工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

等級(jí):課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)課題名稱工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)測控技術(shù)班 級(jí)1301學(xué) 號(hào)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(jì)任務(wù)書課題名稱工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名郭鵬專業(yè)測控技術(shù)班級(jí)1301學(xué)號(hào)20指導(dǎo)老師沈細(xì)群課程設(shè)計(jì)時(shí)間2016年6月6日2016年6月17日（第1516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(jì)任務(wù)：以PLC為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)，為此要求完成以下設(shè)計(jì)任務(wù)：1.根據(jù)工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)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(hào)。3.繪制工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的的控制線路原理圖和PLC I/O接線圖。設(shè)計(jì)PLC梯形圖程序，列出指令程序清單。4.上機(jī)調(diào)試程序。5.編寫設(shè)計(jì)說明書。設(shè)計(jì)要求1.一般要求：（1）所選控制方案應(yīng)合理，所設(shè)計(jì)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(jìn)，安全可靠，操作方便。（2）所繪制的設(shè)計(jì)圖紙符合國家標(biāo)準(zhǔn)局頒布的GB472884電氣圖用圖形符號(hào)、GB698887電氣制圖和GB715987電氣技術(shù)中的文字符號(hào)制定通則的有關(guān)規(guī)定。（3）所編寫的設(shè)計(jì)說明書應(yīng)語句通順，用詞準(zhǔn)確，層次清楚，條理分明，重點(diǎn)突出。2.具體要求：（1）課題簡介 在工業(yè)現(xiàn)場有一種自動(dòng)清洗機(jī)，工作時(shí)將需要清洗的部件放在小車上，按啟動(dòng)按鈕后小車自動(dòng)進(jìn)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(dòng)信號(hào)。（2）控制要求該清洗設(shè)備的小車前進(jìn)后退通過電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，酸性洗料和堿性洗料通過兩個(gè)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(shí)間控制，實(shí)際的清洗也可以用液位開關(guān)控制。二.進(jìn)度安排1.第一周星期一：布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)，講解設(shè)計(jì)思路和要求，查閱設(shè)計(jì)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(hào)。繪制雙面站拖動(dòng)電機(jī)的控制線路原理圖和雙面站液壓拖動(dòng)控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖。設(shè)計(jì)PLC梯形圖程序，列出指令程序清單。3.第一周星期五：上機(jī)調(diào)試程序。4.第二周星期一：指導(dǎo)編寫設(shè)計(jì)說明書。5.第二周星期二星期四：編寫設(shè)計(jì)說明書。6.第二周星期五：答辯。三參考文獻(xiàn)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(jī)械工業(yè)出版社，2014年。3 王阿根.西門子S7-200 PLC 編程實(shí)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(bǔ)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(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)11.1 引言11.2 工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)簡設(shè)計(jì)要求11.3 工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)的控制要求11.4 PLC 的概述1第2章 控制方案設(shè)計(jì)22.1設(shè)計(jì)目的22.2 分析控制要求、確定設(shè)計(jì)方案22.3 確定輸入、輸出及PLC機(jī)型2第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1 I/O地址分配33.2 PLC的外部硬件接線圖33.3順序功能圖43.4設(shè)計(jì)梯形圖程序5第4章 PLC程序調(diào)試94.1 調(diào)試方法與結(jié)果94.2程序調(diào)試運(yùn)行圖9第5章 設(shè)計(jì)心得與體會(huì)12參考文獻(xiàn)13附錄14第1章 工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)1.1 引言自動(dòng)清洗機(jī)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(dòng)機(jī)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(huì)產(chǎn)生效率低， 勞動(dòng)強(qiáng)度大，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，以及產(chǎn)品劃傷，甚至報(bào)廢等。 由于清洗機(jī)屬于專用機(jī)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(shí)間長，影響新產(chǎn)品投放市場，價(jià)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(dòng)清洗機(jī)。1.2 工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)簡設(shè)計(jì)要求 在工業(yè)現(xiàn)場有一種自動(dòng)清洗機(jī)，工作時(shí)將需要清洗的部件放在小車上，按啟 動(dòng)按鈕后小車自動(dòng)進(jìn)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(dòng)信號(hào)。1.3 工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)的控制要求 該清洗設(shè)備的小車前進(jìn)后退通過電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，酸性洗料和堿性洗料 通過兩個(gè)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(shí)間控制，實(shí)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(yùn)操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用 設(shè)計(jì)的。它 采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定 時(shí)，計(jì)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(jī)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(jì)2.1設(shè)計(jì)目的 通過試驗(yàn)了解和熟悉FX系列PLC的結(jié)構(gòu)和外部接線方法，了解實(shí)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(diǎn)，知道自己學(xué)習(xí)的不足。2.2 分析控制要求、確定設(shè)計(jì)方案1.動(dòng)作順序 裝完需要清洗的工件，按下啟動(dòng)按鈕，小車前進(jìn)進(jìn)入清洗池，到達(dá)A位置加入酸性洗料5秒鐘，小車?yán)^續(xù)前進(jìn)，到達(dá)B位置后小車后退，當(dāng)?shù)竭_(dá)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(jìn)到達(dá)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(gè)清洗周期。2.動(dòng)作要求： 該清洗設(shè)備的小車前進(jìn)后退通過電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，酸性洗料和堿性洗料通過兩個(gè)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(shí)間控制的。 3.經(jīng)過分析本程序?yàn)閱涡蛄羞\(yùn)行程序，確定用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法設(shè)計(jì)。2.3 確定輸入、輸出及PLC機(jī)型 1.輸入： 5個(gè)，分別為啟動(dòng)按鈕、A點(diǎn)限位開關(guān)、B點(diǎn)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(gè)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)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(jì)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(jìn)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SB1I0.0啟動(dòng)開關(guān)SB2I0.1A點(diǎn)限位開關(guān)SB3I0.2B點(diǎn)限位開關(guān)輸出KM1Q0.0電機(jī)正轉(zhuǎn)KM2Q0.1電機(jī)反轉(zhuǎn)KM3Q0.2加酸泵工作KM4Q0.3加堿泵工作KM5Q0.4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(jī)械的動(dòng)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(jì)和調(diào)試控制系統(tǒng)時(shí)心中有數(shù)。在分析PLC控制系統(tǒng)的功能時(shí)，可以將他想像成一個(gè)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(gè)控制箱的外部接線。畫出PLC的外部接線圖后，同時(shí)也確定了PLC的個(gè)輸入信號(hào)和輸出負(fù)載對(duì)應(yīng)的輸入繼電器和輸出繼電器的元件號(hào)。 Q0.0I0.0 Q0.1I0.1 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(jì)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(gè)輸入信號(hào)的作用下,根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序,在生產(chǎn)過程中各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地有秩序地進(jìn)行操作。 SM0.1M0.0 小車在起始位置 I0.0Q0.0M0.1 電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)至A點(diǎn) I0.1T37Q0.2M0.2 加酸并計(jì)時(shí) T37Q0.0M0.3 電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)至B點(diǎn)Q0.1M0.4 I0.2 電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車后退至A點(diǎn) I0.1T38Q0.4M0.5 放酸并計(jì)時(shí) T38Q0.3 加堿并計(jì)時(shí)T39M0.6 T39Q0.0M0.7 電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)至B點(diǎn) I0.2 M0.1M1.0 電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車后退至A點(diǎn) I0.1T40Q0.4M1.1 放堿并計(jì)時(shí) T40圖2 工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的順序功能圖3.4設(shè)計(jì)梯形圖程序 梯形圖是這個(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)關(guān)系，將繼電器電路圖“翻譯”成對(duì)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(duì)于復(fù)雜的控制電路可劃整為零，先進(jìn)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(dòng)清洗機(jī)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(yùn)行狀太。然后即可對(duì)整個(gè)系 統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(shí)小車處于起始位置，按下啟動(dòng)按鈕 I0.1，繼 電器Q0.1 動(dòng)作，電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)；到達(dá)A 點(diǎn)后，閉合A 點(diǎn)限位開關(guān)I0.2， 繼電器Q0.3 動(dòng)作，打開加酸閥門加入酸性洗料并計(jì)時(shí)5 秒鐘，計(jì)時(shí)5 秒鐘后， 繼電器Q0.1 動(dòng)作，電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車?yán)^續(xù)前進(jìn)；到達(dá)B 點(diǎn)后，閉合B 點(diǎn)限位開關(guān)， 繼電器Q0.2 動(dòng)作，電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車后退；回到A 點(diǎn)后，閉合A 點(diǎn)限位開關(guān)，繼 電器Q0.5 動(dòng)作，打開排酸閥門將酸性洗料放出并計(jì)時(shí)5 秒鐘，完成一次酸洗。 3.堿洗步驟完成酸洗后，此時(shí)小車仍處于位置A,繼電器Q0.4 動(dòng)作，打開加堿閥門加入 堿性洗料并計(jì)時(shí)5 秒鐘，計(jì)時(shí)5 秒鐘，繼電器Q0.1 動(dòng)作，電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車?yán)^續(xù) 前進(jìn)；到達(dá)B 點(diǎn)后，閉合B 點(diǎn)限位開關(guān)，繼電器Q0.2 動(dòng)作，電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車后 退；回到A 點(diǎn)后，閉合A 點(diǎn)限位開關(guān)，繼電器Q0.5 動(dòng)作，打開排堿閥門將堿性 洗料放出并計(jì)時(shí)5 秒鐘，完成一次堿洗；計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)臺(tái)。4.2程序調(diào)試運(yùn)行圖在實(shí)驗(yàn)室連接好硬件電路并下載好程序后我們運(yùn)行程序，運(yùn)行結(jié)果如下：圖4 啟動(dòng)I0.0 圖5到達(dá)A點(diǎn)加酸并計(jì)時(shí) 圖6 前進(jìn)至B點(diǎn) 圖7 返回A點(diǎn)放酸并計(jì)時(shí)圖8 在A點(diǎn)加堿并計(jì)時(shí) 圖9 再次前進(jìn)至B點(diǎn)圖10 返回A點(diǎn)放堿并計(jì)時(shí)第5章 設(shè)計(jì)心得與體會(huì)通過這次對(duì)工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)系統(tǒng)的PLC控制的試驗(yàn)，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(jì)原理。有很多設(shè)計(jì)理念來源于實(shí)際，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。 課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)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(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)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(shí)。在這次課程設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)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(duì)我們更好的理解知識(shí)，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(duì)我們悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給我們的幫助。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)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(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。 另外，該自動(dòng)清洗機(jī)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)過安裝與調(diào)試，運(yùn)行情況良好，基本達(dá)到預(yù)期要求。本系統(tǒng)充分發(fā)揮了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，控制靈活，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。此次設(shè)計(jì)讓我進(jìn)一步了解懂得了可編程自動(dòng)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(xiàn)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(jī)械工業(yè)出版社，2014年。3 王阿根.西門子S7-200 PLC 編程實(shí)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(bǔ)充教材（內(nèi)部使用），本校自編教材，2010年。附錄1. 工業(yè)自動(dòng)清洗機(jī)的控制系統(tǒng)語句表Network 1LD SM0.1R M0.1, 10Network 2LD M1.1A T40O SM0.1O M0.0AN M0.1= M0.0 Network 3LD M0.0A I0.0O M0.1AN M0.2= M0.1Network 4LD M0.1A I0.1O M0.2AN M0.3= M0.2= Q0.2TON T37, 500Netwo