課程設(shè)計(jì)2016～2017學(xué)年第一學(xué)期課程名稱電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二設(shè)計(jì)題目自動裝料控制系統(tǒng)院(系)專業(yè)學(xué)生姓名學(xué)號設(shè)計(jì)時(shí)間指導(dǎo)教師提交日期目錄1.簡介21.1課題概況21.2設(shè)計(jì)要求21.3設(shè)計(jì)內(nèi)容22.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)32.1總體方案選擇說明32.2控制方式選擇32.3操作界面設(shè)計(jì)33.PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)53.1PLC的選型53.2用戶存儲器容量的估計(jì)53.3I/O點(diǎn)數(shù)的估算53.4電源模塊選擇53.5I/O分配表63.6電氣原理圖設(shè)計(jì)63.7電氣元件型號規(guī)格的選定依據(jù)63.8電氣元器件布置圖設(shè)計(jì)73.9電氣接線圖設(shè)計(jì)73.10電氣元器件明細(xì)表74．PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)94.1狀態(tài)分配表94.2自動裝料控制程序順序功能圖(或流程圖)設(shè)計(jì)94.3控制程序設(shè)計(jì)思路95．系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析295.1系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題185.2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及采取的措施215.3結(jié)果分析226．系統(tǒng)的使用說明書237．課程設(shè)計(jì)體會248．參考文獻(xiàn)259．附錄26

附錄A自動裝料控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖梯形圖27附錄B自動裝料控制系統(tǒng)電氣原理圖29附錄C自動裝料控制系統(tǒng)電氣元件布置圖30附錄D自動裝料控制系統(tǒng)電氣接線圖31

1．簡介1.1課題概況如圖所示，一個(gè)用四條皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳送裝料系統(tǒng)，分別用四臺電動機(jī)驅(qū)動。KM1、KM2、KM3、KM4分別控制皮帶運(yùn)輸機(jī)A、B、C、D，SB1、SB2分別為啟動按鈕和停止按鈕，A、B、C、D的負(fù)載故障設(shè)定分別由四個(gè)對應(yīng)的紐子開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3、SQ4來模擬。SQ5檢測有無車輛，無車則L1燈亮；SQ6檢測車輛有無裝滿物料，物料未滿則L2燈不亮，物料滿則L2燈亮；選擇開關(guān)SA1選擇汽車的裝料時(shí)間。1.2設(shè)計(jì)要求（1）初始狀態(tài)：L1亮，L2滅，表示允許汽車進(jìn)來裝料，料斗F（用電磁閥YV控制）、電動機(jī)M1、M2、M3、M4皆為OFF。當(dāng)汽車到位時(shí)，L1滅，L2滅。選擇開關(guān)SA1為“0”時(shí)汽車裝料30S，為“1”時(shí)裝料時(shí)間40S，故障時(shí)間不計(jì)算在裝料時(shí)間內(nèi)。（2）按下啟動按鈕，皮帶運(yùn)輸機(jī)D啟動，經(jīng)過5S延時(shí)，再依次啟動皮帶機(jī)C、B、A和料斗F（各間隔3S）。（3）當(dāng)車輛裝滿料（由裝料時(shí)間確定）時(shí)，先停止料斗F，經(jīng)過4S延時(shí)后再依次停止其他皮帶機(jī)A、B、C、D（各間隔4S）。當(dāng)皮帶機(jī)的電動機(jī)全部停止后，汽車才允許離開。（4）某皮帶發(fā)生故障或負(fù)重載時(shí)，該皮帶機(jī)及前面（上游）的皮帶機(jī)立即停止，而該皮帶機(jī)后面（下游）的皮帶機(jī)待運(yùn)完物料（設(shè)定6S）才停止。例如M2故障，M1、M2立即停止，經(jīng)過6S延時(shí)后，M3停止，在經(jīng)過6S，M4停止，以此類推。（5）按下停止按鈕后，所有的工作立即停止，按下啟動按鈕再繼續(xù)運(yùn)行。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容包含系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

2．系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1總體方案選擇說明1、皮帶運(yùn)輸機(jī)A、B、C、D和料斗分別由電動機(jī)M1、M2、M3、M4、M5拖動。電機(jī)功率較大，需要采用Y-△降壓啟動。2、電動機(jī)M1～M5每路均安裝熱繼電器。3、工藝參數(shù)的調(diào)整是通過修改PLC程序?qū)崿F(xiàn)。4、電氣控制箱置于專門的操作室。電器板與控制板之間，以及電控箱與執(zhí)行系統(tǒng)之間的連接，采用接線板進(jìn)出線方式。2.2控制方式選擇由于PLC控制系統(tǒng)較繼電-接觸器控制系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如硬件電路簡單，修改程序容易，可靠性高等，所以本設(shè)計(jì)選擇PLC控制系統(tǒng)。2.3操作界面設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書的控制要求和總體方案，設(shè)計(jì)如圖1所示操作界面。圖1自動裝料系統(tǒng)操作面板1、為了便于隨時(shí)觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，每條皮帶運(yùn)輸機(jī)及料斗裝有運(yùn)行狀態(tài)指示燈。2、根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容和控制要求分別設(shè)置一個(gè)啟動、停止按鈕和表示車輛到達(dá)及料斗裝滿的按鈕。3、根據(jù)控制要求（3），為每皮帶設(shè)置一個(gè)故障按鈕和故障指示燈，用于“調(diào)試”工作模式下的單獨(dú)操作。

3.PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1PLC的選型本次課程設(shè)計(jì)：（定機(jī)型：S7-300－CPU314C-2DP）本次自動裝料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)用的是來自西門子公司的S7-300可編程控制器。西門子公司的S7-300是一種通用型的模塊式中、小型PLC，可用來代替繼電器的簡單控制場合，也可用于負(fù)載的自動化控制系統(tǒng)。由于他有極強(qiáng)的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。它可靠性高，可以用梯形圖，語句表和功能圖塊三種語言來編程。它是指令豐富，指令功能強(qiáng)大，易于掌握，操作方便。3.2用戶存儲器容量的估計(jì)用戶程序占用多少內(nèi)存，一般與I/O點(diǎn)數(shù)、用算處理量、控制要求、程序結(jié)構(gòu)等有關(guān)，所以只能作粗略的估算：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè)I/O點(diǎn)有關(guān)功能器件占用內(nèi)存用量大致如下:·開關(guān)量輸入：10～20字節(jié)/點(diǎn)·開關(guān)量輸出：5～10字節(jié)/點(diǎn)·定時(shí)器（計(jì)數(shù)器）：2字節(jié)/個(gè)·寄存器：1字節(jié)/個(gè)·模擬量：100～150字節(jié)/點(diǎn)·與計(jì)算機(jī)通行接口：300字節(jié)以上/個(gè)3.3I/O點(diǎn)數(shù)的估算I/O是PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇I/O點(diǎn)數(shù)即可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。PLC的輸入/輸出總點(diǎn)數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關(guān)量等輸入/輸出設(shè)備情況(包括模擬量、開關(guān)量等輸入信號和需控制的輸出設(shè)備數(shù)元件要占用一個(gè)輸入/輸出點(diǎn)?？紤]到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)在估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)上加上20%～30%的備用量。3.4電源模塊選擇電源模塊的選擇一般只考慮輸出電流，電源模塊的額定輸出電流必須大于處理器模塊、I/O口模塊、專用模塊等消耗電流的總和。選擇電源的一般步驟：確定電源的輸入電壓。計(jì)算出I/O模塊所需的總背板電流值。在框架中是否有用于電源的空槽，若沒有，將電源裝到框架的外面。根據(jù)確定好的輸入電壓要求和所需的總背板電流值，選擇合適的電源模塊。3.5I/O分配表表1I/O分配表外接元件I/O編號說明SB1I0.0啟動按鈕SB2I0.1停止按鈕SQ2I0.2汽車到達(dá)時(shí)SQ1I0.3車輛裝滿物料AI0.4負(fù)載或故障ABI0.5負(fù)載或故障BCI0.6負(fù)載或故障CDI0.7負(fù)載或故障DSA1I1.0裝料時(shí)間選擇L1Q0.1狀態(tài)顯示L2Q0.2狀態(tài)顯示M1Q0.3皮帶運(yùn)輸機(jī)AM2Q0.4皮帶運(yùn)輸機(jī)BM3Q0.5皮帶運(yùn)輸機(jī)CM4Q0.6皮帶運(yùn)輸機(jī)DD2Q0.7料斗3.6電氣原理圖設(shè)計(jì)見附錄B3.7電氣元件型號規(guī)格的選定依據(jù)3.7.1下面，對各電氣元件型號規(guī)格的選定依據(jù)，說明如下：(元器件選擇的同時(shí)要記錄其尺寸大小以備下面畫電氣元器件布置用)（1）電動機(jī)所用接觸器的選擇接觸器的基本選擇原則：接觸器的額定電流≥電動機(jī)的額定電流交流接觸器一般按“AC-3類別”設(shè)計(jì)，如CJ20、CJX4類別的接觸器，則應(yīng)降級使用v中小型工廠90KW及以下的籠型電動機(jī)，基本是一般任務(wù)型，屬于“AC-3工作類別”。本例電動機(jī)M1功率為4KW，額定電流In=8.2A，故可選CJ20-10型交流接觸器；為多留一點(diǎn)余量，實(shí)際CJ20-16，16A、380V，線圈額定電壓選220V。（2）熱繼電器的選擇熱繼電器的基本選擇原則：熱繼電器座體的額定電流≧電動機(jī)的額定電流In；熱元件的電流≧電動機(jī)的的電流In，動作整定值=（1.0~1.1）In，檔電動機(jī)的啟動電流不超過6倍且啟動時(shí)間不超過5s是取1.0，其他情況可取1.1。（3）籠型電動機(jī)所用低壓斷路器的選擇低壓斷路器又名自動開啟開關(guān)，簡稱“空開”。籠型電動機(jī)所用空開的基本原則：空開的殼架額定電流≧空開的額定電流，空開的額定電流=（1.5~2）電動機(jī)的額定電流In；瞬間脫扣整流電流≈12×電動機(jī)的額定電流In;熱脫扣器（長延時(shí)）整流電流=（1~1.1）電動機(jī)的瞬時(shí)電流In；6倍長延時(shí)電流整定值的課返回時(shí)間＞電動機(jī)啟動時(shí)間，按實(shí)際可選用返回時(shí)間1S、3S、5S、8S、15S中的某一檔。本例電動機(jī)M1功率為功率4KW，額定電流In=8.2A，8.2A×2=16，故可選DJ20Y-100/3-20Y,20A（380A）、3極；瞬時(shí)脫扣整流脫扣整流電流12×20A，不帶熱脫扣器；熱過載保護(hù)另由熱繼電器實(shí)現(xiàn)。3.8電氣元器件布置圖設(shè)計(jì)見附錄C3.9電氣接線圖設(shè)計(jì)見附錄D

3.10電氣元件明細(xì)表表2電氣元器件明細(xì)表序號文字符號名稱型號規(guī)格單位數(shù)量備注1QS刀開關(guān)DJ-20X-100/300個(gè)22M1、M2、M3、M4、電動機(jī)Y123S—4380V、5.5KW、11.6A臺4Y接法6端接頭31#PLC三菱PLCEC-32M32R32路輸出輸入臺1黃石科威4KM1、KM2KM3、KM4、KM5通電接觸器CJT1-20A主觸點(diǎn)16A380V/線圈AC220V臺5（ac-3）10A4KW正泰電器5FR熱繼電器CJX2-2510座體16A380V熱元件3.6~5.4A3相帶斷相保護(hù)個(gè)5整定值4.7AL獨(dú)立安裝正泰電器虎牌集團(tuán)6FU1、FU2FU3、FU4熔斷器D247-63座體32A400v熔體2A個(gè)41#plc內(nèi)含2A保險(xiǎn)負(fù)載啟動電流0.6A7SB1啟動按鈕X132-13A31380V10A額定發(fā)熱10A個(gè)11常開，1常閉上海二工8SB2停止按鈕X132-13A31380V10A個(gè)19SQ1、SQ2SQ3、SQ4行程開關(guān)個(gè)410HL電源燈AD16-16/H31個(gè)2In=16mA上海二工11XT1端子板個(gè)1XT1需24個(gè)端子XT2需24個(gè)端子12主電路導(dǎo)線BV500套213交流控制線BV500500v銅芯塑料線北京神州永立

4.PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1狀態(tài)分配表表3狀態(tài)分配表工序名稱狀態(tài)器地址號功能故障AM0.1皮帶運(yùn)輸機(jī)A故障故障BM0.2皮帶運(yùn)輸機(jī)B故障故障CM0.3皮帶運(yùn)輸機(jī)C故障故障DM0.4皮帶運(yùn)輸機(jī)D故障料滿M0.5小車裝料完成4.2自動裝料控制程序順序功能圖(或流程圖)設(shè)計(jì)見附錄A4.3控制程序設(shè)計(jì)思路梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路非常相似，但又加入了許多功能，強(qiáng)而又使用靈活的指令。它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的人來說容易被接受。梯形圖編程的一般原則有：（1）梯形圖按自上而下，從左到右的順序安排。每一個(gè)邏輯行起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線鏈接，整個(gè)圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用PLC的有效范圍內(nèi)。T4為接通延時(shí)定時(shí)器，延時(shí)3S，在四條皮帶機(jī)全部啟動后，間隔3S料斗啟動，對應(yīng)的指示燈亮，即延時(shí)時(shí)間到T4閉合，Q0.7得電。(2)梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實(shí)的電流流過，但為讀圖方便，常用“有電流”，“得電”等來形象的描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認(rèn)為它只能由左向右單方向流；層次的改變也只能自上而下。(3)繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)使用，而繼電器的觸點(diǎn)在編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。按下啟動按鈕SB1，IO.O常開變閉合，在車到達(dá)的情況下（I0.2閉合）則Q0.6得電，即皮帶運(yùn)輸機(jī)D啟動且對應(yīng)的指示燈亮。同時(shí)T1延時(shí)開始計(jì)時(shí)。觸點(diǎn)QO.6起到自鎖的作用。（1）程序的組成本自動裝料控制程序的組成情況如圖2所示。●初始程序主體程序?裝料程序?故障及負(fù)載程序圖2自動裝料程序的組成（2）初始程序自動裝料控制系統(tǒng)程序的初始梯形圖如下圖所示圖3自動裝料系統(tǒng)初始程序梯形圖（3）裝料程序本自動裝料系統(tǒng)裝料程序的梯形圖如下圖4所示。圖4自動裝料系統(tǒng)裝料程序梯形圖（4）故障及負(fù)載程序自動裝料系統(tǒng)發(fā)生故障及負(fù)載的梯形圖如下圖5所示故障A故障B故障C故障D圖5故障及負(fù)載程序的梯形圖（5）選擇裝料時(shí)間程序圖6是自動裝料系統(tǒng)選擇裝料時(shí)間程序。圖6選擇裝料時(shí)間程序圖（6）物料裝滿程序如下圖7所示為物料裝滿程序圖7物料裝滿程序（7）停止程序圖8停止程序

5．系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題這個(gè)課題在調(diào)試當(dāng)中還是比較成功的，并沒有遇到太大的問題。不過有些小的問題通過我們組員對梯形圖的分析得到了解決。5.1.15.2調(diào)試中出現(xiàn)問題及采取措施（1）初次調(diào)試該程序時(shí)，使用了相同編號的接通延時(shí)定時(shí)器，導(dǎo)致定時(shí)時(shí)間只能為同編號定時(shí)時(shí)間較短的定時(shí)器編定的時(shí)間。修改編號后問題解決。（2）一段程序不能太長，同一段直線程序超過八個(gè)元器件會引起調(diào)試軟件出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，柜臺上指示燈高頻閃爍。修改程序段長度之后問題解決。（3）設(shè)計(jì)要求料斗編號為F，實(shí)驗(yàn)柜臺面板上料斗編號為D2，編號不一致導(dǎo)致柜臺面板料斗指示燈不亮。修改料斗編號后問題解決。5.3結(jié)果分析（1）啟動SB1（I0.1）裝料開始，首先皮帶運(yùn)輸機(jī)D啟動，對應(yīng)的指示燈（Q0.6）亮，經(jīng)過5S延時(shí)，皮帶C、B、A啟動，同時(shí)對應(yīng)的指示燈（Q0.5、Q0.4、Q0.3）亮,各間隔3S。（2）當(dāng)料裝滿車斗，系統(tǒng)進(jìn)入停止裝料過程，首先停止料斗，經(jīng)過4S延時(shí)后，依次（間隔4S）停止其他皮帶，各皮帶對應(yīng)的顯示燈熄滅。（3）如果皮帶機(jī)發(fā)生故障或者負(fù)載的話，該皮帶機(jī)及前面（上右）的皮帶機(jī)立即停止，而該皮帶機(jī)后面（下游）的皮帶機(jī)待運(yùn)輸完材料后（設(shè)定6秒）才停止，例如皮帶機(jī)B發(fā)生故障，則A、B立即停止經(jīng)過6秒延時(shí)后，皮帶機(jī)C停止，再經(jīng)過6秒，皮帶機(jī)D停止。

6．系統(tǒng)的使用說明書（1）初始狀態(tài)，L1亮，L2滅（2）按下SQ2（汽車到達(dá)）L2滅，L1滅。（3）按下SA1選擇裝料時(shí)間,狀態(tài)為“0”或者“1”（“0”狀態(tài)裝料時(shí)間為30S，“1”狀態(tài)裝料時(shí)間為40S。）（4）按一下啟動按鈕SB1，在不出故障的情況下，四條皮帶機(jī)及料斗對應(yīng)的指示燈依次亮。（5）裝料時(shí)間到后，四條皮帶機(jī)及料斗對應(yīng)的指示燈依次滅。（6）故障演示：任選一條皮帶機(jī)作為故障機(jī)，以皮帶機(jī)B為演示，按下故障按鈕，此時(shí)皮帶機(jī)B、A及料斗A對應(yīng)的指示燈立即滅，皮帶機(jī)C、D延時(shí)熄滅。（7）按下停止按鈕SB2，所有工作立即停止。（8）按下啟動按鈕SB1，繼續(xù)進(jìn)行。

7．課程設(shè)計(jì)體會一個(gè)多禮拜的課程設(shè)計(jì)時(shí)間過了，我受益匪淺。課程設(shè)計(jì)主要為了培養(yǎng)學(xué)生的理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力以及動手能力和思維培養(yǎng)，還有獨(dú)立思考的能力。通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我對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。本次課程設(shè)計(jì)是要求小組完成，遇到問題和同學(xué)互相討論交流。我們在做課程設(shè)計(jì)的過程中要不停的討論問題，這樣，我們可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便最后設(shè)計(jì)和在一起。討論不僅是一些思想的問題，還可以深入的討論一些技術(shù)上的問題，這樣可以使自己的處理問題要快一些，少走彎路。多改變自己設(shè)計(jì)的方法，在設(shè)計(jì)的過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，運(yùn)料小車的應(yīng)用也不斷擴(kuò)大到各個(gè)領(lǐng)域，從手動到自動，逐漸形成了機(jī)械化、自動化。但是，傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制在工作中已經(jīng)暴露出種種弊端，因此，新的控制設(shè)計(jì)已成為社會發(fā)展的必然趨勢。本設(shè)計(jì)運(yùn)用的可編程控制器實(shí)現(xiàn)的自動運(yùn)料控制系統(tǒng)，避開了以往繼電器接觸不良、開關(guān)易損壞等缺點(diǎn)，可靠性和穩(wěn)定性都有所提高。在檢測小車是否到達(dá)的時(shí)候，運(yùn)用了行程開關(guān)使小車的停靠位置更加準(zhǔn)確。同時(shí)，由于輸入輸出很明顯，不需要好多額外的