自动送料装车系统PLC控制设计.pdf

《自动送料装车系统PLC控制设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动送料装车系统PLC控制设计.pdf（13页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、摘 要 随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。我们为各个装料生产领域所生产的可编程控制器装料系统。它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。关键词:plc；可编程控制器；自动装料Abstract With adva

2、nces in science and technology,requirement is higher and higher degree of automation,the original production feeding device far cannot satisfy the needs of the highly labor intensity and ensure the security and reliability of production,reduce production costs,reduce environmental pollution,improve

3、product quality and economic benefit is the enterprise to generate major issues to be faced produced to each loading production area of programmable controller charging integrated automatic control technology,measurement technology,new sensor technology,computer management technology in the integrat

4、ion of mechanical and electrical integration products;Make full use of computer technology to the production process for centralized monitoring,control,management and decentralized control;Fully absorbed the advantages of distributed control system and centralized control system,standardized,modular

5、,systematic design,flexible configuration,easy configuration.Key words PLC Programmable controller Automatic charging目 录 1 控制要求.1 设备概况.1 控制过程.1 2 整体设计.3 PLC 的特点.3 PLC 的结构和工作原理.3 PLC 与其他工业控制的比较.4 FX 系列 PLC 的特点.5 PLC 机型的选择.6 开关量输入/输出模块的选择.6 开关量输入模块的选择.6 开关量输出模块的选择.6 开关的选择.6 熔断器的选择.6 继电器的选择.6 热继电器的选择（F

6、R）.6 接触器的选择（KM）.7 3 系统分配.8 I/O 地址表.8 4 软件编程.9 GPP 软件简介.9 用 GPP 编写梯形图.9 传输、调试.12 控制源程序介绍.13 5 调试结果分析.16 6 心得体会.17 致谢.18 参考文献.19 附录一 自动送料装车系统的总体梯形图.20 附录二 自动送料装车系统的指令表.211 控制要求 设备概况 自动装料系统由料斗、四节传送带组成，如图 1 所示，传送带电动机MA1-MA4 的功率均为 1kW。图 1 自动装料系统示意图 控制过程（1）启动控制 系统启动后，红灯 PG2 灭，绿灯 PG1 亮，表明允许汽车开进装料。料斗出料口电磁阀

7、MB1 关闭，若料位传感器 BG0 置为 OFF（料斗中的物料不满），进料阀 MB2 开启进料（PG64 亮）。当 BG0 置为 ON（料斗中的物料已满），则停止进料 MB2 关闭（PG6 灭）。电动机 MA1、MA2、MA3 和 MA4 均为 OFF。（2）装车控制 装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开关 BG1 置为 ON，红灯信号灯PG2 亮，绿灯 PG1 灭；同时启动电机 MA4，经过 2S 后，再启动 MA3，再经 2S后启动 MA2，再经过 2S 最后启动 MA1，MA1 启动 2S 后才打开出料阀 MB1（PG5亮），物料经料斗出料。当车装满时，限位开关 BG2 为 ON，料

8、斗关闭，2S 后MA1 停止，MA2 在 MA1 停止 2S 后停止，MA3 在 MA2 停止 2S 后停止，MA4在 MA3 停止 2S 后最后停止。同时红灯 PG2 灭，绿灯 PG1 亮，汽车可以开走，计数器计数。（3）停机控制 当装满 120 车或按下停止按钮 SF2，自动装料装车的整个系统终止运行。表 1 控制信号说明 输入 输出 文字符号 说明 文字符号 说明 SF1 停止按钮 PG1 车未到指示灯 SF2 启动按钮 PG2 车到指示灯 BG0 料斗状态开关 PG3 车满指示灯 BG1 车位状态开关 PG4 料斗满指示灯 BG2 车满动作开关 PG5 出料口电磁阀工作指示灯 PG6

9、进料口电磁阀工作指示灯 MB1 出料口电磁阀 MB2 进料口电磁阀 MA1-MA4 传送带电动机 2 整体设计 可编程控制器（Programmable Controller）是以微处理器为基础的新型工业控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的崭新产品。1985 年国际电工委员会（IEC）对可编程控制器做了如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制

10、系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。可编程控制器采用易为工厂电气人员掌握的梯形图编程语言，能够实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制、模拟量 PID 控制，联网通信等功能。尤其是微处理器应用与可编程控制器后，因其体积小、功能强、价格便宜，使可编程控制器的功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。PLC 的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强（2）编程方法简单易学，使用方便（3）功能完善，应用灵活（4）环境要求低，适应性强，（5）体积小，重量轻，能耗低（6）维修工作量小，维修方便（7）系统的设计，安装，调试工作量少 PLC 的结构和工作原理 可编程控制器主要

11、由 CPU 模块、输入模块、输出模块、编程器、电源组成。CPU 模块又叫中央处理单元或者控制器，它主要由微处理器（CPU）和存储器组成。输入输出模块（I/0）模块是联系外部现场和 CPU 模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，可编程控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀，电磁铁等执行器和其他的外部负载。可编程控制器有运行（RUN）和停止（STOP）两种基本的工作状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程控制器的输出及时地响应随时变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程控制器停机或者切换到 STOP 工作状态。除

12、了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程控制器还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为 5 个阶段，可编程控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入输出关系来看，处理过程几乎是同时完成的。在内部处理阶段，可编程控制器检查 CPU 模块内部的硬件是否正常，将监控器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段，可编程控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当可编程控制器处于停止（STOP）状态时，只执行以上的操作。处于运行状态时，还要执行输入处理、程序执行、输出处理等阶段。在可编程控制器的存储

13、器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像积存器。可编程控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段，可编程控制器把所有外部输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。在输出处理阶段，CPU 将输出映像寄存器的 0/1 状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“1”状态。信号经输出模块隔离和功率放大

14、后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。PLC 与其他工业控制的比较 1.DCS 是一种“分散式控制系统”，而 PLC(可编程控制器)只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能。2.在网络方面,DCS 网络是整个系统的中枢神经，它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好.而 PLC 因为基本上都为个体工作，其在与别的 PLC 或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上，PLC 没有很好的保护措施。我们

15、采用电源,CPU,网络双冗余。3.DCS整体考虑方案,操作员站都具备工程师站功能,站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制,协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统，其站与站（PLC与PLC）之间的联系则是一种松散连接方式，是做不出协调控制的功能。4.DCS 在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC 所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。5.DCS 安全性：为保证 DCS 控制的设备的安全可靠，DCS 采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实

16、时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的安全可靠。PLC 所搭接的系统基本没有冗余的概念，就更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个 PLC 单元发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行更换维护并需重新编程。所以 DCS 系统要比其安全可靠性上高一个等级。6.系统软件，对各种工艺控制方案更新是 DCS 的一项最基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统自动完成的，不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于 PLC 构成的系统来说，工作量极其庞大，首先需要确定所要编辑更新的是哪个

17、 PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，最后再用专用的机器（读写器）专门一对一的将程序传送给这个 PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中（500 点以上），基本不采用全部由 PLC 所连接而成的系统的原因。7.模块：DCS 系统所有 I/O 模块都带有 CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电插拔，随机更换。而 PLC 模块只是简单电气转换单元，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫痪。8.现在高端的 PLC 与 DCS 的功能已经差不多，DCS 对网络和分布式数据库还要定时

18、扫描有较强的功能，同时对运算和模拟量的处量比较拿手。还分大、中、小、，其中微型的只卖几百块到 2000 块，点数也好少，大型的可以带数千点，运算能力与 DCS 差不多，但对多机联网功能较弱。现在两个技术平台都差不多，只是重点不一样。FX 系列 PLC 的特点（1）体积极小的 PLC（2）先进美观的外部结构（3）提供多种子系列供用户选用（4）灵活多变的系统配置（5）功能强,使用方便.PLC 机型的选择 在 PLC 控制系统设计时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足被控对象或生产过程的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电

19、气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。（3）保证控制系统的安全可靠。（4）考虑到生产发展和工艺的改进，在选择 PLC 容量时，应适当留有余量。在该系统中，输入点数为 3，输出点数为 8，为继电器输出，则我可以选择001162MRFXN机型，由于此设计的系统要求不复杂，则可以选用小型控制系统中采用整体式PLC。开关量输入/输出模块的选择 开关量输入模块的选择 选择三相交流输入电源 AC380V，采用共点式输入接线方式，即四个电动机共用一个电源。开关量输出模块的选择 该系统中开关输出模块的输出方式为继电器输出。开关的选择

20、在该系统的主电路中，采用三级的组合开关。电动机的最大容量为 1KW，则四台电动机的最大容量为 4KW，则三级组合开关的额定电流为 10A，型号为 HZ10-10。熔断器的选择 在本系统中，熔断器保护四台异步电动机，且此四台电动机不同时启动，则继 电 器 的 额 定 电 流 为NNfNIIImax)5.25.1(，其 中：AIINN55.42201000max，则55.455.455.45.2fNI，所以AIfN475.20 熔断器的额定电压为AC380V，则可选择型号为RT14-32 的熔断器。继电器的选择 采用具有掉电保持功能的继电器，防止因电源故障造成数据的丢失。热继电器的选择（FR）一台

21、电动机的额定电流为，由于是 4 台电动机总额定电流为，可以用电流调节范围为19A,则热继电器的型号为 JR16-20/3，此额定电流为 20A。接触器的选择（KM）额定电流为AKUPINNC8.32202.11000 则可以选择CJ10-5 型号的交流接触器。式中：NP电动机的额定功率 K 经验系数，一般取 1 NU电动机的额定电压 3 系统分配 I/O 地址表 表 2 I/O 地址表 输入 输出 文字符号 说明 文字符号 说明 X001 停止按钮 Y000 绿色指示灯 X000 启动按钮 Y001 红色指示灯 X002 料斗状态开关 Y003 出料口电磁阀工作指示灯 X003 车位状态开关

22、Y002 进料口电磁阀工作指示灯 X004 车满动作开关 Y003 出料口电磁阀 Y002 进料口电磁阀 Y011-Y014 传送带电动机 4 软件编程 GPP 软件简介 SW3D5-GPPW-E是三菱电气公司开发的用于可编程控制器的编程软件,可在Windows 及 Windows 95 下运行，适用于 IBM PC/AT(兼容)其 CPU 为 i486SX 或更高，内存需 8 兆或更高(推荐 16 兆以上)。该程序可在串行系统中可与可编程控制器进行通讯,文件传送,操作监控以及各种测试功能。在 GPP 软件中,你可通过线路符号,助记符来创建顺控指令程序,建立注释数据及设置寄存器数据，并可将其存

23、储为文件,用打印机打印。在 PLC 与 PC 之间必须有接口单元及缆线。接口单元：FX-232AWC 型 RS-232C/RS-422 转换器(便携式).FX-232AW 型 RS-232C/RS-422 转换器(内置式)缆线：FX-422CAB 型 RS-422 缆线 用于 FX1,FX2,FX2C 型可编程控制器,米；FX-422CAB-150 型 RS-422 缆线 用于 FX1,FX2,FX2C 型可编程控制器,米。用 GPP 编写梯形图 GPP 软件使用起来灵活、简单、方便，我们把它安装在程序中，使用时只要进入程序，选中 MELSEC Applications 在 WINDOWS 下

24、运行的 GPP,打开工程，选中新建，出现如下图 2 画面，先在 PLC 系列中选出你所使用的程控器的CPU 系列，如在我们的实验中，选用的是 FX 系列，所以选 FXCPU，PLC 类型是指选机器的型号，我们实验用 FX2N 系列，所以选中 FX2N（C），确定后出现如图 3 画面，在画面上我们清楚地看到，最左边是根母线，兰色框表示现在可写入区域，上方有菜单，你只要任意点击其中的元件，就可得到你所要的线圈、触点等。图 2 图 3 如你要在某处输入 X000，只要把兰色光标移动到你所需要写的地方，然后在菜单上选中 触点，出现如下图 4 画面：图 4 再输入 X000，即可完成写入 X000。如要

25、输入一个定时器,先选中线圈，再输入一些数据，数据的输入标准在第三章中已提过，图5 显示了其操作过程。图 5 对于计数器，因为它有时要用到两个输入端，所以在操作上既要输入线圈部分，又要输入复位部分，其操作过程如图 6、7 所示。图 6 注意，在图 4-5 中的箭头所示部分，它选中的是应用指令，而不是线圈。图 7 计数器的使用方法及计数范围在第三章中已讲过，同学们可自己查阅。图 8是一个简单的计数器显示形式。图 8 通过上面的举例，同学们就明白了，如果你需要画梯形图中的其他一些线、输出触点、定时器、计时器、辅助继电器等，在菜单上都能方便地找到，再输入元件编号即可。在图 7 的上方还有其它的一些功能

26、菜单,如果你把光标指向菜单上的某处，在屏幕的左下角就会显示其功能，或者打开菜单上的“帮助”，你可找到一些快捷键列表、特殊继电器/寄存器等信息，同学们可自己边学习边练习。传输、调试 当你写完梯形图，最后写上 END 语句后，必须进行程序转换，转换功能键有两种，在下图 9 的箭头所示位置。图 9 在程序的转换过程中，如果程序有错，它会显示，也可通过菜单“工具”，查询程序的正确性。只有当梯形图转换完毕后，才能进行程序的传送,传送前，必须将FX2N 面板上的开关拨向 STOP 状态，再打开“在线”菜单，进行传送设置，如下图 10 所示：图 10 根据图示，你必须确定你的PLC与计算机的连接是通过COM

27、1口还是COM2口连接，在实验中我们已统一将 RS-232 线连在了计算机的 COM1 口，你在操作上只要进行设置选择。写完梯形图后，在菜单上还是选择“在线”，选中“写入 PLC（W）”，就出现如图 10 图 11 从图上可看出，在执行读取及写入前必须先选中 MAIN、PLC 参数，否则，不能执行对程序的读取、写入，然后点击“开始执行”即可。控制源程序介绍 系统启动后，红灯 PG2 灭，绿灯 PG1 亮，表明允许汽车开进装料。料斗出料口电磁阀 MB1 关闭，若料位传感器 BG0 置为 OFF（料斗中的物料不满），进料阀 MB2 开启进料（PG64 亮）。当 BG0 置为 ON（料斗中的物料已满

28、），则停止进料 MB2 关闭（PG6 灭）所对应的梯形图为：图 12 装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开关 BG1 置为 ON，红灯信号灯PG2 亮，绿灯 PG1 灭；同时启动电机 MA4，经过 2S 后，再启动 MA3，再经 2S后启动 MA2，再经过 2S 最后启动 MA1，MA1 启动 2S 后才打开出料阀 MB1（PG5亮），物料经料斗出料。所对应的梯形图为：图 13 当车装满时，限位开关 BG2 为 ON，料斗关闭，2S 后 MA1 停止，MA2 在MA1 停止 2S 后停止，MA3 在 MA2 停止 2S 后停止，MA4 在 MA3 停止 2S 后最后停止。同时红灯 PG2

29、灭，绿灯 PG1 亮，汽车可以开走，计数器计数。所对应的梯形图为：图 14 当装满 120 车或按下停止按钮 SF2，自动装料装车的整个系统终止运行。所对应的梯形图为：图 15 5 调试结果分析 选择好的 PLC 类型，根据 PLC 外部电气原理图，将 PLC 与实验板正确接线，经检验无误后，接通 PLC 电源，将编译正确的程序输入软件中，确保编译无错误，打开监控，以便观察程序运行中各触点的开合情况，方便检查程序错误，最后将 PLC 置于运行模式，运行程序开始操作。若操作成功后，把 PLC 置于停止状态，关闭监控，再拔 PLC 电源。调试过程中，发现阀门在进料满检测开关闭合以后关闭，但打开阀门

30、又开始打开进料，同时出料阀门在闭合时打开，打开后就闭合，无法满足送料装车的要求，经检查发现是出料阀门没有通电自锁，而进料阀门是靠出料阀门的常闭触点来给它长期断电的，所以就造成了上述现象，由此现象可以得出，通过按钮给线圈通电的，如果不是点动就一定要加该线圈的自锁触点。6 心得体会 课程设计主要为了培养学生的理论与实践相结合的能力以及动手能力和思维培养，还有独立思考的能力。大学的学习就是理论与实践相结合的一个过程。只有理论和实践结合好了，才能在社会上找到真正属于自己的位置，为社会献出我们自己的力量和自己的知识。在此课程设计中，了解了工业生产过程中PLC 的控制方法，对如何使用 PLC解决实际生产问

31、题有了基本了解。对含有延时作用的（即先后顺序启动）的程序有了熟练的掌握，基本能做到熟练编程无误，对成粗的小细节都应注意。在使用定时器时一定要学会如何使用中间继电器，尽量少用一个定时器的常开触点来控制另外一个定时器，以免造成触点竞争。通过本次课程设计，使我在电气工程方面的流程图、梯形图等方面的水平有了进一步地提高。致谢 在这次毕业设计的过程中，指导老师陆秀令宇给予了我很大的帮助，提供了相关的资料，对我的毕设作品给予了指导和支持。使我顺利圆满的完成了此次毕业设计。在此，向陆老师衷心的表示感谢！同时，也要感谢学校提供计算机等设施，使我的设计能够调试 古人云：预则立，不预则废。祖先曾经教导我们；一年之

32、计在于春，一日之计在于晨。作为即将走向社会的我们有何尝不是如此一个没有规划的人生，就象一场没有球门的足球赛，一顿乱踢；一个没有规划的人生，就象一叶在茫茫大海上漫无目标的小舟，随波飘荡。在我们即将走向社会的时候，我们必须对自己的职业生涯进行规划。罗素曾说：选择职业就是选择你自己的将来。因此我们要针对社会需要，结合自身的情况及早做好相应准备，为我们走向社会打下坚实的基础。俗话说：磨刀不误砍柴功。为适应社会需要，促进自我发展，我们除了学好本专业外，还应辅修相关转业知识，积极参加社会实践活动，培养工作能力，努力提高综合素质，同时努力培养特长，形成自身竞争优势。最后，再次感谢湖南工学院及领导的大力支持，以及电信学院的各位老师和许多的朋友和同学在各个方面给予了我很多的帮助和支持，让我坚持到了最后。参考文献 1 孙平.3003 年 1 月.可编程控制器原理及应用.高等教育出版社.3 张运波.3001 年 7 月.工厂电气控制技术.高等教育出版社.6 程周.3003 年 4 月.可编程控制器原理与应用.高等教育出版社.7 胡学林.3001 年 8 月.可编程控制器应用技术.高等教育出版社.8 任志锦.3003 年 2 月.电气与电气控制.机械工业出版社.9 中国工空信息网 中国自动化网 w 附录一 自动送料装车系统的总体梯形图 附录二 自动送料装车系统的指令表