自动化小车运料.doc

永城职业学院课程设计

永城职业学院

项 目 设 计

自动化小车运料

班 级： 083班
专 业： 矿山机电
姓 名： 杨鹏举
学 号： 2008013044
指导教师： 马红雷

2010 年 05 月 30 日

摘要：
可编程控制器是采用微机技术的通用工业自动化控制装置，近几年来，在国内已得到迅速推广普及。它是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来。
可编程控制器出现的目的是用来取代传统的继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。根据实际应用对象，将控制内容写入控制器的用户程序内，控制器和被控对象连接也很方便。随着现代科学技术的进步，可编程的功能越来越多，越强。不仅有逻辑判断功能，还同时具有数据处理、调节和数据通信功能。
在当今社会的不断发展，自动化程度的不断提高及广泛应用的今天，可编程序控制器在自动化领域中的应用也更加普遍。这就要求从事这方面的技术人员应该掌握着方面的理论和实践技能。
通过PLC实验使大家能尽快达到掌握：
① 编程器的使用方法或学会电脑编程。
② 可编程主机的输入、输出外部接线。
③ 基本指令和常见应用指令的使用。
④ 梯形图的编程思路、方法和技巧。
总之，力争尽快学会可编程的使用，为以后工作服务。
关键词：传送，配料，故障

目录
摘 要...................................................1
第一章PLC简介...........................................3
第二章.设计方案..........................................4
第一节.硬件设计........................................4
第二节软件控制设计.....................................6
第三节．控制电路设计...................................7
第三章.设计的实施........................................9
心得体会.................................................12
参考文献............................................14

第一章 PLC简介
1、PLC概况
     可编程控制器（Programmable Controller）简称PC。个人计算机（Personal Computer）也简称PC。为了避免混淆，人们将最初用于逻辑控制的可编程控制器叫做PLC（Programmable logic Controller）。
国际电工委员会在1987年颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”
（1）可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，其中带有“可以编制程序的存储器”，可以进行“逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算”工作，可以认为可编程控制器具有计算机的基本特征。事实上可编程控制无论从内部构造、功能及功能原理上看都不折不扣的是计算机。
（2）可编程控制器是“为工业环境下应用”而设计的计算机。工业环境和一般办公环境有很大的区别，PLC具有特殊的构造，使它能在高粉尘、高噪音、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。为了能控制“机械或生产过程”，它又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”这些都是个人计算机不可能做到的。因此可编程控制器不是普通的计算机，它是一种工业现场使用的计算机。
（3）可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。它“易于扩展其功能”，它的程序能根据控制对象的不同要求，让使用者“可以编制程序”。也就是说可编程控制器较其以前的工业控制计算机，具有更大的灵活性，它可以方便的应用在各种场合，是一种通用的工业控制计算机。
2.PLC的特点：
（1）可靠性高，抗干扰能力强
（2）配套齐全，功能完善，适用性强
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
（4）系统设计周期短，维护方便，改造容易
（5）体积小，重量轻，能耗低。
3.PLC的发展
为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。
当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司α系列PLC。
为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。
根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。
在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。

第二章 设计方案

第一节硬件设计
1 PLC的选型
选择松下的可以，综合我的I/O点数，建议选松下FP0系列C14的CPU（24VDC）,因为该型号的输入点与输出点已经满足该程序的使用，若没有其他通讯接口方面要求，选C16也可以，但是考虑到经济与实用问题选择点数满足要求的就可以了，这样做经济又可以满足程序的运行，所以在日常运用中PLC的选择也是一个很重要的问题，选择适合的PLC不仅可以使程序能够最大速度的运行而且能够充分利用该PLC 。综合你的I/O点数，建议选松下FP0系列C14的CPU（24VDC）,因为该型号的输入点与输出点已经满足该程序的使用，若没有其他通讯接口方面要求，选C16也可以，但是考虑到经济与实用问题选择点数满足要求的就可以了，这样做经济又可以满足程序的运行，所以在日常运用中PLC的选择也是一个很重要的问题，选择适合的PLC不仅可以使程序能够最大速度的运行而且能够充分利用该PLC。

图2-1PLC内部结构
2 控制要求：
如下图所示，为两组带机组成的原料运输自动化系统，该自动化系统启动顺序为：盛料斗中无料，先启动带机M1，5秒后，再启动带机M2，经过7秒后再打开电磁阀YV，该自动化系统停机的顺序恰好与启动顺序相反。

A
  M2
 YV

M1

D

图2-2 控制图

第二节软件控制设计
1 输入输出模块的选择
输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。
2 电源的选择
PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。
3 储存器的选择
由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。

4冗余功能的选择
1控制单元的冗余
（1）重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应1B1冗余。
（2）在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。
2． I/O接口单元的冗余
（1）控制回路的多点I/O卡应冗余配置。
（2）重要检测点的多点I/O卡可冗余配置。3）根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化的I/O接口单元。
5 经济性的选择
选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。
输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比

第三节控制电路的设计

共需6个I/O点：3个输入，3个输出。其他均可用内部继电器代替，如延时继电器可用内部定时器代替，这样可以使电路简化。
输入：
启动按钮 X1
急停按钮 X2
开关：启动带机M1开关 SQ1=X1
关闭电磁阀开关 SQ2=X2
输出：带机M1 KM1=Y1
带机M2 KM2=Y1
电磁阀YV KM3=Y3

SB1
SB2
KM1
KM2
KM3
X1
X2
Y1
Y2
Y3
COM
COM

图2-3 电路图
1 I/O的选择
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。
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。
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24VDC）。
第三章设计的实施
1 时序介绍
在PLC控制系统中，时间控制用的非常多，其中大部分用于延时、定时和脉冲控制。在FPO型可编程控制器内部有多达100个定时器和四种标准时钟脉冲（0.001s/0.01s/0.1s/1s）可以用于时间控制，用户在编程时会感到十分方便。
顺序控制在继电器接触控制中应用广泛。用定时器编写梯形图程序。
运用时序图法必须使用时间继电器，称作时间继电器，在工业自动化控制系统中，基于时间原则的控制的控制要求非常常见，所以时间继电器是一种常用的低压控制器件之一。
时间继电器的延时方法有两种，即通电延时和断电延时。
通电延时：接受输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化；当输入信号消失后，输出瞬时复原。
2 时序图
根据设计要求，我们可画出其原料运输自动化梯形图如图2—1。图中，X1为启动按钮，在X1启动五秒后，T1启动，经过7秒后T2启动，然后经过7秒X2断开，T3停止，在经过5秒后T4停止，则机器全部停止，都为低电平。

图3-1 时序图

3 逻辑表达式
由上图的波形图可知，X1为启动开关在X1 启动后得带一个高电平R0 ，其带式输送机Y1开始工作，在T1作用下，五秒后Ｙ２开始工作．T1工作后启动T2，七秒后在T2的作用下，Y3开始工作，在停止时，与其相反。在停止开关X2，使Y3立即停止工作后，在T3、T4的作用下，Y2先停，其次Y3最后停。由此可列出其逻辑表达式为：
带机M1：YI=R0T-4
带机M2 :Y2=T1T-3
电磁阀YV：Y3=T2R-1 有逻辑表达式可设计出其梯形图如下：

图3-2 梯形图

4 时序图在程序中的验证
X1接通中间继电器R0,当X1瞬间断开时R0自锁使R0继续导通，是整个电路在高电平下工作，此时带机M1接通开始工作，第一个定时器也接通，五秒后Ｙ２开始工作．T1工作后启动T2，七秒后在T2的作用下，Y3开始工作，在停止时，在停止开关X2，使Y3立即停止工作同可得到一个高电平R1时，R1导通T3，七秒后Y2停止，同时，T3导通T4，五秒后Y1停止。

图3-3

由以上验证可知其启动与停止与要求相符，则试验调试成功。

心得体会
　　自动配料监控系统具有运行可靠、功能齐全、投资低、升级方便等特点，采用全汉化操作界面，在线组态，形象直观，易于操作。监控系统提供了较完善的系统运行信息和产品信息，为现场操作人员创造了高效率的工作环境，实现了较为先进的过程控制和管理技术水平，并减轻了系统维护的工作量。本系统投入运行以来，各项指标均满足技术要求，并极大地改善了操作员的劳动强度，明显地提高了生产效率精细化工的自动配料监控系统，采用DCS集散控制方式分析监控系统的结构和功能，研究其控制过程，实现人机对话自动控制、集中管理、实时记录、显示与报警等功能。在精细化工生产工艺中，自动配料系统是一道非常重要的工序，它由前、后配料两个子系统组成。选用松下PLC构成数据采集控制系统，模块化设计，经济实用。
全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。
本实验采用PLC控制方式来实现自动配料系统，实现物料传送功能。整个系统自动进行提高了配料精度和速度。

参 考 文 献

[1] 段梅，李新．PLC在混料控制系统的应用[J]．控制系统.2003年.(4)：50~54
[2] 洪镇南，李铁，王旭东．PLC与计算机通信的实现[J]．电气时代.2003年.(2)：69～70．
[3] 熊志奇. 微机自动化配料控制系统. 电子技术应用. 1997 年.
[4] 张本举. 自动配料系统的设计 .中国铝业中州分公司计控室.2000年.
[5] 宋建成. PLC控制和应用. 科学出版社. 2002年.
[6] 王永华. 现代电气及可编程控制技术.北京航空航天大学出版社.第一版.2002年9月.
[7] 赵明.工厂电气控制设备.北京.机械工业出版社.1998年.
[8]SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册.2000年11月.

设计项目成绩评定表
项 目
权重
优秀（100>X≥90）
良好90>X≥80）
中等（80>X≥70）
及格（70>X≥60）
不及格<60
分值
参 考 标 准
参 考 标 准
参 考 标 准
参 考 标 准
参 考 标 准

工作量及态度
0.15
能很好地完成任务书规定的工作量
学习态度认真，勤学好问，模范遵守纪律
能较好地完成任务书规定的工作量
学习态度比较认真，组织纪律较好
能完成任务书规定的工作量
学习态度尚好、遵守组织纪律
能基本完成任务书规定的工作量
学习态度一般，组织纪律较差
没有完成任务书规定的工作量
学习马虎、纪律涣散

规范要求
0.10

源程序及说明书、报告书写规范整洁，有较高的质量
源程序及说明书、报告书写达到规范化要求，质量较好
源程序及说明书、报告书写基本符合规范化要求
源程序及说明书、报告书写勉强达到规范化要求
源程序及说明书、报告书写达不到规范化要求

技术水平
0.15
能认真阅读教师指定的参考资料、文献，有较强的文字表达能力，能准确地表达自己的思想，主题突出、界面优美，各项要求达到
能比较认真地阅读教师指定的参考资料、文献，有一定的计算机应用能力，能较准确的表达自己的思想，主题明确
阅读了教师指定的参考资料、文献，文字表达能力尚可，能基本上把自己的思想表达清楚，主题较为明确，各项要求达到(辅助说明中可有一项没做)
能基本完成教师指定的参考资料、文献等阅读任务。能基本完成外文翻译。文字表达能力一般，有主题
未完成教师指定的参考资料、文献等阅读任务。文字表达能力差，未实现功能

基础理论
与
专业知识
0.10
基础理论和专业知识扎实，并能综合运用和深化所学知识

基础理论和专业知识扎实，能较好地运用所学知识

基本掌握有关的基础理论和专业知识，并能进行一定的运用

基础理论和专业知识掌握不够扎实，不能较好地运用所学知识

基础理论和专业知识不扎实，在运用基础理论和专业知识上存在概念性错误

方法创新
0.10
系统结构设计有独到见解或设计有较大创新，对课题有较深刻的分析和研究
系统结构设计有所创新，对课题有较正确的分析和研究。

系统结构设计正确，论证严密，但见解不多。

系统结构设计基本正确，论证基本清楚，但缺乏见解。

系统结构设计不对，内容空泛，结构混乱。

设计报告
0.10
设计有较大的实用价值或较高的学术水平，成果突出，格式正确
设计有一定的实用价值或学术水平，格式正确

设计方案合理，理论分析与计算基本正确，格式正确

设计方案基本合理，理论分析与计算无大错误，格式正确

设计方案不合理，理论分析与计算存在较多、较大错误或抄袭严重

回答问题
0.30
思路清晰，引用论点正确，对主要问题回答正确、深入
思路清晰，论点基本正确，能正确地回答主要问题
主要问题能答出

主要问题经启发答出，回答问题较肤浅

基本概念不清楚，主要问题回答有错误，或回答不出

评 语

指导老师

最终成绩

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