課程設計（論文）-基于PLC的自動配料控制系統(tǒng)說明書

1、自動配料四節(jié)傳送帶控制系統(tǒng)設計一、選題背景及題目來源工業(yè)實際工程，可在天科TKPLC-A實驗裝置自動配料四節(jié)傳送帶的模擬控制實驗區(qū)完本錢模擬實驗。二、訓練目的1熟練使用各條根本指令，通過對工程實例的設計和模擬，熟練地掌握PLC的編程和程序調試；2繪制電氣原理圖及接線圖；3選擇電氣元器件；4設計工業(yè)實際系統(tǒng)；5完成模擬實驗。三、要求實現的功能1、能實現遇到故障進行報警：加一個電鈴，當出現故障時，電鈴立刻就響2、實現對混合物料的配送：設置兩個進料閥A,B，一個出料閥，同時設置三個分別為高、中、低料位傳感器和一個攪拌機。初始時，自動配料裝置處于狀態(tài)，裝置內無物料，三個傳感器皆處于狀態(tài)，當翻開進料閥，

2、物料開始進料，當物料到達中位傳感器時，進料閥關閉，進料閥翻開，物料開始進料，當物料到達高位傳感器時，進料閥關閉，攪拌機開始攪拌，幾秒后，攪拌機停止攪動，出料閥翻開，開始放料。3、控制皮帶的傳輸速度：由于電動機工作不穩(wěn)定，所以傳送帶的速度不一定會勻速，容易造成物料的堆積采用變頻器來控制傳送帶的速度，把變頻器頻率來源設為面板控制或是電位器控制，這樣就可能通過調面板的上下按鍵或電位器來控制傳送帶的最大速度，可以使用ZLDS100激光傳感器測量電機的振動，從而檢測出電機振動速度，同時將電動機的速度反應給，通過來控制變頻器來保持電動機的轉速4、對物料的溢出進行控制：由于當小車開走之后，此時立即關閉出料口

3、，但是傳送帶正間隔兩秒依次停止，此時必然會有物料溢出，需要在出料口添加一個定時器，設置小車一次裝好物料所需的時間，時間到了就關閉出料口 5、實現手動操作和自動控制配料功能6、可實現遠程管理：控制室的計算機可以與總經理室的計算機聯網7、整個系統(tǒng)均為人機對話模式，操作簡單易用，維護方便8、具有操作員權限管理、現場管理和網絡化的遠程效勞等功能四、實驗設備1、安裝了STEP7-Micro/WIN32編程軟件及其他辦公軟件的計算機一臺2、天科TKPLC-A實驗裝置五、設計任務1根據控制要求分析控制及動作過程，設計硬件系統(tǒng)；2繪制電氣原理圖及接線圖；3設計軟件系統(tǒng)；4組成控制系統(tǒng)；5進行系統(tǒng)調試，實現三所

4、要求的控制功能，完成模擬實驗。6撰寫課程設計說明書。六、推薦參考資料1、天科TKPLC-A實驗裝置實驗手冊2、?S7-200可編程序控制器手冊?，西門子技術效勞中心，四川省機械研究設計院，3、?現代電器控制及PLC應用技術?第2版，王永華，北京航空航天大學出版社，摘要本次課程設計題目PLC為自動配料系統(tǒng)。運用所學的可編程控制器的相關知識在實驗箱上實現小車取料的控制。改變了以往取料時間長、難度大、效率低的缺點。提高了工作效率，節(jié)省了人力資源。描述了包括硬件設計、軟件設計在內的三菱PLC在配料裝料系統(tǒng)中的一些細節(jié)，主要設計了關于四級傳送帶的小車裝料的全過程以及關于報警系統(tǒng)的設計，進行PLC外部連接

5、線，模擬實驗，通過觀察指示燈的亮滅情況，對裝料配料系統(tǒng)進一步理解。 關鍵詞：編程控制，自動配料，四級傳送，報警系統(tǒng)，實驗模擬 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc454448429 HYPERLINK l _Toc454448430 目錄 PAGEREF _Toc454448430 h 6 HYPERLINK l _Toc454448431 引言 PAGEREF _Toc454448431 h 7 HYPERLINK l _Toc454448432 第一章 自動配料系統(tǒng)設計方案 PAGEREF _Toc454448432 h 8 HYPERLINK l _To

6、c454448433 現實的意義 PAGEREF _Toc454448433 h 8 HYPERLINK l _Toc454448434 工藝流程 PAGEREF _Toc454448434 h 8 HYPERLINK l _Toc454448435 方案設計 PAGEREF _Toc454448435 h 8 HYPERLINK l _Toc454448436 控制方案 PAGEREF _Toc454448436 h 11 HYPERLINK l _Toc454448437 第二章 自動配料系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc454448437 h 12 HYPERLINK l _Toc4

7、54448438 2.1 PLC硬件構成 PAGEREF _Toc454448438 h 12 HYPERLINK l _Toc454448439 2.2 PLC各元器件參數 PAGEREF _Toc454448439 h 12 HYPERLINK l _Toc454448440 2.3 自動配料系統(tǒng) PAGEREF _Toc454448440 h 13 HYPERLINK l _Toc454448441 2.4 IO接線口輸入輸出點元件及地址編碼 PAGEREF _Toc454448441 h 13 HYPERLINK l _Toc454448442 主電路設計圖 PAGEREF _Toc4

8、54448442 h 15 HYPERLINK l _Toc454448443 外圍接線圖 PAGEREF _Toc454448443 h 15 HYPERLINK l _Toc454448444 第三章 自動配料系統(tǒng)軟件設計 PAGEREF _Toc454448444 h 16 HYPERLINK l _Toc454448445 啟動程序流程圖 PAGEREF _Toc454448445 h 16 HYPERLINK l _Toc454448446 故障檢測圖示 PAGEREF _Toc454448446 h 17 HYPERLINK l _Toc454448447 梯形圖 PAGEREF

9、_Toc454448447 h 18 HYPERLINK l _Toc454448448 時序圖的繪制 PAGEREF _Toc454448448 h 23 HYPERLINK l _Toc454448449 第四章自動配料系統(tǒng)傳送系統(tǒng)調試 PAGEREF _Toc454448449 h 24 HYPERLINK l _Toc454448450 軟件仿真 PAGEREF _Toc454448450 h 24 HYPERLINK l _Toc454448451 實驗箱實物調試 PAGEREF _Toc454448451 h 27 HYPERLINK l _Toc454448452 設計小結 PA

10、GEREF _Toc454448452 h 29 HYPERLINK l _Toc454448453 致謝 PAGEREF _Toc454448453 h 30 HYPERLINK l _Toc454448454 參考資料 PAGEREF _Toc454448454 h 31引言自動配料系統(tǒng)是一個針對各種不同類型的物料固體或液體進行輸送、配比、加熱、混合以及成品包裝等全生產過程的自動化生產線。廣泛應用于化工、冶金、建材、食品、飼料加工等行業(yè)。 在氧化鋁生產及其它工業(yè)生產中，經常會遇到多種物料配比控制的情況。在手動控制狀態(tài)下，需要根據生產情況，計算出各物料的配比，再根據配比，分別計算出各物料的理

11、想下料量，對各臺設備分別設定，來滿足配比的要求。當生產情況發(fā)生變化，需要改變下料量時，那么需要再次分別計算各物料的設定值，再次分別設定。這種人工操作方式計算,操作時間長，且容易出錯，給生產帶來不良因素。 而采用PLC控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(tǒng)的集合控制。自動配料控制系統(tǒng)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)取得最正確經濟效益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的

12、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。 配料系統(tǒng)特點 ：配料現場粉塵大, 環(huán)境惡劣; (2) 各組份在配方中所占比例不同, 有時甚至差異懸殊; (3) 配料速度和精度要求高; (4) 配方可能經常變換、調整; (5) 物料可能受環(huán)境溫度、濕度影響。 由于上述各種情況設計自動化配料系統(tǒng)是非常有必要的，于是基于現實設計了關于四級傳送帶的自動配料系統(tǒng)。第一章 自動配料系統(tǒng)設計方案1.1現實的意義 配料工人收到每天的生產作業(yè)表后, 將依次對每種原料進行稱重根據配料的多少, 先計算每種成分的重量,然后在各種成分的料桶中取料,送到電

13、子稱上進行稱重,最后進行包裝在這個過程中工人工作繁重,出錯率高,稱重重量無監(jiān)測,生產數據無紀錄等不能保證企業(yè)的生產工藝文中以PC機編程,可編程邏輯控制器(PLC),現場總線技術等現代工控技術為根底,開發(fā)了以PC機為上位機, 以PLC作為下位機的自動配料系統(tǒng)在整個生產過程中,一旦生產方案制定完成,計算機將按照方案對每種原料進行稱重,不再需要人工來干預在這個過程中工人只是進行取料,由計算機通過電子稱發(fā)來的數據校核重量,減輕了工人的工作負擔,提高了工作效率工藝流程本次課程設計題目PLC為自動配料系統(tǒng)，也正是基于這亞美好的背景下應運而生的。運用所學的可編程控制器的相關知識在實驗箱上實現小車取料的控制。

14、改變了以往取料時間長、難度大、效率低的缺點。提高了工作效率，節(jié)省了人力資源。本文重點描述了包括硬件設計、軟件設計在內的三菱PLC在配料裝料系統(tǒng)中的一些細節(jié)，主要設計了小車裝料的全過程，進行PLC外部連接線，模擬實驗，通過觀察指示燈的亮滅情況，對裝料配料系統(tǒng)進一步理解。方案設計1初始狀態(tài) 燈L1滅，燈L2亮，說明允許汽車開進裝料。電動機M1、M2、M3、M4皆為OFF，2裝車系統(tǒng)進料： 如料斗中料不滿S1為OFF時，2秒后D4指示燈亮，表示進料；當料滿S1為ON時終止進料。裝車 ：當汽車開進到裝車位置位置開關SQ1為ON時紅燈L1亮，綠燈L2滅，同時啟動M4，2秒后啟動M3，2秒后啟動M2，在經

15、過2秒啟動M1，在經過2秒D2燈亮，表示翻開料斗。當車滿時位置開關SQ2為ON時D2燈滅，2秒后M1停止，M2在M1停止2S后停止，M3在M2停止2S后停止，M4在M3停止后2秒停止，同時紅燈L1滅，綠燈L2亮，表示汽車可以開走。停機控制系統(tǒng) 按下停止按鈕SB2整個系統(tǒng)終止運行。2四節(jié)傳送帶(圖中間局部)有一個用四條皮帶運輸機的傳送系統(tǒng)，分別用四臺電動機帶動，控制要求如下：啟動SB1時先起動最末一條皮帶機，經過2秒延時，再依次起動其它皮帶機。停止SB2時應先停止最前一條皮帶機，待料運送完畢后依次停止其它皮帶機。當某條皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，而該皮帶機以后的皮帶機待運

16、完后才停止。例如M2故障，M1、M2立即停，經過2秒延時后，M3停，再過2秒，M4停。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2秒后停，而該皮帶機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，再過2秒，M4停。 設計要求 考慮到配料現場粉塵大, 環(huán)境惡劣；各組份在配方中所占比例不同, 有時甚至差異懸殊; 配料速度和精度要求高; 配方可能經常變換、調整; 物料可能受環(huán)境溫度、濕度影響等特點，將系統(tǒng)設計成高精確度，高穩(wěn)定性和快速性的符合工業(yè)標準的自動配料系統(tǒng)自動配料的模擬面板如下圖，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

17、行的。 面板實物圖輸入地址表編號地址說明功能1按鈕SB1啟動2按鈕SB2停止3信號S1接入S1料斗滿信號4信號SQ1接入SQ1車未到位信號5信號SQ2接入SQ2車裝滿信號輸出地址表編號地址說明功能 1接指示燈D1車裝滿D1亮 6 Q0. 2接指示燈D2料斗下口下料D2亮 3接指示燈D3料斗滿D3亮 4接指示燈D4料斗上口下料D4亮 5接指示燈L1車未到位L1亮 6Q0.5接指示燈L2車到位L2亮7接指示燈M1控制電動機M1轉8接指示燈M2控制電動機M2轉9接指示燈M3控制電動機M3轉10接指示燈M4控制電動機M4轉1.4控制方案 初始狀態(tài)：紅燈L2滅，綠燈L1亮，說明允許汽車開進裝料。料斗出料

18、口D2關閉，假設料位傳感器S1置為OFF料斗中的物料不滿，進料閥開啟進料D4亮。當S1置為ON料斗中的物料已滿，那么停止進料D4滅。電動機M1、M2、M3和M4均為OFF。 運行狀態(tài)：裝車過程中，當汽車開進裝車位置時，限位開關SQ1置為ON，紅燈信號燈L2亮，綠燈L1滅；同時啟動電機M4，經過2S后，再啟動啟動M3，再經2S后啟動M2，再經過2S最后啟動M1，再經過2S后才翻開出料閥D2亮，物料經料斗出料。 當車裝滿時，限位開關SQ2為ON，料斗關閉，2S后M1停止，M2在M 1停止2S后停止，M3在M2停止2S后停止，M4在M3停止2S后最后停止。同時紅燈L2滅，綠燈L1亮，說明汽車可以開走

19、。- 第二章 自動配料系統(tǒng)硬件設計2.1 PLC硬件構成 從結構上分，PLC分為固定式和組合式模塊式兩種。固定式PLC包括CPU板、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PLC包括CPU模塊、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)那么組合配置。 CPU的構成：CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)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)定的存放器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶

20、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、存放器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。 在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內部電路，但對各局部的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，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。存放器參與運算，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PLC

21、的重要參數，它們決定著PLC的工作速度，IO數量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 PLC各元器件參數 I/O模塊：PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出局部I/O完成的。I/O模塊集成了PLC的I/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系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入DI，開關量輸出DO，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220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離

22、。 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，但其最大數受CPU所能管理的根本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。 電源模塊：PLC電源用于為PLC各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的工作電源。電源輸入類型有：交流電源220VAC或110VAC，直流電源常用的為24VAC。 2.3 自動配料系統(tǒng) 系統(tǒng)啟動后，配料裝置能自動識別貨

23、車到位情況及對貨車進行自動配料，當車裝滿時，配料系統(tǒng)自動關閉。本設計的突出點是故障檢測局部的設計，首先，當某一節(jié)傳送帶發(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。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，并且數碼顯示電路會顯示發(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。2.4 IO接線口輸入輸出點元件及地址編碼根據 I/O 分配表畫出圖 2-1 I/O 接線圖如下主電路設計圖見附錄外圍接線圖見附錄第三章 自動配料系統(tǒng)軟件設計啟動程序流程圖裝車過程啟動程序 啟動時首先按下啟動開關SB1，進入初使狀態(tài)，說明允

24、許汽車開進裝料。料斗出料口D2關閉，假設料位傳感器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料斗中的物料已滿那么停止進料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DCBA，最后D2亮，表示開始裝車。啟動程序流程圖如下：故障檢測圖示M1故障障M1停D2關閉依次2秒后停止 NM2故障停D2關閉依次2秒后停止 Y NM3故障停D2關閉M4在2秒后停止 Y N停止D2關閉M4故障障 Y一般來說程序設計一般有三種方法分別為：經驗設計法，邏輯設計法，順序設計法。在此本文采用邏輯設計法。邏輯設計法簡介：工業(yè)電氣控制線路中，有很

25、多是通過繼電器等電器元件來實現的。而繼電器、交流接觸器的觸點都只有兩種狀態(tài)即：斷開和閉合，因此用“0和“1兩種取值的邏輯代數設計電氣控制線路是完全可以的。該方法是根據數字電子技術中的邏輯設計法進行 PLC 程序的設計，它使用邏輯表達式描述問題。在得出邏輯表達式后，根據邏輯表達式畫出梯形圖。 梯形圖網絡1 翻開開關SB1,網絡2 當SQ1為OFF時或故障燈D亮時，此時燈L1亮網絡3 當S1為OFF時，線圈M0.7為ON，此時料未滿，D4指示燈亮網絡4 當線圈M0.7為ON，SQ1為ON時，SB2為OFF，線圈M1.4的非為ON,此時指示燈L2亮，T101延時兩秒后M4啟動網絡5 當C為OFF,T

26、101為NO，線圈Ml.3的非為ON，T102延時兩秒后M3啟動絡5當C為OFF,T101為NO，線圈Ml.3的非為ON，T102延時兩秒后M3啟動網絡7當A為OFF,T103為NO，線圈Ml.1的非為ON，T104延時兩秒后M1啟動和網絡7類似，M2電動機延時2秒啟動同上，M3電動機延時2秒啟動同上，M4電動機延時2秒啟動當出料口的料開始放出時即Q0.6執(zhí)行信號為1，T104延時計時器開始工作，5秒后貨物全部從出料口放出，對應燈Q1.3亮起，此時關閉系統(tǒng)。當遇到故障時，故障燈亮起，對應I0.1、I0.5、I0.6、I0.7信號為1，警鈴開始報警。時序圖的繪制第四章自動配料系統(tǒng)傳送系統(tǒng)調試軟件

27、仿真選用 S7-200軟件進行調試。 本次設計的梯形圖運行狀態(tài)監(jiān)控調試圖如下：打上閉合“啟動開關，綠燈L1亮(Q0.4)，說明允許汽車開進裝料。料斗出料口D2關閉，假設物料檢測傳感器S1置為OFF料斗中的物料不滿，進料閥開啟進料，D4亮打上I0.3當S1置為ON料斗中的物料已滿，那么停止進料D4滅。電動機M1、M2、M3和M4均為OFF、Q0.3 亮表示車子到位，并且電機 M4開始運轉亮表示電機M3開 始運轉Q0.1 亮 表 示 電 機 M2 開 始 運轉亮表示電機M1開始運轉亮表示料斗開始 下料汽車開進裝車位置時(Q0.5)，限位開關SQ1(I0.1)置為ON，紅燈信號燈L2亮，綠燈L1滅；

28、同時啟動電機M4(Q0.3)，經過1S后，再啟動M3(Q0.2)，再經2S后啟動M2(Q0.1)，再經過1S最后啟動M1(Q0.0)，再經過1S后才翻開出料閥D2亮(Q0.7)，物料經料斗出料。當車裝滿時，限位開關SQ2 為ON，料斗關閉，1S后M1停止，M2在M1停止1S后停止，M3在M2停止1S后停止，M4在M3停止1S后最后停止。同時紅燈L2滅，綠燈L1亮，說明汽車可以開走。實驗箱實物調試當汽車進車后，L2燈亮，L1燈滅，同時M4開始啟動依次間隔兩秒后，M3，M2，M1燈亮假設B點故障時，M3燈立即滅，M4燈間隔兩秒后滅其余各點故障時都是同此相似。設計小結配料控制系統(tǒng)應用比擬廣泛，采用了可編程控制技術，使整個控制系統(tǒng)的可靠性和精度大大提高，實現了自動控制。同時由于PLC擴展容易，可以對它進行擴展，如只需增加I/O接口模塊就可擴展原料系統(tǒng)的輸送控制；也可以與電爐控制系統(tǒng)連接，只需增加通信模塊就可實現與上位機的通信，從而實現整個系統(tǒng)的計算機管理。 本設計將機械、控制作為一個整體考慮，使各局部密切配合，協(xié)調動作，共同完成配料任務。設計中的一些參數是假定參數，在實際應用中，需要根據實際情況進行調整。此系統(tǒng)應用與生產中，能使操作變得