自动配料系统模拟实验.docx

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自动配料系统模拟实验

分院

信息科学与工程学院

专业

自动化

学生姓名

张腾飞

学号

0803010314

设计题目

自动配料系统模拟设计

课程设计内容及要求

内容：

系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况和能够自

动对货车进行配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。

要求：

1、按实验要求选择PLC型号

2、画出系统设计流程示意图

3、列出I/O分配表，画出I/O接线图

4、设计梯形图，指令表,完成调试

5、进行总结，编写课程设计报告，形成符合要求的书面

文档

3、进度及安排：

1、收集课程设计的资料及其相关背景（2天）

2、设计实验的总体方案（2天）

3、硬件电路和软件程序的设计（2天）

4、软硬件的调试，写实验报告（2天）

5、修改实验报告，打印（2天）

指导教师（签字）：

年月日

分院院长（签字）：

年月日

摘要

PLC，即可编程序控制器，是一种数字式运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

PLC具有通信联网功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。

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）被认知，也在快速发展中。

本文基于PLC和组态软件设计自动配料系统。

利用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编程语言编制了上位机的控制程序,从而使该配料系统可以按要求完成自动配料，装料全过程。

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在配料装料系统中的一些细节，以及PLC与上位机之间的通讯。

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。

关键词：

可编程序控制器；配料装料；通信；组态软件

1概述

1.1PLC的定义

PLC为ProgrammableLogicController的英文缩写，即可编程序控制器。

可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令。

并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及其有关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

1.2PLC的分类

一、按PLC控制规模可分为小型机、中型机、大型机。

二、按PLC的结构形式可分为整体式、模块式和叠装式三类。

1.3PLC的主要功能

（1）开关量逻辑控制

（2）模拟量控制

（3）闭环过程控制

（4）定时控制

（5）计数控制

（6）顺序（步进）控制

（7）数据处理

（8）通信和联网

1.4PLC的特点

（1）可靠性高、抗干扰能力强

（2）通用性强、灵活性好、功能齐全

（3）编程简单、使用方便

（4）模块化结构

（5）安装简便、调试方便

（6）网络通信

PLC提供标准通信接口，可以方便地进行网络通信。

（7）其他

PLC体积小、能耗低，便于机电一体化。

1.5PLC的工作原理

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

（一）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（二）用户程序执行阶段　　在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。

即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

（三）输出刷新阶段　　当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是PLC的真正输出。

2自动配料系统模拟实验——硬件设计

2.1控制要求

系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动对货车进行配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。

2.2PLC的选择

PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。

在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运算、模拟量的控制、PID调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用PLC控制是很必要的。

PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。

选择时主要考虑以下几点：

（一）合理的结构型式

PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。

整体式PLC的每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在I／O点数、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。

（二）安装方式的选择

 PLC系统的安装方式分为集中式、远程I／O式以及多台PLC联网的分布式。

集中式不需要设置驱动远程I／O硬件，系统反应快、成本低；远程I／O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I／O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I／O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。

 （三）相应的功能要求

一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。

对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A／D和D／A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。

对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。

但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。

 （四）响应速度要求

PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。

如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I／O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。

 （五）系统可靠性的要求

对于一般系统PLC的可靠性均能满足。

对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。

 （六）机型尽量统一

一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。

主要考虑到以下三方面问题：

１）机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。

２）机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。

３）机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。

2.3系统设计流程示意图

装车过程

2.4输入输出列表

面板

SB1

SB2

S1

SQ1

SQ2

D1

D2

D3

PLC

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

Q0.0

Q0.1

Q0.2

面板

D4

L1

L2

M1

M2

M3

M4

PLC

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q0.7

Q1.0

Q1.1

2.5自动配料系统实验模板

图2.2实验模板

2.6I/O接线图

图2.3I/O接线图

3自动配料系统模拟实验——软件设计

3.1设计梯形图

3.2语句表设计

STL:

LDI0.0

OM0.0

ANI0.1

=M0.0

LDM0.0

LPS

ANI0.2

=Q0.3

LRD

AI0.2

=Q0.2

LRD

ANI0.3

=Q0.4

LRD

ANQ0.4

=Q0.5

LRD

AI0.3

=Q0.5

LRD

AI0.3

SQ1.1,1

TONT37,+20

LRD

AT37

SQ1.0,1

TONT38,+20

LRD

AT38

SQ0.7,1

TONT39,+20

LRD

AT39

SQ0.6,1

TONT40,+20

LRD

AT40

=Q0.1

LPP

AI0.4

RQ0.1,1

=Q0.0

=M0.1

LDI0.1

OM0.2

ANI0.0

=M0.2

LDM0.1

OM0.2

TONT41,+20

LDT41

RQ0.6,1

TONT42,+20

LDT42

RQ0.7,1

TONT43,+20

LDT43

RQ1.0,1

TONT44,+20

LDT44

RQ1.1,1

RQ0.5,1

=M0.3

LDM0.3

AM0.0

SQ0.4,1

4传送系统调试

系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动对货车进行配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。

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OOF（料斗中的物料已满），则停止进料（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。

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M1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。

停机控制时按下停止按钮SB2，自动配料装车的整个系统终止运行，料斗关闭，2S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2S后最后停止。

此时整个系统完全停止。

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，料斗出料口关闭，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。

例如M1故障，M1，立即停，料斗出料口D2关闭，经过2秒延迟，M2停。

在经过2秒，M3停止。

经过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。

5结束语

在本次课程设计中，得到了许多老师和同学的帮助，借此机会向他们表示诚挚的谢意。

感谢老师对我们的无私帮助，从精心选择课程设计题目，到模拟实验编程、调试指导给我们的帮助。

老师的这种无私奉献精神令人钦佩。

感谢同学们从收集资料到课程设计报告成型的团结互助，共享有用资料，毫不藏私，在许多细节问题上相互讨论，共同修改。

通过这一阶段的努力，我对《可编程序控制器原理及应用》这门课程有了更深刻的理解，对PLC的正确编程、调试更加熟练，对我们将来工作有很大的帮助。

这次自动配料系统模拟的设计与老师、同学的帮助、鼓励是分不开的。

参考文献

[1]吴中俊,黄永红.《可编程序控制器原理及应用》（第2版）.机械工业出版社,2008

[2]段梅,李新.《PLC在混料控制系统的应用》.清华大学出版社,2005

[3]张本举.《自动配料系统的设计》

[4]王永华.《相待电气及可编程序控制技术》（第1版）.电子工业出版社,2003

[5]章浩文.《可编程序控制器原理及实验》.电子工业出版社,2002

[6]宋建成.《PLC控制和应用》.机械工业出版社,2000

[7]西门子公司.SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册.2002

[8]西门子公司.SIMATICS7、S7-300梯形图逻辑编程