基于plc的自动配料控制系统说明书.doc

课 程 设 计自动配料四节传送带控制系统设计一、选题背景及题目来源工业实际项目，可在天科TKPLC-A实验装置自动配料四节传送带的模拟控制实验区完成本模拟实验。二、训练目的（1）熟练使用各条基本指令，通过对工程实例的设计和模拟，熟练地掌握PLC的编程和程序调试；（2）绘制电气原理图及接线图；（3）选择电气元器件；（4）设计工业实际系统；（5）完成模拟实验。三、要求实现的功能1、能实现遇到故障进行报警：加一个电铃，当出现故障时，电铃立刻就响2、实现对混合物料的配送：设置两个进料阀A,B，一个出料阀，同时设置三个分别为高、中、低料位传感器和一个搅拌机。初始时，自动配料装置处于状态，装置内无物料，三个传感器皆处于状态，当打开进料阀，物料开始进料，当物料到达中位传感器时，进料阀关闭，进料阀打开，物料开始进料，当物料到达高位传感器时，进料阀关闭，搅拌机开始搅拌，几秒后，搅拌机停止搅动，出料阀打开，开始放料。3、控制皮带的传输速度：由于电动机工作不稳定，所以传送带的速度不一定会匀速，容易造成物料的堆积采用变频器来控制传送带的速度，把变频器频率来源设为面板控制或是电位器控制，这样就可能通过调面板的上下按键或电位器来控制传送带的最大速度，可以使用ZLDS100激光传感器测量电机的振动，从而检测出电机振动速度，同时将电动机的速度反馈给，通过来控制变频器来保持电动机的转速4、对物料的溢出进行控制：由于当小车开走之后，此时立即关闭出料口，但是传送带正间隔两秒依次停止，此时必然会有物料溢出，需要在出料口添加一个定时器，设置小车一次装好物料所需的时间，时间到了就关闭出料口 5、实现手动操作和自动控制配料功能6、可实现远程管理：控制室的计算机可以与总经理室的计算机联网7、整个系统均为人机对话模式，操作简单易用，维护方便8、具有操作员权限管理、现场管理和网络化的远程服务等功能四、实验设备1、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件及其他办公软件的计算机一台2、天科TKPLC-A实验装置五、设计任务（1）根据控制要求分析控制及动作过程，设计硬件系统；（2）绘制电气原理图及接线图；（3）设计软件系统；（4）组成控制系统；（5）进行系统调试，实现（三）所要求的控制功能，完成模拟实验。（6）撰写课程设计说明书。六、推荐参考资料1、天科TKPLC-A实验装置实验手册2、S7-200可编程序控制器手册，西门子技术服务中心，四川省机械研究设计院，2000.93、现代电器控制及PLC应用技术第2版，王永华，北京航空航天大学出版社，摘要本次课程设计题目PLC为自动配料系统。运用所学的可编程控制器的相关知识在实验箱上实现小车取料的控制。改变了以往取料时间长、难度大、效率低的缺点。提高了工作效率，节省了人力资源。描述了包括硬件设计、软件设计在内的三菱PLC在配料装料系统中的一些细节，主要设计了关于四级传送带的小车装料的全过程以及关于报警系统的设计，进行PLC外部连接线，模拟实验，通过观察指示灯的亮灭情况，对装料配料系统进一步理解。 关键词：编程控制，自动配料，四级传送，报警系统，实验模拟 目录目录6引言7第一章 自动配料系统设计方案81.1现实的意义81.2工艺流程81.3方案设计81.4控制方案11第二章 自动配料系统硬件设计122.1 PLC硬件构成122.2 PLC各元器件参数122.3 自动配料系统132.4 IO接线口输入输出点元件及地址编码132.5主电路设计图152.6外围接线图15第三章 自动配料系统软件设计163.1启动程序流程图163.2故障检测图示173.3梯形图183.4时序图的绘制23第四章自动配料系统传送系统调试244.1软件仿真244.2实验箱实物调试27设计小结29致谢30参考资料31引言自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料（固体或液体）进行输送、配比、加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应用于化工、冶金、建材、食品、饲料加工等行业。 在氧化铝生产及其它工业生产中，经常会遇到多种物料配比控制的情况。在手动控制状态下，需要根据生产情况，计算出各物料的配比，再根据配比，分别计算出各物料的理想下料量，对各台设备分别设定，来满足配比的要求。当生产情况发生变化，需要改变下料量时，则需要再次分别计算各物料的设定值，再次分别设定。这种人工操作方式计算,操作时间长，且容易出错，给生产带来不良因素。 而采用PLC控制方式以及新颖的变频调速喂料机构，配合配料控制软件包，实现物料传送、配料控制、配方设计、生产数据管理等功能。并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。自动配料控制系统在各行业的应用已屡见不鲜，如：冶金，有色金属，化工，建材，食品等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开方性，免维护性，可扩展性是工厂自动化FA所追求的一致目标。 配料系统特点 ：(1) 配料现场粉尘大, 环境恶劣; (2) 各组份在配方中所占比例不同, 有时甚至差异悬殊; (3) 配料速度和精度要求高; (4) 配方可能经常变换、调整; (5) 物料可能受环境温度、湿度影响。 由于上述各种情况设计自动化配料系统是非常有必要的，于是基于现实设计了关于四级传送带的自动配料系统。第一章 自动配料系统设计方案1.1现实的意义 配料工人收到每天的生产作业表后, 将依次对每种原料进行称重根据配料的多少, 先计算每种成分的重量,然后在各种成分的料桶中取料,送到电子称上进行称重,最后进行包装在这个过程中工人工作繁重,出错率高,称重重量无监测,生产数据无纪录等不能保证企业的生产工艺文中以PC机编程,可编程逻辑控制器(PLC),现场总线技术等现代工控技术为基础,开发了以PC机为上位机, 以PLC作为下位机的自动配料系统在整个生产过程中,一旦生产计划制定完成,计算机将按照计划对每种原料进行称重,不再需要人工来干预在这个过程中工人只是进行取料,由计算机通过电子称发来的数据校核重量,减轻了工人的工作负担,提高了工作效率1.2工艺流程本次课程设计题目PLC为自动配料系统，也正是基于这亚美好的背景下应运而生的。运用所学的可编程控制器的相关知识在实验箱上实现小车取料的控制。改变了以往取料时间长、难度大、效率低的缺点。提高了工作效率，节省了人力资源。本文重点描述了包括硬件设计、软件设计在内的三菱PLC在配料装料系统中的一些细节，主要设计了小车装料的全过程，进行PLC外部连接线，模拟实验，通过观察指示灯的亮灭情况，对装料配料系统进一步理解。1.3方案设计1）初始状态 灯L1灭，灯L2亮，表明允许汽车开进装料。电动机M1、M2、M3、M4皆为OFF，2）装车系统进料： 如料斗中料不满（S1为OFF时），2秒后D4指示灯亮，表示进料；当料满（S1为ON时）终止进料。装车 ：当汽车开进到装车位置（位置开关SQ1为ON时）红灯L1亮，绿灯L2灭，同时启动M4，2秒后启动M3，2秒后启动M2，在经过2秒启动M1，在经过2秒D2灯亮，表示打开料斗。当车满时（位置开关SQ2为ON时）D2灯灭，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，同时红灯L1灭，绿灯L2亮，表示汽车可以开走。停机控制系统 按下停止按钮SB2整个系统终止运行。2四节传送带(图中间部分)有一个用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下：启动（SB1）时先起动最末一条皮带机，经过2秒延时，再依次起动其它皮带机。停止（SB2）时应先停止最前一条皮带机，待料运送完毕后依次停止其它皮带机。当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。例如M2故障，M1、M2立即停，经过2秒延时后，M3停，再过2秒，M4停。当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带机运行2秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止。例如，M3上有重物，M1、M2立即停，再过2秒，M4停。 设计要求 考虑到配料现场粉尘大, 环境恶劣；各组份在配方中所占比例不同, 有时甚至差异悬殊; 配料速度和精度要求高; 配方可能经常变换、调整; 物料可能受环境温度、湿度影响等特点，将系统设计成高精确度，高稳定性和快速性的符合工业标准的自动配料系统自动配料的模拟面板如图2.1所示，从图中可以看出四节传送带是本次设计的核心电路，PLC编程也是围绕此面板进行的。 面板实物图输入地址表编号地址说明功能1I0.0按钮SB1启动2I0.1按钮SB2停止3I0.2信号S1接入S1料斗满信号4I0.3信号SQ1接入SQ1车未到位信号5I0.4信号SQ2接入SQ2车装满信号输出地址表编号地址说明功能 1Q0.0接指示灯D1车装满D1亮 6 Q0. 2Q0.1接指示灯D2料斗下口下料D2亮 3Q0.2接指示灯D3料斗满D3亮 4Q0.3接指示灯D4料斗上口下料D4亮 5Q0.4接指示灯L1车未到位L1亮 6Q0.5接指示灯L2车到位L2亮7Q0.6接指示灯M1控制电动机M1转8Q0.7接指示灯M2控制电动机M2转9Q1.0接指示灯M3控制电动机M3转10Q1.1接指示灯M4控制电动机M4转1.4控制方案 初始状态：红灯L2灭，绿灯L1亮，表明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭，若料位传感器S1置为OFF（料斗中的物料不满），进料阀开启进料（D4亮）。当S1置为ON（料斗中的物料已满），则停止进料（D4灭）。电动机M1、M2、M3和M4均为OFF。 运行状态：装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON，红灯信号灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4，经过2S后，再启动启动M3，再经2S后启动M2，再经过2S最后启动M1，再经过2S后才打开出料阀（D2亮），物料经料斗出料。 当车装满时，限位开关SQ2为ON，料斗关闭，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。同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。- 第二章 自动配料系统硬件设计2.1 PLC硬件构成 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 CPU的构成：CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 2.2 PLC各元器件参数 I/O模块：PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下： 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 电源模块：PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。 2.3 自动配料系统 系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料，当车装满时，配料系统自动关闭。本设计的突出点是故障检测部分的设计，首先，当某一节传送带发生故障时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。其次，当某节传送带上的物体过重时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，并且数码显示电路会显示发生故障的电机的号码，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。2.4 IO接线口输入输出点元件及地址编码根据 I/O 分配表画出图 2-1 I/O 接线图如下2.5主电路设计图见附录2.6外围接线图见附录第三章 自动配料系统软件设计3.1启动程序流程图装车过程5.2启动程序 启动时首先按下启动开关SB1，进入初使状态，表明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭，若料位传感器S1置为OFF（料斗中的物料不满），进料阀开启进料（D4）。当S1置为ON（料斗中的物料已满）则停止进料（D4灭）。料斗装满后开始启动传送带，首先启动最末一条皮带机(D)，经3秒延时，再依次启动其它皮带机,即DCBA，最后D2亮，表示开始装车。启动程序流程图如下：3.2故障检测图示M1故障障M1停D2关闭M2.M3.M4依次2秒后停止 NM2故障M1.M2停D2关闭M3.M4依次2秒后停止 Y NM3故障M1.M2.M3停D2关闭M4在2秒后停止 Y NM1.M2.M3.M4停止D2关闭M4故障障 Y3.3程序设计方法一般来说程序设计一般有三种方法分别为：经验设计法，逻辑设计法，顺序设计法。在此本文采用逻辑设计法。逻辑设计法简介：工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行 PLC 程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。 3.3梯形图网络1 打开开关SB1,此时SB2关闭，故M0.7得电并自锁网络2 当SQ1为OFF时或故障灯D亮时，此时灯L1亮网络3 当S1为OFF时，线圈M0.7为ON，此时料未满，D4指示灯亮网络4 当线圈M0.7为ON，SQ1为ON时，SB2为OFF，线圈M1.4的非为ON,此时指示灯L2亮，T101延时两秒后M4启动网络5 当C为OFF,T101为NO，线圈Ml.3的非为ON，T102延时两秒后M3启动络5当C为OFF,T101为NO，线圈Ml.3的非为ON，T102延时两秒后M3启动网络7当A为OFF,T103为NO，线圈Ml.1的非为ON，T104延时两秒后M1启动和网络7类似，M2电动机延时2秒启动同上，M3电动机延时2秒启动同上，M4电动机延时2秒启动当出料口的料开始放出时即Q0.6执行信号为1，T104延时计时器开始工作，5秒后货物全部从出料口放出，对应灯Q1.3亮起，此时关闭系统。当遇到故障时，故障灯亮起，对应I0.1、I0.5、I0.6、I0.7信号为1，警铃开始报警。3.4时序图的绘制第四章自动配料系统传送系统调试4.1软件仿真选用 S7-200软件进行调试。 本次设计的梯形图运行状态监控调试图如下：打上I0.0闭合“启动”开关（I0.0），绿灯L1亮(Q0.4)，表明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭，若物料检测传感器S1置为OFF（料斗中的物料不满），进料阀开启进料，D4亮（Q1.1）打上I0.3当S1（I0.3）置为ON（料斗中的物料已满），则停止进料（D4灭）。电动机M1、M2、M3和M4均为OFF打上I0.1Q0.5、Q0.3 亮表示车子到位，并且电机 M4开始运转Q0.2亮表示电机M3开 始运转Q0.1 亮 表 示 电 机 M2 开 始 运转Q0.0亮表示电机M1开始运转Q0.7亮表示料斗开始 下料汽车开进装车位置时(Q0.5)，限位开关SQ1(I0.1)置为ON，红灯信号灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4(Q0.3)，经过1S后，再启动M3(Q0.2)，再经2S后启动M2(Q0.1)，再经过1S最后启动M1(Q0.0)，再经过1S后才打开出料阀（D2亮(Q0.7)），物料经料斗出料。当车装满时，限位开关SQ2 （I0.2）为ON，料斗关闭，1S后M1（Q0.0）停止，M2（Q0.1）在M1停止1S后停止，M3（Q0.2）在M2停止1S后停止，M4（Q0.3）在M3停止1S后最后停止。同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。4.2实验箱实物调试当汽车进车后，L2灯亮，L1灯灭，同时M4开始启动依次间隔两秒后，M3，M2，M1灯亮假设B点故障时，M3灯立即灭，M4灯间隔两秒后灭其余各点故障时都是同此相似。设计小结配料控制系统应用比较广泛，采用了可编程控制技术，使整个控制系统的可靠性和精度大大提高，实现了自动控制。同时由于PLC扩展容易，可以对它进行扩展，如只需增加I/O接口模块就可扩展原料系统的输送控制；也可以与电炉控制系统连接，只需增加通信模块就可实现与上位机的通信，从而实现整个系统的计算机管理。 本设计将机械、控制作为一个整体考虑，使各部分密切配合，协调动作，共同完成配料任务。设计中的一些参数是假定参数，在实际应用中，需要根据实际情况进行调整。此系统应用与生产中，能使操作变得十分简单，减少人力的负荷，有效地提高产品质量，降低生产成本。 经过此次的思考和设计，我的认识领域得到了进一步的拓展，专业技能得到了进一步的提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。 此设计还存在一些不足，如：给料系统采用的螺旋给料机上安装有电动机和减速器, 重量大,所以会影响其效率而降低。由于本设计只用于模拟演示，因此在设计时部分元件并不能如实际中的自动运行，需要进行手动设置。其中的传感器信号及部分参数设定都是由人为给定的。 PLC编程技术与现代信息化时代的发展是分不开的，PLC与计算机的结合应用会使各领域加快发展，降低人力的需求，提高产品质量，尽显PLC编程技术的魅力！- 致谢 在这次毕业设计的完成过程中，得到老师和同学的帮助与鼓励，使我能够顺利地完成毕业设计，我在此对他们表示衷心的感谢。 首先，我诚挚地感谢我的导师。导师学识渊博、治学严谨，平易近人，不辞辛苦的帮助我完成论文设计。在本次毕业设计的过程中，老师给予了我许许多多的关怀与指导。本论文从选题到老师指导我思路，不断的修改到最后成文，无不倾注着老师的心血。在此论文完成之际，我再一次向他致以最诚挚的谢意。同时，我要感谢我们学院多年来给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了许多知识，充实了自己知识面，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事，立足社会。我也要感谢我的母校，是他提供了良好的学习氛围和优质生活环境，让我的大学生活丰富多姿，让我在以后的日子里深深怀念有着一份感恩的情怀，回报社会。同时小组同学的相互合作也是完成实验的重要保障。参考资料1范次猛. 可编程控制原理与应用北京理工大学出版社2李俊秀. 可编程控制应用技术实训指导化学工业出版社 3余雷声. 电气控制与PLC应用. 北京. 机械工业出版社. 1996年10月第一版4史国生. 电气控制与可编程控制器技术化学工业出版社 5崔亚军. 可编程序控制器原理及程序设计. 北京：电子工业出版社.1999年3月. 6西门子（中国）有限公司. 深入浅出西门子Wincc v6. 北京航空航天大学出版社. 2004年5月. 7 现代电器控制及PLC应用技术第2版，王永华，北京航空航天大学出版社附录目 录第一章 总论1一、项目概况1二、项目提出的理由与过程6三、项目建设的必要性8四、项目的可行性12第二章 市场预测15一、市场分析15二、市场预测16三、产品市场竞争力分析19第三章 建设规模与产品方案22一、建设规模22二、产品方案22三、质量标准22第四章 项目建设地点25一、项目建设地点选择25二、项目建设地条件25第五章 技术方案、设备方案和工程方案28一、技术方案28二、产品特点30三、主要设备方案32四、工程方案32第六章 原材料与原料供应35一、原料来源及运输方式35二、燃料供应与运输方式35第七章 总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程37一、总图布置37二、 运输38三、总体布局38四、公用辅助工程39第八章 节能、节水与安全措施44一、主要依据及标准44二、节能44三、节水45四、消防与安全45第九章 环境影响与评价47一、法规依据47二、项目建设对环境影响48三、环境保护措施48四、环境影响评价49第十章 项目组织管理与运行50一、项目建设期管理50二、项目运行期组织管理52第十一章 项目实施进度55第十二章 投资估算和资金筹措56一、投资估算56二、资金筹措58第十三章 财务评价与效益分析61一、项目财务评价61二、财务评价结论65三、社会效益68四、生态效益68第十四章 风险分析70一、主要风险分析识别70二、风险程度分析及防范风险的措施70第十五章 招标方案72一、招标范围72二、招标组织形式72三、招标方式72第十六章 结论与建议74一、可行性研究结论74二、建议75附 件77一、附表77二、附件77三、附图77