2024年2月21日发(作者：濮叶春)
自动卸料爬斗的PLC控制
1．任务概述
有一物料传送系统，能够将传送带送过来的物料提升到一定的高度，并自动翻斗卸料，如图所示，爬斗由电动机M1拖动，将物料提升到上限时，由行程开关SQ1控制自动翻斗卸料时间，随后反向下降，到达下限SQ2位置停留20秒。料斗下落到SQ2位置时，同时启动由电动机M2拖动的皮带运输机，向料斗加料，加料工作在20秒内完成。20秒后皮带运输机自动停止工作，料斗又自动上升，如此不断地循环。
2．设计任务和要求：
设计上料爬斗PLC自动控制装置，该装置满足以下要求：
1、设置单动/连续开关，可以使该装置实现单动调试或自动循环两种工作方式。
2、当选择开关转到单动位置时，爬斗可单独升，降，皮带机可单独运行。
3、当选择开关转到自动循环工作时，爬斗应从原位（SQ2）处开始，按照皮带运输机起动，工作20秒后爬斗上升，SQ1动作，自动翻斗动作，爬斗下降，SQ2动作，皮带运输机起动......顺序连续工作。按下停止按钮时，料斗可以停在任意位置，启动时可以使料斗虽已从上升或下降开始运行。
4、操作面板上需设有PLC运行指示灯，指示上料爬斗工作在何种工作状态。
5、要具有必要的电气保护和互锁关联。
模型图
传送带、爬斗的布置，其工作过程（工作循环）如图
系统结构模型
触到SQ1 触到SQ2
爬斗上升
爬斗下降
爬斗停运，
开始加料
加料20秒
停止加料
表1工作循环图
2.1总体设计思路
根据已知情况、控制要求、设计要求，此PLC-控制装置的设计可按照“大而化小，分而治之”的思路，划分为以下5个部分，依序进行，各部分的设计任务分配如下:
(1) 程序设计及调试
拟采用切换法，完成程序的设计，并在实验室环境中进行模拟调试；
(2)电气设计
完成电气线路原理图、元件位置图、接线图、元件明细表的设计；
唐 山 学 院 课 程 设 计
(3)后期工作
说明操作过程、拟定常见故障排除方案等。
下面按照这个总体设计思路的任务安排，逐步展开。
2.2输入输出端口分配
I/O分配表原始要求
输入端口
启动按钮
停止按钮
单动/连续按钮
上限行程开关SQ1
上限行程开关SQ2
X0
X1
X2
X3
X4
输出端口
PLC运行指示灯
M1正转（上升）
M1反转（下降）
M2接触器(M2转动)
Y0
Y1
Y2
Y3
上升指示灯下降指示灯 Y4
皮带运输机运行指示灯 Y5
表2 I/O分配表原始要求
根据设计说明书对输入输出端口进行分析选取将输出端口Y4分解为上升指示灯和下降指示灯方便输出。对于输入时有停电时候给予考虑当其未停留在初始位置时，为了使其在返回原位必须拥有各部份的单动控制开关以便对电路进行控制。
分配I/O地址时要注意以下问题：
（1） 设备I/O地址尽可能连续；
（2） 相邻设备I/O地址尽可能连续；
（3） 输入/输出I/O地址分开；
第 3 页 共 13 页
（4） 每一框架I/O地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本；
（5） 充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系，合理地安排I/O地址，减少它们之间的内部连线。
I/O分配表
名称
启动按钮
停止按钮
单动连续开关
上限位开关
下限位开关
代号
SB1
SB2
QK4
SQ1
SQ2
输入
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
名称
PLC运行指示灯
M1正转（上升）
M1反转（下降）
M2接触器(M2转动)
上升指示灯(绿灯)
皮带运输机运行指示灯
下降指示灯（红灯）
输出
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
上升单动开关 QK1
下降单动开关 QK2
加料单动开关 QK3
表3 I/O分配表
2.3 PLC选择
（1）结构选择
根据物理结构的不同，PLC分为整体式、模块式和叠装式。整体式的每一I/O点的平均价格比模块式便宜，小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器。此次所设计的电气控制系统属于小型开关量电气控制系统没有特殊的控制任务，整体式PLC完全可以满足控制要求，且在性能相同的情况下，整体式PLC较模块
唐 山 学 院 课 程 设 计
式和叠装式PLC价格便宜。简单顺序控制系统适宜选用整体式PLC。
（2）输入输出点数确定
PLC的实际输出点数应等于或大于所需输出点数11，在条件许可的情况下尽可能留有10%-20%的裕量。
（3）输出模块类型选择
PLC输出模块有继电器型、晶体管型和双向可控硅型三种。
继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬间过电压和过电流的能力较强，每一点的输出容量较大（可达2A）,在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，但动作速度慢，寿命有一定的限制。
晶体管型与双向可控硅型输出模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应带宽快，寿命长，但是过载能力差，每1点的输出量只有0.5A，4点同时输出的总容量不得超过2A。
根据设计要求有启动、限位开关SQ1、SQ2、SB1、SB2、接触器触头5个,九个输入点Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、六个输出点，如表4所示：
表4
输入
输入点
SQ1～SQ2
SB1～SB2
其它
合计
数量
2
2
4
8
输出点
Y0～Y6
合计
输出
数量
7
7
FX2n系列PLC具有功能强、扩展容易、编程软件使用方便、性价比高等优点，所以本次设计采用FX2n-16MR系列PLC。此系统有8个输入8个输出。
2.4 硬件接线图
1.电动机M1和M2的主电路
要求正确表示出M1正反转控制线路及M2全压起动控制线路。
第 5 页 共 13 页
图5主电路接线图
的I/O连接图
图6 I/O接线图（要加各种保护装置如熔断器，热保护器等）
2.5 顺序功能图
顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号作用下，根据内部状态和时间顺序，使生产过程中各个执行机构自动而有序地进行工作。用ＰＬＣ进行生产过程的顺序控制时，首先要根据系统工艺过程画出顺序功能图，然
唐 山 学 院 课 程 设 计
后将功能图转换成梯形图或语句指令表程序。
原点
初始
S0
X0
X2
S20
启动
单步/连续
SETY0
SETY3
Y5
T0
T0 K200
PLC运行指示灯
皮带电机M2转动
皮带运行指示灯
延时20S
M8002
S21
X3
上限位
S22
T1SETY1
Y4
电动机M1正转
料斗上升提示（绿灯）
RSTY1
T1 K200
电动机M1停止
延时20S
S23
X4
下限位
S24
SETY2
Y6
电动机M1反转
料斗下降提示（红灯）
RSTY2
电动机M1停止
表7顺序功能图
2.6 梯形图及程序工作过程简析
梯形图编程是目前用的最多的ＰＬＣ编程语言。梯形图是在继电器－接触器控制电路的基础上简化了符号而演变来的。
第 7 页 共 13 页
2.7指令表
在FXGPWIN软件中将梯形图转变为指令表如下图所示
唐 山 学 院 课 程 设 计
第 9 页 共 13 页
3 后期工作
1、操作过程简要说明
（1）通过X7选择单动/连续运行。当X7通时，程序连续运行；当X7断时，程序单动运行。
（2）当选择单动时，闭合X4，M1正转爬斗上升，同时指示灯Y3亮；闭合X5，M1反转爬斗下降，同时指示灯Y4亮；闭合X6，M2运行，进行加料，同时指示灯Y5亮。
（3）当选择连续运行时，按下启动按钮X0时，M1正转爬斗上升，指示灯Y3亮；到达SQ1位置时，按下X2，M1正转停止，开始反转，爬斗下降，指示灯Y4亮；到达SQ2位置时，按下X3，M1停止运行，M2开始运行，进行加料，同时指示灯Y5亮；加料20秒后，M2停止运行，M1又开始正转，爬斗上升，如此循环下去。
（4）按下停止按钮X1爬斗停止在任意位置，启动时可以使爬斗从上升或下降开始运行。
2、常见故障及排除方案
(1)检查单动/连续开关能否正常选择？
不能：可能X7、连线错误或者是程序编辑错误。
解决方案：检查设备连线和开关，程序重编。
(2)检查PLC能否从最后1步(加料完毕)回到步1(爬斗上升)开始新一轮循环?
不能：可能少一个互锁环节或者程序错误。
解决方案：加一个互锁环节或程序重编。
(3)按下停止按钮爬斗能否停止在任意位置，启动时可以使爬斗从上升或下降开始运行?
不能：程序错误。
解决方案：修改程序。
唐 山 学 院 课 程 设 计
4 课程设计总结
通过此次程序设计以及在其中遇到的种种调试问题和运行故障，让我充分的认识到了自己知识结构的漏洞和处理问题的弊端。之前我们也做过一些程序由于那些程序相比之下比较简单还有就是基于指导书上的程序做一下改动就能实现，
而此次设计则是完全由自己编写，当我把自己写的程序到输到PLC中验证的时候，才发现不是不能运行，就是运行的结果不符合要求。面对在调试中出现种种的问题，才发现自己对PLC的理解还很不到位之前只是对程序有个大体的理解，对细节的准确把握上还很不够。
此次设计不同于以往之处就是不再是和同学分工与合作的完成的，而是由我自己独立编辑并完成的，当然其中难免会遇到各种问题，然而这些正是我的此次设计的收获。它不仅加强了我发现问题解决问题的能力，而且是我充分理解了“他山之石可以攻玉”这句话的深刻含义，因为个人的力量毕竟是有限的，所以在处理和一些较为棘手的问题的时，通过和老师同学的沟通后思路就变得清晰了很多，并且还可以省去一些不必要的步骤，使自己的程序变得更加简单明了。
总的来说这次设计除了使我掌握一套适合自己的解决问题的方法外同样也在对理论的运用中，提高了我的工程素质。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合
参考文献：
[1] 邓星钟. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社,2001.
[2] 静 康. 实用电工典型线路图例. 北京：中国水利水电出版社,1998.
[3] 全国电气文件编制和图形符号标准化技术委员会. 电气电工及相关标准汇编.北京：中国电力出版社,2001.
[4] 朱英韬. 工厂电气控制技术. 北京：工业大学出版社，1991.
[5] 杨长能,张兴毅. 可编程程序控制器基础及应用.重庆:：重庆大学出版社,2001
第 11 页 共 13 页
附录
状态转移图
M8002
原点
初始
S0
X0
启动
X2
单步/连续
S20 SETY0
SETY3
Y5
T0
T0 K200
S21 SETY1
X3
Y4
上限位
S22 RSTY1
T1T1 K200
S23 SETY2
X4
Y6
下限位
S24
RSTY2
PLC运行指示灯
皮带电机M2转动
皮带运行指示灯
延时20S
电动机M1正转
料斗上升提示（绿灯）
电动机M1停止
延时20S
电动机M1反转
料斗下降提示（红灯）电动机M1停止
唐 山 学 院 课 程 设 计
第 13 页 共 13 页
2024年2月21日发(作者：濮叶春)
自动卸料爬斗的PLC控制
1．任务概述
有一物料传送系统，能够将传送带送过来的物料提升到一定的高度，并自动翻斗卸料，如图所示，爬斗由电动机M1拖动，将物料提升到上限时，由行程开关SQ1控制自动翻斗卸料时间，随后反向下降，到达下限SQ2位置停留20秒。料斗下落到SQ2位置时，同时启动由电动机M2拖动的皮带运输机，向料斗加料，加料工作在20秒内完成。20秒后皮带运输机自动停止工作，料斗又自动上升，如此不断地循环。
2．设计任务和要求：
设计上料爬斗PLC自动控制装置，该装置满足以下要求：
1、设置单动/连续开关，可以使该装置实现单动调试或自动循环两种工作方式。
2、当选择开关转到单动位置时，爬斗可单独升，降，皮带机可单独运行。
3、当选择开关转到自动循环工作时，爬斗应从原位（SQ2）处开始，按照皮带运输机起动，工作20秒后爬斗上升，SQ1动作，自动翻斗动作，爬斗下降，SQ2动作，皮带运输机起动......顺序连续工作。按下停止按钮时，料斗可以停在任意位置，启动时可以使料斗虽已从上升或下降开始运行。
4、操作面板上需设有PLC运行指示灯，指示上料爬斗工作在何种工作状态。
5、要具有必要的电气保护和互锁关联。
模型图
传送带、爬斗的布置，其工作过程（工作循环）如图
系统结构模型
触到SQ1 触到SQ2
爬斗上升
爬斗下降
爬斗停运，
开始加料
加料20秒
停止加料
表1工作循环图
2.1总体设计思路
根据已知情况、控制要求、设计要求，此PLC-控制装置的设计可按照“大而化小，分而治之”的思路，划分为以下5个部分，依序进行，各部分的设计任务分配如下:
(1) 程序设计及调试
拟采用切换法，完成程序的设计，并在实验室环境中进行模拟调试；
(2)电气设计
完成电气线路原理图、元件位置图、接线图、元件明细表的设计；
唐 山 学 院 课 程 设 计
(3)后期工作
说明操作过程、拟定常见故障排除方案等。
下面按照这个总体设计思路的任务安排，逐步展开。
2.2输入输出端口分配
I/O分配表原始要求
输入端口
启动按钮
停止按钮
单动/连续按钮
上限行程开关SQ1
上限行程开关SQ2
X0
X1
X2
X3
X4
输出端口
PLC运行指示灯
M1正转（上升）
M1反转（下降）
M2接触器(M2转动)
Y0
Y1
Y2
Y3
上升指示灯下降指示灯 Y4
皮带运输机运行指示灯 Y5
表2 I/O分配表原始要求
根据设计说明书对输入输出端口进行分析选取将输出端口Y4分解为上升指示灯和下降指示灯方便输出。对于输入时有停电时候给予考虑当其未停留在初始位置时，为了使其在返回原位必须拥有各部份的单动控制开关以便对电路进行控制。
分配I/O地址时要注意以下问题：
（1） 设备I/O地址尽可能连续；
（2） 相邻设备I/O地址尽可能连续；
（3） 输入/输出I/O地址分开；
第 3 页 共 13 页
（4） 每一框架I/O地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本；
（5） 充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系，合理地安排I/O地址，减少它们之间的内部连线。
I/O分配表
名称
启动按钮
停止按钮
单动连续开关
上限位开关
下限位开关
代号
SB1
SB2
QK4
SQ1
SQ2
输入
X0
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
名称
PLC运行指示灯
M1正转（上升）
M1反转（下降）
M2接触器(M2转动)
上升指示灯(绿灯)
皮带运输机运行指示灯
下降指示灯（红灯）
输出
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y6
上升单动开关 QK1
下降单动开关 QK2
加料单动开关 QK3
表3 I/O分配表
2.3 PLC选择
（1）结构选择
根据物理结构的不同，PLC分为整体式、模块式和叠装式。整体式的每一I/O点的平均价格比模块式便宜，小型电气控制系统一般使用整体式可编程控制器。此次所设计的电气控制系统属于小型开关量电气控制系统没有特殊的控制任务，整体式PLC完全可以满足控制要求，且在性能相同的情况下，整体式PLC较模块
唐 山 学 院 课 程 设 计
式和叠装式PLC价格便宜。简单顺序控制系统适宜选用整体式PLC。
（2）输入输出点数确定
PLC的实际输出点数应等于或大于所需输出点数11，在条件许可的情况下尽可能留有10%-20%的裕量。
（3）输出模块类型选择
PLC输出模块有继电器型、晶体管型和双向可控硅型三种。
继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬间过电压和过电流的能力较强，每一点的输出容量较大（可达2A）,在同一时间内对导通的输出点的个数没有限制，但动作速度慢，寿命有一定的限制。
晶体管型与双向可控硅型输出模块分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠性高，反应带宽快，寿命长，但是过载能力差，每1点的输出量只有0.5A，4点同时输出的总容量不得超过2A。
根据设计要求有启动、限位开关SQ1、SQ2、SB1、SB2、接触器触头5个,九个输入点Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、六个输出点，如表4所示：
表4
输入
输入点
SQ1～SQ2
SB1～SB2
其它
合计
数量
2
2
4
8
输出点
Y0～Y6
合计
输出
数量
7
7
FX2n系列PLC具有功能强、扩展容易、编程软件使用方便、性价比高等优点，所以本次设计采用FX2n-16MR系列PLC。此系统有8个输入8个输出。
2.4 硬件接线图
1.电动机M1和M2的主电路
要求正确表示出M1正反转控制线路及M2全压起动控制线路。
第 5 页 共 13 页
图5主电路接线图
的I/O连接图
图6 I/O接线图（要加各种保护装置如熔断器，热保护器等）
2.5 顺序功能图
顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号作用下，根据内部状态和时间顺序，使生产过程中各个执行机构自动而有序地进行工作。用ＰＬＣ进行生产过程的顺序控制时，首先要根据系统工艺过程画出顺序功能图，然
唐 山 学 院 课 程 设 计
后将功能图转换成梯形图或语句指令表程序。
原点
初始
S0
X0
X2
S20
启动
单步/连续
SETY0
SETY3
Y5
T0
T0 K200
PLC运行指示灯
皮带电机M2转动
皮带运行指示灯
延时20S
M8002
S21
X3
上限位
S22
T1SETY1
Y4
电动机M1正转
料斗上升提示（绿灯）
RSTY1
T1 K200
电动机M1停止
延时20S
S23
X4
下限位
S24
SETY2
Y6
电动机M1反转
料斗下降提示（红灯）
RSTY2
电动机M1停止
表7顺序功能图
2.6 梯形图及程序工作过程简析
梯形图编程是目前用的最多的ＰＬＣ编程语言。梯形图是在继电器－接触器控制电路的基础上简化了符号而演变来的。
第 7 页 共 13 页
2.7指令表
在FXGPWIN软件中将梯形图转变为指令表如下图所示
唐 山 学 院 课 程 设 计
第 9 页 共 13 页
3 后期工作
1、操作过程简要说明
（1）通过X7选择单动/连续运行。当X7通时，程序连续运行；当X7断时，程序单动运行。
（2）当选择单动时，闭合X4，M1正转爬斗上升，同时指示灯Y3亮；闭合X5，M1反转爬斗下降，同时指示灯Y4亮；闭合X6，M2运行，进行加料，同时指示灯Y5亮。
（3）当选择连续运行时，按下启动按钮X0时，M1正转爬斗上升，指示灯Y3亮；到达SQ1位置时，按下X2，M1正转停止，开始反转，爬斗下降，指示灯Y4亮；到达SQ2位置时，按下X3，M1停止运行，M2开始运行，进行加料，同时指示灯Y5亮；加料20秒后，M2停止运行，M1又开始正转，爬斗上升，如此循环下去。
（4）按下停止按钮X1爬斗停止在任意位置，启动时可以使爬斗从上升或下降开始运行。
2、常见故障及排除方案
(1)检查单动/连续开关能否正常选择？
不能：可能X7、连线错误或者是程序编辑错误。
解决方案：检查设备连线和开关，程序重编。
(2)检查PLC能否从最后1步(加料完毕)回到步1(爬斗上升)开始新一轮循环?
不能：可能少一个互锁环节或者程序错误。
解决方案：加一个互锁环节或程序重编。
(3)按下停止按钮爬斗能否停止在任意位置，启动时可以使爬斗从上升或下降开始运行?
不能：程序错误。
解决方案：修改程序。
唐 山 学 院 课 程 设 计
4 课程设计总结
通过此次程序设计以及在其中遇到的种种调试问题和运行故障，让我充分的认识到了自己知识结构的漏洞和处理问题的弊端。之前我们也做过一些程序由于那些程序相比之下比较简单还有就是基于指导书上的程序做一下改动就能实现，
而此次设计则是完全由自己编写，当我把自己写的程序到输到PLC中验证的时候，才发现不是不能运行，就是运行的结果不符合要求。面对在调试中出现种种的问题，才发现自己对PLC的理解还很不到位之前只是对程序有个大体的理解，对细节的准确把握上还很不够。
此次设计不同于以往之处就是不再是和同学分工与合作的完成的，而是由我自己独立编辑并完成的，当然其中难免会遇到各种问题，然而这些正是我的此次设计的收获。它不仅加强了我发现问题解决问题的能力，而且是我充分理解了“他山之石可以攻玉”这句话的深刻含义，因为个人的力量毕竟是有限的，所以在处理和一些较为棘手的问题的时，通过和老师同学的沟通后思路就变得清晰了很多，并且还可以省去一些不必要的步骤，使自己的程序变得更加简单明了。
总的来说这次设计除了使我掌握一套适合自己的解决问题的方法外同样也在对理论的运用中，提高了我的工程素质。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合
参考文献：
[1] 邓星钟. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社,2001.
[2] 静 康. 实用电工典型线路图例. 北京：中国水利水电出版社,1998.
[3] 全国电气文件编制和图形符号标准化技术委员会. 电气电工及相关标准汇编.北京：中国电力出版社,2001.
[4] 朱英韬. 工厂电气控制技术. 北京：工业大学出版社，1991.
[5] 杨长能,张兴毅. 可编程程序控制器基础及应用.重庆:：重庆大学出版社,2001
第 11 页 共 13 页
附录
状态转移图
M8002
原点
初始
S0
X0
启动
X2
单步/连续
S20 SETY0
SETY3
Y5
T0
T0 K200
S21 SETY1
X3
Y4
上限位
S22 RSTY1
T1T1 K200
S23 SETY2
X4
Y6
下限位
S24
RSTY2
PLC运行指示灯
皮带电机M2转动
皮带运行指示灯
延时20S
电动机M1正转
料斗上升提示（绿灯）
电动机M1停止
延时20S
电动机M1反转
料斗下降提示（红灯）电动机M1停止
唐 山 学 院 课 程 设 计
第 13 页 共 13 页