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1、信息与电气工程学院课程设计说明书（2013 /2014 学年 第 2 学期）课程名称 ： 可编程序控制器应用课程设计 题 目 ： 轧钢机电气控制系统设计 专业班级 ： 电气工程及其自动化1104班 学生姓名 ： 学 号： 指导教师 ： 刘增环、岑毅南等 设计周数 ： 2 周 设计成绩 ： 2014 年 7月 11 日前言自从1969年美国DEC公司研制出世界上第一台可编程逻辑控制器以来，经过三十多年发展与实践，其功能和性能已经有了很大的提高，从当初用于逻辑控制和顺序控制领域扩展到运动和过程控制领域。可编程序控制器简称PLC，它是一个以微处理器为核心的数字运算操作电子系统装置，转为在工业现场应用
2、而设计，PLC的程序编程，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用程序编制形象、直观、方便易学，灵活的方便将PLC运用到生产实践中。随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度上提高了生产效率，又进一步的促进了生产力快速发展，并不断的丰富着人们的生活。 本设计是基于PLC的轧钢机控制系统，利用传感器S1来检测传送带上是否有钢板，若S1有信号，表示有钢板，电机M3、M2启动，信号指示灯Y1亮。S1的信号消失，检测传送带上钢板到位的传感器S2有信号，表示钢板到位，电磁阀动作，指示灯Y2亮，
3、电机M3反转，之后S3有信号时，钢件重复以上过程三次，即轧钢三次后满足要求，完成后，把轧件送出轧机。结束该轧件后重复上述过程进行下个轧件的过程。这种结合完成了工业上轧钢技术的大大进步。目录一 课程设计任务简介31.1 设计题目31.2 课程设计的目的31.3 设计要求3二 硬件电路设计52.1 可编程序控制器概述52.2 方案选定52.3总体控制系统框架52.4硬件系统设计52.5 I/O地址分配6三 程序设计73.1程序流程图73.2操作过程83.3实验现象图块9四 课程设计总结12五 参考文献13附录一 梯形图14一 课程设计任务简介1.1 设计题目基于PLC轧钢机电气控制系统设计1.2
4、课程设计的目的通过对轧钢机的课程设计，深入了解轧钢机的结构和工作过程，在实验室轧钢机模型上实现轧钢机工作过程的控制，从而加强对PLC梯形图，I/O地址分配表和程序的设计。同时通过课程设计，使学生在课设的全过程中，能够进一步分析任务中的各项要求，建立课程设计工作的整体概念，从工作环境、实现手段和操作方式的各个环节入手来设计控制程序，通过不断的调试和完善程序设计，最终能够满足这些要求。（1）本次课程设计的主要任务如下：（2）了解普通轧钢机的结构和工作过程。（3）弄清有哪些信号需要检测，写明各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理、连接方式、信号种类、信号调理电路、引入PLC的接线以及PLC
5、中的编址。（4）弄清有哪些执行机构，写明从PLC到各执行机构的各输出通道，包括各执行机构的种类和工作机理，驱动电路的构成，PLC输出信号的种类和地址。（5）绘制出轧钢机电控系统的电路原理图，编制I/O地址分配表。（6）编制PLC程序，结合实验室设备完成系统调试，在实验室手动仿真模型上仿真轧钢机工作过程的控制。1.3 设计要求（1）按下启动按钮，上下两轧辊电机（主拖动电机，M1）起动运转，轧制方向为从右向左轧制。左右侧辊道电机（M2和M3）启动，逆时针运转，向左输送。（2）设备启动5秒钟后，PLC检测有无等待的轧件，即S1是否有效。若无轧件则一直等待。S1有效信号到来后，PLC通过某一路开出控制
6、电磁铁动作，打开轧件挡板，让轧件进入轧机的右侧轨道。（3）待轧件完全进入后（设需时4秒），释放电磁铁，关闭轧件挡板。（4）轧件在右侧辊道推动下进入轧辊下轧制，轧辊间有热金属探测仪给出正在轧制的信号，由S2仿真，高电平表示正在轧制。（5）S2由高电平变为低电平表示轧件已经通过了轧辊。轧件通过轧辊后PLC控制两侧辊道停止，电磁液压阀Y2动作使左侧辊道翘起。（6）1秒钟后起动左侧辊道向右输送。这时由安装在上轧辊上方的另一个热金属探测仪给出轧件通过的信号，由另一个手动开关S3仿真。（7）S3由高电平变为低电平表示轧件已经完全回到了轧辊右侧。PLC断开电磁阀Y2电源，并停止左侧辊道运转。（8）1秒钟后左
7、侧轨道放平，启动左右侧辊道电机向左输送，开始第下一次轧制。（9）重复第（4）（8）完成第二次轧制，并准备好第三次轧制。（10）第三次轧制完成后，即热金属探测仪输出由高电平变为低电平后，左侧辊道继续向左输送3秒钟，把轧件送出轧机。结束该轧件的轧制过程。（11）回到第二步但不需要5秒的延时。（12）按下停止按钮结束工作。二 硬件电路设计2.1 可编程序控制器概述可编程序控制器广泛地应用于工业控制，它通过用户存储的应用程序来控制生产过程，具有可靠性高、稳定性高和实时处理能力强的优点。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式
8、的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器（Programmable Logic Controller)简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。2.2 方案选定 本文是可编程控制器来实现轧钢机的电气控制。PLC拥有众多优点，它可以单击运行，另外由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，所以集成非常方便，并且可以很容易的组成PLC网络。同时具备可靠性能高，运行速度快的特点，符合轧钢机高安全，高效率的要求，另外有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，能满足轧钢机上面多操作的要求。其性价比高，所以在规
9、模不大的领域是较为理想的控制设。2.3总体控制系统框架传感器可编程控制器电机2.4硬件系统设计 系统所需的硬件：本次课程设计需要在实验室里完成，需要装有STEP 7-Micro/WIN编程软件的微机一台，S7-200系列的PLC一部，自动轧钢机系统的实验板以及导线若干条。 模板上各灯说明：（1）S1：检测传送带上有无钢板的传感器信号，由模板上的开关控制；（2）S2：检测传送带上钢板到位后正在轧制的传感器信号，由模板上的开关控制；（3）S3：检测轧件向右输送通过时的信号，由模板上的开关控制；（4）Y1：压轮，由程序控制；（5）Y2：电磁液压阀使左侧辊道翘起的信号，由程序控制；（6）M1、M2：传
10、送带电机的控制信号；其轧钢机电气控制模板如下图2.1所示Y1M1S1S2Y2M2M3图2.1轧钢机电气控制模板2.5 I/O地址分配I/O地址分配如下表2.1所示：输入I0.1启动按钮I0.2停止按钮I0.3S1（检测轧件到来的信号）I0.4S2（正在轧制的信号）I0.5S3（轧件通过的信号）输出Q0.1主拖动电机M1Q0.2左侧辊道电机M3逆转Q0.3左侧辊道电机M3顺转Q0.4右侧辊道电机M2右转Q0.5Y1动作（轧件挡板动作）Q0.6Y2动作（左侧辊道翘起）表2.1 I/O地址分配三 程序设计3.1 程序流程图程序流程图如图3.1所示：M3左转3秒（T41）结束M2和M3停转，电磁液压阀
11、Y2翘起，1S后M3右S3高电平轧件在轧制，低电平时轧件通过，断开Y2，M3停转1秒后M2、M3左转S3由高电平变为低电平时，通过C1判断是否已轧制3次？按下启动按钮 I0.1主电机M1启动 M2和M3左转5秒的延时（T37）由S1检测有无轧件等待？S2由高变为低是否是否3.2操作过程1、打开装有STEP 7-Micro/WIN编程软件的PC机，出现界面如下图3.2所示：图3.2编程软件开始界面2、 按照所学操作PLC软件的基本添加知识，完成之后，如下图3.3所示：图3.3编程软件完成界面3.3实验现象图块（1） 总体面板（2） 输入输出接线（3） 开始运行按下开始按钮，上下两轧辊电机（主拖动
12、电机，M1）起动运转，轧制方向为从右向左轧制。左右侧辊道电机（M2和M3）启动，逆时针运转，向左输送。 （4） 运行过程 A：PLC检测有等待的轧件，即S1有效（S1的指示灯亮）。B：轧件在右侧辊道推动下进入轧辊下轧制，轧辊间有热金属探测仪给出正在轧制的信号， S2有效时表示正轧制，S2低电平时，即通过轧辊。该动作流程连续重复三次即完成一个过程。四 课程设计总结或结论课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。本次课设题目是轧钢机电气控制系统设计，通过这次课程设计使自己对可编程序控制器这门课程学到的部分理
13、论知识得到了一定的应用，加深了对学到的知识的印象。将近两周的时间大家几乎是同步的进行着我们的设计，看笔记，查规范，看书中例题，这才发现原来自己虽然学了这门课程但是一旦应用起来就发现了自己在学习过程中出现的纰漏，有很多知识的理解根本不到位，还好，幸亏现在在设计过程中可以查漏补缺，学以致用。刚拿到课设题目的时候，大脑一片空白，感觉轧钢机非常抽象，以前也没有接触过，面对整页的课设要求，不知如何下手。然后我们开始上网查阅轧钢机相关的资料，了解轧钢机的结构和原理。结合课设要求编写程序，利用实验室的设备进行模拟仿真，调试程序。编写程序的过程中，关于计数器的复位遇到些问题，经过小组成员的讨论，最终解决问题，成功完成课程设计最后，感谢老师在这次课程设计当中给我的帮助和指导！五 参考文献1 殷洪义主编 可编程序控制器选择设计与维护 机械工业出版社 2004年3月2 刘志刚主编 可编程控制技术与应用 冶金工业出版社 2011年1月3 杨公源 黄琦兰 可编程控制器应用与实践 清华大学出版社 2007年4 张进秋 可编程序控制器的原理及应用实例 机械工业出版社 2004年5 程玉华 西门子S7-200工程应用实例分析 电子工业出版社 2008年附录一 梯形图课程设计评 语课程设计成 绩指导教师（签字） 年 月 日
