自动送料装车系统PLC控制系统正文.doc

自动送料装车系统PLC控制系统设计宜春学院 物理科学与工程技术学院 自动化专业王强指导老师: 唐勇波摘要 :利用可编程序控制器(C)适应性强、可靠性高、维护方便等特点,采用C实现送料装车系统，使物料能够自动传送与装车,减少劳动力,提高生产效率。本设计以系统得控制要求为出发点，进行了系统得硬件设计与软件设计(如梯形图与指令表等)。并且采用LC编程软件X Deve,对梯形图进行编写,仿真与调试,测试结果表明采用PC控制器能够达到设计要求。关键词:PLC;自动送料；硬件设计;软件设计BSTRAC: gmblogic cntrole rferedo PLC, It is chrtized by highadataliy, high relablit， asy inenac,ec、 Tisdeign use th LC to ralieeed loaig sstemcontrl uirents、Andit mes mterils autatiall trsmi d loadin, educe the abor force,mroeprducio fficiency、 This esign isto cotrol demandasth stringpint of the systm, ntroducingthehaware esig ad softwae o the ystem, suc lddriagrad nstrto list、Alo his design uses PLC pgrammin sofwreG Dvelper toiteddrdiagram， simte nd ebug、 Th est ruts owth adoptin PC camtthdsign requremns EY WORS: LC; utomaticfeed;awae Design; Sofwae Dein目录1、 前言1、1 系统设计得意义11、2 PC得应用现状及发展趋势11、3 设计得主要内容12、 PL控制系统得硬件设计、1 系统得控制要求32、2 系统得主电路图3、3 LC机型得选择42、4 PLC容量得估算42、5 LC输入、输出模块得选择2、6 按钮、开关类电器得选择42、7 熔断器得选择、8 继电器得选择52、 接触器得选择53、 L控制系统得软件设计63、自动送料装车系统流程图63、2 统计输入、输出点数与选择PC得型号6、3 PLC输入、输出端子得分配6、4 PL输入、输出端子接线图73、5 三菱PLC编程软件X evloper7、5、1 GX Devlopr简介及功能3、5、 使用GX evepr编写梯形图3、6 PLC控制程序得设计103、6、软件设计方法10、2 PC控制程序得分步设计过程10结 论3谢 辞14参考文献1附 录16附录 自动送料装车系统总梯形图6附录2 PLC控制程序总体指令表181、前言1、1系统设计得意义自动送料装车系统就就是基于LC控制而设计得系统，该PLC控制系统实现了物料得自动传送与装车功能，代替了过去采用得人力运送物料。自动送料装车系统广泛应用于工厂物料传输得流水线设备中,可以传输煤粒、细砂等材料。该系统就就是由电动机、传送带、给料器、传送带、小车、开关、按钮等设备组成;它通过控制三台电动机控制物料传送皮带得移动使物料传送。而且由于LC体积小、维修方便、操作安全、编程简单、能适应工厂恶劣得工作环境,利用PLC控制送料传送系统将会大大降低劳动力,提高生产效率,为工厂带来更多得利润。1、2LC得应用现状及发展趋势可编程控制器(即L)就就是在9世纪6年代末在美国首先出现得,它用来取代传统得继电器控制系统，实现逻辑控制,顺序控制,定时,计数等功能。随着PL技术得不断完善与成熟,LC得处理速度有了大大提高,功能也日趋完善,具有通用性高、可靠性高、编程简单、抗干扰性强、适应性强、维修方便等特点。广泛应用于化工、电力、石油、采矿、冶金、机械等领域。在可编程控制器产生之前,工业生产过程与机械得控制只要就就是通过继电器来实现。继电器一方面具有操作简单、实用、价格便宜,抗干扰性强得优点，另一方面具有可靠性不高、灵活性差,只具有逻辑、定时得特点。因此，在现代化工厂生产过程中,为了降低劳动成本,减轻工人得工作负担，提高生产效率,同时也为了保障工人得生命安全,要求工业生产过程实现自动化,这就需要PLC控制系统。随着科学技术得不断发展到今天,LC得CPU处理速度有了很大得提高，功能也在日趋完善，现在得PLC不仅能实现开关量控制,还能实现模拟量控制、位置控制、联网通信等。C未来得发展将在以下几个方面：、体积小、速度快、高性能、价格低廉;2、大型化、多功能、网络化；3、与其她智能控制系统相互渗透与结合。使用控制,具有以下优点:1. 编程简单,使用方便L得编程语言指令少,采用简明得梯形图、逻辑图与指令表等编程语言,编程简单易学,而且当改变控制方案而不需改变硬件接线,只需修改用户程序,不必须改变硬件接线。2、抗干扰性强,适应性强LC能够适应工业化生产现场,采取了隔离、屏蔽、联锁、滤波等安全措施,使之能抵抗外部干扰,适应恶劣得生产环境。3、 可靠性高,维护方便PLC使用软件代替继电器,仅需要少量得输入与输出硬件,可以因触点得接触不良产生故障大为减少，出现故障时只需将PC得输入、输出模块拔掉,大大缩短了故障修复时间。1、 设计得主要内容实现小车得送料装车系统控制要求得方法有多种,比如采用继电器、单片机、可编程控制器等。在上文已经讲述了采用继电器得特点，一方面具有操作简单、实用、价格便宜,抗干扰性强得优点,另一方面但由于可靠性不高、灵活性差，只具有逻辑、定时得特点,难以达到适应复杂与程序可变控制要求,无法适应激烈得市场竞争,因此在本设计中不采用继电器。另外如果采用单片机控制小车自动送料与装车,需要加入AD、D/A转换器,线路接线复杂,且编程显得复杂与困难;而且单片机控制电路容易受外界环境得干扰,适应性不高且不稳定。而由于本人得能力有限，因此也不采用单片机。此外P内部具有定时与计数功能,因此我采用PLC来实现小车得自动送料装车得控制。本设计以系统得控制要求为出发点，介绍了系统得硬件设计与软件设计(如梯形图与指令表等）。并且采用LC编程软件X evelor,对梯形图进行编写,仿真与调试,最后得出结论。要达到设计得控制要求,其过程分为两个部分:一就就是系统得硬件设计,二就就是系统得软件设计。系统得硬件设计内容包括PL机型得选择、容量得选择、IO模块得选择、输入与输出设备得选择等;系统得软件设计得内容有分配输入与输出得点数、画出系统流程图、设计梯形图与指令表程序。另外我采用三菱PLC编程软件GX Deveoper 对梯形图进行编写,经检查无误后再仿真与调试,最终得出结论。 预期得结果就就是:采用PLC编程软件进行系统得调试与仿真,通过控制输入触点得通与断，得出对应得输出。即实现了控制输入开关得通断控制三台电动机得启动与停止,来控制物料传送皮带得移动使物料传送。2、 PLC控制系统得硬件设计2、1系统得控制要求初始状态,红灯L1灭,绿灯2亮,小车可以开进装料,料斗关闭,电动机M1、M2、M都关闭。当料不满时1导通,K2关闭不出料。当小车开到称重开关S2处,S接通,红灯L1亮,绿灯L灭;按下启动按钮3,电动机M3运行，电动机M2在M启动后延迟2秒运行，电动机M1在M转动后延迟2秒运行;K2在M1运行2秒后导通出料。当料满后,断开称重开关S，料斗关闭;启动按钮S3关闭,电动机1延时2秒关闭,电动机M在M关闭后延时秒停止,电动机M3在2关闭后延迟2秒停止，此时红灯L1灭，绿灯L2亮,小车可以开走。当系统发生故障时,黄灯L3亮,正常情况灭如图2-1所示： 图2- 自动送料装车系统 2、2 系统得主电路图 系统主电路原理图如图22所示: 图- 自动送料装车系统主电路原理图图中，电动机得正反转控制送料开关K1与料斗K得打开与关闭;交流接触器M1、KM2、KM3得作用就就是控制电动机M1、M、M3得运行来控制物料传送皮带送料；R1、FR2、FR3就就是热继电器,对三台电动机起短路保护与过载保护作用。2、3 PLC机型得选择PLC机型选择得原则就就是:在满足控制要求得条件下,应保证工作正常运行,维护方便,以获得最佳得性价比。在选用PLC应考虑以下几个问题:()PL得性能与控制要求相适应。对于开关量控制得系统,当它对于控制要求不高时,可以选择小型PLC（如ISUBSH公司FX2NX系列得F216MR、FX2N32MR等)。（2)PLC得机型系列应统一（3)PLC得CU处理速度应满足控制要求,具体方法有:选择U处理速度快得PLC;优化应用软件;采用高速响应模块;考虑就就是否在线编程。、4 C容量得估算L容量得估算,包括两个方面:一就就是输入/输出点数估算,二就就是用户存储器得估算。(1)输入/输出点得估算通常输入点与输入信号,输出点与输出信号就就是一一对应得,特殊情况下会出现两个信号公用一个输入点。（2)用户存储器得估算在本设计中,输入信号有3个,输出信号有7个,则需要3个输入点与7个输出点,因此，可选择FX2-16M型PL,它有个输入点与个输出点。2、5 PLC输入、输出模块得选择1、开关量输入模块得选择开关量输入模块得作用就就是检测、转换来自现场设备(如按钮、行程开关、转换开关等)得高电平信号转为PLC内部电平信号。输入接口电路按PC输入模块与外部用户设备得接线，可分为汇点输入接线与独立接线。本设计中选择三相交流输入电源AC380V，三个电动机采用汇点式输入接线方式共用一个电源。、开关量输出模块得选择开关量输出模块得作用就就是将C内部低电平转换为外部所需电平得输出信号。 开关量输出模块有三种输出方式:继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。2、6 按钮、开关类电器得选择在本设计系统中,采用组合开关,用于电源得引入。根据电动机得容量、电流得种类、电压得等级选择。2、7 熔断器得选择熔断器得选择方法就就是:首先确定熔体得额定电流;再根据熔体得规格,选择熔断器得规格;最后根据被保护电流得性质，选择熔断器得类型。1. 熔体额定电流得选择 熔体额定电流得选择需要满足一定得条件: ()IFUN I (2-1) 其中IFN 熔体得额定电流； I负载得额定电流。 （2)在本设计中,有三台电动机共用熔断器,则: IFUN I m /2、 (2-2) 式中： m -电路最大电流；当三台电动机不同时启动时,系统得最大电流为: m = m+ （23）其中 其余电动机得额定电流之与; I em 最大容量得一台电动机得额定电流。2、熔断器规格得选择熔断器得额定电压要大于系统电路得工作电压,额定电流也要大于或等于熔体得额定电流。3、熔断器类型得选择熔断器必须要根据负载保护特性、短路电流大小与安装条件选择。2、 继电器得选择在本设计中选用具有带电保护功能得继电器，防止在运行中因电源断电而导致数据得丢失。1、时间继电器由于本设计中要延时2秒，并且从经济角度考虑,可选择空气阻尼式时间继电器，它得延时范围有、S-80与、-180s两种，触点得额定电压为8,额定电流为5。2、热继电器热继电器得选择可按下列公式选择: FN (0、 1、05)Ied (2-4)其中:IFR 热元件整定电流。2、9 接触器得选择本设计采用交流接触器。接触器应参照其主要技术参数选择。它得主要技术参数有:级数、额定工作电压、额定工作电流、额定功率、线圈额定电压、允许操作频率、机械寿命等。系统设计中主要考虑交流接触器主触头得额定电流与额定电压。 UKMN CN (2-) MN IN = PM x 10/KUMN (26） 式中 UKN 接触器得额定电压; UCN 接触器得额定线电压； KMN 接触器得额定电流； PMN 电动机得功率； M N 电动机得额定线功率; 经验系数,取值1 1、 4。3、C控制系统得软件设计3、1 自动送料装车系统流程图自动送料装车系统流程图如图3-1所示:图3-1 自动送料装车系统流程图 3、2 统计输入、输出点数与选择PLC得型号1、输入、输出点得统计输入信号有三个开关按钮S1、S2、3,需要有3个输入点。输出信号有8个,3个输出线圈，个指示灯输出与、K,，总共要8个输出点。2、LC型号得选择由于输入点有3个，输出点有个,可选择F2N-18型PLC,它有8个输入点,8个输出点,能够满足设计要求。字母R表示C为继电器输出。3、3 LC输入、输出端子得分配PC输入、输出端子得分配如表3-1所示:三个热继电器得常闭触头不作为输入点,而就就是放到输出电路中,分别与三个输出线圈连接,同样能起到过载与短路保护作用。表- PLC输入、输出端子得分配输入设备输入端子输出设备输出端子检测开关S1000进料开关K0料斗K2001称重开关S201允许汽车开走LY00允许汽车开进1Y03启动开关3X002电动机M1Y04电动机20电动机M3Y0故障报警信号灯L3Y073、4 PLC输入、输出端子接线图PLC输入、输出端子接线图如图3-2所示:图-2 PL输入、输出端子接线图、 三菱PLC编程软件eloper3.5GX Develpe简介及功能X Deeope就就是MELSOT可编程控制器 MELSOFT编程软件。它有两种型号:一就就是SW8D5C-GPPW-E(英文版），二就就是D5C-PW-(中文版）。在本设计中使用SWD5C-GPW（中文版)可编程控制器编程软件。X veope具有以下功能:1)支持所有三菱PL系列编程;2)支持梯形图、指令表、T、FC、F、Label编程;)网络参数得设定,进行程序得线上更改、监控与调试。另外可以使用三菱LC仿真软件GX imlator6-C对编程好得程序在电脑中进行虚拟运行。在安装GX iulatr6-C之前,必须先安装GX Dvelope，并且版本要互相兼容。当安装完它们之后，在桌面或者开始菜单中并没有仿真软件得图标。因为仿真软件被集成到编程软件GX Dveper中了,这个仿真软件相当于编程软件得一个插件。3.52 使用G Develope编写梯形图具体方法如下:1、当安装完G Dveloper与选GX Smultor6-C之后，点选“开始”菜单栏,顺序点选“所有程序”“MLSOFT应用程序”“GX Deelpr”，双击图标打开GXDevlopr软件。2、在菜单栏中单击“工程”“创建新工程”，出现如图所示画面: 在“C系列”中选择“FXCPU”,在“P类型”中选择“FX2N(C）”,程序类型选择“梯形图”,设定工程名后,再按确定。 3、按确定之后,之后出现下图所示画面:4、下面列举一个简单得程序,如下图所示:写完PLC程序后，形成如下图画面: 5、在写完梯形图后，再进行程序转换,将编辑得程序梯形图变换为PL可识别得内部语言指令。可按F4键或选择菜单“变换”再点“变换”。如下图所示: 、选择主菜单栏中“工具”“程序检查”,进行程序检查。出现下图画面:程序检查(MAIN)”提示框内,检查内容默认为全部选择,检查对象默认为选择“当前得程序作为对象”，点选“执行”,如有出错,则于文本框内会显示出错得软元件名称、出错步数、出错原因说明。7、用X Sulaor C对LC程序仿真1)点击菜单栏“工具”“梯形图逻辑测试起动”，显示“LADDER OGIC TESTTOL”提示框,如下图所示: 2)仿真软件会自动运行，同时显示“写入”提示框，软件启动完成,“LADELO TEST TOO”提示框内变化“RU”变色为黄色,“运行状态”栏选为“RUN”。如下图所示。3)软件启动完成后,软件运行模式为“监视模式”,“监视状态”提示栏显示C处于“N”状态及程序单循环执行周期时间。8、P程序软元件测试)单击主菜单栏中“在线”“调试”“软元件测试”，出现“软元件测试”提示框画面，如下图所示: “位软元件”指输入XYMCS等位软元件,点击“强制ON”接通软元件触点或线圈,点击“强制OFF”断开软元件触点或线圈。“字软元件”指输入D等字软元件,在“设置值”框内输入设置值，点击“设置”则开始T/D继电器仿真运算。“执行结果”显示软元件仿真运行得结果。2）不同类型得软元件触点得测试中仿真、复位、触点块颜色变化列表如表3所示:表3-2仿真、复位、触点块颜色变化触点类型仿真动作启动按键模拟状态仿真复位按键触点块颜色常开强制ON接通强制N/FF取反白色蓝色常闭强制ON断开强制O/O取反蓝色白色上升沿脉冲强制N短促接通强制ON/OFF取反白蓝白下降沿脉冲强制OFF短促接通强制ON/OFF取反白蓝白)点击“软元件测试”提示框内“关闭”,则退出PC程序软元件测试模式。）点击主菜单栏“工具”“梯形图逻辑测试旧结束”,则退出仿真测试。5）退出仿真测试后,软件状态为“读出状态”,如果要继续编辑或修改，可点击“工具条”第3个按键,转为“写入模式。3、6 PLC控制程序得设计3.6.1软件设计方法在软件设计中,常用得方法有经验法、解析法、图解法与计算机辅助设计。 （）经验法,顾名思义就就就是运用自己或别人得经验设计。()解析法,就就是指利用组合逻辑与时序逻辑得理论,并采用它们对应得解析方法进行逻辑求解，从而得到程序。()图解法,常用得方法有：梯形图法、波形图法、状态转移图法。 （4)计算机辅助设计,就就是指利用应用软件在计算机上设计梯形图,然后传到C中。在本设计中,我采用得软件设计方法就就是梯形图法与指令表,并且使用三菱C编程软件G velope编写梯形图。3.6. PLC控制程序得分步设计过程1、小车到达S2处停止,此时红灯1亮，绿灯L2灭。其梯形图如图3所示:图3-3 梯形图当小车到达处停止,小车被允许装料。当按下启动按钮S3(X002得电),Y0得电,红灯亮；Y03常闭触头断开，Y002断电，绿灯L2灭。2、当3接通后，电动机M3运行,延时2秒后2运行。此时对应得梯形图如图34所示： 图3-梯形图按下启动按钮（Y002得电），Y006得电(电动机M3运行)，延时继电器T得电,延时2S后,Y00得电(电动机M2运行）。3、电动机M2运行后延时2秒电动机M1运行，电动机M1运行后延时秒料斗K2打开出料。此时对应得梯形图如图3-所示:图3-5梯形图当Y05(电动机M2)得电,延时继电器1得电,延时2秒后,Y004(电动机M)得电，延时继电器T2得电,延时2秒后,Y00得电，料斗2打开出料。4. 小车被装满料后,称重开关S2断开,料斗K关闭，电动机M1延时秒关断。此时对应得梯形图如图3-6所示：图3-6梯形图当称重开关S2断开(梯形图中点动01),Y001断电，即料斗K2关闭,则Y001为常闭触点,则辅助继电器M3得电,延时继电器T也得电,延时2S后004断电(电动机M1停止)。5. 电动机M延时1,秒后停止;电动机延时M2,2S后 停止，并且绿灯L2灯亮,红灯L1灯灭，此时表示汽车可以开走。此时对应得梯形图如图-7所示:图-7 梯形图电动机M停止后(Y04断电),辅助继电器4得电,延时继电器T4开始计时,2S后,Y00断电(电动机M2停止运行）;辅助继电器M得电，Y06断电,传送电动机M停止运行。X002断电(S3启动按钮断开),Y04断电即电动机M1停止,致使Y00断电(红灯L灭）;X002常闭触点、00常闭触点接通,Y002得电（绿灯L2亮)。、若在运行过程中出现故障,PLC系统将发出故障报警信号,故障报警信号灯L亮。此时对应得梯形图如图3-8所示:图-8 梯形图 上图中X002为通电状态,并联连接得常开触点若有一个接通,则Y007得电。电动机M3、2、M1,料斗,进料开关K1中任意一个出现故障007得电，就会导致故障灯L3亮。则应该对它们检查确保无误。结论在此次设计中,增强了自己研究设计方案得实践能力,使用编程软件设计程序方法得运用能力,锻炼我独立思考,动手实践得能力,同时进一步加深对知识得理解与理论知识与实践得结合。同时我也得出以下几个结论:1、本设计基本实现了使用LC控制自动自动送料装车系统设计得控制要求,最后经PL编程软件得仿真与调试,通过对输入软元件触点强制ON/OFF,输出触点产生相应得颜色变化(白色表示OF，蓝色表示ON),因此能够达到通过控制输入触点得通与断,得到相应得输出。2、另外我得设计得一个亮点就就是在系统中增加了一个故障指示灯（即黄灯L3)。当系统某个部分发生故障时，系统则无法正常运行,若不增加一个故障检测部分则无法查出到底就就是那部分出现故障。因此在增加一个检测部分后,当系统出现故障，故障指示灯会亮，然后再查瞧故障检测部分得梯形图，在PLC处于调试状态模式下,输出触点颜色变蓝,某些输入触点会变成白色，则出现故障;在系统正常运行得情况下，输出触点为白色,输入触点全为蓝色,故障指示灯不亮。3、本设计也存在一些不足之处,比如称重开关S2只起到了检测小车到来得情况,无法起到物料重量得称量得作用。4、该系统可以改进得方向就就是在称重开关S2处增设两个七段数码管,用来显示每日装车得数量,可以采用脉冲计数得方法。谢 辞本设计就就是在唐勇波老师得指导下完成得,唐勇波老师不仅就就是我得毕业设计导师,也就就是我班授课老师,她与我们之间亦师亦友,在大学四年中建立了非常深厚得友谊,我要衷心地感谢唐勇波老师。我也要感谢物理科学与工程技术学院得所有老师们,就就是她们付出辛勤得汗水教会了我们专业得知识,也让我们明白做人得道理。我得导师在大学中不仅教授了许多知识,也在这次毕业设计中给我提供专业知识得指导，设计方面得修改意见，让我在设计中不断提高。我得PL老师也教会了我们这门课程得知识。在此我要向所有得老师致于真诚得感谢与由衷得敬意。我也要感谢在大学四年度过风风雨雨得同学们,感谢她们在大学四年对我默默得支持,感谢她们在学习与生活中得帮助，感谢她们在这次毕业设计中给予我得帮助,友谊万岁!在本文结束之前，我再次向我得指导老师与物理科学与工程技术学院所有得老师与同学致于最崇高得敬意与深深得感谢！参考文献1 熊幸明,陈艳,等、 电气控制与PLCM、北京:机械工业出版社,201、2廖常初等、PL基础及应用M、北京:机械工业出版社,2003、3 曹辉等、 可编程序控制器系统原理及应用 、北京：电子工业出版社，2005、 4 陈建明、 电气控制与LC应用、 北京：电子工业出版社，206、5 陈立定等、 电气控制与可编程序控制器M、广州:华南理工大学出版社,201、 6 王永华、 现代电气及可编程控制技术M、 北京：北京航空航天大学出版社，202、7 陈少华、 机械设备电气控制M、 广州:华南理工工业大学出版社，200、 方荣惠，上官璇峰、电机原理及拖动基础M、北京：中国矿业大学出版社,20、 王兆安,黄俊、电力电子技术M、西安:西安交通大学出版社,05、 0何伯时、电力拖动自动控制系统M、北京:机械工业出版社,200、1刘建明、电气控制与LC应用M、北京：电子工业出版社,200、附 录附录 自动送料装车系统总梯形图附录2 PLC控制程序总体指令表LDX02LY04OT3LI002OY03N01K2ANIY002ANIX01OTT2LY004OUTY002O03K2R4LDY08IY3LT2OTM4Y005OUTY2ORY01LDM4ORY004LD002NDY00OR05ORY00ORY0ND005ANITANX00ANIX001AD4OY05OUY00OTY008OY00ANI4ENDLD08LD006OUTT4OUT0AI00K2K2AX0LD0LDTAY04OR5OTY005ANDY0UM5LDY00OUTYLD5AN001LDY001ORY08UTTOM3OUT008K20OTM3DX02LDTILDY08ORY004ORY004LDY04NDY005ANTO008AD008OUTY004ANBUT004AI3OTY003注:指令表阅读顺序为,从上至下,从左至右。