1、電氣與plc控制系統設計指導及任務書 設計課題: 裝卸料小車plc控制設計 專業 自動化學生姓名 班級b自動化092學號0910603201指導教師設計地點圖書館起至時間2012.12.10-2012.12.21發放日期2012年12月10日電 氣 工 程 學 院目錄1 設計說明書11.1設計目的11.2設計任務11.3設計內容與要求21.4 主要參數計算及元器件選擇61.5 i/o分配及元器件表121.6運料小車控制系統梯形圖152 設計小結183 參考文獻19 1 設計說明書1.1設計目的 本課程設計是裝卸料小車plc控制設計，傳統的運料小車大都是繼電器控制。而繼電器控制有著接線繁多，故障

2、率高且維護維修不易等缺點。裝卸料采用plc控制，體積小，重量輕，控制方式靈活，可靠性高，操作簡單，維修容易。使用該設計不僅準確安全可靠，而且提高了勞動生產率，降低工人勞動強度，具有較好的經濟效益和社會效益。可編程控制器plc以其豐富的i/o接口模塊，高可靠性，可以在裝卸料控制系統的設計中起到十分重要的作用。plc不僅可以實現邏輯控制，順序控制，定時，計時，算數運算，數據處理數據通信等功能，并且具有處理分支，中斷，自診斷的能力。邏輯控制功能通過軟件編程實現，柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化。plc可以使用通用的個人計算機作為圖形編輯器，用于在線或離線開發用戶程序使用在線對plc進行各種操作，

3、并且可以在線實時監控用戶的執行狀態。它提供三種編程語言，即梯形圖lad，語句表stl及功能塊fbd,每種語言都有自己的特點。梯形圖lad是在繼電器接觸器控制基礎上演變而來的，是一種的圖形化的編程語言，編程人員幾乎不必具備計算機的基礎知識，不必考慮plc內部的機構原理，只要有繼電器接觸器的基礎，就能在很短的時間內掌握梯形圖lad的使用和編程方法。作為目前國內控制市場上的主流控制器，plc在市場、技術、行業影響等方面有著重要的作用，隨著plc的不斷發展和革新，使得生產線的運輸控制也將得到不斷的改善和生產率的不斷提高，利用plc控制來代替繼電器控制已是大勢所趨。1.2設計任務1.繪制電氣控制原理圖，

4、plc輸入輸出接線圖，控制面板元件布置圖，元器件之間接線圖等圖紙。2.控制梯形圖和程序的設計。3.先設計出繼電接觸控制系統，后設計plc控制系統，以及i/o口分配圖和plc的選型。4.圖形符號采用新國標進行設計。5.編寫設計說明書、使用說明書和設計小結。1.3設計內容與要求圖1如圖1所示，小車在a、b兩地之間運行，在a、b兩地各設有一個限位開關sq1和sq2，小車在a點時（后限位開關受壓動作），操作控制按鈕可使小車向前運行至料斗下停止，裝料再返回a地將料卸下。小車的控制有4種控制方式。（1） 手動控制方式；（2） 單周期運行控制方式；（3） 雙周期運行控制方式；（4） 自動運行控制方式；手動控

5、制方式在手動控制方式時，可用4個控制按鈕控制小車的向前和向后運行，以及車門的打開和料斗門的打開。小車的運行由三相異步電動機控制，小車的車門和料斗的斗門由電磁鐵控制，當電磁鐵帶電時，料門或斗門打開，失電時關門。手動控制要求如下： a、小車向前運行小車在漏斗下面時不能向前運行，小車的車門在打開時不能運行，小車 采用點動控制，按下向前運行按鈕，小車向前進，當小車行至料斗下時，碰到前限位開關時應停下來。 b、小車向后運行小車在a地點時不能后退，小車的車門在打開時不能運行，小車采用點動控制，料斗門未關閉時不能運行，按下向后運行按鈕時，小車向后運行至a地點時，小車碰到后限位開關應停下來。 c、料斗門打開控

6、制小車必須在b地點料斗門下時，才能打開料斗門，以避免將料卸在地上。按一下料斗門打開按鈕，控制料斗門的電磁鐵得電，斗門打開，延時10秒鐘后電磁鐵失電斗門關閉。 d、車門打開控制小車必須在a地點時，才能打開車門，以保證將料卸在規定地點。按一下車門打開按鈕，控制車門的電磁鐵得電，車門打開，延時4秒鐘后電磁鐵失電，車門關閉。單周期運行控制方式要求小車在a地點，并且在車門關好的情況下，按一下向前運行按鈕。小車就從a地點運行到b地點停下來，然后料斗門打開裝料10秒鐘，之后小車自動向后行到a地點停止，車門打開卸4秒鐘后，車門關閉。雙周期運行控制方式要求小車在a地點時，按一下向前運行按鈕，小車將循環兩次單周期

7、運行過程。自動運行控制方式要求小車在a地點時，按一下向前運行按鈕，小車將自動重復單周期運行過程，斷開運行開關時，小車將在完成一個循環之后，結束運行。在手動控制方式下不能進行單周期、雙周期和自動運行方式，反之，在單周期、雙周期和自動運行方式下也不能進行手動控制。本控制采用fx2系列等可編程控制器，其輸入輸出端子分配如下：x000：起動開關； x001：前限位開關；x002：后限位開關； x003: 手動方式；x004：自動方式； x005：單循環方式；x006：雙循環方式； x007：向前運行按鈕；x010：向后運行按鈕； x011：車門打開按鈕；x012：斗門打開按鈕； x013：停止按鈕；y

8、000：向前運行； y001：向后運行； y002: 斗門電磁鐵； y003：車門電磁鐵；1 運料小車的控制系統主電路運料小車由一臺三相異步電動機控制，當電機正轉時，小車向前運行，電機反轉，小車向后運行。電動機正反轉主電路圖如圖2所示。 圖2 主電路2 運料小車控制系統控制電路 如果小車開始在a點，按一下起動按鈕sb1，然后按一下向前運行按鈕sb2，小車向右運行，當運行到漏斗下面碰到前限位開關sq1時，小車停止運動，按一下sb4，控制斗門的電磁閥yv1得電打開，小車開始裝料10s，yv1失電斗門關閉，按一下sb3小車向左運行，到達a點碰到后限位開關時停止運動，按一下sb5，控制車門的電磁閥yv

9、2得電，車門打開，小車卸料4s，然后yv2失電，車門關閉。如果選擇單周期運行控制方式，我們只需要按一下起動按鈕sb1即可，同理，如果選擇雙周期運行控制方式和自動運行控制方式，也只需按一下起動按鈕即可。當然，如果遇到緊急情況需要馬上停止運行，只需要按一下sb6即可，運料小車控制系統的控制電路圖見附錄。3 plc外部接線圖小車控制系統有1個起動按鈕、2個限位開關、4種控制方式的選擇、正轉啟動按鈕、反轉啟動按鈕、車門打開按鈕、斗門打開按鈕、1個停止按鈕開關共12個輸入點。這個控制系統需要控制的外部設備只有控制小車運動的三相異步電動機一個。電機有正轉和反轉兩個狀態，分別對應正轉接觸器km1和反轉接觸器

10、km2，此外，還有一個輸出控制斗門電磁鐵yv1和輸出控制車門電磁鐵yv2，所以輸出點應該有4個，plc輸入輸出接線圖見附錄。4 控制系統的工作原理運料小車手動方式控制下的運動流程圖如下： 開始按下向前運行按鈕 小車右行 否 是否到達裝料點b 是 裝料10s 小車左行 否是否到達卸料點a 否 卸料4s 是 按下停止按鈕 結束 是圖3 運料小車手動方式控制流程圖運料小車的運動如圖1所示，運料小車由一臺三相異步電動機控制，電機正轉，小車向右行，電機反轉，小車向左行。在生產線上裝料點b、卸料點a分別裝有限位開關sq1和sq2，以判別小車是否到達該位置。另外對小車還需要一個總停按鈕，一個起動按鈕。 如果

11、是手動方式控制運行，則小車采用點動控制，按下向前運行按鈕，小車向前進，小車向前運行到漏斗下面碰到前限位開關sq1時應停下來，料斗門未關閉時不能運行。按下向后運行按鈕時，小車在a地點碰到后限位開關sq2時應停下來，小車的車門在打開時不能運行。小車必須在b地點料斗門下時，才能打開料斗門，以避免將料卸在地上。按一下料斗門打開按鈕，控制料斗門的電磁鐵得電，斗門打開，延時10秒鐘后電磁鐵失電斗門關閉。同樣，小車必須在a地點時，才能打開車門，以保證將料卸在規定地點。按一下車門打開按鈕，控制車門的電磁鐵得電，車門打開，延時4秒鐘后電磁鐵失電，車門關閉。采用單循環方式運行時，小車在a地點，并且在車門關好的情況

12、下，按一下向前運行按鈕。小車就從a地點運行到b地點停下來，然后料斗門打開裝料10秒鐘，之后小車自動向后行到a地點停止，車門打開卸4秒鐘后，車門關閉。雙循環方式運行的話，按一下向前運行按鈕，小車將循環兩次單周期運行過程。如果采用自動控制方式，按一下向前運行按鈕，小車將自動重復單周期運行過程，斷開運行開關時，小車將在完成一個循環之后，結束運行。在手動控制方式下不能進行單周期、雙周期和自動運行方式，反之，在單周期、雙周期和自動運行方式下也不能進行手動控制。1.4 主要參數計算及元器件選擇1 plc的選擇fx1n系列:是三菱電機推出的功能強大的普及型plc。具有擴展輸入輸出，模擬量控制和通訊、鏈接功能

13、等擴展性。是一款廣泛應用于一般的順序控制三菱plc。 fx2n系列:是三菱plc是fx家族中最先進的系列。具有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊等特點，為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。 fx1nc fx2ncfx3uc三菱plc:在保持了原有強大功能的基礎上實現了極為可觀的規模縮小i/o型接線接口降低了接線成本，并大大節省了時間。 q系列三菱plc:三菱機公司推出的大型plc,cpu類型有基本型cpu，高性能型cpu，過程控制cpu,運動控制cpu,冗余cpu等。可以滿足各種復雜的控制需求。三菱電機中國事業的快速發展，為了更好地滿足國內用戶對三菱plc，q系列產品高性能

14、、低成本的要求，三菱電機自動化特推出經濟型quteset型三菱plc，即一款以自帶64點高密度混合單元的5槽q00jcouset；另一款自帶2塊16點開關量輸入及2塊16點開關量輸出的8槽q00jcpu-s8set，其性能指標與q00j完全兼容，也完全支持gx-developer等軟件，故具有極佳的性價比。 a系列三菱plc: 使用三菱專用順控芯片（msp），速度/指令可媲美大型三菱plc;a2ascpu支持32個pid回路。而qnascpu的回路數目無限制，可隨內存容量的大小而改變；程序容量由8k步至124k步，如使用存儲器卡，qnascpu則內存量可擴充到2m字節；有多種特殊模塊可選擇，包

15、括網絡，定位控制，高速計數，溫度控制等模塊。在工程中主要根據工藝要求、控制對象、用戶需要等方面選擇合適的plc，以獲得最佳的性能價格比。就一個控制系統而言，plc的選型原則和考慮因素如下:(1)plc一般用于開關量控制為主兼有模擬量控制的系統，尤其適合于動作頻繁、邏輯關系復雜、程序多變的系統。應用于這樣的系統，將會最大限度發揮技術經濟效果。(2)開關量i/o點數、模擬量i/o路數、電壓等級及輸出功率、內存容量。i/o點數直接關系到plc輸入/輸出模塊的選擇，i/o點數一般要考慮有一定的余量，特別是開關量輸入更應考慮多些余量;合適的電壓等級可提高plc的抗干擾能力,主機用戶內存容量的大小對設備費

16、的影響不大，故內存容量可選大一些。(3)其他考慮因素選擇plc還要對其外型、結構、系統組成、設置條件、價格、技術服務、應用業績等多項指標綜合分析比較，然后才能確定理想的plc產品。 根據運料小車輸入輸出設備的分配，在i/o方面只需要12個輸入點和4個輸出點，同時考慮適當的余量，選用fx2n-32mr的plc即可滿足控制要求。 fx2n-32mr-001 繼電器型、16進/16出、交流電 2 三相異步電動機的選擇三相異步電動機類型的選擇與使用要求、運行地點環境污染情況和氣候條件等有關，這里我們主要考慮是否滿足控制要求。正確選擇電動機的功率、種類、型式是極為重要的。2.1 功率的選擇電動機的功率根

17、據負載的情況選擇合適的功率，選大了雖然能保證正常運行，但是不經濟，電動機的效率和功率因數都不高；選小了就不能保證電動機和生產機械的正常運行，不能充分發揮生產機械的效能，并使電動機由于過載而過早地損壞。（1）連續運行電動機功率的選擇對連續運行的電動機，先算出生產機械的功率，所選電動機的額定功率等于或稍大于生產機械的功率即可。（2）短時運行電動機功率的選擇如果沒有合適的專為短時運行設計的電動機，可選用連續運行的電動機。由于發熱慣性，在短時運行時可以容許過載。工作時間愈短，則過載可以愈大。但電動機的過載是受到限制的。通常是根據過載系數l來選擇短時運行電動機的功率。電動機的額定功率可以是生產機械所要求

18、的功率的1/l。2.2 種類和型式的選擇選擇電動機的種類是從交流或直流、機械特性、調速與起動性能、維護及價格等方面來考慮的。三相鼠籠式異步電動機結構簡單，堅固耐用，工作可靠，價格低廉，維護方便，但調速困難，功率因數較低，起動性能較差。因此在要求機械特性較硬而無特殊調速要求的一般生產機械的拖動應盡可能采用鼠籠式電動機。因此只有在不方便采用鼠籠式異步電動機時才采用繞線式電動機。 電動機常制成以下幾種結構型式：開啟式（在構造上無特殊防護裝置，用于干燥無灰塵的場所。通風非常良好）、防護式（在機殼或端蓋下面有通風罩，以防止鐵屑等雜物掉入。也有將外殼做成擋板狀，以防止在一定角度內有雨水滴濺入其中）、封閉式

19、（它的外殼嚴密封閉，靠自身風扇或外部風扇冷卻，并在外殼帶有散熱片。在灰塵多、潮濕或含有酸性氣體的場所，可采用它）、防爆式（整個電機嚴密封閉，用于有爆炸性氣體的場所）。2.3 電壓的選擇電動機電壓等級的選擇，要根據電動機類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。y系列鼠籠式電動機的額定電壓只有380v一個等級。綜合以上考慮以及控制要求選用電機型號如下：電機型號：jyz-12-4 額定頻率：50hz 額定功率:0.81kw 額定電流：2a 轉速：1410r/min 由于 iqf 1.7 ine 1.7×2 3.4 a故應選用iqf 4a的自動開關我們選擇開啟式負荷開關，開關型號為hk24/

20、3，級數3，額定電流4a。3 熔斷器熔斷器在電路中起主要起短路保護作用，用于保護線路。熔斷器以其自身產生的熱量使熔體熔斷，從而自動切斷電路，實現短路保護及過載保護。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用維護方便、價格低廉、分斷能力較高、限流能力良好等優點，因此在電路中得到廣泛應用。常用的熔斷器有以下幾種：插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、rm10型密封管式熔斷器、rt型有填料密封管式熔斷器等。熔斷器的選擇要求是：在電氣設備正常運行時，熔斷器不應熔斷；在出現短路時，應立即熔斷；在電流發生正常變動（如電動機起動過程）時，熔斷器不應熔斷；在用電設備持續過載時，應延時熔斷。對熔斷器的選用主要包括類型選擇和熔體

21、額定電流的確定。選擇熔斷器的類型時，主要依據負載的保護特性和短路電流的大小。熔斷器的額定電壓要大于或等于電路的額定電壓，熔斷器的額定電流要依據負載情況而選擇。常用熔斷器有rc1a、rl6、rl7、rls2、rm10、rt12、rt14、rt15、rs3和rs2等系列綜合以上內容及設計要求，選擇如下型號：型號：rc1a10 額定電壓：415v額定電流：100a 工作頻率：50hz熔斷器電流計算的方法為： ifu is /(2.53)iqf 熔體額定電流；is 電機的啟動電流對于jyz-12-4型號電機，其額定電流in 2 a，啟動電流is6.5×213a，熔體額定電流ifu is /(

22、2.53)4.35.2（a），故選擇熔斷器類型為：rc1a10，熔絲的額定電流6a；4 行程開關 行程限位開關又稱限位開關,用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產中,將行程限位開關安裝在預先安排的位置,當裝于生產機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時, 行程限位開關的觸點動作,實現電路的切換。因此, 行程限位開關是一種根據運動部件的行程位置而切換電路的電器,它的作用原理與按鈕類似。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械,用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中,還利用行程限位開關來控制開關轎門的速度、自動開關門的限位,轎廂的上、下限位保護。 行程限位開關按其結構可分為直動式、滾輪式、

23、微動式和組合式。 常用的行程開關有lx19、lxw5、lxk3、lx32和lx33等系列根據控制要求選擇如下型號：型號：lx32 額定電壓：380v額定電流：5a 工作頻率：50hz5 熱繼電器熱繼電器是由流入熱元件的電流產生熱量，使有不同膨脹系數的雙金屬片發生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現電動機的過載保護。繼電器作為電動機的過載保護元件，以其體積小，結構簡單、成本低等優點在生產中得到了廣泛應用。熱繼電器的主要技術參數：額定電壓：熱繼電器能夠正常工作的最高的電壓值，一般為交流220v，380v，600v。額定電流：熱繼電器的額定電

24、流主要是指通過熱繼電器的電流額定頻率：一般而言，其額定頻率按照4562hz設計。整定電流范圍：整定電流的范圍有本身的特性來決定。它描述的是在一定的電流條件下熱繼電器的動作時間和電流的平方成正比。熱繼電器的作用是：主要用來對異步電動機進行過載保護，他的工作原理是過載電流通過熱元件后，使雙金屬片加熱彎曲去推動動作機構來帶動觸點動作，從而 將電動機控制電路斷開實現電動機斷電停車，起到過載保護的作用。鑒于雙金屬片受熱彎曲過程中，熱量的傳遞需要較長的時間，因此，熱繼電器不能用作短路保護，而只能用作過載保護熱繼電器的符號為fr，選擇方法：熱繼電器主要用于保護電動機的過載，因此選用時必須了解電動機的情況，如

25、工作環境、啟動電流、負載性質、工作制、允許過載能力等。原則上應使熱繼電器的安秒特性盡可能接近甚至重合電動機的過載特性，或者在電動機的過載特性之下，同時在電動機短時過載和啟動的瞬間，熱繼電器應不受影響(不動作)。當熱繼電器用于保護長期工作制或間斷長期工作制的電動機時，一般按電動機的額定電流來選用。例如，熱繼電器的整定值可等于0.951.05倍的電動機的額定電流，或者取熱繼電器整定電流的中值等于電動機的額定電流，然后進行調整。當熱繼電器用于保護反復短時工作制的電動機時，熱繼電器僅有一定范圍的適應性。如果短時間內操作次數很多，就要選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器。對于正反轉和通斷頻繁的特殊工作制電動

26、機，不宜采用熱繼電器作為過載保護裝置，而應使用埋入電動機繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護。 綜合以上及控制要求選擇熱繼電器型號如下：型號:jy1型 具有兩個常開觸點、兩個常閉觸點觸電額定電壓為380v 額定電流為2a 工作頻率：50hz 工作時間、轉數：3000轉/分 頻繁起動、制動：30次/分 動作軸轉、轉數：200轉±50 抗電強度：ac1500v/分 工作環境：-50至+50 6 轉換開關 轉換開關是一種多檔式、多觸點以及能夠控制多回路的主令電器。其主要用于各種控制線路的轉換、電壓表、電流表的換相測量控制、配電裝置線路的轉換和遙控等。也可以用于直接控制小容量電動機的起動、調速和

27、換向。轉換開關的主要參數有型式、手柄類型、觸點通斷狀態表、工作電壓、觸頭數量及其電流容量。常用的有lw2、lw5、lw6、lw8、lw9、lw12、lw16、vk、3lb和hz系列，其中lw2系列用于高壓斷路器操作回路的控制，lw5、lw6系列多用于電力拖動系統中對線路或電動機實行控制。轉換開關的選擇可以根據以下幾個方面進行：（1） 額定電壓和工作電流；（2） 手柄型式和定位特征；（3） 觸點數量和接線圖編號；（4） 面板型式及標志。根據控制要求，選擇lw6系列型號，具體參數如下：型號：lw6-2 絕緣電壓:500v 頻率：50hz額定電壓:380v 額定電流:5a 極數:2 7電源開關選擇

28、電源開關主要用于供電氣設備中電源的通斷使用，電源開關是整個電路系統的安全保障所在，在這里選用kad4102型號的電源安全性開關。其主要技術參數為：額定電壓級及電流220v，6a，接觸電阻0.010.05，絕緣電阻500100m，工作壓力16n，壽命50000次。1.5 i/o分配及元器件表該控制系統有1個起動按鈕開關、2個限位開關、4種控制方式、正轉啟動按鈕、反轉啟動按鈕、車門打開按鈕、斗門打開按鈕、1個停止按鈕開關共12個輸入點。這個控制系統需要控制的外部設備只有控制小車運動的三相異步電動機一個。電機有正轉和反轉兩個狀態，分別對應正轉接觸器km1和反轉接觸器km2，此外，還有一個輸出控制斗門

29、電磁鐵yv1和輸出控制車門電磁鐵yv2，所以輸出點應該有4個。對應的地址分配及元器件表如表1、表2所示： 輸入信號 名稱 代號 輸入點編號起動按鈕 sb1 x000前限位開關 sq1 x001后限位開關 sq2 x002手動方式 sa x003自動方式 sa x004單循環方式 sa x005雙循環方式 sa x006正轉啟動按鈕 sb2 x007反轉啟動按鈕 sb3 x010車門打開按鈕 sb4 x011斗門打開按鈕 sb5 x012停止按鈕 sb6 x013輸出信號 名稱 代號 輸出點編號正轉繼電器 km1 y000反轉繼電器 km2 y001斗門電磁鐵 yv1 y002車門電磁鐵 yv2

30、 y003 表1 plc i/o分配表 名稱型號參數數量三菱plcfx2n- 32mr- 001i/o總數為4816個漏型輸入端16個晶體管輸出端尺寸：35mm×87mm×89mm1低壓斷路器dz47- 3p- 16a滅弧方式: 磁吹斷路器1施耐德接觸器cjx2額定絕緣電壓690v額定工作電壓380v額定工作電流至20a1熔斷器 rc1a10 額定電壓:380v額定電流：10a 工作頻率：50hz 1熱繼電器jy-1頻率50hz/60hz額定電壓:380v額定電流：2a1三相異步電動機yr355m1-4電機型號：jyz-12-4 額定頻率：50hz 額定功率:0.81kw 額定電流：2a 轉速：1410r/min 1按鈕ts1271尺寸：12mm*12mm圓按鈕帶燈輕觸開關5限位開關 lx32 工作頻率：50hz額定電流:5a額定電壓380v2通電延時繼電器st3p-a額定電壓220 v額定電流5a頻率60hz2電磁閥4v310-10 額定電壓：220v頻率50/60hz2選擇開關 lw6-2 頻率:50hz額定電壓:380v 額定電流:5a1 表2 元器件表1.6運料小車控制系統梯形圖運料小車控制系統的手動控制梯形圖如下： 圖4 運料小車控制系統的手動控制梯形圖 圖5 總程序結構框圖 圖6 狀態轉移圖運料小車控制系統的手動控制梯形圖及程序如下： 2 設計小