機電傳動控制課程設(shè)計報告

1、唐 山 學(xué) 院 課 程 設(shè) 計引言作為通用工業(yè)控制計算機，30年來，可編程控制器從無到有，實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運動控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。 可編程控制器的定義可編程控制器，簡稱PL

2、C，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。

3、 1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：1. 最大限度地滿足被控對象的控制要求2. C控制系統(tǒng)安全可靠3. 力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便4. 適應(yīng)發(fā)展的需要1.2 PLC機型選擇 隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和型號越來越多，功能日趨完善。從美國，日本、德國等國家引進(jìn)的PLC產(chǎn)品及國內(nèi)廠商組裝或自行開發(fā)的PLC產(chǎn)品已有幾十個系列。上百種型號。其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)，編程方法、價格等各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PL

4、C產(chǎn)品，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)起著重要作用。一般來說，各個廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品在可靠性上都是過關(guān)的，機型的選擇主要是指在功能上如何滿足自己需要，而不浪費機器容量。PLC的選擇主要包括機型選擇，容量選擇，輸入輸出模塊選擇、電源模塊選擇等幾個方面。1、可編程控制器控制系統(tǒng)I/O點數(shù)估算I/O點數(shù)是衡量可編程控制器規(guī)模大小的重要指標(biāo)。根據(jù)被控對象的輸入信號與輸出信號的總點數(shù)，選擇相應(yīng)規(guī)模的可編程控制器并留有10%15%的I/O裕量。估算出被控對象上I/O點數(shù)后，就可選擇點數(shù)相當(dāng)?shù)目删幊炭刂破鳌Ｈ绻菫榱藛螜C自動化或機電一體化產(chǎn)品，可選用小型機，如果控制系統(tǒng)較大，輸入輸出點數(shù)較多，被控制設(shè)備分

5、散，就可選用大、中型可編程控制器。2、內(nèi)存估計用戶程序所需內(nèi)存容量要受到下面幾個因素的影響：內(nèi)存利用率；開關(guān)量輸入輸出點數(shù)；模擬量輸入輸出點數(shù)。（1）內(nèi)存利用率 用戶編的程序通過編程器鍵入主機內(nèi)，最后是以機器語言的形式存放在內(nèi)存中，同樣的程序，不同廠家的產(chǎn)品，在把程序變成機器語言存放時所需要的內(nèi)存數(shù)不同，我們把一個程序段中的接點數(shù)與存放該程序段所代表的機器語言所需的內(nèi)存字?jǐn)?shù)的比值稱為內(nèi)存利用率。高的利用率給用戶帶來好處。同樣的程序可以減少內(nèi)存量，從而降低內(nèi)存投資。另外同樣程序可縮短掃描周期時間，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)。（2）開關(guān)量輸入輸出的點數(shù) 可編程控制器開關(guān)量輸入輸出總點數(shù)是計算所需內(nèi)存儲器容

6、量的重要根據(jù)。一般系統(tǒng)中，開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出的比為6：4。這方面的經(jīng)驗公式是根據(jù)開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出的總點數(shù)給出的。所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開關(guān)量（輸入+輸出）總點數(shù)*10 （3）模擬量輸入輸出總點數(shù) 具有模擬量控制的系統(tǒng)就要用到數(shù)字傳送和運算的功能指令，這些功能指令內(nèi)存利用率較低，因此所占內(nèi)存數(shù)要增加。 在只有模擬量輸入的系統(tǒng)中，一般要對模擬量進(jìn)行讀入、數(shù)字濾波、傳送和比較運算。在模擬量輸入輸出同時存在的情況下，就要進(jìn)行較復(fù)雜的運算，一般是閉環(huán)控制，內(nèi)存要比只有模擬量輸入的情況需要量大。在模擬量處理中。常常把模擬量讀入、濾波及模擬量輸出編成子程序使用，這使所占內(nèi)存大大減少，特別是在模擬量路數(shù)比較

7、多時。每一路模擬量所需的內(nèi)存數(shù)會明顯減少。下面給出一般情況下的經(jīng)驗公式：只有模擬量輸入時：內(nèi)存字?jǐn)?shù)=模擬量點數(shù)*l00模擬量輸入輸出同時存在時：內(nèi)存字?jǐn)?shù)模擬量點數(shù)*200這些經(jīng)驗公式的算法是在10點模擬量左右，當(dāng)點數(shù)小于10時，內(nèi)存字?jǐn)?shù)要適當(dāng)加大，點數(shù)多時，可適當(dāng)減小。綜上所述，推薦下面的經(jīng)驗計算公式：總存儲器字?jǐn)?shù)（開關(guān)量輸人點數(shù)+開關(guān)量輸出點數(shù)）*l0+模擬量點數(shù)*150。然后按計算存儲器字?jǐn)?shù)的25%考慮裕量。3、響應(yīng)時間對過程控制，掃描周期和響應(yīng)時間必須認(rèn)真考慮?？删幊炭刂破黜樞驋呙璧墓ぷ鞣绞绞顾荒芸煽康亟邮粘掷m(xù)時間小于掃描周期的輸入信號。例如某產(chǎn)品有效檢測寬度為5cm，產(chǎn)品傳送速度每分

8、鐘50m，為了確保不會漏檢經(jīng)過的產(chǎn)品，要求可編程控制器的掃描周期不能大于產(chǎn)品通過檢測點的時間間隔60ms（T5cm 50m60s）。系統(tǒng)響應(yīng)時間是指輸入信號產(chǎn)生時刻與由此而使輸出信號狀態(tài)發(fā)生變化時刻的時間間隔。系統(tǒng)響應(yīng)時間輸入濾波時間+輸出濾波時間+掃描周期.4、輸入輸出模塊的選擇可編程控制器輸入模塊是檢測并轉(zhuǎn)換來自現(xiàn)場設(shè)備（按鈕、限位開關(guān)；接近開關(guān)等）的高電平信號為機器內(nèi)部電平信號，模塊類型分直流5、12、24、48、60V幾種；交流115V和220V兩種。由現(xiàn)場設(shè)備與模塊之間的遠(yuǎn)近程度選擇電壓的大小。一般5、12、24V屬低電平，傳輸距離不宜太遠(yuǎn)，例如5V的輸入模塊最遠(yuǎn)不能超過10m，也就

9、是說，距離較遠(yuǎn)的設(shè)備選用較高電壓的模塊比較可靠。另外高密度的輸入模塊如32點、64點，同時接通點數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般講，同時接通點數(shù)不得超過60%。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須考慮門檻（接通電平與關(guān)斷電平之差）電平的大小。門檻電平值越大，抗干擾能力越強，傳輸距離也就越遠(yuǎn)。輸出模塊的任務(wù)是將機器內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號。對于開關(guān)頻繁、電感性、低功率因數(shù)的負(fù)載，推薦使用晶閘管輸出模塊，缺點是模塊價格高；過載能力稍差。繼電器輸出模塊優(yōu)點是適用電壓范圍寬，導(dǎo)通壓降損失小，價格便宜，缺點是壽命短，響應(yīng)速度慢。輸出模塊同時接通點數(shù)的電流累計值必須小于公共端所允許通過的電流值。輸出模塊

10、的電流值必須大于負(fù)載電流的額定值。6、結(jié)構(gòu)型式的考慮PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊大印刷電路板上，節(jié)省了插接環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，每一I/O點的平均價格也比模塊式的便宜，所以小型PLC控制系統(tǒng)多采用整體式結(jié)構(gòu)。模塊式PLC的功能擴展，I/O點數(shù)的增減，輸入與輸出點數(shù)的比例，都比整體式方便靈活。維修時更換模塊，判斷與處理故障快速方便。因此，對于較復(fù)雜的要求較高的系統(tǒng)，一般選用模塊式結(jié)構(gòu)。7、是否需要通訊聯(lián)網(wǎng)的功能大部分小型PLC都是以單機自動化為目的，一般沒有和上位計算機通訊的接口。如果用戶要求將PLC納入工廠自動化控制網(wǎng)絡(luò)，就應(yīng)選用帶有通訊接口

11、的PLC。一般大、中型PLC都具有通訊功能。近年來，一些高性能的小型機（如FX、C40H、S5-100U等）也帶有通訊接口，通過RS-232串行接口，與上位計算機或另一臺PLC相連，也可以連接打印機、CRT等外部設(shè)備。以上簡要地介紹了PLC選型的依據(jù)和應(yīng)考慮的幾個問題，用戶應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實際的需要，綜合考慮各種因素，選擇性能價格比合適的產(chǎn)品，使被控對象的控制要求得到完全滿足，也使PLC的功能得到充分發(fā)揮。2 鍋爐車間輸煤機組控制PLC電氣控制系統(tǒng)2.1 鍋爐車間輸煤機組控制系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)2.1.1 鍋爐車間輸煤機組控制 輸煤機組控制系統(tǒng)示意圖如圖2-1所示，輸煤機組控制信號說明見表1。圖2-1 輸煤

12、機組控制系統(tǒng)示意圖表1 輸煤機組控制信號說明輸 入輸 出文字符號說 明文字符號說 明SF0-1輸煤機組手動控制開關(guān)QA1給料器和磁選料器接觸器SF0-2輸煤機組自動控制開關(guān)QA21#送煤機接觸器SF1輸煤機組自動開車按鈕QA3破碎機接觸器SF2輸煤機組自動停車按鈕QA4提升機接觸器SF3輸煤機組緊急停車按鈕QA52#送煤機接觸器SF4給料器和磁選料器手動按鈕QA6回收機接觸器SF51#送煤機手動按鈕MB1磁選料器SF6破碎機手動按鈕PG7手動運行指示燈SF7提升機手動按鈕PG8緊急停車指示燈SF82#送煤機手動按鈕PG9系統(tǒng)正常運行指示燈SF9回收機手動按鈕PG10系統(tǒng)故障指示燈FRM1M6，

13、YA過載保護(hù)信號PB報警電鈴PG16輸煤機組單機運行指示煤機組的拖動系統(tǒng)由6臺三相異步電動機MA1MA6和一臺磁選料器MB1組成。SF0為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SF1和SF2為自動開車/停車按鈕，SF3為事故緊急停車按鈕，SF4SF9為6個控制按鈕，手動時單機操作使用。PB為開車/停車時訊響器，提示在輸煤機組附近的工作人員物煤機準(zhǔn)備起動請注意安全。PG1PG6為MA1MA6電動機運行指示，PG7為手動運行指示，PG8為緊急停車指示，PG9為系統(tǒng)運行正常指示，PG10為系統(tǒng)故障指示。2.1.2輸煤機組控制要求(1) 手動開車/停車功能 SF0手柄指向左45時，接點SF1-1接通，通過SF4SF9控

14、制按鈕，對輸煤機組單臺設(shè)備獨立調(diào)試與維護(hù)使用，任何一臺單機開車/停車時都有音響提示，保證檢修和調(diào)試時人身和設(shè)備安全。(2) 自動開車/停車功能 SF0手柄指向右45時，接點SF0-2接通，輸煤機組自動運行。1) 正常開車 按下自動開車按鈕SF1，音響提示5s后，回收電動機MA6起動運行并點亮PG6指示燈；10s后，2#送煤電動機MA5電動機起動運行并點亮PG5指示燈；10s后，提升電動機MA4起動運行并點亮PG4指示燈；10s后，破碎電動機MA3起動運行并點亮HL3指示燈；10s后，1#送煤電動機MA2起動運行并點亮PG2指示燈；10s后，給料器電動機MA1和磁選料器MB1起動運行并點亮PG1

15、指示燈；10s后，點亮PG9系統(tǒng)正常運行指示燈，輸煤機組正常運行。2) 正常停車 按下自動停止按鈕SF2，音響提示5s后，給料器電動機MA1和磁選料器MB1停車并熄滅PG1指示燈，同時，熄滅PG9系統(tǒng)正常運行指示燈；10s后，1#送煤電動機MA2停車并熄滅PG2指示燈；10s后，破碎電動機MA3停車并熄滅PG3指示燈；10s后，提升電動機MA4停車并熄滅PG4指示燈；10s后，2#送煤電動機MA5電動機停車并熄滅PG5指示燈；10s后，回收電動機MA6停車并熄滅PG6指示燈；輸煤機組全部正常停車。3) 過載保護(hù) 輸煤機組有三相異步電動機MA1MA6和磁選料器MB1的過載保護(hù)裝置熱繼電器，如果電

16、動機、磁選料器在輸煤生產(chǎn)中，發(fā)生過載故障需立即全線停車并發(fā)出報警指示。系統(tǒng)故障指示燈PG10點亮，電鈴PB斷續(xù)報警20s，PG10一直點亮直到事故處理完畢，繼續(xù)正常開車，恢復(fù)生產(chǎn)。4) 緊急停車 輸煤機組正常生產(chǎn)過程中，可能會突發(fā)各種事件，因此需要設(shè)置緊急停車按鈕，實現(xiàn)緊急停車防止事故擴大。緊急停車與正常停車不同，當(dāng)按下紅色蘑菇形緊急停車按鈕SF3時，輸煤機組立即全線停車，PB警報聲持續(xù)10s停止，緊急停車指示燈PG8連續(xù)閃亮直到事故處理完畢，回復(fù)正常生產(chǎn)。5) 系統(tǒng)正常運行指示 輸煤機組中，拖動電動機MA1MA6和磁選料器MB1按照程序全部正常起動運行后，PG9指示燈點亮。如果有一臺電動機或

17、選料器未能正常起動運行，則視為故障，系統(tǒng)故障指示燈PG10點亮，輸煤機組停車。(3) 相關(guān)參數(shù)1) MA1MA6及磁選料器MB1功率如圖1-1中所示。2) 指示燈PG：0.25W，DC24V。3) 電鈴PB：8W，AC220V。2.2 鍋爐車間輸煤機組控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計 為了保證輸煤系統(tǒng)的正常、可靠運行，該系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：（1）供煤時，各設(shè)備的啟動、停止必須遵循特定的順序，即對各設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖控制；（2）各設(shè)備啟動和停止過程中，要合理設(shè)置時間間隔（延時）。啟動，停車延時統(tǒng)一設(shè)定為10s。啟動延時是為保證無煤堆積以發(fā)生故障；停車延時是為保證停車時破碎機等為空載狀態(tài)；（3）運行過程中，某一臺設(shè)

18、備發(fā)生故障時，應(yīng)立即發(fā)出報警并自動停車，其整個輸煤設(shè)備也立即停車。此外在現(xiàn)場也有控制系統(tǒng)裝置運行的按鈕；（4）可顯示各機電設(shè)備運行狀況，在集中控制室即可控制系統(tǒng)設(shè)備啟停。2.3鍋爐車間輸煤機組控制原理圖設(shè)計 主電路設(shè)計 鍋爐車間運煤機組系統(tǒng)主電路圖如圖2-2所示圖2-2鍋爐車間運煤機組系統(tǒng)主電路圖1) 主回路中交流接觸器QA1、QA2、QA3、QA4、QA5、QA5分別控制三相異步電動機M1M62) 電動機M1、M2、M3、M4、M5、M6由熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6實現(xiàn)過載保護(hù)。 3) QF為電源總開關(guān)，既可完成主電路的短路保護(hù)，又起到分?jǐn)嗳嘟涣麟娫吹淖饔?，使?/p>

19、和維修方便。4) 熔斷器FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6分別實現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)。 2.4 PLC硬件控制電路設(shè)計1 .硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計。 了解各個控制對象的驅(qū)動要求，如：驅(qū)動電壓的等級為DC24V；分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；輸入端口12個輸出端口19個，確定所控制參數(shù)的精度及類型，選擇適合的PLC機型及外設(shè)，PLC選擇三菱FX2N-48MR-001完成PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。 2. 根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制PLC控制電路接線圖，編制I/O接口功能表。圖 2-3鍋爐車間運煤機組系統(tǒng)硬件控制電路圖3. PLC輸入回路中，信號電源由PLC本身的24V直

20、流電源提供，所有輸入COM端短接后接入PLC電源DC24V的（）端。輸入口如果有源信號裝置，需要考慮信號裝置的電源等級和容量，最好不要使用PLC自身的24V直流電源，以防止電源過載損壞或影響其他輸入口的信號質(zhì)量。 表2和表3分別為輸煤機組控制系統(tǒng)PLC輸入和輸出接口功能表。輸入接口地址：表2輸煤機組控制系統(tǒng)PLC輸入接口功能表序號工作名稱文字符號輸入口1輸煤機組手動控制開關(guān)SF0-1I0.02輸煤機組自動控制開關(guān)SF0-2I0.13輸煤機組自動開車按鈕SF1I0.24輸煤機組自動停車按鈕SF2I0.35輸煤機組緊急停車按鈕SF3I0.46給料器磁選料器手動按鈕SF4I0.571#送煤機手動按鈕

21、SF5I0.68破碎機手動按鈕SF6I0.79提升機手動按鈕SF7I1.0102#送煤機手動按鈕SF8I1.111回收機手動按鈕SF9I1.212M1-M6,MA過載保護(hù)信號FRI1.3輸出接口地址：表3輸煤機組控制系統(tǒng)PLC輸出接口功能表序號工作名稱文字符號輸出口1給料器磁選料器接觸器QA1Q0.021#送煤機接觸器QA2Q0.13破碎機接觸器QA3Q0.24提升機接觸器QA4Q0.352#送煤機接觸器QA5Q0.46回收機接觸器QA6Q0.57磁選料器MB1Q0.68報警電鈴PBQ0.79輸煤機組單機運行指示PG16Q1.0Q1.510手動運行指示燈PG7Q1.611緊急停車指示燈PG8Q

22、1.712系統(tǒng)正常運行指示燈PG9Q2.013系統(tǒng)故障運行指示燈PG10Q2.12.5 PLC控制程序設(shè)計1. 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計 根據(jù)課本所學(xué)知識和查閱相關(guān)資料，利用單流程、選擇性分支、并行分支實現(xiàn)了手動開/停車、自動開停車、過載保護(hù)、緊急停車、系統(tǒng)正常運行指示功能。設(shè)計如圖2-4所示輸煤機組控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。表達(dá)出各控制對象的動作順序，相互間的選擇關(guān)系，并行關(guān)系和制約關(guān)系。圖2-4 車間運煤機組系統(tǒng)PLC控制順序功能圖1. 梯形圖設(shè)計 鍋爐車間運煤機組系統(tǒng)PLC控制程序梯形圖如圖2-6所示 圖2-5 車間運煤機組系統(tǒng)PLC控制梯形圖2. 指令表設(shè)計 車間運煤機組系統(tǒng)PLC控制指令表如圖2-6

23、所示20LD M8002SET S0STL S0LD X0AND X12SET S21AND X11SET S22AND X10SET S23AND X7SET S24AND X6SET S25 AND X5SET S26LD X1AND X2SET S20STL S20RST Y7RST Y17OUT T0 K50LD T0SET S21STL S21SET Y5SET Y15LD X4SET S35SET S0LDI Y5SET S39LD X13SET S37SET S0OUT T1 K100LD T1SET S22STL S22SET Y4SET Y14LD X4SET S35SET

24、S0LDI Y4SET S39LD X13SET S37SET S0OUT T2 K100LD T2SET S23STL S23SET Y3SET Y13LD X4SET S35SET S0LDI Y3SET S39LD X13SET S37SET S0OUT T3 K100LD T3SET S24STL S24SET Y2SET Y12LD X4SET S35SET S0LDI Y2SET S39LD X13SET S37SET S0OUT T4 K100LD T4SET S25STL S25SET Y1SET Y11LD X4SET S35SET S0LDI Y1SET S39LD X13

25、SET S37SET S0OUT T5 K100LD T5SET S26STL S26SET Y0SET Y6SET Y10LD X4SET S35SET S0LDI Y0SET S39LD X13SET S37SET S0OUT T6 K100LD T6SET S27STL S27LD X4SET S35SET S0SET Y20LD X3SET S28STL S28LD X4SET S35SET SS0OUT T7 K50LD T7SET S29STL S29RET Y0RST Y6RST Y10RST Y20LD X4SET S35SET S0OUT T8 K100LD T8SET S30STL S30RST Y1RST Y11LD X4SET S35SET S0UT T9 K100LD T9SET S31STL S31RST Y2RST Y12LD X4SET S35SET S0OUT T10 K100LD T1