运动小车PLC控制系统设计

1、机电与自动化学院电气工程及其自动化0802班综合课程设计电气专业核心课程综合课程设计课程设计报告题目：运动小车PLC控制系统设计系 别： 机电与自动化学院 专业班级： 电气工程及其自动化0802 学生姓名： x xxxx x 学生学号： 200xxxxxxxx 指导教师： xxxxxx （课程设计时间：2011年06月19日2011年07月08日） 华中科技大学118前 言在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。 个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 上世纪80年代至90年代

2、中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。目录1课程设计目的12课程设计题目描述和要求 13课程设计报告内容23.1设计过程和有关说明 23.2基于PLC的小车控制电气控制系统电路图 23.3 PLC控制程序43.4电器元器件的选择和有关计算 103.5电气设备明细表 133.6小车控制系统参数的说明及设定 143.7利用力控软件控制界面的制作 144总结 17参考文献 191、课程设计目的1）专业课程设计的主要目的是通过运动小车设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体设计方法。以及查阅文献资料的能力。它是一项初步的工程训练。2）通过专业课程设计有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的

3、。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。3）通过课程设计，使学生了解组态软件技术在工业控制领域的应用，较快掌握组态软件编程技术，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，提高学生的实践技能。为今后实际工作以及撰写论文打下良好的基础。2、课程设计题目描述和要求1）题目描述：（1）、设计任务设计一个由组态软件实现上位机控制，PLC为下位机控制的小车双速系统，完成组态控制界面的设计、PLC接线图和控制梯形图的绘制。利用实验设备实现上下位机的通讯，完成PLC端子和运动小车系统的接线工作，并利用PC机输入梯形图控制程序，在实验室进行调试。（2）、控制要求按下启动按钮，小车左行（右行），当到达左限位（右限位）时，小车停止，延时1秒后，小车向相反的方向运行，当到达限位时，小车停止，再换向运行，如此往返运行，能实现自动控制和手动控制，并可实现高、低速转换，电机采用双速电机。（控制界面可实现运行仿真）2）设计要求：（1）态度方面：认真对待、独立进行、按时完成任务。（2）查看有关参考书籍、查阅相关文献资料，独

4、立设计基于组态软件应用的控制系统的方案。 （3）根据实际系统的要求，进行简单的画面设计与编辑、简单控制程序的编写。（4）进行程序的运行、调试与改进。撰写课程设计报告等。3、实验报告内容3.1 设计过程和有关说明(1)查找资料，设计硬件电路。(2)根据硬件电路连接图，连接设备。(3)编写plc程序，并调试。(4)用组态软件制作简单的控制界面并调试。3.2 基于PLC的小车控制电气控制系统电路图 相应的PLC连接图 硬件电气图 其中，KM1是控制电机的正转，KM2是控制电机的反转， KM4控制电机的慢速运行， KM3和KM5控制电机的快速运行。 因为KM3和KM5闭合时，电机定子绕组就是YY型连接，磁极对数增加一倍，所以是高速运行。而KM4闭合时，电机定子绕组是Y型连接，磁极对数为原来的一半，所以低速运行。双速电动机定子绕组接法: 低速运行 高速运行在多速电动机中，通过改变其绕组的连接方法来改变磁极对数，从而也就改变电动机的转速。双速电动机定子绕组可以接为Y型，也可以接为YY型。其中，Y型为低速，YY型为高速。其原理如下：双速电动机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改

5、变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。根据公式n1=60f1/p可知异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速n1下降至原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。这种调速方法是有级的，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼式电动机。3.3 PLC控制程序1）左行右行启动这是控制左行启动和左行的一段程序，第一次的时候T3不起作用，而在左行程序中M2可以启动，启动后，M9闭合，通过控制T3来实现左行控制，达到了延时的目的。2）延时控制在本程序的设计中，为了防止每次正反转、高低速进行切换时出现电机三相短路的情况，所以需要对每次动作正反转、高低速进行延时控制，延时时间为1s钟。那么需要每一次切换，前一个动作迅速断电，后一个动作1s后执行。3）辅助继电器由于在要求中，有一段10s的启动稳定期，而启动按钮和正反转按钮相同，即正反转按钮在启动后就无需执行10s的过渡过程，所以引人辅助继电器来计数第一次。4）计数控制这是一段右行的程序，其中，程序中的辅助继电器M9的作用便是对正转按钮M1的一个计数控制，当第一次M1作为启动时，可

6、以导通线圈，启动后失去作用。同时，M9可以用在所有只启动过程中会出现动作的情况中，例如此处的定时器。5）右转程序右转的条件是启动时按下右启按钮，稳定后，每次按下按钮后1s后右转，当遇到左限位开关会右转。6）左转程序左转的条件是启动时按下左启按钮，稳定后，每次按下按钮后1s后左转，当遇到右限位开关会左转。7）高速运行程序使高速线圈得电的基本条件是启动后10s自动变为高速，稳定后按下高速按钮后实现高速运行，然而在硬件电路中，高速是由两个继电器控制，所以，由两个输出线圈来驱动，同样，为了防止三相短路，设置辅助继电器驱动延时线圈，当上位机的高速按钮按下，低速通道断电，经过1s后，高速线圈得电。8）低速运行程序同高速线圈的设计思想相同，但在实践过程中，遇到的困难是在进行电气互锁时没有理清楚两者之间的逻辑关系，则在高速运行的时候是不允许低速线圈得电运行，同理，低速运行时，高速线圈不得电，在实际调试中，在慢速支路中加Y021常闭开关则可解决这个问题，需要注意的是在高速支路中无需添加低速常闭开关。9）各辅助继电器程序如上分析，可知这些辅助继电器的作用就是为了实现高低速、正反转自由切换时的一个延时控制，

7、以防止三相短路，需要注意的是这些延时的控制都是在稳定后进行的，所以，在第一次启动时，切换延时开关不起作用，等到稳定之后，每次进行正反转、高低速的切换都需延时开关控制，在这个过程中，在正反转的控制中，需要继续利用M9来实现该功能。经调试发现，如果在辅助继电器设计过程中，没有添加M9程序运行会错误。10）程序设计表3.4电器元器件的选择和有关计算1）PLC（1）定义可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。 1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： “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。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算

8、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。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”（2）PLC的特点可靠性高，抗干扰能力强PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完

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