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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
2、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
3、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
4、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。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
5、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
6、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
7、，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
8、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
9、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
10、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，
11、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
12、）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
13、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
14、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
