1、湖 南 工 程 學(xué) 院課 程 設(shè) 計課程名稱 電氣控制與PLC 課題名稱 烘干機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級 測控技術(shù)與儀器0901班 姓 名 吳志勇 學(xué) 號 1 指導(dǎo)教師 賴指南、劉星平、周向紅 2012年12月28日湖南工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱 電氣控制與PLC 課題名稱 烘干機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級 測控技術(shù)與儀器0901班 姓 名 吳志勇 學(xué) 號 1 指導(dǎo)教師 賴指南、劉星平、周向紅 審 批 黃 峰、汪 超、劉星平 任務(wù)書下達(dá)日期2012年12月15日 課程設(shè)計完成日期2012年12月28日設(shè)計內(nèi)容與要求一. 課程設(shè)計的性質(zhì)與目的 本課程設(shè)計是自動化專業(yè)教學(xué)計劃中不可缺少的一個

2、綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的重要手段。它的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本課程所學(xué)知識和技能去分析和解決本課程范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題，建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序和方法。通過課程設(shè)計使學(xué)生得到工程知識和工程技能的綜合訓(xùn)練，獲得應(yīng)用本課程的知識和技術(shù)去解決工程實際問題的能力。 二. 課程設(shè)計的內(nèi)容 1.根據(jù)控制對象的用途、基本結(jié)構(gòu)、運動形式、工藝過程、工作環(huán)境和控制要求，確定控制方案。2.繪制烘干機控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。 3.選擇電器元件，列出電器元件明細(xì)表。 4.上機調(diào)試程序。5.編寫設(shè)計說明書。 三. 課程設(shè)計的要求 1.所選控制方

3、案應(yīng)合理，所設(shè)計的控制系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足控制對象的工藝要求，并且技術(shù)先進(jìn)，安全可靠，操作方便。 2.所繪制的設(shè)計圖紙符合國家標(biāo)準(zhǔn)局頒布的GB472884電氣圖用圖形符號、GB698887電氣制圖和GB715987電氣技術(shù)中的文字符號制定通則的有關(guān)規(guī)定。 3.所編寫的設(shè)計說明書應(yīng)語句通順，用詞準(zhǔn)確，層次清楚，條理分明，重點突出，篇幅不少于7000字。主要設(shè)計條件1.PLC實驗設(shè)備若干。2.參考文獻(xiàn)若干。設(shè)計說明書裝訂順序1.課程設(shè)計說明書封面。2.課程設(shè)計任務(wù)書。3.說明書目錄。4.正文（按設(shè)計內(nèi)容逐項書寫）。5.參考文獻(xiàn)。6.附錄。 7.課程設(shè)計評分表。設(shè)計進(jìn)度安排1. 第一周星期一上午：課題內(nèi)容

4、介紹。2. 第一周星期一下午：仔細(xì)閱讀設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計任務(wù)與要求，收集設(shè)計資料，準(zhǔn)備設(shè)計工具。3. 第一周星期二第一周星期五：確定控制方案。繪制烘干機電氣控制系統(tǒng)的電氣原理圖、控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。選擇電器元件，列出電器元件明細(xì)表。4. 第二周星期一：試驗調(diào)試5. 第二周星期二第二周星期五：編寫設(shè)計說明書,答辯。參考文獻(xiàn)1西門子S7-200 PLC編程及應(yīng)用案例精選（第1版），劉華波，機械工業(yè)出版社，2009年。2可程序控制器系統(tǒng)開發(fā)導(dǎo)航（第1版），王曉平，人民郵電出版社，2010年。3典型自動化設(shè)備及生產(chǎn)線應(yīng)用于維護(hù)（第1版），鮑風(fēng)雨，機械工業(yè)出版社，

5、2008年。4工廠常用電氣設(shè)備手冊（第1版），工廠常用電氣設(shè)備手冊編寫組，水利電力出版社，2007年。課題: 烘干機電氣控制系統(tǒng)設(shè)計一. 烘干機概況及控制要求 某一烘房，在干燥物品時，除要求溫度能自動控制外，還需要間斷通風(fēng)，其主電路如圖1所示。圖1 烘干機主電路圖圖2 烘干機工作過程示意圖烘房內(nèi)裝有電接點溫度計TJ，用來檢測烘房溫度。當(dāng)加熱器通電時，烘房加熱升溫；通風(fēng)機通電時，烘房通風(fēng)。當(dāng)烘房的溫度升至需要溫度時，電接點溫度計的接點閉合；當(dāng)烘房的溫度低于需要溫度時，電接點溫度計的接點斷開。當(dāng)按下啟動按鈕后，要求烘干機按圖2所示的過程循環(huán)往復(fù)地工作，直至按下停止按鈕時為止。二.設(shè)計任務(wù)1.設(shè)計和

6、繪制電氣控制原理圖或PC I/O接線圖、功能表圖和梯形圖，編寫指令程序清單。 2.選擇電氣元件，編制電氣元件明細(xì)表。 3.設(shè)計操作面板電器元件布置圖。4.上機調(diào)試程序。5.編寫設(shè)計說明書。前 言20世紀(jì)70年代，誕生了兩種改變整個世界及商業(yè)管理模式的計算機。一類計算機，是由Richard Morley在1972年發(fā)明的，如今稱之為可編程邏輯控制器（PLC）。它最初并沒有像個人計算機那樣得到名稱上的廣泛認(rèn)同，但是卻給制造業(yè)帶來了同樣意義重大的沖擊。PLC通常被稱為工廠級別的個人計算機?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）具有以下鮮明的特點：一、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進(jìn)行連續(xù)過程

7、的PID回路控制；并能與上位機構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。二、使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。三、能適應(yīng)各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠(yuǎn)高于其他各種機型。本烘干機設(shè)計報告基于西門子STEP 7-MicroWIN V4.0的PLC開發(fā)平臺，介紹了烘干機的基本原理與設(shè)計方法，并給出了程序?qū)崿F(xiàn)的編程方法與梯形圖程序及指令表程序，其目的是通過原理與設(shè)計實踐結(jié)合的方式，深入淺出地介紹PLC的課題設(shè)計。全書分為五章，第一章簡

8、要地介紹了烘干機的基本概念和組成。第二章介紹了設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求。第三章介紹了烘干機的設(shè)計順序功能。第四章介紹了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。第五章介紹了控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試。本報告在編寫過程中，湖南工程學(xué)院的賴指南教授對書稿進(jìn)行了詳盡的審閱，提出了許多寶貴意見。湖南工程學(xué)院電氣信息系的老師們和測控0901班同學(xué)們對本設(shè)計給予了大力支持和幫助。在此，謹(jǐn)向他們表示最誠摯的謝意。由于技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，限于編者水平，缺點錯誤在所難免，敬請讀者批評指正。作者2012年12月目 錄第1章 烘干機概述11.1 控制對象的用途11.2基本結(jié)構(gòu)11.3控制方法1第2章 設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求22.1 電氣元件的選擇22

9、.1.1按鈕22.1.2 旋轉(zhuǎn)開關(guān)32.2 PLC之I/O接線32.4 烘干機工作的功能順序4第3章 確定控制方案63.1 PLC控制與傳統(tǒng)繼電器控制方案63.2 PLC控制與單片機控制方案73.3 PLC控制方案73.4 方案確定8第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計104.1 主程序的設(shè)計104.2 公用子程序的設(shè)計104.3 手動子程序的設(shè)計114.4 自動子程序的設(shè)計11第5章 控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試14結(jié)束語16心得體會16致謝16參考文獻(xiàn)17附錄(程序指令表)18第1章 烘干機概述1.1 控制對象的用途先進(jìn)的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)使工作室溫度分布均勻。低噪聲風(fēng)機系統(tǒng)創(chuàng)造了安靜的工作環(huán)境。密封電熱管加熱，性

10、能穩(wěn)定，壽命長。底部裝有軌道并配有供裝載工件或試件的臺車，工作效率高。進(jìn)、排氣裝置，可調(diào)節(jié)工作室的換氣量。獨立控制臺，即可就近控制，也可集中到控制室統(tǒng)一控制?？蛇x用進(jìn)口高精度智能程序控溫儀表控溫，可預(yù)設(shè)多段程序控溫曲線。智能控溫儀表控溫，控制靈敏可靠。超溫保護(hù)裝置能發(fā)出信號并切斷加熱電源，保護(hù)設(shè)備及工件的安全。1.2基本結(jié)構(gòu)電熱器 用于對烘房內(nèi)提升溫度。通風(fēng)電動機 將烘房內(nèi)對烘干物品所產(chǎn)生的蒸汽排出烘房達(dá)到烘干的目的。1.3控制方法為滿足檢測所設(shè)計的程序以及對設(shè)備的檢查和緊急控制等要求，本設(shè)計在設(shè)計過程中提供了三種工作模式，手動模式、單周運行模式以及連續(xù)運行模式。手動模式用于檢測程序是否能達(dá)到

11、預(yù)期目的以及用于對設(shè)備一步步的操作的模式。單周模式用于PLC對此設(shè)備謹(jǐn)作一次工作循環(huán)回路，更好的控制烘房內(nèi)的情況。連續(xù)模式用于對烘房內(nèi)長時間的烘干工作，能多次循環(huán)烘干工作，而不用多次的繁雜的操作。第2章 設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求2.1 電氣元件的選擇2.1.1按鈕按鈕是一種常用的控制電器元件，常用來接通或斷開控制電路（其中電流很?。?，從而達(dá)到控制電動機或其他電氣設(shè)備運行目的的一種開關(guān)。 圖1 按鈕工作原理示意按鈕是一種人工控制的主令電器。主要用來發(fā)布操作命令，接通或開斷控制電路，控制機械與電氣設(shè)備的運行。按鈕的工作原理很簡單（見圖1)對于常開觸頭（圖a）,在按鈕未被按下前,電路是斷開的,按下按鈕后,

12、常開觸頭被連通,電路也被接通；對于常閉觸頭（圖b），在按鈕未被按下前，觸頭是閉合的，按下按鈕后，觸頭被斷開，電路也被分?jǐn)唷Ｓ捎诳刂齐娐饭ぷ鞯男枰?，一只按鈕還可帶有多對同時動作的觸頭(圖c)。 圖2 按鈕按鈕的用途很廣，例如車床的起動與停機、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)等；塔式吊車的起動，停止，上升，下降，前、后、左、右、慢速或快速運行等，都需要按鈕控制。按鈕由按鍵、動作觸頭、復(fù)位彈簧、按鈕盒組成。是一種電氣主控元件。按鈕（SB）助記符。有些功能的按鈕有特定的助記符。本設(shè)計中要求按鈕有啟動(SB1)、預(yù)停(SB2)、急停(SB3)三個。這里選擇中國浙江紅波公司生產(chǎn)的22 LAS1-A系列按鈕，圖樣參數(shù)如圖2。啟動

13、(SB1)選綠色按鈕、預(yù)停(SB2)、急停(SB3)選紅色按鈕。2.1.2 旋轉(zhuǎn)開關(guān)旋轉(zhuǎn)開關(guān)是以旋轉(zhuǎn)手柄來控制主觸點通斷的一種開關(guān)。旋轉(zhuǎn)開關(guān)的結(jié)構(gòu)形式也有兩種，分別是單極單位結(jié)構(gòu)和多極多位結(jié)構(gòu)。單極單位旋轉(zhuǎn)開關(guān)在應(yīng)用中常與轉(zhuǎn)軸式電位器共同使用，而多極多位旋轉(zhuǎn)開關(guān)多用于工作狀態(tài)線路的切換。圖3 旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)計中選擇工作模式的開關(guān)(SA)即選擇中國浙江紅波公司生產(chǎn)的22 LAS1-A系列圓形旋轉(zhuǎn)開關(guān)。開關(guān)圖樣大小參數(shù)如圖3。2.2 PLC之I/O接線列出如下表各輸入輸出點：手動(SA) I0.0啟動(SB1) I0.3升溫(KM1) I0.6單周(SA) I0.1預(yù)停(SB2) I0.4通風(fēng)(KM2

14、) I0.7連續(xù)(SA) I0.2急停(SB3) I0.5溫度檢測器(SQ) 1.0電熱器(YV1) Q0.0通風(fēng)電動機(YV2) Q0.1由上表各輸入輸出畫出如圖4 I/O接線圖：圖4 PLC的I/O接線圖2.4 烘干機工作的功能順序由課題要求，再考慮單周、連續(xù)的情況，以及預(yù)停操作畫出如下圖5合適的順序功能圖。圖5 烘干機自動程序順序功能圖第3章 確定控制方案3.1 PLC控制與傳統(tǒng)繼電器控制方案PLC控制與繼電器控制相比較 (1)邏輯控制 繼電器控制是利用各電器件機械觸點的串、并聯(lián)組合成邏輯控制。采用硬線連接, 連線多而復(fù)雜, 對今后的邏輯修改、增加功能很困難。而PLC中邏輯控制是以程序的

15、方式存儲在內(nèi)存當(dāng)中, 改變程序, 便可改變邏輯。連線少、體積小、方便可靠。 (2)控制速度 依靠機械觸點的吸合動作來完成控制的繼電器控制系統(tǒng), 工作頻率低, 工作速度慢。而PLC由于采用程序指令控制半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)控制, 穩(wěn)定、可靠, 運行速度大大提高了。 (3)順序控制 繼電器控制是利用時間繼電器的滯后動作來完成時間上的順序控制。時間繼電器內(nèi)部的機械結(jié)構(gòu)易受環(huán)境溫度和濕度變化的影響, 造成定時的精度不高。在PLC內(nèi)部 是由半導(dǎo)體電路組成的定時器以及由晶體振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖計時, 定時精度高。使用者根據(jù)需要, 定時值在程序中便可設(shè)置, 靈活性大, 定時時間不受環(huán)境影響。 (4)靈活性可擴展性

16、 繼電器系統(tǒng)安裝后, 受電器設(shè)備觸點數(shù)目的有限性和連線復(fù)雜等原因的影響, 系統(tǒng)在今后的靈活性、擴展性很差。而比具有專用的翰人和輸出模塊, 理論上連接可以無窮多。連線少, 靈活性可擴展性好。 (5)計數(shù)功能 繼電器控制可實現(xiàn)邏輯功能, 但不具備計數(shù)的功能。PLC內(nèi)部有特定的計數(shù)器, 可實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的步進(jìn)控制。 (6)可靠性和可維護(hù)性 繼電器控制使用大量的機械觸點, 觸點在開閉時會產(chǎn)生電弧, 造成損傷并伴有機械磨損, 使用壽命短, 運行可靠性差, 不易維護(hù)。而PLC采用微電子技術(shù), 內(nèi)部的開關(guān)動作均由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成。體積小, 壽命長, 可靠性高, 并且能夠隨時顯示給操作人員, 及時監(jiān)視

17、控制程序的執(zhí)行狀況, 為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供便利。3.2 PLC控制與單片機控制方案（1） PLC是建立在單片機之上的產(chǎn)品，單片機是一種集成電路，兩者不具有可比性。（2）單片機可以構(gòu)成各種各樣的應(yīng)用系統(tǒng)，從微型、小型到中型、大型都可，PLC是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一個特例。（3）不同廠家的PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標(biāo)，有一定的互換性，質(zhì)量有保證，編程軟件正朝標(biāo)準(zhǔn)化方向邁進(jìn)。這正是PLC獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。而單片機應(yīng)用系統(tǒng)則是八仙過海，各顯神通，功能千差萬別，質(zhì)量參差不齊，學(xué)習(xí)、使用和維護(hù)都很困難。3.3 PLC控制方案PLC經(jīng)過多年在工業(yè)領(lǐng)域的運用后, 按其功能, 它主要應(yīng)用在以下幾個方面

18、：(1) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理：PLC是具有微處理器的一種智能電子產(chǎn)品, 它具有數(shù)值運算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及數(shù)據(jù)傳輸通信等功能。(2) 邏輯控制邏輯控制邏輯控制邏輯控制：PLC具有邏輯運算功能, 可實現(xiàn)多種通斷控制。(3)定時控制定時控制定時控制定時控制：由于PLC為用戶提供了很多計時器, 且時間設(shè)定值可由用戶程序設(shè)定修改, 所以有很強的定時功能。(4) 計數(shù)功能計數(shù)功能計數(shù)功能計數(shù)功能：同時PLC 為用戶提供了很多的計數(shù)器, 也可通過軟件進(jìn)行計數(shù)值的設(shè)定。(5) 順序控制順序控制順序控制順序控制：可依據(jù)生產(chǎn)加工過程, 實現(xiàn)定位輸出、順序啟動等控制。(6)通信聯(lián)網(wǎng)通信聯(lián)網(wǎng)通信

19、聯(lián)網(wǎng)通信聯(lián)網(wǎng)：可以對調(diào)節(jié)器、變頻器等實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。也可與其它PLC或計算機之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通信,構(gòu)成“集中管理分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。3.4 方案確定PLC優(yōu)點：1.功能更強大：除了能做普通邏輯處理外，還具有浮點運算、定時、計數(shù)、模擬量控制等功能?，F(xiàn)在市場上一些功能強大的PLC已經(jīng)能完成除以上常規(guī)外，還能做復(fù)雜運算，比如多維數(shù)據(jù)運算，矩陣相乘，向量運算等；2.響應(yīng)時間更短：繼電器控制是通過觸點與觸點間的機械動作來完成邏輯控制，而PLC集成電子邏輯，響應(yīng)速度和控制精度是傳統(tǒng)繼電器無法比擬的；3.故障點更少：繼電器控制通過機械式接觸會因為觸頭的損壞或者老化等原因，壽命普遍抗不過PLC，PLC早

20、已是工業(yè)界公認(rèn)的無故障控制器；4.通訊功能更強大：現(xiàn)在的工業(yè)環(huán)境，早已不是單純的單機控制，或者一條生產(chǎn)線的控制，而多涉及多機群控，和大型的流程自動化控制，這對于控制器本身的通訊要求極高，繼電器根本不可能做的到，而如今的PLC不僅能完成與現(xiàn)場工作儀表、電氣傳動等執(zhí)行層的通訊，也能PLC于PLC之間通訊，更能做到PLC與上位計算機，中央控制室的以太網(wǎng)通訊，組成一個龐大而復(fù)雜的控制網(wǎng)絡(luò)；5.控制對象更多：如今不管是單機設(shè)備，還是工廠控制，遠(yuǎn)不是簡單的邏輯執(zhí)行就能完成，比如許多設(shè)備實際上除了單純的數(shù)字量輸入輸出外、還有更多4-20ma/0-10V模擬量輸入輸出的處理，其下位執(zhí)行層更有變頻、伺服系統(tǒng)等傳

21、動、甚至還有液壓系統(tǒng)等等，而這些，客戶當(dāng)然希望只需要一個控制器來完成，即“通用的控制”概念，那么PLC就能做到。不過值得一提的是：針對液壓控制，現(xiàn)主流方式還是用專用的液壓控制器來完成，比如力士樂、阿托斯等，但在新興的PLC市場上，已有好幾個品牌的PLC能完成這個功能；6.維護(hù)更方便：如果用繼電器組成一個較復(fù)雜的控制網(wǎng)絡(luò)的話，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)故障，將只能逐個排除故障，而PLC故障的話，一般能自動診斷到故障點產(chǎn)生報警，系統(tǒng)內(nèi)能方便快捷的查看故障地方，故障原因等。綜上，本設(shè)計采用PLC控制法。第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 主程序的設(shè)計PLC通電即SM0.0上電運行公用子程序，由于有手動、單周、連續(xù)工

22、作模式，而單周和連續(xù)都屬于自動運行部分，故而主程序中需通過開關(guān)SA來選擇工作模式，即當(dāng)開關(guān)SA處于手動模式時運行手動子程序而不運行自動部分，手動部分和自動部分處于類似矛盾的狀態(tài)，于是當(dāng)手動模式I0.0通電進(jìn)入手動子程序且自動子程序不運行。4.2 公用子程序的設(shè)計公用子程序的目的是無論處于哪種模式，都是遇操作將執(zhí)行的一段程序。包括置位M0.0和急停操作。4.3 手動子程序的設(shè)計手動子程序用于對設(shè)備步步操作，從而設(shè)計升溫操作和通風(fēng)操作，而這兩個操作為互鎖狀態(tài)，同時當(dāng)溫度計I1.0通電時升溫加熱也會停止。4.4 自動子程序的設(shè)計自動子程序的作用是將整個操作自動一步步進(jìn)行，會有單周運行和連續(xù)運行兩種方

23、式，即回路中包含了開關(guān)SA對應(yīng)不同模式時的通電狀態(tài)（I0.1和I0.2），同時也考慮了其他操作對整個回路的影響，如預(yù)停操作（預(yù)停開關(guān)SB1-I0.3)。綜合考量畫出如下功能順序圖，然后由功能圖得出如下子程序。第5章 控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試1. 處于主程序部分-文件-導(dǎo)出。2. 仿真軟件-選擇CPU型號3. 程序-裝載程序（之前導(dǎo)出的程序）然后就可以操作輸入開關(guān)進(jìn)行仿真了。結(jié)束語本文利用PLC對烘房系統(tǒng)的溫度的監(jiān)控與調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)在系統(tǒng)中使用調(diào)試成功，實現(xiàn)了對溫度自動采集和實時監(jiān)控調(diào)節(jié)功能以及對主機的控制，為現(xiàn)代工業(yè)控制的生產(chǎn)起到了積極作用，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、靈活，具有較好的實際價值和使用性。由于設(shè)計水平有限和時間的倉促，本文中難免有錯誤和不妥之處，請給予批評指正。心得體會通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在本次設(shè)計中，我們