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二、课程设计报告书基本要求
1.阐明设计任务;
可以通过查找资料补充相关设计对象的背景;
2.根据控制要求,绘制程序流程图(对于顺序控制必须有相应的顺序功能图)
3.控制对象为电机时,绘制电气控制主电路图;
4.PLC控制电路设计;
1)选择PLC的机型及I/O模块型号,进行系统配置。
2)输入输出分配表、I/O端子接线图;
对于不同输出执行装置间有互锁制约的,应注意相应的保护措施。
5.给出梯形图程序,并说明操作过程、调试过程、使用方法及注意事项。
6.设计成果的评价或改进意见;
7.参考文献
三、部分课程设计的操作模式说明
回初始位置:
在开始进入自动运行模式系统必须处于初始位置。
如果不满足这一条件,则必须将开关拨到“初始”模式下,使系统自动返回初始位置状态。
手动模式:
在手动模式下,每个执行器的动作必须按下相应的动作按钮才能实现,可以通过触摸屏或TD400C来代替硬件按钮。
自动模式:
在自动模式下,程序自动循环,前提条件是各部件位置在其初始位置上。
自动模式下有单周期、单步和连续三种工作方式。
四、课程设计的题目目录
1.饮料灌装生产流水线PLC控制+触摸屏显示(或者TD400C文本编辑器)
2.花式喷水池的PLC控制
3.全自动洗衣机梯形图控制程序的设计与调试
4.霓虹灯广告屏示意图
5.大小球分拣机械手的PLC控制
6.自助洗车机的PLC控制
7.四组抢答器的PLC控制
8.车库车辆出入库管理系统的设计
9.自动门控制装置
10.PLC控制电机变频调速系统设计与调试
11.带数显的温度控制
12.小型污水处理控制系统
13.交通高低峰分段运行、数显倒计时交通红绿灯控制
每2人一组,每组2题。
1.饮料灌装生产流水线PLC控制及TD400C显示
1.控制要求:
(1)自动操作模式:
一旦启动,则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或灌装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止;
瓶子装满饮料后,传送带驱动电机必须自动启动,并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。
(2)当瓶子定位在灌装设备下时,停顿1s,灌装设备开始工作,灌装过程为5s钟,灌装过程应有报警显示,5s后停止并不再显示报警;
报警方式为红灯以0.5s间隔闪烁。
(3)以每24瓶为一箱,记录产品箱数。
(4)每隔8小时将记录产品箱数的计数器当前值转存至某寄存器,然后对计数器自动清零,重新开始计数。
(5)可以手动对计数器清零(复位)
2.通过TD400C文本显示器显示产品总箱数和系统起、停控制。
2.花式喷水池装置PLC控制梯形图的设计与调试
1.花式喷水池示意图
图a)中4为中间喷水管,3为内环状喷水管,2为中环形状喷水管,1为外环形状喷水管。
图b)中的选择开关可有4种选择,可分别用4个开关模拟实现;
单步/连续开关为“1”=单步,“0”=连续,其他为单一功能开关。
2.控制要求:
(1)控制器电源开关接通后,按下启动按钮,喷水装置即开始工作。
按下停止按钮,则停止喷水。
工作方式由“选择开关”和“单步/连续”开关来决定。
(2)“单步/连续”开关在单步位置时,喷水池只运行一个循环;
在连续位置时,喷水池反复循环运行。
(3)方式选择开关用以选择喷水池的喷水花样,1~4号喷水管的工作方式选择如下:
选择开关在位置“1”——按下启动按钮后,4号喷水,延时2s,3号喷水,再延时2s,2号喷水,再延时2s,1号喷水,接着一起喷水15s为一个循环。
选择开关在位置“2”——按下启动按钮后,1号喷水,延时2s,2号喷水,再延时2s,3号喷水,再延时2s,4号喷水,接着一起喷水30s为一个循环。
选择开关在位置“3”——按下启动按钮后,1、3号同时喷水,延时3s后,2、4号同时喷水,1、3号停止喷;
交替运行5次后,再1~4号全部喷水30s为一个循环。
选择开关在位置“4”——按下启动按钮后,喷水池1~4号水管的工作顺序为:
1→2→3→4按顺序延时2s喷水,然后一起喷水30s后,1、2、3和4号水管分别延时2s停水,再等待1s,由4→3→2→1反序分别延时2s喷水,然后再一起喷水30s为一个循环。
(4)不论在什么工作方式,按下停止按钮,喷水池立即停止工作,所有存储器复位。
全自动洗衣机应带有洗涤方式选择、水位选择。
通过三个开关QS、SB1、SB2对洗衣机的洗涤过程进行控制:
QS是系统运行控制开关,控制整个洗衣过程。
SB1是洗涤方式选择按钮,控制强洗/弱洗两种洗涤方式的切换,即按一下,进入强洗状态,再按一下,又进入弱洗状态,如此反复循环。
SB2是运行/暂停两种状态的选择按钮,即按一下,进入运行状态,再按一下,又进入暂停状态,如此反复循环。
洗涤水位由机械方式实现控制,通过转换开关设置各种洗涤水位,由检测开关输出触点“通”、“断”信号,表示“水位到(ON)”及“水排空(OFF)”两种状态。
洗衣程序必须经过一洗二漂,洗衣结束,报警提示10秒。
整个工作过程,参见工作流程框图。
动作要求如下:
✧洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。
✧洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现。
✧脱水时,由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合,洗涤电动机正转进行甩干。
✧洗涤完成由蜂鸣器报警。
✧洗衣机所需要的输入/输出信号有:
工作流程图如下:
该广告屏共有8根灯管,24只流水灯,每4只灯为一组,如下图所示:
:
(1)该广告屏中间8根灯管亮灭的时序为:
第1根亮→2亮→3亮→……→第8根亮,时间间隔为1s,全亮后,显示10s,再反过来从8→7→……→1按1s间隔顺序熄灭,全灭后停亮2s;
再从第8根开始亮,顺序点亮7→6→……→1,时间间隔1s,显示5s,再从1→2→……→8按1s间隔顺序熄灭,全灭后停亮2s,然后重复运行,周而复始。
(2)24只流水灯,4个一组分成6组,从Ⅰ→Ⅱ→……→Ⅵ按1s时间间隔依次向前移动,
且点亮时每相隔1灯为亮,即从Ⅰ“①、③”亮→Ⅱ“⑤、⑦”亮,同时Ⅰ“①、③”灭→Ⅲ“⑼、⑾”亮,同时Ⅱ“⑤、⑦”灭……,如此移动一段时间(如30s)后,再反过来移动一段时间:
Ⅵ“(24)、(22)亮→Ⅴ“(20)、(18)”亮,同时Ⅵ“(24)、(22)”灭,……如此循环往复。
(3)系统有单步/连续控制,有起动和停止按钮。
(4)起动时,灯管和流水灯同时起动,关闭时,可同时也可分别关闭。
(5)*要求有移位指令的应用。
3.编程并模拟调试
4.画出I/O端子接线图
5.大、小球分拣传送机械PLC控制梯形图的设计与调试
1.大、小球分拣传送机械示意图
(1)机械臂起始位置在机械原点(见图),为左限、上限并有显示。
(2)有起动按钮和停止按钮控制运行,设停止时机械臂必须已回到原点。
(3)起动后,机械臂动作顺序为:
下降→吸球→上升(至上限)→右行(至右限)→下降→释放→上升(至上限)→左行返回(至原点)。
(4)机械臂右行时有小球右限(LS4)和大球右限(LS5)之分;
下降时,当电磁铁压着大球时,下限开关LS2断开(=“0”);
压着小球时,下限开关LS2接通(=“1”)。
多操作模式
1)回初始模式
2)手动模式
3)自动模式:
单步、单周期、和连续
3.I/O编址及I/O端子接线图
4.连续工作的顺序功能图
5.编程并调试
6.自助洗车机控制设计
一、控制要求
1.设计投币100元自助洗车机。
2.有3个投币孔,分别为5元、10元及50元3种,当投币合计100元或超过时,按启动开关洗车机才会动作,启动灯亮起。
7段数码管会显示投币金额(用BCD码),当投币超过100元时,可按退币按钮,这时7段数码管会退回零,表示找回余额(退币选作)。
洗车机动作流程。
1)按下启动开关之后,洗车机开始往右移,喷水设备开始喷水,刷子开始洗刷。
2)洗车机右移到达右极限开关后,开始往左移,喷水机及刷子继续动作。
3)洗车机左移到达左极限开关后,开始往右移,喷水机及刷子停止动作,清洁剂设
备开始动作——喷洒清洁剂。
4)洗车机右移到达右极限开关后,开始往左移,继续喷洒清洁剂。
5)洗车机左移到达左极限开关后,开始往右移,清洁剂停止喷洒,当洗车机往朽移3s后停止,刷子开始洗刷。
6)刷子洗刷5s后停止,洗车机继续往右移,右移3s后,洗车机停止,刷子又开始洗刷5s后停止,洗车机继续往右移,到达右极限开关停止,然后往左移。
7)洗车机往左移3s后停止,刷子开始洗刷5s后停止,洗车机继续往左移3s后停止,刷子开始洗刷5s后停止,洗车机继续往左移,直到碰到左极限开关后停止,然后往右移。
8)洗车机开始往右移,并喷洒清水与洗刷动作,将车洗干净,当碰到右极限开关时,洗车机停止前进并往左移,喷洒清水及刷子洗刷继续动作,直到碰到左极限开关后停止,并开始往右移。
9)洗车机往右移,风扇设备动作将车吹干,碰到右极限开关时,洗车机停止并往左移,风扇继续吹干动作,直到碰到左极限开关,则洗车整个流程完成,启动灯熄灭。
3.原点复位设计。
若洗车机正在动作时发生停电或故障,则故障排除后必须使用原点复位,将洗车机复位到原点,才能做洗车全流程的动作,其动作就是按下[复位按钮],则洗车机的右移、喷水、洗刷、风扇及清洁剂喷洒均需停止,洗车机往左移,当洗车机到达左极限开关时,原点复位灯亮起,表示洗车机完成复位动作。
二、设计任务
学生根据控制要求,明确设计任务,拟定设计方案与进度计划,运用所学的理论知识,进行自助洗车机运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计,提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
主要内容包括:
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等;
2.系统有启动、停止功能;
3.运用功能指令进行PLC控制程序设计,并有主程序、子程序和中断程序;
4.程序结构与控制功能自行创新设计;
5.进行系统调试,实现自助洗车机的控制要求。
设有四组抢答器,有四位选手,一位主持人。
示意图如下:
设有一个开始答题按钮,一个系统复位按钮。
按下开始答题按钮后,四位选手开始抢答,最先按下按钮的选手的抢答指示灯亮,同时该选手的编号在数码管上显示,其他选手的按钮不起作用。
如果主持人未按下开始答题按钮,就有选手抢答,则认为是犯规,犯规指示灯亮并闪烁;
同时选手序号在数码管上显示,其他选手的按钮不起作用。
当支持人按下开始答题按钮后,时间开始倒计时,在10秒内仍无选手抢答,则系统超时指示灯亮,此后不能再有选手抢答。
所有各种情况在主持人按下系统复位按钮后,系统回到初始状态。
8.车库车辆出入库管理PLC梯形图控制程序设计与调试
(1)入库车辆前进时,经过1#传感器→2#传感器后,计数器A加1,后退时经过2#传感器→1#传感器后,计数器B减1;
(计数器B的初始值由计数器A送来)只经过一个传感器则计数器不动作
(2)出库车辆前进时,经过2#传感器→1#传感器后,计数器B减1,后退时经过1#传感器→2#传感器后,计数器A加1;
只经过一个传感器则计数器不动作
(3)车辆入库或出库时,均应有警铃报警(可分别设置),定时3s钟
(4)可从两个七段数码管上显示目前仓库中有几部车
(5)仓库启用时,先对所有用到的存储单元清零,并应有仓库空显示
(6)若设仓库容量为50辆车,则仓库满时应报警并显示。
一、自动门控制装置的硬件组成
自动门控制装置由门内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门到位限位开关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构KM1(使直流电动机正转)、关门执行机构KM2(使直流电动机反转)等部件组成。
二、控制要求
1)当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时,开门执行机构KM1动作,电动机正转,到达开门限位开关K3位置时,电机停止运行。
2)自动门在开门位置停留8秒后,自动进入关门过程,关门执行机构KM2被起动,电动机反转,当门移动到关门限位开关K4位置时,电机停止运行。
3)在关门过程中,当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时,应立即停止关门,并自动进入开门程序。
4)在门打开后的8秒等待时间内,若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关K2或K1时,必须重新开始等待8秒后,再自动进入关门过程,以保证人员安全通过。
一.选题背景
模拟实际课题,采用PLC控制变频器,使三相异步电动机的转速按照预先给出的电动机转速运行曲线运行,是目前最常见的控制转速方法。
一、系统组成
上位计算机(PC机)一台;
S7-200PLCCPU226+EM2354AI/1AO一套;
PC/PPI编程电缆一根;
模拟输入开关一套;
JD-PLC10S500变频调速实验模板一块;
100VA自耦调压器一台;
可加载/可测速的三相异步电动机系统一套;
台达1711触摸屏一只。
具体如图1。
2.控制要求和任务
本次设计是通过PLC控制变频器的输出频率,使电机转速得到控制。
1)设计PLC控制变频调速的硬件系统。
2)软件设计
①PLC程序设计。
要求设计PLC控制程序,使三相异步电动机的转速按照如图G-2所示的电动机转速运行曲线运行,恒速段要求波动不超过±
6%。
通过PLC控制变频器,使三相异步电动机按下图所示的曲线运行,并可通过触摸屏远程控制电机的启动、停止,可对电机启动时间、减速时间设定调整,同时要求通过触摸屏实时显示数字电机转速、频率,显示转速图。
电机运行可分为三个部分:
第一部分要求电机起动后在60s内从0(r/min)线性增加到1188(r/min);
第二部分是进入恒转速运行阶段,运行时间为180s,转速仍为1188(r/min);
第三部分是当恒速到了规定时间,进入减速阶段,电机转速要求在40s内降到0(r/min)。
②设计触摸屏操作显示画面。
要求触摸屏具有起/停操作及显示、写给定值等,转速在线显示/变频器输出显示等。
3)设定变频器工作模式
变频器按PLC输出4~20mA操作频率输出设定工作模式。
①要求把变频器的Pr.30“扩张功能显示选择”的设定改为“1”;
②要求把变频器的Pr.79“操作模式选择”的设定改为“3”(4~20mA仅当AU信号ON时有效);
③可低速挡Pr.60“端子功能选择”的设定改为“4”(AU输入电流选择)。
4)程序设计开始之前应绘制流程图或顺序功能图。
5)撰写课程设计报告,报告中应包含PLC的I/O分配表、I/O接线图。
3.设计指导
1)系统硬件设计指导
根据任务书提供的设备、器件和任务要求,连接测速信号→EM235→CPU226→EM235→调节信号→变频器三相输出→异步电动机转速→测速装置,形成闭环系统硬件。
2)软件设计指导
⑴PLC编程指导。
①电机转速信号输入信号处理可参考7.5.2恒温控制模拟量输入处理的内容,具体输入值参见图G-3所示;
信号还需作多次采样取平均,和≮0处理。
②当电动机工作在加速和减速程序段均匀加减即可;
在恒转速阶段,既可以采用PID控制,也可以简单上下限方法来控制转速。
其中PID控制仅用凑试法确定参数在短时间内难以奏效,后一种方法在保证精度要求的情况下较容易实现。
⑵触摸屏画面编辑
触摸屏画面编辑参考附H内容。
3)系统调试
⑴标定输入值。
由于转速测量值存在误差,因此在运行之前必须标定参数。
具体办法为,用0速和变频器的高、中、低三段速运行,提取各段的转速参数,修改图G-3上所示的参数及修改程序中的参数,提高控制精度。
⑵通过涡流加载装置对电机加载。
通过调压器改变加载功率,观察转速改变规律,修改控制参数。
4)按附录F的要求书写课程设计报告。
图2PLC控制电机变频调速实验总图
4.报告要求
注意:
变频器的输入信号应是4~20mA的电流信号,而PLC的模拟量输出模块的输出值范围是0~20mA,编程时注意信号的转换。
1.按题意要求、选择机型、编写I/O地址表,画出PLC端子接线图及控制梯形图。
2.完成PLC端子接线工作,并利用编程器输入梯形图控制程序,完成调试。
3.完成课程设计说明书。
11.带数显的恒温控制
见教材P217和P282的实验八(PID恒温控制)。
一、SBR污水处理工艺的技术要求
序列间歇式活性污泥法废水处理技术(SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess,简称SBR)是一种高效废水回用的处理技术,采用优势菌技术对生活污水进行处理,经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等,从而达到节约水资源的目的。
SBR污水处理系统分别由污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成,在污水处理池、清水池、中水水箱中分别设置液位开关,用以检测水池与水箱中的水位。
SBR废水处理系统示意图如图1所示。
图1SBR废水处理系统示意图
污水处理的第一阶段:
当污水池中的水位处于低水位或无水状态时,电动阀会自动开起纳入污水。
当污水池纳入的污水至正常高水位时,电动阀自动关闭,污水池中污水呈微氧和厌氧状态。
污水处理的第二阶段:
采用能降解大分子污染物的曝气法,可使污水脱色、除臭、平衡菌群的pH值并对污染物进行高效除污,即好氧处理过程。
整个好氧(曝气)时间一般需要6~8h。
在曝气管路上安装了排空电磁阀,当电动阀门自动关闭后,排空电磁阀开起,罗茨风机延时空载起动,然后排空电磁阀关闭,污水池开始曝气。
当曝气处理结束后,排空电磁阀再次开起,罗茨风机空载停机,然后排空电磁阀延时关闭。
曝气风机在无负荷条件下起动和停止,能起到保护电动机和风机的作用。
经过0.5h的水质沉淀,PLC下达起动1#清水泵指令,将沉淀后的水泵入到清水池。
当清水池中的水位升至正常高水位时,1#清水泵自动停止运行。
这时2#清水泵自动起动向中水箱泵水,当水箱内达到正常高水位时,2#清水泵自动停止运行,这时中水箱内的水全部完成处理过程。
如上所示,当中水箱内水位降至低水位时,2#清水泵又自动起动向中水箱泵水。
当污水池中的水位降至低水位时,电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。
如此循环往复。
SBR废水处理技术针对污水水质不同选用生物菌群不同,工艺要求要求有所不同,电气控制系统应有参数可修正功能,以满足废水处理的要求。
2.SBR废水处理系统动力设备
SBR废水处理系统中所使用的动力设备(水泵、罗茨风机、电动阀),均采用三相交流异步电动机,电动机和电磁阀(AC220V选配)选配防水防潮型。
1#清水泵:
立式离心泵LS50-10-A,扬程10m,流量29m3/h,1kW。
2#清水泵:
立式离心泵LS40-32.1,扬程30m,流量16m3/h,3kW。
曝气罗茨风机:
TSA-40,0.7m3/min,1.1kW。
电动阀:
阀体D97A1X5-10ZB-125mm,电动装置LQ20-1,AC380V,60W。
3.SBR废水处理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)电动阀上驱动电动机为正、反转双向运行,因此要在PLC控制回路加互锁功能。
4)PLC的接地应按手册中的要求设计,并在图中表示或说明。
5)为了设备安全运行,考虑必要的保护措施,例如电动机过热保护、控制系统短路保护等。
6)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。
7)选择电器元件、编制元器件目录表。
8)采用梯形图或指令表编制PLC控制程序。
附1.SBR废水处理电气控制原理图设计
(1)主电路设计SBR废水处理电气控制系统主电路如图2所示。
图2SBR废水处理电气控制系统主电路
1)主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3分别控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3;
交流接触器KM4、KM5控制电动阀电动机M4,通过正、反转完成开起阀门和关闭阀门的功能。
2)电动机M1、M2、M3、M4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。
电动阀电动机M4控制器内还装有常闭热保护开关,对阀门电动机M4实现双重保护。
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、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。
FU5、FU6分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。
(2)交流控制电路设计SBR废水处理系统交流控制电路如图3所示。
1)控制电路有电源指示HL。
PLC供电回路采用隔离变压器TC,以防止电源干扰。
2)隔离变压器TC的选用根据PLC耗电量配置,可以配置标准型、变比1:
1、容量100VA隔离变压器。
3)1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3分别有运行指示灯HL1、HL2、HL3,由KM1、KM2、KM3接触器常开辅助触点控制。
4)4台电动机M1、M2、M3、M4的过载保护,分别由4个热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现,将其常闭触点并联后与中间继电器KA1连接构成过载保护信号,KA1还起到电压转换的作用,将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护控制功能。
5)上水电磁阀YA1和指示灯HL1、排空电磁阀YA2,分别由中间继电器KA2和KA3触点控制。
图3SBR废水处理系统交流控制电路
2.SB
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