PLC混凝土配料及攪拌系統(tǒng)設計GG

1、機床電氣與PLC課程設計說明書 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 081011 學號 34 組別 10 姓名 高干 指導教師 朱亞環(huán) 日期 2011.06.16 成績 目 錄前言 3摘要 5第一部分PLC的概述 6設計任務書 10第二部分混凝土配料及攪拌系統(tǒng)中器件的選擇 12攪拌方案論證及控制過程 14梯形圖 16控制程序編程 23總結 26參考文獻 27前 言 在現(xiàn)在化的生產(chǎn)中，生產(chǎn)機械的自動化程度反映了工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的水平?，F(xiàn)代化的生產(chǎn)設備與系統(tǒng)已不再是傳統(tǒng)意義上單純的機械系統(tǒng)，而是機電一體化的綜合系統(tǒng)電氣傳動與控制系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)機械的重要組成部分。機與電，傳動與控制已經(jīng)成為不可分割

2、的整體。所謂的機電傳動，是指以電動機為原動機驅動生產(chǎn)機械的系統(tǒng)的總稱，它的目的是將電能轉變?yōu)闄C械能，實現(xiàn)生產(chǎn)機械的啟動，停止以及速度調節(jié)，完成各種生產(chǎn)工藝過程的要求，保證生產(chǎn)過程的正常進行。機電傳動控制系統(tǒng)所要完成的任務，從廣義上講，就是要使生產(chǎn)機械設備，生產(chǎn)線，車間，甚至整個工廠都實現(xiàn)自動化；從狹義上講，則指通過控制電動機驅動生產(chǎn)機械，實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量的曾加，質量的提高，生產(chǎn)成本的降低，工人勞動的條件的改善的以及能量的合理利用。機電傳動以及控制系統(tǒng)總是隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展的。單就機電而言，它的發(fā)展大體上經(jīng)歷了成組拖動，單電動機拖動和多電動機拖動三個階段。所謂成組拖動，就是一臺電動機拖動一

3、根天軸，再由天軸通過皮帶輪和皮帶分別拖動各生產(chǎn)機械，這種生產(chǎn)方式效率低，勞動條件差，一旦電動機放生故障，將造成成組機械的停車；所謂但電動機的拖動，就是用一臺電動機拖動一臺生產(chǎn)機械，它雖然較成組拖動前進了一步，但當一臺生產(chǎn)機械的運動部件較多時，機械傳動機構復雜；多電動機拖動，即是一臺生產(chǎn)機械的每一個運功部件分別由一臺電動機拖動，這種拖動的方式不僅大大的簡化了生產(chǎn)機械的傳動機構，而且控制靈活，為生產(chǎn)機械的自動化提供了有利的條件，所以，現(xiàn)在化機電傳動基本上均采用這種拖動形式。隨著科學技術的日新月異，自動化程度要求越來越高，市場競爭激烈、人工成本上漲，以往人工操作的搬運和固定式輸送帶為主的傳統(tǒng)物件搬運

4、方式，不但占用空間也不容易更變生產(chǎn)線結構，加上需要人力監(jiān)督操作，更增加生產(chǎn)成本，原有的生產(chǎn)裝料裝置遠遠不能滿足當前高度自動化的需要。減輕勞動強度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質量及經(jīng)濟效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。自動化技術廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學研究、交通運輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務和家庭等方面。采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環(huán)境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產(chǎn)率，增強人類認識世界和改造世界的能力。因此，自動化是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術現(xiàn)代化的重要條件和顯著標志。它集成自動控制技術

5、、計量技術、新傳感器技術、計算機管理技術于一體的機電一體化產(chǎn)品；充分利用計算機技術對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設計，配置靈活、組態(tài)方便。本設計就PLC在機械控制上的應用作了詳細闡述。摘 要可編程控制器（Programmable Controller）是以微處理器為核心，綜合了微電子技術，自動化技術，網(wǎng)絡通訊技術于一體的通用工業(yè)控制裝置。英文縮寫為PC或PLC。它具有體積小、功能強、程序設計簡單、靈活通用、維護方便等一系列優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，更得到用戶的好評。因而在機械、能

6、源、化工、交通、電力等領域得到了越來越廣泛的應用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一。 近年來，可編程控制器由于其優(yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應用日益廣泛普及。為此，各高校的電氣自動化、電氣工程、供用電技術、機電一體化等相關專業(yè)相繼開設了有關可編程控制器原理及應用的課程。 高等工科院校的培養(yǎng)目標的首要任務是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的各類技術人才，這種人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)必須有一定的實踐教學環(huán)節(jié)。學生通過實踐教學環(huán)節(jié)的訓練與鍛煉，才能在實踐中不斷鞏固和加深理論知識，提高獨立工作能力和創(chuàng)新能力。 實訓是各種實踐性環(huán)節(jié)的綜合訓練，是工程實用技能的訓練?？删幊炭刂破鲬眉夹g是先進的自動化控

7、制技術，是亟待掌握的實用技術，對于這樣一門應用性廣、實踐性強的專業(yè)課，必須通過各種形式的實訓環(huán)節(jié)，構筑實踐環(huán)境，強化工程意識，提高應用能力。 第一部分 PLC概述1、 PLC的基本概念 可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為PLC工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Persona

8、l Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC,plc自1966年出現(xiàn)，美國，日本，德國的可編程控制器質量優(yōu)良，功能強大2、 PLC的基本結構 PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為： a、 電源 PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 b. 中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的

9、功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，

10、整個系統(tǒng)仍能正常運行。c存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。d、輸入輸出接口電路 (1)、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 (2)、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。e、功能模塊 如計數(shù)、定位等功能模塊 f、通信模塊 如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等3、 PLC的工作原理1. 掃描技術 當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷

11、新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。(一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (二) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一

12、條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只

13、能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (三) 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。4、 PLC內部運作方式雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等名稱，但PLC內部并非實體上具有這些硬件，而是以內存與程

14、式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說明如下：步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開關或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開或關），并將其狀態(tài)寫入內存中對應之位置Xn。步驟二“程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內存中查詢取出。輸出線圈之運算結果則存入內存中對應之位置，暫不反應至

15、輸出端Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點，并且重回步驟一。 此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC 之反應時間，PLC 輸入訊號之時間若小于此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結束再生”。 5、 plc目前的主要品牌ABB，松下，西門子，三菱，歐姆龍，臺達，富士，施耐德，信捷等6、 德國西門子（SIEMENS）的主要PLC產(chǎn)品 （1）SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測

16、、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。 （2）SIMATIC S7-300 PLCs）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復雜的算術運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)

17、的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經(jīng)允許的復制和修改；S7-300 PLC設有操作方式選擇開關，操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于

18、同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。(3) SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。S7-400 PLC采用模塊化無風扇的設計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。(4） 工業(yè)通訊網(wǎng)絡通訊網(wǎng)絡是自動化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動化網(wǎng)絡平臺提供了從控制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊，“SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡系

19、列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動化站以及通過不同的級交換數(shù)據(jù)，有標準的接口并且相互之間完全兼容。（5） 人機界面（HMI）硬件 HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個人計算機（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。設 計 任 務 書一 課程設計題目:混凝土配料及攪拌系統(tǒng)設計二 設計內容:(1)

20、配料部分由石料1石料2石粉1石粉2瀝青的儲料倉與稱料斗組成。5種材料分別由各自的傳感器（脈沖信號）計量放料數(shù)量。配比為6:2:6:2:2.控制過程如下： 按下啟動鍵后，同時開啟石料1石粉1和瀝青的料倉電磁閥。并同時對三種材料計數(shù)；當石料1計滿后關閉石料1，開啟石料2；當石粉1計滿后關閉石粉1，開啟石粉2；當5種材料都稱量完畢，開啟石料料斗放入石料至其限位傳感器；接著開啟石粉料斗放入石粉至其限位傳感器；最后開啟瀝青料斗放入瀝青至限位傳感器；三個料斗都關閉后，同時開始攪拌1分鐘，然后開啟攪拌缸閥門漏料至其限位傳感器，關閉閥門，重新開始上述配料過程。第 二 部 分一混凝土配料及攪拌系統(tǒng)中器件的選擇1

21、.PLC主機：選擇西門子S7200-226系列外部擴展一個數(shù)字模塊EM221(8I)作為混凝土配料及攪拌系統(tǒng)過程中的控制主機。2.啟動按鈕SB1：用于混凝土配料及攪拌系統(tǒng)的初始上電工作 停止按鈕SB2：用于混凝土配料及攪拌系統(tǒng)的工作結束石料1脈沖計量傳感器SB13：用于計量石料1儲料倉的放料數(shù)量 石料2脈沖計量傳感器SB14：用于計量石料2儲料倉的放料數(shù)量 石粉1脈沖計量傳感器SB15：用于計量石粉1儲料倉的放料數(shù)量 石粉2脈沖計量傳感器SB16：用于計量石粉2儲料倉的放料數(shù)量 瀝青脈沖計量傳感器SB17：用于計量瀝青儲料倉的放料數(shù)量4.石料料斗限位傳感器SQ1：用于控制石料料斗電磁閥的啟動和

22、停止 石粉料斗限位傳感器SQ2：用于控制石粉料斗電磁閥的啟動和停止 瀝青料斗限位傳感器SQ3：用于控制瀝青料斗電磁閥的啟動和停止5.石料1電磁閥YV1：用于控制石料1儲料倉的放料與否 石料2電磁閥YV2：用于控制石料2儲料倉的放料與否 石粉1電磁閥YV3：用于控制石粉1儲料倉的放料與否 石粉2電磁閥YV4：用于控制石粉2儲料倉的放料與否 瀝青電磁閥YV5：用于控制瀝青儲料倉的放料與否 石料料斗電磁閥YV6：用于控制石料料斗的放料與否 石粉料斗電磁閥YV7：用于控制石粉料斗的放料與否 瀝青料斗電磁閥YV8：用于控制瀝青料斗的放料與否 攪拌缸閥門電磁閥YV9：用于控制攪拌缸閥門的開關與否6.攪拌缸

23、電機M：用于對材料進行攪拌二混凝土配料及攪拌系統(tǒng)的控制方案及控制過程：混凝土配料及攪拌系統(tǒng)I/O點及地址分配輸入輸出功能地址功能地址啟動按鈕SB1石料1電磁閥YV1停止按鈕SB2石料2電磁閥YV2石料料斗限位傳感器SQ1石粉1電磁閥YV3石粉料斗限位傳感器SQ2石粉2電磁閥YV4瀝青料斗限位傳感器SQ3瀝青電磁閥YV5閥門限位傳感器SQ4石料料斗電磁閥YV6石料1脈沖計量傳感器SB13石粉料斗電磁閥YV7石料2脈沖計量傳感器SB14瀝青料斗電磁閥YV8石粉1脈沖計量傳感器SB15攪拌缸電機M石粉2脈沖計量傳感器SB16瀝青脈沖計量傳感器SB17加端子接線圖和動作流程圖梯形圖三?？刂瞥绦蚓幊趟?語句表程序：ORLD ORLD ORLD ORLD ORLD ORLD ORLD ORLDORLDORLD ORLDORLD ORLDAND TIM000ORLDORLDEND總結 和學別的學科一樣，在學完PLC理論課程后我們做了課程設計，此次設計以分組的方式進行，每組有一個題目。我們做的是機械手臂的PLC控制系統(tǒng)。由于平時大家都是學理論，沒有過實際開發(fā)設計的經(jīng)驗，拿到的時候都不知道怎么做。但通