中南大学网络教育课程考试机械电子学试题 doc

试题：

设计一个如图所示的自动进给平台，具体要求如下：（100分） （1）采用交流异步电动机驱动平台的进给。

（2）平台的进给方向为水平方向，平台的最大行程为30cm，平台运动到左右两端后自动反向。 （3）采用PLC作为控制器。

（4）给出传感器和主要元器件的具体选型及其技术指标。

（5）给出系统工作原理图，硬件接线图，程序流程图和控制程序，撰写相应的设计报告。

一、 总体方案

根据题目要求总体方案设计如下，选择两个传感器位置分布如图1所示。

图1 总体方案示意图

根据题意要求，设计了一套自动进给平台，其系统具体工作原理如下： （1）本自动进给平台是通过电机传动，由PLC自动控制动作的装置。

（2）平台两端有行程开关，前进到限定位置后，自动退到原位，当到达回位限位时，自动前进，循环往复，自动运行。

（3）当需要停止时，按图3中SB3时，即可停止自动运行。

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二、 传感器的选择及主要元器件的选型：

表1 传感器的选择及主要元器件的选型

名称 可编程控制器 交流接触器 按钮 行程开关（传感器） 继电器 热继电器FR 熔断器FU1 熔断器FU2 三相异步电动机 型号或规格 FX2N-64MR CJ10-20 LA10-3H ME-8108 JZC33F TR-5-N/3 6-12A RT18-10 RT18-2 Y112M-4-22KW 数量 1 2 1 2 2 1 1 1

三、 设计步骤

1．控制案例

当接触到左传感器，给电机正转信号，电动机正转运行；给反转信号，电动机反转运行；给停止信号，无论电动机正转还是反转，都要停止运行。即电动机的控制能实现正反停。 另外，为了保护电机，还设置了过载保护。

2．I/O信号分配

输入／输出信号分配如表2所示。

表2 输入输出信号分配表

输 入（I） 元件 按钮SB1 按钮SB2 按钮SB3 FR1 功能 电机正转 电机反转 电机停止 过载保护 信号地址 X0 X1 X3 X2 元件 电动机 电动机 输 出（O） 功能 正转 反转 信号地址 Y0 Y1

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3．可编程控制器的硬件接线图如图3

图3 电动机正反转控制的PLC外部接线图

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4．程序流程图

经过分析，流程图如下：

图3 电动机正反转控制流程图

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5．梯形图及指令见图4

图4 PLC控制的电动机正反转梯形图及指令表

解题分析报告:

（1）电动机正反转的主电路中，交流接触器KM1和KM2的主触点不能同时闭合，并且必须保证，一个接触器的主触点断开以后，另一个接触器的主触点才能闭合。

（2）为了做到上面一点，梯形图中输出继电器Y0、Y1的线圈就不能同时带电，这样在梯形图中就要加程序互锁。即在输出Y0线圈的一路中，加元件Y1的常闭触点；在输出Y1线圈的一路中，加元件Y0的常闭触点。当Y0的线圈带电时，Y1的线圈因Y0的常闭触点断开而不能得电；同样的道理，当Y1的线圈带电时，Y0的线圈因Y1的常闭触点断开而不能得电。

（3）为了保证电动机能从正转直接切换到反转，梯形图中必须加类似按钮机械互锁的程序互锁。即在输出Y0线圈的一路中，加反转控制信号X1的常闭触点；在输出Y1线圈的一路中，加正转控制信号X0的常闭触点。这样能做到电动机正反转的直接切换。

当电动机加正转控制信号时，输入继电器X0的常开触点闭合，常闭触点断开。常闭触点断开反转输出Y1的线圈，交流接触器KM2的线圈失电，电动机停止反转，同时Y1的常闭触点闭合，正转输出继电器Y0的线圈带电，交流接触器KM1的线圈得电，电动机正转。

当电动机加反转控制信号时，输入继电器X1的常开触点闭合，常闭触点断开。常闭触点断开正转输出Y0的线圈，交流接触器KM1的线圈失电，电动机停止正转，同时Y0的常闭触点闭合，反转输出继电器Y1的线圈带电，交流接触器KM2的线圈得电，电动机正转。

（4）在PLC的输出回路中，KM1的线圈和KM2的线圈之间必须加电气互锁。主要是避免当交流接触器主触点熔焊在一起而不能断开时，造成主回路短路情况的出现。

（5）电动机的过载保护一定要加在PLC控制电路的输入回路中，当电动机出现过载时，热继电器的常开触点闭合，过载信号通过输入继电器X2加入进PLC，断开程序的运行，使输出继电器Y0、Y1同时失电，交流接触器KM1、KM2的线圈断电，电动机停止运行

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5．梯形图及指令见图4

图4 PLC控制的电动机正反转梯形图及指令表

解题分析报告:

（1）电动机正反转的主电路中，交流接触器KM1和KM2的主触点不能同时闭合，并且必须保证，一个接触器的主触点断开以后，另一个接触器的主触点才能闭合。

（2）为了做到上面一点，梯形图中输出继电器Y0、Y1的线圈就不能同时带电，这样在梯形图中就要加程序互锁。即在输出Y0线圈的一路中，加元件Y1的常闭触点；在输出Y1线圈的一路中，加元件Y0的常闭触点。当Y0的线圈带电时，Y1的线圈因Y0的常闭触点断开而不能得电；同样的道理，当Y1的线圈带电时，Y0的线圈因Y1的常闭触点断开而不能得电。

（3）为了保证电动机能从正转直接切换到反转，梯形图中必须加类似按钮机械互锁的程序互锁。即在输出Y0线圈的一路中，加反转控制信号X1的常闭触点；在输出Y1线圈的一路中，加正转控制信号X0的常闭触点。这样能做到电动机正反转的直接切换。

当电动机加正转控制信号时，输入继电器X0的常开触点闭合，常闭触点断开。常闭触点断开反转输出Y1的线圈，交流接触器KM2的线圈失电，电动机停止反转，同时Y1的常闭触点闭合，正转输出继电器Y0的线圈带电，交流接触器KM1的线圈得电，电动机正转。

当电动机加反转控制信号时，输入继电器X1的常开触点闭合，常闭触点断开。常闭触点断开正转输出Y0的线圈，交流接触器KM1的线圈失电，电动机停止正转，同时Y0的常闭触点闭合，反转输出继电器Y1的线圈带电，交流接触器KM2的线圈得电，电动机正转。

（4）在PLC的输出回路中，KM1的线圈和KM2的线圈之间必须加电气互锁。主要是避免当交流接触器主触点熔焊在一起而不能断开时，造成主回路短路情况的出现。

（5）电动机的过载保护一定要加在PLC控制电路的输入回路中，当电动机出现过载时，热继电器的常开触点闭合，过载信号通过输入继电器X2加入进PLC，断开程序的运行，使输出继电器Y0、Y1同时失电，交流接触器KM1、KM2的线圈断电，电动机停止运行

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