自动化刨冰制作系统.doc

项目报告

题目：自动化刨冰制作系统

课 程 名 称： 电气控制与PLC
学 院： 机电学院
专 业： 机械工程及自动化
学　 号： 2008090401107、15
姓　 名： 黄玲辉、王晶晶
成 绩：

2009年6 月 26 日
1．控制系统描述
该自动化系统可以实现制作刨冰的功能。
该系统放冰和放果汁过程分别用电磁阀YV1，YV2实现。传送带左行和右行由电机KM2，KM1实现。工作台卡紧杯子由电磁阀YV3控制。搅拌棒的上升和下降由电磁阀YV5和YV4实现。搅拌棒的旋转由电机KM3控制。放冰和放水的液位由SQ0，SQ1进行监测。传送带的左右限位开关为SQ2和SQ3。搅拌棒的下位和上位由限位开关SQ4和SQ5检测。
图1.1 自动刨冰系统系统示意图

系统示意图如下：

2．继电接触器控制系统
本系统中的继电接触器控制系统根据设计要求，按下启动按钮SB1后，自动运行过程中的前3步的控制功能，并且在任何时候按下停止按钮SB2时立即停止。
该继电接触器控制系统部分所要完成的任务如下：
工作台在左限位并且工作台没有卡紧的情况下，按下启动按钮SB1，系统自动运行：
工作台卡紧电磁阀得电， 工作台卡紧，并计时2秒，确定已经卡紧；
2秒时间到，放冰电磁阀得电，放冰，直至到达并表面传感器SQ0为止；
之后放果汁电磁阀得电，放果汁，直至到达水表面传感器SQ1为止；
之后传送带右行电机得电，传送带右行，直至压合传送带右限位开关SQ3为止；
之后搅拌棒下降电磁阀得电，搅拌棒下降.直至压合搅拌棒下限位开关SQ4为止；
之后搅拌棒旋转电机得电，搅拌棒旋转，并计时10秒，确认搅拌均匀；
之后搅拌棒上升电磁阀得电，搅拌棒上升，直至压合搅拌棒上限位开关SQ5；
最后传送带左行电机得电，传送带左行，直至压合传送带左限位开关SQ2为止。
停止：
按下停止按钮SB2，所有设备均停止工作。
2.1继电接触器控制系统原理图
本自动刨冰系统的继电器控制系统原理图如图2.1所示：
图2.1 自动刨冰系统继电器控制系统原理图

2.2线路说明
本自动刨冰系统的继电器控制系统中的主电路连接两个电机M1、M2，M1控制传送带左、右行，M2为搅拌棒电机，用来搅拌刨冰。控制电路完成相应的控制动作，其中的一些自锁采用继电器KA来完成，用时间继电器KT来完成一些时间的定时。
本自动刨冰系统的继电器控制系统中，保护上，主电路用到了低压断路器QF，又被成为自动空气开关，该电器是一种既有手动开关作用，又能自动进行欠压、失压、过载和短路保护的电器。同时还用到了热继电器进行过载保护。控制电路中在两电机及本身涉及到正反转的电机上在接触器线圈的得失电上还用到了互锁，以免断路。
本系统继电接触器控制系统的工作过程为：
工作台在左限位并且工作台没有卡紧的情况下，合上自动空气开关QF后，按下启动按钮SB1，工作台卡紧电磁阀YV3、继电器KA1，时间继电器KT1得电，工作台卡紧，继电器KA1的常开触点闭合，用来自锁，用时间继电器KT1来定时2秒时间，以确定卡紧；
2秒时间到，放冰电磁阀YV1得电，开始放冰；
到达并表面传感器SQ0后，放冰电磁阀YV1失电，放果汁电磁阀YV2得电，停止放冰，开始放果汁；
到达水表面传感器SQ1后，放果汁电磁阀YV2失电，传送带电机接触器线圈KM1得电，停止放果汁，传送带电机正转，传送带右行；
压合传送带右限位开关SQ3后，传送带电机接触器线圈KM1失电，搅拌棒下降电磁阀YV4得电，传送带停止运行，搅拌棒下降；
压合搅拌棒下限位开关SQ4后，搅拌棒下降电磁阀YV4失电，搅拌棒旋转电机接触器线圈KM3、时间继电器KT2得电，搅拌棒停止下降，搅拌棒旋转，并用时间继电器定时10秒，以确定搅拌均匀；
10秒时间到，搅拌棒旋转电机接触器线圈KM3、时间继电器KT2失电，搅拌棒上升电磁阀YV5、继电器KA2得电，停止搅拌，搅拌棒上升，用KA2来自锁；
压合搅拌棒上限位开关SQ5后，搅拌棒上升电磁阀YV5、继电器KA2失电，传送带电机接触器线圈KM2得电，搅拌棒停止上升，传送带电机反转，传送带左行；
压合传送带左限位开关SQ2后，传送带电机接触器线圈KM2失电，传送带停止运行。
任何时候按下停止按钮SB2，所有设备均停止工作。
3.PLC控制系统
本系统中的PLC控制系统所要完成的任务如下：
启动：
工作台在左限位并且工作台没有卡紧的情况下，按下启动按钮SB1，系统自动运行。
停止：
按下停止按钮SB2，所有设备均停止工作。
复位：
按下复位按钮SB3，搅拌棒先停止旋转，然后上行.传送带左行至传送带左限位，然后工作台松开卡紧的杯子。
系统自动运行：
工作台卡紧电磁阀得电置1，并计时2秒，确定已经卡紧；放冰电磁阀得电，放冰，直至到达并表面传感器SQ0为止；放果汁电磁阀得电，放果汁，直至到达水表面传感器SQ1为止；传送带右行电机得电，传送带右行，直至压合传送带右限位开关SQ3为止； 搅拌棒下降电磁阀得电，搅拌棒下降.直至压合搅拌棒下限位开关SQ4为止；搅拌棒旋转电机得电，搅拌棒旋转，并计时10秒，确认搅拌均匀；搅拌棒上升电磁阀得电，搅拌棒上升，直至压合搅拌棒上限位开关SQ5；传送带左行电机得电，传送带左行，直至压合传送带左限位开关SQ2为止；工作台卡紧电磁阀得电置0，并计时2 秒，确认已经松开。
系统自动统计刨冰的杯数，并输出显示在数码显示管上。
3.1硬件设计
3.1.1 I /O设备
此系统中输入为9点，输出为12点。
在该控制系统中，使用了5个电磁阀分别来控制卡紧、放冰、放果汁、搅拌棒的下降和上升5个动作，相应的电磁阀可称为放冰电磁阀、放果汁电磁阀、水杯卡紧电磁阀、搅拌棒下降电磁阀和搅拌棒上升电磁阀；使用了3个接触器分别控制传送带的右行、传送带的左行和搅拌棒电机旋转，相应的接触器可称为传送带右行接触器、传送带左行接触器和搅拌棒接触器。另外还使用了4个限位开关分别检测传送左行到位、传送带右行到位、搅拌棒下降到位和搅拌棒上升到位这4个状态，以及2个传感器分别检测冰到位和果汁到位。
该设计系统输入、输出设备表如下：
表3.1
输入设备
输出设备
名称
符号
名称
符号
放冰限位开关
SQ0
放冰电磁阀
YV1
放水限位开关
SQ1
放果汁电磁阀
YV2
传送带左限位
SQ2
卡紧电磁阀
YV3
传送带右限位
SQ3
搅拌棒下降电磁阀
YV4
搅拌棒下行限位
SQ4
搅拌棒上升电磁阀
YV5
搅拌棒上行限位
SQ5
传送带右行接触器
KM1
开始按钮
SB1
传送带左行接触器
KM2
停止按钮
SB2
搅拌棒电机
KM3
复位按钮
SB3
数码显示输出

3.1.2 可编程控制器的选型
CPU及扩展模块的型号是根据输入输出设备所需要PLC的I/O点数来选择的.本次设计中，需要输入点数9个，输出点数12个，选用CPU模块SIMATIC S7-200.该CPU有16个输入点，10个输出点，所以需选用扩展模块.本次设计选用的扩展模块为EM222，有8个输出点。
3.1.3 PLC输入／输出硬件接线图
本系统的PLC系统硬件接线图如图3.1所示：

图3.1 PLC系统硬件接线图

3.1.4 I /O点及内存地址分配
该自动刨冰系统所使用的输入和输出设备的I/O分配表如表3.2所示：

表3.2
输入
输出
I0.0
放冰限位开关
SQ0
Q0.0
搅拌棒下降电磁阀
YV4
I0.1
放水限位开关
SQ1
Q0.1
传送带右行
电机1正转
I0.2
传送带左限位
SQ2
Q0.2
传送带左行
电机1反转
I0.3
传送带右限位
SQ3
Q0.3
搅拌棒电机
电机2
I0.4
搅拌棒下行限位
SQ4
Q0.4
放冰电磁阀
YV1
I0.5
搅拌棒上行限位
SQ5
Q0.5
放果汁电磁阀
YV2
I1.1
开始按钮
SB1
Q0.6
卡紧电磁阀
YV3
I1.2
停止按钮
SB2
Q0.7
搅拌棒上升电磁阀
YV5
I1.3
复位按钮
SB3
Q2.0
数码显示输出

Q2.1

Q2.2

Q2.3

在该系统程序设计中，对于顺序控制的每一个稳定的动作状态，称之为步，每一步的状态（步标记）使用存储器进行存储，应用到定时器及计数器。程序中使用到的M、T、C内存单元如下表：
表3.3
所用内存单元
地址
功能说明
M
M0.0
初始状态
M0.1
自动运行的第1步步标记
M0.2
自动运行的第2步步标记
M0.3
自动运行的第3步步标记
M0.4
自动运行的第4步步标记
M0.5
自动运行的第5步步标记
M0.6
自动运行的第6步步标记
M0.7
自动运行的第7步步标记
M1.0
自动运行的第8步步标记
M1.1
自动运行的第9步步标记
M1.2
自动运行的第10步步标记
M1.3
复位运行第1步步标记
M1.4
复位运行第2步步标记
M1.5
复位运行第3步步标记
T
T41
定时卡紧确定时间2s
T42
定时搅拌时间10s
T43
定时松开确定时间2s
C
C1
记录刨冰的杯数

3.2软件程序设计
本次设计自动化刨冰制作系统，是一个典型的顺序控制模型。编程过程中，将每一个稳定状态成为一步，每一步按顺序在存储器中设置相应的标志位，画出顺序控制图，然后按照顺序控制图编写程序。整个控制系统可以分为两个程序阶段：复位程序和启动程序。复位程序目的是让搅拌棒停止旋转，然后上行，传送带左行至左限位，工作台松开卡紧的杯子；启动程序在一定的条件控制下，完成放冰、放水、搅拌、计数等基本指令。具体程序结构见下图：

启动
卡紧
放冰
放果汁
果汁到位
冰到位
传送带右行

搅拌棒下降
搅拌
搅拌棒停、上升

传送带左行
卡紧松开
到达右限位
到达下限位
上升到位
到达左限位
T=10s
T=2s
复位
图3.2 自动刨冰系统结构框图
T=2s

3.2.1 控制系统的流程图
本自动刨冰系统的控制系统流程图如图3.3所示：

M0.0

等待

M0.1

M0.2

M0.3

M0.4

M0.5

M0.6

M0.7

M1.0

M1.1

M1.2

卡紧Q0.6=1，T41定时2秒

放冰，Q0.4=1

放果汁，Q0.5=1

传送带右行，Q0.1=1

搅拌棒下降，Q0.0=1

搅拌棒旋转，Q0.3=1， T42定时10秒

搅拌棒上升，Q0.7=1

传送带左行，Q0.2=1

卡紧失电，Q0.6=0，T43定时2秒

计数器加1

M1.3

棒停转Q0.3=0，上升Q0.7=0

M1.4

传送带左行，Q0.2=1

M1.5

加紧松开，Q0.6=0

时间到， T41=1，确定卡紧

到达冰限位，I0.0=1

到达果汁限位，I0.1=1

到达右限位，I0.3=1

到达左限位，I0.2=1

按下启动按钮，I1.1=1

到达下限位，I0.4=1

定时时间到，T42=1

到达上限位，I0.5=1

定时时间到，T43=1，确定松开

按下复位按钮，I1.3=1

在左限位，I0.2=1，加紧松开

图3.3 自动刨冰系统控制系统流程图

3.2.2 程序清单及注释

4.遇到的问题和解决的方法
(1)硬件故障，由于在与实验箱端口接线之前没有，检测所用的导线和各个接线端子是否都处于良好导通状态，在调试过程中对软件程序作出了错误判断，经仔细排查，找出真正问题所在.不过为了做到严谨万无一失，我们组将所有的导线均用万用表测量是否导通，将实验箱上的每个输出端口都用导线与PLC上的输入口相连，检测是否连接正常。对于实验箱上的输入端口，在调试程序的过程中可以进行验证性检测。
(2)CPU停机故障，由于实验室内人员较多，并且有时两组共用一个插座很有可能被误操作导致CPU断电，为了防止给调试程序带来不必要的麻烦，在每次调试程序的时候都会注意将程序保存在优盘上。
(3)为了防止程序因多次调试导致自己思路混乱，将程序的每次修改都会有专门的备份，用时间命名，并附有程序说明。
(4)自动化刨冰系统的调试中复位和启动可以看成是两个字程序，在两个子程序中，又有相交叉的地方，比如搅拌棒上升，传送带左行等。PLC运行过程中，完成一次扫描，所有语句执行完之后送出。以在编程的过程中，如果处理不好就会导致运行错误。解决方法是在适当的位置用到复位(R)和置位(S)。
5.项目设计总结（收获与体会）
请在此处叙述整个项目在设计及完成过程中的收获和体会，对项目的实现进行总结。
注意，此处必须手写。

6.项目组成员签字
项目组每一位成员请在此处使用签字笔进行签名。

请大家务必按照上述格式进行撰写项目报告，保证项目报告的规范性（例如标题、正文等的字体、行间距等）。