自動配料模擬控制系統設計..教學提綱

1、引言自動配料控制系統是采用PLC$制方式以及新穎的變頻調速喂料機構，配合配料控制軟件包，實現物料傳送、配料控制、配方設計、生產數據管理等功能。并可以通過網絡實現多個配料系統的集合控制。自動配料控制系統設計步驟 :1. 主電路設計，并畫出接線示意圖。2. 分配 I/O 地址，列出分配表。3. 設計系統控制的程序框圖。4. 根據程序框圖設計該系統的控制梯形圖。5. 上機調試通過。6. 利用PLC（統進行模擬運行1自動配料控制系統結構和工作原理1.1 自動配料控制系統方案系統啟動后，配料裝置能自動識別貨車到位情況及對貨車進行自動配料，當車裝滿時，配料系統自動關閉。 本設計的突出點是故障檢測部分的設計

2、， 首先， 當某一節(jié)傳送帶發(fā)生故并且數碼其次，當某節(jié)傳送帶上的物體過重時，該節(jié)傳送帶和其前面的傳送帶會立即停止,顯示電路會顯示發(fā)生故障的電機的號碼，該節(jié)之后的傳送帶會在一定的延時后停止。1.2 自動配料控制系統基本結構自動配料的模擬面板如圖1.1所示，從圖中可以看出四節(jié)傳送帶是本次設計的核心電路，PLC編程也是圍繞此面板進行的SJAo Bo co O0 Go 3 3 3 wo )o woD20 3 MoSSI"n 0I 晝 0回 L3Q2S 0回 U31圖1.1自動配料系統圖自動配料系統的功能是利用四節(jié)傳送帶為小車自動配料，重物通過傳送帶進行傳輸，發(fā)生故障時系統自動停機。自動配料實驗

3、面板與PLC接線控制對應關系如表1.1.1所示。表1.1.1輸入/輸出接線列表面板SB1SB2S1SQ1SQ2D1PLCI0.0I0.1I0.2I0.4I0.5Q0.0面板D2D3D4L1L2M1PLCQ0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6面板M2M3M4ABCPLCQ0.7Q1.0Q1.1I0.6I0.7I1.0面板DI1.2I1.3I1.4I1.5面板SB1SB2S1SQ1SQ2D1PLCI1.1I1.2I1.3I1.4I1.51. DOP數碼顯示電路DO嚶碼顯示電路如圖1.2所示。此電路在整個電路中起輔助性作用，即當四節(jié)傳送帶 中的某一節(jié)發(fā)生故障時，數碼顯示有故障一節(jié)的編號，用

4、戶可以清楚的看到。DO嚶碼顯示面板與PLC控制端口對應關系如表 1.2所示。表1.2數碼顯示電路面板ABCDEFGPLCQ2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.61.3控制系統工作過程1 .初始狀態(tài)系統啟動后，紅燈 L2 (Q0.5)滅，綠燈L1 (Q0.4)亮，車未到位，表明允許汽車開進 裝料。料斗出料口D2關閉，若料位傳感器 S1 (I0.2 )置為“ 0”(料斗中的物料不滿)，進料閥開啟進料，D4 (Q0.3)亮。當S1置為“1”(料斗中的物料已滿)，則停止進料(D4滅)。 電動機 Ml M2 M3和M4均為“0”。2 .裝車過程裝車過程中，當汽車開進裝車位置時，限位開 S

5、Q1 (I0.3 )置為“1”，紅燈信號燈 L2 (Q0.5)亮，綠燈L1 (Q0.4)滅，車到位；同時啟動電動機 M4 (Q1.1),經過3s后，再啟 動M3 (Q1.0),再經3s后啟動M2 (Q0.7),再經過2s最后啟動 M1 (Q0.6),再經過3s后才 打開出料閥，D2 (Q0.1)亮，物料經料斗出料。當車裝滿時，限位開關 SQ2 (I0.4 )為“1"，D1 (Q0.0)亮，料斗關閉(Q0.1復位)， 3s后M1停止，M2在M1停止3s后停止，M3在M2停止3s后停止，M4在M3停止3s后停止， 同時紅燈L2滅，%燈L1亮，表明汽車可以開走。3 .故障控制當某一節(jié)傳送帶

6、發(fā)生故障時，該節(jié)傳送帶和其前面的傳送帶會立即停止，該節(jié)之后的傳送帶會在一定的延時后停止。例如，當M2發(fā)生故障時，M2、M1會立即停止，M3會在M2和M1停止后5s后停止，M4在M3停止5s后停止。其次，當某節(jié)傳送帶上的物體過重時，該節(jié)傳送帶和其前面的傳送帶會立即停止， 該節(jié)之后的傳送帶會在一定的延時后停止。 例如， 當 M1上有重物時，M1會立即停止，同時數碼顯示電路會顯示“1”，M2在M1停止5s后停止，M3在M2停止5s后停止，M4在M3停止5s后停止。4 . 停機控制按下停止按鈕SBZ自動配料裝車的整個系統終止運行。2自動配料模擬控制系統中的PL位用2.1 PLC 的發(fā)展歷史在工業(yè)生產過

7、程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制， 及大量離散量的數據采集。 傳統上， 這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求， 第二年， 美國數字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置， 首次采用程序化的手段應用于電氣控制， 這就是第一代可編程序控制器， 稱 Programmable Controller（ PC） 。個人計算機（簡稱PQ發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（PL

8、C）,現在，仍常常將PLOW稱PGPLC 的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）PLM定義是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統， 專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。 它采用可編程序的存貯器， 用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、 順序控制、 定時、 計數和算術運算等操作的指令， 并通過數字的、模擬的輸入和輸出， 控制各種類型的機械或生產過程。 可編程序控制器及其有關設備， 都應 按易于與工業(yè)控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。上世紀80年代至90年代中期，是PLCt展最快的時期，年增長率一直保持為3040%在這時期，PLCE處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅

9、度提高，PLC漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS（統。PLCM有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLCE工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。2.2 PLC 的硬件和軟件2.2.1 PLC 的硬件構成從結構上分，PLO為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC&括CPIM、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。 模塊式PL色括CPUII塊、 I/O 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。CPU勺構成：CPU! PLC勺

10、核心，起神經中樞的作用，每套PL便少有一個CPU它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據， 用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PL6部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。 進入運行后， 從用戶程序存貯器中逐條讀取指令， 經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU 主要由運算器、 控制器、 寄存器及實現它們之間聯系的數據、 控制及狀態(tài)總線構成，CP陰元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是PL6可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析CPU勺內部電路，但對各部分

11、的工作機制還是應有足夠的理解。CPU勺控制器控制CPU：作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震 蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。 寄存器參與運算，并 存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內存容量是PLM重要參數，它們決定著 PLC勺工作速度，IO數量及軟件容量 等，因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊：PLCW電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。I/O模塊集成 了PLCI/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入 PLC（統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入

12、（DI）,開關量 輸出（DQ,模擬量輸入（AI）,模擬量輸出（AO等模塊。開關量是指只有開和關（或1 和 0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O 分類如下：開關量：按電壓水平分，有220VAG 110VAC 24VDC按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V ）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數確定模塊規(guī)格及數量，I/O模塊可多可少，（!其最大數受CPUf能管理的基本配置

13、的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。電源模塊：PLCfe源用于為PL的模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V勺工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VACM 110VAQ,直流電源（常用的為 24VAC） 。2.2.2 PLC 的軟件構成（ 1 ） . 系統軟件系統軟件包含三個部分：一 . 系統管理程序。其作用一是運行時間管理，控制可編程控制器何時輸入，何時輸出，何時計算，何時自檢，何時通信。二是存儲空間管理，規(guī)定個中參數，程序的存放位置，以生成用戶環(huán)境。 三是系統自檢程序， 包括各種系統出錯檢驗， 用戶程序語法檢驗， 句法檢驗， 警戒時鐘運行。2 . 用戶指令解釋

14、程序。用戶指令解釋程序是聯系高級語言程序和機器碼的橋梁。3 . 標準程序模塊及其調用程序。這是許多獨立的程序塊，各程序塊具有不同的功能。（ 2） . 用戶程序用戶程序即是應用程序，使PLC勺使用者針對具體控制要求編制的程序。根據不同的控制要求編制不同的程序，這相當于改變PLC勺用途，相當于繼電器控制設備的硬接線線路，也正是所謂“可編程”一詞的基本含義。2.3 PLC 系統的輔助設備1 .編程設備：編程器是PL5發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監(jiān)控PL* PL所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。 小編程器PL5般有手持型編程器，目前一般由計算

15、機（運行編程軟件）充當編程器。2 . 機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。3.輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數據，如EPROMEEPROM入器、條碼閱讀器,輸入模擬量的電位器，打印機等。2.4 PLC的通信聯網依靠先進的工業(yè)網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 " 網絡就是控制器 " 的觀點說法。PLC具有通信聯網的功能，它使PLCWPLC之間、PLCW上位計算機以及其他智能設備之PLCM

16、有 RS-232接口，還間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數 有一些內置有支持各自通信協議的接口。2.5 PLC的注意事由保證PLC勺正常運行，因此在使用中應注意以下問題。1 .工作環(huán)境溫度:PLC要求環(huán)境溫度在055C,安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周 通風散熱的空間應足夠大，基本單元和擴展單元之間要有 30mmA上間隔；開關柜上、下部應有通風的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環(huán)境超過55 C,要安裝電風扇強迫通風。濕度：為了保證PLC勺絕緣性能，空氣的相對濕度應小于85% （無凝露）。震動：應使PL6離強烈的震動源，防止振動頻率為1055Hz的頻繁或連續(xù)振動

17、。當使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施?？諝猓罕苊庥懈g和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將 PLCe裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝 置。電源：PLC供電電源為50Hz、220 （110% V的交流電，對于電源線來的干擾，PL冰身具有足夠的抵制能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干擾特別嚴重的環(huán)境，可以安 裝一臺帶屏蔽層的變比為 1:1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。還可以在電 源輸入端串接LC濾波電路。2.6 控制系統硬件I/O地址分配圖1.2結構圖1.輸入地址表（如表1.3所示）表1.3輸入地址表編R地址說明功能

18、1I0.0按鈕SB1啟動2I0.1按鈕SB2停止3I0.2信號S1接入S1料斗滿信號4I0.3信號SQ1接入SQ1車未到位信 號5I0.4信號SQ2接入SQ2車裝滿信號1 .輸出地址表（如表1.4所示）編 號地 址說明功能編 號地址說明功能1Q0.0接指示燈D1車裝滿D1亮6Q0.5接指示燈L2車到位L2亮2Q0.1接指示燈D2料斗下口卜料D2亮7Q0.6接指示燈M1控制電動機M1轉3Q0.2接指不燈D3料斗滿D3亮8Q0.7接指示燈M2控制電動機M2轉4Q0.3接指示燈D4料斗上口卜料D4亮9Q1.0接指示燈M3控制電動機M3轉5Q0.4接指示燈L1車未到位L1 亮10Q1.1接指示燈M4控

19、制電動機M4轉表1.4輸出地址表3自動配料控制系統1.1 自動配料系統啟動啟動時首先按下啟動開關SB1,進入初使狀態(tài)，表明允許汽車開進裝料。料斗出料口D2關閉，若料位傳感器 S1置為OFF （料斗中的物料不滿），進料閥開啟進料（D4）。當S1置為ON （料斗中的物料已滿）則停止進料（D4滅）。料斗裝滿后開始啟動傳送帶，首先啟動最末一條皮帶機（D）,經3秒延時，再依次啟動其它皮帶機,即 A O B- A,最后D2亮，表示開始裝車。RUN狀態(tài)STOP狀球程序如表3.1所示：表3.1啟動程序蚌指令器件號說明蚌指令器件號說明0LDI0.0SB1自保持22LRD1OM0.023AT372ANI0.124

20、SQ1.0, 1M3啟動3=M0.025TONT38, +30延時3 秒4LDM0.026LRD讀棧5LPS入棧27AT386ANI0.228SQ0.7, 1M2啟動7=Q0.3D4亮29TONT38, +30延時3 秒8LRD讀棧30LRD讀棧9AI0.231AT3910=Q0.2D3亮32SQ0.6, 1M1啟動11LRD讀棧33TONT40, +30延時3 秒12ANI0.434LRD讀棧自動配料系統的控制是采用PLC實現的，本小節(jié)主要介紹的是 PLC部分程序的實現過程如圖3.6所示。圖3.6自動配料流程圖1.2 停止程序1.2.1 正常時停止程序停止時先停止最前一條皮帶機（A）,待料運

21、送完畢后再依次停止其它皮帶機，即A- B-CH* Do程序如表3.7所不表3.7正常時停止程序指令器件號說明步序指令器件號說明0LDI0.1按卜停止 按鈕10LDT421OM0.211RQ0.7, 1M2停機2ANI0.012TONT43, +30延時3 秒3=M0.213LDT434LDM0.114RQ1.0, 1M3停止指令器件號說明步序指令器件號說明5OM0.215TONT44, +30延時3 秒6TONT41, +30延時3秒 停機16LDT447LDT4117RQ1.1 , 1M4停止8RQ0.6, 1M1停止18RQ0.5, 19TONT42, +30延時3秒19=M0.33.2.

22、2有故障時停止程序某條傳送帶發(fā)生故障時，該皮帶機及其前面的傳送帶立即停止，而傳送帶以后的傳送帶待運完后才停止。例如，M1有故障時，M1立即停止，經過3秒后，M2停，再過3秒M3停,再過3秒M4停。部分程序如表 3.8所示：表3.8有故障停止程序指令器件號說明步序指令器件號說明0LDI0.6M1有故障8TONT47, +50定時5 秒1RQ0.6, 1M1停止9LDT472=M0.410RQ1.0, 1M3停止3LDM0.4啟動定時11LDT47啟動定 時4TONT46, +50定時5秒12TONT48, +50定時5 秒5LDT4613LDT486RQ0.7, 1M2停止14RQ1.1 , 1

23、M4停止7LDT46啟動定時表3.10 DOP數碼顯示主程序當某條皮帶機上有重物時，該皮帶機前面的皮帶機停止，該皮帶機運行5秒以后的皮帶 機待料運完后才停止。例如， M3上有重物，M1、M2立即停，經過5秒，M3停，再過5秒, M4停。部分程序如表 3.9所示：表3.9有重物時停止程序指令器件號說明步序指令器件號說明0LDI1.4M3有重物8RQ0.7, 1M2停止1LDNI1.39T59, +50定時5 秒2ANI1.210LDT593LDT5211RQ1.0, 1M3停止4AT56啟動定時12TONT60, 1定時5 秒5OLD13LDT606ALD14RQ1.1 , 1M4停止7RQ0.

24、6, 1M1停止如果存在幾個皮帶機上都有重物時，則存在優(yōu)先級問題，即前面的優(yōu)先級高于后面的。例如，M2與M3上同時有重物，在停機時應按 M2上有重物進行處理。1.3 DOP數碼顯示及復位程序當四節(jié)傳送帶出現故障時，數碼電路會顯示出現故障皮帶機的編號，故障排除后顯示消失。例如，當 M2出現故障時，數碼電路會顯示2,故障排除后數碼 2消失。部分程序如表 3.10、3.11 和 3.12 所示:指令器件號說明指令器件號說明0LDI0.7M2有故障4ANI0.7復位按 鈕1ANI0.1互鎖5ANI1.0復位按 鈕2CALLSBR-1調用6ANI1.1復位按 鈕3LDNI0.6復位按鈕7CALLSBR-

25、4調用表3.11顯示數字2子程序步序指令器件號說明指令器件號說明0LNDM0.74SQ2.3, 1置11SQ2.0, 1置15SQ2.4, 1置12SQ2.1 , 1置16RQ2.5, 1置03RQ2.2 , 1置07SQ2.6, 1置1表3.12復位子程序指令器件號說明指令器件號說明0LDNM0.74RQ2.3, 1置01RQ2.0, 1置05RQ2.4, 1置02RQ2.1 , 1置06RQ2.5, 1置03RQ2.2 , 1置07RQ2.6, 1置04自動配料控制系統運行調試4.1控制系統調試輸入程序，編譯無誤后，運行程序。依次按表3.13中的順序按下各按鈕記錄觀察到的現象。表3.13系

26、統測試結果輸入輸出現象按卜啟動按鈕SB1D4亮，L1亮表示系統啟動按卜開關S1D4滅，D3亮，表示料倉裝滿可以開始裝車按卜開關SQ1L2、M4同時亮，M3 M2 M1依次啟動最后 D2亮， 開始裝車按下M1有故障按鈕（AM1燈立即滅，LED顯示1,之后M2 M3 M4間隔5秒滅按下M2有故障按鈕（B）Mt M2立即滅，數碼顯示 2,之后M3 M4間隔5 秒滅按下M3有故障按鈕（C）M1、M2 M3立即滅，數碼顯示 3,然后間隔5秒M4滅按T M4有故障按鈕（D）M1、M2 M3 M4立即滅，LED顯示4按卜M1后重物按鈕（I1.2 ）M1、M2 M3 M4每間隔5秒滅一個按下M2有故障按鈕（I

27、1.3 ）M1立即滅，之后 M2、M3 M4每間隔5秒滅一個按下M3有故障按鈕（I1.4 ）M1、M2立即滅，之后 M3 M4每間隔5秒滅一個按下M4有故障按鈕（I1.5 ）M1、M2 M3立即滅，5秒后M4滅按卜停止按鈕（SB2）M1、M2 M3 M4每隔5秒滅一個燈重復上步驟觀察經過多次觀察，測試結果同上4.2控制系統外部實物接線總結自動配料控制系統具有運行可靠、功能齊全、投資低、升級方便等特點，采用全漢化 操作界面，在線組態(tài)，形象直觀，易于操作。控制系統提供了較完善的系統運行信息和產 品信息，為現場操作人員創(chuàng)造了高效率的工作環(huán)境，實現了較為先進的過程控制和管理技 術水平，并減輕了系統維護

28、的工作量。自動配料控制系統各項指標均滿足技術要求，并極大地改善了操作員的勞動強度，明顯地提高了生產效率精細化工的自動配料監(jiān)控系統，采用DCS1散控制方式分析監(jiān)控系統的結構和功能，研究其控制過程，實現人機對話自動控制、集中管理、實時記錄、顯示與 報警等功能。在精細化工生產工藝中，自動配料系統是一道非常重要的工序，它由前、后 配料兩個子系統組成。全自動配料控制系統在各行業(yè)的應用已屢見不鮮，如：冶金，有色 金屬，化工，建材，食品等行業(yè)。它是成品生產的首要環(huán)節(jié)，特別是有連續(xù)供料要求的行 業(yè)，其配比的過程控制直接影響了成品的質量，它是企業(yè)取得最佳經濟效益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點對配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進性，開方性，免維護性，可擴展性是工廠自動化FA所追求的一致目標。本次畢業(yè)設計采用 PLC控制方式來實現自動配料系統，實現物料傳送、下料控制、故當車裝滿障檢測等功能。 配料裝置能自動識別貨車到位情況和能夠自動對貨車進行配料，時，配料系統能自動關閉。整個系統自動進行提高了配料精度和速度。參考文獻1 可編程序控制器的編程方法與應用， 作者： 廖常初， 出版社： 重慶大學出版社，