自动配料装车的PLC控制系统设计Word文档下载推荐.docx
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仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。
3.第一周星期二～第一周星期五：
确定控制方案。
绘制皮带运输机电气控制系统的电气原理图、控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.第二周星期二：
试验调试
5.第二周星期三～第二周星期五：
编写设计说明书,答辩。
参考文献
[1]刘星平.PLC原理及工程应用[M].北京：
中国电力出版社
[2]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：
机械工业出版社
[3]万太福.可编程序控制器及其应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[4]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册[M].北京：
水利电力出版社
[5]谢桂林.电力拖动与控制[M].北京：
中国矿业大学出版社
[6]刘星平.可编程控制器实验指导书.湖南工程学院
附录：
课题简介及控制要求
有一个配料系统有四条传送带的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下：
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，配料系统能自动关闭。
1.初始状态
系统启动后，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。
2.装车控制
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1S后，再启动M3，再经1S后启动M2，再经过1S最后启动M1，再经过1S后才打开出料阀（D2亮），料斗出料。
当车装满时，限位开关SQ2为ON，料斗关闭，1S后M1停止，M2在M1停止1S后停止，M3在M2停止1S后停止，M4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。
3.停机控制
按下停止按钮SB2，自动配料装车的整个系统终止运行。
试设计满足控制要求的PLC控制系统。
实验面板图
前言
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。
力控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和力控组态软件设计自动配料系统的控制系统和监控系统。
首先，利用德国Siemens公司的S7-200系列PLC对自动配料系统进行控制。
运用与之相配的STEP7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。
其次，自动配料系统的监控系统则采用了力控组态软件对上位机监控软件组态，实现现场数据的实时监控。
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西门子PLC在配料系统中应用的一些细节、组态软件及其在上位机监控系统中一些基本设计，以及PLC与上位机之间的通讯。
关键词：
可编程序控制器；
配料；
组态软件
第1章概述
1.1可编程控制器的发展及前景
1968年由美国通用汽车公司（GE）提出了研制可编程序控制器（即可编程控制器）的基本设想，希望尽量减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件和接线，减少系统维护和升级时间，降低成本。
希望将计算机的优点与继电器控制系统简单易懂、操作方便，价格便宜等优点相结合，设计一种通用的控制装置来满足生产需求。
1969年由美国数字设备公司（DEC）研制成功世界上第一台可编程控制器，有逻辑运算、定时、计算功能，称为PLC（programmablelogiccontroller）。
1980年后，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLC运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。
可编程控制器最初是用于替代继电器控制系统的新型控制器，现在的PLC功能更加完善，除了开关逻辑控制的场合能够大显身手外，在要求有模拟量闭环控制的场合，也不会比单片机孙色。
单片机能够完成的工作PLC都能完成。
而且PLC更适用工业生产现场环境，具有更高的可靠性及较好的电磁兼容性
1.2可编程控制器的定义
国际电工委员会（IEC）1985年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：
“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。
是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
1.3可编程控制器的基本组成及功能
尽管PLC种类繁多，有着不同的结构和分类，但其基本组成是相同的。
都是由中央处理单元（CPU）、存储器、输入输出单元（I/O单元）、电源单元、编程器等组成。
它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计”。
1.4组态软件的发展
监控组态软件是在信息化大社会的大背景下，随着IT技术的不断发展而诞生、发展起来的，在整个工业自动化软件大家庭中，监控组态软件属于基础型工具平台。
自2000年以来，国内监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞速的发展，应用领域日益扩展，用户和应用工程师数量不断增多，充分体现了“工业技术民用化”的发展趋势。
课题主题是基于上述之上的，关于设计自动配料装车系统，下面对于其课题介绍和方案的选择以及确定进行详细介绍
第2章任务简介及方案选择
2.1任务简介
面板如图2-1所示。
图2-1面板
这次课程设计的扩展的一小部分，控制原理如下：
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，同时料斗出料阀门会关闭，该传送带节之后的传送带会在一定的延时后停止。
整个系统是以PLC为核心设计的，利用力控组态进行监控，可实现静态观测和动态模拟。
并且通过PLC控制可以实现上位机和下位机的操作。
2.2方案选择
当前自动配料解决方案有三种：
以单片机为主控制机的自动装置、以PLC为主控制器的自动配料装置、智能自动配料装置。
各种方式优缺点如下：
（1）以单片机为主控制机的自动装置。
在当代工业生产中，以单片机为控制机的自动装置层出不穷，广泛应用于工业控制中。
单片机以其价格便宜、轻巧占据市场，其功能和开发工具也相对比较完善，其完成的系统后期维护困难。
以单片机开发的智能控制设备，成本低，开发方便，功能灵活，有成熟的开发体系，完善的功能。
但其抗干扰能力有限，无法胜任于较为恶劣的工业环境。
可以与计算机通讯，但需要较复杂的编程。
由于单片机技术的限制,系统难以制作更高级的统一控制画面。
（2）以PLC为主控制器的自动配料装置。
PLC组成的控制系统，性能相对稳定，抗干扰能力强，符合工业级标准，适合于恶劣的工业环境。
PLC本身输入输出点数可以灵活配置，并能自由选择添加输入输出。
其逻辑控制功能强，可长期运行于工业现场，其自身保护能力较高。
并可以与上位机建立通讯连接，完成两者的数据交换；
也可以通过串口上网模块通过网络交换数据。
其完善的功能，灵活的配置，简单的编程，可靠的工作，使其广泛用于工业现场。
由于ＰＬＣ技术的成熟，容易制作上一层的监控页面。
（3）专用自动配料装置。
专业自动配料装置简单易用，适合于小型控制中，能够完成简单的控制要求，其精确度较高。
但专用仪表价格较贵，不利于系统的扩展。
对成型系统扩展、维护相当困难。
在工业控制中，难以用于生产数据频繁变动和复杂逻辑算法的控制。
工业中常用于作为现场智能IO直接控制现场设备，并通过数据线将简单的数据传递到上层大型智能控制设备。
通过上面三种常用工业控制方案中，可以得到以单片机为主控制机的自动装置和智能自动配料装置，难以满足本设计的要求，所以选用以PLC为主控制器的自动配料系统方案。
2.3方案构思框架
方案构思框架如图1-1所示
2.4PLC型号的选择
首选德国西门子的PLCS7系列，S7-200属于小型PLC，在1998年升级为第二代产品，2004年升级为第三代产品，针对系统控制，这里选择S7-200比较合适，S7-200具有以下特点：
功能强，先进的程序结构，灵活方便的寻址方法，功能强大、使用方便的编程软件，简化复杂编程任务的向导功能，强大的通信功能，品种丰富的配套人机界面，有竞争力的价格，完善的网上技术支持。
S7-200有5种CPU模块，最多可以带7个扩展模块，扩展到248点数字量I/O或38路模拟量I/O，最存储容量达30KB以上。
集成了6个具有12种工作模式的高速计数器和两点高速脉冲发生器/脉冲宽度调制器。
CPU224XP集成有两路模拟量输入，一路模拟量输出，两个RS-485通信口，高速脉冲输出频率高达100kHz，高速计数器频率高达200kHz，有PID自整定功能。
这种新型CPU增强了S7-200在运动控制、过程控制、位置控制、数据监视和采集以及通信方面的功能。
CPU224XP的高速计数器的最高计数频率为200kHz，高速输出的最高频率为100kHz。
CPU224是具有较强控制功能的控制器。
CPU221无扩展功能，适于作小点数的微型控制器。
CPU222有扩展功能。
CPU226适用于复杂的中小型控制系统，可扩展到248点数字量和35路模拟量，有两个RS-485通信接口。
通过以上比较，选择CPU224XPCN为最佳CPU。
2.5监控软件的选择
由于力控监控组态软件是北京三维力控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，总结多年的开发、实践经验和大量的用户需求而设计开发的高端产品，是力控科技全体研发工程师集体智慧的结晶。
该软件主要定位于国内高端自动化市场及应用，是企业信息化的有力数据处理平台，对历史数据库、人机界面、I/O驱动调度等主要核心部分进行了大幅提升与改进，重新设计了其中的核心构件。
力控面向.NET开发技术，开发过程采用了先进软件工程方法：
“测试驱动开发”，测试用例覆盖率为%，产品品质将得到充分保证，在数据处理性能、容错能力、界面容器、报表等方面产生了巨大飞跃。
避免了目前市场上各类软件不是操作过于复杂或者就是功能过于简单的弊病，在提高产品功能的前提下，即保证了产品的灵活性，又保证了使用的简单性，使您快速构建工程项目。
对于初学监控组态软件的学者来说，力控提供了丰富的帮助功能以及简单的操作，容易上手，建立工程容易的力控软件是一种不错的选择
第3章系统硬件设计
硬件电路的设计主要包括控制系统的主电路和PLC的外部接线图的设计以及电路中包含的元件清单及I/O地址功能的分配。
3.1主电路设计
根据系统控制要求：
一个配料系统有四条传送带，分别用四台电动机带动。
设计的主电路如下图3-1所示：
图3-1控制系统主电路
主电路的元件清单如下表3-1所示：
符号
名称
型号以及规格
单位
数量
1~4M
电动机
Y112-4/4KW/380V
台
4
1~4QF
低压断路器
DZ47-C10A/3P
个
1~4KF
交流接触器
CJX2-25-3122OV
1~4FR
热继电器
JKS1-09-25Z13-18A
表3-1元件清单
3.2PLC的外部接线设计
其PLC的外部接线图如图3-2所示：
图3-2PLC外部接线图
自动配料装车系统实验面板与PLC接线控制对应输入输出接线关系如表3-2所示。
输入
面板
PLC
力控
功能描述
1
SB1
启动
2
SB2
停止
3
S1
料斗满检测
SQ1
车到位检测
5
SQ2
车装满料检测
6
A
电动机M1（A）点故障
7
B
电动机M2（B）点故障
8
C
电动机M3（C）点故障
9
D
电动机M4（D）点故障
输出
D1
车装满指示灯
D2
料斗出料阀门开指示
D3
料都满指示
D4
料斗进料阀门开指示
L1
允许车开进或开出指示
L2
车正在装料指示
M1
M1运行指示
M2
M2运行指示
M3
M3运行指示
10
M4
M4运行指示
表3-2输入输出关系
第4章系统软件设计
4.1工作流程图以及顺序功能图的设计
整个系统包括配料部分和送料装车部分。
配料系统工作过程：
按下启动按钮，检测料斗是否满，如果若传感器S1置为OFF，表示料斗中的物料不满，进料阀开启进料（D4亮）。
如果当S1置为ON表示料斗中的物料已满，则停止进料（D4灭）。
值得注意的是，在送料装车过程中，当D2阀门打开的时候，会检测到S1为为OFF状态。
配料部分系统的工作流程图如下图4-1所示
图4-1工作流程图
送料装车系统工作过程
按下启动按钮，允许车开进来，此时亮，灭，表示允许车开进来，与此同时的其它电动机都处于OFF状态。
如果在启动的过程中检测到A故障，则M1停止，1秒后M2停止，1秒后M3停止，1秒后M4停止。
如果在启动过程中检测到B故障，此时M1还没有启动，则M2停止，1秒后，M3停止，一秒后,M4停止。
如果在启动的过程中检测到C故障，此时M1和M2还没有启动，则M3停止，1秒后，M4停止。
如果检测到D故障，其它都还没启动，则停止M4。
如果在车子装料的过程中检测到A故障，则D2阀门关闭的同时，M1停止，1秒后，M2停止，1秒后，M3停止，1秒后，M4停止。
如果在车子装料过程中检测到B故障，则D2关闭的同时，M1和M2同时停止，1秒后，M3停止，1秒后，M4停止。
如果在车子装料过程中检测到C故障，则D2关闭的同时，M1、M2和M3同时停止，1秒后，M4停止。
如果在车子装料过程中检测到D故障，则D2、M1、M2、M3和M4同时停止。
在所有的电动机由于故障信号而停止后，均会检测维修，此时车子可以开走。
送料装车部分系统工作流程如图4-2所示
图4-2系统工作流程
由图4-1以及相应的控制要求设计出的顺序功能图如图4-3所示
由图4-2以及相应的控制要求设计出的顺序功能图如图4-4所示
4.2梯形图程序的设计
梯形图程序及语句表详见附件A
4.3力控组态的设计
第一步，新建工程，新建窗口，根据系统设置好监控界面如图4-5所示。
图4-5监控界面
第二步，建立I/O设备组态如下图4-6所示
图4-6I/O设备组态图
选择S7-200（PPI），在PLC编程软件中找到相应的通讯方式、地址号、端口号、波特率等等相关信息，然后填入力控I/O组态设备中，主要是保持通信一致，建立通信连接。
第三步，建立数据库组态，主要是为动画连接做准备，这里是整个监控画面的核心部分。
定义变量，并建立数据连接。
如下图4-7和4-8所示。
图4-7定义变量图4-8数据连接
第四步，在相应动画进行连接，选择相应的变量。
完成后保存。
第5章系统调试
5.1下位机调试过程
准备工作：
在实验箱上把相应系统的硬件电路根据前面的PLC外部接线图连接好，根据顺序功能图把相应的梯形图写入STEP7MicroWINSP6的软件中，与PLC进行通信，把编译成功的梯形图程序下载到CPU224XP中，使得PLC处于运行状态。
无故障情况下按顺序启动停止过程。
按下启动按钮后，允许车开进，L1亮如图5-1所示。
车到位检测信号为ON后，L1灭,L2亮，其M4先启动状态如图5-2所示。
1S后,M3启动，其状态如图5-3所示。
图5-1车开进图5-2M4先启动状态图5-3M3启动
再过1秒后，M2启动，其状态如图5-4所示。
再过1秒后，M1启动，其状态如图5-5所示。
再过1秒后，打开出料阀门，D2亮，同时检测到料斗不满，进料阀门打开，D4亮其状态如图5-6所示。
图5-4M2启动图5-5M1启动图5-6进料
检测到车子装满后，D1亮，D2关闭，其状态如图5-7所示。
1S后，M1停止，状态如图5-8所示。
1S后，M2停止，状态如图5-9所示。
图5-7车子装满图5-8M1停止图5-9M2停止
1S后，M3停止，状态如图5-10所示。
1S后，M4停止，允许车子开走，L1亮，L2灭，状态如图5-11所示。
图5-10M3停止图5-11M4停止
有故障信号时，这里有故障信号的发生分为两类。
一种实在启动的过程中，其电动机还没有全部启动完，另一种是在电动机完全启动完后，整个传送带在运行的过程中发生故障。
下面介绍电动机按顺序启动的过程中发生故障，进行介绍：
●启动到M4，发生故障信号D，M4停止，因考虑到对故障进行检修，同时允许车子开走，L1亮，L2灭，状态如图5-12所示
●启动到M3，发生故障信号C，M3停止，然后M4停止。
图5-12车子开走图5-13故障信号B图5-14M4停止
●启动到M2，发生故障信号B，M2停止，状态如图5-13所示，1秒后然后再M3停止,1秒后再M4停止，同时L1亮，L2灭其状态如图5-14
●启动到M1，发生故障信号A，其情况和上述大同小异。
下面介绍电动机在整个系统工作的过程中发生故障的情况进行说明：
●检测到M4故障信号D，M4，M3，M2和M1停止的同时关闭出料阀门。
●检测到M3故障信号C，M3，M2和M1停止的同时关闭出料阀门，M41秒后停止。
●检测到M2故障信号B，M2和M1停止的同时关闭出料阀门，1秒后M3停止，1秒后停止M4。
●检测到M1故障信号A，停止M1的同时关闭出料阀门，1秒后M2停止，1秒后M3停止，1秒后M4停止。
S1检测到料斗不满的信号，此时进料阀门打开，状态如图5-15所示。
S1检测到料斗已经满的信号，此时相应的指示灯亮，其状态如图5-16所示。
图5-15图5-16
5.2上位机力控调试过程
整个力控监控界面如图5-17所示。
图5-17监控界面
进行力控的监控，先做好准备工作，按照下位机的操作步骤把梯形图程序下载到PLC中后，使其处于运行状态，然后一定要退出PLC编程软件，然后打开上位机力控组态软件，点击运行即可。
下面只对其中的一组过程界面进行介绍，其余上述类似，这里不再重复。
电动机在全部启动完成后，发生A故障的情况。
当车子正在装料，A故障信号被检测到，首先，停止出料，关闭出口阀门D2，同时M1停止，其状态如图5-18所示，然后1秒后，M2停止，其状态如图5-19所示，然后1秒后，M3停止，其状态如图5-20。
然后1秒后，M4停止，同时L2灭，L1亮（），其状态如图5-21所示。
图5-18停止出料图5-19M2停止
图5-20M3停止图5-21M4停止
5.3故障分析解答
在整个的调试过程中，遇到的问题有一下：
问题一，下位机操作中，运行到过程中的某一种状态时，按下停止按钮，并不能停止，不能重新启动。
解答：
程序中，停止按钮没有对相应的M步复位或者置位。
针对送料装车流程图，应该把以后的所有步复位使其回到初始状态。
由配料流程图，应该置位，把以后的全部复位，使其回到初始状态。
问题二，在上述的基础上，明明有给相应的不进行复位，但是停止按钮按下后，还是有相应的输出不能复位。
解答
升级会员 