粉料包裝線控制系統(tǒng)設(shè)計

1、揚 州 大 學本科生課程設(shè)計報告 題 目 粉料包裝線控制系統(tǒng)設(shè)計課 程 電氣控制及可編程控制器專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 電氣1302 學 號 131504214 姓 名 指導老師 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)計課題11.2 原始資料及控制要求11.3 設(shè)計目的及要求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126 參考文獻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)計課題粉料包裝線控制系統(tǒng)設(shè)計1.2 原始資料及控制要求粉料包裝線控制系統(tǒng)同時控制二套洗衣粉喂料包裝流水線。原料通過磺化和噴粉等工序處理后，作為成品進入總料倉，然后由皮帶輸送到5個集粉倉(V1V5)，進行喂料。每個集粉倉通過二個口，分別將洗衣粉送到電子秤粉機，經(jīng)過秤量的洗衣粉落入包裝袋，最后進入成品倉庫。喂料程序要求達到：1、隨時將洗衣粉加滿每個料倉；2、如果料位計發(fā)出超高信號或秤粉

3、機有故障時，將自動跳過該料倉，直到恢復正常；3、皮帶上的積余料流入貯料倉；4、當?shù)?個集粉倉喂料時，第1個集粉倉提前將卸料器放下，同時喂料，以便減少皮帶上的積料；5、每個集粉倉的粉末位置由2個料位計檢測，料位的高限信號直接送到PLC輸入接口；6、當電子秤發(fā)生故障或其他原因需要某個工位停機時，可通過現(xiàn)場報警按鈕，將信號送到PLC輸入端，PLC立即停止對該集粉倉喂料，并在模擬屏上發(fā)出聲光報警。模擬屏能真實地反映運行現(xiàn)狀、報警位置及喂料時間等。圖1.1流程圖本系統(tǒng)設(shè)置預(yù)清、啟動、單次、調(diào)機、暫停以及自動手動等控制功能鍵。設(shè)有四個報警操作功能鍵及二套報警程序，分別為“集粉倉報警程序”、“秤粉機報警程序

4、”。 1.3 設(shè)計目的及要求 1、熟悉電氣控制系統(tǒng)的一般設(shè)計原則、設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計程序。2、掌握電氣設(shè)計制圖的基本規(guī)范，熟練掌握PLC程序設(shè)計的方法和步驟。3、學會收集、分析、運用電氣設(shè)計有關(guān)資料及數(shù)據(jù)。4、培養(yǎng)獨立工作和工程設(shè)計能力以及綜合運用專業(yè)知識解決實際工程技術(shù)問題的能力。1.4 課題要求1、設(shè)計原則：國家現(xiàn)行有關(guān)電氣設(shè)計規(guī)范及主管部門規(guī)定等。2、設(shè)計范圍：控制系統(tǒng)主電路及控制電路設(shè)計，電器設(shè)備選型。3、設(shè)計成果：課程設(shè)計報告（設(shè)計說明書及計算書等），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)計時間共一周，進度安排如下

5、：1、設(shè)計準備，熟悉有關(guān)電氣設(shè)計規(guī)范，熟悉課題設(shè)計要求及內(nèi)容。（1天）2、分析控制要求、主電路及控制電路方案設(shè)計。（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、編制程序及程序說明。（1天）5、整理計算書及圖紙、寫課程設(shè)計報告。（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:(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之間進行高速通訊。(2) CPM1A有10點至40點多種CPU單元

6、。CPU單元與擴展I/O并用，可完成10點到100點的輸入輸出要求。并有AC和DC兩種電源型號可選擇。(3) CPM1A匯集了各種先進的功能，如高速響應(yīng)功能、高速計數(shù)功能、中斷功能，還備有2個模擬量設(shè)定。(4) CPM1A由充足的程序容量，具有2048字的用戶程序存儲器和1024字的數(shù)據(jù)存儲器。(5) CPM1A編程環(huán)境與CQM1及SYSMAC A等機種相同。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)的擴展及維護都可簡單進行。(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，并實現(xiàn)了具有10點100點輸入輸出點數(shù)的彈性構(gòu)成，

7、而且還可連接可編程控制終端，創(chuàng)造了尚無前例的靈活運用。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)場不同的需求。2.2開關(guān)的選擇開關(guān)是一個可以使電路開路、使電流中斷或使其流到其他電路的電子元件。最常見的開關(guān)是讓人操作的機電設(shè)備，其中有一個或數(shù)個電子接點。接點的“閉合”（closed）表示電子接點導通，允許電流流過；開關(guān)的“開路”（open）表示電子接點不導通形成開路，不允許電流流過。（1） 電源開關(guān)電源開關(guān)就是用通過電路控制開關(guān)管進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行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓。 選擇：電源開關(guān)有單電源開關(guān)、

8、雙電源開關(guān)和多電源開關(guān)之分。由于此次課程設(shè)計只需要一個電源供電，因此只需要使用單電源開關(guān)控制電源閉合和斷開。（2） 行程開關(guān)行程開關(guān)，位置開關(guān)（又稱限位開關(guān)）的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機械運動部件的碰撞使其觸頭動作來實現(xiàn)接通或分斷控制電路，達到一定的控制目的。通常，這類開關(guān)被用來限制機械運動的位置或行程，使運動機械按一定位置或行程自動停止、反向運動、變速運動或自動往返運動等。行程開關(guān)符號如圖2-2所示。圖2.1行程開關(guān)符號 選擇：行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。本次課設(shè)中5個料倉的高限位信號L1-L5均采用采用直動式行程開關(guān)。直動式行程開關(guān)：動作原理同按

9、鈕類似，所不同的是：一個是手動，另一個則由運動部件的撞塊碰撞。當外界運動部件上的撞塊碰壓按鈕使其觸頭動作，當運動部件離開后，在彈簧作用下，其觸頭自動復位。2.3熔斷器的選擇熔斷器（fuse）是指當電流超過規(guī)定值時，以本身產(chǎn)生的熱量使熔體熔斷，斷開電路的一種電器。熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一段時間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開；運用這種原理制成的一種電流保護器。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，作為短路和過電流的保護器，是應(yīng)用最普遍的保護器件之一。 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； 熔斷器最大分斷能力應(yīng)大于被保護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及以下電壓等級的線路末端，作為配電支線或電氣設(shè)備的短路保護用。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)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。 分類：按主觸點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距離。頻繁地接通和分斷的額定電壓至1140V、電流至630A的交流電路 b.直流接觸器主要用來遠距離接通與分斷額定電壓至440

11、V、額定電流至630A的直流電路和控制直流電動機啟動、停止、反轉(zhuǎn)及反接制動。本次設(shè)計由于是采用三相交流異步電機，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(xiàn)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(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。熱繼電器符號如圖2-3所示.圖2.2 熱繼電器符號 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。整定電流范圍：整定電流的范圍由本身的特性來決定。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反比。 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，如工作環(huán)境、啟動電流、負載性質(zhì)、工作制、允許過載能力等。 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(yīng)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

13、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(diào)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(yīng)性。如果短時間內(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。 對于正反轉(zhuǎn)和通斷頻繁的特殊工作制電動機，不宜采用熱繼電器作為過載保護裝置，而應(yīng)使用埋入電動機繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護。本次課設(shè)中皮帶是長時間運行采用熱繼電器，卸料機是反復短時工作制的電動機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個卸料機統(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)是用來實現(xiàn)洗衣粉自動卸料包裝的一套系統(tǒng)，本次課程設(shè)計是用來實現(xiàn)自動自動卸料的邏輯控制，并有單次、暫停、預(yù)清等功能，既能實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動運行，又能根據(jù)實際要求手動加滿每個料倉，并有故障報警功能及自動處理故障的能力?？刂茖崿F(xiàn)方案： 自動情況下，皮帶1和皮帶2同時開始運行，當秤粉機1沒有故障信號及L1高限信號沒有被觸發(fā)，V1卸料器工作開始卸料，卸料完成的同時觸發(fā)L1高限信號，V1卸料器停止工作，若秤粉機1故障，則跳過V1卸料器，此時若秤粉機2無故障且L2高限信號沒有被觸發(fā)，V2卸料器工作開始卸料，同時觸發(fā)L2高限信號，V2卸料器停止工作，同理當V3卸料完成

15、（L3高限信號觸發(fā)），之后當L4高限信號觸發(fā)，若秤粉機5沒有故障則接通V5卸料器，同時接通V1卸料器。 當V5卸料完成，若沒有按下單次按鈕（若提前按下單次按鈕，則此時停機），則等待50S，50S內(nèi)按下停止按鈕則停機，否則繼續(xù)循環(huán)。 手動情況下（自動切掉自動電源），可分別操作手動1-手動5，按下手動1-5，對應(yīng)的卸料器工作，松開即停止工作，或者由對應(yīng)的高限信號L1-L5觸發(fā)停止工作。手動自動分別有對應(yīng)的指示燈亮。 按下啟動按鈕后，啟動指示燈亮，若按暫停按鈕，則暫時停止工作，暫停指示燈亮，再次按下按鈕重新運行，啟動指示燈亮 未啟動時可按下預(yù)清按鈕，啟動皮帶1和皮帶2，清理積余料，松開按鈕停止運行。

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 輸出信號 0.00 SB1 啟動按鈕 10.00 KM1 皮帶1 0.01 SB2 停機按鈕 10.01 KM2 皮帶2 0.02 SB3 暫啟按鈕 10.02 KM3 V1 0.03 SQ1 L1高限信號 10.03 KM4 V2 0.04 SQ2 L2高限信號 10.04 KM5 V3 0.05 SQ3 L3高限信號 10.05 KM6 V4 0.06 SQ4 L4高限信號 10.06 KM7 V5 0.07 SQ5 L5高限信號 10.07 KM8 秤粉機1故障信號 0.08 SB4 手動1 11.00 KM9

17、秤粉機2故障信號 0.09 SB5 手動2 11.01 KM10 秤粉機3故障信號 0.10 SB6 手動3 11.02 KM11 秤粉機4故障信號 0.11 SB7 手動4 11.03 KM12 秤粉機5故障信號 1.00 SB8 手動5 11.04 KM13 自動指示燈 1.01 SB9 單次 11.05 KM14 手動指示燈 1.02 SB10 秤粉機1故障 11.06 KM15 啟動指示燈 1.03 SB11秤粉機2故障 11.07 KM16 暫停指示燈 1.04 SB12秤粉機3故障 1.05 SB13秤粉機4故障 1.06 SB14秤粉機5故障 1.07 SB15手動/自動 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 見附錄3.6助記符 見附錄4 調(diào)試運行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主機上，將CPM1A調(diào)為運行模式，并連接硬件電路，開始調(diào)試運行。 圖4.1 硬件接線圖4.2 調(diào)試步驟（1） 按下啟動按鈕，皮帶1和皮帶2輸出接通，正常運行。（2） 卸料機1燈亮，V1開始卸料，L1高限信號置1（開關(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同時亮，L5置1,V5和V1滅，等待50

19、S，如果50S內(nèi)不停機，自動循環(huán)運行，50S后，若L1不置1，說明V1料倉不滿，V1開始卸料。（3)按下單次按鈕，從V1開始卸料，順序操作直至將L5置1,說明循環(huán)完成1次，此時停機，實現(xiàn)單次功能。（4）按下暫停按鈕，生產(chǎn)線電路暫時失電，暫停指示燈亮，再次按下，重新恢復供電，繼續(xù)運行，實現(xiàn)一鍵暫啟功能。（5）按下手/自動按鈕，切換為手動，手動指示燈亮，此時操作手動1-手動5，V1-V5正常下料，再次按下手/自動按鈕，切回自動模式，自動指示燈亮，與自動模式互鎖。（6）秤粉機1-5故障輸入，V1卸料中，按下秤粉機1故障，自動關(guān)閉V1卸料機，接通V2卸料機，按下其他故障輸入按鈕，正常實現(xiàn)功能。(7）未

20、啟動時按下預(yù)清按鈕，皮帶1，皮帶2運行，清理皮帶上的積余料。（8）反復幾次調(diào)試（1）-（7），均正常運行，滿足要求。4.3調(diào)試結(jié)果 本次課設(shè)完成了V1-V5自動循環(huán)卸料，設(shè)置了啟動、停機、手/自動切換、暫停/啟動、預(yù)清、單次，并且根據(jù)秤粉機1-5的故障自動跳過對應(yīng)卸料機，實現(xiàn)故障處理功能，并分別有，暫停指示燈、手動/自動指示燈、暫停/啟動指示燈，完成了出調(diào)機功能外的所有邏輯控制要求。5 心得體會 為期一周半的課程設(shè)計在最后驗收中落下帷幕，本次課程設(shè)計完成了除了調(diào)機這個并不理解是什么功能的其他所有功能，并能自動循環(huán)運行。 一開始根據(jù)任務(wù)書理需要滿足的要求，和同學討論，先把最主要的流程實現(xiàn)，即從V1卸料到V5卸料這一個過程，實現(xiàn)暫停、預(yù)清、單次、手自動切換，秤粉機1-