1 引言

课程设计目的在于使学生在实习过程中能够理论联系实际，在实际中充分利用所学理论知识分析和研究实际生产过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识面，为以后走向工作岗位打下一定的基础。

在实习过程中，通过动手实践，是学生掌握控制程序、电力电子系统和计算机控制系统等方面的实际知识，并能对所学的专业基础知识进行仿真和调试，了解现场主要设备的用途和电气线路的作用、原理和电气性能。

随着工业的发展，自动化已经成为了现代工业的代名词。自动运料小车的电气控制设计就是为了适应日益发展的工业生产需求。自动控制系统的出现大大加快了生产的速度，加快了工业的发展进程。各种紧密仪器的出现也得益于自动控制系统的作用。

早期运料小车电气控制系统多为“继电器—接触器”组成的复杂系统，但这种系统存在设计周期长、体积大、成本高、可靠性差、功耗高、噪声大、缺乏通用性和灵活性等缺陷。在实际生产中。由于存在大量用开关量控制的简单的程序控制过程，而实际生产工艺和流程又是经常变化的，因而传统的继电器接触器控制系统不能满足这种要求。随着可编程控制器的出现，提高了电气空盒子的灵活性和通用性，其控制功能和控制精度都得到了很大的提高。PLC完全能够适应恶劣的工业环境。PLC具备了计算机控制和继电器控制系统量方面的优点，目前在世界各国已作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制。可编程控制器的广泛应用对于工业的发展具有转折性的影响。基于PLC的运料小车控制系统，结构简单，体积小，功耗低，大大的提高了效率，降低成本。

2 常规电气控制

2.1 工艺流程

图2-1 小车运料示意图

某反应炉由一台小功率三相异步电动机拖动的自动运料小车，其动作顺序与控制要求如下：

（1）小车由原位起动前进到1位（A料场）自动停留T1（2min），装A料。 （2）1位装A料完毕，自动返回原位，并停留T2（150s）进行卸料。 （3） 卸料完毕，自动前进经1位不停留直到2位（B料场）自动停留T3（100s），装B料。

（4）2位装B料完毕，自动返回原位，并停留T2（120s）进行卸料。 （5）小车在中间任何位置都可以停车，并能再次起动(前进或后退)且再次起动后运料计划不变。

2.2 拖动要求

（1）运料小车由三相绕线式异步电动机拖动，采用转子回路串电阻（二级电阻）起动（间隔5s切除R）。

（2）进料及卸料电磁阀为220V直通式电磁阀。 （3）在原位、2位两处设置超程保护。

（4）由主令开关SA选择“单周”、“循环”工作方式。

2.2 设计任务

1．绘制主电路，选择合适的元器件（名称、数量）。

2．绘制常规电气控制回路。

3．根据控制要求选择PLC，并安排PLC的I/O端口。 4．绘制状态流程图。

5．绘制梯形图并编写语句表。 6．上机调试程序。 7．绘制PLCA接线图。

8．编写设计、使用说明书及设计小结，列出参考资料目录。

2.4 主电路

图2-2 主电路图

2.5 控制回路

图2-3 控制回路图

2．6 设备选型

表2-1 元器件

元器件 空气开关QF 热继电器FR 按钮SB 主令开关SA 行程开关SQ 接触器KM 时间继电器KT 中间继电器KA 灯EL 扬声器SPE 数量（个） 1 1 4 1 5 4 6 3 1 1

3 PLC控制

3．1 PLC的I/O分配

表3-1 I/O分配表 输入 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 热继电器FR 停止按钮SB1 暂停按钮SB2 主令开关SA 正向启动SB3 反向启动SB4 原位行程开关SQ1 1位行程开关SQ2 2位行程开关 SQ3 原位超程保护开关SQ4 2位超程保护开关SQ5 说明 输出 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 电机正转KM1 电机反转KM2 电机转子串一级电阻运行KM3 电机转子不串电阻运行KM4 原位卸料信号 yv-1 A料场装料信号 yv-2 B料场装料信号 yv-3 超程报警信号LED、扬声器 说明 3．2 PLC接线图及控制面板

图3-1 PLC接线图

图3-2 控制面板图

3.3 PLC梯形图

图3-3 梯形图

3.4 程序调试及仿真

3．4．1仿真图

图3-4 运料小车前行仿真图

Q0.0灯亮表示电机正转；Q0.3灯亮表示电机转子所串二级电阻被短接，小车前向行使。

图3-5 运料小车反向行驶仿真图

图中Q0.1灯亮表示电机反转，小车反向行驶。

图3-6 运料小车在1位装A料仿真图

图中I0.7灯亮表示运料小车前行到达1位， Q0.5灯亮表示小车正在A料场

装料。

图3-7 运料小车在原位卸料仿真图

图中I0.6灯亮表示运料小车从1位返回到达原位，Q0.4灯亮表示小车正在

卸料。

图3-8 小车经1位不停车仿真图

图中Q0.1、Q0.3、Q0.7均亮表示运料小车经过1位时不停车继续行驶。

图3-9 运料小车B料场装料仿真图

图中I1.0灯亮表示运料小车从原位到达2位，Q0.6灯亮表示小车正在2位装B料。

图3-10 运料小车超程报警仿真图

图中I1.1灯亮表示小车在原位超程，Q0.7灯亮表示系统发出报警信号。

图3-11 运料小车超程报警仿真图

图中I1.2灯亮表示小车在2位超程，系统发出报警信号。

3．4．2 状态监控图

图14 正转

图3-12 小车前行监控图

按启动按钮后，Q0.0接通，电机正转，每间隔5秒短接一级电阻，10秒后

Q0.3接通，电阻被短接。小车前向行驶。

图3-13 小车在1位装A料状态监控图

小车到达1位，小车停止,正在装A料。

图3-14 小车返向行驶状态监控图

小车装完A料后返回原位。

图3-15 小车在原位卸A料状态监控图

小车回到原位后停车，此时正在卸A料。

图3-16 小车去往2位时经1位不停状态监控图

小车卸料完毕后去往2位，经过1位时不停车。

图3-17 小车装B料状态监控图

小车到达2位停车，此时正在装B料。

图3-18 小车返回经过1位状态监控图

小车从2位返回原位时进过1位不停车。

图 返回经1位不停

图3-19 卸B料

小车回到原位，此时正在卸B料

4 操作说明

1、旋转主令开关SA，选择小车运行方式为单周或者是循环。 2、按启动按钮SB3，小车正向启动，并按程序预设运料计划运行。 3、按暂停按钮SB2，小车可在运行途中随时停车。根据小车运行方向选择启动按钮SB3或SB4，小车可在途中重新启动，并按原运料计划继续运行。 4、按停止按钮SB1，小车可在任何位置急停。

5 设计心得

此次课程设计做的是自动运料小车控制系统，料比为1车A料/1车B料。虽然老师曾在课堂上讲解过这种相同运料行程的例题，但到了自已动手才发现有诸多问题。刚开始总是有点力不从心，不知道如何下手。后经过老师耐心的讲解，自己查书，上网查询，最后把控制回路图和程序的草搞做了出来，但也担心忽略了一些重点，而达不到控制要求。经过仿真软件的仿真，也发现程序有些问题，经过多次的修改、仿真，修改再仿真。程序总算趋于完美。

此次课程设计我们学到的不仅仅是PLC的知识，更多的是学会了怎么去团结怎么去一起面对困难，一起解决，而不是逃避！总结设计电路的特点和优缺点，指出课题的核心及使用价值，提出改进意见。

6 参考文献

[1] 方承远，张振国. 工厂电气与PLC控制技术[M]. 北京：机械工业出版社，2011.

[2] 刘凤春，王林，周晓丹. 可编程控制器原理与应用基础[M]. 北京：机械工业出版社，2009.

[3] 刘介才. 工厂供电[M]. 北京：机械工业出版社，2009. [4] 廖常初.PLC编程及应[M].北京:机械工业出版社，2005.

[5] 张伯龙.可编程逻辑控制器使用教程[M].北京:国防工业出版社，2008.