课程设计自动上料课程设计

摘要 (2)

前言 (3)

第1章设计的具体过程 (4)

1.1 设计任务 (4)

1.2 设计意义 (5)

1.3 设计方案的选择 (5)

1.4 设计流程图 (6)

第2章加热炉自动上料控制系统的方案实施 (7)

2.1分析生产过程并确定I/O点数 (7)

2.2合理分配I/O端口并制表 (7)

第3章绘制电路图与梯形图 (8)

3.1 绘制主电路图 (8)

3.2 绘制辅助电路接线图 (9)

3.3 画出梯形图 (10)

结论 (13)

心得体会 (14)

参考文献 (15)

基于PLC的加热炉自动上料控制系统

摘要

可编程逻辑控制器是集微处理器，存储器，输入输出接口与中断系统于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造，冶金，化工，能源，交通等各个行业。PLC具有较强的逻辑运算能力，可以实现各种开关量从简单到复杂的逻辑控制，在现代工业生产过程中，有许多连续变化的模拟量，如温度，压力，流量，液位等，可编程逻辑控制器可实现对模拟量的控制。

本次设计针对加热炉自动上料控制系统，考虑到生产实际工程，以工业生产中常见的加热炉为主体，分析并设计它的自动上料控制系统。控制运料小车在生产轨道上的动作，生产轨道上设有行程开关，可以让小车自动发出信号，控制炉门的开闭，同时小车前进后退与卸料过程都可以自动实现。

关键词：S7-200PLC，加热炉，自动上料

前言

可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）通常称为可编程控制器，英文缩写为PLC，是以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点，特别是它的高可靠性和较强的恶劣工业环境适应能力更是得到用户的好评。它将传统的继电器控制技术和现代计算机信息处理技术的优点结合起来，成为工业自动化领域中最重要，应用最多的控制设备。目前已广泛应用于冶金、能源、化工、交通、电力等行业，并已跃居现代工业控制三大支柱（PLC，机器人和CAD/CAM）的首位。

可编程控制器在工业控制领域中应用十分广泛，用继电器控制的系统中，要完成一个任务，需要有导线接入设备（按钮、控制开关、限位开关、传感器等）与用若干中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的具有一定逻辑功能的控制电路相连接，然后通过输出设备（接触器、电磁阀等执行系统）去控制被控对象的动作或运行。这种控制系统称作接线控制系统，所实现的逻辑称为布线逻辑，即输入对输出的控制作用是通过“接线程序”来实现的。这种控制系统的设备体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高、通用性和灵活性差，已不能满足现代化生产过程中生产工艺复杂多变的控制要求。

传统的继电器—接触器控制模式，它是由接触器、继电器、按钮、行程开关等组成的控制系统。尤其是它在辅助电路方面的设计较为复杂，接线繁多。另外它的使用具有单一性，即一台控制装置是针对某一固定程序的设备而设计，当程序变更是，就需要重新配线。

PLC以微处理器为核心的新兴工业控制器。它把计算机的功能完备、灵活性、通用性好等优点和继电器接触器控制系统的操作方便、价格低、简单易懂等优点结合起来，成为一种适应工业环境的通用控制装置，并独具一格地采用以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使编程方法和程序输入更加简捷，即使不熟悉计算机的人员也能很快掌握其使用技术。对于工业生产尤其是车床或生产流水线的控制采用PLC控制，很容易实现，另外它的成本低，通用性和耐用性都很强.

加热炉自动上料控制系统的设计

第1章设计的具体过程

1.1 设计任务

首先，将整个生产过程先大致勾勒出来，加热炉自动上料控制系统生产线示意图如图1-1所示。

SQ0

SQ2

SQ1

加热炉

运料小车

卸料

SQ3

SQ4

炉开绿灯亮炉闭红灯亮

炉门截面图

进料

加热

炉门打开

炉门关闭

生产轨道

图1-1加热炉自动上料控制系统生产线示意图

其次，明确设计任务如下：

加热炉自动上料控制电路具体完成加热炉门自动打开与闭合，燃料的自动填装，炉门的开到位和关到位分别有两个相应的行程开关控制，送料机到达和退出到预定位置也分别有另外两个行程开关控制，其过程为：

送料机的电机功率为5.5kw。

具体要求如下：

1、了解电动机具体的工作原理。

2、完成上述动作的自动切换。

3、利用热继电器实现电机的过载保护。

4、画出控制连接图，分析其工作原理；

5、撰写设计报告、调试报告、设计心得。

1.2 设计意义

鉴于此，我考虑到所学的知识—可编程逻辑控制器，它用软件手段来实现各种控制功能，以微处理器为核心的新兴工业控制器。它把计算机的功能完备、灵活性、通用性好等优点和继电器接触器控制系统的操作方便、价格低、简单易懂等优点结合起来，成为一种适应工业环境的通用控制装置，并独具一格地采用以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使编程方法和程序输入更加简捷，即使不熟悉计算机的人员也能很快掌握其使用技术。对于工业生产尤其是车床或生产流水线的控制采用PLC控制，很容易实现，另外它的成本低，通用性和耐用性都很强，本次设计的加热炉自动上料控制系统在工业领域中应用比较广泛，对该系统的设计有重要的意义，并且使该系统朝着模块化、智能化的方向发展成为可能，所以该系统的开发与应用前景很大。1.3 设计方案的选择

方案一：用传统的继电器-接触器模式设计，考虑到生产实际，工作量会很大，在线路设计方面要充分考虑，布线较为复杂，出错时不易查出。

方案二：利用所学知识PLC，很容易实现上述功能，另外该功能容易完善，给生产化带来很大方便。

所以，选择第二种方案。

1.4 设计流程图

加热炉自动上料控制系统生产过程流程图如图1-2所示。

图1-2加热炉自动上料控制系统生产过程流程

图

第2章加热炉自动上料控制系统的方案实施

2.1分析生产过程并确定I/O点数

确定输入点数为12个，输出点数为7个。I/O点数的和为17。输入输出设

表2-1输入输出设备与PLC输入输出端子分配

表

2.2合理分配I/O端口并制表

本次设计的输入输出设备与PLC接线图如图2-1所示。

输入输出点分配表

图2-1输入输出设备与PLC接线图第3章绘制电路图与梯形图

3.1 绘制主电路图

本次设计的加热炉自动上料控制系统主电路图如图3-1所示。

L1 L2 L3FU0

运料小车主控电机炉门开闭电机

卸料电机

图3-1加热炉自动上料控制系统主电路电气接线

图

3.2 绘制辅助电路接线图

设计出对应的辅助电路接线图如图3-2所示。

图3-2加热炉自动上料控制系统的辅助电路接线

图

3.3 画出梯形图

本次针对加热炉自动上料控制系统的生产过程，设计出它工作过程的梯形图，如图3-3所示。

。

I0.0加热炉自动上料控制系统梯型图

I0.2Q0.1

I0.7Q0.0

Q0.0C20

I0.3I0.1Q0.5

Q0.1C20

I0.4I0.3Q0.5Q0.2

I0.2T38Q0.2 T38

Q0.2

T38Q0.3I0.1I0.4

Q0.6

C20Q0.4I0.6

I0.4Q0.6

电机正向启动运料小车前进

碰到行程开关SQ1,炉门打开

炉门完全打开，碰到限位开关SQ3,绿灯亮指示进料

小车碰到SQ2后停下，开始卸料

定时20秒，卸料完毕

卸料完毕后，小车退回

小车第二次碰到SQ1后，炉门关闭，绿灯熄灭

炉门完全关闭后，碰到SQ4，红灯亮，指示加热状态加热完毕后，红灯熄灭，为下次循环做准备

图3-3加热炉自动上料控制系统梯形图

然后将对应的加热炉自动上料控制系统PLC 程序编制如下：程序语句注释

LD I0.0

O Q0.0

AN I0.2

AN I0.7

= Q0.0 电机M1正向启动，运料小车前进

LD I0.1

O Q0.1

AN I0.3

AN C20

= Q0.1 碰到SQ1，炉口打开

LD I0.3

O Q0.5

AN I0.4

AN C20

= Q0.5碰到SQ3后，炉口全开，指示灯为绿灯，表示进料

LD I0.2

O Q0.2

AN T38

= Q0.2运料小车碰到SQ2后，停下并开始卸料

LD I0.2

TON T38, 200延时20秒，卸料完毕

LD T38

O Q0.3

AN I0.5

AN I0.7

= Q0.3 小车退回，到原点SQ5后停止

LD I0.1

LD I0.4

CTU C20, 2小车返回第二次碰到SQ1，加计数器设值为2，I0.4为复位端

LD C20

O Q0.4

AN I0.4

= Q0.4 炉口关闭，绿灯熄灭，红灯亮，表示加热状态

LD I0.4

O Q0.6

AN I0.6

= Q0.6 加热完后，手动熄灭红灯

结论

本次设计是关于PLC方面的工业应用，针对加热炉自动上料控制系统，考虑到生产实际的过程，以工业生产中常见的加热炉为主体，分析并设计它的自动上料控制系统。设计前查阅了相关的资料，常见的加热炉的运载量是2T～5T，所以电机选型也要与之对应，驱动运料小车的电机常采用三相异步交流电机，铭牌如下：功率3.5KW，额定电压220V，额定电流105A，额定转速960r／min，最大电流210A ，最高转速2400r／min。对于卸料电机的驱动，可以通过机械部分设计，让电机去驱动即可，选用电机时功率要适当大一些，有一定的余量，保证一定的过载倍数，对于生产实际十分重要。因此可选择这样铭牌的电机：额定功率6.5KW，额定电压250V，额定电流31.5A，额定转速1190r／min，最大电流63A，最高转速2500r／min。通过合理的设计去控制运料小车在生产轨道上的动作，生产轨道上设有行程开关，可以让小车自动发出信号，控制炉门的开闭，同时小车前进后退与卸料过程都可以自动实现。

这次设计完成了主电路，辅助电路的设计。另外设计出了控制系统对应的梯形图，通过PLC编程程序，用STEP-7软件和S7-200联机调试，用手动开关去模拟生产过程中运料小车碰到行程开关发出的信号，对输出线圈的控制十分准确，成功地仿真了整个生产工程，运行良好，达到了设计的目标。通过组态王软件和S7-200联机调试，用手动开关的形式去模拟现场中加热炉加热到位时发出的信号，提高了该系统的自动化水平，能够简易地模拟加热炉自动上料控制系统的生产现场，也取得了很好的效果。

该系统可以针对生产实际设计出典型的模块，在工业应用中直接调用，用传感器检测炉温，加热完毕后及时发出信号，让红灯点亮，对炉温的控制可以加入PID模块，提高控制精度，通过检测与自动化装置使系统朝着智能化方向发展。

心得体会

在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在这次设计中我深深的体会到自己在一些科目上还有所欠缺，对一些理论知识的认知度还不是很明朗，也是通过这次的设计将我以前学的东西再一次巩固了一遍，在这次设计中我利用了网络上的知识，也在图书馆查阅了大量的相关书籍，给自己也是好好的上了一课。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，

有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所

以在这里非常感谢帮助我的同学。

我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难

比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负

的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些

东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真

正会用的时候才是真的学会了。

参考文献

[1].陈伯时主编．电力施动自动控制系统．北京：机械工业出版社1992

[2].朱英韬主编．工厂电气控制技术．北京工业大学出版社，1991

[3]. 张用，杨定亚编著．机床电气控制．上海，上海科学技术文献出版社，1983

[4].陈伯时主编．自动控制系统一电力传动控制．北京中央广播电视大学出版社，1988

[5]. 张明达主编．电力拖动自动控制系统．北京：冶金工业出版社1983