自动装卸线控制系统的设计

摘要本课题当中的自动装卸线包括了装料，运输，卸料，返回工作，在现代企业不断追求效率的前提下，得到广泛的应用。但是同时也带来了很多问题：在高危、量多的货料的装载，运输，卸载工作，这些高强度的工作人能否承受的了？怎样在保证安全，准确的达到工作目的的前提下，减轻工作人员的劳动强度而提高工作效率呢？提高自动程度成了我们现在面临的首要问题。在科技发展迅速的今天，继电器控制已经逐步被可编程控制器（PLC）控制所代替。本课题中所设计的自动装卸线控制系统就是一种通过运用(PLC),实现了对运输小车的装料，运输，卸料，返回一系列工作自动控制的能力的 PLC 系统，从而可以大大的提高工作效率和工作人员的安全。车的装料，运输，卸料，返回一系列工作自动控制的能力，从而可以大大的提高工作效率和工作人员的安全。关键词：自动装载线；可编程控制器；效率；PLC目 录第 1 章 引言 .11.1 控制要求 .11.2 课题要求 .1第 2 章 自动装卸线控制系统工作分析 .2第 3 章 继电器 接触器控制线路设计 .33.1 继电器 接触器控制系统设计 .33.2 控制线路设计步骤 .33.2.1 主电路要求 .33.2.2 设计自锁、连锁、限位保护环节 .43.2.3 控制电路设计 .4第 4 章 PLC 控制设计 .64.1 PLC 选择设计 .64.2 PLC 的 I/O 分配表 .64.3 梯形图的设计 .64.4 语句表 .12第 5 章 软件硬件调试 .13结 论 .17设计总结 .18谢 辞 .19参考文献 .201第 1 章 引言1.1 控制要求电动机 M1 驱动装料机加料，电动机 M2 驱动装料车升降，电动机 M3 驱动卸料机卸料.装卸线操作过程是： (1) 料车在原位，显示原位状态，按启动按纽，自动线开始工作； (2) 加料定时 5S，加料结束； (3) 延时 1S，料车上升； (4) 上升到位，自动停止移动； (5) 延时 1S，料车自动卸料； (6) 卸料 10S，料车复位并下降； (7) 下降到原位，料车自动停止移动。 (8) 能实现单周装卸及连续循环操作。 1.2 课题要求1.采用继电接触器控制，完成控制线路的设计。2. 采用 PLC 控制(1) 列出输入输出分配表；(2) 画出 PLC 的输入输出设备的接线图；(3) 利用 STEP7-Micro/WIN32 软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试；2第 2 章 自动装卸线控制系统工作分析根据课题要求，画出自动工作线工作简化图:图 2-1 自动工作线工作简化图分析料车工作情况，画出工作流程图：原位指示灯亮（按下启动按钮）装料（10S）（定时结束）暂停（1S）（连续循环） （定时结束）料车上升(碰到上行程限位开关)暂停（1S）（定时结束）卸料（10S）（定时结束）料车复位并下降（碰到下行程原位开关）(按下停止按钮) 图 2-2 流程图结 束是否停止NY开始3第 3 章 继电器接触器控制线路设计3.1 继电器接触器控制系统设计继电器接触器控制系统是生产机械不可缺少的重要组成部分，它对生产机械能否正确、可靠的工作起着决定性的作用。继电器接触器控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成。它的优点是电路图较直观形象，结构简单、价格便宜、抗干扰能力强，因此广泛应用于各种机床和机械设备。它的缺点是采用固定接线形式，通用性和灵活性差，工作频率低，触电易损坏，可靠性差。3.2 控制线路设计步骤3.2.1 主电路要求KM1 控制电机 M1 正转，驱动装料机加料；KM2 控制电机 M2 正转，驱动装料车上升；KM5 控制电机 M2 反转，驱动装料车下降；KM3 控制电机 M3 正转，驱动装料车卸料；KM4 控制电机 M3 反转，驱动装料车复位。主电路图如图 3-1 所示： 图 3-1 自动装卸线控制系统主电路图43.2.2 设计自锁、连锁、限位保护环节1、自锁保护中间继电器 KA 的常开触点 KA 对自身自锁保护；时间继电器 KT2 的常开触点 KT2 对自身自锁保护；接触器 KM2 的常开触点 KM2 对自身自锁保护；接触器 KM4 的常开触点 KM4 对自身自锁保护。2、互锁保护时间继电器 KT2 的常闭触点 KT2 与接触器 KM1 线圈、时间继电器 KT1 线圈互锁；接触器 KM2 常闭触点 KM2 与接触器 KT2 线圈、时间继电器 KM5 线圈互锁；时间继电器 KT4 的常闭触点 KT4 与时间继电器 KT3 线圈互锁；接触器 KM4 常闭触点 KM4 与接触器 KM3 线圈、时间继电器 KT4 线圈互锁；接触器 KM5 常闭触点 KM5 与接触器 KM2 线圈互锁。3、限位保护行程开关 SQ1 和 SQ2 分别实现向上限位和向下原位保护。3.2.3 控制电路设计根据上述思路设计控制电路图如图 3-2 所示：图 3-2 控制电路图5原理和操作顺序说明：按下启动按钮 SB1，接触器 KA 线圈得电并自锁，自动装卸线工作；同时，装料车在原位，PG 指示灯亮；由于接触器 KA 线圈得电，KA 常开触点闭合，接触器 KM1 线圈得电，装料车加料；同时时间继电器 KT1 线圈得电，经过 5S 延时，KT1 通电延时常开触点闭合，时间继电器 KT2 线圈得电自锁，时间继电器 KT2 常闭触点断开，KM1 线圈失电，加料结束；1S 延时之后，KT2 通电延时常开触点闭合，KM2 线圈得电并自锁，料车上升，KM2常闭触点断开；当料车上升到位时，上行程限位开关 SQ1 常闭触点断开，KM2 线圈失电解除自锁；SQ1 常开触点闭合，时间继电器 KT3 线圈得电自锁，经过 1S 延时，KT3 通电延时闭合常开触点闭合，接触器 KM3 和时间继电器 KT4 线圈得电，料车开始卸料；延时 10S 之后，KT4 通电延时闭合常开触点闭合，KM4 线圈得电自锁，KM4 常闭触点断开，KT3 线圈失电，解除自锁，KT4 线圈和 KM3 线圈失电，卸料结束，料车复位；KM4 常开触点闭合，KM5 线圈得电自锁，料车下降；当下降到原位时，原位开关 SQ2 常闭触点断开，KM4、KM5 线圈失电，SQ2 常开触点闭合，原位指示灯亮。若不按下停止按钮 SB2，则系统重新进入循环，实现连续循环操作；若按下停止按钮 SB2，KA 线圈失电解除自锁，机床停止，实现单周装卸。6第 4 章 PLC 控制设计4.1 PLC 选择设计PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。本次课程设计使用的是德国西门子 S7-200 的 CPU222 型 PLC，本机集成 8 输入/6继电器输出，共 14 个数字量 I/O 点。本主机可连接扩展模块。8K 字节程序和数据存储空间，2 个高速计数器，2 路 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。4.2 PLC 的 I/O 分配表及/O 接线图表 4-1 PLC 控制输入输出分配表控制信号 信号名称 元件名称 元件符号 地址编码系统启动信号 常开按钮 SB1 I0.0终点信号 行程开关 SQ1 I0.1原位信号 行程开关 SQ2 I0.2输入信号系统停止信号 常开按钮 SB2 I0.3料车装料信号 交流接触器 KM1 Q0.0料车上升信号 交流接触器 KM2 Q0.1料车卸载信号 交流接触器 KM3 Q0.2料车复位信号 交流接触器 KM4 Q0.3料车下降信号 交流接触器 KM5 Q0.4输出信号原位状态信号 指示灯 PG Q0.57图 - PLC 的外围设备接线图4.3 梯形图的设计梯形图是 PLC 编程的高级语言,所有 PLC 厂家的 PLC 产品均支持梯形图语言编程。梯形图只有触点(表示输入条件)、线圈(表示输出结果)和指令盒(表示一些复杂功能的附加指令)三种基本指令格式,利用梯形图编程器可以建立与电气原理图相类似的程序,具有梯级或网络段结构,有利于程序的阅读理解、运行调试和修正很容易被 PLC 编程人员和维护人员接受和掌握。891011本程序是顺序控制，采用顺序控制指令。初始化脉冲 SM0.1 用来置位 S0.0；当按下启动按钮，I0.0 得电闭合，M0.0 得电自锁，状态位 S0.0 置 1，自动装卸线工作；同时，Q0.5 得电输出，原位指示灯亮，同时 Q0.0 得电输出，料车加料；定时器T37 得电，状态从状态 S0.0 转移到状态 S0.1，同时状态 S0.0 复位；T37 定时 5S 之后，T38 得电，开始定时，1S 之后，Q0.1 得电输出，料车上升；状态从状态 S0.1 转移到状态 S0.2，同时状态 S0.1 复位；当上升至最高位时，I0.1 得电，T39 开始定时，1S 之后，Q0.2 得电输出，料车卸料；T40 得电，状态从状态 S0.2 转移到状态 S0.3，同时状态 S0.2 复位；T40 定时 10S 之后，Q0.3 得电，同时 Q0.5 得电输出，料车下降；当下降到原位时，10.2 得电，状态从状态 S0.3 转移到状态 S0.0，同时状态 S0.3 复位；系统重新进入程序循环。当按下停止按钮，I0.3 得电，M0.0 失电，系统停止循环，实现单周装卸；否则，系统进入循环，实现连续循环装卸。124.4 语句表/ 启动单周和连续装卸控制LD I0.0O M0.0AN I0.3= M0.0/ 系统初始化LD SM0.0S S0.0, 1Network 3 LSCR S0.0/ 灯亮，开始加料，并且定时 5 秒LD I0.2= Q0.5Network 5 LD M0.0= Q0.0TON T37, +50/ 5 秒后，进入延时阶段LD T37SCRT S0.1Network 7 SCRENetwork 8 LSCR S0.1/ 延时 1 秒后，料车上升LD SM0.0TON T38, +10A T38= Q0.1Network 10 LD I0.1SCRT S0.2Network 11 SCRENetwork 12 LSCR S0.2/ 料车上升到位后，开始延时；延时 1 秒后，料车卸料，并定时 10 秒LD SM0.0TON T39, +10A T39= Q0.2TON T40, +100Network 14 LD T40SCRT S0.3Network 15 SCRENetwork 16 LSCR S0.3/ 10 秒后，料车复位，并且开始下降LD SM0.0= Q0.3Network 18 LD Q0.3= Q0.4/ 下降到原位后，重新进入循环LD I0.2SCRT S0.0Network 20 SCRE2第 5 章 软件硬件调试硬件调试：接通电源，检查可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。 软件调试：按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器 ROM 中，进行下一步的调试。 运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开可编程控制器的“RUN”开关进行调试；观察运行的情况，看按下题中所说按钮时是否按要求工作。调试程序如下：3456结 论本课程设计是关于自动装卸线控制系统设计，要求完成采用继电器接触器控制和PLC 控制。继电器接触器控制采用时间继电器进行延时，由行程开关控制自动循环，PLC 控制选用 CPU222，不需要扩展，采用计时器延时。两种控制都可完成单周和连续循环控制。通过 PLC 控制，可以精确的对小车装料，卸料的时间，数量控制。并且省去人工操作时的误差。为现代工业控制的生产起到了积极作用，整个系统结构简单，操作方便、灵活，具有较好的实际价值和使用性。7设计总结这次的课程设计对我们而言是对所学课程内容掌握情况的一次自我验证，对所学内容的综合应用能力的检验，它培养和训练了我们的编程能力，进而提高了我们对学习和实际应用相关专业知识的兴趣。课程设计的目的就是培养我们将所学知识与生活实际相结合的能力，发散我们的思维，积极的思考生活中的问题。达到学以致用的目的。通过这次课程设计深化了我们对 PLC 的认识、了解与运用。强化了我们的理论知识，同时也增强了我们联系实践的能力。8谢 辞每次课程设计都是一次使人各方面素质得到锻炼的机会，实习的知识非常具有贯穿性从 PLC、继电接触器控制、到 Word 文档的制作，没一个步骤都需要我们认真去完成。感谢王老师认真、负责的态度，让我们在实习中受益颇多。正是王老师的严格要求让我们对待知识的态度更加端正。这种对知识的渴求，对学习的认真，对设计的精益求精的精神会对我们以后的学习和生活产生更深远的影响。同时也感谢同学的帮助，大家在一起相