第3章 继电器——接触器控制线路设计
3.1 继电器——接触器控制系统设计
继电器接触器控制系统是生产机械不可缺少的重要组成部分，它对生产机械能否正确、可靠的工作起着决定性的作用。继电器接触器控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成。它的优点是电路图较直观形象，结构简单、价格便宜、抗干扰能力强，因此广泛应用于各种机床和机械设备。它的缺点是采用固定接线形式，通用性和灵活性差，工作频率低，触电易损坏，可靠性差。
3.2 控制线路设计步骤
3.2.1 主电路要求
KM1控制电机M1正转，驱动装料机加料；KM2控制电机M2正转，驱动装料车上升；KM5控制电机M2反转，驱动装料车下降；KM3控制电机M3正转，驱动装料车卸料；KM4控制电机M3反转，驱动装料车复位。
主电路图如图3-1所示：
图3-1 自动装卸线控制系统主电路图
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3.2.2 设计自锁、连锁、限位保护环节
1、自锁保护
中间继电器KA的常开触点KA对自身自锁保护； 时间继电器KT2的常开触点KT2对自身自锁保护； 接触器KM2的常开触点KM2对自身自锁保护； 接触器KM4的常开触点KM4对自身自锁保护。 2、互锁保护
时间继电器KT2的常闭触点KT2与接触器KM1线圈、时间继电器KT1线圈互锁； 接触器KM2常闭触点KM2与接触器KT2线圈、时间继电器KM5线圈互锁； 时间继电器KT4的常闭触点KT4与时间继电器KT3线圈互锁；
接触器KM4常闭触点KM4与接触器KM3线圈、时间继电器KT4线圈互锁； 接触器KM5常闭触点KM5与接触器KM2线圈互锁。 3、限位保护
行程开关SQ1和SQ2分别实现向上限位和向下原位保护。
3.2.3 控制电路设计
根据上述思路设计控制电路图如图3-2所示：
图3-2 控制电路图
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原理和操作顺序说明：
按下启动按钮SB1，接触器KA线圈得电并自锁，自动装卸线工作；同时，装料车在原位，PG指示灯亮；
由于接触器KA线圈得电，KA常开触点闭合，接触器KM1线圈得电，装料车加料；同时时间继电器KT1线圈得电，经过5S延时，KT1通电延时常开触点闭合，时间继电器KT2线圈得电自锁，时间继电器KT2常闭触点断开，KM1线圈失电，加料结束；
1S延时之后，KT2通电延时常开触点闭合，KM2线圈得电并自锁，料车上升，KM2常闭触点断开；
当料车上升到位时，上行程限位开关SQ1常闭触点断开，KM2线圈失电解除自锁；SQ1常开触点闭合，时间继电器KT3线圈得电自锁，经过1S延时，KT3通电延时闭合常开触点闭合，接触器KM3和时间继电器KT4线圈得电，料车开始卸料；
延时10S之后，KT4通电延时闭合常开触点闭合，KM4线圈得电自锁，KM4常闭触点断开，KT3线圈失电，解除自锁，KT4线圈和KM3线圈失电，卸料结束，料车复位；KM4常开触点闭合，KM5线圈得电自锁，料车下降；
当下降到原位时，原位开关SQ2常闭触点断开，KM4、KM5线圈失电，SQ2常开触点闭合，原位指示灯亮。
若不按下停止按钮SB2，则系统重新进入循环，实现连续循环操作；若按下停止按钮SB2，KA线圈失电解除自锁，机床停止，实现单周装卸。
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第4章 PLC控制设计
4.1 PLC选择设计
PLC问世以来，其发展极为迅速。由最初的1位机发展为8位机，现在的大型PLC已采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，其技术已经相当成熟。
目前，世界上有PLC生产厂200多家，比较著名的有美国的A-B公司、通用电气公司，日本的三菱、松下电工、欧姆龙，德国的西门子，法国的施耐德等。生产的PLC品种繁多，产品的更新换代也极快，著名的生产公司几乎每1~2年即可推出一种新产品。PLC的结构不断改进，功能日益增强，性能价格比越来越高。展望未来，PLC在规模和功能上正朝着两个方向发展。一方面，大型PLC不断向大容量、高速度、多功能的方向发展，能取代工业控制微机对大规模复杂系统进行综合性的自动控制。另一方面，小型PLC向超小型、简易、廉价方向发展，能真正完全取代最小的继电接触器系统，适应单机、数控机床和工业机器人等领域的控制要求。另外，不断增强PLC的联网通信功能，便于分散控制与集中控制的实现；大力开发智能I/O模块，极大地增强PLC的过程控制能力，提高它的适应性和可靠性；不断使PLC的编程语言与编程工具向标准化和高级化方向发展。
PLC是计算机技术与传统的继电器接触器控制技术相结合的产物，其基本设计思想是把计算机的功能完善、灵活、通用等优点和继电器接触器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来。目前它已经成为工业自动化控制的强有力工具。
本次课程设计使用的是德国西门子S7-200的CPU222型PLC，本机集成8输入/6继电器输出，共14个数字量I/O 点。8K字节程序和数据存储空间，2 个高速计数器，2 路20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。以下分别设计了PLC的I/O分配表、接线图、梯形图和语句表。
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4.2 PLC的I/O分配表
表4-1 PLC控制输入输出分配表
控制信号 输入信号 信号名称 系统启动信号 终点信号 原位信号 系统停止信号 输出信号 料车装料信号 料车上升信号 料车卸载信号 料车复位信号 料车下降信号 原位状态信号 元件名称 常开按钮 行程开关 行程开关 常开按钮 交流接触器 交流接触器 交流接触器 交流接触器 交流接触器 指示灯 元件符号 SB1 SQ1 SQ2 SB2 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 PG 地址编码 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5
4.3 I/O接线图
图 4-1 PLC的外围设备接线图
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