1、课 程 设 计 说 明 书题目： 离心选矿自动控制系统的设计 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 副教授 电气工程学院课程设计任务书课程名称： 电气控制与 PLC 基层教学单位： 仪器科学与工程系 指导教师：学号 学生姓名 （专业）班 级设计题目 离心选矿自动控制系统的设计设计技术参数1. 设计内容见附页（4）2. 使用组态王实现上位控制3. 公共实践（四层电梯）4. 公共实践（邮件分拣） （选作）5. 查阅资料（变频器）设计要求采用 PLC 进行设计。画出系统图，采用梯形图编程，并给出相应的组态控制工程（附主画面） 。结合公共实践部分，完成设
2、计说明书。参考资料“电气控制”类图书及论文资料“可编程控制器”类图书及论文资料周次 20 周应完成内容分析设计要求、查资料、确定方案，设计梯形图、设计上位组态撰写课程设计说明书，答辩指导教师签字张立国 基层教学单位主任签字说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。电气工程学院 教务科目录第一章 摘要-4.第二章 PLC 介绍-5第三章 离心选矿自动控制系统的设计-6第四章 四层电梯系统的设计-12第五章 变频器的基本知识-24第六章 心得体会-26参考文献-27燕山大学课程设计评审意见表-28第一章 摘要可编程序控制器(PLC)是综
3、合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一门新兴技术，是以实现工业生产、科学研究以及其他各个领域自动化的重要手段之一，应用十分广泛，是现代工业控制的三大支柱之一。目前，可编程序控制器已成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，其广泛的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。本文主要由以下组成：第一部分介绍了三菱 FX 系列 PLC 在离心式选矿机控制中的自动控制系统设计，展现了 PLC 在系统控制方面的卓越性及稳定性。第二部分针对我国电梯业的现状，将 PLC 应用于四层电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，提高了电梯可靠性、可维护性以及使用寿命。根据本次课题要求，通过使用组
4、态王实现上位控制，采用 PLC 进行设计，并且直观形象的应用计算机进行模拟仿真，能够更加形象的看到 PLC 的控制效果，对其效果及作用有更加深刻的了解和掌握。关键词：PLC 控制 离心选矿机 四层电梯 第二章 PLC 介绍2.1 PLC 的简介 .在市场经济的推动下，人们要求产品品种齐全且质优价廉。为适应市场需求，工业产品的品种就要不断更新换代，从而要求附属的控制系统不断地更改甚至更换。美国的数字设备公司与 1969 年生产了第一台可编程控制器，简称 PLC。它是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。 可编程控制器的出现很快引起了各国的注意，中国于 1973 年开始研制 PL
5、C,并于 1977 年应用到生产线上。 2.2 PLC 的分类 PLC 已成为工业工作领域中最常见、最重要的控制设备，它代表着一个国家的工业水平。 PLC 一般按其输入/输出点（I/O）总数多少来分类。I/O 点数在 128 点一下的为小型机，I/O 点数在 1292048 点以下的为中型机； I/O 点数超过 2048 点的为大型机。PLC 的 I/O 点数越多其存储容量也越大。 PLC 还有一种分类方法是按其结构来分，其可分为整体式、模块式和叠装式。 2.3 PLC 的特点 1) 学习编程容易 PLC 是面向用户的设备，考虑到现场普通工作人员的知识面及习惯，PLC 可以采用梯形图来编程，这
6、种编程更直观，不需专业计算机知识，本课设就是采用这种编程方法。控制系统简单，更改容易，施工周期短 PLC 及其外围模块品种多，可灵活组合完成各种要求的控制系统。只需在 PLC 的端子上接入相应的输入输出信号即可。相比继电器控制系统施工周期明显缩短，施工工作量也大大的减少。 系统维护容易PLC 具有完善的监控及自诊断功能，内部各种元件的工作状态可用可编程软件进行监控，配合程序针对性编程及内部特有的诊断能力，可准确找到故障并排除。2.4 PLC 控制的优越性 1）与继电器控制系统相比 传统的继电器控制只能进行开关量的控制，而 PLC 既可以进行开关量控制，又可进行模拟量控制，还能与计算机联成网络，
7、实现分级控制。 2）与集散控制系统的比较 PLC 由继电器逻辑控制系统发展而来，而集散系统由回路仪表控制系统发展而来。不论是PLC 还是集散系统，在发展过程中，二者是相互渗透、互为补充的。因此很多工业工程既可以用 PLC 也可以用集散系统。3）与工业微机系统相比较 工业微机系统在要求快速、实时性强、模型复杂的工业控制中占据优势。但微机系统要求的专业性比较强，同时其适应性和抗干扰能力没有 PLC 强。 第三章 离心选矿自动控制系统的设计3.1 设计要求离心选矿装置的动作如下。按下启动按钮，打开断矿阀门 A，矿流进入离心选矿机，180s 后关闭断矿阀门 A，延时 4s后，启动离心机和分矿阀门 B，
8、26s 后关闭分矿阀门 B 和离心机，延时 4s 后打开冲阀门 C，进水冲矿 22s 后关闭冲矿阀门，间隔 4s，再打开断矿阀门 A，进入下一个循环。连续工作开关可以控制整个选矿过程连续工作或只工作一个完整周期。紧急停止按钮是当出现紧急情况时，停止所有的工作。若想再启动工作，PLC 必须断电后再加电。3.2 离心选矿机工作原理离心选矿机的转鼓以一定的转数高速旋转，矿浆由给矿分矿器经给矿嘴分两处送入转鼓的内壁上。矿浆随鼓高速旋转，在离心力的作用下，重矿物沉积于转鼓的内壁上并随转鼓一起旋转，矿浆中的轻矿粒以一定的差速随转鼓旋转，在旋转过程中以一定的螺旋角由给矿端沿转鼓坡度方向向排矿端旋转流动，到末
9、端经排矿分矿器排出，即为尾矿。以过几分钟的选别后给矿分矿器自动转离原来正常位置，停止向转鼓内给矿，待尾矿排完后，排矿分矿器自动转离原正常位置准备截取精矿，然后高压冲洗水阀自动打开，高压冲洗水将沉积在转鼓内壁上的精矿冲.下，精矿冲完后高压水阀自动关闭，待精矿排完后，排矿分矿器、给矿分矿器自动复位开始下一个选别循环。 3.3 离心选矿机用途离心选矿机简称离心机，也叫离心溜槽。目前离心机的种类很多，但结构基本相同。离心机高速旋转时产生很大的离心力，强化重选过程，使微细矿粒得到更有效的回收，它的出现成功的解决了微细粒的充分回收，因此，目前广泛用于回收钨、锡、铁等矿泥。 轴承、橡胶衬垫3.4 原理图注矿
10、选矿注水3.5 状态转移图.启动X 0X 1 停止按钮M 0Y 0打开断矿阀门 AT 0K 1 8 0 0T 0M 1启动离心机和分矿阀门 BK 4 0T 1T 1T 1 Y 1T 2K 2 6 0T 2M 2T 3K 4 0T 3Y 2T 4打开冲矿阀门 CK 2 2 0T 4M 3T 5K 4 0T 5X 3连续工作开关结束3.6 梯形图3.7 组态王简介组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件.平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结
11、构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用 Windows 的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能3.8 使用组态王软件开发具有以下几个特点: (1)实验全部用软件来实现,只需利用现有
12、的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。 (2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。3.9 该设计的组态王程序if(本站点开关=1 if(本站点按钮=1 )本站点指示灯 2=1;本站点时间 1=本站点时间 1+1;else本站点指示灯 2=0;本站点时间 1=本站点时间 1;if(本站点按钮=1 本站点开关 1=0;
13、else本站点指示灯 1=0;本站点指示灯 2=0;本站点开关 1=0;本站点开关2=0;本站点开关 3=0;本站点隐含 3=0;本站点隐含=0;本站点隐含 6=0;本站点隐含 t1=0;本站点隐含 t2=0;本站点隐含 t3=0; if(本站点开关=0)本站点紧急停止按钮=0;第四章 四层电梯系统的设计4.1 电梯概述在现代化城市的高速发展中，一幢幢高楼拔地而起，电梯的广泛应用已成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯作为不可缺少的垂直运输设备，已与人们的日常生活密不可分。电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用
14、顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的。因此，电梯控制系统.应采用随机逻辑控制方式控制。目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方式并没有太大的区别。国内厂家大多采用答二种方式，其原因在于用 PLC 控制有许多优点： 1，可靠性高，由于采取了一系类的 PLC 高可靠性的措施，PLC 的平均无故障时间（MTBF）一般可达 35 万小时。而且 PLC 的环境适应性也很强，它能在工业环
15、境下可靠地工作；2，编程简单，PLC 最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3，体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC 的体积小，重量轻，便于安装。一般 PLC 都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。4.2 电梯继电器控制系统的优点(1) 所有控制功能及信号处理均有硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。 (2) 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 (3) 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价
16、格较便宜。 (4) 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。 1.1.2 电梯继电器控制的缺点： (1) 系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。 (2) 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。 (3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。 (4) 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 (5) 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大。费用高；而且检查故障困难，费时费工。 总之，电梯继电器控制系统故障
17、率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘客人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。所以目前电梯的继电器控制已经很少使用了。 4.3 四层电梯设计原理图 4-1设计要求如电梯模拟实验台结构所示，其动作要求如下：1.电梯上行：当电梯停于 1 楼(1F)或 2F、3F 时，4 楼呼叫则上行到 4 楼碰行程开关后停止。电梯停于 1F 或 2F，3F 呼叫、则上行，到 3F 行程开关控制停止。电梯停于 1F，2F 呼叫，则上行，到 2F 行程开关控制停止。电梯停于 lF，2F、3F 同时呼叫，则电梯上行到 2F 后，停 5 秒种，继续
18、上行到 3F 停止。电梯停于 1F，3F、4F 同时呼叫，电梯上行到3F，停 5 秒，继续上行到 4F 停止。.电梯停于 1F，2F、4P 同时呼叫，电梯上行到 2F，停 5 秒，继续上行到 4F 停止电梯停于 1F，2F、3F、4F 同时呼叫，电梯上行到 2F，停 5 秒，继续上行到 3F，停 5秒，继续上行到 4F 停止。电梯停于 2F、3F，4F 同时呼叫，电梯上行到 3F 停 5 秒，继续上行到 4F 停止。2.电梯下行：电梯停于 4F 或 3F 或 2F，1F 呼叫，电梯下行到 1F 停止。电梯停于 4F 或 3F，2F 呼叫，电梯下行到 2F 停止。电梯停于 4F，3F 呼叫，电梯
19、下行到 3F 停止。电梯停于 4F，3F、2F 同时呼叫，电梯下行到 3F，停 5 秒，继续下行到 2F 停止电锑停于 4F，3F、1F 同时呼叫，电梯下行到 3F，停 5 秒，继续下行到 1F 停止电梯停于 4F，2F、1F 同时呼叫，电梯下行到 2F，停 5 秒，继续下行到 1F 停止。电梯停于 4F，3F、2F、1F 同时呼叫，电梯下行到 3F，停 5 秒，继续下行到 2F 停 5秒，继续下行到 lF 停止。各楼层运行时间应在 15 秒以内，否则认为有故障。电梯停于某一层，数码管应显示该层的楼层数。设计电梯停于 2F,3F 时，电梯运行状态。 （上下同时呼叫时，采取先上后下的原则）4.4
20、 电梯输入输出分配表表二 输入输出分配表输入 输出主机 实验模块 注释 主机 实验模块 注释X1 LAY1 一楼行程开关 Y0 DJB 电机下行X2 LAY2 二楼行程开关 Y1 DJA 电机上行X3 LAY3 三楼行程开关 COM1 24VX4 LAY4 四楼行程开关 COM0 24VX12 2DN 二层下呼 Y6 AX13 3DN 三层下呼 Y7 BX14 4DN 四层下呼 Y10 CX11 1UP 一层上呼 Y11 DX12 2UP 二层上呼 Y12 EX13 3UP 三层上呼 Y13 FY14 G数码管段码X0 RST 复位 LED COM GNDCOM2 24VX5 IN1 一层内选
21、按钮X6 IN2 二层内选按钮 24V 24VX7 IN3 三层内选按钮 GND GNDX10 IN4 四层内选按钮COM COM GND4.5 主体流程四层电梯的自动控制主体思想是将四层楼分为四个状态，每个楼层分为两个子状态一、二，状态一为该楼层的等待状态，状态二为该楼层的行进状态。四个楼层状态之间依据限位开关进行切换，即一层状态可以切换到二层状态，二层状态可以切换到一、三层的状态。切换时首先判断该层是否被呼叫，如果被呼叫则切换到该层的等待状态中，等待 3 秒后进入该层的行进状态中。主体流程图如下，假设电梯在一层：.图 2 电梯设计主流程图1.电梯上下行判断流程Lay1Lay4 是四个楼层的
22、限位开关，对应输入 X1X4，四个楼层的呼叫信号对应输入 X11X14，对应中间继电器 M11M14，将四个开关量作为一个整体K1X1、K1M11，然后进行比较，如果 K1X1K1M11，代表呼叫楼层在电梯所在楼层下面，因此电梯下行；相反的，如果 K1X1K1M11，代表呼叫楼层在电梯所在楼层上面，因此电梯上行。对应的子流程图如下：图 3 电梯上下行判断流程2.数码管显示部分：当电梯行驶或停靠在某一楼层时，数码管显示出对应的楼层号，利用输出端口 Y6Y14 输出数码管显示信号到数码管，即可显示出电梯当前所在的楼层，对应梯形图如下：一层数码管显示子程序：二层数码管显示子程序：三层数码管显示子程序
23、：.四层数码管显示子程序：2）楼层呼叫指示灯：L1L4 对应四个楼层的呼叫指示灯，哪一层有呼叫，哪一层的指示灯就亮，电梯行进到这一层后，指示灯即熄灭。4.主控制按钮：利用电梯面板上的 RESET 按钮作为主控按钮，按下后电梯停止当前动作，停在当前位置。再次按下主控按钮后，电梯继续之前的动作。5.报警部分：电梯上行、下行电机运行时间超过 15s 后，发出报警知识。报警部分程序：4.5 总梯形图如下：.第五章 变频器相关知识5.1 变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保
24、护等功能。国内技术较领先的品牌有日业、英威腾、汇川、三 晶、紫日电气科技有限公司、雷诺尔、欧瑞(原烟台惠丰)、蓝海华腾。 5.2 变 频 器 的 组 成变频器通常分为 4 部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。 1 整流单元将工作频率固定的交流电转换为直流电。 2 高容量电容存储转换后的电能。 3 逆变器由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。 4 控制器按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。5.3 变频器工作原理主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压
25、型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器” ，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路” ，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器” 。整流器最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。平波回路在整流器整流后的直流电压中，含有电源 6 倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流） 。装置容量小时，
26、如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。.逆变器同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使 6 个开关器件导通、关断就可以得到 3 相交流输出。以电压型 pwm 逆变器为例示出开关时间和电压波形。 控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路” ，主电路的“电压、电流检测电路” ，电动机的“速度检测电路” ，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路” ，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 （1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的
27、输出电压、频率。 （2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。 （3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。 （4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg 等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 （5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。第六章 心得体会一周的紧张而又充实的课程设计已经结束了，通过这一周的学习与研究，我对 PLC的应用有了很深的认识。刚刚进入课程设计时我觉得真是无从下手不知
28、到底从哪步开始，于是在图书馆，查阅了很多资料，渐渐的对自己的题目有了些理解，知道该往哪方面努力，同时同学也给我很大的帮助，每做一步同伴和我都及时交换意见，使我们的课程设计能够顺利进行。在这里感谢那些给予我帮助的同学与老师，没有他们耐心的辅导与讲解，可能我会走很多弯路也不会这么顺利地完成课程设计。另一方面，通过这次课程设计我认识到：在高科技发展非常迅速的今天，掌握一项技术是多么的重要。在这次课程设计的众多题目中，很多设计都是与生活紧密结合的，如果将我们的设计投入到生产中就会是一项产品，既然我们的学习内容与生活如此贴近，那么把目前的知识学会学好是非常重要的！PLC 课程设计，是以学生自己动手动脑，
29、并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神， 。作为信息时代的大学生，仅会书本理论是不够的，基本的动手能力是一切工作和创造的基础和必要条件。通过两周的设计，使我对 PLC 的理论有了更深的了解。这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。在设计中，我锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。通过本次实习培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。通过这次电子技术课程设计，让我更深的体会到电子技术的奥妙。将书本上学到的知识应用于实践，
30、学会了一些电子电路仿真设计能力,虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。.参考文献1. 现代电气控制及 PLC 应用技术 王永华 北京航天航空大学出版社（第二版）2. PLC 原理及应用 李长久 机械工业出版社3. 西门子 PLC 与工业控制网络应用 高鸿斌，孔美静，赫孟合 电子工业出版社燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：该生学习态度 （认真 较认真 不认真） 该生迟到、早退现象 （有 无）该生依赖他人进行设计情况 （有 无）平时成绩： 指导教师签字： 2013 年 7 月 日图面及其它成绩：答辩小组评语：设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。 设计合理，实现设计要求。 实现了大部分设计要求。 没有完成设计要求，或者只实现了一小部分的设计要求。 答辩成绩： 组长签字： 2013 年 7 月 日课程设计综合成绩：答辩小组成员签字： 2013 年 7 月 日.
