装卸料小车PLC控制设计.docx
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装卸料小车PLC控制设计
《电气与PLC控制系统设计》指导及任务书
设计课题:
装卸料小车PLC控制设计
专业
自动化
学生姓名
班级
B自动化092
学号
指导教师
设计地点
图书馆
起至时间
20
发放日期
2012年12月10日
电气工程学院
1设计说明书
设计目的
本课程设计是装卸料小车PLC控制设计，传统的运料小车大都是继电器控制。
而继电器控制有着接线繁多，故障率高且维护维修不易等缺点。
装卸料采用PLC控制，体积小，重量轻，控制方式灵活，可靠性高，操作简单，维修容易。
使用该设计不仅准确安全可靠，而且提高了劳动生产率，降低工人劳动强度，具有较好的经济效益和社会效益。
可编程控制器PLC以其丰富的I/O接口模块，高可靠性，可以在装卸料控制系统的设计中起到十分重要的作用。
PLC不仅可以实现逻辑控制，顺序控制，定时，计时，算数运算，数据处理数据通信等功能，并且具有处理分支，中断，自诊断的能力。
逻辑控制功能通过软件编程实现，柔性强，控制功能多，控制线路大大简化。
PLC可以使用通用的个人计算机作为图形编辑器，用于在线或离线开发用户程序使用在线对PLC进行各种操作，并且可以在线实时监控用户的执行状态。
它提供三种编程语言，即梯形图LAD，语句表STL及功能块FBD,每种语言都有自己的特点。
梯形图LAD是在继电器接触器控制基础上演变而来的，是一种的图形化的编程语言，编程人员几乎不必具备计算机的基础知识，不必考虑PLC内部的机构原理，只要有继电器接触器的基础，就能在很短的时间内掌握梯形图LAD的使用和编程方法。
作为目前国内控制市场上的主流控制器，PLC在市场、技术、行业影响等方面有着重要的作用，随着PLC的不断发展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的改善和生产率的不断提高，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。
设计任务
1.绘制电气控制原理图，PLC输入输出接线图，控制面板元件布置图，元器件之间接线图等图纸。
2.控制梯形图和程序的设计。
3.先设计出继电接触控制系统，后设计PLC控制系统，以及I/O口分配图和PLC的选型。
4.图形符号采用新国标进行设计。
5.编写设计说明书、使用说明书和设计小结。
设计内容与要求
图1
如图1所示，小车在A、B两地之间运行，在A、B两地各设有一个限位开关SQ1和SQ2，小车在A点时（后限位开关受压动作），操作控制按钮可使小车向前运行至料斗下停止，装料再返回A地将料卸下。
小车的控制有4种控制方式。
（1）手动控制方式；
（2）单周期运行控制方式；
（3）双周期运行控制方式；
（4）自动运行控制方式；
手动控制方式
在手动控制方式时，可用4个控制按钮控制小车的向前和向后运行，以及车门的打开和料斗门的打开。
小车的运行由三相异步电动机控制，小车的车门和料斗的斗门由电磁铁控制，当电磁铁带电时，料门或斗门打开，失电时关门。
手动控制要求如下：
a、小车向前运行
小车在漏斗下面时不能向前运行，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，按下向前运行按钮，小车向前进，当小车行至料斗下时，碰到前限位开关时应停下来。
b、小车向后运行
小车在A地点时不能后退，小车的车门在打开时不能运行，小车采用点动控制，料斗门未关闭时不能运行，按下向后运行按钮时，小车向后运行至A地点时，小车碰到后限位开关应停下来。
c、料斗门打开控制
小车必须在B地点料斗门下时，才能打开料斗门，以避免将料卸在地上。
按一下料斗门打开按钮，控制料斗门的电磁铁得电，斗门打开，延时10秒钟后电磁铁失电斗门关闭。
d、车门打开控制
小车必须在A地点时，才能打开车门，以保证将料卸在规定地点。
按一下车门打开按钮，控制车门的电磁铁得电，车门打开，延时4秒钟后电磁铁失电，车门关闭。
单周期运行控制方式要求
小车在A地点，并且在车门关好的情况下，按一下向前运行按钮。
小车就从A地点运行到B地点停下来，然后料斗门打开装料10秒钟，之后小车自动向后行到A地点停止，车门打开卸4秒钟后，车门关闭。
双周期运行控制方式要求
小车在A地点时，按一下向前运行按钮，小车将循环两次单周期运行过程。
自动运行控制方式要求
小车在A地点时，按一下向前运行按钮，小车将自动重复单周期运行过程，断开运行开关时，小车将在完成一个循环之后，结束运行。
在手动控制方式下不能进行单周期、双周期和自动运行方式，反之，在单周期、双周期和自动运行方式下也不能进行手动控制。
本控制采用FX2系列等可编程控制器，其输入输出端子分配如下：
X000：
起动开关；X001：
前限位开关；
X002：
后限位开关；X003:
手动方式；
X004：
自动方式；X005：
单循环方式；
X006：
双循环方式；X007：
向前运行按钮；
X010：
向后运行按钮；X011：
车门打开按钮；
X012：
斗门打开按钮；X013：
停止按钮；
Y000：
向前运行；Y001：
向后运行；
Y002:
斗门电磁铁；Y003：
车门电磁铁；
1运料小车的控制系统主电路
运料小车由一台三相异步电动机控制，当电机正转时，小车向前运行，电机反转，小车向后运行。
电动机正反转主电路图如图2所示。
图2主电路
2运料小车控制系统控制电路
如果小车开始在A点，按一下起动按钮SB1，然后按一下向前运行按钮SB2，小车向右运行，当运行到漏斗下面碰到前限位开关SQ1时，小车停止运动，按一下SB4，控制斗门的电磁阀YV1得电打开，小车开始装料10S，YV1失电斗门关闭，按一下SB3小车向左运行，到达A点碰到后限位开关时停止运动，按一下SB5，控制车门的电磁阀YV2得电，车门打开，小车卸料4S，然后YV2失电，车门关闭。
如果选择单周期运行控制方式，我们只需要按一下起动按钮SB1即可，同理，如果选择双周期运行控制方式和自动运行控制方式，也只需按一下起动按钮即可。
当然，如果遇到紧急情况需要马上停止运行，只需要按一下SB6即可，运料小车控制系统的控制电路图见附录。
3PLC外部接线图
小车控制系统有1个起动按钮、2个限位开关、4种控制方式的选择、正转启动按钮、反转启动按钮、车门打开按钮、斗门打开按钮、1个停止按钮开关共12个输入点。
这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相异步电动机一个。
电机有正转和反转两个状态，分别对应正转接触器KM1和反转接触器KM2，此外，还有一个输出控制斗门电磁铁YV1和输出控制车门电磁铁YV2，所以输出点应该有4个，PLC输入输出接线图见附录。
4控制系统的工作原理
运料小车手动方式控制下的运动流程图如下：
否
是
否
否
是
是
图3运料小车手动方式控制流程图
运料小车的运动如图1所示，运料小车由一台三相异步电动机控制，电机正转，小车向右行，电机反转，小车向左行。
在生产线上装料点B、卸料点A分别装有限位开关SQ1和SQ2，以判别小车是否到达该位置。
另外对小车还需要一个总停按钮，一个起动按钮。
如果是手动方式控制运行，则小车采用点动控制，按下向前运行按钮，小车向前进，小车向前运行到漏斗下面碰到前限位开关SQ1时应停下来，料斗门未关闭时不能运行。
按下向后运行按钮时，小车在A地点碰到后限位开关SQ2时应停下来，小车的车门在打开时不能运行。
小车必须在B地点料斗门下时，才能打开料斗门，以避免将料卸在地上。
按一下料斗门打开按钮，控制料斗门的电磁铁得电，斗门打开，延时10秒钟后电磁铁失电斗门关闭。
同样，小车必须在A地点时，才能打开车门，以保证将料卸在规定地点。
按一下车门打开按钮，控制车门的电磁铁得电，车门打开，延时4秒钟后电磁铁失电，车门关闭。
采用单循环方式运行时，小车在A地点，并且在车门关好的情况下，按一下向前运行按钮。
小车就从A地点运行到B地点停下来，然后料斗门打开装料10秒钟，之后小车自动向后行到A地点停止，车门打开卸4秒钟后，车门关闭。
双循环方式运行的话，按一下向前运行按钮，小车将循环两次单周期运行过程。
如果采用自动控制方式，按一下向前运行按钮，小车将自动重复单周期运行过程，断开运行开关时，小车将在完成一个循环之后，结束运行。
在手动控制方式下不能进行单周期、双周期和自动运行方式，反之，在单周期、双周期和自动运行方式下也不能进行手动控制。
主要参数计算及元器件选择
1PLC的选择
FX1N系列:
是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。
具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。
是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。
FX2N系列:
是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。
具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
FX1NCFX2NCFX3UC三菱PLC:
在保持了原有强大功能的基础上实现了极为可观的规模缩小I/O型接线接口降低了接线成本，并大大节省了时间。
Q系列三菱PLC:
三菱机公司推出的大型PLC,CPU类型有基本型CPU，高性能型CPU，过程控制CPU,运动控制CPU,冗余CPU等。
可以满足各种复杂的控制需求。
三菱电机中国事业的快速发展，为了更好地满足国内用户对三菱PLC，Q系列产品高性能、低成本的要求，三菱电机自动化特推出经济型QUTESET型三菱PLC，即一款以自带64点高密度混合单元的5槽Q00JCOUSET；另一款自带2块16点开关量输入及2块16点开关量输出的8槽Q00JCPU-S8SET，其性能指标与Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer等软件，故具有极佳的性价比。
A系列三菱PLC:
使用三菱专用顺控芯片（MSP），速度/指令可媲美大型三菱PLC;A2ASCPU支持32个PID回路。
而QnASCPU的回路数目无限制，可随内存容量的大小而改变；程序容量由8K步至124K步，如使用存储器卡，QnASCPU则内存量可扩充到2M字节；有多种特殊模块可选择，包括网络，定位控制，高速计数，温度控制等模块。
在工程中主要根据工艺要求、控制对象、用户需要等方面选择合适的PLC，以获得最佳的性能价格比。
就一个控制系统而言，PLC的选型原则和考虑因素如下:
（1）PLC一般用于开关量控制为主兼有模拟量控制的系统，尤其适合于动作频繁、逻辑关系复杂、程序多变的系统。
应用于这样的系统，将会最大限度发挥技术经济效果。
（2）开关量I/O点数、模拟量I/O路数、电压等级及输出功率、内存容量。
I/O点数直接关系到PLC输入/输出模块的选择，I/O点数一般要考虑有一定的余量，特别是开关量输入更应考虑多些余量;合适的电压等级可提高PLC的抗干扰能力,主机用户内存容量的大小对设备费的影响不大，故内存容量可选大一些。
（3）其他考虑因素选择PLC还要对其外型、结构、系统组成、设置条件、价格、技术服务、应用业绩等多项指标综合分析比较，然后才能确定理想的PLC产品。
根据运料小车输入输出设备的分配，在I/O方面只需要12个输入点和4个输出点，同时考虑适当的余量，选用FX2N-32MR的PLC即可满足控制要求。
FX2N-32MR-001继电器型、16进/16出、交流电
2三相异步电动机的选择
三相异步电动机类型的选择与使用要求、运行地点环境污染情况和气候条件等有关，这里我们主要考虑是否满足控制要求。
正确选择的功率、种类、型式是极为重要的。
功率的选择
电动机的功率根据负载的情况选择合适的功率，选大了虽然能保证正常运行，但是不经济，电动机的效率和功率因数都不高；选小了就不能保证电动机和生产机械的正常运行，不能充分发挥生产机械的效能，并使由于过载而过早地损坏。
（1）连续运行功率的选择
对连续运行的电动机，先算出生产机械的功率，所选的额定功率等于或稍大于生产机械的功率即可。
（2）短时运行功率的选择
如果没有合适的专为短时运行设计的电动机，可选用连续运行的电动机。
由于发热惯性，在短时运行时可以容许过载。
工作时间愈短，则过载可以愈大。
但的过载是受到限制的。
通常是根据过载系数λ来选择短时运行电动机的功率。
的额定功率可以是生产机械所要求的功率的1/λ。
种类和型式的选择
选择的种类是从交流或直流、机械特性、调速与起动性能、维护及价格等方面来考虑的。
三相鼠笼式结构简单，坚固耐用，工作可靠，价格低廉，维护方便，但调速困难，功率因数较低，起动性能较差。
因此在要求机械特性较硬而无特殊调速要求的一般生产机械的拖动应尽可能采用鼠笼式。
因此只有在不方便采用鼠笼式时才采用绕线式。
常制成以下几种结构型式：
开启式（在构造上无特殊防护装置，用于干燥无灰尘的场所。
通风非常良好）、防护式（在机壳或端盖下面有通风罩，以防止铁屑等杂物掉入。
也有将外壳做成挡板状，以防止在一定角度内有雨水滴溅入其中）、封闭式（它的外壳严密封闭，靠自身风扇或外部风扇冷却，并在外壳带有散热片。
在灰尘多、潮湿或含有酸性气体的场所，可采用它）、防爆式（整个严密封闭，用于有爆炸性气体的场所）。
电压的选择
电动机电压等级的选择，要根据类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。
Y系列鼠笼式的额定电压只有380V一个等级。
综合以上考虑以及控制要求选用电机型号如下：
电机型号：
JYZ-12-4额定频率：
50HZ额定功率:
额定电流：
2A转速：
1410r/min
由于IQF＝INE＝×2＝A
故应选用IQF＝4A的自动开关
我们选择开启式负荷开关，开关型号为HK2－4/3，级数3，额定电流4A。
3熔断器
熔断器在电路中起主要起短路保护作用，用于保护线路。
熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过载保护。
它具有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限流能力良好等优点，因此在电路中得到广泛应用。
常用的熔断器有以下几种：
插入式熔断器、螺旋式熔断器、RM10型密封管式熔断器、RT型有填料密封管式熔断器等。
熔断器的选择要求是：
在电气设备正常运行时，熔断器不应熔断；在出现短路时，应立即熔断；在电流发生正常变动（如电动机起动过程）时，熔断器不应熔断；在用电设备持续过载时，应延时熔断。
对熔断器的选用主要包括类型选择和熔体额定电流的确定。
选择熔断器的类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。
熔断器的额定电压要大于或等于电路的额定电压，熔断器的额定电流要依据负载情况而选择。
常用熔断器有RC1A、RL6、RL7、RLS2、RM10、RT12、RT14、RT15、RS3和RS2等系列
综合以上内容及设计要求，选择如下型号：
型号：
RC1A－10额定电压：
415V
额定电流：
100A工作频率：
50Hz
熔断器电流计算的方法为：
IFU＝IS/~3）
IQF－熔体额定电流；IS－电机的启动电流
对于JYZ-12-4型号电机，其额定电流IN＝2A，
启动电流IS＝×2＝13A，熔体额定电流
IFU＝IS/~3）＝～（A），
故选择熔断器类型为：
RC1A－10，熔丝的额定电流6A；
4行程开关
行程限位开关又称限位开关,用于控制机械设备的行程及限位保护。
在实际生产中,将行程限位开关安装在预先安排的位置,当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时,行程限位开关的触点动作,实现电路的切换。
因此,行程限位开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器,它的作用原理与按钮类似。
行程开关广泛用于各类机床和起重机械,用以控制其行程、进行终端限位保护。
在电梯的控制电路中,还利用行程限位开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位,轿厢的上、下限位保护。
行程限位开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。
常用的行程开关有LX19、LXW5、LXK3、LX32和LX33等系列
根据控制要求选择如下型号：
型号：
LX32额定电压：
380V
额定电流：
5A工作频率：
50Hz
5热继电器
热是由流入热元件的产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发
生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制断开，从而使接触器失电，断开，实现的过载保护。
作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。
热继电器的主要技术参数：
额定：
热继电器能够正常工作的最高的电压值，一般为交流220V，380V，600V。
：
热继电器的额定电流主要是指通过热继电器的电流
额定频率：
一般而言，其额定频率按照45~62HZ设计。
整定电流范围：
整定电流的范围有本身的特性来决定。
它描述的是在一定的电流条件下热继电器的和电流的平方成正比。
热继电器的作用是：
主要用来对异步电动机进行过载保护，他的工作原理是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动作，从而
将断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用。
鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护热继电器的符号为FR，
选择方法：
热继电器主要用于保护电动机的过载，因此选用时必须了解电动机的情况，如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。
原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性，或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和启动的瞬间，热继电器应不受影响（不动作）。
当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。
例如，热继电器的整定值可等于~倍的电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动机的额定电流，然后进行调整。
当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机时，热继电器仅有一定范围的适应性。
如果短时间内操作次数很多，就要选用带速饱和的热继电器。
对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机，不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的或热敏电阻来保护。
综合以上及控制要求选择热继电器型号如下：
型号:
JY1型具有两个常开触点、两个常闭触点
触电为380V为2A
工作频率：
50Hz工作时间、转数：
≤3000转/分
频繁起动、制动：
≤30次/分动作轴转、转数：
200转±50
抗电强度：
AC1500V/分工作环境：
-50℃至+50℃
6转换开关
转换开关是一种多档式、多触点以及能够控制多回路的主令电器。
其主要用于各种控制线路的转换、电压表、电流表的换相测量控制、配电装置线路的转换和遥控等。
也可以用于直接控制小容量电动机的起动、调速和换向。
转换开关的主要参数有型式、手柄类型、触点通断状态表、工作电压、触头数量及其电流容量。
常用的有LW2、LW5、LW6、LW8、LW9、LW12、LW16、VK、3LB和HZ系列，其中LW2系列用于高压断路器操作回路的控制，LW5、LW6系列多用于电力拖动系统中对线路或电动机实行控制。
转换开关的选择可以根据以下几个方面进行：
（1）额定电压和工作电流；
（2）手柄型式和定位特征；
（3）触点数量和接线图编号；
（4）面板型式及标志。
根据控制要求，选择LW6系列型号，具体参数如下：
型号：
LW6-2绝缘电压:
500V频率：
50Hz
额定电压:
380V额定电流:
5A极数:
2
7电源开关选择
电源开关主要用于供电气设备中电源的通断使用，电源开关是整个电路系统的安全保障所在，在这里选用KAD4－102型号的电源安全性开关。
其主要技术参数为：
额定电压级及电流220V，6A，接触电阻～，绝缘电阻500～100MΩ，工作压力1～6N，寿命50000次。
I/O分配及元器件表
该控制系统有1个起动按钮开关、2个限位开关、4种控制方式、正转启动按钮、反转启动按钮、车门打开按钮、斗门打开按钮、1个停止按钮开关共12个输入点。
这个控制系统需要控制的外部设备只有控制小车运动的三相异步电动机一个。
电机有正转和反转两个状态，分别对应正转接触器KM1和反转接触器KM2，此外，还有一个输出控制斗门电磁铁YV1和输出控制车门电磁铁YV2，所以输出点应该有4个。
对应的地址分配及元器件表如表1、表2所示：
输入信号
名称
代号
输入点编号
起动按钮
SB1
X000
前限位开关
SQ1
X001
后限位开关
SQ2
X002
手动方式
SA
X003
自动方式
SA
X004
单循环方式
SA
X005
双循环方式
SA
X006
正转启动按钮
SB2
X007
反转启动按钮
SB3
X010
车门打开按钮
SB4
X011
斗门打开按钮
SB5
X012
停止按钮
SB6
X013
输出信号
名称
代号
输出点编号
正转继电器
KM1
Y000
反转继电器
KM2
Y001
斗门电磁铁
YV1
Y002
车门电磁铁
YV2
Y003
表1PLCI/O分配表
名称
型号
参数
数量
三菱PLC
FX2N-32MR-001
I/O总数为48
16个漏型输入端
16个晶体管输出端
尺寸：
35mm×87mm×89mm
1
低压断路器
DZ47-3P-16A
灭弧方式:
磁吹断路器
1
施耐德接触器
CJX2
额定绝缘电压690V
额定工作电压380V
额定工作电流至20A
1
熔断器
RC1A－10
额定电压:
380V
额定电流：
10A
工作频率：
50Hz
1
热继电器
JY-1
频率50Hz/60Hz
额定电压:
380V
额定电流：
2A
1
三相异步电动机
YR355M1-4
电机型号：
JYZ-12-4
额定频率：
50HZ
额定功率:
额定电流：
2A
转速：
1410r/min
1
按钮
TS1271
尺寸：
12mm*12mm
圆按钮
带灯轻触开关
5
限位开关
LX32
工作频率：
50Hz
额定电流:
5A
额定电压380V
2
通电延时继电器
ST3P-A
额定电压220V
额定电流5A
频率60HZ
2
电磁阀
4V310-10
额定电压：
220V
频率50/60Hz
2
选择开关
LW6-2
频率:
50Hz额定电压:
380V额定电流:
5A
1
表2元器件表
运料小车控制系统梯形图
运料小车控制系统的手动控制梯形图如下：
图4运料小车控制系统的手动控制梯形图
图5总程序结构框图
图6状态转移图
运料小车控制系统的手动控制梯形图及程序如下：
2设计小结
这次的PLC课程设计培养和提高了我们综合运用所学知识来发现、分析和解决实际问题的能力。
也是我们锻炼实践能力的一个重要环节。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是非常重要的，仅仅学好理论知识是远远不够的，我们必须还要学会把理论知识与实践相结合起来，从实践中发现问题，然后用所学知识去分析和解决它，从而提高我们的实际动手能力和独立思考问题的能力。
当然，在设计的过程中我遇到了很多问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做PLC，难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己有很多不足之处，对以前所学的知识理解不够深刻，掌握也不够牢固。
在这一次的课程设计中，也使我的自信心有了很大程度的提高，它让我明白在面临困难时不要轻言放弃，要相信自己，尽自己最大的努力去解决困难。
同时也使我明白在面对一件事情时不要被他的表象所迷惑，不要第一眼
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