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1、湖南人文科技学院课程设计报告课程名称:电气控制与PLC应用课程设计设计题目： 三相电热器控制 系 别： 通信与控制工程系 专 业： 自动化 学生姓名： 学 号: 起止日期: 2011年12月21日 2011年12月28日指导教师: 曹锋 李新君 教研室主任： 方智文 指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日成绩评定项 目权重成绩1、设计过程中出勤、学习态度等2、课程设计质量与答辩3、设计报告书写及图纸规范程度总 成 绩 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日摘 要近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动着工业控制的日新月
2、益更新。由于PLC自身的特点和优势，在工业控制中PLC已得到广泛应用，包括机械、冶金、化工、电力、运输建筑等众多领域，应用范围也在不断扩大。三相电热器控制系统就是一个简单的PLC应用，主要运用PLC所具备继电器、计数器及特殊继电器的功能来实现，并且运用模拟的方式来检测系统的可行性。而在PLC控制程序中注重的是互锁的实现、定时器和计数器组成的有限振荡实现灯的闪烁。程序中可分为两方面的控制：第一，点动即用X005的开关状态实现对电热器的点动控制；第二，启动即用X001、X002和X004来实现对电热器的启动和停止；第三，系统的保护电路。关键词：PLC；振荡；特殊继电器；计数器（C）；调试；定时器(
3、T) 目 录第1章 引 言1设计目的1设计内容1设计要求1第2章 系统总体方案设计2方案设计与对比2方案一2方案二2系统硬件配置及组成原理3可编程序控制器PLC的基本组成3PLC的工作原理4系统硬件配置5系统组成原理62.3系统变量定义及分配表7系统接线图设计7系统可靠性设计8第3章 控制系统设计9控制程序流程图设计9控制程序时序图设计9控制程序设计思路11创新设计内容13第4章 系统调试及结果分析14系统调试及解决的问题14结果分析15第5章 结束语16参考文献17附录一（梯形图）18附录二（指令表）21三相电热器控制第1章 引 言1.1 设计目的 通过本次课程设计掌握PLC的编程原理、思路
4、及硬件的接线方式。1.2 设计内容通过PLC控制三相电热器，实现控制目的。1.3 设计要求（1）三相电热器控制（4人一组）（2）COS切在1的位置。 1) 按住PB5，风扇运转MCl、PLl动作，电热器导电MC2、PL2动作，PL4熄灭。 2) 放开PB5，风扇停止运转，电热器断电PL4动作。3) 此时按PBl、PB2、PB4均无作用。（3）COS切在2的位置。 1) 按PBl，风扇运转MCl、PLl闪烁，PL4熄灭。5秒后PLl闪烁5次，PLl亮，此时方可按PB2，电热器导电MC2、PL2动作。 2) 按PB4时电热器断电，15秒后PLl闪烁15次，风扇停止运转，PL4亮。 3) 此时按PB
5、5没有作用。（4）热继电器(THRY)动作时，风扇停止运转，电热器断电，PL4亮，BZ响，PL3闪烁ON05s，OFF05s 。（5）热继电器先复位，警报同前BZ响、PL3闪烁，按PB3，Bz停响，PL3熄灭。（6）先按PB3时，Bz停响，PL3亮；热继电器复位，PL3熄灭。第2章 系统总体方案设计方案设计与对比在电子技术领域中，三相电热器控制的方法有很多种，可以采用不同的原理及器件构成不同的电路来实现控制的目的。在本次设计过程中主要是采用PLC为核心元件的控制系统进行三相电热器控制的目的。2.1.1 方案一该方案主要是利用硬件来实现对三相电热器的控制。采用热继电器、时间继电器、计数器、接触器
6、、中间继电器、开关、信号灯、蜂鸣器等等电子元器件组成三相电热器的控制系统。在系统的设计中充分利用每种元件的功能及相关的机械互锁。例如，信号灯LED的闪烁是利用两个定时器的互锁来实现的，而有限次的闪烁只要在其中加入计数器就可以任意改变灯的闪烁次数；保护电路就是利用热继电器原理来实现保护，即当发生故障时，热继电器的辅助触点动作，使电路处于断开状态，从而达到保护目的。其设计的思路主要是利用中间继电器的多点多功能的特点进行对不同控制的联系，通过充分的利用中间继电器可以减少不必要的误动作，并且简化了接线的复杂度。 方案一控制框图该方案的特点是在设计过程中的线路比较复杂、成本低，但一旦发生故障难以快速的找
7、出故障的原理。2.1.2 方案二 该方案在基本思路上和方案一基本类似，主要是根据PLC可以看成许多继电器、接触器的集合，从而利用PLC来代替了方案一中的中间继电器、时间继电器、计数器、接触器、热继电器等功能器件。整个控制电路是以PLC为核心器件组成的。利用PLC软元件的功能，如输入/输出继电器（X）、辅助继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）等，再结合相关的功能指令（比如：LD/LDI/AND/ADI/MSP/MRP/MPP/RST）实现控制功能。在整个控制方案中，控制程序的编写是最重要的，它反应了控制过程的快速性、稳定性和准确性。程序的设计主要是采用经验设计法，通过由不同的经典程序组合成整
8、个三相电热器的控制程序。 方案二控制框图该方案的特点是设计方法简单、线路比较容易，稳定性比较高；最大的特点是具有很大的功能扩展空间，只要通过改变程序就可以达到不同的扩展要求。从上述两个方案可以看出：方案二比方案一更具有优越性，因为方案一：其硬件电路复杂，可靠性低，发生故障时难以判断具体的位置；方案二：硬件电路简单，可靠性高，并且有较高的精确度，在实现功能的扩展时非常方便。综上几点对比，可以看出方案二的可行性高。系统硬件配置及组成原理2.2.1 可编程序控制器PLC的基本组成可编程控制器采用可以程序的存储器，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，并通过式或模拟
9、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。中央处理单元（CPU板）控制器的核心；输入部件（I/0部件）连接现场设备与CPU之间；输出部件连接驱动或受控元件的接口电路；电源部件为PLC内部电路提供能源；整体结构的PLC四部分装在同一个机壳内；模块式结构的PLC各部件独立封闭，称为模块，通过机架和总线连接而成。I/0的能力可按用户的需要进行扩展和组合，另外，还必须有编程器将用户程序写进规定的存储器内。2.2.2 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU
10、要根据用户控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令号（或地址号）作周期循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。（1）PLC在输入采样阶段首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁在器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入，随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。（2）PLC在程序执行阶段按用户程序指令存放的先后顺序扫描并执行每条指令，经相应的
11、运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中的所有的内容随着程序的执行而改变。（3）输出刷新阶段当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。2.2.3 系统硬件配置PLC型号的选择：PLC机型选择：机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，保证、维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体就考虑几个方面：结构上合理，安装要方便；功能上要相当；机型上应统一；是否在线编程；是否满足响应时间的要求；对联网通信功能的要求；其他特殊要求等。PLC容量的确定：PLC的容量指I/O点数和用户存储器
12、的容量两方面的含义。在选择PLC型号时不应盲追求过高的性能指标，但是在I/O点数和存储器容量方面除了要满足控制系统要求外，还应留有裕量，以做备用或系统扩展时使用。I/O模块的选择：I/O部分的价格占PLC价格的一半以上。不同的I/O模块，其电路和性能不同，它直接影响着PLC的应用范围和价格，应该根据实际情况合理选择。根据以上PLC选型原则分析做三相电热器控制设计的PLC选择：由三相电热器控制要求知，其中输入点分别为COS切换开关、启动按钮PB1、电热器启动按钮PB2、复位按钮PB3、停止按钮PB4、点动按钮PB5和热继电器常开辅助触点FR1等共八个输入点；输出点分别为风扇输出点PL1、电热器输
13、出点PL2、故障报警指示灯PL3、停止指示灯PL4、蜂鸣器BZ等共五个输出点，根据有裕量的原则，I/O输入输出点必须大于8/5；实现控制要求的程序条数在150条以内，所以其存储器容量不必考虑；三相电热器的控制是一个很简单的控制，并且采用的是交流电源，所以在性能价格比上，我们可以采用三菱系列的FX0S-20MR-001型号的PLC。三相电热器的选型方面就要考虑具体的工作环境和性能价格比来定，如根据所放的地方，可采用槽边固定、槽壁固定、极棒上悬挂等安装方式。所以这里不加以介绍。指示灯的选型,根据指示灯所指示的状态可以选择两种颜色灯即绿色、红色各两个，即PL1、PL2、PL3、PL4。再由三相电热器
14、是工作是在三相220V的交流电环境下，所以就选择耐压在220V的交流指示灯。开关的选择，根据程序可以选择一个COS转换开关和四个自动复位按钮。热继电器的选择，根据是控制三相电热器的要求，可选择耐压值在230V到380V之间的交流热继电器。蜂鸣器的选择，根据控制的条件可选择耐压值在230V到380V之间的交流热继电器。2.2.4 系统组成原理根据三相电热器的控制要求可知系统组成是以PLC为核心控制元件来组成控制电路。主电路则是由风扇、电热器、热继电器、熔断器及相关的硬件连线组成。其中热继电器的辅助常开触点当作PLC的一个输入信号，而辅助常闭触点则是连接在输出的总线上，起到保护作用。 图 三相电热器控制主电路主电路的组成主要是根据控制要求来设计的，对三相电热器而言，根据三相就可以确认输入为三相电压，而风扇并没有具体
