智能交通技术运用《工业控制手柄PLC控制系统设计》.docx
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智能交通技术运用《工业控制手柄PLC控制系统设计》
第一局部:
工业控制手柄PLC控制系统电气控制系统设计
一、工业控制手柄PLC控制系统电气控制系统设计任务书
1．工业控制手柄PLC控制系统工艺的技术要求
随着现代工业技术的开展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作平安也受到了相应的威胁。
工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由工业控制手柄远程控制或自动完成显得非常重要。
这样可以防止一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。
工业控制手柄能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
工业控制手柄是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身平安，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
工业控制手柄主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大局部组成。
手部是用来抓持工件〔或工具〕的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动〔摆动〕、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为工业控制手柄的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多，工业控制手柄的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
一般专用工业控制手柄有2～3个自由度。
控制系统是通过对工业控制手柄每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。
同时接收传感器反应的信息，形成稳定的闭环控制。
借助PLC强大的工业处理能力，很容易实现工业生产的自动化。
基于此思路设计的工业控制手柄，在实现各种要求的工序前提下，大大提高了工业过程的质量，而且大大解放了生产力，改善了工作环境，减轻了劳动强度，节约了本钱，提高了生产效率，具有十分重要的意义。
同时，借助组态软件的辅助作用，大大提高了系统的工作效率。
因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有工业控制手柄，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。
工业控制手柄PLC控制系统分别由：
牵引工作台水平移动的电机M1，牵引手臂上下移动的电机M2，机械夹钳，左限位行程开关，右限位行程开关，上限位行程开关，下限位行程开关，以及检测A点、B点是否有工件的光电开关。
工业控制手柄ＰＬＣ控制系统原理图如图２－１－１所示：
图２－１—1工业控制手柄动作示意图
工业控制手柄的工作是从原点下降Ａ点抓取工件移动到右端，当Ｂ点工件未被移走是工业控制手柄不下降，等待工件移走后下降到Ｂ点，并放开机械夹钳，工业控制手柄臂向上移动到上限位然后回到原点开始下一个工作周期。
工业控制手柄PLC控制系统可由手动控制和自动控制。
自动控制时，当按下起动按钮或A点检测到工件时工业控制手柄开始工作。
工业控制手柄ＰＬＣ控制系统对被抓取工件和所处环境工艺要求会有不同，可改变相应的部件进行调整，但电气控制系统已能满足需求。
2．工业控制手柄PLC控制系统动力设备
工业控制手柄PLC控制系统中所使用的动力设备〔牵引工作台水平移动的电机M1、牵引工业控制手柄臂上下移动的电机M2〕，均采用三相交流异步电动机。
3．工业控制手柄PLC控制系统电气控制系统设计要求
〔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〕PLC的接地应按手册中的要求设计，并在图中表示或说明。
〔4〕为了设备平安运行，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。
〔5〕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。
〔6〕选择电器元件、编制元器件目录表。
〔7〕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。
〔8〕采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。
二、工业控制手柄ＰＬＣ控制系统电气控制系统总体设计过程
1．总体方案说明
〔１〕工业控制手柄ＰＬＣ控制系统控制对象电动机均由交流接触器完成正转、反转和停止控制。
〔２〕两台电动机均接热继电器现过载保护，为常闭触点用以完成各个电动机系统的过载保护。
〔３〕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。
〔４〕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。
〔５〕PLC选用继电器输出型。
〔６〕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．工业控制手柄PLC控制系统电气控制原理图设计
（1）主电路设计
工业控制手柄PLC控制系统电气控制原理图如图2-2-1所示
图2-2-1工业控制手柄PLC控制系统电气控制系统主电路
〔1〕主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3、KM4分别控制M1、M2通过正、反转完成工业控制手柄上升、下降、左移和右移。
〔2〕电动机M1、M2由热继电器FR1、FR2实现过载保护。
〔3〕QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，使用和维修方便。
〔4〕熔断器FU1、FU2分别实现各负载回路的短路保护。
（2）PLC控制电路设计
〔1〕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。
〔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2-2-2工业控制手柄PLC控制系统PLC控制电路原理图：
图2-2-2工业控制手柄PLC控制系统PLC控制电路原理图
〔3〕KM1、KM2、KM3和KM4接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。
〔4〕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。
输入口如果有有源信号装置，需要考虑信号装置的电源等级和容量，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。
〔5〕PLC采用继电器输出，每个输出点额定控制容量为AC250V，2A。
表2-1和表2-2分别为工业控制手柄PLC控制系统PLC输入和输出接口功能表。
表2-1机械后PLC控制系统PLC输入接口功能表
序号
工位名称
输入端口
1
自动/手动切换
X0
2
停止
X1
3
自动起动
X2
4
上限位
X3
5
下限位
X4
6
左限位
X5
7
右限位
X6
8
手动向上
X7
9
手动向下
X10
10
手动向左
X11
11
手动向右
X12
12
手动放松
X13
13
A点光电开关
X14
14
B点观点开关
X15
15
单周期工作
X16
16
连续工作
X17
表2-2工业控制手柄PLC控制系统PLC输出接口功能表
序号
工位名称
输出端口
1
机械夹钳加紧/放松
Y0
2
上升
Y1
3
下降
Y2
4
左移
Y3
5
右移
Y4
6
原点指示
Y5
（5）PLC控制程序设计
〔1〕程序设计。
根据控制要求，工业控制手柄ＰＬＣ控制系统控制流程图，如图２－２－３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存放器空间分配，确定专用存放器的根底上，进行控制系统的程序设计，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。
〔2）系统静态调试。
空载静态调试时，针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关系是否正确，然后先调试子程序或功能模块程序，然后调试初始化程序，最后调试主程序。
调试过程中尽量接近实际系统，并考虑到各种可能发生的情况，作反复调试，出现问题及时分析、调整程序或参数。
〔3）系统动态调试及运行。
在动态带负载状态下调试，密切观察系统的运行状态，采用先手动再自动的调试方法，逐步进行。
遇到问题及时停机，分析产生问题的原因，提出解决问题的方法，同时做好详尽记录，以备分析和改良。
图２－２－３工业控制手柄ＰＬＣ控制系统控制流程图
工业控制手柄PLC控制系统PLC控制程序如下所示：
第二局部:
电气线路安装调试技能训练
技能训练题目一:
电气原理图:
图1-1-1Y-△电气原理图
电气安装接线图:
图1-1-2Y-△起动电气安装接线图
技能训练题目二:
电气原理图:
图1-2-1正-停-反电气原理图
电气安装接线图:
图1-2-2正-停-反电气安装接线图
本人完成的安装线路实物图片二:
图1-2-1正-停-反安装接线实物图
技能训练小结:
1.电气原理图的绘制要求:
〔1〕电气原理图一般分为主电路和辅助电路。
主电路是从电源到电动机或电路末端，是强电通过的局部，画在原理图的左侧或上面。
辅助电路是通过小电流的电路，一般是由按钮、电器元件的线圈、接触器的辅助触点、继电器的触点等组成的控制电路、照明电路、信号电路及保护电路等，画在原理图的右侧。
复杂系统分区绘制。
〔2〕每一电器元件采用国家规定的统一图形符号来表示，在图形符号附近用文字符号标注属于哪类电器。
〔3〕同意电器的各个部件〔如接触器的线圈和触点〕在图中的位置，根据便于阅读和研究的原那么来安排，可以不画在一起，但属于同一电器的部件均编以相同的文字标注。
〔4〕对于接触器、继电器的触点按吸引线圈不通电状态画出，控制器手柄趋于零位的状态画出，按钮、行程开关触点按不受外力作用时的状态画出。
〔5〕在原理图中，无论主电路还是辅助电路，各电器元件一般应按动作顺序和信号流从上到下、从左到右依次排列，可水平布置或者垂直布置，并尽可能减少线条和防止线条交叉。
电路中各元器件触点图形符号，当图形垂直放置时，以“左开右闭〞原那么绘制，当图形为水平放置时，以“上闭下开〞原那么绘制。
〔6〕直流和单相电源电路用水平线画出，一般画在图样上方〔直流电愿正极〕和下方〔直流电愿负极〕。
多相电源电路，用水平线集中画在图样上方，相序自上而下排列。
中性线〔N〕和保护接地线〔PE〕放在相线之下主电路与电源电路垂直画出。
控制电路与信号电路垂直画在两条水平线电源线之间。
耗电元件〔如线圈、电磁铁、信号灯等〕直接与下方水平线连接，控制触点连接在上方水平线与耗电元件之间。
〔7〕为了便于检索电气电路，方便阅读和分析，在原理图的上方或右方将图分成假设干图区，并标明该图区电路的用途与作用。
〔8〕在电气原理图中，接触器和继电器线圈与触点之间的附属关系要加以说明，即在原理图中相应线圈下方，给出触点的文字符号，并在其下标注相应的触点的索引代号。
对未使用的触点用“×〞表示，也可以不画。
接触器相应触点的索引各栏的含义如下：
左栏：
主触点所在图区号；
中栏：
动合辅助触点所在图区号；
右栏：
动断辅助触点所在的图区号。
继电器相应触点的索引各栏的含义如下：
左栏：
动合触点所在图区号；
右栏：
动断触点所在图区号。
2.电气接线图的绘制要求:
〔1〕绘制电气安装接线图时，各电器元件均按其在安装底板中的实际位置绘出。
元件所占图面按实际尺寸以统一比例会址。
〔2〕绘制电气安装接线图时，一个元件的所有部件绘在一起，并用点划线框起来，有时将多个电器元件用点划线框起来，表示它们是安装在同一安装底板上的。
〔3〕绘制电气安装接线图时，安装底板内外的电器元件之间的连线通过接线端子板进行连接，安装底板上有几条接至外电路的引线，端子板上就应绘出几个线的接点。
〔4〕绘制电气安装接线图时，走向相同的相邻导线可以绘成一股线
3.电器安装、接线的工艺要求:
⑴无论是主电路还是辅助电路，各电气元件一般应按动作顺序和信号流从上到下、从左到右依次排列，可水平布置或垂直布置，并尽可能减少线条和防止线条交叉。
⑵同一电气的各局部画在一起，其尺寸和比例没有严格要求，各部件的位置尽量符合实际情况。
⑶各电气元件的图形符号、文字符号和回路标记，均应以原理图为准，并且要保持一致。
⑷应详细的标明配线用的型号、规格、截面积及连接导线的根数，标明所穿管子的型号、规格，并标明电源的引入点。
⑸不在同一控制箱内或不是同一块配电屏上的各电气元件之间的连接，必须通过接线端子板进行连接。
４.实训线路发生的故障及排除方法：
〔1〕线路中发生短路故障。
当发生短路时关断开关，检查电路中的熔断器中的熔丝是否已被烧断，如果已经烧断就重新更换熔断丝。
〔2〕检查热继电器是否有电，如果没电，说明线路中有过载情况，应检查线路，然后复位热继电器。
〔3〕检查各接触触点是否毁坏，如果坏了修好已坏触点。
〔4〕通电正常，接触器线圈吸合正常，但电机不通电。
考虑接触器触电是否接触良好，断电用万用表电阻档分别接到触电，手动按下触点，看看电阻状态。
查出接触点不通电检查是触点是否有异物阻隔，并调整。
〔5〕开停按钮有效反向按钮不起作用：
翻开开关看看是否接线正确，发现少接了一条控制线，再看图接好按钮控制线。
〔6〕其他正常电机没有反向。
首先想到反向是由换相实现的，找到换相存在的问题，调节接线。
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