配料系统与运料小车课程设计.docx
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配料系统与运料小车课程设计
1课程设计引言………………………………………………………1
2常规电气控制………………………………………………………1
2．1工艺流程………………………………………………………1
2．2拖动要求………………………………………………………2
2．3设计任务………………………………………………………2
2．4主电路…………………………………………………………2
2．5控制回路………………………………………………………3
3PLC控制………………………………………………………………4
3．1PLC的I/O分配与指示灯的分配……………………………………4
3．2控制面板布置及PLC接线图…………………………………5
3．3PLC梯形图……………………………………………………6
3．4程序调试………………………………………………………8
3.4.1PLC定义………………………………………………………8
3.4.2PLC系统的特点………………………………………………8
3.4.3可编程控制器的基本结构……………………………………8
3.4.4PLC的接线与程序的调试……………………………………9
3.4.5PLC程序的仿真………………………………………………9
3.4.6PLC程序突发故障的应对……………………………………12
4操作说明……………………………………………………………14
5设计心得……………………………………………………………15
6参考文献……………………………………………………………16
1引言
通过课程设计达到某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。
同时也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。
电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。
配料系统结合了备料、配料、运料三个方向的技术，其中运料小车控制系统是冶金、有色金属、煤矿、车站、港口、码头仓库、矿井等行业的主要设备之一。
利用PLC控制技术，可实现小车一处装料两处卸料的自动控制。
可实现在线参数和控制过程的调整，克服了继电器控制系统的可靠性差，维修控制不方便等不足。
极大地提高了设备控制灵活性、稳定性以及维护保养性能和工作效率。
2常规电气控制
2．1工艺流程
图1配料系统示意图
（1）备料：
料斗1、2内分别有压力传感器，当料门开关闭合且压力传感器输出加料信号时，煤、石加料器电机工作开始加料；当煤、石加到一定数量时，压力传感器输出停止加料信号，由PLC输出信号控制煤、石加料器电机停止。
（2）装料：
当小车到达工作装料位置时，如果此时料斗备料完毕，则PLC控制同时打开（采用电动阀门控制）料斗1、2、3料门开始装料环节，其中料斗3完成混料，并开始工作计时，完成装料后输出动作完成信号，准备小车运料。
（3）运料，小车接受备料完成信号后，启动，当小车到达位置时，料斗3的出料门自动打开，并开始进料计时（20S），给小车上料；小车离开时，料斗出料门自动关闭，料斗1、2重新开始备料流程，如此循环。
2．2拖动要求
1.运料小车由三相绕线式异步电动机拖动。
2.料斗1、2、3的料门由电磁阀控制，进料之前要先判断料门状态。
3.进料及卸料电磁阀为220V直通式电磁阀。
4.位置A、B、C、D四处各安装一只行程开关；在位置A、D为设置的超程保护。
2．3设计任务
1.绘制主电路，选择合适的元器件（名称、数量及参数）。
2.绘制常规控制回路。
3.根据控制要求选择PLC，并安排PLC的I/O端口。
4.绘制PLC接线图。
5.根据控制要求设计PLC程序。
6.上机调试程序。
7.编写设计、使用说明书及设计小结，列出参考资料目录。
2．4主电路
配料系统结合了备料、配料、运料三个方向的技术，其中运料小车控制系统是冶金、有色金属、煤矿、车站、港口、码头仓库、矿井等行业的主要设备之一。
利用PLC控制技术，可实现小车一处装料两处卸料的自动控制。
可实现在线参数和控制过程的调整，克服了继电器控制系统的可靠性差，维修控制不方便等不足。
极大地提高了设备控制灵活性、稳定性以及维护保养性能和工作效率。
本系统的工作过程主要是配料过程和小车运料过程，配料又三个独立的料斗控制，料斗1、2是原始物料，料斗3负责混料，并由料斗3给小车的装料。
小车启动到B点时停车，并进行装料20S，装料完毕小车反响运行到达C点卸料20S，之后反向再次到达B点装料，如此往复。
电气主电路应由配料系统两个加料电机M1和M2以及用于小车拖动的电动机M3组成，如图所示。
对小车的主电路QF为空开，当KM1接通时，电动机M1正转，KM2接通则M1反转。
以此来控制小车往返运动。
用接触器KM3、KM4的通、断来串入或切除电阻，以实现小车的启动和调速。
系统的主电路图由图2-1所示。
2．5控制回路
根据主电路及相应控制要求我们绘制出电气控制电路，如图2-2所示。
3PLC控制
3．1PLC的I/O分配与指示灯分配
根据触点类型的不同，为了方便控制，按表3-1进行I/O分配。
表3-1配料系统全局I/O分配表
输入控制
代表状态
输出控制
代表状态
I0.0
启动开关
Q0.0
媒料斗1的料门打开
I0.1
料斗1的限位开关
Q0.1
石料斗2的料门打开
I0.2
料斗2的限位开关
Q0.2
混料料斗3料门打开
I0.3
料斗3的限位开关
Q0.3
料门未正常关闭报警
I0.4
煤重力传感器信号
Q0.4
煤料斗进料电机
I0.5
石重力传感器信号
Q0.5
石料斗进料电机
I0.6
小车紧急停车按钮
Q0.6
I0.7
运料小车反转启动
Q0.7
小车正向运行（向加料）
I1.0
正向加料限位信号
Q1.0
小车反转运行（向卸料）
I1.1
反向卸料限位信号
Q1.1
错误信号报警灯
I1.2
正向极限限位信号
Q1.2
I1.3
运料小车正转启动
Q1.3
I1.4
进料电机紧急停车
Q1.4
I1.5
配料系统紧急停车
Q1.5
I1.6
配料系统过流保护
I1.7
反向极限限位信号
表3-2配料系统全局指示灯分配表
指示灯
代表状态
指示灯
代表状态
HL1
配料系统工作灯
HL8
配料系统过流报警灯
HL2
料斗1正常关闭灯
HL9
正向限位位置报警灯
HL3
料斗2正常关闭灯
HL10
反向限位位置报警灯
HL4
料斗3正常关闭灯
HL5
料斗1进料完成指示灯
HL6
料斗2进料完成指示灯
HL7
小车停车状态灯
3．2控制面板布置及PLC接线图
1L
0.0
0.1
0.2
0.3
2L
0.4
0.5
0.6
3L
0.7
1.0
1.1
N
L1
输出端Q
电源AC
S7-200
输入端I
+24V
1M
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
2M
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
M
L+
3．3PLC梯形图
根据电气控制回路和PLC I/O分配，画出图3- 3的梯形图。
3．4程序调试及仿真
3.4.1PLC定义
可编程控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC）是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程.可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与各种控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
3.4.2PLC系统的特点
可编程控制器具有编程方法简单易学、功能强大、性价比高、硬件配套齐全，用户使用方便、适应性强、可靠性强、抗干扰能力强、系统的设计、安装、调试工作量少、维护工作量小、维护方便、体积小、能耗低等特点。
3.4.3可编程控制器的基本结构
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成，如图5所示。
PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。
图5可编程控制器的基本结构图
以西门子公司为S7-200PLC设计的V3.2STEP7MicroWINSP4编程软件为例。
程序调试分为硬件和软件设计两部分。
硬件设计主要包括:
1）确定安排PLC的输入、输出点;
2）设计外围电路,包括主电路;
3）选购PLC并进行现场安装接线等内容；
软件设计,大多数用梯形图和指令程序,主要包括:
1）设计控制流程；
2）根据工作循环图,画出虚拟的电路图，按梯形图编写指令程序表;
3）系统调试:
根据设计要求,对程序进行调试和修改,必要时还可对硬件进行修改,直到满足要求；
3.4.4PLC的接线与程序的调试
（1）打开PLC电源，通过软件将程序下载到PLC中（此时PLC处于STOP模式）。
下载程序后，再将PLC处于RUN模式下开始调试程序。
（2）按照图2所示线路对主电路进行接线。
（3）使PLC处于关机模式，按照图3所示对PLC外部电路接线（根据淮工实验室条件决定），正确接入输入输出设备。
将PLC控制系统供电，PLC处于RUN模式进行空车调试。
按下按钮，观察接触器的动作。
（4）空车调试后，将主电路上电，进行整机调试。
按下SB2按钮，电动机正转；当小车触动开关SQ1时（或人工按下后），电动机反转；当小车按下SQ2开关（或人工按下），电动机正转；按下SB3按钮，电动机反转；当触动开关SQ2后，电动机正转；当小车按下SQ1开关（或者人工按下），电动机反转；当按下SB1按钮，电动机停止。
3.4.5PLC程序的仿真
（1）打开PLC电源，通过软件将程序下载到PLC中（此时PLC处于STOP模式）。
下载程序后，再将PLC处于RUN模式下开始调试程序。
开启启动按钮，料斗1、2、3料门关闭（Q0.0、Q0.1、Q0.2），检测未到装载重量后，进料电机工作开始装料。
（2）进料达到要求时（I0.4、I0.5），装在于料斗上的煤压力传感器和石压力传感器分别动作，信号作用于进料电机使其停止工作，并将备料完成信号给运料小车系统，小车接受信号后向装料处移动（Q0.7）。
（3）当小车运动到达指定工作位置，且备料完成时，料斗1、2、3料门同时打开并给小车装料，料斗3设计有调料机械装置，将煤料与石料混合并同时通过打开的料门3给小车装料，开始装料计时20S。
（4）20S后加料完成，料门1、2、3同时关闭，并给进料电机信号是进料电机开始工作，准备下一轮备料，同时小车驶向卸料出（Q1.0）运动。
煤压力传感器和石压力传感器起作用，边加料边称重。
（5）小车到达卸料处（I1.1），小车在卸料信号作用下打开卸料阀门，开始卸料并卸料计时20S，卸料完成后小车自动驶向加料（Q0.7）。
3.4.6PLC程序突发故障的应对
（1）料门中有任意一个意外打开或未正常关闭（假设I0.2），程序自动控制报警系统报警（Q0.3）并同时使相应的进料电机（对应的是Q0.5）停止进料。
（2）如遇紧急情况，紧急停止按钮（I1.5）可以停止所有状态，同时保持料斗1、2、3料门（Q0.0、Q0.1、Q0.2）处于关闭状态，确保料物安全。
（3）运料小车意外驶出加料或卸料处（假设进料极限位置动作I1.2），程序中设定好的极限控制限位开关，动作使小车驶向工作区域（小车反向运行到工作位置）。
（4）加料进行时，重力传感器检测到小车卸料后料源重量不达标信号（假设I1.5动作），料门仍正常开启，直至此次加料完成后，相应该信号，加料电动机工作。
4操作说明
本设计通过了Simens S7-200 PLC的上机仿真，按下按I/O图接线后，并在计算机上下载程序到PLC，S7-200系列PLC指示灯通常包括SF、RUN、STOP指示灯和开入开出指示灯，通过SF、RUN和STOP三个指示灯可以判断出CPU的当前运行状态，通过开入开出指示灯可以判断出PLC开入开出点的状态。
具体说明如下：
1.RUN指示灯：
CPU处于运行状态时点亮（绿色），CPU处于停止状态时熄灭；
2.STOP指示灯：
CPU处于停止状态时点亮（绿色），CPU处于运行状态时熄灭；
3.我们将PLC拨到RUN，设置PLC为运行状态。
配料系统操作步骤：
●按下I0.0即开始按钮，启动系统，程序自动检查三个料斗料门状态，确定料门都关闭后，进料电机分别工作给料斗1、2进料。
●当进料完成后，煤重力传感器和石重力传感器动作使两进料电机停止工作，同时输出信号给运料小车使其到装料处行驶。
●当小车到达装料处时（即I1.0限位开关动作），系统自动进行判断，若料斗1、2加料完成则料斗1、2、3同时打开料门，料斗3负责机械搅拌混料，并进行加料计时20S；若料斗1、2未完成备料，则小车在I1.0处等待装料，至料斗备料完成开始上面步骤。
●加料计时完成后小车驶离装料处（I1.0动作）并向卸料处运动，到小车达卸料处时进行卸料计时20S完成后，小车重新驶向装料处等待装料。
配料系统注意事项：
v若按下急停按钮，系统除了料门要保持关闭外，中止整个配料系统。
vI0.6控制运料小车在行进过程中的紧急停车，同时运料小车设有手动运行开关（I0.7运料小车反转启动，I1.3运料小车正转启动），若PLC系统出现故障，可人为手动控制整个配料过程。
v当进料电机出现故障，或者临时料门打开时，进料电机除系统自动的保护程序外，可人为控制进料电机启停（I1.4进料电机紧急停车）。
v如遇系统紧急故障，该配料系统设有系统紧急停止按钮，确保人员、系统和设备安全。
5设计心得
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。
既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
通过本次课程设计我进一步懂得了PLC程序系统设计的开发流程：
✧整个系统设计的基础是深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求。
因为设计后期选型、编程、调试都是以此为目标。
针对本课题的课程设计，前期我通过自己查阅资料和询问老师，很好的懂得了整个配料系统的工作流程，这为我后续的工作得以进行奠定了充实的基础。
✧再有就是确定I/O设备。
根据被控对象的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。
比如，常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器、编码器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀、变频器等。
✧其次是选择合适的PLC类型。
根据已确定的用户I/O设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的PLC类型，包括机型的选择、I/O模块的选择、特殊模块、电源模块的选择等，由于考虑到个人的课程设计用到的I/O端口相对较少最终我采用的是CPU224的PLC。
✧然后是分配I/O点分配PLC的输入输出点，编制出输入/输出分配表或者画出输入/输出端子的接线图。
这个工作对后续的面板图等都有重要的意义，本次设计中由于没有考虑到这点，后面花了较多的时间。
✧最重要的是编写梯形图程序部分。
根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。
这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步。
✧之后就是进行软件的测试。
将已编好的程序下载到PLC后，应先进行测试工作。
因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。
因此在实际应用前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础。
✧下面就是是应用系统整体调试。
这部分我们是在实验室内PLC上完成的联机调试。
调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功
✧最后是编写报告说明文件。
系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、PLC梯形图等，这部分徐老师是指导过的目的就是让别人能看懂你的东西。
再有作为心得，在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。
通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。
在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。
我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。
例如，在利用CAD画图时我们就发现矩阵功能能用来画很多等间距的直线，这在控制电路中十分有用。
又比如，在PLC程序STEP V4.0时，64位系统无法安装，于是换回了32位的XP系统。
有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。
自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。
为以后的工作积累了经验，增强了信心。
6参考文献
[1] 《可编程控制器教程》胡学林主编 电子工业出版社2005
[2] 《工厂电气控制与设备》赵明主编机械工业出版社 2005
[3] 《西门子S7-200编程技术》万宗芳主编科学出版社1998
[4] 《可编程序控制器应用指南》 易传禄主编 上海科普出版社 2006
[5] 《可编程序控制器教程赵明主编机械工业出版社 2005
[3] 《西门子S7-200编程技术》万宗芳主编科学出版社1998
[4] 《可编程序控制器应用指南》 易传禄主编 上海科普出版社 2006
[5] 《可编程序控制器教程》 王兆义主编 机械工业出版社 2007
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