自动装卸线控制系统设计

XXXXX

学院

课程设计说明书

设计题目: 自动装卸线控制系统设计 学生姓名： XXXXX 学 号： XXXXX 专业班级： XXXXX 指导教师： XXXXX

2012 年 12 月 7 日

内容摘要

自动装卸线控制系统，由于其控制简单，成本低，因此广泛应用与车站、码头、仓库、矿井等生产场所。但传统的接触继电器控制系统，有着其自身的缺点。例如：整个运行过程中，小车的速度很难设定，如果太快，启动和制动时由于存在小车惯性很容易造成物料的掉落、抛洒，这样就不能实现安全的启动。

随着经济的不断发展，运料小车的应用也不断扩大到各个领域。继电器-接触器组成的系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷,几乎无数据处理和通信功能,必须有专人负责操作。现将PLC应用到自动装卸控制系统,可实现运料系统的自动化控制,降低系统的运行费用。PLC自动装卸线控制系统具有连线简单,控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便、设计施工调试周期短等优点。

关键词：自动装卸；继电器-接触器控制；PLC控制

目 录

第1章 引言 .......................................................................................................................... 1

1.1 控制要求 .................................................................................................................... 1 1.2 课题要求 .................................................................................................................... 1 1.3 方案设计 .................................................................................................................... 1

第2章 自动装卸线控制系统工作分析 ....................................................................... 2 第3章 继电器——接触器控制线路设计 .................................................................. 3

3.1 继电器——接触器控制系统设计 ............................................................................ 3 3.2 控制线路设计步骤 .................................................................................................... 3

3.2.1 主电路要求 .................................................................................................... 3 3.2.2 设计自锁、连锁、限位保护环节 ................................................................ 4

3.2.3 控制电路设计 ................................................................................................ 4

第4章 PLC控制设计 ......................................................................................................... 6

4.1 PLC选择设计 ............................................................................................................. 6 4.2 PLC的I/O分配表 ..................................................................................................... 7 4.3 I/O接线图 ................................................................................................................. 7 4.4 梯形图的设计 ............................................................................................................ 8 4.5 语句表 ...................................................................................................................... 12 第5章 软件硬件调试...................................................................................................... 13

结 论 .................................................................................................................................... 17 设计总结 ............................................................................................................................... 18 谢 辞 .................................................................................................................................... 19 参考文献 ............................................................................................................................... 20

第1章 引言

1.1 控制要求

电动机M1驱动装料机加料，电动机M2驱动装料车升降，电动机M3驱动卸料机卸料.装卸线操作过程是：

(1) 料车在原位，显示原位状态，按启动按纽，自动线开始工作； (2) 加料定时5S，加料结束； (3) 延时1S，料车上升； (4) 上升到位，自动停止移动； (5) 延时1S，料车自动卸料； (6) 卸料10S，料车复位并下降； (7) 下降到原位，料车自动停止移动。

(8) 能实现单周装卸及连续循环操作。

1.2 课题要求

1. 采用继电接触器控制，完成控制线路的设计。 2. 采用PLC控制

(1) 列出输入输出分配表；

(2) 画出PLC的输入输出设备的接线图；

(3) 利用STEP7-Micro/WIN32软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试；

1.3 方案设计

本次继电器接触器的控制电路设计准备多次利用时间继电器来实现延时控制，利用行程开关实现限位控制。而PLC设计准备采用顺序控制指令来实现顺序转移和顺控结束功能，采用定时器实现延时控制。

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第2章 自动装卸线控制系统工作分析

根据课题要求，画出系统工作简化图:

图2-1 系统简化图

分析料车工作情况，画出工作流程图：

开始

原位指示灯亮 （按下启动按钮）

装料（10S） （定时结束）

暂停（1S） （连续循环） （定时结束）

料车上升 (碰到上行程限位开关)

暂停（1S） （定时结束）

卸料（10S） （定时结束）

料车复位并下降 （碰到下行程原位开关）

N

是否停止 Y (按下停止按钮)

结束

图2-2 流程图

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第3章 继电器——接触器控制线路设计

3.1 继电器——接触器控制系统设计

继电器接触器控制系统是生产机械不可缺少的重要组成部分，它对生产机械能否正确、可靠的工作起着决定性的作用。继电器接触器控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成。它的优点是电路图较直观形象，结构简单、价格便宜、抗干扰能力强，因此广泛应用于各种机床和机械设备。它的缺点是采用固定接线形式，通用性和灵活性差，工作频率低，触电易损坏，可靠性差。

3.2 控制线路设计步骤

3.2.1 主电路要求

KM1控制电机M1正转，驱动装料机加料；KM2控制电机M2正转，驱动装料车上升；KM5控制电机M2反转，驱动装料车下降；KM3控制电机M3正转，驱动装料车卸料；KM4控制电机M3反转，驱动装料车复位。

主电路图如图3-1所示：

图3-1 自动装卸线控制系统主电路图

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3.2.2 设计自锁、连锁、限位保护环节

1、自锁保护

中间继电器KA的常开触点KA对自身自锁保护； 时间继电器KT2的常开触点KT2对自身自锁保护； 接触器KM2的常开触点KM2对自身自锁保护； 接触器KM4的常开触点KM4对自身自锁保护。 2、互锁保护

时间继电器KT2的常闭触点KT2与接触器KM1线圈、时间继电器KT1线圈互锁； 接触器KM2常闭触点KM2与接触器KT2线圈、时间继电器KM5线圈互锁； 时间继电器KT4的常闭触点KT4与时间继电器KT3线圈互锁；

接触器KM4常闭触点KM4与接触器KM3线圈、时间继电器KT4线圈互锁； 接触器KM5常闭触点KM5与接触器KM2线圈互锁。 3、限位保护

行程开关SQ1和SQ2分别实现向上限位和向下原位保护。

3.2.3 控制电路设计

根据上述思路设计控制电路图如图3-2所示：

图3-2 控制电路图

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原理和操作顺序说明：

按下启动按钮SB1，接触器KA线圈得电并自锁，自动装卸线工作；同时，装料车在原位，PG指示灯亮；

由于接触器KA线圈得电，KA常开触点闭合，接触器KM1线圈得电，装料车加料；同时时间继电器KT1线圈得电，经过5S延时，KT1通电延时常开触点闭合，时间继电器KT2线圈得电自锁，时间继电器KT2常闭触点断开，KM1线圈失电，加料结束；

1S延时之后，KT2通电延时常开触点闭合，KM2线圈得电并自锁，料车上升，KM2常闭触点断开；

当料车上升到位时，上行程限位开关SQ1常闭触点断开，KM2线圈失电解除自锁；SQ1常开触点闭合，时间继电器KT3线圈得电自锁，经过1S延时，KT3通电延时闭合常开触点闭合，接触器KM3和时间继电器KT4线圈得电，料车开始卸料；

延时10S之后，KT4通电延时闭合常开触点闭合，KM4线圈得电自锁，KM4常闭触点断开，KT3线圈失电，解除自锁，KT4线圈和KM3线圈失电，卸料结束，料车复位；KM4常开触点闭合，KM5线圈得电自锁，料车下降；

当下降到原位时，原位开关SQ2常闭触点断开，KM4、KM5线圈失电，SQ2常开触点闭合，原位指示灯亮。

若不按下停止按钮SB2，则系统重新进入循环，实现连续循环操作；若按下停止按钮SB2，KA线圈失电解除自锁，机床停止，实现单周装卸。

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第4章 PLC控制设计

4.1 PLC选择设计

PLC问世以来，其发展极为迅速。由最初的1位机发展为8位机，现在的大型PLC已采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，其技术已经相当成熟。

目前，世界上有PLC生产厂200多家，比较著名的有美国的A-B公司、通用电气公司，日本的三菱、松下电工、欧姆龙，德国的西门子，法国的施耐德等。生产的PLC品种繁多，产品的更新换代也极快，著名的生产公司几乎每1~2年即可推出一种新产品。PLC的结构不断改进，功能日益增强，性能价格比越来越高。展望未来，PLC在规模和功能上正朝着两个方向发展。一方面，大型PLC不断向大容量、高速度、多功能的方向发展，能取代工业控制微机对大规模复杂系统进行综合性的自动控制。另一方面，小型PLC向超小型、简易、廉价方向发展，能真正完全取代最小的继电接触器系统，适应单机、数控机床和工业机器人等领域的控制要求。另外，不断增强PLC的联网通信功能，便于分散控制与集中控制的实现；大力开发智能I/O模块，极大地增强PLC的过程控制能力，提高它的适应性和可靠性；不断使PLC的编程语言与编程工具向标准化和高级化方向发展。

PLC是计算机技术与传统的继电器接触器控制技术相结合的产物，其基本设计思想是把计算机的功能完善、灵活、通用等优点和继电器接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来。目前它已经成为工业自动化控制的强有力工具。

本次课程设计使用的是德国西门子S7-200的CPU222型PLC，本机集成8输入/6继电器输出，共14个数字量I/O 点。8K字节程序和数据存储空间，2 个高速计数器，2 路20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。以下分别设计了PLC的I/O分配表、接线图、梯形图和语句表。

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4.2 PLC的I/O分配表

表4-1 PLC控制输入输出分配表

控制信号 输入信号 信号名称 系统启动信号 终点信号 原位信号 系统停止信号 输出信号 料车装料信号 料车上升信号 料车卸载信号 料车复位信号 料车下降信号 原位状态信号 元件名称 常开按钮 行程开关 行程开关 常开按钮 交流接触器 交流接触器 交流接触器 交流接触器 交流接触器 指示灯 元件符号 SB1 SQ1 SQ2 SB2 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 PG 地址编码 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5

4.3 I/O接线图

图 4-1 PLC的外围设备接线图

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4.4 梯形图的设计

梯形图是PLC编程的高级语言,所有PLC厂家的PLC产品均支持梯形图语言编程。梯形图只有触点(表示输入条件)、线圈(表示输出结果)和指令盒(表示一些复杂功能的附加指令)三种基本指令格式,利用梯形图编程器可以建立与电气原理图相类似的程序,具有梯级或网络段结构,有利于程序的阅读理解、运行调试和修正很容易被PLC编程人员和维护人员接受和掌握。

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图4-2 梯形图

本程序是顺序控制，采用顺序控制指令。

初始化脉冲SM0.1用来置位S0.0(即把状态S0.0激活)

当按下启动按钮，I0.0得电闭合，M0.0得电自锁，状态位S0.0置1，自动装卸线工作；

同时，Q0.5得电输出，原位指示灯亮，同时Q0.0得电输出，料车加料；定时器T37得电，状态从状态S0.0转移到状态S0.1，同时状态S0.0复位；

T37定时5S之后，T38得电，开始定时，1S之后，Q0.1得电输出，料车上升；状态从状态S0.1转移到状态S0.2，同时状态S0.1复位；

当上升至最高位时，I0.1得电，T39开始定时，1S之后，Q0.2得电输出，料车卸料；T40得电，状态从状态S0.2转移到状态S0.3，同时状态S0.2复位；

T40定时10S之后，Q0.3得电，同时Q0.5得电输出，料车下降；当下降到原位时，10.2得电，状态从状态S0.3转移到状态S0.0，同时状态S0.3复位；

系统重新进入程序循环。当按下停止按钮，I0.3得电，M0.0失电，系统停止循环，实现单周装卸；否则，系统进入循环，实现连续循环装卸。

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4.5 语句表

// 启动单周和连续装卸控制 LD I0.0 O M0.0 AN I0.3 = M0.0 // 系统初始化 LD SM0.0 S S0.0, 1 Network 3 LSCR S0.0

// 灯亮，开始加料，并且定时5秒LD I0.2 = Q0.5 Network 5 LD M0.0 = Q0.0 TON T37, +50 // 5秒后，进入延时阶段 LD T37 SCRT S0.1 Network 7 SCRE Network 8 LSCR S0.1

// 延时1秒后，料车上升 LD SM0.0 TON T38, +10 A T38 = Q0.1 Network 10 LD I0.1

SCRT S0.2 Network 11 SCRE Network 12 LSCR S0.2

// 料车上升到位后，开始延时；延时1秒后，料车卸料，并定时10秒 LD SM0.0 TON T39, +10 A T39 = Q0.2 TON T40, +100 Network 14 LD T40 SCRT S0.3 Network 15 SCRE Network 16 LSCR S0.3

// 10秒后，料车复位，并且开始下降 LD SM0.0 = Q0.3 Network 18 LD Q0.3 = Q0.4

// 下降到原位后，重新进入循环 LD I0.2 SCRT S0.0 Network 20 SCRE

图4-3 语句表

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第5章 软件硬件调试

软硬件调试过程中出现了一些问题，通过理论分析与实践的反复进行和论证，许多问题都有了较好的解决方案，最终实现了系统的功能。

软件部分采用各部分程序直接转的方式，依次实现了PLC流程图、梯形图、指令表三种控制方式。用此种方法编写程序条理清晰，连贯性强，但若要增加其它控制方式或进行扩展，程序会变得相当复杂而且容易出错，出错后调试修改也很困难。

作为一个好的控制系统必须把各种控制都考虑在内之外，还要考虑安全控制，一个安全的系统才是真正的好系统。

硬件调试：接通电源，检查可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。

软件调试：按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM中，进行下一步的调试。

运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开可编程控制器的“RUN”开关进行调试；观察运行的情况，看按下按钮时是否按要求工作。

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按下启动按钮SB1，灯亮，小车开始装料：

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碰到行程开关SQ1：

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碰到行程开关SQ2，系统重新进入循环：

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结 论

本设计分别利用继电器接触器控制和PLC控制，设计了继电器具体控制的方法和PLC控制的优势。从技术上看，计算机技术的新成果会更多的应用于可编程控制器的设计和制造上，完备的人机界面和通信设备会更好的适用各种工业控制场合的需求。伴随着计算机网络的发展，可编程控制作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业化以外的众多领域发挥重要的作用。

本设计完成了课程设计说明书上的要求，实现了料车装料-上升-卸料-复位-下降的功能，设计简单、清晰、明了。但是，本设计还是存在着纰漏：当外部突然停电之后，料车停止工作；再次恢复供电时，料车不能工作，这是正确的。但是当按下启动按钮后，料车很可能还是不能动。因为本设计要求是当小车在起始位置碰到原位行程开关的前提下按下起始按钮，料车才会启动。而断电时料车可能处于任意位置，这就是我认为的最大问题所在，需要后需改进。

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设计总结

课程设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

回顾此次课程设计，我感慨颇多。通过这次对自动装卸线控制系统的继电器接触器控制和PLC控制，让我们对继电器接触器控制电路和PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解。有很多设计理念来源于实际，从中可以找出做适合的设计方法。从理论到实践，在两个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，不仅可以巩固了以前所学的知识，而且学到了很多在书本上没有的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实践相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把理论与实践结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到的问题，可以说得是困难重重，这毕竟是第一次做的，难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现自己的不足之处，对以前所学的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固，比喻说不懂一些元器件的使用方法，对PLC编程掌握的不好??通过这次课程设计之后，一定要把以前的知识重新温习。

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。

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谢 辞

非常感谢学校学院给了我们这次非常重要的实践机会，对我们的能力提高非常有帮助，对以后的工作能更好更快的融入工作中去。还要感谢王老师不辞劳苦的辛勤指导，对每个简单或难的问题都予以精彩深刻的解答，使我又学到了很多的知识。

通过这次综合实践，我更加看清了自己的不足之处。为了搞好这次课程设计，通过查阅资料以及在王老师和同学的帮助下，最终基本达到了设计目的。通过实践，巩固了理论知识的学习，提高了实际应用所学知识的能力，还积累了许多宝贵的经验。特别是老师严谨的态度给我启发不小。在这次的设计实践过程中，我认识到不管做什么事，都需要大胆假设，小心求证。任何一个方案都要经过详细周全的论证后才能着手去做，否则即使很快做出来，但经不起推敲和考验。对于那些要求能够扩展功能的课题更是如此。

总之，这次实习要再次感谢学院和指导老师王老师，使自己又在课本知识上更深刻的理解和研究，在实践能力上也同样大大提高，综合能力都提高显著。

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参考文献

[1] 王宗才.机电传动与控制.电子工业出版社，2012 [1] 廖常初.PLC基础及应用.机械工业出版社，2004

[2] 于庆广.可编程控制器原理与系统设计.清华大学出版社，2004 [3] 赵金荣.可编程序控制器原理及应用.上海应用技术学院，1999 [4] 易传禄.可编程序控制器应用指南.上海科普出版社，2006 [5] 方承远.工厂电气控制技术.机械工业出版社, 2004 [6] 王永华.现代电气及可编程技术.机械工业出版社，1997 [7] 汤以范.电气与可编程序控制器技术.机械工业出版社，2005 [8] 刘子林.电机与电气控制[M].北京:电子工业出版社，2003 [9] 程周.电气控制与PLC原理及应用[M].北京:电子工业出版社，2003

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dzy7.html