运料的小车和单轴系统课程设计.docx
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运料的小车和单轴系统课程设计
河南工程学院
《电气控制与PLC技术》
课程设计报告
姓名：
学号：
专业班级：
电气工程及其自动化1343
设计时间：
自月日至月日，
共天
设计地点：
河南工程学院3#实验楼A418
指导教师：
邓丽霞
2016年月日
课程设计成绩评定标准及成绩
序号
评审项目
指标
满分
评分
1
工作态度
遵守纪律，学习认真；作风严谨，踏实肯干；善于与他人合作。
5
2
工作量
按期圆满完成规定的任务，难易程度和工作量符合要求；完成运料小车控制模块10分，完成单轴运动控制系统10分。
20
3
出勤情况
全勤：
10分
10分
有迟到、早退、请假现象：
8分
旷课1天：
2分
旷课2天及以上：
0分
4
设计、实验方案
控制要求详细，变化多样，能自主设计程序实现自己的控制要求，想法独特。
能灵活运用相关专业知识，有较强的创新意识，有独特见解，设计有一定应用价值。
30分
5
实验技能
动手能力强，能独立完成接线及编程工作，能解决设计及实验过程中出现的问题。
10分
6
小组表现
注重团队合作，在小组中表现突出，对设计方案的制定及选取起主要作用，在实验操作过程中，承担主要执行者。
5分
7
设计报告质量
报告结构严谨合理；文理通顺，技术用语准确，符合规范；图表完备、正确，绘图准确、符合国家标准；。
20分
总分
评语：
等级：
评阅人：
职称：
讲师
日期：
2016年月日
1绪论
1.1目的
训练PLC的步进指令，完成自动送料装车系统和单轴控制系统的程序设计。
实现课程设计要求的的基本功能。
1.2意义
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，课程设计是PLC课程课堂教学的延伸和发展，是理论知识与工程实践之间的衔接。
通过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。
通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。
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。
课程设计强调以能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。
在专业知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础。
1.3主要任务
按照课程设计要求，设计PLC程序，并且将设计好的正确的PLC程序，编译后，写入PLC，运行实现小车送料和单轴运动控制的基本功能。
1.4控制要求
1.4.1运料小车控制系统的控制要求
自动送料装车控制系统要求通过PLC自动控制小车的装料卸料过程。
小车到达指定的位置装料停止时间卸料停止时间。
按下启动按钮SB1，小车运动到1号工地装料1，停止2秒，接着运动到2号工地卸货，停止2秒，然后运动到3号工地装料2，停止3秒，再运动到4号工地卸货，停止3秒，最后返回1号工地。
寻循环上述过程。
在实现以上基本控制的基础上，我又加入急停按钮，按下急停按钮，小车立即停止运行，松开按钮，小车沿原路线行走。
1.4.2单轴运动控制系统的控制要求
该单元有电机带动轴运动,气泵产生气体带动气缸（用气缸模拟机械手）上下运动和吸附物块组成。
电机带动轴的左移Y4和右移Y7。
轨道有三个接近开关（1、2、3）定位三个工位,气缸由电磁阀控制进气和出气，实现气缸的上升Y10、下降Y13和吸附Y5,设计有手动和自动控制部分,可以通过开关控制方式。
基本要求：
通过对PLC的编程，由PLC控制单轴位置控制实训装置自动完成，直线滑块模组的移动及定位、升降气缸活塞的伸缩运动及定位、吸盘吸取及释放工件等操作，以达到搬运工件之目的。
自动控制要求：
通过开关选择自动控制方式，按复位按钮，气缸回到工位1，按启动按钮后，气缸下降吸附物块，然后上升，再从工位1移动到工位2，再下降，释放物块回升气缸，然后回到工位1，,然后气缸下降吸附物块从工位1移动到工位3，再下降释放物块回升气缸，再下降吸附物块从工位3移动到工位1，下降释放物块回升气缸，工作全部完成，继续运行上面的循环。
手动控制要求：
通过开关选择手动控制方式，通过控制面板来控制，手柄控制气缸向左、向右移动，气缸的上和下通过面板旋钮控制，物块的吸附通过面板旋钮控制，来完成物块在三个工位上的移动。
2运料小车控制系统的设计
2.1硬件设计
2.1.1PLC机型的选择
本次课程设计选用的是三菱的FX3U系列的PLC,FX3U系列三菱PLC是第三代微型可编程控制器。
三菱FX系列PLC的新产品FX3U与之前的FX系列产品相比其定位功能得到了提高，FX3U的定位功能主要有以下几点：
一、PLC主体的脉冲输出由两个增加到三个。
三菱小型可编程控制器FX系列（FX3U之前产品：
FX1S/FX1N/FX2N）主体脉冲输出功能为Y0、Y1两个（其中FX1S/FX1N为100KHz，FX2N为20KHz），最新产品FX3U在此项功能方面增加到三个，分别为Y0、Y1、Y2，频率为100KHz。
二、定位指令增加。
FX除之前的FX系列的定位指令ABS/ZRN/PLSV/DRVI/DRVA等指令外，还增加了DSZR（带DOG搜索的原点回归），DVIT（中断定位），TBL（表格定位）。
三、可扩展高速脉冲输出模块。
FX3U-2HSY-ADP用于定位FX3U可在其主体左侧扩展最高为200KHz的脉冲输出模块FX3U-2HSY-ADP，用于连接差动输入型的的伺服电机，最多可扩展2个模块，4个独立轴。
四、可扩展定位模块。
FX3U-20SSC-H模块用于定位此模块用三菱专用SSCNET总线连接，需连接三菱伺服MR-J3B型伺服，可进行2轴插补，用专用软件FX-Configurator-FP进行伺服参数设置及定位设定。
五、可连接FX系列之前的定位模块。
FX之前的特殊模块FX2N-1PG-E/FX2N10PG/FX-10GM/FX-20GM等模块可以和FX3U一起使用。
FX3U系列三菱PLC是第三代微型可编程控制器。
模块式结构的PLC配置灵活，装配和维修方便，也便于系统的扩展。
2.1.2硬件选择与配置
2.1.2.1I/O分配
表1开关量输入
序号
点号
符号
意义
1
X0
SB1
启动按钮
2
X1
SQ1
一号工地
3
X2
SQ2
二号工地
4
X3
SQ3
三号工地
5
X4
SQ4
四号工地
6
X6
SB2
急停
表2开关量输出
序号
点号
符号
意义
1
Y1
KM1
正转
2
Y2
KM2
反转
2.1.2.2I/O接线图
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。
图1I/O接线图
运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向左行，电机反转，小向右行。
电动机正反转主回路如图2所示：
图2电动机主电路图
2.2程序设计
2.2.1基础功能程序流程图设计
系统的工作过程是：
流程开始，首先按下开始按钮，小车从起点运行至一号工地点装料，两秒后，小车继续前行，当到达二号工地点时，小车停止两秒时间卸料，然后小车继续向前走，当走到三号工地点时，小车用三秒的时间装料，然后继续向前走，当走到四号工地点时，小车用三秒的时间卸料，然后开始返回一号工地，继续前面的循环。
整个过程中小车总共总过四个工地点，停了四次，因此可以按照要求画出运料小车控制系统的系统设计流程图，系统设计流程图如下：
图3基础功能程序流程图
2.2.2PLC程序梯形图
2.3小结
小车实现了课程设计要求的基本功能，并且添加了急停功能。
不足之处后来自己才知道自己添加的急停功能，并不是真正意义上的急停功能，实际是锁定功能。
复位功能最后由于电机不能反转未能得到验证，所以报告里并没有对这个功能设计展开描述。
3单轴运动控制系统的设计
3.1硬件设计
3.1.1PLC机型的选则
本次设计同样是选用的是三菱的FX3U系列的PLC。
3.1.2硬件的选择与配置
3.1.2.1I/O分配
表3开关量输入
序号
符号
意义
1
X010
启动
2
X001
1号位
3
X002
2号位
4
X003
3号位
5
X000
急停
7
X004
复位
8
X011
停止
9
X014
手动
表4开关量输出
序号
符号
意义
1
Y010
上
2
Y013
下
3
Y004
左行
4
Y007
右行
5
Y005
吸附
3.1.2.2I/O接线图
图4I/O接线图
3.2程序设计
3.2.1基础功能程序流程图设计
在基础功能设计中由于上限位损坏，决定用定时器控制气缸下降时间和上升时间，，初始状态PLC运行时,初始化脉冲使初始状态步S27置位。
按下启动按钮X010,小车运行到一号位，气缸下降,到达下限位置,然后气缸吸附小铁块,定时2S时间到后,气缸开始上升,到达上限位置,小车右移,到达2号工位后,气缸下移,到达下限位置,气缸放下小铁块，2S后,气缸上升,到达上限位置,气缸向左移，到达1号工位，到达1号位X1后停止再下降吸附小铁块,2S后气缸上升,到达上限位置，气缸继续右移,到达3号工位后,气缸下移,到达下限位置,气缸放下小铁块，2S后,气缸上升,到达上限位置,气缸下降,到达下限位置,然后气缸吸附小铁块,定时2S后，气缸上升到上限位置。
左行回到一号，缸下移,到达下限位置,气缸放下小铁块，2S后,气缸上升,到达上限位置，然后重复整个过程。
图5自动控制基础功能程序流程图
3.2.2急停功能程序流程图设计
小车的启动、急停主要是通过控制软继电器M0置位和复位来实现的。
我在LD中将急停常闭开关与复位M0串联，在SFC的每一步中都加入了常开M0软继电器，程序运行时，按下启动按钮，软继电器M0置1，程序开始运行，急停按钮按下M0复位置零，程序停止运行。
此时旋起急停按钮，M0依旧是置零状态程序继续停止运行。
然后按下启动按钮M0置位为1.程序在原来的位置继续运行。
图6急停功能程序流程图
3.2.3停止功能程序流程图设计
小车的停止功能与急停功能设计类似，启动后，按下停止按钮对M0的复位置零，程序停止运行。
松开停止按钮后，M0依旧复位状态。
按下启动按钮后M0置1，程序在原来的位置继续运行。
图7停止功能程序流程图
3.2.4复位功能程序流程图设计
小车的复位功能主要是通过利用选择分支，和跳转指令实现的。
在LD程序里，程序初始运行时，辅助继电器M8002闭合对S27置位，启动按钮按下，MO置1，程序运行。
我在SFC的每一个转移指令前面都加了一个选择分支。
当复位按钮按下后，程序执行选择分支，跳转到S0，执行S0（小车左行到一号位，并判断此时物件是否被吸附，如果是吸附状态，放下物件，然后上升到上限位置，停止。
如果不是吸附状态，就判断此时气缸的位置，如果不在上限位置，就让气缸上升，回到上限位置然后停止。
）小车复位停止后，如果再按下启动按钮小车会重复基础功能。
图8停复位功能程序流程图
3.2.5手动与自动切换功能程序流程图设计
手动控制就是随机变量对机械手的控制，将手动控制梯形图放在状态步S0中等待双刀投之开关投到手动控制开关X014，然后程序跳转到手动程序。
然后执行手动程序。
手动控制一般采用按钮点动控制，设计程序时应考虑控制条件，比如右行时，要保证气缸在上限位置，当移到最右端时碰到右限位开关应停止右移，右移和左移应互锁，气缸吸附物件时应有自锁功能。
图9手动与自动切换功能程序流程图
3.2.5PLC程序梯形图
3.3小结
本次设计完整的实现了报告所要求的基本功能，并且添加了停止，急停，复位功能，且各个功能之间不会羁绊错乱现象。
不足之处：
程序虽然理解起来简单，但编写起来有些重复，容易出现错误。
第一次验收时完成时并没有添加手动与自动的切换功能。
之后在老师要求下才添加的手动与自动切换功能。
4总结
实训就要结束了，比起其他两个班，我们花在实训上的时间更长一些。
我想获得的也应更多一些。
想起刚开始做单轴控制系统设计时，确实有些慌乱，老师，这台机器上限坏了，怎么办？
咦，左限也坏了？
这台机器怎么用?
想想也是的，脑袋里还没有先思考下，问一下自己该怎么办?
就着急火燎的去问老师。
这种态度其实是由于基础知识不牢导致的，自己想不到去替换，去找弥补的办法。
后果就是接下来第一次run的失败。
自己看了看课程设计里的要求，先写了一个小程序试运行一下。
结果在一号位气缸向下到达下限位时，本该继续向上运行，却直接向左走了，到达二号位时也是同样的状况。
这让我很困惑，这个程序的逻辑没问题啊，怎么会这样？
程序出了问题，不会啊。
想不出来，只能又写了一个小车往返运动的程序试一下，结果运行正常。
这让自己更加坚信自己写的程序没问题。
就想接线错了？
按老师要求做了，用开关代替上限位。
检查了一遍连线认为自己没连错。
好吧，那就把上限位和下限位换一下，如果接线错误了效果应该相反。
结果现像还是原来哪样，不可能啊？
接线没错，那只能是机器坏了。
就去找老师说我们机器坏了，不能用。
老师让再见检查检查，看看是接线错了，还是程序错了。
当时自己已经有点没耐心了，想不通，程序试过了，接线反过来了也没用啊。
找不出错误来就怪机器了。
没办法只能决定用定时器定时代替上限下位，隔离错误。
错误在哪里呢？
星期五晚上在自习室看着<<电路>>时,想着什么样的错误会导致这种现象。
自己不断的假设，排除。
最后找到了，限位开关是常开开关，接线时用常闭开关代替了。
气缸运行到下限位时，上限位已经闭合了，转移条件立即就满足了，之后就会立即右移，即便将上下限位交换没结果也是一样的。
所以说基础不牢，就不能积极的思考。
对急停功能的错误理解，导致设计的急停按下去后程序停止运行，旋起后程序继续原来运行。
老师要求设计的急停按下去后程序停止运行，旋起后按下启动按钮，程序继续原来运行。
这让自己感到有些难，按下启动按钮继续原来运行，怎么才能实现。
想着想着突然就想到刚才不实现了吗？
我只需找一个中间者来替代原来类似锁定功能的急停按钮。
然后启动按钮和急停按钮都可以对其控制，那么找谁呢？
软继电器M0.可以说这个软继电器的使用，是设计的功能更加清晰，且相互之间没有羁绊。
能够随意切换，达到老师的实验要求。
瞬间感觉清晰明朗了许多。
从错误中找寻成功的地方，也是一个通往成功的途径。
当复位功能利用选择分支和跳转指令实现的，虽然功能实现了，但程序复杂。
在SFC图中几乎每一步都添加了选择指令，编写过程中重复，且容易出错。
如果改进的话可以利用复位指令简化程序。
。
致谢
经过两个周的课程设计，我们完成了2个项目的设计，基本达到了老师的要求。
感谢小组成员间的合作，期间的争吵是不可避免的，但是争吵也有助于对知识的理解和对问题的解决。
再者要感谢我们的课程设计指导老师邓丽霞老师，在设计的过程中，老师一直和我们在一起。
当出现问题时我们可以随时找老师解答。
老师在解答时，并不是给出具体操作步骤，而是问出问题，让我们自己来思考。
这种方式使得学生能够更加勤劳的思考，锻炼了学生的思维逻辑能力。
而且在项目完成之后，老师要求学生增加另外的功能使功能更加完善，这增加了难度，但同时又锻炼了学生的应变能力。
感谢老师对我们的严格要求和帮助，我们才能以认真的态度对待这次课程设计，并且最终完成课程设计的要求。
参考文献
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[2]史国生.赵阳等.电气控制与可编程控制器技术[M].北京:
化学工业出版社.2004.1.
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电子工业出版社.2003.7.
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福建科学技术出版社.2001.6.
[5]幻刘国光.提高PLC控制系统可靠性的软件设计.机床电器[J].2004.11.
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