
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），
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）。
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）。
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际能力的欠缺，今后一定会继续努力学习有关知识不断充实自己。
这次设计锻炼了我们独立分析问题，解决问题的能力。
学会了如何将抽象的问题、概念用实际的东西来实现。
从一开始的犹豫、迷茫到现在的坚定、果断，这个转变的过程让我受益匪浅。
遇到问题时，有效的解决方法固然是重要的，但如果只停留在“纸上谈兵”却踌躇不前的话，问题是永远也解决不了的，方法只有试过了才知道好不好，行不行。
毕竟“言辞只是树叶，行动才是果实”。
这一点在我们编写程序的过程中体会得尤为深刻。
这次设计实验终于顺利完成了，在设计中遇到了好多程序问题，最后在老师和同学的帮助下，终于迎刃而解。
同时，在老师和老师同学的身上我学到了很多实用的知识，最后，想给过我帮助的所有老师和同学表示衷心的感谢。
参考文献
[1]陈建明.《电气控制与PLC应用》，电子工业出版社2007
[2]邓则名.《电气与可编程控制器应用技术》，机械工业出版社
[3]郁汗琪.《电气控制与可编程控制器》，东南大学出版社2003
[4]高钦和.《可编程控制器应用技术与设计》，人民邮电出版社2004
[5]汪晓平.《PLC可编程控制器系统开发实例导航》，人民邮电出版社2004
[6]电工手册编写组.电工手册，上海人民出版社，1979
[7]吴作明.工程组态软件与PLC应用技术》，北京航空航天大学出版社，2006
[8]吴中俊黄永红<可编程序控制器原理及应用》，机械工业出版社，2004
[9]张扬蔡春伟孙明建《S7-200PLC原理与应用系统设计》，机械工业出版社
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