自动送料装车系统.docx
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自动送料装车系统
TheponywasrevisedinJanuary2021
自动送料装车系统
技师职业资格鉴定
维修电工论文
（国家职业资格二级）
论文题目：
自动送料装车系统
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自动送料装车系统
摘要
可编程程序控制器（PLC,ProgrammableLogicController）因其高可靠性和较高的性价比，而在工业控制中被广泛应用。
组态软件由于计算机的普及和其本身价值（实时多任务、开放性、灵活性、通用性和可靠性）的被认知，也在快速的发展中。
本文基于可编程序控制器PLC和组态软件设计自动配料系统的控制系统和监控系统。
利用日本三菱公司的FX2N系列PLC对自动配料系统进行控制。
运用与之相配的GXDeveloper编程，通过LAD编程语言编制了下位机的控制程序，从而使该配料系统可以按要求完成自动配料，装料全过程。
本文的主要内容包括对生产过程控制系统发展和现状的概述、配料系统工作原理和配料控制系统的总体设计，重点描述了包括硬件设计、编程环境及软件设计在内的三菱PLC在配料系统中的应用。
关键词：
PLC；可编程序控制器；配料
1课题介绍
在小型控制系统中，大量的控制为顺序控制。
顺序控制是指根据预先规定的程序或条件，对控制过程各个阶段顺序地进行自动控制。
用PLC进行顺序控制十分方便，它可以采用多种编程方法，除了用基本逻辑指令和移位指令来编程以外，还可以用专用的顺序控制指令（例如步进指令）来编程。
自动送料装车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合，来完成特定的过程。
这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。
通过3台电机和3个传送带、料斗、小车等的配合，才能稳定有效率地进行自动送料装车过程（如图1-1）
图1-1自动送料车系统示意图
2自动配料系统
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，该节之后的传送带自动配料系统主要是完成给小车的自动配料，系统启动后，配料装置能自动识别货会在一定的延时后停止。
1.元器件选择如下表：
2.I/O地址分配表，该系统需要11个输入点和5个输出点。
见表2-1.
I/O地址分配表
输入设备
输入点编号
输出设备
输出点编号
启动按钮
X0
电磁阀1
Y0
停止按钮
X1
电磁阀2
Y1
灯L1
X2
电动机M1
Y2
灯L2
X3
电动机M2
Y3
传感器
X4
电动机M3
Y4
X5
X6
X7
X10
X11
X12
2-1I/O地址分配表
3.控制要求状态图
根据控制要求状态图如图2-2所示
图2-2自动送料车系统状态转移图
4基本逻辑指令编程及梯形图
根据流程图用基本逻辑指令编制的梯形图如图2-3所示
程序运行过程如下：
按下启动按钮，X0闭合，M8002接通。
X1闭合，红灯L1灭，绿灯L2亮，允许汽车进装料，X1断开。
X2闭合，红灯L1亮，绿灯L2灭，汽车到位装料，X2断开。
X3闭合，电机M3启动，T0开始计时，T0计时到，X3断开。
X4闭合，电机M2开始启动,T1开始计时，T1计时到，X4断开。
X5闭合，电机开始M1启动，T2开始计时，T2计时到，X5断开。
X6闭合，阀K2打开，根据传感器S2，X6断开。
X7闭合，阀K2关闭，X7断开。
X9闭合，电机M1停止运转，T0开始计时，T0计时到，X10断开。
X10闭合，电机M2停止运转，T1开始计时，T1计时到，X11断开。
X11闭合，电机M3停止运转，T2开始计时，T2计时到，X12断开。
X12闭合，红灯L1灭，绿灯L2亮，允许汽车开走，X13断开。
程序结束，等待循环。
该程序的控制示意图如下：
（1）起动：
起动时为了避免在前段运输皮带上造成物料堆积，要求逆物料流动方向按一定时间间隔顺序启动。
其起动顺序为:
（2）停止：
停止时为了使运输皮带上不残留物料，要求顺物料流动方向按一定时间间隔顺序停止。
其停止顺序为：
图2-3自动送料车系统梯形
3系统硬件
硬件设计
该系统硬件控制要求如下：
红灯L1灭，绿灯L2亮，表示允许汽车开进装料，料斗K2，电机M1、M2、M3皆为OFF。
当汽车到来时（用S2接通表示），L1亮，L2灭，M3运行，电机M2在M3接通后2S后运行，M1在M2接通后2S后运行，K2在M1接通后2S后打开出料。
当料满后（用S2断开表示），料斗K2关闭，电机M1延时2S后关断，M2在M1停2S后停止，M3在M2停2S后停止，L2亮，L1灭，表示汽车可以开走。
根据自动送料车系统的工艺流程，控制系统的被控系数有电磁阀K2的开启与关闭、传感器S1、S2的接通与断开、信号灯L1、L2的亮灭，电动机M1、M2、M3对皮带的驱动等。
考虑到现场工作环境比较恶劣等情况，采用日本三菱电工的FX2N-32MT-001系列可编程控制器（PLC）的CPU216为核心，配以扩展模块、外部接口及驱动单元组成自动送料车生产过程自动控制系统。
FX2N-32MT-001（晶体管输出型）自带32个I/O点，其中16个输入点、16个输出点，其输出为直流型输出，可以满足高频输出的要求。
FX2NPLC的体积比FX2PLC小50%以上，但控制功能和性能相同。
FX2NPLC的编程，可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC进行。
系统功能概述
FX系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点；FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案； FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。
除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等 特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。
可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。
可根据电源及输出形式，自由选择。
程序容量：
内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。
丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。
便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。
数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。
特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。
外部设备相互通信，串行数据传送，ASCIIcode印刷，HEXASCII变换，校验码等。
时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。
4PLC的应用
PLC基本结构
PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。
1.CPU模块
CPU模块主要由微处理器和存储器组成。
在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。
2.I/O模块
输入模块和输出模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。
（1）输入模块
输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。
FX2N系列的滤波电路延迟时间可以用编程软件中的系统块设置。
（2）输出模块
FX2N系列的CPU模块的数字量输出电路的功率元件有驱动直流负载的场效应晶体管和小型继电器，后者既可以驱动交流负载又可以驱动直流负载，负载电源由外部提供。
输出电流的额定值与负载的性质有关。
输出电路一般分为若干组，对每一组的总电流也有限制。
PLC程序设计方法
三菱PLC控制系统一般设计方法：
1、分析控制系统的控制要求
熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作及动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。
2、选择适当类型的PLC
根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。
进行内存容量的估计，适当留有余量。
根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O总数乘以8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。
确定机型时，还要结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的PLC机型。
3、软件设计
（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。
（2）模拟调试。
将设计好的程序下载到PLC主单元中。
由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。
4、现场调试
在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。
现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。
在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。
将PLC的工作方式置为“RUN”。
反复调试，消除可能出现的问题。
当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。
设计中碰到的问题及处理方法
1．在设计初期因为不能确认所设计的系统如何工作而不能确定设计方案，后通过查阅有关资料以及不断改进从而确定了设计路线及设计方案。
2． 在使用软件模块做设计时，启动和运行过程的操作都被错误和分析中断所监控。
错误将被报告给系统并通过模块上的LED显示。
3．在选用有关元器件时遇到了一些麻烦，因为不能确定所选择元器件是否满足设计要求以及是否合理等问题，这很重要，后通过查阅有关文献资料设计工具书等，以及参考其他有关类型的实例从而确定了元器件。
4．在编程过程中因为编程方法不是很合理，遇到了很多麻烦。
从书上找到了一些经验编程方法：
（1）PLC的编程，从梯形图来看，其根本点是找出符合控制要求的系统各个输出的工作条件，这些条件又总是用机内各种器件按一定逻辑关系组合来实现的。
（2）梯形图的基本模式为启-保-停电路一般只针对一个输出，这个输出可以是系统的实际输出，也可以是中间变量。
（3）梯形图编程中有一些约定俗成的基本环节，它们都有一定的功能，可以在许多地方借以应用。
（4）在准确了解控制要求后，合理的为控制系统中的事件分配输入输出端。
选择必要的机内器件，如定时器、计数器、辅助继电器。
（5）对于一些控制要求较简单的输出，可直接写出它们的工作条件，依启-保-停电路模式完成相关的梯形图支路。
工作条件稍复杂的可借助辅助继电器。
（6）将关键点用梯形图表达出来。
（7）在完成关键点梯形图的基础上，针对系统最终的输出进行梯形图的编绘。
使用关键点综合出来最终输出的控制要求。
（8）审查以上草绘图纸，在此基础上，补充遗漏的功能，更正错误，进行最后的完善。
5.参考文献
（1）《电气控制与可编程控制器技术》史国生主编
（2）《可编程控制器原理及应用实例》张进秋、陈永利、张中民主编
（3）《可编程控制器基础及编程技巧》陈宇主编
（4）《可编程序控制器选用手册》袁任光主编
（5）《可编程序控制器（PC）应用技术与实例》袁任光编着
（6）上海香岛机电制造有限公司ACMY-S80可编程序控制器用户手册
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