粉料包裝線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、揚(yáng) 州 大 學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 粉料包裝線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課 程 電氣控制及可編程控制器專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 電氣1302 學(xué) 號(hào) 131504214 姓 名 指導(dǎo)老師 李新兵、蔣步軍 完成日期 2016 年 12月 目錄1 任務(wù)書11.1 設(shè)計(jì)課題11.2 原始資料及控制要求11.3 設(shè)計(jì)目的及要求11.4 課題要求11.5 日程安排12 器件選擇32.1 PLC選擇32.2開(kāi)關(guān)的選擇32.3熔斷器的選擇42.4接觸器的選擇52.5熱繼電器的選擇52.6電源選擇63 課題分析與方案選擇73.1 系統(tǒng)概述及方案選擇73.2 PLC輸入輸出口分配83.3 I/0接口圖93.4

2、主電路圖93.5梯形圖103.6助記符104 調(diào)試運(yùn)行104.1 硬件電路連接114.2 調(diào)試步驟114.3調(diào)試結(jié)果125 心得體會(huì)126 參考文獻(xiàn)13附錄14附錄一：梯形圖15附錄二：助記符171 任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)課題粉料包裝線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2 原始資料及控制要求粉料包裝線控制系統(tǒng)同時(shí)控制二套洗衣粉喂料包裝流水線。原料通過(guò)磺化和噴粉等工序處理后，作為成品進(jìn)入總料倉(cāng)，然后由皮帶輸送到5個(gè)集粉倉(cāng)(V1V5)，進(jìn)行喂料。每個(gè)集粉倉(cāng)通過(guò)二個(gè)口，分別將洗衣粉送到電子秤粉機(jī)，經(jīng)過(guò)秤量的洗衣粉落入包裝袋，最后進(jìn)入成品倉(cāng)庫(kù)。喂料程序要求達(dá)到：1、隨時(shí)將洗衣粉加滿每個(gè)料倉(cāng)；2、如果料位計(jì)發(fā)出超高信號(hào)或秤粉

3、機(jī)有故障時(shí)，將自動(dòng)跳過(guò)該料倉(cāng)，直到恢復(fù)正常；3、皮帶上的積余料流入貯料倉(cāng)；4、當(dāng)?shù)?個(gè)集粉倉(cāng)喂料時(shí)，第1個(gè)集粉倉(cāng)提前將卸料器放下，同時(shí)喂料，以便減少皮帶上的積料；5、每個(gè)集粉倉(cāng)的粉末位置由2個(gè)料位計(jì)檢測(cè)，料位的高限信號(hào)直接送到PLC輸入接口；6、當(dāng)電子秤發(fā)生故障或其他原因需要某個(gè)工位停機(jī)時(shí)，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警按鈕，將信號(hào)送到PLC輸入端，PLC立即停止對(duì)該集粉倉(cāng)喂料，并在模擬屏上發(fā)出聲光報(bào)警。模擬屏能真實(shí)地反映運(yùn)行現(xiàn)狀、報(bào)警位置及喂料時(shí)間等。圖1.1流程圖本系統(tǒng)設(shè)置預(yù)清、啟動(dòng)、單次、調(diào)機(jī)、暫停以及自動(dòng)手動(dòng)等控制功能鍵。設(shè)有四個(gè)報(bào)警操作功能鍵及二套報(bào)警程序，分別為“集粉倉(cāng)報(bào)警程序”、“秤粉機(jī)報(bào)警程序

4、”。 1.3 設(shè)計(jì)目的及要求 1、熟悉電氣控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)程序。2、掌握電氣設(shè)計(jì)制圖的基本規(guī)范，熟練掌握PLC程序設(shè)計(jì)的方法和步驟。3、學(xué)會(huì)收集、分析、運(yùn)用電氣設(shè)計(jì)有關(guān)資料及數(shù)據(jù)。4、培養(yǎng)獨(dú)立工作和工程設(shè)計(jì)能力以及綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力。1.4 課題要求1、設(shè)計(jì)原則：國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范及主管部門規(guī)定等。2、設(shè)計(jì)范圍：控制系統(tǒng)主電路及控制電路設(shè)計(jì)，電器設(shè)備選型。3、設(shè)計(jì)成果：課程設(shè)計(jì)報(bào)告（設(shè)計(jì)說(shuō)明書及計(jì)算書等），主電路圖、控制電路圖、流程圖、I/O端子接線圖、梯形圖及程序。（所有成果均應(yīng)為打印稿）1.5 日程安排本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間共一周，進(jìn)度安排如下

5、：1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，熟悉有關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，熟悉課題設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容。（1天）2、分析控制要求、主電路及控制電路方案設(shè)計(jì)。（1天）3、繪制控制流程圖、I/O端子接線圖。（1天）4、梯形圖設(shè)計(jì)、編制程序及程序說(shuō)明。（1天）5、整理計(jì)算書及圖紙、寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。（1天）2 器件選擇2.1 PLC選擇 本次課設(shè)采用OMRON SYSMAC CPM1A系列PLC,CPM1A是日本歐姆龍公司(OMRON)產(chǎn)品中的一種小型整體式PLC，CPM1A的特點(diǎn):(1) CPM1A可連接可編程終端，選用通訊適配器以相應(yīng)的上位Link或高速NT Link與PT之間進(jìn)行高速通訊。(2) CPM1A有10點(diǎn)至40點(diǎn)多種CPU單元

6、。CPU單元與擴(kuò)展I/O并用，可完成10點(diǎn)到100點(diǎn)的輸入輸出要求。并有AC和DC兩種電源型號(hào)可選擇。(3) CPM1A匯集了各種先進(jìn)的功能，如高速響應(yīng)功能、高速計(jì)數(shù)功能、中斷功能，還備有2個(gè)模擬量設(shè)定。(4) CPM1A由充足的程序容量，具有2048字的用戶程序存儲(chǔ)器和1024字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。(5) CPM1A編程環(huán)境與CQM1及SYSMAC A等機(jī)種相同。由于原有SYSMAC支持軟件及編程器都可繼續(xù)使用，故而系統(tǒng)的擴(kuò)展及維護(hù)都可簡(jiǎn)單進(jìn)行。(6) CPM1A在編程環(huán)境等方面，它不僅具備了以往的小型PLC所具有的功能，還盡可能使安裝空間最小化，并實(shí)現(xiàn)了具有10點(diǎn)100點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的彈性構(gòu)成，

7、而且還可連接可編程控制終端，創(chuàng)造了尚無(wú)前例的靈活運(yùn)用。它不僅可以替代繼電器控制柜，就是作為小型控制器或在傳感器應(yīng)用中，亦能適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不同的需求。2.2開(kāi)關(guān)的選擇開(kāi)關(guān)是一個(gè)可以使電路開(kāi)路、使電流中斷或使其流到其他電路的電子元件。最常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)是讓人操作的機(jī)電設(shè)備，其中有一個(gè)或數(shù)個(gè)電子接點(diǎn)。接點(diǎn)的“閉合”（closed）表示電子接點(diǎn)導(dǎo)通，允許電流流過(guò)；開(kāi)關(guān)的“開(kāi)路”（open）表示電子接點(diǎn)不導(dǎo)通形成開(kāi)路，不允許電流流過(guò)。（1） 電源開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)就是用通過(guò)電路控制開(kāi)關(guān)管進(jìn)行高速的道通與截止將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓。 選擇：電源開(kāi)關(guān)有單電源開(kāi)關(guān)、

8、雙電源開(kāi)關(guān)和多電源開(kāi)關(guān)之分。由于此次課程設(shè)計(jì)只需要一個(gè)電源供電，因此只需要使用單電源開(kāi)關(guān)控制電源閉合和斷開(kāi)。（2） 行程開(kāi)關(guān)行程開(kāi)關(guān)，位置開(kāi)關(guān)（又稱限位開(kāi)關(guān)）的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸頭動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。通常，這類開(kāi)關(guān)被用來(lái)限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。行程開(kāi)關(guān)符號(hào)如圖2-2所示。圖2.1行程開(kāi)關(guān)符號(hào) 選擇：行程開(kāi)關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動(dòng)式、滾輪式、微動(dòng)式和組合式。本次課設(shè)中5個(gè)料倉(cāng)的高限位信號(hào)L1-L5均采用采用直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)。直動(dòng)式行程開(kāi)關(guān)：動(dòng)作原理同按

9、鈕類似，所不同的是：一個(gè)是手動(dòng)，另一個(gè)則由運(yùn)動(dòng)部件的撞塊碰撞。當(dāng)外界運(yùn)動(dòng)部件上的撞塊碰壓按鈕使其觸頭動(dòng)作，當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件離開(kāi)后，在彈簧作用下，其觸頭自動(dòng)復(fù)位。2.3熔斷器的選擇熔斷器（fuse）是指當(dāng)電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，以本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，斷開(kāi)電路的一種電器。熔斷器是根據(jù)電流超過(guò)規(guī)定值一段時(shí)間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開(kāi)；運(yùn)用這種原理制成的一種電流保護(hù)器。熔斷器廣泛應(yīng)用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，作為短路和過(guò)電流的保護(hù)器，是應(yīng)用最普遍的保護(hù)器件之一。 分類：熔斷器可分為插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、封閉式熔斷器、快速熔斷器、自復(fù)熔斷器。 選擇方法： UN熔斷器

10、UN線路； IN熔斷器IN線路； 熔斷器最大分?jǐn)嗄芰?yīng)大于被保護(hù)線路上的最大短路電流。本次課設(shè)使用插入式熔斷器。插入式熔斷器：它常用于380V及以下電壓等級(jí)的線路末端，作為配電支線或電氣設(shè)備的短路保護(hù)用。2.4接觸器的選擇接觸器分為交流接觸器（電壓AC）和直流接觸器（電壓DC），它應(yīng)用于電力、配電與用電。接觸器廣義上是指工業(yè)電中利用線圈流過(guò)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。 分類：按主觸點(diǎn)連接回路的形式分為：直流接觸器、交流接觸器。 a.交流接觸器常用于遠(yuǎn)距離。頻繁地接通和分?jǐn)嗟念~定電壓至1140V、電流至630A的交流電路 b.直流接觸器主要用來(lái)遠(yuǎn)距離接通與分?jǐn)囝~定電壓至440

11、V、額定電流至630A的直流電路和控制直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)及反接制動(dòng)。本次設(shè)計(jì)由于是采用三相交流異步電機(jī)，故采用交流接觸器。2.5熱繼電器的選擇熱繼電器的工作原理是由流入熱元件的電流產(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當(dāng)形變達(dá)到一定距離時(shí)，就推動(dòng)連桿動(dòng)作，使控制電路斷開(kāi)，從而使接觸器失電，主電路斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。繼電器作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)元件，以其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。熱繼電器符號(hào)如圖2-3所示.圖2.2 熱繼電器符號(hào) 技術(shù)參數(shù)：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

12、定電流主要是指通過(guò)熱繼電器的電流額定頻率：一般而言，其額定頻率按照4562HZ設(shè)計(jì)。整定電流范圍：整定電流的范圍由本身的特性來(lái)決定。它描述的是在一定的電流條件下熱繼電器的動(dòng)作時(shí)間和電流的平方成反比。 選擇方法：熱繼電器主要用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載，因此選用時(shí)必須了解電動(dòng)機(jī)的情況，如工作環(huán)境、啟動(dòng)電流、負(fù)載性質(zhì)、工作制、允許過(guò)載能力等。 原則上應(yīng)使熱繼電器的安秒特性盡可能接近甚至重合電動(dòng)機(jī)的過(guò)載特性，或者在電動(dòng)機(jī)的過(guò)載特性之下，同時(shí)在電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)載和啟動(dòng)的瞬間，熱繼電器應(yīng)不受影響(不動(dòng)作)。 當(dāng)熱繼電器用于保護(hù)長(zhǎng)期工作制或間斷長(zhǎng)期工作制的電動(dòng)機(jī)時(shí)，一般按電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選用。例如，熱繼電器的整定值

13、可等于0.951.05倍的電動(dòng)機(jī)的額定電流，或者取熱繼電器整定電流的中值等于電動(dòng)機(jī)的額定電流，然后進(jìn)行調(diào)整。 當(dāng)熱繼電器用于保護(hù)反復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)時(shí)，熱繼電器僅有一定范圍的適應(yīng)性。如果短時(shí)間內(nèi)操作次數(shù)很多，就要選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器。 對(duì)于正反轉(zhuǎn)和通斷頻繁的特殊工作制電動(dòng)機(jī)，不宜采用熱繼電器作為過(guò)載保護(hù)裝置，而應(yīng)使用埋入電動(dòng)機(jī)繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來(lái)保護(hù)。本次課設(shè)中皮帶是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行采用熱繼電器，卸料機(jī)是反復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器。2.6電源選擇PLC電源為DC24V，皮帶及5個(gè)卸料機(jī)統(tǒng)一采用380V交流電，指示燈用DC24V3 課題分析與方案選擇3

14、.1 系統(tǒng)概述及方案選擇 粉料包裝線控制系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)洗衣粉自動(dòng)卸料包裝的一套系統(tǒng)，本次課程設(shè)計(jì)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)自動(dòng)卸料的邏輯控制，并有單次、暫停、預(yù)清等功能，既能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)運(yùn)行，又能根據(jù)實(shí)際要求手動(dòng)加滿每個(gè)料倉(cāng)，并有故障報(bào)警功能及自動(dòng)處理故障的能力?？刂茖?shí)現(xiàn)方案： 自動(dòng)情況下，皮帶1和皮帶2同時(shí)開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)秤粉機(jī)1沒(méi)有故障信號(hào)及L1高限信號(hào)沒(méi)有被觸發(fā)，V1卸料器工作開(kāi)始卸料，卸料完成的同時(shí)觸發(fā)L1高限信號(hào)，V1卸料器停止工作，若秤粉機(jī)1故障，則跳過(guò)V1卸料器，此時(shí)若秤粉機(jī)2無(wú)故障且L2高限信號(hào)沒(méi)有被觸發(fā)，V2卸料器工作開(kāi)始卸料，同時(shí)觸發(fā)L2高限信號(hào)，V2卸料器停止工作，同理當(dāng)V3卸料完成

15、（L3高限信號(hào)觸發(fā)），之后當(dāng)L4高限信號(hào)觸發(fā)，若秤粉機(jī)5沒(méi)有故障則接通V5卸料器，同時(shí)接通V1卸料器。 當(dāng)V5卸料完成，若沒(méi)有按下單次按鈕（若提前按下單次按鈕，則此時(shí)停機(jī)），則等待50S，50S內(nèi)按下停止按鈕則停機(jī)，否則繼續(xù)循環(huán)。 手動(dòng)情況下（自動(dòng)切掉自動(dòng)電源），可分別操作手動(dòng)1-手動(dòng)5，按下手動(dòng)1-5，對(duì)應(yīng)的卸料器工作，松開(kāi)即停止工作，或者由對(duì)應(yīng)的高限信號(hào)L1-L5觸發(fā)停止工作。手動(dòng)自動(dòng)分別有對(duì)應(yīng)的指示燈亮。 按下啟動(dòng)按鈕后，啟動(dòng)指示燈亮，若按暫停按鈕，則暫時(shí)停止工作，暫停指示燈亮，再次按下按鈕重新運(yùn)行，啟動(dòng)指示燈亮 未啟動(dòng)時(shí)可按下預(yù)清按鈕，啟動(dòng)皮帶1和皮帶2，清理積余料，松開(kāi)按鈕停止運(yùn)行。

16、圖3.1 粉料包裝線控制系統(tǒng)流程圖 3.2 PLC輸入輸出口分配 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 0.00 SB1 啟動(dòng)按鈕 10.00 KM1 皮帶1 0.01 SB2 停機(jī)按鈕 10.01 KM2 皮帶2 0.02 SB3 暫?jiǎn)粹o 10.02 KM3 V1 0.03 SQ1 L1高限信號(hào) 10.03 KM4 V2 0.04 SQ2 L2高限信號(hào) 10.04 KM5 V3 0.05 SQ3 L3高限信號(hào) 10.05 KM6 V4 0.06 SQ4 L4高限信號(hào) 10.06 KM7 V5 0.07 SQ5 L5高限信號(hào) 10.07 KM8 秤粉機(jī)1故障信號(hào) 0.08 SB4 手動(dòng)1 11.00 KM9

17、秤粉機(jī)2故障信號(hào) 0.09 SB5 手動(dòng)2 11.01 KM10 秤粉機(jī)3故障信號(hào) 0.10 SB6 手動(dòng)3 11.02 KM11 秤粉機(jī)4故障信號(hào) 0.11 SB7 手動(dòng)4 11.03 KM12 秤粉機(jī)5故障信號(hào) 1.00 SB8 手動(dòng)5 11.04 KM13 自動(dòng)指示燈 1.01 SB9 單次 11.05 KM14 手動(dòng)指示燈 1.02 SB10 秤粉機(jī)1故障 11.06 KM15 啟動(dòng)指示燈 1.03 SB11秤粉機(jī)2故障 11.07 KM16 暫停指示燈 1.04 SB12秤粉機(jī)3故障 1.05 SB13秤粉機(jī)4故障 1.06 SB14秤粉機(jī)5故障 1.07 SB15手動(dòng)/自動(dòng) 1.0

18、8 SB16預(yù)清3.3 I/0接口圖 圖3.2 I/0接口圖 3.4主電路圖 圖3.2 主電路圖1 圖3.3 主電路23.5梯形圖 見(jiàn)附錄3.6助記符 見(jiàn)附錄4 調(diào)試運(yùn)行4.1 硬件電路連接設(shè)置好COM1通信端口，將梯形圖程序下載到CPM1A主機(jī)上，將CPM1A調(diào)為運(yùn)行模式，并連接硬件電路，開(kāi)始調(diào)試運(yùn)行。 圖4.1 硬件接線圖4.2 調(diào)試步驟（1） 按下啟動(dòng)按鈕，皮帶1和皮帶2輸出接通，正常運(yùn)行。（2） 卸料機(jī)1燈亮，V1開(kāi)始卸料，L1高限信號(hào)置1（開(kāi)關(guān)撥到ON），V1燈滅，V2亮，L2置1,V2滅，V3亮，L3置1，V3滅，V4亮，L4置1，V5和V1同時(shí)亮，L5置1,V5和V1滅，等待50

19、S，如果50S內(nèi)不停機(jī)，自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行，50S后，若L1不置1，說(shuō)明V1料倉(cāng)不滿，V1開(kāi)始卸料。（3)按下單次按鈕，從V1開(kāi)始卸料，順序操作直至將L5置1,說(shuō)明循環(huán)完成1次，此時(shí)停機(jī)，實(shí)現(xiàn)單次功能。（4）按下暫停按鈕，生產(chǎn)線電路暫時(shí)失電，暫停指示燈亮，再次按下，重新恢復(fù)供電，繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)一鍵暫?jiǎn)⒐δ?。?）按下手/自動(dòng)按鈕，切換為手動(dòng)，手動(dòng)指示燈亮，此時(shí)操作手動(dòng)1-手動(dòng)5，V1-V5正常下料，再次按下手/自動(dòng)按鈕，切回自動(dòng)模式，自動(dòng)指示燈亮，與自動(dòng)模式互鎖。（6）秤粉機(jī)1-5故障輸入，V1卸料中，按下秤粉機(jī)1故障，自動(dòng)關(guān)閉V1卸料機(jī)，接通V2卸料機(jī)，按下其他故障輸入按鈕，正常實(shí)現(xiàn)功能。(7）未

20、啟動(dòng)時(shí)按下預(yù)清按鈕，皮帶1，皮帶2運(yùn)行，清理皮帶上的積余料。（8）反復(fù)幾次調(diào)試（1）-（7），均正常運(yùn)行，滿足要求。4.3調(diào)試結(jié)果 本次課設(shè)完成了V1-V5自動(dòng)循環(huán)卸料，設(shè)置了啟動(dòng)、停機(jī)、手/自動(dòng)切換、暫停/啟動(dòng)、預(yù)清、單次，并且根據(jù)秤粉機(jī)1-5的故障自動(dòng)跳過(guò)對(duì)應(yīng)卸料機(jī)，實(shí)現(xiàn)故障處理功能，并分別有，暫停指示燈、手動(dòng)/自動(dòng)指示燈、暫停/啟動(dòng)指示燈，完成了出調(diào)機(jī)功能外的所有邏輯控制要求。5 心得體會(huì) 為期一周半的課程設(shè)計(jì)在最后驗(yàn)收中落下帷幕，本次課程設(shè)計(jì)完成了除了調(diào)機(jī)這個(gè)并不理解是什么功能的其他所有功能，并能自動(dòng)循環(huán)運(yùn)行。 一開(kāi)始根據(jù)任務(wù)書理需要滿足的要求，和同學(xué)討論，先把最主要的流程實(shí)現(xiàn)，即從V1卸料到V5卸料這一個(gè)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)暫停、預(yù)清、單次、手自動(dòng)切換，秤粉機(jī)1-5故障都比較順利，初步