电气自动化成帅毕业设计方案plc.doc

大连交通大学成人教育学院
毕业设计（论文）任务书

题目Y9110砂输送PLC自动控制

专业 电气工程和自动化

学生姓名 成帅 班级 级
指导老师 那延玉 职称 副教授
指导单位 大连工人大学
教研室主任

完成日期 年 6 月 25 日

摘要
了解PLC和PLC用途。分析学习PLC控制系统存在哪些优势。对Y9110砂输送发送罐进行技术系统设计和改造，用PLC替换一般继电器控制系统，实现控制自动化，可大大提升系统可靠性和工作效率。本文叙述了用PLC改造Y9110砂输送发送罐继电器控制电路，具体介绍了改造设计基础过程，包含砂输送皮带组成、砂输送发送罐组成、工作步骤分析、PLC机型选择、I\O地址分配和接线、PLC程序设计，梯形图逻辑分析。通常传统Y9110砂输送发送罐电气控制采取传统继电器控制方法，其缺点是功效少、寿命短、电路复杂、触点多而造成故障也多、可靠性差、维修困难等。可编程逻辑控制器（PLC）是一个以微处理器为关键，综合了计算机技术、通信技术而发展起来新型通用自动控制装置，含有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，多年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛应用。利用PLC对Y9110砂输送发送罐继电器控制电路进行改造，有利于提升设备可靠性和利用率。
关键词： Y9110砂输送 继电器 PLC 自动化控制

目录
第一章 PLC介绍…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …1
第二章 PLC应用…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …2
2.1开关量逻辑控制…… …… …… …… …… …… …… …… …… …2
2.2工业过程空制 …… … …… …… …… …… …… …… …… … …2
2.3 运动控制 …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …2
2.4 数据处理 …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …2
2.5通信及联网 …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …2
第三章 PLC特点 …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …3
3.1功效丰富 …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… … 3
3.2使用方便 …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… … 3
3.3维修方便 …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… … 4
3.4工作可靠 …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… … 4
3.5经济合算 …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… … 5
第四章 砂输送发送罐组成 …… …… …… …… …… …… …… …… … 7
第五章 发送罐系统步骤分析…… …… …… …… …… …… …… …… … 7
第六章 砂输送发送罐控制现实状况… …… …… …… …… …… …… …… … 8
6.1砂仓料位计 … …… …… …… …… …… …… …… …… …… … 8
6.2 控制系统设计不合理…… …… …… …… …… …… …… …… … 8
第七章 砂输送改造方案 …… …… …… …… …… …… …… …… …… 9
7.1 PLC 选型…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… … 9
7.2 分配输入/输出接口 …… …… …… …… …… …… …… …… … 10
7.3 I/O分配表…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… … 10
7.4梯形图设计 … …… …… …… …… …… …… …… …… …… … 11
7.5梯形图分析 … …… …… …… …… …… …… …… …… …… … 11
结论 … …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… … …… …12
谢辞… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… … …… … 13
参考资料…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… … …… …14
附件1 …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… … …… … 15

1 PLC介绍
可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但因为PC轻易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故大家仍习惯地用PLC作为可编程序控制器缩写。它是一个以微处理器为关键数字运算操作电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采取可编程序存放器，用以在其内部存放实施逻辑运算、次序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并经过数字式或模拟式输入、输出接口，控制多种类型机械或生产过程。PLC是微机技术和传统继电接触控制技术相结合产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差缺点，充足利用了微处理器优点，又照料到现场电气操作维修人员技能和习惯，尤其是PLC程序编制，不需要专门计算机编程语言知识，而是采取了一套以继电器梯形图为基础简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试和查错也全部很方便。用户在购到所需PLC后，只需按说明书提醒，做少许接线和简易用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

2　PLC应用
现在，PLC在中国外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环境保护及文化娱乐等各个行业，使用情况关键分为以下几类：
2.1开关量逻辑控制
　　替换传统继电器电路，实现逻辑控制、次序控制，既可用于单台设备控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.2工业过程控制
　　在工业生产过程当中，存在部分如温度、压力、流量、液位和速度等连续改变量（即模拟量），PLC采取对应A/D和D/A转换模块及多种多样控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调整是通常闭环控制系统中用得较多一个调整方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场所有很广泛应用。
2.3运动控制
　　PLC能够用于圆周运动或直线运动控制。通常使用专用运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机单轴或多轴位置控制模块，广泛用于多种机械、机床、机器人、电梯等场所。
2.4数据处理
　　PLC含有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功效，能够完成数据采集、分析及处理。数据处理通常见于如造纸、冶金、食品工业中部分大型控制系统。
2.5通信及联网
　　PLC通信含PLC间通信及PLC和其它智能设备间通信。伴随工厂自动化网络发展，现在PLC全部含有通信接口，通信很方便。

3 PLC特点

从PLC工作原理知，PLC输入和输出在物理上是相互隔开，其间联络是靠运行存放于它内存中程序实现。它入出相关，不是靠物理过程，不是用线路；而是靠信息过程，用软逻辑联络。它工作基础是用好信息。
信息不一样于物质和能量，有本身规律。信息便于处理，便于传输，便于存放；信息还可重用，等等。正是因为信息这些特点，决定了PLC基础特点。
下面介绍PLC四个特点：
3.1功效丰富
PLC功效很丰富。这关键和它含有丰富处理信息指令系统及存放信息内部器件相关。
它指令多达几十条、几百条，可进行各式各样逻辑问题处理，还可进行多种类型数据运算。凡一般计算机能做到，它也全部可作到。
它内部器件，即内存中数据存放区，种类繁多，容量宏大。I/O继电器，能够用以存放入、出点信息，少几十、几百，多可达几千、几万，以至10几万。这意味着它可进行这么多I/O点入出信息变换，进行这么大规模控制。
它内部种种继电器，相当于中间继电器，数量更多。内存中一个位就可作为一个中间继电器，怎么不多！
它计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及。小小箱体或模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中一个字，再加部分标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。
而且，这些内部器件还可设置成丢电保持，或丢电不保持，即上电后给予清零。以满足不一样使用要求。这些也是继电器件所难以做到。
它数据存放区还可用以存放大量数据，几百、几千、几万字信息全部能够存，而且，掉电后还不丢失。
PLC还有丰富外部设备，可建立友好人机界面，以进行信息交换。可送入程序，送入数据，可读出程序，读出数据。而且读、写时可在图文并茂画面上进行。数据读出后，可转储，可打印。数据送入可键入，能够读卡入，等等。
PLC还含有通讯接口，可和计算机链接或联网，和计算机交换信息。本身也可联网，以形成单机所不能有更大、地域更广控制系统。
PLC还有强大自检功效，可进行自诊疗。其结果可自动统计。这为它维修增加了透明度，提供了方便。
丰富功效为PLC广泛应用提供了可能；同时，也为工业系统自动化、远动化及其控制智能化发明了条件。
像PLC这么集丰富功效于一身，是别电控制器所没有；更是传统继电控制电路所无法比拟。
3.2使用方便
用PLC实现对系统控制是很方便。这是因为：首先PLC控制逻辑建立是程序,用程序替换硬件接线。编程序比接线，更改程序比更改接线，当然要方便得多！
其次PLC硬件是高度集成化，已集成为种种小型化模块。而且，这些模块是配套，已实现了系列化和规格化。种种控制系统所需模块，PLC厂家多有现货供给，市场上即可购得。所以，硬件系统配置和建造也很方便。
正因如此，用可编程序控制器才有这个"可"字。对软件讲，它程序可编，也不难编。对硬件讲，它配置可变，而且也易于变。
具体地讲，PLC有五个方面方便：
（1）配置方便：可接控制系统需要确定要使用哪家PLC，那种类型，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购置即可。
（2）安装方便：PLC硬件安装简单，组装轻易。外部接线有接线器，接线简单，而且一次接好后，更换模块时，把接线器安装到新模块上即可，全部无须再接线。内部什么线全部不要接，只要作些必需DIP开关设定或软件设定，和编制好用户程序就可工作。
（3）编程方便：PLC内部即使没有什么实际继电器、时间继电器、计数器，但它经过程序（软件）和系统内存，这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想象。即使是小型PLC，内部继电器数全部能够千计，时间继电器、计数也以百计。而且，这些继电器接点可无限次地使用。PLC内部逻辑器件之多，用户用起来已不感到有什么限制。唯一考虑只是入出点。而这个内部入出点即使用得再多，也无关紧要。大型PLC控制点数可达万点以上，哪有那么大现实系统？若实在不够，还可联网进行控制，不受什么限制。PLC指令系统也很丰富，可毫不困难地实现种种开关量，和模拟量控制。PLC还有存放数据内存区，可存放控制过程全部要保留信息。……总而言之，因为PLC功效之强，发挥其在控制系统作用，所受限制已不是PLC本身，而是大家想象力，或和其配套其它硬件设施了。
PLC外设很丰富，编程器种类很多，用起来全部较方便，还有数据监控器，可监控PLC工作。使用PLC软件也很多，不仅可用类似于继电电路设计梯形图语言，有还可用BASIC语言、C语言，以至于自然语言。这些也为PLC编程提供了方便。
PLC程序也便于存放、移植及再使用。某定型产品用PLC程序完善以后，凡这种产品全部可使用。生产一台，拷贝一份即可。这比起继电器电路台台设备全部要接线、调试，要省事及简单得多。
3.3维修方便
1 PLC工作可靠，出现故障情况不多，这大大减轻了维修工作量。这在讲述PLC第三个特点时，还将深入介绍。
2即使PLC出现故障，维修也很方便。这是因为PLC全部设有很多故障提醒信号，如PLC支持内存保持数据电池电压不足，对应就有电压低信号指示。而且，PLC本身还可作故障情况统计。所以，PLC出了故障，很易诊疗。同时，诊疗出故障后排故也很简单。可按模块排故，而模块备件市场能够买到，进行简单更换就能够。至于软件，调试好后不会出故障，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。
3改用方便：PLC用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用PLC还可给别设备使用，只要改编一下程序，就可办到。假如原设备和新设备差异较大，它部分模块还可重用。
3.4工作可靠
用PLC实现对系统控制是很可靠。这是因为PLC在硬件和软件两个方面全部采取了很多方法，确保它能可靠工作。实际上，假如PLC工作不可靠，就无法在工业环境下利用，也就不成其为PLC了。
1 在硬件方面：
PLC输入输出电路和内部CPU是电隔离。其信息靠光耦器件或电磁器件传输。而且，CPU板还有抗电磁干扰屏蔽方法。故可确保PLC程序运行不受外界电和磁干扰，能正常地工作。
PLC使用元器件多为无触点，而且为高度集成，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。
在机械结构设计和制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多方法，可确保PLC耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏50多度，有PLC可高达80--90度。
有PLC模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作主机出现故障，热备可自动接替其工作。
还有更深入冗余，采取三取一设计，CPU、I/O模块、电源模块全部冗余或其中部分冗余。三套同时工作，最终输出取决于三者中多数决定结果。这可使系统出故障机率几乎为零，做到万无一失。当然，这么系统成本是很高，只用于尤其关键场所，如铁路车站道叉控制系统。
2软件方面：
PLC工作方法为扫描加中止，这既可确保它能有序地工作，避免继电控制系统常出现"冒险竞争"，其控制结果总是确定；而且又能应急处理急于处理控制，确保了PLC对应急情况立即响应，使PLC能可靠地工作。
为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统全部设置了"看门狗"（Watchingdog）监控程序。运行用户程序开始时，先清"看门狗"定时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器计时值。若超时（通常不超出100ms），则报警。严重超时，还可使PLC停止工作。用户可依报警信号采取对应应急方法。定时器计时值若不超时，则反复起始过程，PLC将正常工作。显然，有了这个"看门狗"监控程序，可确保PLC用户程序正常运行，可避免出现"死循环"而影响其工作可靠性。
PLC还有很多预防及检测故障指令，以产生各关键模块工作正常是否提醒信号。可经过编制对应用户程序，对PLC工作情况，和PLC所控制系统进行监控，以确保其可靠工作。
PLC每次上电后，还全部要运行自检程序及对系统进行初始化。这是系统程序配置了，用户可不干预。出现故障时有对应犯错信号提醒。
正是PLC在软、硬件诸方面有强有力可靠性方法，才确保了PLC含有可靠工作特点。它平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。
曾有些人做过为何要使用PLC问卷调查。在回复中，多数用户把PLC工作可靠作为选择它关键原因，即把PLC能可靠工作，作为它首选指标。
3.5经济合算
高新技术使用必将带来巨大社会效益和经济效益，这是科技是第一生产力表现，也是高新技术生命力之所在。PLC也是如此。
尽管使用PLC首次投资要大些，但从全方面及长远看，使用PLC还是经济。这是因为：
使用PLC投资虽大，但它体积小、所占空间小，辅助设施投入少；使用时省电，运行费少；工作可靠，停工损失少；维修简单，维修费少；还可再次使用和能带来附加价值等等，从中可得更大回报。所以，在多数情况下，它效益是可观。

4砂输送发送罐组成
发送罐经过输砂管道发送到车间砂仓内供给混砂机使用。砂库到发送罐输砂管道很短，上面有蝶阀控制发送罐加砂，发送罐顶部安装锥阀预防在发送砂时，发送罐内气力反冲回砂仓。发送罐右侧面安装阻尼料位计及电接点压力表，发送罐左侧面安装发送阀、排气消音阀及罐体、出砂口，图4-1砂输送发送罐结构所表示:

图4-1砂输送发送罐结构

5 发送罐系统步骤分析
系统开启条件：当车间砂仓砂位低于上位阻尼料位计，满足发送条件时，选择打开几号砂仓卸料器，按下开启按钮，发送罐顶部锥阀先打开经时间继电器延时2S后，加砂管道上蝶阀打开，同时打开排气阀给发送罐加砂。当发送罐砂加满时，发送罐阻尼料位计闭合，同时控制加砂管道上蝶阀先关闭，经时间继电器延时3秒后关闭发送罐顶部锥阀，同时关闭发送罐排气阀，经时间继电器延时2.5秒后发送罐发送阀打开，压缩空气经空气过滤装置进入罐体开始加压，电接点压力表显示目前压力值，表针带动继电器动点脱离下限静点，再经时间继电器延时2秒打开输砂管道上多个二次增压阀，开始由发送罐经过输砂管道和二次增压阀供气增压往车间内砂仓输送铬矿砂。当压力低于0.2mpa时电接点压力表表针回位带动动点和静点闭合动作，关闭发送罐增压阀和传送管道上全部二次增压阀，同时打开排气阀排气，排气5秒后反复以上工作步骤。当车间砂仓到上限位时上位阻尼继电器动作，发送罐内砂发送完后系统自动停止。假如中途关闭发送罐系统，发送罐系统不会立即停止，必需把发送罐内铬矿砂发送完成后自动停止，这么是为了避免发送罐和发送管道内残留大量铬矿砂堵塞传输管道。如发生紧急情况能够按急停开关，按下急停开关后砂传送系统立即停止并排气。

6砂输送发送罐控制现实状况
控制系统因为设计及设备等方面不一样程度存在部分问题，致使该系统自投入运行以来，运行情况一直不太理想，关键存在以下问题。
6.1砂仓料位计
该系统原来配置料位计（电容式料位计）因为环境恶劣可靠性较差，常常产生误动作不能正确测量出砂仓内料位，故当初在调试是就由时间继电器来替换料位计，使操作人员不十分清楚目前砂仓内砂料量情况下，简单依据时间来操作，从而因操作失误，控制失灵等常常造成系统堵管，泄漏问题，影响生产。
6.2控制系统设计不合理
原来设计控制系统是由中间继电器和时间继电器组成，即继电器控制系统，这种系统在运行时所表现出来突出问题是：继电器常常因周围环境中较多灰尘而接触不良，时间继电器失灵从而使整个系统不能正常工作，其次因控制柜，操纵台内和相互之间连接电缆，电线很多，也造成了设备故障率高，维护工作量大，维护费用高等问题。

7 砂输送改造方案
为了克服以上缺点，确保系统安全稳定运行，保护环境和节能降耗降低维修量等方面考虑，对该设备进行技术改造，由PLC组成控制系统，采取电动阻尼料位计。
增加手动控制便于维修，车间砂仓放砂口加装靠近开关。
7.1 PLC选型
自从PLC技术在工业领域中得到广泛应用以来，PLC产品种类越来越多，而且功效也日趋完善。目前工业领域中应用PLC现有从美国﹑日本﹑德国等国家进口，也有中国厂家组装或自行开发，已达上百种型号。所以合理选择PLC就很有意义。合理选择PLC应从以下多个方面来选择。
1） PLC机型选择。机型选择基础标准是在能够满足控制要求及确保运行可靠﹑维修方便前提下，努力争取最好性价比。①在结构形式上选择整体式。②在安装方法上选择集中式。③在功效要求上选择只有开关量控制，含有逻辑运算、定时、计数等功效小型PLC。④机型统一。对于一个企业应尽可能使用机型统一PLC，有利于备件采购。
2） PLC容量选择。容量选择包含I/O点数和用户程序存放容量选择。①I/O点数选择。因为PLC平均I/O点价格还比较高，通常情况下I/O点是依据被控对象输入、输出信号实际个数，再加上10%—15%备用量来确定。②用户存放容量选择应按实际需要留20%--30%余量来选择。
3） I/O模块选择。PLC输入模块作用是用来检测、接收现场输入设备信号，并将输入信号转换为PLC内部接收低电平信号。①输入信号类型选择。常见输入信号类型有三种：直流输入、交流输入和交流/直流输入，依据需要选择直流输入②输入信号电压等级选择。有5V、12V、24V、48V、60V等可供选择，依据现场输入设备和输入模块之间距离来考虑选择24V电压。综合以上多个方面考虑，决定选择三菱FX2N-48MR型号PLC.

7.2分配输入/输出接口
图7-1 PLC外部接线图

7.3 I/O分配表
表7.1 I/O分配
序号
输入点
功效
序号
输出点
功效
1
X000
手/自动 SA1
1
Y000
再生砂蝶阀
2
X001
开启SB1
2
Y001
锥阀
3
X002
停止 SB2
3
Y002
发送阀
4
X003
砂闸门 SB3
4
Y003
增压1
5
X004
发送闸门 SB4
5
Y004
增压2
6
X005
发送阀 SB5
6
Y005
2#卸料器
7
X006
增压1 SB6
7
Y006
3#卸料器
8
X007
增压2 SB7

9
X010
2#卸料器 SB8

10
X011
3#卸料器 SB9

11
X012
2#、3#选择SA2

12
X013
3#砂仓选择

13
X016
靠近开关1 KA8

14
X017
靠近开关2 KA9

15
X021
发送罐料位KA10

16
X023
砂仓料位 KA11

17
X024
电接点式压力表KA12

7.4梯形图设计
详见附件1

7.5梯形图分析
SA1是手动、自动转换旋钮，当转换到手动状态时X000不导通，CJ跳转指令不实施，手动有效程序根据正常扫描实施。按下SB3、输入X003导通线圈M0被触发一个脉冲导通，因ALT是交替输出指令所以Y000导通输出，再生砂碟阀打开，再按下SB3、输入X003再次导通、线圈M0再被触发一个脉冲导通，ALT交替输出 关闭Y003不导通再生砂碟阀关闭。同理连续按下SB4时输入X004 触发,输出Y001导通、停止，发送罐锥阀打开、关闭。连续按下SB5时输入X005触发,输出Y002导通、停止发送阀打开、关闭。连续按下SB6时输入X006触发,输出 Y003导通、停止增压器1打开、关闭。连续按下SB7时输入X007触发,输出 Y004导通、停止增压器2打开、关闭。连续按下SB8时输入X010导通，同时选择2号砂仓输入X013导通及混砂机开到位靠近开关触发，继电器KA8闭合输入X016、X017导通， 2号卸料器输出Y015打开、关闭。连续按下SB9输入X011导通，同时选择3号砂仓输入X012导通及混砂机开到位靠近开关触发继电器KA9闭合输入X016、X017导通， 3号卸料器输出Y006打开、关闭。
当SA1转换到自动状态时输入X000导通，CJ跳转指令实施，跳转到P0自动条件满足，先打开2号或3号卸料器砂仓料没到高料位时，按下自动开启按钮SB1输入X001导通，自动开启发送罐根据程序自动运行，先打开发送罐顶部锥阀Y001导通，时间T1开始计时2秒后再生砂蝶阀Y00导通打开，开始加砂当砂加到顶部料位时料位被触发X021导通关闭再生砂蝶阀Y000，同时T2延时2秒关闭锥阀Y001及T3延时2.5秒打开发送阀Y002，压缩空气进入罐体同时T8延时2秒增压器Y003、Y004导通开始增压。电接点压力表由常闭转换常开，当罐体里砂发送完压力减小电接点压力表由常开转换常闭，X024导通关闭发送阀及增压器1、增压器2，开始下一次循环。当按下停止按钮SB2或砂仓高料位X023导通及电接点压力表到下限时程序停止循环。

结论
采取PLC自动控制技术替换传统继电器电气控制系统，实现了对砂输送自动控制，从而提升了设备工作效率、工作稳定性和可靠性，而且，还大大降低了维修人员劳动强度，降低了设备故障率，减轻了操作人员劳动强度，提升了生产率，同时技术人员能够快捷地修改控制系统程序，从而满足不停改变生产要求。

谢辞
在此设计中，我也参考了大量著作和文章，很多作者科研结果及设计给我很大启发。在此我向这些学者们表示由衷感谢，感谢我同学和好友对我大力支持，她们无私奉献、关爱和支持是我能够继续追求我理想，感谢全部帮助和关心我人。
最终，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩各位老师表示感谢。

成帅
6月25日

参考文件
[1]廖常初.PLC编程及应用. 北京：机械工业出版社，.
[2]岳庆来.变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术，.
[3]殷建国 .工厂供电控制技术，经济管理出版社，
[4]陈松.数字逻辑电路，东南大学出版社，