完整版基于PLC控制的自动送料装车系统组态画面毕业设计论文.docx

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完整版基于PLC控制的自动送料装车系统组态画面毕业设计论文

基于PLC控制的自动送料装车系统组态画面设计

自动送料装车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。

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。

通过三台电机和三个传送带、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。

本次自动送料装车系统采用了PLC控制。

从送料小车运行的工艺流程来看，其控制系统属于自动运行的控制系统，因此，此送料小车的电气控制系统设计采用自动扫描循环工作方式。

而在程序设计上采用整体式设计方法，这样就可以使读者一目了然地看懂整个程序，从而在一定程度上省去了使用人员阅读并分析程序的大量宝贵时间，同时也使得程序的设计、修改和故障查找工作大为简化。

自动送料装车系统控制系统的软件部分（信号显示和故障显示）均采用经验设计法，而自动程序则采用顺序控制法设计。

1.系统硬件设计

自动化系统所使用的各种类型PLC中，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。

PLC控制系统的硬件设计主要是指硬件选型，近十几年来，国内外众多厂家提供了多种系列、功能各异的PLC产品，已有几十个系列、几百种型号。

PLC品种繁多，其结构形式、性能、IO点数、用户程序内存容量、运算速度、指令系统、编程方法和价格各有不同，使用场合也各有侧重。

因此，PLC的合理选择，，对提高PLC控制系统的技术、经济指针以及对于控制系统都有着重要作用。

要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。

1.1系统硬件的设计

1.1.1自动送料装车系统控制工艺要求

基于PLC控制的自动送料装车系统的控制要求如下：

初始状态：

红灯L2灭，绿灯L1亮，表示允许汽车进来装料。

此时，进料阀门（K1），送料阀门（K2），电动机（M1、M2、M3）皆为OFF状态。

当汽车到来时，车辆检测开关S2接通，红灯L2亮，绿灯L1灭，电动机M3运行，电动机M2在M3接通2秒后运行，电动机M1在M2启动2秒后运行，依次顺序起动整个送料系统。

当电动机M3运行后，进料阀门K1打开给料斗进料。

当料斗中物料装满时，料斗检测开关S1接通，此时进料阀门K1关闭（设1料斗物料足够运料小车装满一车）。

料斗出料阀门K2在电动机M1运行2秒及料斗装满后，打开放料，物料通过传送带PD1、PD2和PD3的传送，装入汽车。

当运料小车装满后，称重开关S3动作，送料阀门K2关闭，同时电动机M1延时2秒后停止，电动机M2在M1停止2秒后停止，电动机M3在M2停止2秒后停止。

此时绿灯L1亮，红灯L2灭，表示汽车可以开走。

故障操作：

在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD1超载，则送料阀门K2立即关闭，同时停止电动机M1，电动机M2和M3在电动机M1停止4秒后停止；

在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD2超载，则同时停止电动机M1和M2并关闭送料阀门K2，延时4S后电动机M3停止；

在带式传输机传送物料过程中，若传送带PD2超载，则同时停止电动机M1、M2和M3并关闭送料阀门K2。

1.1.2主电路的设计

主电路的设计对于本次设计小车自动送料装车系统设计相当重要,只有在主电路设计正确且简便的基础上,系统控制电路及软件设计才能精简方便。

根据系统的控制工艺要求，我所设计的电气控制系统主回路原理图如图1所示。

图中，M1，M2，M3为三台皮带传输送料电动机，交流接触器KM1~KM3通过控制三台电动机的运行来控制三个传送带，从而进行对物料的传输。

FR1，FR2，FR3为起过载保护作用的热继电器，用于物料传输过程中当传送带过载时断开主电路。

FU1为熔断器，起过电流保护作用。

图1-1自动送料装车系统主电路原理图

1.1.3IO地址分配

此次设计，系统占用18个PLC的IO端口，分别是8个输入端口和10个输出端口，具体的IO分配如表1-1所示：

表1-1自动送料装置系统IO地址表

输入

输出

启动

I0.0

电机M3

Q0.0

称重开关

I0.1

电机M2

Q0.1

装车开关

I0.2

电机M1

Q0.2

紧急停止

I0.3

送料阀门K2

Q0.3

料斗已满

I0.4

进料阀门K1

Q0.4

电动机M3故障

I0.5

红灯L2

Q0.5

电动机M2故障

I0.6

绿灯L1

Q0.6

电动机M1故障

I0.7

电机M3故障显示

Q0.7

----

----

电机M2故障显示

Q1.0

----

----

电机M1故障显示

Q1.1

1.1.4PLC外部接线图的设计

该控制系统核心部分是以德国西门子CPU226为主，CPU模块采用整体式结构，它的体积小、价格低，CPU模块、IO模块和电源装在一个箱形机壳内，前盖下面有模式选择开关、模拟量电位器和扩展模块连接器。

IO模块中输入8点，输出10点，可实现高速输入输出响应，内部具有高速计数和中断处理功能。

PLC的输入输出端子均接到相应的接线端子排，输入输出信号通过这些接线端子排可由其它地方直接引入，这些接线端子排的布置与PLC的输入输出端子以及电源端、接地端和公共端的实际位置一一对应。

IO模块接口将输入输出信号引入到控制台上。

PLC外部硬件接线图如图1-2所示（PLC外部接线图）。

PCPPI编程电缆上标有PC的RS一232端连接电脑的RS一232通信接口，标有PPI的RS一485端连接到CPU模块的通信口，并拧紧两边接口的螺丝。

PCPPI编程电缆通常在试验中下载梯形图程序时使用。

图1-2PLC自动送料IO接线图

2.系统软件设计

2.1系统功能的分析与设计

PLC软件功能的分析与设计实际上是PLC控制系统的功能分析与设计中的一个重要组成部分。

对于控制系统的整体功能要求，可以通过硬件途径、软件途径或者软硬件结合途径来实现。

因此，在正式编写程序之前，首先要站在控制系统的整体角度上，进行系统功能要求的分配，弄清楚哪些功能是要通过软件的执行来实现的，即明确应用软件所必须具备的功能。

对于一个实用软件，大体上可以从以下两个方面来考虑：

（1）控制功能；

（2）自诊断功能。

作为PLC控制系统，其最基本的要求就是如何通过PLC对被控对象实现人们所希望的控制，所以对于以上两方面，控制功能是最基本的，必不可少。

对于一些简单的PLC控制系统或许仅此功能就可以了，但对于本次自动送料装车系统的设计远远不够。

该系统最主要的功能就是实现物料的自动输送及装载功能，但怎样实现呢？

这就要靠及时准确地控制检测开关、阀门、皮带传输送料电动机等元器件来实现。

但是针对不同的元器件，我们要根据需要设计出不同的功能。

比如用皮带传输送料电动机用于传输物料、用阀门打开与闭合控制物料的进出等。

在进行功能的分析、分配之后，要进行具体功能的设计，对于不同的PLC控制系统，其主要依据是根据被控对象和生产工艺要求而定。

在该系统中，设法搞清被控设备（运料小车、皮带传输送料电动机、称重检测装置、物料检测装置等）的动作时序、控制条件、控制精度等等，做出明确具体的规定，分析这些规定是否合理、可行。

再者就是，要弄清楚，如果电动机出现轴承损坏;发热;绕组对地及相间短路等故障时，我们应该对其做出相应的保护。

如果经过分析后，认为达不到预期效果（自动传输物料和物料自动装载以及故障报警显示与处理），则要对其进行修订，其中也可能包括与之配合的硬件系统，直至所有的控制功能都被证明是合理可行为止。

第二部分是自诊断功能。

它包括PLC自身工作状态的自诊断和系统中被控设备工作状态的自诊断两部分。

对于前者可利用PLC自身的一些信息和手段来完成。

而对于后者，则可以通过分析被控设备接收到的控制指令及被控工作的反馈信息，来判断被控设备的工作状态。

例如在本设计中，我们用三个热继电器FR1~FR3来实现故障报警及处理。

具体表现为当三个传送带PD1、PD2和PD3中任意一个或多个发生过载时，系统通过不同的信号灯的状态变化实现自动报警，并通过在程序中控制其它被控对象的运行状态来及时准确的处理相应故障。

2.2系统结构的分析与设计

1.IO信号的分析与设计

PLC的工作环境是工业现场，工业现场的检测信号（如：

料斗检测信号、车辆检测信号、称重和故障信号等）多种多样，有模拟量（如：

运料小车、物料等），也有开关量（如红灯、绿灯、进送料阀门等），PLC就以这些现场数据作为对被控对象进行控制的源信息。

同时，PLC又将处理的结果送给被控设备或工业生产过程，驱动各种执行机构（进送料阀门、皮带传输送料电动机）实现控制。

因此对IO信息的分析，就是对后面编程所需要的IO信号进行详细的分析和定义，并以IO信息表的形式提供给编程人员。

IO信号分析的主要内容有：

（1）定义每一个输入信号并确定它的地址。

该设计中以IO地址表和PLC外部接线图的形式给出，图中也包含对每一个输入点所做的简洁说明，使其一目了然。

（2）定义每一个输出信号并确定它的地址。

该设计中以IO地址表和PLC外部接线图的形式给出，图中也包含对每一个输出入点所做的简洁说明，使其一目了然。

（3）审核上述分析设计是否能满足系统规定的功能要求。

若不满足，则需修改，直至满足为止。

2.数据结构的分析与设计

数据结构设计的任务，就是对程序中所用到的数据结构进行具体的规划和设计，合理地对内存进行估算，提高内存的利用率。

PLC应用程序所需的存储空间，与内存利用率、IO点数、程序编写水平有关。

通常把系统中IO点数和存放用户机器语言所占内存数之比成为内存利用率。

高的内存利用率，占用整个系统的内存比较少，可以大大缩短扫描周期时间，从而提到系统的相应速度。

同样，用户编写程序的优劣对程序的长短和运行时间都有很大的影响，而数据结构的设计必将直接关系到编程质量。

数据结构设计的主要内容有：

（1）按照软件设计要求，将PLC的数据空间做进一步的划分，分为若干个子空间，并对每一个子空间进行具体的定义。

当然，这要以功能算法、硬件设备要求、预计的程序结构和占有量为依据，综合考虑来决定。

（2）应为每一子空间留出适当的裕量，以备以后使用。

该设计中，实验室提供的CPU型号为CPU226CN，它有40个IO点数，但是我们只需要8个输入点和10个输出点共18个IO点数，剩下的IO点数就可以作为裕量使用。

IO信号和数据结构的分析与设计为PLC编程人员提供了重要的依据。

2.3程序设计的常用方法

在工程中，对PLC应用程序的设计有多种方法，这些方法的使用，也因各个设计人员的技术水平和喜好有较大的差异。

现将常用的几种应用程序的设计方法简要介绍如下。

1.经验设计法

经验设计法也叫凑试法。

在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。

这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。

但是它没有一个普遍的规律可遵循，具有一定的试探性和随意性，最后得到的结果也不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验的多少有关。

经验设计法的具体步骤如下：

（1）确定输入输出电器；

（2）确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行IO分配；

（3）做出系统动作工程流程图；

（4）选择PLC指令并编写程序；

（5）编写其它控制控制要求的程序；

（6）将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。

2.逻辑设计法

工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器组件来实现的。

而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：

断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设