湖 南 工 程 学 院
课 程 设 计
课程名称 电气控制与PLC
课题名称 自动配料的PLC控制系统设计 专业班级 姓 名 学 号
指导教师 赖指南、刘星平、唐勇奇、谭梅
2012年6月15日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称 电气控制与PLC 课题名称 自动配料的PLC控制系统设计 专业班级
姓 名 学 号 指导教师 赖指南、刘星平、唐勇奇、谭梅 审 批 黄峰、刘星平
任务书下达日期2012年6月4日
课程设计完成日期2012年6月15日
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设计内容与要求 一. 课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制自动配料的PLC控制系统的电气原理图、控制系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4. 上机调试程序。5. 编写设计说明书 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案合理，所设计的控制系统能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》、GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》。 3.所编写的设计说明书应重点突出，层次清楚，条理分明，篇幅不少于7000字。 主要设计条件 1.实物PLC及其编程软件，PLC实验室 设计说明书装订顺序 3
1.课程设计说明书封面。 2.课程设计任务书。 3.说明书目录。 4.正文（按设计内容逐项书写）。 5.参考文献。 6.附录。 7.课程设计评分表。 设计进度安排 1. 第一周星期一上午：课题内容介绍。 2. 第一周星期一下午：仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。 3. 第一周星期二～第一周星期五：确定控制方案。绘制皮带运输机电气控制系统的电气原理图、控制系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。选择电器元件，列出电器元件明细表。 4. 第二周星期二：试验调试 5. 第二周星期三～第二周星期五：编写设计说明书,答辩。 参考文献 [1] 刘星平.PLC原理及工程应用[M]. 北京： 中国电力出版社 [2] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社 [3] 万太福.可编程序控制器及其应用[M]. 重庆：重庆大学出版社 [4] 工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册[M].北京：水利电力出版社 [5] 谢桂林.电力拖动与控制[M].北京： 中国矿业大学出版社 [6] 刘星平.可编程控制器实验指导书. 湖南工程学院 4
附录：课题简介及控制要求 有一个配料系统有四条传送带的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下：系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。 1.初始状态 系统启动后，红灯L2灭，绿灯L1亮，表明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭，若传感器S1置为OFF（料斗中的物料不满），进料阀开启进料（D4亮）。当S1置为ON（料斗中的物料已满），则停止进料（D4灭）。电动机M1、M2、M3和M4均为OFF。 2.装车控制 当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON，红灯信号灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4，经过1S后，再启动M3，再经1S后启动M2，再经过1S最后启动M1，再经过1S后才打开出料阀（D2亮），料斗出料。 当车装满时，限位开关SQ2为ON，料斗关闭，1S后M1停止，M2在M1停止1S后停止，M3在M2停止1S后停止，M4在M3停止1S后最后停止。同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。 3.停机控制 按下停止按钮SB2，自动配料装车的整个系统终止运行。 试设计满足控制要求的PLC控制系统。
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目录
任务书.........................................2 前言...........................................7 第1章 自动配料系统概述........................8
1.1 控制要求...................................8 1.2 工作过程...................................8
1.3 输入输出列表................................9
1.4 自动配料系统模拟图...........................9
第2章 自动配料系统设计........................10
2.1 I/O接线图..................................10 2.2系统流程图设计..............................11 2.3 主电路设计.................................12
第3章 自动配料系统软件设计....................13
3.1 顺序功能图.................................13 3.2 PLC梯形图.................................14 3.3PLC语句表程序...............................18
第4章 编程调试................................20 结束语.........................................24 附录...........................................24
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前言
可编程序控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。它是在继电接触器控制和计算机控制基础上开发的工业自动控制装置,是计算机技术在工业控制领域的一种应用技术。进入二十世纪八十年代以来，随着社会的不断发展，科学技术的不断提高，微机技术和微电子技术的迅猛发展，人们已经对越来越多的事物不是进行手工操作，而是进行人工智能控制，极大推动了PLC在世界范围内的发展，其功能越来越强大，应用范围越来越广阔，已广泛应用在各种机械和生产过程的自动控制中 。
本次课程设计题目PLC自动配料系统，也正是基于这亚美好的背景下应运而生的。运用所学的可编程控制器的相关知识在实验箱上实现小车取料的控制。改变了以往取料时间长、难度大、效率低的缺点。提高了工作效率，节省了人力资源。本文重点描述了包括硬件设计、软件设计在内的西门子PLC在配料装料系统中的一些细节，主要设计了小车装料的全过程，进行PLC外部连接线，模拟实验，通过观察指示灯的亮灭情况，对装料配料系统进一步理解。
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第1章 自动配料系统概述
1.1 控制要求
有一个配料系统有四条传送带的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下：系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。
1.2 工作过程
1.2.1 初始状态
系统启动后，红灯L2灭，绿灯L1亮，表明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭，若传感器S1置为OFF（料斗中的物料不满），进料阀开启进料（D4亮）。当S1置为ON（料斗中的物料已满），则停止进料（D4灭）。电动机M1、M2、M3和M4均为OFF。
1.2.2 装车控制
当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON，红灯信号灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4，经过1S后，再启动M3，再经1S后启动M2，再经过1S最后启动M1，再经过1S后才打开出料阀（D2亮），料斗出料。
当车装满时，限位开关SQ2为ON，料斗关闭，1S后M1停止，M2在M1停止1S后停止，M3在M2停止1S后停止，M4在M3停止1S后最后停止。同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。
1.2.3 停机控制
按下停止按钮SB2，自动配料装车的整个系统终止运行。
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1.3 输入输出列表
1.3.1 PLC数字量输入点分配表
序号 数字量输入信号功能 元件 1 2 3 4 5 启动按钮 停止按钮 料位检测 车到位 车满 SB1 SB2 S1 SQ1 SQ2 PLC地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 1.3.2 PLC数字量输出点分配表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数字量输出信号功能 元件 出料 料满 进料 绿灯信号 红灯信号 1#皮带运行 2#皮带运行 3#皮带运行 4#皮带运行 D2 D3 D4 L1 L2 M1 M2 M3 M4 PLC地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 1.4 自动配料系统模拟实验面板图
第2章 自动配料系统设计
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2.1 I/O接线图
根据设计要求，要求数字量输入点数为5，数字量输出点数为9，选择S7-200CN CPU的型号为CPU 224XP CN(14入/10出)。I/O接线图如图1.1所示。
通 信M端口0I通 信V端口1MA+SB11M0.0B+SB2S10.11L0.20.0D2SQ10.3SQ20.1D30.4CPU 224XP CN0.2D40.5/AC/DC/Relay0.3L10.6模 块2L0.70.4L22M0.5KM11.00.6KM21.13LKM31.20.71.31.0KM41.41.11.5PEMN·NL+DC24VL1·AC220V总线接口ACFUSQL1
图1.1 I/O接线图
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2.2 系统流程图设计
根据系统工艺要求，当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON，红灯信号灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4，经过1S后，再启动M3，再经1S后启动M2，再经过1S最后启动M1，再经过1S后才打开出料阀（D2亮），料斗出料。
当车装满时，限位开关SQ2为ON，料斗关闭，1S后M1停止，M2在M1停止1S后停止，M3在M2停止1S后停止，M4在M3停止1S后最后停止。同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。其工作流程图设计如图1.2所示。
配料系统终止启动L1亮进车L1灭 L2亮车到位 M4启动1s后电动机M3启动1s后电动机M2启动1s后电动机M2启动1s后电动机M1启动出料口D2出料L2灭 电动机M4停止 L1亮车离开1s后电动机M3停止1s后电动机M2停止1s后电动机M1停止1s后D1亮料装满出料口关闭
图1.2 自动配料系统I/O接线图
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2.3 主电路设计
通过对皮带控制的分析，设计皮带电动机的电气主控制原理如图2.1所示，在图2.1中，QF1为电动机控制主电路的空气断路器，起分断和隔离供电电源作用，并设计有FU1—FU3保险管，与QF1等共同起到短路、过流等总电源回路保护作用。KM1-KM4为控制各段皮带电动机运行的交流接触器，其分段由PLC驱动控制。RJ1-RJ4为电动机保护用热继电器，分别对相应皮带电动机的缺相、短路、过流等故障进行保护。如下图2.1所示。
QF1FU1L1FU2L2L3FU3KM1KM2KM3KM4RJ1RJ2RJ3RJ4M1M2M3M4
图2.1 电气主控制原理图
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第3章 自动配料系统软件设计
3.1 顺序功能图
根据自动配料系统的工作过程，绘制系统顺序功能图如图3.1所示。
SM0.1MO.OI0.0M0.1SQ0.3RQ0.4RQ0.0L1亮 车开进I0.3M0.2SQO.4SQ1.0RQ0.3T37车到位 L2T37亮 M4启动M0.3SQ0.7T38M3启动T38M0.4SQ0.6T39M2启动T39M0.5SQ0.5T40M1启动T40M0.6SQ0.0D2亮 料斗出料I0.4M0.7RQ0.0T41车满 料斗关闭T41M1.0RQ0.5T42M1停止T42M1.1RQ0.6T43M2停止T43M1.2RQ0.7T44M3停止T44M1.3RQ1.0RQ0.4SQ0.3M4停止 L1亮 车开走I0.3
图3.1 自动配料系统顺序功能图
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3.2 PLC梯形图
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3.3 PLC语句表程序
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第4章 编程调试
系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动对货车进行配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。图4.1为系统启动后的状态。绿灯L1亮，进料口D4打开进料。图4.2为汽车到位，货车装料过程，此时红灯L2亮，电机M4、M3、M2、M1依次启动工作。图4.3为车装满，料斗D2关闭，电机M1、M2、M3、M4依次停止。图4.4为车满电机停止，绿灯L1亮，车离开。图
4.5为按下停止按钮，自动配料装车过程终止运行。如下图所示。
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图4.1 系统启动后的状态
图4.2 货车装料过程
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图4.3 车装满过程
图4.4 货车离开
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图4.5 配料装车过程停止
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结束语
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。
参考文献
[1] 刘星平.PLC原理及工程应用[M]. 北京： 中国电力出版社 [2] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社 [3] 万太福.可编程序控制器及其应用[M]. 重庆：重庆大学出版社
[4] 工厂常用电气设备手册[M].北京：水利电力出版社 [5] 谢桂林.电力拖动与控制[M].北京： 中国矿业大学出版社 [6] 刘星平.可编程控制器实验指导书. 湖南工程学院
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电气信息学院课程设计评分表
评 价 项 目 优 设计方案合理性与创造性（10%） 良 中 及格 差 开发板焊接及其调试完成情况*（10%） 硬件设计或软件编程完成情况（20%） 硬件测试或软件调试结果(10%) * 设计说明书质量(20%) 答辩情况(10%) 完成任务情况(10%) 独立工作能力(10%) 出勤情况(10%) 综 合 评 分 指导教师签名：________________
日 期：________________
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注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、
目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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