基于顺序控制的PLC电气控制系统的设计.pdf

产品 与应用 基于川 页 序控制的P L C 电气控制系统的设计 丛国进 威海职业 技术 学院，山东 威海 2 6 4 2 1 0 摘要选用西门子公司的S I M A T I C S 7 - 2 0 0 C P U 2 2 4 可编程控制器， 基于顺序控制方法对挖掘 机的电气控制系统进行设计。实践证明，这种方法不仅增强了电气控制系统的可靠性，而且提高 了P L C编程与电 气控制系统调试的效率。 关键词顺序控制方法;挖掘机;P L C D e s i g n o f E l e c t r i c a l C o n t r o l S y s t e m B a s e d o n t h e S e q u e n c e C o n t r o l Me t h o d C o n g G u o j i n We i h a i V o c a t i o n a l C o l l e g e , We i h a i , S h a n d o n g 2 6 4 2 1 0 A b s t r a c t A n e w c o n t r o l s y s t e m o f g r u b m a c h i n e u s i n g S I MA T I C S 7 - 2 0 0 C P U 2 2 4 i s i n t r o d u c e d b a s e d o n t h e s e q u e n c e c o n t r o l m e t h o d . P r a c t i c e h a s s h o w n t h a t t h i s m e t h o d n o t o n l y e n h a n c e d t h e r e l i a b i l i t y o f e l e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m , a n d e n h a n c e d t h e P L C p r o g r a m m i n g a n d e l e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m d e b u g g i n g e f f i c i e n c y . K e y w o r d s r s e q u e n c e c o n t r o l m e t r o d ; g r u b m a c h i n e ; P L C 1 引言 挖掘机是一种广泛使用的大型工程机械，它主 要由电气控制系统、液压系统、冷却系统、钻臂、 行走机构、扒杂运输机等组成。工作时，先启动蜂 鸣器，让工作人员离开生产现场;再起动冷却泵稳 定工作后，起动液压泵电机，再起动钻头电机开始 工作。停机顺序与起动顺序正好相反。挖掘机的电 气控制系统主要控制钻头电机、冷却泵电机、液压 泵电机按事先设定的顺序起停， 按设定的时间运转， 同时系统温度超过设定值时产生报警。 P L C的控制系统程序设计方法有梯形图的经验 设计法与顺序控制设计法， 经验设计法是用设计继电 器电路图的方法来设计比较简单的数字量控制系统 的梯形图，有时需要多次反复地调试和修改梯形图， 增加一些中间编程元件和触点， 最后才能得到一个较 为 满意的结果。 这种设 计方法没有普遍的 规律可以 遵 循， 具有很大的试探性和随意性， 最后的结果不是惟 7 0 1 电 气 技 术 。 。 。 年 第 2 期 一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验 有很大的关系。顺序设计法是一种先进的设计方法， 很容易被初学者接受， 对于有经验的工程师， 也会提 高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。 考虑到编程与程序调试的灵活性，选用西门子 公司的 S I MA T I C S 7 - 2 0 0 C P U 2 2 4可编程控制器对 挖掘机的控制系统进行设计，设计方法采用顺序控 制设计。 2 主电路设计 控制系统主电路图如图1 所示。 图1 中钻头电机采用Y△起动， 由K M I , K M4 , K M5 控制; 液压泵电机和冷却泵电机分别由K M2 , K M3 直接起动即可。接触器K M O 作急停用，当系 统出现紧急情况时，断开 K M O . F R 1 , F R 2 , F R 3 为热继电器，用于对电机进行过载保护。F R 4为温 度传感器，当钻头电机超过设定值时，控制 H A 2 进行声光报警。 万方数据 产 品 与应用 头电机△型运行。因此，K M5 与 K M4的线圈必须 由软件实现互锁，以确保不同时得电。由于系统的 输出控制设备主要为交流感性负载，为保护挖掘机 可靠地工作， 在交流接触器K MO - K M6的两端各并 接了一个 C R浪涌吸收器。浪涌吸收器的C . R值 分别为0 .4 7 u F . 4 7 5 2 ， 连接时， C . R愈靠近交流接 触器，抗干扰效果愈好。 姗FUj翎FRI K M 5 妙头电M 图 1 系统主电路图 根据工艺要求，P L C控制系统首先必须保证三 台电机按指定的顺序起动和停止;其次，系统必须 有自 动和手动两种工作方式。正常工作时各电机连 续自动运转， 系统调试与维修时采用手动工作方式。 此外，系统还应设置互锁、短路和过载保护。当液 压泵电机和冷却泵电机中有一台过载时，系统必须 停止工作; 钻头电机过载时， 只停止其本身的工作， 不影响其他电机的工作。当钻头电机超过设定温度 时，必须停止运行。系统还应设有急停开关以及必 要的抗干扰措施，以确保挖掘机安全可靠地工作。 4 程序设计 挖掘机P L C控制系统主程序结构如图3 所示， 公用程序的梯形图如图4 所示。手动程序设计较简 单，本文重点介绍自动程序的设计方法。自动程序 的顺序功能图如图5 所示，梯形图如图6 所示。 s m o . 0 1-} 公用程 o p FN 自动程序 EN 1 0 . 0I/ p 手动程半 EN 图 3 O B I 程序结构 00 S M O . 1 1 0 . 1 1 1 . 2 I I . 3 Q O 51051 曰 /曰 ‘曰 ‘} m Q 0 . 0 N1 M 0 . 0 xI 70 ILF4 10月11. 3 P L C控制系统硬件设计 根据主电路的控制要求，系统实际输入点数为 1 2点，输出点数为8 其硬件连线如图2 所示。 曰 1 0 . 0 州 / 卜以 手动/ 自动 急停 岭n 鸟 器控制 冷却泵起动 冷却泵停1 l 液} 1 l. 泉起动 液1 t . 泵停i 1 钻头起动 钻头停日 钻头过载 液压泵过载 冷却泵过载 钻头超温 0. 0. 0 0 0 o. 图4 公用程序 Nn. 1.I11. 2 14 1 114 11 0 . 1 1 0 , 4 1 1 . 9 N 0 . 2 Q 0 , 0 11.. h10. ti只不 1 U. a- I 1 . S N0 a Q0. 3Q a . 2 1液 ‘ 架 嚣 淤in.710.410.fi“11.211. N0.1ri7N0,6}10. 410. 6 -11. 2I1. 3T- U 0 . 21训r 1 7 1 I 钻头电b l 起动 1- 5 Q o . 2 】 4 0 . 1 1 。 〔， h 01 1 1 .I } 曰I 钻头电机运行 图2 P L C接线图 图2 中S A为手动/ 自动工作方式的转换开关; S B 1 为紧急停止按钮K M1 和 K M5同时得电时， 钻头电机Y型起动;K M I 和K M 4同时得电时， 钻 图5 自动程序顺序功能图 由图5 可知，1 0 . 2 按钮首先启动蜂鸣器，此时 才能起动其他电机。顺序控制设计方法清楚地显示 了电机起动顺序冷却泵电机，液压泵电机*钻头 电机。同时只要冷却泵电机或者液压泵电机停止运 2 0 0 。 年 第 期电 气 技 术 17 1 万方数据 产品与应用 行，则所有电机立即停止运行，而钻头电机停止不 影响其他电机工作。 要求，所以必须考虑各种可能的情况，要对控制系 统的工艺流程进行测试，发现问题及时修正控制程 序。 程序的模拟调试完成后， 就可以进行联机调试。 本系统调试时应将手动操作与自 动操作独立分开。 手动操作时先在低压下进行，检查各电机的运转方 向是否正确，蜂鸣器、报警器是否能正确工作。待 各部分调试成功后，再转入自动控制方式，最后连 接整个系统试运行。由于P L C可灵活、 方便时通过 编程来改变控制过程，使调试变得较为简单。 图‘ 以转换为中心的自动程序顺序梯形图 当冷却泵电机和液压泵电机均起动后，才允许 钻头电机起动。 钻头电机起动时， K M I , K M5 得电， 钻头电机 Y型起动;8 后，K M 1 , K M 4 得电，电 机转为△型运行。当钻头电机工作温度超过设定值 时， I 1 .4 常开 触点闭 合， Q 0 . 7 控制H A 2 进行闪 烁报警， 同时将钻头电机控制回路 K M I 的控制回 路断开。 6 结论 由于P L C面向控制过程、 面向用户， 适应工业 环境，操作方便、可靠性高，所以目 前这种控制装 置在大型工程机械的自动控制中获得了广泛的应 用。 在实际应用中， 我们要对P L C采取一定的保护 措施。如本系统中，由于执行元件中交流接触器数 量较多，为防止电磁干扰，在交流接触器线圈并联 了阻容滤波电路。 实践证明， 这种抗干扰效果明显。 本系统经过一段时间运行表明，系统性能可靠、自 动化程度高，完全能满足生产工艺要求，大大提高 了生产效率。 参考文献 5 系统调试 将编制好的程序输入到P L C ， 先进行模拟调试， 然后再进行系统调试。在模拟调试时，实际的输入 元件和输出元件一般都不接，通常用小的板动开关 来模拟输入，而输出可以通过输出端发光二极管来 判断，反馈信号如过载、超温信号等可由扳动开关 模拟。模拟调试程序要检查程序是否完全符合预定 河3 ] 廖常初.P L C编程及应用【 M ] . 北京 机械工业出版社， 2 0 0 6 . 西门子公司. 深入浅出西门子 S 7 - 2 0 0 P L C [ M ] . 北京 北京航空航天大学出版社， 2 0 0 5 . 史国生. 电气控制与可编程控制器技术【 M ] . 北京 机 械工业出版社， 2 0 0 1 . 刘美俊. 可编程控制器应用技术[ M ] 福州福建科技 出版社. 2 0 0 6 . W e v 新 闻 气 A l 飞 1 0 0 0 MW 太阳能光伏电池项目在西安落户 中国电力投资集团公司将在西安投资5 0 亿元建设年 产能 l 0 0 0 M W的太阳能光伏电池项目。根据投资计划， 该项目 将于今年开工建设，建设周期为 5年，建成后可 实现年产值 3 1 0亿元。据了 解，该项目 不仅是国内 太阳 能电池生产厂家中的“ 巨无霸” ， 而且在国际上也将占 有 重要地位。 近年来中国光伏产业发展迅速，到2 0 0 6 年底，中国 太阳能电池的产能己超过 1 0 0 0 M W，成为全球三大太阳 能电池生产国之一。中国电力投资集团是中国最主要的 发电集团之一，该集团目前己在青海省的西宁市规划建 设了一个多晶硅项目，由此掌握了 太阳能光伏电池产业 的上游产品多晶硅原料。 7 2 1 电 气 技 术2 0 0 。 年 第 2 期 万方数据