盐碱分离离心机电气控制系统设计毕业设计论文.doc

厦门理工学院

课程设计任务书

课程名称 电气控制与PLC
课题名称盐碱分离离心机电气控制系统设计
专业班级
姓 名
学 号
指导教师

2015年7月10日

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.绘制搬运机械手控制系统的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.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应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》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。
3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
主要设计条件
1.PLC实验设备若干。
2.参考文献若干。
设计说明书装订顺序
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
1.2015年7月6日上午：课题内容介绍。
2.2015年7月6日下午：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。
3.2015年7月6日～2015年7月10日：确定控制方案。绘制搬运机械手电气控制系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。设计控制系统的工艺图纸。选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.2015年7月9日：上机调试程序。
5.2015年7月10日：答辩。
参考文献
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：重庆大学出版社 2012
[2]万太福.可编程序控制器及其应用[M]. 重庆：重庆大学出版社 2012
[3]刘美俊.电气控制与PLC工应用.北京：机械工业出版社 2014
[4]谢桂林.电力拖动与控制. 北京：中国矿业大学出版社
[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册. 北京：水利电力出版社

《电气控制与PLC》课程设计指导小组
2015年7月2日
目录
第一章 课程概述………………………………………………1
1.1盐碱分离离心机概况及控制要求…………………………1
1.2设计任务 ……………………………………………………2
第二章 控制方案论证…………………………………………………3
2.1 基于PLC控制系统优点 ……………………………………3
2.2 PLC控制电路相对于继电器控制电路的优点 ……………5
2.3 PLC控制电路相对以单片机控制电路的优点 ……………5
第三章 硬件、软件设计 ……………………………………………6
3.1 I/O接线图、功能表图、梯形图设计 ……………………6
3.1.1 I/O接线图设计 ………………………………………6
3.1.2 功能表图设计 …………………………………………9
3.1.3 梯形图设计……………………………………………10
3.2 实验操作板线路连接………………………………………13
3.3 程序调试……………………………………………………14
3.4错误分析及解决方案………………………………………14
结束语…………………………………………………………………15
附录……………………………………………………………………17
1. 完整梯形图…………………………………………………………17
2. 指令表………………………………………………………………20

第一章 课题概述
一. 盐碱分离离心机概况及控制要求
在氯碱生产中，碱液的蒸发、浓缩过程往往伴有盐的结晶，因此需要采取措施对盐、碱进行分离，目前大部分厂家均采用以离心机为主体的分离系统。分离过程是一顺序循环的工作过程，共分6个工步：进料、甩料、选盐、升刀、间歇和清洗，靠6个电磁阀YV1—YV6完成上述工作，并要求5步工作连续循环8次之后方可进入清洗工步，待清洗完毕再进入下一次大循环。分离过程的工作流程图如图1所示，各电磁阀的状态如表1所示。

图1 盐碱分离离心机系统工作流程图
表1 盐碱分离离心机电磁阀状态表

二.设计任务
1.设计和绘制电气控制原理图或PC I/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。
 2.选择电气元件，编制电气元件明细表。
 3.设计操作面板电器元件布置图。
4.上机调试程序
5.编写设计说明书。

第二章 控制方案论证
2.1 基于PLC控制系统优点
1.实时性
●　由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。
●　基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。
●　更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。
2.高可靠性
●　所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。
●　各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。
●　各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。
●　采用性能优良的开关电源。
●　对采用的元器件进行严格的筛选。
●　良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。
●　大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余，使可靠性更进一步提高。
3.系统配置简单灵活
●　控制器 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。
●　I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。
●　满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。
4.丰富的I/O卡件
控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
5.控制系统采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
6.价格优势
质优价廉，性价比高。
7.安装简单，维修方便
可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
8.控制器实现的功能
逻辑控制
定时控制
计数控制
顺序控制
PID控制
数据计算
通讯和联网
其它：还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。

2.2 PLC控制电路相对于继电器控制电路的优点
1、控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。
2、工作方式上看：电器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制约。
3、控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。
4、定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。
5、可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差；PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。

2.3 PLC控制电路相对以单片机控制电路的优点
1、 单片机控制：优点，经济实惠，成本相对较低；缺点，用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强,开发周期长，而且，此次设计为盐碱分离，有很强的腐蚀性，所以不应选择单片机控制。
2、 PLC是经过几十年实际应用中检验过的控制器，其抗干扰能力强，故障率低，易于设备的扩展，便于维护，开发周期短。对于大型工业生产，一般选择PLC而非单片机。

总之，由于PLC控制相对于继电器控制有更大的优势，所以最终方案确定为PLC控制技术，由于系统控制规律是顺序控制，后一工步的工作条件是以前一工步的完成为前提的，所以此次设计采用了PLC的复位置位的顺序控制梯形图编程。

第三章 硬件、软件设计
3.1设计和绘制PC I/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。
1）PC I/O接线图
根据盐碱分离离心机系统工作流程图，PLC控制系统的输入信号有：启动、停止，两者均为单操作开关（占两个输入点）。
PLC控制系统的输出信号有6个其均用于驱动电磁阀接触器即：进料阀（KM1）、洗盐阀（KM2）、化盐阀（KM3）、升刀阀（KM4）、母液阀（KM5）、熟盐水阀（KM6）。
即输入用了2个点，输出用了6个点。
可得出I/O接口分配图如下：
输入
输出
启动 SB1（X0）
进料阀接触器KM1(Y1)
停止 SB2(X1)
洗盐阀接触器KM2(Y2)

化盐阀接触器KM3(Y3)

升刀阀接触器KM4(Y4)

母液阀接触器KM5(Y5)

熟盐水阀接触器KM6(Y6)
PLC选型：
根据盐碱分离离心机系统示意图，控制系统选用FX2N-48MR，I/O点数各为24点，可以满足控制要求且留有充足的裕量。 FX2N系列是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当开FX系列中最高档次的超小形程序装置。 除输入出16～25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。FX2N系列PLC如下图：

FX2N系列PLC特点:
（1）系统配置既固定又灵活 在基本单元上连接单元或扩展，可进行16～256点的灵活输入出组合。在基本单元，扩展单元上可分别连接扩展模块，还可连接Fxon系列扩展模块。
（2）编程简单 基本指令27种，步进梯形指令2种，应用指令128种。
（3）备有可自由选择，丰富的品种,可选用16/32/48/64/80/128/点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。 （4）令人放心的高性能 程序容量内置8000步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至 16k步和丰富的软元件。 （5）高速运算 1个指令运行时间，只需0.08us 。基本指令/1指令0.08us 。应用指令/1 指令1.52us～数100us （6）适用于多种特殊用途 特殊用途：脉冲输出（20KHZ/DC5V,10KHZ/DC12V～24V）脉宽调制PID 控制指令等。 （7）外部机器通讯简单化 通过安装机能扩充板，可将与外部设备通讯端口置1个通道。一台FX2N主机可安装一个机能扩充板，可以利用RS232C进行通信用。

I/O接线图：

X0 Y1

Y2
X1
Y3

Y4

Y5

Y6

COM COM
KM1
SB1

FX2N-48MR
220V
KM6
KM5
KM4
KM3
KM2
SB2

M8002
2) 功能表图

M0

X0 启动

T2
K50
T10 甩料
K50
K50
T3
K50
K200
清洗
K8
K50
间歇
K50
升刀
洗盐
T6
RST C0
Y2 Y6
C0
M6
C0
T5
Y5
T4
Y3 Y4 Y5
Y2 Y5
X1 停止
X1
C0
T6
T4
T3
T2
T1
甩料
进料
Y5
Y1 Y5
M5
M4
M3
M2
M1

T5

3）梯形图设计说明
软件程序设计采用起保停的设计思想进行设计，流程图中M0-M6为PLC内部辅助继电器，通过辅助继电器的作用构建各个动作间的循环运行，最后通过M0-M6驱动相应的输出点，从而启动接触器驱动电磁阀工作。
起保停设计思想在实际工程中也很好运用，能够很方便的进行循环设计，各个动作能准确无误的实现。
1：初始化。

2：跳转指令

实现手、自动模式切换作用。
3: 进料

按下启动按钮SB1,X0得电，输出M1，同时自锁，定时器1开始定时5s。
X1为停止按钮，当系统要停止时即可启动，系统将运行完一周期后停止。
4：甩料

5：洗盐

6：升刀

7：间歇

计数器C0对操作进行计数。
8：清洗

当计数器C0记满8次后，进行清洗。并延时20S进行下一轮操作。
9：跳转至P8处

手动操作，X2-X7为手动操作按钮，分别对应于进料、甩料、洗盐、升刀、间歇、清洗操作。X10作为跳转的开关，当X10闭合，执行跳转命令，进行手动相关操作；当X10断开，按下启动开关，进行自动操作。
10：对计数器C0复位

3.2 实验操作板线路连接

3.3 程序调试
1) 跳转开关X10断开：执行自动操作
当按下启动按钮SB1，即X0得电启动，程序顺序启动运行，按照进料、甩料、洗盐、升刀、间歇、清洗、进料…循环往复。当按下停止按钮SB2时，在第一工步中加X1，将不会马上停止整个程序的运行，而是在操作完本次循环后停止。
程序的调试采用6个指示灯L1，L2，L3，L4，L5,L6分别代表6个电磁阀，通过指示灯的亮与灭来显示电磁阀的动作情况。调试过程如下：
按下启动按钮X0,代表Y1（进料阀）、Y5（母液阀）接通的指示灯L1,L5亮.T1计时器同时开始计时。T1计时到，L1灭。T2计时器同时开始计时，指示灯L5亮。T2计时到，代表Y2（洗盐阀）指示灯L2亮，此时的L5一直还处于亮的状态即Y5（母液阀）还是打开的状态，T3计时器同时开始计时。T3计时到，L2灭,代表Y3（化盐阀）、Y4（升刀阀）的指示灯L3,L4亮，T4计时器同时开始计时。T4计时到，L3，L4亮,T5计时器同时开始5s间歇计时间。T5计时到，给计数器C0计数一次，由于没有达到设计要求8次，所以重复进行进料、甩料、洗盐、升刀、间歇工序。当第8次循环结束后，T5记时时间到，计数器使得L2和代表Y6（熟盐水阀）的指示灯L6亮，开始洗盐。同时T6开始计时，20s后又进入下一次大循环。
1) 跳转开关X10闭合：执行手动操作
跳转至P8处，当按下按钮X2-X6，分别对应执行进料、甩料、洗盐、升刀、间歇、清洗操作。当执行自动操作时按下X10开关，自动操作将立刻停止，跳转至P8处，当X10断开时，程序将从刚才自动操作的停止处继续工作。

3.4错误分析及解决方案
在设计期间，遇到过PLC指示灯PROG-E闪红灯的状况，而程序无法执行的问题。最后检查发现自动和手动操作存在双线圈的错误。经整改后问题得以解决。

结束语
经过了为期一周的PLC课程设计实训，我终于完成了盐碱分离离心机的PLC控制系统的课程设计，在已学的PLC课程为基础，一点一滴慢慢摸索，对离心机的设计方案进行策划，到最终的程序调试完成，付出了自己的时间和精力，同时也收获了很多知识和经验。可能运用到实际工业运作中还存在着很多的不足，但在我却在设计过程中不断地得到进步。
首先是课题的选择，资料的查找，依赖所学PLC课程知识，运用图书和网络，从各类信息中找出对自己有用的信息并进行编辑完善，这些基本的工作让我感觉基础知识扎实的必要性。同时也感觉到自己的不足之处，有时候对应用指令不熟悉，以致不能很好准确的编程，使得工作的效率降低，因此在以后还须多加锻炼。在学习过程中也有不能想通的问题，通过不断排查和与同学的讨论，问题终于得以解决。在这次的设计中，我发现PLC在工业控制中的作用确实很重要，它能使人的控制转变成微机的控制，大大地降低了产品的成本，减少劳动力的投入，更好的提高生产效率。
在设计图形时，一个输入错误或是基本指令的混淆都会导致最后梯形图的转换失败，然后再一步步查找错误，浪费时间和精力，非得耐心一遍遍重头再来。这让我认识到设计工作一定要认真细心，容不得马虎。编程的过程中是这样，在生活中更是如此。要仔细检查自己的程序。考虑到那些可能犯错误，并及时解决。只有这样才能得到提高。
看着自己的课程设计一步步完善，心中洋溢着一股自豪感，这也为以后的学习和工作打下了基础，一分耕耘一分收获，要想真正做好一件事，还是需要定定心，脚踏实地，用心努力才行啊，希望这次经历能激励自己在以后的路上走好。

参考文献
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：重庆大学出版社 2012
[2]万太福.可编程序控制器及其应用[M]. 重庆：重庆大学出版社 2012
[3]刘美俊.电气控制与PLC工应用.北京：机械工业出版社 2014
[4]谢桂林.电力拖动与控制. 北京：中国矿业大学出版社
[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册. 北京：水利电力出版社

附录
1.完整梯形图

2.指令表

课程设计评分表
项 目
评 价
设计方案的合理性与创造性

硬件制作或软件编程完成情况

硬件制作测试或软件调试结果

设计说明书质量

设计图纸质量

答辩汇报的条理性和独特见解

答辩中对所提问题的回答情况

完成任务情况

独立工作能力

组织纪律性（出勤率）

综合评分

指导教师签名：________________
日 期：________________

24