工業(yè)自動清洗機系統(tǒng)設(shè)計

電氣信息學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課題名稱工業(yè)自動清洗機的限制系統(tǒng)設(shè)計姓名專業(yè)班級學(xué)號指導(dǎo)老師課程設(shè)計時間一、任務(wù)及要求設(shè)計任務(wù)以PLC為核心，設(shè)計一個工業(yè)自動清洗機的限制系統(tǒng)，為此要求完成以下設(shè)計任務(wù)：1.依據(jù)工藝過程和限制要求，確定限制方案。2.配置電器元件，選擇PLC型號。3.繪制工業(yè)自動清洗機的限制線路原理圖和PLCI/O接線圖。設(shè)計PLC梯形圖程序，列出指令程序清單。4.上機調(diào)試程序。5.編寫設(shè)計說明書。設(shè)計要求1.一般要求：（1）所選限制方案應(yīng)合理，所設(shè)計的限制系統(tǒng)應(yīng)能夠滿意限制對象的工藝要求，并且技術(shù)先進，平安牢靠，操作便利。（2）所繪制的設(shè)計圖紙符合國家標(biāo)準(zhǔn)局頒布的GB4728－84《電氣圖用圖形符號》、GB6988－87《電氣制圖》和GB7159－87《電氣技術(shù)中的文字符號制定通則》的有關(guān)規(guī)定。（3）所編寫的設(shè)計說明書應(yīng)語句通順，用詞精確，層次清晰，條理分明，重點突出。2.具體要求：（1）課題簡介在工業(yè)現(xiàn)場有一種自動清洗機，工作時將須要清洗的部件放在小車上，按啟動按鈕后小車自動進入清洗池指定位置A，首先加入酸性洗料，小車再接著前行到另一位置B,然后返回到位置A，打開排酸閥門將酸性洗料放出，完成一次酸洗后。再加入堿性洗料，清洗過程同酸洗。等堿性洗料完全放出后，小車從位置A回到起始位置，等待下次啟動信號。（2）限制要求該清洗設(shè)備的小車前進后退通過電動機的正反轉(zhuǎn)限制，酸性洗料和堿性洗料通過兩個泵分別注入，通過打開電磁閥排放洗料，在這里洗料的注入和放出都通過時間限制，實際的清洗也可以用液位開關(guān)限制。二、進度支配1.第一周星期一：布置課程設(shè)計任務(wù)，講解設(shè)計思路和要求，查閱設(shè)計資料。2.第一周星期二～星期四：具體了解清洗機的基本組成結(jié)構(gòu)、工藝過程和限制要求。確定限制方案。配置電器元件，選擇PLC型號。繪制清洗機的限制線路原理圖和PLCI/O接線圖。設(shè)計PLC梯形圖程序，列出指令程序清單。4.第一周星期五：上機調(diào)試程序。5.其次周星期二～星期四：編寫設(shè)計說明書。6.其次周星期五：答辯。目錄第1章PLC的概述...........................................4第2章限制方案設(shè)計.........................................52.1設(shè)計目的..............................................52.2限制要求及設(shè)計方案....................................52.3確定輸入、輸出及PLC機型..............................5限制系統(tǒng)硬件設(shè)計.....................................63.1I/O接口地址安排......................................63.2PLC的外部硬件接線圖.................................73.3依次功能圖............................................83.4梯形圖................................................9PLC程序調(diào)試.........................................134.1調(diào)試規(guī)則.............................................134.2調(diào)試方法與結(jié)果.......................................14第5章設(shè)計心得與體會......................................15第1章PLC的概述可編程限制器(ProgrammableLogicalController)簡稱PLC，是一種以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動限制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動限制裝置。它是從早期的繼電器邏輯限制系統(tǒng)發(fā)展而來的，從最初的邏輯限制、依次限制，發(fā)展為具有邏輯推斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)整等功能的現(xiàn)代PLC。它具有牢靠性高、模塊化組合敏捷、功能強、編程便利、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、安裝維護簡潔以及運行速度快等特點。由于它具有體積小、功能強、程序設(shè)計簡潔、維護便利等優(yōu)點，特殊是它適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的實力和它的高牢靠性，使它的應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)被稱為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱(即PLC、機器人和CAD／CAM)之一。PLC是基于計算機技術(shù)和自動限制理論發(fā)展而來的，它既不同于一般的計算機，又不同于一般的計算機限制系統(tǒng)，作為一種特殊形式的計算機限制裝置，它在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件組成，軟件結(jié)構(gòu)以及多通道用戶界面等很多方面都有其特殊性。從原理上說，可編程限制器和計算機是一樣的，為了和工業(yè)限制相適應(yīng)，PLC采納掃描原理來工作。之所以采納這樣的工作方式，是因為PLC是由繼電器限制發(fā)展而來的，而CPU掃描用戶程序的時間遠遠短于繼電器的動作時間，只要采納循環(huán)掃描的方法就可以解決其中的沖突。循環(huán)掃描的工作方式是PLC區(qū)分于一般的計算機限制系統(tǒng)的一個重要方面。雖然各種PLC的組成各不相同，但是在結(jié)構(gòu)上是基本相同的，一般由CPU、存儲器、輸入輸出設(shè)備(I/O)和其他可選部件組成。其他的可選部件包括編程器、外存儲器、模擬I/O盤、通信接口、擴展接口等。CPU是PLC的核心，它用于輸入各種指令，完成預(yù)定的任務(wù)起到了大腦的作用；存儲器包括隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM，通常將程序以及全部的指定參數(shù)同化在ROM中，RAM則為程序運行供應(yīng)了存儲實時數(shù)據(jù)與計算中間變量的空間；輸入輸出系統(tǒng)(I/O)使過程狀態(tài)和參數(shù)輸入到PLC的通道以及實時限制信號輸出的通道，這些通道可以有模擬量輸入、模擬量輸出、開關(guān)量輸入、脈沖量輸入等，使PLC的應(yīng)用特別廣泛。第2章限制方案設(shè)計2.1設(shè)計目的通過試驗了解和熟識FX系列PLC的結(jié)構(gòu)和外部接線方法，了解實際程序的調(diào)試方法、斷電保持協(xié)助繼電器的應(yīng)用,了解PLC的幾種編程。明白PLC的特點，知道自己學(xué)習(xí)的不足。2.2分析限制要求、確定設(shè)計方案（1）動作依次：裝完須要清洗的工件，按下啟動按鈕，小車前進進入清洗池，到達A位置加入酸性洗料5秒鐘，小車接著前進，到達B位置后小車后退，當(dāng)?shù)竭_A位置放出酸性洗料5秒鐘，再加入堿性洗料5秒鐘，小車又前進到達B位置，然后小車后退至A位置，放出堿性洗料5秒鐘，小車后退至起始位置，完成一個清洗周期。（2）動作要求：該清洗設(shè)備的小車前進后退通過電機正反轉(zhuǎn)限制，酸性洗料和堿性洗料通過兩個泵分別注入，通過打開電磁閥排放洗料，在這里洗料的注入和放出都是通過時間限制的。經(jīng)過分析本程序為單序列運行程序，確定用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法設(shè)計。2.3確定輸入、輸出及PLC機型（1）輸入：6個，分別為啟動按鈕、A點限位開關(guān)、B點限位開關(guān)、放酸閥開關(guān)、放堿閥開關(guān)、回到起始按鈕位置。（2）輸出：6個，電動機正轉(zhuǎn)、電動機反轉(zhuǎn)、加酸泵工作、放酸泵工作、加堿泵工作、放堿泵工作。第3章限制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1I/O地址安排確定系統(tǒng)的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，進行PLC的I/O安排，畫出I/O口地址安排表。3.2PLC的外部硬件接線圖了解和熟識被限制設(shè)備的工藝限制和機械的動作狀況，依據(jù)繼電器電路圖分析和駕馭限制系統(tǒng)的工作原理，這樣才能做到在設(shè)計和調(diào)試限制系統(tǒng)時心中有數(shù)。在分析PLC限制系統(tǒng)的功能時，可以將他想像成一個繼電器限制系統(tǒng)中的限制系統(tǒng)，其外捕接線圖描述了這個限制箱的外部接線。畫出PLC的外部接線圖后，同時也確定了PLC的個輸入信號和輸出負(fù)載對應(yīng)的輸入繼電器和輸出繼電器的元件號。3.3依次功能圖依次限制設(shè)計法與依次功能圖依次限制是依據(jù)生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的依次,在各個輸入信號的作用下,依據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的依次,在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。3.4設(shè)計梯形圖程序梯形圖是這個限制箱的內(nèi)部“線路圖”，梯形圖中的輸入繼電器和輸出繼電器是這個限制箱與外部世界聯(lián)系的“接口繼電器”，這樣就可以用分析繼電器電路圖的方法來分析PLC限制系統(tǒng)。依據(jù)上述的對應(yīng)關(guān)系，將繼電器電路圖“翻譯”成對應(yīng)的“梯形圖”，再依據(jù)梯形圖的編程規(guī)則將“梯形圖”轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)合理的梯形圖。對于困難的限制電路可劃整為零，先進行局部的轉(zhuǎn)換，最終再綜合起來。寫出以下的完整梯形圖。第4章PLC程序調(diào)試4.1調(diào)試規(guī)則系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)首先按限制要求將電源、外部電路與輸入/輸出端子連接好，然后將限制程序送入可編程限制器中，并使PLC處于運行狀太。然后即可對整個系統(tǒng)進行運行調(diào)試，具體方法和過程如下：（1）對每個現(xiàn)場信號和限制量作單獨測試對于一個系統(tǒng)說，現(xiàn)場信號和限制量一般不只一個，但可以人為地使各現(xiàn)場信號或限制量一個一個單獨滿意要求。當(dāng)一個現(xiàn)場信號或限制量滿意要求時，視察可編程限制器輸出端和相應(yīng)驅(qū)動的外部設(shè)備的運行狀況是否正確，當(dāng)接線精確時再檢查程序；修改限制程序不妥之處，直到對每一個現(xiàn)場信號和限制量單獨作用時均滿意要求為止。（2）對現(xiàn)場信號和限制量作模擬實況組合測試，通過現(xiàn)場信號和限制量的不同組合來調(diào)試系統(tǒng)，即人為地使兩個或多個現(xiàn)場信號或限制量同時滿意要求，以此來視察可編程限制器輸出端和外部設(shè)備的運行狀況是否滿意系統(tǒng)的限制要求。一旦出現(xiàn)問題，此時的故障基本上是屬于限制程序的問題，請細致檢查限制程序并加以修改，直到滿意系統(tǒng)要求為止。（3）系統(tǒng)整體綜合調(diào)試整個系統(tǒng)的綜合調(diào)試是對各現(xiàn)場信號和限制量按實際限制要求進行模擬運行，以視察整個系統(tǒng)的運行狀況和性能是否符合系統(tǒng)的限制要求。若限制規(guī)律古符合要求。絕大多數(shù)是因為限制程序有問題，應(yīng)細致檢查并修改程序；若性能指標(biāo)不滿意要求，應(yīng)當(dāng)從硬件和軟件兩個方面加以分析，調(diào)整硬件參數(shù)，優(yōu)化程序，使系統(tǒng)達到志向要求。用于工業(yè)限制的可編程限制器系統(tǒng)要求有很高的牢靠性，為提高可編程限制器本身的牢靠性和抗干擾實力。（4）軟硬件調(diào)試：接通電源，檢查三菱FX2N-16EX可編程限制器是否可以正常工作，接頭是否件調(diào)試：按要求輸入梯形圖，轉(zhuǎn)換成指令表，并進行語法的檢查，正確后設(shè)置正確的通信口，將指令讀入到指定的可編程限制器ROM中，進行下一步的調(diào)試。

運行調(diào)試：在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試正確的基礎(chǔ)上，打開三菱FX2N-16EX可編程限制器的“RUN”開關(guān)進行調(diào)試；視察運行的狀況，看是否是隨時按下停止按鈕可以停止系統(tǒng)運行，或者等待100個脈沖后，系統(tǒng)是否停止運行。依據(jù)以上的調(diào)試狀況，本彩燈循環(huán)點亮的PLC限制系統(tǒng)設(shè)計符合要求。4.2調(diào)試方法與結(jié)果1.酸洗步驟：將清洗部件放在小車上，此時小車處于起始位置，按下啟動按鈕I0.0，繼電器Q0.0動作，電機正轉(zhuǎn)，小車前進；到達A點后，閉合A點限位開關(guān)I0.0，繼電器Q0.1動作，打開加酸閥門加入酸性洗料并計時5分鐘，計時5分鐘后，繼電器Q0.0動作，電機正轉(zhuǎn)，小車接著前進；到達B點后，閉合B點限位開關(guān)，繼電器Q0.2動作，電機反轉(zhuǎn)，小車后退；回到A點后，閉合A點限位開關(guān)，繼電器Q0.3動作，打開排酸閥門將酸性洗料放出并計時5分鐘，完成一次酸洗。2.堿洗步驟：完成酸洗后，此時小車仍處于位置A,繼電器Q0.4動作，打開加堿閥門加入堿性洗料并計時5分鐘，計時5分鐘，繼電器Q0.0動作，電機正轉(zhuǎn)，小車接著前進；到達B點后，閉合B點限位開關(guān)，繼電器Q0.2動作，電機反轉(zhuǎn)，小車后退；回到A點后，閉合A點限位開關(guān)，繼電器Q0.5動作，，打開排堿閥門將堿性洗料放出并計時5分鐘，完成一次堿洗；計時5分鐘，小車回到起始位置。第5章設(shè)計心得與體會通過這次對工業(yè)自動清洗機系統(tǒng)的PLC限制的試驗，讓我了解了PLC梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于PLC設(shè)計原理。有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找出最適合的設(shè)計方法。課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)學(xué)問的一種檢驗，而且也是對自己實力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來學(xué)問還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)當(dāng)不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己學(xué)問。在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進一步了，同學(xué)之間相互幫助，有什么不懂的大家在一起商議，聽聽不同的看法對我們更好的理解學(xué)問，所以在這里特別感謝幫助我的同學(xué)。在此要感謝我們的指導(dǎo)老師沈細群對我們悉心的指導(dǎo)，感謝老師們給我們的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)溝通閱歷和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少學(xué)問，也經(jīng)驗了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)