项目一 运输小车PLC控制系统设计与调试

项目一运输小车PLC控制系统设计与调试项目背景小车运动的应用立体车库的应用立体仓库的应用材料分检系统的应用任务一用接触器实现电动机正反转控制电路任务二工作台自动循环控制电路设计任务三运输小车往返控制电路设计任务四运输小车往返控制程序设计学习任务熟悉常用低压电器的选用原则与选用方法能用接触器设计电动机的正反转控制电路23了解电动机正反转工作原理与控制要求教学目的任务一用接触器实现电动机正反转控制电路能实现电路接线、调试及故障排除4制订、修改和完善用接触器对电动正反转电路的设计方案设计出主电路和控制电路，及元器件选型234绘制元件布置图和接线图分析电动机正反转控制的技术要求教学要求56撰写设计文档与调试报告。任务一用接触器实现电动机正反转控制电路根据布置图和接线图进行安装和调试电机是现代工农业生产和交通运输的重要设备，与电机配套的控制设备的性能已经成为用户关注的焦点。正反转控制线路是电动机控制线路中的一个基本线路，它在现实中可以实现很多功能的控制，是应用很广的一个电路。常见的正反转控制线路有接触器联锁正反转控制线路、按钮联锁正反转控制线路。接触器联锁正反转控制线路工作安全可靠。用接触器实现电动机正反转控制系统分析用接触器实现电动机正反转控制电路分析用接触器实现电动机正反转控制电路主电路控制电路用接触器实现电动机正反转控制电路分析（1）电路组成1)电源电路由三相电源线L1、L2、L3、组合开关QS、熔断器FU2等组成。2)主电路由FU1、KM1、KM2、FR及电动机M组成。KM1：正转用接触器，其主触头所接通的电源相序按U-L1、V-L2，W-L3，相序接线。KM2：反转用接触器，其主触头所接通的电源相序按U-L2、V-L1，W-L3相序接线。因此KM1和KM2交替工作可以改变电动机转向。3)控制电路正转控制电路：由SB2、KM1线圈等组成。反转控制电路：由SB3、KM2线圈等组成。（2）工作原理分析正转控制：按下正转启动按钮SB2→KM1线圈得电→KM1主触头闭合→电动机正转启动连续运转；反转控制：按下反转启动按钮SB3→KM2线圈得电→KM2主触头闭合→电动机反转启动连续运转；停止控制：按下停止按纽SB1→整个控制电路失电→主触头分断→电动机失电停转。用接触器实现电动机正反转控制电路分析任务二工作台自动循环控制电路分析工作台自动循环示意图熟悉行程开关的选用原则与选用方法能用接触器设计自动循环控制电路234能实现电路接线、调试及故障排除熟悉工作台自动循环的电气工作原理和工作过程教学目的任务二工作台自动循环控制的电路制订、修改和完善工作台自动循环控制电路的设计方案设计主电路和控制电路，及元器件选型234绘制元件布置图和接线图分析工作台自动循环控制系统的功能和技术要求教学要求根据设计方案安装、调试和故障排除56撰写设计文档与调试报告。任务二工作台自动循环控制的电路在实际生产中，有些生产机械的工作台需要自动往返运动，并且有的还要求在两终端要有一定时间的停留，以满足生产工艺要求。解决的方法是在往返的限定位置安装行程开关，用运动部件的撞击使行程开关动作，接通或断开控制电路，实现电动机的正反转自动转换,从而实现工作台自动往返循环控制。工作台自动循环示意图如下图所示：工作台自动循环控制电路分析工作台自动循环控制电路分析（1）电路组成1)电源电路由三相电源线L1、L2、L3、组合开关QS、熔断器FU2等组成。2)主电路由FU1、KM1、KM2、FR及电动机M组成。KM1：正转用接触器，其主触头所接通的电源相序按U-L1、V-L2，W-L3，相序接线。KM2：反转用接触器，其主触头所接通的电源相序按U-L2、V-L1，W-L3相序接线。因此KM1和KM2交替工作可以改变电动机转向。3)控制电路正转控制电路：由SB2、SQ1、KM1线圈等组成。反转控制电路：由SB3、SQ2、KM2线圈等组成。（2）工作原理分析按下正转起到按钮SB2→KM1线圈得电→KM1主触头闭合→电动机正转→工作台前移。当工作台前移至限定位置时，撞上SQ2并动作→KM1线圈失电，KM2线圈得电→KM2主触头闭合→电动机反转→工作台后移。当工作台后移至限定位置时，撞上SQ1并动作→KM2线圈失电，KM1线圈得电→KM1主触头闭合→电动机正转→工作台前移。按下停止按钮SB1→KM1或KM2失电→KM1或KM2主触头断开→电动机停止运转→工作台停止运动。工作台自动循环控制电路分析工作台自动循环控制电路分析工作台自动循环控制电路FU2工作台自动循环控制电路元件清单元件名称符号数量功能组合开关QS11线路电源控制熔断器FU13主线路短路保护熔断器FU22控制线路短路保护接触器KM11电动机正转运行控制接触器KM21电动机反转运行控制热继电器FR1电动机过载保护按钮SB11电动机正转起动按钮按钮SB21电动机反转起动按钮按钮SB31电动机停止按钮位置开关SQ11工作台向右变向运动控制位置开关SQ21工作台向左变向运动控制位置开关SQ31工作台左端限位保护位置开关SQ41工作台右端限位保护工作台自动循环控制电路元件位置图FU2安装注意事项根据图纸及参数合理选择元件和导线。导线敷设要求横平、竖直，不能有交叉，并束状敷设。导线敷设结构合理，线路连接关系清楚。接线端子序号与图纸导线与元件连接相对应。导线从一个接线端子到另一个接线端子连续无断点不能有断点及连接。导线与元件连接应紧固，不能松动。按钮线、电机线、电源线应使用软线。电动机的金属外壳及配电盘必须可靠接地。熟悉行程开关的选用原则与选用方法能用接触器设计小车往返控制电路，并能正确选用相关电器234能实现电路接线、调试及故障排除了解运输小车往返工作原理与控制要求教学目的任务三运输小车往返PLC控制电路设计制订、修改和完善用PLC对运输小车往返控制电路的设计方案设计PLC的接口电路与元器件选型23绘制元件布置图和接线图4分析运输小车往返电气控制系统的功能和技术要求教学要求根据设计方案安装、调试PLC控制系统56撰写设计文档与调试报告。任务三运输小车往返控制电路设计(一）用PLC实现电机正反转控制的电路1.PLC选型在正反转控制电路中，有正转起动按钮、反转起动按钮和停止按钮等3个输入信号，输出需控制接触器KM1和KM2的线圈，因此需要2个输出控制信号，在这里我们选择西门子公司的S7-200系列PLC，其中的CPU221有8个输入，4个输出，可以满足电机正反转控制的要求，于是就选择S7-CPU221作为电动机正反转的控制器。(一）用PLC实现电机正反转控制的电路2.I/O地址分配表输入输出PLC输入端外接元器件功能PLC输出端外接元器件功能I0.0按钮SB1正转起动Q0.0KM1线圈正转控制I0.1按钮SB2反转起动Q0.1KM2线圈反转控制I0.2按钮SB3停止I0.3热继电器FR过载保护(一）用PLC实现电动机正反转控制的电路3.主电路设计(一）用PLC实现电机正反转控制的电路4.控制电路设计(一）用PLC实现电机正反转控制的电路电动机正反转控制的主电路和任务一的主电路图完全相同，电路中的低压电器应根据电动机的功率及负载情况选取。在PLC的控制电路中，输入回路使用24V直流电压，输出回路使用220V交流电压。应该注意：由于接触器响应速度有限，仅考虑PLC软件互锁，仍然会在电动机正反转切换时造成电源短路，所以将接触器的常闭辅助触头串联到PLC的输出电路中，实现硬件安全互锁。电动机正反转控制过程：当按下按钮SB1时，接触器KM1的线圈接通，KM1动作，电动机正转，此时如果要使电动机反转，要先按下停止按钮SB3，使KM1线圈失电，再按下反转启动按钮SB2，使KM2线圈得电，KM2主触点吸合，电动机反转，实现电动机正反转的直接切换。(一）用PLC实现电机正反转控制的电路5.控制程序设计(一）用PLC实现电机正反转控制的电路6.控制程序设计分析在Network1中，PLC首次上电，I0.1、I0.2、Q0.1常闭触点均处于闭合状态，热继电器没有故障信号输出，I0.3常开触点闭合。如果按下正转按钮SB1，使I0.0常开触头闭合，使Q0.0线圈得电自锁，电动机正转。如果电动机在反转情况下要求变为正转，则必须先按下停止按钮SB3，使Q0.1线圈失电，才能进行正转起动操作，否则正转操作无效。在Network2中，PLC首次上电，I0.0、I0.2、Q0.0常闭触点均处于闭合状态，热继电器没有故障信号输出，I0.3常开触点闭合。如果按下反转按钮SB2，使I0.1常开触头闭合，使Q0.1线圈得电自锁，电动机反转。如果电动机在正转情况下要求变为反转，则必须先按下停止按钮SB3，使Q0.0线圈失电，才能进行反转起动操作，否则反转操作无效。(二）用PLC实现小车往返运输控制电路设计1.主电路设计(二）用PLC实现小车往返运输控制电路设计在小车往返运输的控制装置中，小车的往返控制通过电动机的正反转实现的，主电路如上图所示。小车往返控制的电动机为三相异步电动机，其型号为Y2-112M-2，额定功率为4kW，满载时转速为2890r/min、电流8.1A、效率85%、功率因素0.88，堵转电流是额定电流的7.5倍。根据该电动机的技术指标，选择主电路中的相关电器如下：HZ15系列组合开关是全国统一设计产品，主要用于交流50Hz、电压至380V，直流电压至220V的电气设备中，作接通或分断电路；换接电源或负载；测量三相电压；调节电加热器开关，串联控制小型异步电动机正、反转之用，为不频繁操作的手动开关。根据电动机的功率，确定组合开关型号为H15-15/3。RL1系列螺旋式熔断器，主要用于交流50Hz，额定电压380/500V，额定电流至200A的配电线路，作输送配电设备、电缆、导线过载和短路保护。根据电动机的额定电流，确定熔断器型号为RL1-60/20。JR20系列金属片式热继电器，主要适用于交流50Hz、主电路额定绝缘电压至660V、电流至160A电力系统中作为三相交流电动机的过载和断相保护。根据电动机的过载保护情况，确定热继电器型号为JR20-10。(二）用PLC实现小