工业电器控制技术之大小球分类doc.docx
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工业电器控制技术之大小球分类doc
课题：
基于PLC的大小球分类传送控制系统
专业：
电气工程及其自动化
班级：
姓名：
指导教师：
设计日期：
成绩：
重庆大学城市科技学院电气信息学院
电气控制技术设计报告
一、设计目的作用
1、了解电气控制装置的设计方法、步骤及设计原则。
2、学以致用，巩固书本知识，使学生初步具有设计电气控制装置的能力，从而培养和提高学生独立工作的能力和创造能力。
3、进行一次工程技术设计的基本训练。
培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力；上网查寻信息的能力；运用计算机进行工程绘图的能力；编制技术文件的能力等等。
二、设计要求
1、开始自动工作之前要求设备处于原始状态时操作杆在上部，左极限位置、上限位开关SQ4和左限位开关SQ1被压下。
即原点状态＝操作杆位于左限位处+上限位处+吸盘释放。
2、启动自动循环工作后，操作杆下行2s。
此时，若碰到的是大球，检测开关SQ5仍为断开状态；若碰到的是小球，检测开关SQ5则为闭合状态，从而将大、小球状态转换成开关检测信号。
3、接通控制吸盘的电磁吸盘YH线圈，吸取球。
4、当吸盘吸起小球后，操作杆上行，碰到上限位开关SQ4后，操作杆右行；碰到小球存放位置右限位开关SQ2后转为下行，碰到下限位开关SQ5后，将小球释放到小球箱，然后返回到原处。
5、当吸盘吸起大球后，操作杆上行，碰到上限位开关SQ4后，操作杆右行；碰到大球存放位置右限位开关SQ3后转为下行，碰到下限位开关SQ5后，将大球释放到大球箱，然后返回到原处。
6、大小球分类传送系统的操作面板简图如下图1所示。
系统设有手动、回原点、单步、单周期、连续5种可选工作方式。
手动方式下，左下部有6个手动按钮。
单步、单周、连续3种方式合称自动方式。
操作杆回原点完成后，才能真正切换到自动方式。
为了保证在紧急情况下能可靠切断PLC的负载电源，设置了交流接触器KM。
在PLC开始运行时按下“负载电源”按钮，KM线圈得电自锁，其主触点接通，给PLC的外部负载提供交流电源，出现紧急情况时“紧急停车”断开负载电源。
图1大小球分类传送系统的操作面板简图
图2大小球分类传送系统的电控箱电器板元件布置图
三、设计的具体实现
1、系统概述
（1）硬件介绍
S7—200系列是一种可编程序逻辑控制器（MicroPLC）。
它能够控制各种设备以满足自动化控制需求。
S7—200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。
紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7—200成为各种控制应用的理想解决方案。
S7-200CPU：
新S7-200CPU224XpsiDC/DC/DC，14个输入/10个输出。
新型S7-200扩展模块：
新型数字扩展模块：
EM22324VDC数字组合32个输入/32个输出和EM22324VDC数字组合32个输入/32个继电器输出。
新型高密度扩展模块：
EM232模拟量输出、4个输出，以及EM231模拟量输入、8个输入。
STEP7—Micro/WIN，版本4.0，用于S7-200的编程软件包新的和改进的工具包括：
操作系统：
现已支持MicrosoftVista。
对LAD和FBD程序编辑器的改进：
自动完成符号名、拖放符号名和符号名的新快捷键通讯设置：
如果在STEP7—Micro/WIN第一次启动时检测到USB电缆，则现在将会自动选择USB通讯。
库：
通过ModbusRTU主站库，您可使用端口0或端口1创建ModbusRTU网络。
S7-200作为ModbusRTU网络上的主站或从站。
现在端口0或端口1（CPU22XP和CPU226）的USS库都已可用。
这使您能在端口1上使用USS通讯，并将端口0保留给PPI通讯或自由端口通讯使用。
口令保护：
现在提供四层口令保护，为程序作者的知识产权提供更好的安全保护。
（2）软件介绍
STEP7--Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。
为了能快捷高效地开发您的应用程序，STEP7--Micro/WIN软件为您提供了三种程序编辑器。
（3）系统组成
大小4球分类传送系统示意图如图3所示。
电动机驱动操作杆带动吸盘上下移动，完成取球和放球动作。
通过行程开关SQ5通断状态判别大小球，由电动机驱动操作杆左、右移动，将大小球送往指定位置，从而完成大小球分拣的工作过程。
图3大小球分类传送系统示意图
2、单元电路设计与分析
（1）主电路设计
大、小球分类传送实质上市由电动机控制的机械臂完成，其主电路就是电动机的正反转电路。
主电路电路图如图4所示。
图4大小球分类传送系统的主电路图
（2）PLC控制电路设计
1）了解各个控制对象的驱动要求，分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数的精度及类型，如：
对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等，选择适合的PLC机型及外设，完成PLC硬件结构配置和PLC控制电路原理图。
2）根据上述硬件选型及工艺要求，绘制PLC控制电路原理图，绘制PLC控制电路，编制I/O接口功能表。
图5为大小球分类传送控制系统PLC控制电路原理图，1L作为PLC输出回路的电源，分别向输出回路的负载供电，输出回路所有COM端短接后接入电源N端。
3）PLC输入回路中，信号电源由PLC本身的24V直流电源提供，所有输入COM端短接后接入PLC电源DC24V的（＋）端。
最好不要使用PLC自身的24V直流电源，以防止电源过载损坏或影响其他输入口的信号质量。
4）PLC采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为AC250V，2A。
图5大小球分类传送系统的PLC控制电路原理图
5）按照设计要求，我们设定好输入量输出量，定义各个量的含义，并对它们进行地址分配。
本系统的地址分配表如表1所示，本系统的原件目录表如表2所示。
输入
输出
工位名称
输入口
工位名称
输出口
左限位
I0.0
上升
Q0.0
小球右限位
I0.1
下降
Q0.1
大球右限位
I0.2
正转
Q0.2
上限位
I0.3
反转
Q0.3
下限位（吸抵大小球）
I0.4
电磁吸盘
Q0.4
手动上升
I0.5
原位指示
Q0.5
手动左行
I0.6
定时器
定时时间
手动放球
I0.7
T37
2S
手动下降
I1.0
T38
1S
手动右行
I1.1
T39
1S
手动吸球
I1.2
T40
1S
回原点启动
I1.3
启动
I1.4
停止
I1.5
手动
I2.0
回原点
I2.1
单步
I2.2
单周期
I2.3
连线
I2.4
表1大小球分类传送控制系统PLC输入和输出接口功能表
输入
输出
工位名称
文字符号
工位名称
文字符号
起动
SB1
上升接触器
KM1
停止
SB2
下降接触器
KM2
上升按钮
SB3
电机正转接触器
KM3
左行按钮
SB4
电机反转接触器
KM4
放球按钮
SB5
电磁吸盘接触器
KM5
下降按钮
SB6
原位指示
HL
右行按钮
SB7
电动机
M1～M2
吸球按钮
SB8
热继电器
FR1～FR2
回原点启动按钮
SB9
熔断器
FU1～FU3
紧急停车按钮
SB10
负载电源按钮
SB11
多选开关-手动
SA-1
多选开关-回原点
SA-2
多选开关-单步
SA-3
多选开关-单周期
SA-4
多选开关-连线
SA-4
左限位开关
SQ1
小球右限开关
SQ2
大球右限开关
SQ3
上限开关
SQ4
下限开关
SQ5
表2大小球分类传送控制系统元器件目录表
（3）PLC控制程序设计
1）程序设计
根据控制要求，建立大小球分类传送系统控制流程图，如图5所示，表达出各控制对象的动作顺序，相互间的制约关系。
在明确PLC寄存器空间分配，确定专用寄存器的基础上，进行控制系统的程序设计，设计出如图6的顺序功能图。
设计梯形图和语句表中必须包括主程序编制、各功能子程序编制、其他辅助程序的编制等。
a）系统工作流程图
图5大小球分类传送系统工作流程图
b）系统顺序功能图
图6大小球分类传送系统顺序功能图
c）系统的梯形图和仿真图
主程序
主程序（续）
手动控制子程序
回原点子程序
单步控制子程序
单步控制子程序（续）
单步控制子程序（续）
单步控制子程序（续）
单步控制子程序（续）
单步控制子程序（续）
单周期控制同单步控制只是在控制程序开始后，除了网络4的I1.4不用删去，其他的I1.4都删去，所以对此单周期控制只截取网络3、网络4、网络5。
其他部分类似。
单周期控制子程序
连续控制同单步控制只是在控制程序开始后，除了网络4的I1.4不用删去且得加上由最后一次导通第一次程序，其他的I1.4都删去，所以对此连续控制只截取网络3、网络4、网络5。
其他部分类似。
连续控制子程序
仿真。
先在编程软件STEP7-Micro/WIN中选中PLC工具栏
使用全部编译，再在文件栏
中选中导出，导出.awl文件。
最后打开仿真软件S7-200。
选中程序栏
中加载程序，找到之前保存的.awl文件。
选择各自配对的PLC型号，点击StateProgram
查看运行中的状态。
最后点击RUN
，使程序运行。
起始的状态监控和仿真图
单步控制调试仿真图
单步控制调试仿真图（续）
单步控制调试仿真图（续）
防止文档篇幅过大，其他仿真不全部截图上传。
d）系统的语句表
主程序，方式选择
Network1
LDI2.0
ANI1.5
CALLSBR0
Network2
LDI2.1
ANI1.5
CALLSBR1
Network3
LDI2.2
ANI1.5
CALLSBR2
Network4
LDI2.3
ANI1.5
CALLSBR3
Network5
LDI2.4
ANI1.5
CALLSBR4
手动控制
Network1//上升
LDI0.5
ANI0.3
ANQ0.1
=Q0.0
Network2//下降
LDI0.6
ANI0.0
ANQ0.0
=Q0.1
Network3//正转右行
LDI1.1
ANI0.1
ANI0.2
ANQ0.3
=Q0.2
Network4//反转左行
LDI1.0
ANI0.4
ANQ0.2
=Q0.3
Network5//吸球
LDI1.2
SQ0.4,1
Network6//放球
LDI0.7
RQ0.4,1
回原点子程序
Network1
LDI2.1
LPS
ANI0.3
=Q0.0
LPP
ANI0.0
=Q0.3
Network2
LDI0.0
AI0.3
SQ0.4,1
=Q0.5
单步控制子程序
Network1//回原点启动在单步控制中回原点
LDI1.3
OQ0.0
OQ0.3
LPS
ANI0.3
=Q0.0
LPP
ANI0.0
=Q0.3
Network2
LDI0.0
AI0.3
SQ0.4,1
=Q0.5
Network3//单步控制程序开始
//网络注释
LDSM0.0
ANM0.1
=M0.0
Network4//I1.4启动控制单步运行
LDI1.4
AM0.0
AI0.0
AI0.3
OM0.1
ANM0.2
ANM0.5
=M0.1
TONT37,+20
Network5
LDI1.4
AM0.1
AT37
AI0.4
OM0.2
ANM0.3
=M0.2
TONT38,+10
Network6
LDI1.4
AM0.1
AT37
ANI0.4
OM0.5
ANM0.6
=M0.5
TONT39,+10
Network7
LDI1.4
AM0.2
AT38
OM0.3
ANM0.4
=M0.3
Network8
LDI1.4
AM0.3
AI0.3
OM0.4
ANM1.0
=M0.4
Network9
LDI1.4
AM0.5
AT39
OM0.6
ANM0.7
=M0.6
Network10
LDI1.4
AM0.6
AI0.3
OM0.7
ANM1.0
=M0.7
Network11
LDI1.4
AM0.4
AI0.2
LDI1.4
AM0.7
AI0.1
OLD
OM1.0
ANM1.1
=M1.0
Network12
LDI1.4
AM1.0
AI0.4
OM1.1
ANM1.2
=M1.1
TONT40,+10
Network13
LDI1.4
AM1.1
AT40
OM1.2
ANM1.3
=M1.2
Network14
LDI1.4
AM1.2
AI0.3
OM1.3
ANI0.0
=M1.3
Network15//输出网络
LDM0.1
OM0.7
OM1.0
=Q0.1
Network16
LDM0.2
OM0.5
=Q0.4
Network17
LDM0.3
OM0.6
OM1.2
=Q0.0
Network18
LDM0.4
=Q0.2
Network19
LDM1.3
=Q0.3
单周期控制
Network1//回原点启动在单周期控制中回原点
LDI1.3
OQ0.0
OQ0.3
LPS
ANI0.3
=Q0.0
LPP
ANI0.0
=Q0.3
Network2
LDI0.0
AI0.3
SQ0.4,1
=Q0.5
Network3//单周期控制程序开始
LDSM0.0
=M0.0
Network4//I1.4启动控制单周期运行
LDI1.4
AM0.0
AI0.0
AI0.3
OM0.1
ANM0.2
ANM0.5
=M0.1
TONT37,+20
Network5
LDM0.1
AT37
AI0.4
OM0.2
ANM0.3
=M0.2
TONT38,+10
Network6
LDM0.1
AT37
ANI0.4
OM0.5
ANM0.6
=M0.5
TONT39,200
Network7
LDM0.2
AT38
OM0.3
ANM0.4
=M0.3
Network8
LDM0.3
AI0.3
OM0.4
ANM1.0
=M0.4
Network9
LDM0.5
AT39
OM0.6
ANM0.7
=M0.6
Network10
LDM0.6
AI0.3
OM0.7
ANM1.0
=M0.7
Network11
LDM0.4
AI0.2
LDM0.7
AI0.1
OLD
OM1.0
ANM1.1
=M1.0
Network12
LDM1.0
AI0.4
OM1.1
ANM1.2
=M1.1
TONT40,200
Network13
LDM1.1
AT40
OM1.2
ANM1.3
=M1.2
Network14
LDM1.2
AI0.3
OM1.3
ANI0.0
=M1.3
Network15
LDM0.1
OM0.7
OM1.0
=Q0.1
Network16
LDM0.2
OM0.5
=Q0.4
Network17
LDM0.3
OM0.6
OM1.2
=Q0.0
Network18
LDM0.4
=Q0.2
Network19
LDM1.3
=Q0.3
连续控制
Network1//回原点启动在连续控制中回原点
LDI1.3
OQ0.0
OQ0.3
LPS
ANI0.3
=Q0.0
LPP
ANI0.0
=Q0.3
Network2
LDI0.0
AI0.3
SQ0.4,1
=Q0.5
Network3//连续控制程序开始
LDSM0.0
=M0.0
Network4//I1.4启动控制连续运行
LDI1.4
AM0.0
AI0.0
AI0.3
LDM1.3
AI0.0
OLD
OM0.1
ANM0.2
ANM0.5
=M0.1
TONT37,+20
Network5
LDM0.1
AT37
AI0.4
OM0.2
ANM0.3
=M0.2
TONT38,+10
Network6
LDM0.1
AT37
ANI0.4
OM0.5
ANM0.6
=M0.5
TONT39,200
Network7
LDM0.2
AT38
OM0.3
ANM0.4
=M0.3
Network8
LDM0.3
AI0.3
OM0.4
ANM1.0
=M0.4
Network9
LDM0.5
AT39
OM0.6
ANM0.7
=M0.6
Network10
LDM0.6
AI0.3
OM0.7
ANM1.0
=M0.7
Network11
LDM0.4
AI0.2
LDM0.7
AI0.1
OLD
OM1.0
ANM1.1
=M1.0
Network12
LDM1.0
AI0.4
OM1.1
ANM1.2
=M1.1
TONT40,200
Network13
LDM1.1
AT40
OM1.2
ANM1.3
=M1.2
Network14
LDM1.2
AI0.3
OM1.3
ANI0.0
=M1.3
Network15
LDM0.1
OM0.7
OM1.0
=Q0.1
Network16
LDM0.2
OM0.5
=Q0.4
Network17
LDM0.3
OM0.6
OM1.2
=Q0.0
Network18
LDM0.4
=Q0.2
Network19
LDM1.3
=Q0.3
四、总结
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，每组一个题目。
我们做的是大小球分类传送控制系统。
由于平时大家都是学习理论，没有过实际开发的设计经验，拿到的时候都不知道怎么做。
但通过各方面的查资料和学习，我们基本学会了PLC设计的步骤和基本方法。
分组工作的方式，给了我与同学合作的机会，提高了团队合作的意识与能力。
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。
在我们没有做实践设计之前，我们对知识的掌握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序用到PLC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。
能够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。
通过本次毕业设计的锻炼，使我更加自信，更加积极，这会对我们更快的融入到将来的社会，出色地完成工作任务有不可估量的积极作用。
经过两个星期的努力，终于有了一个较成型的设计展现在了我面前，加深了对PLC控制系统的进一步了解，更加清楚地认识到其在现代化工业中所起的巨大作用。
由于本组水平有限，难免有考虑不足之处，所以恳请老师同学们批评指正。
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