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等級: 課 程 設(shè) 計 課程名稱 電氣控制與PLC課程設(shè)計 課題名稱 工業(yè)自動清洗機的控制系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè) 測控技術(shù) 班 級 1301 學(xué) 號 201301200120 姓 名 郭鵬 指導(dǎo)老師 劉星平，賴指南，譚梅，沈細(xì)群 2016年6月17日 電氣信息學(xué)院 課程設(shè)計任務(wù)書 課題名稱 工業(yè)自動清洗機的控制系統(tǒng)設(shè)計 姓 名 郭鵬 專業(yè) 測控技術(shù) 班級 1301 學(xué)號 20 指導(dǎo)老師 沈細(xì)群 課程設(shè)計時間 2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周） 教研室意見 同意開題。 審核人：汪超 林國漢 一.任務(wù)及要求 設(shè)計任務(wù)： 以PLC為核心，設(shè)計一個工業(yè)自動清洗機的控制系統(tǒng)，為此要求完成以下設(shè)計任務(wù)： 1.根據(jù)工業(yè)自動清洗機的基本結(jié)構(gòu)、工藝過程和控制要求，確定控制方案。 2.配置電器元件，選擇PLC型號。 3.繪制工業(yè)自動清洗機的的控制線路原理圖和PLC I/O接線圖。設(shè)計PLC梯形圖程序，列出指令程序清單。 4.上機調(diào)試程序。 5.編寫設(shè)計說明書。 設(shè)計要求 1.一般要求： （1）所選控制方案應(yīng)合理，所設(shè)計的控制系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足雙面站的工藝過程要求，并且技術(shù)先進，安全可靠，操作方便。 （2）所繪制的設(shè)計圖紙符合國家標(biāo)準(zhǔn)局頒布的GB4728－84《電氣圖用圖形符號》、GB6988－87《電氣制圖》和GB7159－87《電氣技術(shù)中的文字符號制定通則》的有關(guān)規(guī)定。 （3）所編寫的設(shè)計說明書應(yīng)語句通順，用詞準(zhǔn)確，層次清楚，條理分明，重點突出。 2.具體要求： （1）課題簡介 在工業(yè)現(xiàn)場有一種自動清洗機，工作時將需要清洗的部件放在小車上，按啟動按鈕后小車自動進入清洗池指定位置A，首先加入酸性洗料，小車再繼續(xù)前行到另一位置B,然后返回到位置A，打開排酸閥門將酸性洗料放出，完成一次酸洗后。再加入堿性洗料，清洗過程同酸洗。等堿性洗料完全放出后，小車從位置A回到起始位置，等待下次啟動信號。 （2）控制要求 該清洗設(shè)備的小車前進后退通過電動機的正反轉(zhuǎn)控制，酸性洗料和堿性洗料通過兩個 泵分別注入，通過打開電磁閥排放洗料，在這里洗料的注入和放出都通過時間控制，實際的清洗也可以用液位開關(guān)控制。 二.進度安排 1.第一周星期一：布置課程設(shè)計任務(wù)，講解設(shè)計思路和要求，查閱設(shè)計資料。 2.第一周星期二～星期四：詳細(xì)了解雙面站的基本組成結(jié)構(gòu)、工藝過程和控制要求。確定控制方案。配置電器元件，選擇PLC型號。繪制雙面站拖動電機的控制線路原理圖和雙面站液壓拖動控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖。設(shè)計PLC梯形圖程序，列出指令程序清單。 3.第一周星期五：上機調(diào)試程序。 4.第二周星期一：指導(dǎo)編寫設(shè)計說明書。 5.第二周星期二～星期四：編寫設(shè)計說明書。 6.第二周星期五：答辯。 三．參考文獻 [1] 劉星平.PLC原理及工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2014年。 [2] 廖常初.S7-200 PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014年。 [3] 王阿根.西門子S7-200 PLC 編程實例精解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013年。 [4] 賴指南.PLC原理與應(yīng)用補充教材（內(nèi)部使用），本校自編教材，2010年。 目錄 第1章 工業(yè)自動清洗機的控制系統(tǒng) 1 1.1 引言 1 1.2 工業(yè)自動清洗機的控制系統(tǒng)簡設(shè)計要求 1 1.3 工業(yè)自動清洗機的控制系統(tǒng)的控制要求 1 1.4 PLC 的概述 1 第2章 控制方案設(shè)計 2 2.1設(shè)計目的 2 2.2 分析控制要求、確定設(shè)計方案 2 2.3 確定輸入、輸出及PLC機型 2 第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 3.1 I/O地址分配 3 3.2 PLC的外部硬件接線圖 3 3.3順序功能圖 4 3.4設(shè)計梯形圖程序 5 第4章 PLC程序調(diào)試 9 4.1 調(diào)試方法與結(jié)果 9 4.2程序調(diào)試運行圖 9 第5章 設(shè)計心得與體會 12 參考文獻 13 附錄 14 第1章 工業(yè)自動清洗機的控制系統(tǒng) 1.1 引言 自動清洗機是各生產(chǎn)線上重要的后道工序處理設(shè)備，主要生產(chǎn)汽車發(fā)動機內(nèi) 部產(chǎn)品，產(chǎn)品在經(jīng)過車，銑，鉆等多道工序后，表面附著大量的切削液鋁屑等臟 物，這類臟物須清理干凈后才能組裝和包裝，如果利用人工清理會產(chǎn)生效率低， 勞動強度大，不能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，以及產(chǎn)品劃傷，甚至報廢等。 由于清洗機屬于專用機床，市場上沒有現(xiàn)成品可買，如設(shè)備廠定做，將出現(xiàn) 交貨時間長，影響新產(chǎn)品投放市場，價格高，不能很好滿足工況要求等限制，綜 上所訴及種種條件制約下決定自己制造自動清洗機。 1.2 工業(yè)自動清洗機的控制系統(tǒng)簡設(shè)計要求 在工業(yè)現(xiàn)場有一種自動清洗機，工作時將需要清洗的部件放在小車上，按啟 動按鈕后小車自動進入清洗池指定位置A，首先加入酸性洗料，小車再繼續(xù)前行 到另一位置B,然后返回到位置A，打開排酸閥門將酸性洗料放出，完成一次酸洗 后。再加入堿性洗料，清洗過程同酸洗。等堿性洗料完全放出后，小車從位置A 回到起始位置，等待下次啟動信號。 1.3 工業(yè)自動清洗機的控制系統(tǒng)的控制要求 該清洗設(shè)備的小車前進后退通過電動機的正反轉(zhuǎn)控制，酸性洗料和堿性洗料 通過兩個泵分別注入，通過打開電磁閥排放洗料，在這里洗料的注入和放出都通 過時間控制，實際的清洗也可以用液位開關(guān)控制。 1.4 PLC 的概述 英文全稱Programmable Logic Controller 中文全稱為可編程邏輯控 制器，定義是:一種數(shù)字運操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用 設(shè)計的。它 采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定 時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各 種類型的機械或生產(chǎn)過程，本次課題將采用西門子公司的S7-200 系列小型PLC。 第2章 控制方案設(shè)計 2.1設(shè)計目的 通過試驗了解和熟悉FX系列PLC的結(jié)構(gòu)和外部接線方法，了解實際程序的調(diào)試方法、斷電保持輔助繼電器的應(yīng)用,了解PLC的幾種編程。明白PLC的特點，知道自己學(xué)習(xí)的不足。 2.2 分析控制要求、確定設(shè)計方案 1.動作順序 裝完需要清洗的工件，按下啟動按鈕，小車前進進入清洗池，到達A位置加入酸性洗料5秒鐘，小車?yán)^續(xù)前進，到達B位置后小車后退，當(dāng)?shù)竭_A位置放出酸性洗料5秒鐘，再加入堿性洗料5秒鐘，小車又前進到達B位置，然后小車后退至A位置，放出堿性洗料5秒鐘，小車后退至起始位置，完成一個清洗周期。 2.動作要求： 該清洗設(shè)備的小車前進后退通過電機正反轉(zhuǎn)控制，酸性洗料和堿性洗料通過兩個泵分別注入，通過打開電磁閥排放洗料，在這里洗料的注入和放出都是通過時間控制的。 3.經(jīng)過分析本程序為單序列運行程序，確定用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法設(shè)計。 2.3 確定輸入、輸出及PLC機型 1.輸入： 5個，分別為啟動按鈕、A點限位開關(guān)、B點限位開關(guān)、放酸閥（堿閥）開關(guān)、回到起始按鈕位置。 2.輸出： 5個，電動機正轉(zhuǎn)、電動機反轉(zhuǎn)、加酸泵工作、加堿泵工作、放酸（堿）泵工作。 第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 I/O地址分配 確定系統(tǒng)的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，進行PLC的I/O分配，畫出I/O口地址分配表。 表1 I/O口地址分配表 類別 開關(guān)元件 PLC元件 功能 輸入 SB1 I0.0 啟動開關(guān) SB2 I0.1 A點限位開關(guān) SB3 I0.2 B點限位開關(guān) 輸出 KM1 Q0.0 電機正轉(zhuǎn) KM2 Q0.1 電機反轉(zhuǎn) KM3 Q0.2 加酸泵工作 KM4 Q0.3 加堿泵工作 KM5 Q0.4 放酸、堿泵工作 3.2 PLC的外部硬件接線圖 了解和熟悉被控制設(shè)備的工藝控制和機械的動作情況，根據(jù)繼電器電路圖分析和掌握控制系統(tǒng)的工作原理，這樣才能做到在設(shè)計和調(diào)試控制系統(tǒng)時心中有數(shù)。在分析PLC控制系統(tǒng)的功能時，可以將他想像成一個繼電器控制系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)，其外部接線圖描述了這個控制箱的外部接線。畫出PLC的外部接線圖后，同時也確定了PLC的個輸入信號和輸出負(fù)載對應(yīng)的輸入繼電器和輸出繼電器的元件號。 Q0.0 I0.0 Q0.1 I0.1 Q0.2 I0.2 Q0.3 Q0.4 COM COM SB1 KM1 SB2 KM2 KM3 SB3 KM4 KM5 圖1 外部硬件接線圖 3.3順序功能圖 順序控制設(shè)計法與順序功能圖順序控制是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序,在各個輸入信號的作用下,根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序,在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。 SM0.1 M0.0 小車在起始位置 I0.0 Q0.0 M0.1 電機正轉(zhuǎn)，小車前進至A點 I0.1 T37 Q0.2 M0.2 加酸并計時 T37 Q0.0 M0.3 電機正轉(zhuǎn)，小車前進至B點 Q0.1 M0.4 I0.2 電機反轉(zhuǎn)，小車后退至A點 I0.1 T38 Q0.4 M0.5 放酸并計時 T38 Q0.3 加堿并計時T39 M0.6 T39 Q0.0 M0.7 電機正轉(zhuǎn)，小車前進至B點 I0.2 M0.1 M1.0 電機反轉(zhuǎn)，小車后退至A點 I0.1 T40 Q0.4 M1.1 放堿并計時 T40 圖2 工業(yè)自動清洗機的順序功能圖 3.4設(shè)計梯形圖程序 梯形圖是這個控制箱的內(nèi)部“線路圖”，梯形圖中的輸入繼電器和輸出繼電器是這個控制箱與外部世界聯(lián)系的“接口繼電器”，這樣就可以用分析繼電器電路圖的方法來分析PLC控制系統(tǒng)。根據(jù)上述的對應(yīng)關(guān)系，將繼電器電路圖“翻譯”成對應(yīng)的“梯形圖”，再根據(jù)梯形圖的編程規(guī)則將“梯形圖”轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)合理的梯形圖。對于復(fù)雜的控制電路可劃整為零，先進行局部的轉(zhuǎn)換，最后再綜合起來。寫出以下的完整梯形圖。 圖3工業(yè)自動清洗機的梯形圖程序 第4章 PLC程序調(diào)試 4.1 調(diào)試方法與結(jié)果 系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)首先按控制要求將電源、外部電路與輸入/輸出端子連接好，然 后將控制程序送入可編程控制器中，并使PLC 處于運行狀太。然后即可對整個系 統(tǒng)進行運行調(diào)試，具體方法和過程如下： 1.軟硬件調(diào)試 軟硬件調(diào)試：接通電源，檢查西門子S7-200 可編程控制器是否可以正常工 作，接頭是否件調(diào)試：按要求輸入梯形圖，轉(zhuǎn)換成指令表，并進行語法的檢查， 正確后設(shè)置正確的通信口，將指令讀入到指定的可編程控制器ROM 中，進行下一 步的調(diào)試。 2.酸洗步驟 將清洗部件放在小車上，此時小車處于起始位置，按下啟動按鈕 I0.1，繼 電器Q0.1 動作，電機正轉(zhuǎn)，小車前進；到達A 點后，閉合A 點限位開關(guān)I0.2， 繼電器Q0.3 動作，打開加酸閥門加入酸性洗料并計時5 秒鐘，計時5 秒鐘后， 繼電器Q0.1 動作，電機正轉(zhuǎn)，小車?yán)^續(xù)前進；到達B 點后，閉合B 點限位開關(guān)， 繼電器Q0.2 動作，電機反轉(zhuǎn)，小車后退；回到A 點后，閉合A 點限位開關(guān)，繼 電器Q0.5 動作，打開排酸閥門將酸性洗料放出并計時5 秒鐘，完成一次酸洗。 3.堿洗步驟 完成酸洗后，此時小車仍處于位置A,繼電器Q0.4 動作，打開加堿閥門加入 堿性洗料并計時5 秒鐘，計時5 秒鐘，繼電器Q0.1 動作，電機正轉(zhuǎn)，小車?yán)^續(xù) 前進；到達B 點后，閉合B 點限位開關(guān)，繼電器Q0.2 動作，電機反轉(zhuǎn)，小車后 退；回到A 點后，閉合A 點限位開關(guān)，繼電器Q0.5 動作，，打開排堿閥門將堿性 洗料放出并計時5 秒鐘，完成一次堿洗；計時5 秒鐘，小車回到起始位置。 4.結(jié)束調(diào)試 調(diào)試完程序之后，按照標(biāo)準(zhǔn)步驟關(guān)閉調(diào)試程序，關(guān)閉PLC 電源，然后拔掉插線，整理好實驗臺。 4.2程序調(diào)試運行圖 在實驗室連接好硬件電路并下載好程序后我們運行程序，運行結(jié)果如下： 圖4 啟動I0.0 圖5到達A點加酸并計時 圖6 前進至B點 圖7 返回A點放酸并計時 圖8 在A點加堿并計時 圖9 再次前進至B點 圖10 返回A點放堿并計時 第5章 設(shè)計心得與體會 通過這次對工業(yè)自動清洗機系統(tǒng)的PLC控制的試驗，讓我了解了PLC梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于PLC設(shè)計原理。有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找出最適合的設(shè)計方法。 課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識。在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 在此要感謝我們的指導(dǎo)老師沈細(xì)群對我們悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給我們的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。 另外，該自動清洗機PLC自動控制系統(tǒng)經(jīng)過安裝與調(diào)試，運行情況良好，基本達到預(yù)期要求。本系統(tǒng)充分發(fā)揮了PLC自動控制系統(tǒng)運行可靠，控制靈活，維護方便等優(yōu)點。此次設(shè)計讓我進一步了解懂得了可編程自動控制技術(shù)，讓我更深一步的了解了PLC的性能和作用。為以后的使用作了鋪墊。 參考文獻 [1] 劉星平.PLC原理及工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2014年。 [2] 廖常初.S7-200 PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014年。 [3] 王阿根.西門子S7-200 PLC 編程實例精解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013年。 [4] 賴指南.PLC原理與應(yīng)用補充教材（內(nèi)部使用），本校自編教材，2010年。 附錄 1. 工業(yè)自動清洗機的控制系統(tǒng)語句表 Network 1 LD SM0.1 R M0.1, 10 Network 2 LD M1.1 A T40 O SM0.1 O M0.0 AN M0.1 = M0.0 Network 3 LD M0.0 A I0.0 O M0.1 AN M0.2 = M0.1 Network 4 LD M0.1 A I0.1 O M0.2 AN M0.3 = M0.2 = Q0.2 TON T37, 500 Network 5 LD M0.2 A T37 O M0.3 AN M0.4 = M0.3 Network 6 LD M0.3 A I0.2 O M0.4 AN M0.5 = M0.4 Network 7 LD M0.4 A I0.1 O M0.5 AN M0.6 = M0.5 TON T38, 500 Network 8 LD M0.5 A T38 O M0.6 AN M0.7 = M0.6 = Q0.3 TON T39, 500 Network 9 LD M0.6 A T39 O M0.7 AN M1.0 = M0.7 Network 10 LD M0.7 A I0.2 O M1.0 AN M1.1 = M1.0 Network 11 LD M1.0 A I0.1 O M1.1 AN M0.0 = M1.1 TON T40, 100 Network 12 LD M0.1 O M0.3 O M0.7 = Q0.0 Network 13 LD M0.4 O M1.0 = Q0.1 Network 14 LD M0.5 O M1.1 = Q0.4 電氣信息學(xué)院課程設(shè)計評分表 環(huán) 節(jié) 項 目 評 價 優(yōu) 良 中 及格 差 實踐環(huán)節(jié)（70%） 1.設(shè)計方案合理性與創(chuàng)造性 2.主電路及控制電路的設(shè)計、計算、選型完成情況 3.控制程序的設(shè)計分析 4.仿真或?qū)嶒炚{(diào)試結(jié)果* 5.解決問題能力及答辯情況 6.紀(jì)律和出勤情況 設(shè)計報告（30%） 1.設(shè)計報告內(nèi)容完整、規(guī)范， 2.圖紙正確、清晰， 3.設(shè)計步驟規(guī)范、正確， 4.設(shè)計結(jié)果可行 綜合評分 課程設(shè)計成績評定為： □優(yōu) □良 □中 □及格 □不及格 指導(dǎo)老師簽名：________________ 日 期：________________