气电自动化成帅y9110砂输送plc自动控制.docx
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气电自动化成帅y9110砂输送plc自动控制
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
专业电气工程与自动化
学生姓名班级2014级
指导教师职称副教授
指导单位
教研室主任
完成日期2016年6月25日
摘要
了解PLC和PLC的用途。
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与改造，用PLC代替普通继电器控制系统，实现控制自动化，可大大提高系统的可靠性和工作效率。
本文阐述了用PLC改造Y9110砂输送发送罐继电器控制电路，详细介绍了改造设计的基本过程，包括砂输送皮带构成、砂输送发送罐构成、工作流程分析、PLC机型选择、I\O地址分配与接线、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用传统的继电器控制方式，其缺点是功能少、寿命短、电路复杂、触点多而造成的故障也多、可靠性差、维修困难等。
可编程逻辑控制器（PLC）是一种以微处理器为核心，综合了计算机技术、通信技术而发展起来的新型通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近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的应用。
利用PLC对Y9110砂输送发送罐继电器控制电路进行改造，有助于提高设备的可靠性和利用率。
关键词：
Y9110砂输送继电器PLC自动化控制
目录
第一章PLC的简介………………………………………………………1
第二章PLC的应用………………………………………………………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的特点………………………………………………………3
3.1功能丰富………………………………………………………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的构成……………………………………………7
第五章发送罐系统流程分析……………………………………………7
第六章砂输送发送罐控制现状…………………………………………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
7.1PLC选型………………………………………………………9
7.2分配输入/输出接口……………………………………………10
7.3I/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
1PLC简介
可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。
但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以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指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
2 PLC的应用
目前，PLC在国内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、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：
2.1开关量逻辑控制
取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，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，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
2.3运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
2.4数据处理
PLC具有数学运算（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、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
2.5通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
3PLC的特点
从PLC的工作原理知，PLC的输入与输出在物理上是彼此隔开的，其间的联系是靠运行存储于它的内存中的程序实现。
它的入出相关，不是靠物理过程，不是用线路；而是靠信息过程，用软逻辑联系。
它的工作基础是用好信息。
信息不同于物质与能量，有自身的规律。
信息便于处理，便于传递，便于存储；信息还可重用，等等。
正是由于信息的这些特点，决定了PLC的基本特点。
下面介绍PLC的四个特点：
3.1功能丰富
PLC的功能非常丰富。
这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。
它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。
凡普通计算机能做到的，它也都可作到。
它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。
I/O继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至10几万。
这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。
它的内部种种继电器，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！
它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。
小小的箱体或模块，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的一个字，再加一些标志位，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的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。
以满足不同的使用要求。
这些也是继电器件所难以做到的。
它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。
PLC还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，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、写时可在图文并茂的画面上进行。
数据读出后，可转储，可打印。
数据送入可键入，可以读卡入，等等。
PLC还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计算机交换信息。
自身也可联网，以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。
PLC还有强大的自检功能，可进行自诊断。
其结果可自动记录。
这为它的维修增加了透明度，提供了方便。
丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能；同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。
像PLC这样集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的；更是传统的继电控制电路所无法比拟的。
3.2使用方便
用PLC实现对系统的控制是非常方便的。
这是因为：
首先PLC控制逻辑的建立是程序,用程序代替硬件接线。
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的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。
而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。
种种控制系统所需的模块，PLC厂家多有现货供应，市场上即可购得。
所以，硬件系统配置与建造也非常方便。
正因如此，用可编程序控制器才有这个"可"字。
对软件讲，它的程序可编，也不难编。
对硬件讲，它的配置可变，而且也易于变。
具体地讲，PLC有五个方面的方便：
（1）配置方便：
可接控制系统的需要确定要使用哪家的PLC，那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。
（2）安装方便：
PLC硬件安装简单，组装容易。
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，都不必再接线。
内部什么线都不要接，只要作些必要的DIP开关设定或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。
（3）编程方便：
PLC内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序（软件）与系统内存，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的。
即使是小型的PLC，内部继电器数都可以千计，时间继电器、计数也以百计。
而且，这些继电器的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。
唯一考虑的只是入出点。
而这个内部入出点即使用得再多，也无关紧要。
大型PLC的控制点数可达万点以上，哪有那么大的现实系统？
若实在不够，还可联网进行控制，不受什么限制。
PLC的指令系统也非常丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。
PLC还有存储数据的内存区，可存储控制过程的所有要保存的信息。
……总之，由于PLC功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是PLC本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。
PLC的外设很丰富，编程器种类很多，用起来都较方便，还有数据监控器，可监控PLC的工作。
使用PLC的软件也很多，不仅可用类似于继电电路设计的梯形图语言，有的还可用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的程序也便于存储、移植及再使用。
某定型产品用的PLC的程序完善之后，凡这种产品都可使用。
生产一台，拷贝一份即可。
这比起继电器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。
3.3维修方便
1PLC工作可靠，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。
这在讲述PLC的第三个特点时，还将进一步介绍。
2即使PLC出现故障，维修也很方便。
这是因为PLC都设有很多故障提示信号，如PLC支持内存保持数据的电池电压不足，相应的就有电压低信号指示。
而且，PLC本身还可作故障情况记录。
所以，PLC出了故障，很易诊断。
同时，诊断出故障后排故也很简单。
可按模块排故，而模块的备件市场可以买到，进行简单的更换就可以。
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，其所用的PLC还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。
如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。
3.4工作可靠
用PLC实现对系统的控制是非常可靠的。
这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。
事实上，如果PLC工作不可靠，就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。
1 在硬件方面：
PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。
其信息靠光耦器件或电磁器件传递。
而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。
故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。
PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。
在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。
使用环境温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达80--90度。
有的PLC的模块可热备，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，热备的可自动接替其工作。
还有更进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。
三套同时工作，最终输出取决于三者中的多数决定的结果。
这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。
当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。
2软件方面：
PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的"冒险竞争"，其控制结果总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作。
为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了"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，则查看定时器的计时值。
若超时（一般不超过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相应的应急措施。
定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。
显然，有了这个"看门狗"监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现"死循环"而影响其工作的可靠性。
PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。
可通过编制相应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。
PLC每次上电后，还都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的，用户可不干预。
出现故障时有相应的出错信号提示。
正是PLC在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了PLC具有可靠工作的特点。
它的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。
曾有人做过为什么要使用PLC的问卷调查。
在回答中，多数用户把PLC工作可靠作为选用它的主要原因，即把PLC能可靠工作，作为它的首选指标。
3.5经济合算
高新技术的使用必将带来巨大的社会效益与经济效益，这是科技是第一生产力的体现，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，但从全面及长远看，使用PLC还是经济的。
这是因为：
使用PLC的投资虽大，但它的体积小、所占空间小，辅助设施的投入少；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；还可再次使用以及能带来附加价值等等，从中可得更大的回报。
所以，在多数情况下，它的效益是可观。
4砂输送发送罐构成
发送罐经过输砂管道发送到车间砂仓内供给混砂机使用。
砂库到发送罐的输砂管道很短，上面有蝶阀控制发送罐的加砂，发送罐顶部安装锥阀防止在发送砂时，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，如图4-1砂输送发送罐结构所示:
图4-1砂输送发送罐结构
5发送罐系统流程分析
系统启动条件：
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，按下启动按钮，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，同时关闭发送罐的排气阀，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，电接点压力表显示当前压力值，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秒打开输砂管道上的多个二次增压阀，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的砂仓输送铬矿砂。
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的所有二次增压阀，同时打开排气阀排气，排气5秒后重复以上工作流程。
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。
如果中途关闭发送罐系统，发送罐系统不会马上停止，必须把发送罐内铬矿砂发送完毕后自动停止，这样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。
如发生紧急情况可以按急停开关，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状
控制系统由于设计及设备等方面的不同程度的存在一些问题，致使该系统自投入运行以来，运行状况一直不太理想，主要存在以下问题。
6.1砂仓料位计
该系统原来配置的料位计（电容式料位计）由于环境恶劣可靠性较差，经常产生误动作不能准确的测量出砂仓内料位，故当时在调试是就由时间继电器来代替料位计，使操作人员不十分清楚当前砂仓内的砂料量的情况下，简单的根据时间来操作，从而因操作失误，控制失灵等经常造成系统堵管，泄漏的问题，影响生产。
6.2控制系统设计不合理
原来设计的控制系统是由中间继电器和时间继电器构成的，即继电器控制系统，这种系统在运行时所表现出来的突出问题是：
继电器经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，操纵台内以及相互之间的连接电缆，电线非常多，也造成了设备的故障率高，维护工作量大，维护费用高等问题。
7砂输送改造方案
为了克服以上缺陷，保证系统安全稳定的运行，保护环境以及节能降耗减少维修量等方面的考虑，对该设备进行技术改造，由PLC构成控制系统，采用电动阻尼料位计。
增加手动控制便于维修，车间砂仓放砂口加装接近开关。
7.1PLC选型
自从PLC技术在工业领域中得到广泛应用以来，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日趋完善。
当前工业领域中应用的PLC既有从美国﹑日本﹑德国等国家进口的，也有国内厂家组装或自行开发的，已达上百种型号。
因此合理选择PLC就非常的有意义。
合理选择PLC应从以下几个方面来选择。
1）PLC机型选择。
机型选择的基本原则是在能够满足控制要求及保证运行可靠﹑维修方便的前提下，力争最佳的性价比。
①在结构形式上选择整体式。
②在安装方式上选择集中式。
③在功能要求上选择只有开关量控制，具有逻辑运算、定时、计数等功能的小型PLC。
④机型统一。
对于一个企业应尽可能使用机型统一的PLC，有利于备件的采购。
2）PLC容量选择。
容量选择包括I/O点数和用户程序存储容量的选择。
①I/O点数的选择。
由于PLC平均I/O点的价格还比较高，一般情况下I/O点是根据被控对象的输入、输出信号的实际个数，再加上10%—15%的备用量来确定。
②用户存储容量的选择应按实际需要留20%--30%的余量来选择。
3）I/O模块的选择。
PLC输入模块的作用是用来检测、接收现场输入设备的信号，并将输入的信号转换为PLC内部接收的低电平信号。
①输入信号的类型选择。
常用的输入信号类型有三种：
直流输入、交流输入和交流/直流输入，根据需要选择直流输入②输入信号电压等级的选择。
有5V、12V、24V、48V、60V等可供选择，根据现场输入设备与输入模块之间的距离来考虑选择24V电压。
综合以上几个方面考虑，决定选用三菱FX2N-48MR型号的PLC.
7.2分配输入/输出接口
图7-1PLC外部接线图
7.3I/O分配表
表7.1I/O分配
序号
输入点
功能
序号
输出点
功能
1
X000
手/自动SA1
1
Y000
再生砂蝶阀
2
X001
启动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1SB6
7
Y006
3#卸料器
8
X007
增压2SB7
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
接近开关1KA8
14
X017
接近开关2KA9
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跳转指令不执行，手动有效程序按照正常扫描执行。
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接近开关触发，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接近开关触发继电器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跳转指令执行，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，按下自动启动按钮SB1输入X001导通，自动启动发送罐按照程序自动运行，先打开发送
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