自动轧钢机的PLC控制系统设计 (1)

《创新课程设计》报告书 题 目 名 称： 自动轧钢机的PLC控制系统设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 2013级2班 学 号： 姓 名： 指 导 教 师： 2016年12月 课程设计报告书

设 计 目 的

课程设计是教学和工程实践的重要结合点，是学生毕业前进行全面、综合、实践训练的教学环节，对培养学生的实践能力、创新能力、全面提高教学质量有着重要意义，通过对自动轧钢机控制系统的工作原理的分析、系统设计、编程、及上机调试工作的实践，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC对PLC工作状况进行监控的方法。 设计 内容 及 功能 说明 设计 内容 及 功能 说明

开机时，ABC三个发光二极管均为OFF，端子第一次接通时，最上面的A灯亮，表示有一个压下量；第二次接通时，上面和中间的A、B灯亮，表示有两个压下量；第三次接通时，A、B、C三灯都亮，表示有三个压下量；第四次接通时，A、B、C三灯都熄灭，表示轧钢机复位；第五次接通时动作同第一次，如此循环。 （1）单周期自动控制。当按下启动按钮，电机M1、M2运行，传送钢板，检测传送带上有无钢板的传感器S1有信号（为ON），表示有钢板，则电机M3正转，S1信号消失（为OFF），检测传送带上钢板到位，电磁阀Y1动作，电机M3反转。压力输出端接通，给出一个下压量，A灯亮；S2信号消失，S1=ON，电机M3正转；S1信号消失时，S2=ON，电机M3反转，压力输出端再次接通，又给出一个下压量，B灯亮；S2信号消失，S1=ON，电机M3再次正转；第三次S1=0FF时，S2=ON,电机M3反转，压力输出端又给出一个下压量，C灯亮,系统停留4秒，此时进行轧钢作业；S2信号消失，S1=ON，电机M3再次正转；第四次S1=0FF时，S2=ON,电机M3反转，压力输出端再次接通，A、B、C三灯都熄灭，系统停机，需重新启动； （2）连续自动控制。打开启动开关，电机M1、M2运行，传送钢板。传送带上有钢板时，传感器S1=ON，电机M3正转；钢板传送到位时，S1=0FF时，S2=ON,电磁阀Y1动作，电机M3反转，压力输出端接通，给出一个下压量，A灯亮；S2信号消失，S1=ON，电机M3正转；S1信号消失时，S2=ON，电机M3反转，压力输出端，再次接通，又给出一个下压量，B灯亮；S2信号消失，S1=ON，电机M3再次正转；第三次S1=0FF时，S2=ON,电机M3反转，压力输出端又给出一个下压量，C灯亮,系统停留4秒，此时进行轧钢作业。 S2信号消失，S1=ON，电机M3再次正转；第四次S1=0FF时，S2=ON,电机M3反转，压力输出端再次接通，A、B、C三灯都熄灭，等待3秒，从头继续运行； （3）计数自动控制。打开启动开关，电机M1,M2运行，传送钢板。传送带上有钢板时，传感器S1=ON,电机M3正转；当钢板传送到位时，S1=OFF,S2=ON,电磁阀Y1动作，电机M3反转，压力输出端接通，给一向压下量A灯亮，S2信号消失，S1=ON,电机M3正转；S1的信号消失时，S2=ON,电机M3反转，压力输出端再次接通，又给一向下压力量，B灯亮；S2信号消失，S1=ON,电机M3再次正转；第三次S1=OFF时，S2=ON,电机M3反转，压力输出端又给一向下压量，C灯亮，S2信号消失，S1=ON,电机M3再次正转；第四次S1=OFF时，S2=ON,电机M3反转，压力输出端，再次接通，A,B,C三灯都熄灭，程序计数一次，等待3秒后，从头继续。计数达到4次后，程序自动停止。 设 计 步 骤

一、PLC的基本组成 PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如图1所示。

图1 硬件系统结构 二、硬件设计 根据控制要求，本设计有2个检测信号，S1用于检测待加工钢板是否已在传输带上，S2用于检测待加工钢板是否到达加工点。S1有效时，M1、M2工作，M3正转。S2有效时，M3反转，Y1动作。轧钢机需要重复三次，停机一分钟，将加工好的钢板放入加工后钢板存储区，因此需要计数器和定时器，并且计数达到预定值后还要复位,。结构示意图中S1为检测传送带上有无钢板传感器，S2为检测传送带上钢板是否到位传感器。M1、M2为传送带电动机；M3F和M3R为传送带电动机M3的正转和反转指示灯；Y1为锻压机。结构示意图如图2。 设 计 步 骤 设 计 步 骤

图2 结构示意图 三、主电路设计 电气原理图是根据电气控制系统的工作原理，采用电器元件展开的形式，利用图形符号和项目符号表示电路各电器元件中导电部件和接线端子连接关系的电路图。电气原理图并不按电器元件实际布置来绘制，而是根据它在电路中所起的作用画在不同的部位上。电气原理图具有结构简单、层次分明的特点，适合研究和分析电路工作原理，在设计研发和生产现场等方面得到广泛应用，主电路图如图3所示。 图3 主电路 四、程序流程图 根据控制要求分析，按下启动开关，电动机M1、M2运行，Y1(第1次)给出向下的扎压量。用开关S1模拟传感器，当传送带上面有钢板时，传感器S1为ON，则电动动机M3正转，钢板轧过后，S1信号消失为OFF。检测传送带上面钢板到位的传感器S2为ON，表示钢板到位，电磁阀2动作，电动机M3反转，将钢板推回。Y1第2次给出比Y1第1次给出更大的轧压量，S2信号消失，S1有信号电动机M3正转。当传感器S1的信号消失，仍重复上述动作，完成3次轧压。当第3次轧压完成后，传感器S2有信号，可以停机，如果需要重新启动，则重新开始按下启动开关。程序流程图如图4。

图4 程序流程图 设

计 步 骤 设 计 步 骤 设 计 步 骤

五、I/O分配 在本次系统设计中，我们定义的I/O分配表如表2-1所示。将4个输入信号和9个输入信号按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O点一一对应，编排地址如下表。数字量扩展模块的地址分配是从最靠近CPU模块的数字量模块开始，在本机数字量地址的基础上从左到右按字节连续递增，本模块高位实际位数未满8位的，未用位不能分配给I/O链的后续模块，模拟量扩展模块的地址是从最靠近CPU模块的模拟量模块开始，在本机模拟量地址的基础上从左到右按字递增，I/O端子接线图如表1。 表1 I/O分配图 输入信号 输出信号 启动 M1 S1 M2 S2 M3正 停止 M3反 Y1 A B C 系统接线图如图5。

图5 系统接线图 六、梯形图 梯形图语言具有形象、直观、简单明了、易于理解的特点，特别适用于开关量逻辑控制，是所有编程语言的首选。 1.单周期自动控制 设 计 步 骤

2.连续自动控制 设 计 步 骤 设 计 步 骤

3.自控轧钢机计数自动控制 设 计 步 骤 设 计 步 骤 设 计 小 结

本次的设计从应用的角度出发，通过实验验证轧钢机控制系统，可靠高、抗干扰能力强，这是它的重点之一。PLC的平均无故障间隔时间可达几十万小时，且硬件和软件上均采用了提高可靠性的措施，由于PLC用软件取代了继电-接触控制系统中大量的中间继电器、时间继电器计数器等低压电器，因此整个设计、安装、接线的工作量大大的减少。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，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，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下解决。同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

评 分 标 准

一、拟题标准，设计内容工作量适当。 本项20分，分三档。 1.设计任务难、工作量大。（20分） 2.设计任务较难、工作量较大。（15分） 3.设计任务难度一般、工作量一般。（10分）

二、根据设计题目选择合适的器件，设置合理参数，建立正确的仿真模型，或合理选择PLC型号，设计流程图，编写PLC程序并模拟仿真。 本项20分，每错一处扣3分，扣完为止。

三、根据题目系统设计要求，设置仿真参数，完成电路仿真或PLC程序仿真实验。 本项30分，根据仿真过程完整性、性能稳定性，不达标每处扣5分。