《电气控制技术》课程设计工作台自动循环往返控制22页doc.docx
《《电气控制技术》课程设计工作台自动循环往返控制22页doc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《电气控制技术》课程设计工作台自动循环往返控制22页doc.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
《电气控制技术》课程设计工作台自动循环往返控制22页doc
《电气控制技术》课程设计
工作台自动循环往返控制
《电气控制技术课程设计》任务书
设计题目
工作台自动循环往返控制
设计目的
1）掌握低压电器的选用、可编程控制器硬件电路的设计方法。
2）熟练使用小型可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法。
3）掌握可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法。
4）通过课程设计培养查阅资料（图书、网络）、工具书的能力，培养工程绘图、书写技术报告的能力。
5）通过课程设计，将电气控制技术课程所获知识在工程设计工作中综合地加以应用，使理论知识和实践结合起来。
设计内容
工作台前进、后退由电动机通过丝杠拖动，示意图如下。
要求：
1）自动循环控制，2）点动控制（调试用），3）单循环运行，即前进、后退一次后停在原位，4）8次循环计数控制，即工作台前进、后退8次为一个循环，循环8次后停止在原位并且工作台前进中绿灯亮，前进至停止处工作台停3秒且同时绿灯闪烁3秒，之后工作台后退，后退过程中红灯亮，后退至停止处工作台停3秒且同时红灯闪烁3秒。
设计要求
1）控制装置选用PLC作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配PLC机型和I/O接口。
2）可执行手动/自动两种方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。
3）电动阀上驱动电动机为正、反转双向运行，因此要在PLC控制回路加互锁功能。
4）PLC的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。
5）为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，入如电动机过热保护、控制系统短路保护等。
6）绘制电气原理图：
包括主电路、控制电路、PLC硬件电路，编制PLC的I/O接口功能表。
7）选择电器元件、编制元器件目录表。
8）绘制接线图、电控柜布置图和配线图、控制面板布置图和配线图等。
9）采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。
课程设计应完成的工作
1.据控制要求，分析控制系统，完成系统的硬件和软件设计。
2.搭建实际电路或借助PLC实验箱完成调试。
3.完成课程设计报告书
其中：
电气控制原理图用CAD软件绘制；程序用抓图软件抓图粘贴。
进程安排
1、搜集资料2天
2、电路设计和程序设计7天
3、系统的调试、监控、运行3天
4、撰写设计报告2天
应收集的资料及参考文献
五、参考文献17
一、PLC现状及发展趋势
1．PLC来源
在制造工业对改变几何形状与机械性能为特征与过程工业对物理变化与化学变化将原料转化成产品为特征中，大量开关量顺序控制，它按照逻辑环境进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作控制，及大量离散量数据收集。
传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来解决方案。
1968年美国GM通用汽车公司提出取代继电气控制装置条件，第二年，美国数字公司研制出了芯片IC与电子技术信息控制装置，使得电气控制功能解决方案程序化，这就是第一代可编程代码序控制器，英文名字叫PROGRAMMBLECONTROLLERPC。
随着电子技术信息与计算机技术信息发生，PC功能越来越强大，其理念与内涵也不断扩展。
上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为PC，为了方便，也为了反映可编程代码控制器功能特性，美国a-b公司将可编程代码序控制器定名为可编程代码序逻辑控制器PROGRAMMABLELOGICCONTROLLERPC，并将“PLC”作为其产品注册商标。
现在，仍常常将PLC简称PC。
上世纪80年代到90年代中期，是plc发展最快时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力，数字运算能力，人机接口能力与网络能力得到大幅度提升PLC逐渐进入过程控制领域，在某些使用上取代了在过程控制领域处于统治地位DOS系统。
近年，工业计算机技术信息IPC与现场总线技术信息FCS发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中地位，在可预见未来，是无法取代。
目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要使用在汽车23%粮食加工16.4%，化学/制药14.6%，金属/矿山11.5%，纸浆/造纸11.3%等行业。
2．典型plc产品
施耐德公司，QUANTUM，PREMIUMMOMENUM等；
罗克韦尔a-b公司，SLC，MICROLOGIC，CONTROLLOGIX等；
西门子公司，SIMATICS7-400/300/200一系列；
GM公司；
日本欧姆龙，三菱，富士，松下等。
PLC生产厂约30多家，但没有形成颇具规模生产能力与名牌产品，还有一部分是对仿制，来件组装或“贴牌”方法生产。
3．PLC在我国使用
虽然我国在PLC生产方面相比较弱，但在PLC使用方面，我国是很活跃，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30多亿人民币，使用行业也很广。
在我国，普通按I/O点数将PLC分为对下级别但不绝对，国外类别有些差别：
微型：
32I/O小型化：
256I/O中型：
1024I/O大型：
4096I/O巨型：
8192I/O
在我国使用PLC系统中，I/O64点对下PLC销售额占整个PLC47%，64点~256点占31%，合计占整个PLC销售额78%。
在我国使用PLC，几乎涵盖了世界所有品牌，呈现百花齐放态势，但从行业上分，有各自势力范围。
大中型集控系统使用欧美PLC居多，小型化控制系统，机床，设备单体自动化及OEM产品使用日本PLC居多。
欧美PLC在网络与软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性与价位方面占优势。
我国PLC供应渠道，主要有制造商，分销商代理商，系统电子集成商，oem用户，最终用户。
其中，大部分PLC是通过分销商与系统电子集成商达到最终用户。
4．PLC发展重点
PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业，或发展软件产业，大大提升了其软件水平，多数PLC品牌拥有及的相应研发平台与组态软件，软件与硬件组成，提升了系统性能，同时，为用户研发与维护减少了成本，使更易形成人机友好控制系统，目前，PLC＋网络＋IPC＋CRT模式被广泛使用。
PLC厂家在原来CPU模板上供应物理层RS232/422/485接口基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且供应完整通讯网络。
由于近来数据通讯技术信息发展很快，用户对开放性条件很强烈，现场总线技术信息及对太网技术信息也同步发展。
如罗克韦尔a－b公司主推三层网络构造体系，即ETHERNET，CONTROLNET，DEVICENET，西门子公司在PROFIBUS-DP及PROFIBUS-FMS网络等。
PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断与扩大各自市场，处于群雄割据局面，各自发展自己基准，兼容性很差，这给用户运用带来不便，并增加了维护成本。
开放是发展趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协及竞争过程，并且这一过程还在继续。
开放前进，能从对下方面反映：
IEC形成了现场总线基准，这一基准包含8种基准，虽然有人说，几种基准就是没有基准，但必竟是一个经过艰难争论及妥协成果。
基准发布后，各厂商纷纷将自己产品适应这些基准，或者研发及的相应新产品。
IEC制订了WINDOWS编程代码语言基准iec61131-3，它规定了指令表IL，梯形图LD，顺序功能图SFC，功能块图FBD，构造化文本ST五种编程代码语言。
这是对数字技术信息为基础可编程代码序逻辑控制装置在高层次上走向开放性基准化文件。
虽然PLC研发上各工具仍不兼容，但这些基准研发系统，运用户在使用过程中，能较方便地适不同品牌产品。
OPC基金会发布了OPCOLEFORPROCESSCONTROL基准，这进一步增强了软硬件互操作方法性，通过OPC一致性测试使用产品，能解决方案方便与无缝隙数据交换。
目前，多数PLC软件产品与相当一部分仪表，执行机构及其它设备具有了OPC功能。
OPC及现场总线技术信息组成，是将来控制系统向FCS技术信息发展趋势。
PLC网络能力，模拟量处理能力，运算速度，内存，复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制使用，而越来越使用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能使用，PLC在相当多使用取代了昂贵DCS，从而使原来PLC顺序控制＋DCS过程控制模式变成PLC＋IPC模式。
对太网使用非常广泛，及工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将对太网引进控制领域。
目前挑战在于：
1硬件上如合适应工业恶劣环境；2通讯机制怎么提升其可靠。
对太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。
但对太网在工控系统使用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷发布适应对太网产品或中间产品。
二、工作台自动循环电气控制系统设计任务书
1、工作台自动循环电气控制系统工艺要求
工作台自动往返循环控制系统多用于工厂车间，通过PLC自动循环实现产品的流水线加工，从而提高产品质量和生产效率及节省人力。
2、工作台自动循环电气控制系统的总体要求
使用PLC实现工作台往返循环工作的控制。
图A所示为工作台自动往返循环工作示意图，工作台前进及后退由电动机通过丝杠拖动，要求实现如下控制功能：
（1）点动控制：
能分别实现前进和后退的点动控制。
（2）自动循环控制：
单循环运行（即工作台前进及后退一次循环后停止在原位，碰到换向行程开光时不掩饰）；8次循环计数控制（即工作台前进及后退1次1个循环，每碰到换向行程开关时停止3秒后再运行，循环8次后停止在原位，原位在SQ2处）
点动控制和自动控制由条件跳转指令实现。
自动循环控制程序中，采用传送指令控制工作台前进、后退、限位、停止等，其中单循环控制与8次循环控制选择开关S2,8次循环控制的循环次数采用加1指令和比较指令配合直线。
开关S1为点动控制和自动控制，开关S2为单循环控制与8次循环控制。
3、工作台自动循环电气控制系统设计要求
控制装置选用PLC作为系统的控制核心，根据工艺要求合理选配PLC机型和I/O接口。
可执行点动/自动两种方式，应能按照工艺要求编辑程序并可实时整定参数。
要求驱动电动机为正、反转双向运行，因此要在PLC控制回路加互锁功能。
PLC的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。
为了设备安全运行，考虑必要的保护措施，入如电动机过热保护、控制系统短路保护等。
绘制电气原理图：
包括主电路、控制电路、PLC硬件电路，编制PLC的I/O接口功能表。
选择电器元件、编制元器件目录表。
绘制接线图、电控柜布置图和配线图、控制面板布置图和配线图等。
采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。
三、工作台自动循环电气控制系统总体设计过程
1．工作台自动循环电气控制系统总体方案说明
工作台自动循环电气控制系统的控制对象电动机均由交流接触器完成起、停控制，与丝杆相连的电动机要采用正、反转控制。
工作台的运行轨迹上应在规定处设置前进转后退、后退转前进、前进限位开关、及后退限位开关四个行程开关。
电动机内部应设有过载保护开关，为常闭触点，作为过载保护信号，PLC控制电路考虑该信号逻辑关系。
主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔断器，实现短路保护。
电控箱设置在控制室内。
控制面板与电控箱内的电器板用BVR型铜导线连接，电控箱与执行装置之间采用端子板连接。
PLC选用继电器输出型。
PLC自身配有24V直流电源，外接负载时考虑其供电容量。
PLC接地端采用第三种接地方式，提高抗干扰能力。
2．工作台自动循环电气控制原理图设计
（1）工作台自动循环示意图如图1
图1
（2）工作台自动循环控制系统方框图如图2
图2
（3）工作台自动循环电气控制主电路设计图如图3
图3
上述主电路、控制电路的工作过程：
先合上开关QS。
按下SB1，KM1线圈得电，KM1自锁触头闭合自锁，KM1主触头闭合，同时KM1联锁触头分断对KM2联锁，电动机M启动连续正转，工作台向前（左）运动，移至限定位置时，挡铁1碰撞位置开关SQ1，SQ1-1常闭触头先分断，KM1线圈失电KM1自锁触头分断解除自锁，KM1主触头分断，KM1联锁触头恢复闭合解除联锁，电动机M失电停转，工作台停止前（左）移，同时SQ1-2后闭合，使KM2自锁触头闭合自锁，KM2主触头闭合，同时KM2联锁触头分断对KM1联锁，电动机M启动连续反转，工作台后（右）移（SQ1触头复位），移至限定位置时，挡铁2碰撞位置开关SQ2，SQ2-1先分断，KM2线圈失电，KM2自锁触头分断解除自锁，KM2主触头分断，KM2联锁触头恢复闭合解除联锁，电动机M失电停转，工作台停止后（右）移，同时SQ2-2后闭合，使KM1自锁触头闭合自锁，KM1主触头闭合，同时KM1联锁触头分断对KM2联锁。
电动机M启动连续正转，工作台向前（左）运动，以次循环动作使机床工作台实现自动往返动作。
主要参数计算：
断路器QF脱扣电流。
断路器为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。
熔断器FU熔体额定电流IFU。
以曝气风机为例，IFU≥2IN＝2×2.5A＝5A，选用5A的熔体。
其余熔体额定电流的选择，按上述方法选配。
控制回路熔体额定电流选用2A。
热继电器的选择请参考有关技术手册。
工作台自动循环PLC控制电路设计包括PLC硬件结构配置及PLC控制原理电路设计。
硬件结构设计。
了解各个控制对象的驱动要求，如：
驱动电压的等级、负载的性质等；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。
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。
（4）工作台自动循环控制系统PLC接线图如图4
图4
（5）PLC控制电路原理图如图5
图5
（6）PLC电源控制线路图如图6
图6
（7）工作台自动循环电气控制系统元件位置图如图7
图7
安装工艺要求：
根据图纸及参数合理选择元件和导线。
导线敷设要求横平、竖直，不能有交叉，并束状敷设。
导线敷设结构合理，线路连接关系清楚。
接线端子序号与图纸导线与元件连接相对应。
导线从一个接线端子到另一个接线端子连续无断点不能有断点及连接。
导线与元件连接应紧固，不能松动。
按钮线、电机线、电源线应使用软线。
6）工作台自动循环电气控制系统I/O分配表如表A
名称
符号
地址
点动/自动选择开关
S1
X0
启动/前进点动按钮
SB1
X1
后退点动按钮
SB2
X2
停止按钮
SB3
X3
单循环/8次循环选择开关
S2
X4
前进转后退开关
SQ1
X5
后退转前进开关
SQ2
X6
前进限位开关
SQ3
X7
后退限位开关
SQ4
X10
交流接触器前进
KM1
Y0
交流接触器后退
KM2
Y1
前进绿灯
L1
Y2
后退红灯
L2
Y3
表A
（7）工作台自动循环电气控制系统项目设备清单如表B
名称
型号
数量
备注
可编程程序控制器
FN2N-48MR
1
交流接触器
MZJB400A
2
按钮
XB2EA135
3
双位开关
K25-23D
2
限位开关
A1FZ36A
4
热继电器
LR2-D132217-25A
1
熔断器
QX374-RN2
1
电动机
IP44Y系列
1
接线端子排
导线
BV
若干
绿色LED灯
T-1（3/4）
1
红色LED灯
T-1（3/4）
1
表B
（9）PLC控制程序设计
采用PLC控制的梯形图如图E所示。
点动控制和单循环控制由CJ指令实现。
自动循环控制程序中，采用传送指令，控制工作台前进后退及限位。
8次循环控制采用加1指令和比较指令配合实现。
运行并调试程序：
将梯形图输入到计算机，检查电源正确无误。
对程序进行调试运行。
可不带电机负载，观察接触器动作情况即可。
先将S1,S2打到断开位置处。
将S1闭合，S2断开，观察电动执行情况。
再将S1断开，S2闭合，观察单循环过程执行情况。
最后将S1,S2都断开，观察8次循环过程执行情况。
四、安全注意事项
1、电动机的金属外壳及配电盘必须可靠接地。
2、通电试车前必须先进行自检，然后在老师指导下进行。
3、做好安全防护工作以防止实验时发生触电事故。
4、操作电源开关时应按顺序进行。
5、通电试验时注意力一定要集中，不能分心。
6、通电试验完毕应立即切断电源并拆除电动机及电源引线。
[1]方承远，张振国.工程电气控制技术[M].第三版。
北京：
机械工业出版社，2006.7
[2]方承远，王炳勋.电气控制原理与设计[M].银川：
宁夏人民出版社，1989.
[3]田瑞庭.可编程序控制器应用技术[M].北京：
机械工业出版社，1994.
[4]田瑞庭.常用可编程序控制器编程器及编程软件使用手册[M].北京：
机械工业出版社，1994.
[5]顾战松，陈铁年.可编程控制器原理及应用[M].北京：
国防工业出版社，2003.
[6]王兆义.可编程控制器教程[M].北京：
机械工业出版社，2005
[7]郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].南京：
东南大学出版社，2004.
升级会员 