PLC可编程控制器课程设计说明书机电传动控制.docx
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PLC可编程控制器课程设计说明书机电传动控制
前言
所谓机电传动,是指以电动机为原动件驱动生产机械的系统的总称,它的目的是将电能转变为机械能,实现机械的启动,停止以及速度调节,完成各种生产过程中的要求,保证生产过程的正常进行。
但是在现在工业中,为了实现生产过程自动化的要求,机电传动不仅包括拖动生产机械的电动机,而且包含控制电动机的一整套控制系统,也就是说,现代机电传动是和由各种控制元件组成的自动控制系统紧密地联系在一起的。
机电传动控制基础课程是机械制造及其自动化的一门必修的专业基础课,它是机电一体化人才所需电知识结构的躯体。
它重点介绍了机电传动系统的力学基础,继电器-接触器控制系统中用到的常用电器和基本控制线路以及各类常用控制电机的结构特点、工作原理及性能等内容。
该课程的任务是使学生了解机电传动控制的一般知识,掌握电机、电器、电力电子器件等的工作原理、特点、应用和选用的方法,掌握常用的开环、闭环控制系统的工作原理、特点、性能及应用场所,掌握PLC的应用方法和设计方法,了解最新控制技术在机械设备中的应用。
该课程的组成系统是根据机械制造及自动化的需要而建立的,内容比较全面,在编写时既注重基础理论知识,又注意与实际应用相结合;既描述了器件的外特性,又注重器件在控制系统中的应用;既结合当前的国情介绍当今广泛应用的机电传动与控制技术,又充分反映本领域的最新技术和发展趋势。
为了使同学们更加深入地掌握《机电传动控制基础》这门课程,把所学知识应用于实践,设置了“机电传动控制基础课程设计”。
该课程设计的教学目标是使学生掌握机电传动控制系统的基本原理、PLC控制电路的设计方法以及继电器接触器控制电路的PLC改造方法。
课程设计的基本要求包括:
掌握机电传动控制系统中固定程序的继电器接触器控制和PLC控制的基本原理、设计方法及两者的关系,掌握常用的电器元件的选用方法,具备一定的控制电路的分析能力与设计能力(包括继电器——接触器和PLC)。
本人所做课程设计的题目是超声波清洗机控制系统,说明书内容主要包括:
一、本课程设计的任务和要求;
二、总体设计,包括PLC选型和PLC端子接线;
三、PLC程序设计,包括设计思想、顺序功能图、PLC梯形图;
四、程序调试说明;
五、结束语和参考文献。
本课程设计作为一门工程学科的设计,对于培养我们的动手能力、独立思考解决问题、创新能力都有深远影响。
第一章课程设计的任务和要求
1.1课程设计的任务
基本任务:
设计出规定好工艺流程的超声波清洗机的控制系统,该控制系统需要能够完成以下操作:
清洗液冲洗、进清洗液、清洗液超声漂洗、清洗液超声清洗、排液、清水冲洗、进清水、清水超声清洗、排水、清水冲洗、排水、响铃、灯亮等。
在操作期间有时间控制,传感器开关控制液体的进出。
任务分析:
第一步、设置启动按钮I0.0,控制系统开始工作,清洗液冲洗,定时器T37开始计数。
第二步、定时器T37定时四秒后,结束清洗液冲洗,进清洗液。
第三步、传感器判别清洗液是否到上限位I0.1,若到上限位则清洗液超声漂洗,定时器T38开始计数。
第四步、定时器T38定时3秒后,结束清洗液超声漂洗,开始清洗液超声清洗,同时定时器T39开始计数。
第五步、定时器T39定时5秒后,结束清洗液超声清洗,开始排液。
第六步、液体排到下限位I0.2时结束排液,开始清水冲洗,同时定时器T40开始计时,
第七步、定时器T40定时2秒后,开始进清水。
第八步、清水到上限位I0.1时结束进清水,开始清水超声清洗,同时定时器T41开始计数。
第九步、定时器T41定时6秒后,开始排水。
第十步、水排到下限位I0.2时结束排水,开始清水冲洗,同时定时器T42开始计数
第十一步、定时器T42定时2秒后进行排水
第十二步、水排到下限位,若为单周期工作方式则回到初始状态,若为连续工作方式的话计数器C0计数一次,循环一次,再计数,直至循环5次,结束循环,声光间断报警5秒。
1.2课程设计的基本要求
基本要求:
1.该系统可以进行清洗、漂洗还有超声,有进水(液)阀、排水(液)阀,水泵电动机和液泵电动机,容腔内包含两个液位传感器,上限位和下限位;
2.要求有3种工作方式:
手动、单周期、连续。
3.连续时,循环5次结束,声光间断报警5秒。
图1-1超声波清洗机工艺流程图
实现要求的方法如下:
编写公用程序,插入手动子程序和自动子程序,由手动程序控制和实现手动工作方式,在自动自程序中最后一步排水之后编写选择结构程序,分别为单周期分支程序和连续分支程序(循环5次,声光间断报警)。
第二章
总体设计
2.1PLC选型
PLC选型的原则:
一、输入输出(I/O)点数的估算
二、存储器容量的估算
三、控制功能的选择
四、机型的选择
本设计中的输入输出(I/O)点数大约在30个左右,其中输入点数16个,输出点数11个。
控制功能的选择包括:
运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
本设计中需要的运算功能为计时和计数功能,控制功能为PID控制运算,具有通信能力,支持顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)等图形化语言,处理速度较快。
根据以上这些资料,最终确定所选的PLC机型为6ES7216-2AD23-0XB0。
该型号PLC属于小型PLC,内存为CPU226,该类型CPU有24点输入,16点输出,电源类型为DC/DC/DC。
既可以用于代替继电器的简单控制场合,也可以用于复杂的自动化控制系统。
6ES7216-2AD23-0XB0的可靠性高,可以用梯形图、语句表(即指令表)和功能块图三种语言来编程。
它的指令丰富,指令功能强,易于掌握,便于操作,操作方便,内置高速计数器、高速输出、PID控制器、PS485通信/编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和左右端口模式通信功能,最大可以拓展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O,最多有30多KB程序和数据存储空间。
2.2PLC端子接线
图2-2PLC外部接线图
第三章
PLC程序设计
3.1设计思想
手动程序比较简单,用经验法设计。
复杂的自动程序根据系统的功能图,用顺序控制法设计。
1.硬件结构及工作方式
(1)硬件结构
超声波清洗机控制系统是由手动、单周期、连续三种工作方式,工作方式选择开关的三个位置分别对应于三种操作方式。
操作面板左下部10个按钮是手动按钮,控制手动操作,如图3-1所示。
图3-1控制面板示意图
(2)工作方式
在手动工作方式下,用I2.0~I3.1对应的10个按钮分别独立控制清洗液或水的冲洗、漂洗、清洗以及排水排液等操作。
在单周期工作方式下,按下启动按钮I0.0后,从初始步M0.0开始,超声波清洗机控制系统按顺序功能图的规定完成一个周期的工作后,在连续工作方式下,在初始状态按下启动按钮后,系统从初始步开始工作,完成一个周期后又开始下一个周期,循环工作5次,声光报警结束循环。
按下停止按钮,并不马上停止工作,而是在完成最后一个周期工作后,系统才返回初始步。
(3)此程序的总体结构
图3-3是主程序,SM0.0的常开触点一直闭合,公用程序是无条件执行的。
在手动方式下,I0.3为ON,执行手动子程序。
在其他两种工作条件下执行“自动”子程序。
2.使用启保停电路的编程方法
(1)公用程序
公用程序用于确保任何时刻只有一个活动步,避免引起错误,即手动方式和自动方式不能同时有效。
当系统处于手动工作方式下,图3-3中除初始步意外的各步对应的存储器为(M0.0~M1.5)复位。
当系统处于自动工作方式下,若为单周期,图中I2.4常闭触点断开,则启动后表示连续工作状态的标志M2.0复位。
(2)手动程序
图3-4为手动程序,为了保证系统的安全,在手动程序中,设置了必要的连锁:
①设置清洗液冲洗和清水冲洗、进清洗液和排液、清洗液漂洗和清洗、进清水和排水之间的互锁,以防止功能相反的两个输出同时为ON。
②用限位开关I0.1和I0.2限制液体的进出范围。
(3)自动程序
图3-2处理单周期和连续工作方式的顺序功能图,图3-5是用启保停电路设计的程序,M0.0~M1.5用典型的启保停电路控制。
单周期、连续主要是用“连续”标志M2.0。
单周期与连续的区分,在连续工作方式下,I0.5为1状态,在初始步和活动步时,启动按钮I0.0,M0.1变为1状态,清洗液冲洗,于此同时,控制连续工作地M2.0的线圈“通电”并自保持。
当系统在步返回最左边时,定时器常开触点闭合,因为连续标志位M2.0为1状态,转换条件满足,系统将返回步M0.1,反复连续地工作下去。
当系统循环5次、声光报警完成后,按下停止按钮I1.0后M2.0变为0,但是系统不会立即停止,在完成当前工作周期的全部操作后系统返回并停留在初始步。
在单周期工作方式下,M2.0一直处于0状态。
当系统完成最后一步流程时,下限位开关I0.2为1状态,转换条件满足,系统返回并停留在初始步。
按一次启动按钮,系统只工作一个周期(没有声光报警)。
3.2
顺序功能图
图3-2自动子程序顺序功能图
3.3
PLC梯形图
主程序梯形图如图3-3所示:
图3-3主程序梯形图
手动子程序梯形图如图3-4所示:
图3-4手动子程序梯形图
以下为自动子程序梯形图,如图3-5所示。
图3-5自动清洗子程序梯形图
第四章程序调试说明
程序调试所用试验设备包括:
可编程序控制器一台,EL-IA6000-PLC试验台,装有编程软件和开发软件的计算机一台、电缆若干。
电气原理图如图4-1所示:
图4-1电气原理图
调试步骤如下:
一.连线(按图2-2进行连线)
启动按钮I0.0,停止按钮I1.0,限位开关I0.1、I0.2分别连在液体混合控制单元模块的启动、停止、上限位、下限位的位置上。
手动开关按钮I2.0~I3.1依次连在一排带灯的平行按钮上,控制各个操作。
进液体输出分别连在两个进液体阀上,排液体输出同时连在一个排水阀上(只有一个可供模拟),水以及清洗液的清洗均用搅拌进行模拟,故清洗的输出连在液体控制单元模块的搅拌上,至于剩余的输出连在发光小灯上进行模拟输出。
转换开关I0.3,I0.4,I0.5分别连在3个开关上,进行转换控制。
检查连线是否正确,确定无错误后,打开电源进行调试。
二.调试
先按下I0.4,调试单周期工作方式,按下启动按钮I0.0,程序自动执行,完成各步操作,按下停止按钮I1.0。
单周期结束后,把I0.4开关掰下来,把I0.5开关掰上去,模拟连续工作方式,按下I0.0按钮,系统在能够在完成单周期工作后,继续循环工作五个周期,循环结束后声光间断报警5秒,运行自动结束。
把I0.3开关掰上去,模拟手动工作方式,按下各个操作控制按钮,观察每个操作的现象,也能实现超声波清洗机的工艺流程的各个操作。
调试中所观察到的现象完全和控制要求一致,即该程序正确,能完全实现超声波清洗机工艺流程及其控制要求。
第五章结束语
通过本次课程设计,在实践中我更加深入地掌握了机电传动控制系统的基本原理、PLC控制电路的设计方法以及继电器接触器控制电路的PLC改造方法。
机电传动控制系统的基本原理。
参考文献
陈白宁,段智敏,刘文波.机电传动控制【M】.沈阳:
东北大学出版社,2002
陈白宁,段智敏.机电传动控制课程设计指导书.沈阳理工大学,2008
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- 关 键 词:
- PLC 可编程控制器 课程设计 说明书 机电 传动 控制