1、 电气控制与 PLC 课程设计题目：装卸料小车 PLC 控制设计 院 系：工学院电气与电子工程系专 业：自动化 班 级：1202 姓 名：张胜磊 学 号：201202022010 指导教师：王美春 二一五 年 六 月PLC 课程设计任务书一、基本情况学时：1 周 学分：1 学分 适应班级：自动化 1201-1202，电气工程1201-1204二、进度安排本设计共安排 1 周，合计 30 学时，具体分配如下：实习动员及准备工作： 1 学时总体方案设计： 4 学时硬件设计： 10 学时软件设计： 10 学时撰写设计报告： 4 学时总结： 1 学时教师辅导： 随时三、基本要求1、课程设计的基本要求电
2、气控制与 PLC 课程设计的主要内容包括：理论设计与撰写设计报告等。其中理论设计又包括总体方案选择，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图，应用程序。程序设计是课程设计的关键环节，通过进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标。课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。2、课程设计的教学要求电气控制与 PLC 课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到 6 节以上，或者
3、迟到、早退累计达到 6 次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。 课程设计的任务相对分散，每 3-4 名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过 50%的课程设计考核按不及格处理。四、设计题目及控制要求题目：装卸料小车 PLC 控制设计要求：小车的运行由三相异步电动机控制，小车的车门和料斗的车门由电磁铁控制，当电磁铁得电时，料斗门或斗门打开，失电时关闭
4、。1、手动控制要求（1）小车向前运行： 小车在料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。（2）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。（3）料斗门打开控制： 小车必须在 B 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 秒种后电磁铁失电斗门关闭。（4）车门打开控制： 小车必
5、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 10 秒种后电磁铁失电，车门关闭。2、.单周期运行控制要求小车在 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，车门打开卸料 4 秒钟后，车门关闭。3、自动循环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运行，单周期，双周期和自动运行方式，反之，在单周期，双周期
6、和自动运行方式下也不能进行手动控制。五、设计报告设计完成后，必须撰写课程设计报告。设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于 2000 字，图形绘制规范。设计报告的格式如下： 1、封面 2、摘要 3、目录4、正文(1) 所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；(2) 方案选择及论证；(3) 硬件电路设计及描述（包括硬件的选型及电路图、输入输出接线图等的设计）；(4) 软件设计流程及描述（流程图及文字说明）；(5) 源程序代码及调试；5、心得体会 6、参考文献 六、考核方法电气控制与 PLC 技术课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等
7、，分数在 90-100 之间为优秀，80-89 分之间为良好，70-79 分之间为中等，60-69 分之间为及格，60 分以下为不及格。 考核分三个方面进行：平时表现 20%；设计过程 25%；设计报告 40%；设计答辩 15%。有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理： 1、设计期间累计迟到、早退达 8 次；2、设计期间累计旷课达 6 节；3、设计报告雷同率超过 50%或无设计报告；4、不能完成设计任务，达不到设计要求。摘 要本次设计课题为“装卸料小车 PLC 控制设计”，早期运料小车电气控制系统多为接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，无数据处理和通信功能，
8、必须有专人负责操作，将 PLC 应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用，PLC 运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，可靠性和可维护性好，易于安装、维修和改造等优点。随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化自动化。本次设计以装卸料小车控制系统为中心，从控制系统的硬件设备组成、软件选用到系统的设计过程。此次设计主要内容包括：工作过程分析，I/O 分配，主电路，梯形图，流程图，指令表，接线图，程序分析等, 经过多次修改和调试，最终实现题目要求。设计采用西门子 S7-300 去实现设计要求。关键字：PLC 装卸料小车 单循
9、环 自动循环 仿真调试目录第 1 章 绪论 .11.1 PLC 的定义 .11.2 PLC 的特点 .11.3 PLC 的基本组成 .11.3.1 中央处理单元（CPU） .11.3.2 存储器（RAM 和 ROM） .21.3.3 输入/输出模块（简称为 I/O 模块） .21.3.4 电源部分 .21.3.5 编程器 .2第 2 章 设计要求及内容 .3第 3 章 硬件介绍 .53.1 电动机主电路图 .53.2 I/O 地址分配表 .53.3 PLC 外部接线图 .6第 4 章 软件设计 .74.1 装卸料小车控制系统流程图 .74.2 装卸料小车 PLC 设计梯形图 .8第 5 章 系
10、统调试 .11总结 .14参考文献 .151第 1 章 绪论1.1 PLC 的定义PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程 1。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由 CPU(中央处理单元)、存储器(RAM 和ROM)、输入/输出模块(简称为 I/O 模块)、编程器和电源五大部分组成。1.2 PLC 的特点PLC 之所以越来越受到控制
11、界人士的重视，是和它的优点分不开的：1)功能齐全，它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；2)应用灵活， 其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；3)操作方便，维修容易，稳定可靠。尽管 PLC 有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时 2。1.3 PLC 的基本组成PLC 是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。1.3.1 中央处理单元（CPU）CPU 在 PLC 中的作用类似于人体的神经中枢，它是 PLC 的运算
12、、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务：（1）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；（2）诊断电源、PLC 内部电路的工作状态和编程的语法错误；（3）用扫描的方式接收输入信号，送入 PLC 的数据寄存器保存起来；（4）PLC 进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；2（5）将用户程序的执行结果送至输出端 3。31.3.2 存储器（RAM 和 ROM）存储器是用来储存系统程序、用户程序与数据的，故 PLC 的存储器有系统存储器和用户存储器两大类。（1）系统存储器：系统存储器用于存放系统程序（相当于计算机的操作系统，用户不能
13、更改）。（2）用户存储器：用户存储器通常由用户程序存储器和功能存储器组成。用户程序存储器一般用 RAM 存放用户程序。功能存储器用 RAM 存放运行中的各种数据 4。1.3.3 输入/输出模块（简称为 I/O 模块）I/0 单元也称为 I/0 模块。PLC 通过 I/0 单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时 CPU 从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的
14、触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件 5。1.3.4 电源部分PLC 一般使用 220V 的交流电源，内部的开关电源为 PLC 的中央处理器、存储器等电路提供 5V，+12V， +24V 的直流电源，使 PLC 能正常工作。电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的 CPU，通常电源封装到机壳内部;对于模块式 PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与 CPU 封装到一个模块中6。1.3.5 编程器编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。1.4 PLC 应用领域PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大
15、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 7。4第 2 章 设计要求及内容 图 2-1 装卸料小车工作示意图一辆小车在 A,B 两点之间运行，在 A,B 两点各设一个限位开关，如图所示，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行至料斗下碰到前限位开关，停止，装料后再返回 A 地将料卸下。小车要求有 3 种控制方
16、式：（1）手动控制方式，（2）单周期运行控制方式，（3）自动循环运行控制方式。1、手动控制方式在手动控制方式下，可用 4 个控制按钮控制小车的向前、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车门由电磁铁控制，当电磁铁得电时，料斗门或斗门打开，失电时关闭。（1）小车向前运行：小车在料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。（2）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。（3）料斗门打开控制：小车必须在 B 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
