粉料包装线控制系统设计

1、扬 州 大 学本科生课程设计报告 题 目 粉料包装线控制系统设计课 程 电气控制及可编程控制器专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气1302 学 号 131504214 姓 名 指导老师 李新兵、蒋步军 完成日期 2016 年 12月 目录1 任务书11.1 设计课题11.2 原始资料及控制要求11.3 设计目的及要求11.4 课题要求11.5 日程安排12 器件选择32.1 PLC选择32.2开关的选择32.3熔断器的选择42.4接触器的选择52.5热继电器的选择52.6电源选择63 课题分析与方案选择73.1 系统概述及方案选择73.2 PLC输入输出口分配83.3 I/0接口图93.4

2、主电路图93.5梯形图103.6助记符104 调试运行104.1 硬件电路连接114.2 调试步骤114.3调试结果125 心得体会126 参考文献13附录14附录一：梯形图15附录二：助记符171 任务书1.1 设计课题粉料包装线控制系统设计1.2 原始资料及控制要求粉料包装线控制系统同时控制二套洗衣粉喂料包装流水线。原料通过磺化和喷粉等工序处理后，作为成品进入总料仓，然后由皮带输送到5个集粉仓(V1V5)，进行喂料。每个集粉仓通过二个口，分别将洗衣粉送到电子秤粉机，经过秤量的洗衣粉落入包装袋，最后进入成品仓库。喂料程序要求达到：1、随时将洗衣粉加满每个料仓；2、如果料位计发出超高信号或秤粉

3、机有故障时，将自动跳过该料仓，直到恢复正常；3、皮带上的积余料流入贮料仓；4、当第5个集粉仓喂料时，第1个集粉仓提前将卸料器放下，同时喂料，以便减少皮带上的积料；5、每个集粉仓的粉末位置由2个料位计检测，料位的高限信号直接送到PLC输入接口；6、当电子秤发生故障或其他原因需要某个工位停机时，可通过现场报警按钮，将信号送到PLC输入端，PLC立即停止对该集粉仓喂料，并在模拟屏上发出声光报警。模拟屏能真实地反映运行现状、报警位置及喂料时间等。图1.1流程图本系统设置预清、启动、单次、调机、暂停以及自动手动等控制功能键。设有四个报警操作功能键及二套报警程序，分别为“集粉仓报警程序”、“秤粉机报警程序

4、”。 1.3 设计目的及要求 1、熟悉电气控制系统的一般设计原则、设计内容及设计程序。2、掌握电气设计制图的基本规范，熟练掌握PLC程序设计的方法和步骤。3、学会收集、分析、运用电气设计有关资料及数据。4、培养独立工作和工程设计能力以及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。1.4 课题要求1、设计原则：国家现行有关电气设计规范及主管部门规定等。2、设计范围：控制系统主电路及控制电路设计，电器设备选型。3、设计成果：课程设计报告（设计说明书及计算书等），主电路图、控制电路图、流程图、I/O端子接线图、梯形图及程序。（所有成果均应为打印稿）1.5 日程安排本次课程设计时间共一周，进度安排如下

5、：1、设计准备，熟悉有关电气设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1天）2、分析控制要求、主电路及控制电路方案设计。（1天）3、绘制控制流程图、I/O端子接线图。（1天）4、梯形图设计、编制程序及程序说明。（1天）5、整理计算书及图纸、写课程设计报告。（1天）2 器件选择2.1 PLC选择 本次课设采用OMRON SYSMAC CPM1A系列PLC,CPM1A是日本欧姆龙公司(OMRON)产品中的一种小型整体式PLC，CPM1A的特点:(1) CPM1A可连接可编程终端，选用通讯适配器以相应的上位Link或高速NT Link与PT之间进行高速通讯。(2) CPM1A有10点至40点多种CPU单元

6、。CPU单元与扩展I/O并用，可完成10点到100点的输入输出要求。并有AC和DC两种电源型号可选择。(3) CPM1A汇集了各种先进的功能，如高速响应功能、高速计数功能、中断功能，还备有2个模拟量设定。(4) CPM1A由充足的程序容量，具有2048字的用户程序存储器和1024字的数据存储器。(5) CPM1A编程环境与CQM1及SYSMAC A等机种相同。由于原有SYSMAC支持软件及编程器都可继续使用，故而系统的扩展及维护都可简单进行。(6) CPM1A在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型PLC所具有的功能，还尽可能使安装空间最小化，并实现了具有10点100点输入输出点数的弹性构成，

7、而且还可连接可编程控制终端，创造了尚无前例的灵活运用。它不仅可以替代继电器控制柜，就是作为小型控制器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求。2.2开关的选择开关是一个可以使电路开路、使电流中断或使其流到其他电路的电子元件。最常见的开关是让人操作的机电设备，其中有一个或数个电子接点。接点的“闭合”（closed）表示电子接点导通，允许电流流过；开关的“开路”（open）表示电子接点不导通形成开路，不允许电流流过。（1） 电源开关电源开关就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压。 选择：电源开关有单电源开关、

8、双电源开关和多电源开关之分。由于此次课程设计只需要一个电源供电，因此只需要使用单电源开关控制电源闭合和断开。（2） 行程开关行程开关，位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。行程开关符号如图2-2所示。图2.1行程开关符号 选择：行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。本次课设中5个料仓的高限位信号L1-L5均采用采用直动式行程开关。直动式行程开关：动作原理同按

9、钮类似，所不同的是：一个是手动，另一个则由运动部件的撞块碰撞。当外界运动部件上的撞块碰压按钮使其触头动作，当运动部件离开后，在弹簧作用下，其触头自动复位。2.3熔断器的选择熔断器（fuse）是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。 分类：熔断器可分为插入式熔断器、螺旋式熔断器、封闭式熔断器、快速熔断器、自复熔断器。 选择方法： UN熔断器

10、UN线路； IN熔断器IN线路； 熔断器最大分断能力应大于被保护线路上的最大短路电流。本次课设使用插入式熔断器。插入式熔断器：它常用于380V及以下电压等级的线路末端，作为配电支线或电气设备的短路保护用。2.4接触器的选择接触器分为交流接触器（电压AC）和直流接触器（电压DC），它应用于电力、配电与用电。接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。 分类：按主触点连接回路的形式分为：直流接触器、交流接触器。 a.交流接触器常用于远距离。频繁地接通和分断的额定电压至1140V、电流至630A的交流电路 b.直流接触器主要用来远距离接通与分断额定电压至440

11、V、额定电流至630A的直流电路和控制直流电动机启动、停止、反转及反接制动。本次设计由于是采用三相交流异步电机，故采用交流接触器。2.5热继电器的选择热继电器的工作原理是由流入热元件的电流产生热量，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，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器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。热继电器符号如图2-3所示.图2.2 热继电器符号 技术参数：额定电压：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。额定电流：热继电器的额

12、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4562HZ设计。整定电流范围：整定电流的范围由本身的特性来决定。它描述的是在一定的电流条件下热继电器的动作时间和电流的平方成反比。 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

13、可等于0.951.05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，就要选用带速饱和电流互感器的热继电器。 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温度继电器或热敏电阻来保护。本次课设中皮带是长时间运行采用热继电器，卸料机是反复短时工作制的电动机选用带速饱和电流互感器的热继电器。2.6电源选择PLC电源为DC24V，皮带及5个卸料机统一采用380V交流电，指示灯用DC24V3 课题分析与方案选择3

14、.1 系统概述及方案选择 粉料包装线控制系统是用来实现洗衣粉自动卸料包装的一套系统，本次课程设计是用来实现自动自动卸料的逻辑控制，并有单次、暂停、预清等功能，既能实现生产线的自动运行，又能根据实际要求手动加满每个料仓，并有故障报警功能及自动处理故障的能力。控制实现方案： 自动情况下，皮带1和皮带2同时开始运行，当秤粉机1没有故障信号及L1高限信号没有被触发，V1卸料器工作开始卸料，卸料完成的同时触发L1高限信号，V1卸料器停止工作，若秤粉机1故障，则跳过V1卸料器，此时若秤粉机2无故障且L2高限信号没有被触发，V2卸料器工作开始卸料，同时触发L2高限信号，V2卸料器停止工作，同理当V3卸料完成

15、（L3高限信号触发），之后当L4高限信号触发，若秤粉机5没有故障则接通V5卸料器，同时接通V1卸料器。 当V5卸料完成，若没有按下单次按钮（若提前按下单次按钮，则此时停机），则等待50S，50S内按下停止按钮则停机，否则继续循环。 手动情况下（自动切掉自动电源），可分别操作手动1-手动5，按下手动1-5，对应的卸料器工作，松开即停止工作，或者由对应的高限信号L1-L5触发停止工作。手动自动分别有对应的指示灯亮。 按下启动按钮后，启动指示灯亮，若按暂停按钮，则暂时停止工作，暂停指示灯亮，再次按下按钮重新运行，启动指示灯亮 未启动时可按下预清按钮，启动皮带1和皮带2，清理积余料，松开按钮停止运行。

16、图3.1 粉料包装线控制系统流程图 3.2 PLC输入输出口分配 输入信号 输出信号 0.00 SB1 启动按钮 10.00 KM1 皮带1 0.01 SB2 停机按钮 10.01 KM2 皮带2 0.02 SB3 暂启按钮 10.02 KM3 V1 0.03 SQ1 L1高限信号 10.03 KM4 V2 0.04 SQ2 L2高限信号 10.04 KM5 V3 0.05 SQ3 L3高限信号 10.05 KM6 V4 0.06 SQ4 L4高限信号 10.06 KM7 V5 0.07 SQ5 L5高限信号 10.07 KM8 秤粉机1故障信号 0.08 SB4 手动1 11.00 KM9

17、秤粉机2故障信号 0.09 SB5 手动2 11.01 KM10 秤粉机3故障信号 0.10 SB6 手动3 11.02 KM11 秤粉机4故障信号 0.11 SB7 手动4 11.03 KM12 秤粉机5故障信号 1.00 SB8 手动5 11.04 KM13 自动指示灯 1.01 SB9 单次 11.05 KM14 手动指示灯 1.02 SB10 秤粉机1故障 11.06 KM15 启动指示灯 1.03 SB11秤粉机2故障 11.07 KM16 暂停指示灯 1.04 SB12秤粉机3故障 1.05 SB13秤粉机4故障 1.06 SB14秤粉机5故障 1.07 SB15手动/自动 1.0

18、8 SB16预清3.3 I/0接口图 图3.2 I/0接口图 3.4主电路图 图3.2 主电路图1 图3.3 主电路23.5梯形图 见附录3.6助记符 见附录4 调试运行4.1 硬件电路连接设置好COM1通信端口，将梯形图程序下载到CPM1A主机上，将CPM1A调为运行模式，并连接硬件电路，开始调试运行。 图4.1 硬件接线图4.2 调试步骤（1） 按下启动按钮，皮带1和皮带2输出接通，正常运行。（2） 卸料机1灯亮，V1开始卸料，L1高限信号置1（开关拨到ON），V1灯灭，V2亮，L2置1,V2灭，V3亮，L3置1，V3灭，V4亮，L4置1，V5和V1同时亮，L5置1,V5和V1灭，等待50

19、S，如果50S内不停机，自动循环运行，50S后，若L1不置1，说明V1料仓不满，V1开始卸料。（3)按下单次按钮，从V1开始卸料，顺序操作直至将L5置1,说明循环完成1次，此时停机，实现单次功能。（4）按下暂停按钮，生产线电路暂时失电，暂停指示灯亮，再次按下，重新恢复供电，继续运行，实现一键暂启功能。（5）按下手/自动按钮，切换为手动，手动指示灯亮，此时操作手动1-手动5，V1-V5正常下料，再次按下手/自动按钮，切回自动模式，自动指示灯亮，与自动模式互锁。（6）秤粉机1-5故障输入，V1卸料中，按下秤粉机1故障，自动关闭V1卸料机，接通V2卸料机，按下其他故障输入按钮，正常实现功能。(7）未

20、启动时按下预清按钮，皮带1，皮带2运行，清理皮带上的积余料。（8）反复几次调试（1）-（7），均正常运行，满足要求。4.3调试结果 本次课设完成了V1-V5自动循环卸料，设置了启动、停机、手/自动切换、暂停/启动、预清、单次，并且根据秤粉机1-5的故障自动跳过对应卸料机，实现故障处理功能，并分别有，暂停指示灯、手动/自动指示灯、暂停/启动指示灯，完成了出调机功能外的所有逻辑控制要求。5 心得体会 为期一周半的课程设计在最后验收中落下帷幕，本次课程设计完成了除了调机这个并不理解是什么功能的其他所有功能，并能自动循环运行。 一开始根据任务书理需要满足的要求，和同学讨论，先把最主要的流程实现，即从V1卸料到V5卸料这一个过程，实现暂停、预清、单次、手自动切换，秤粉机1-