自动配料系统模拟.docx
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自动配料系统模拟
第一章概述
1.1PLC简介以及其发展趋势
可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PC。
但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们习惯地用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的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。
另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的要求专门设计控制器，适合批量生产。
由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强及编程简单等特点。
可以预料，在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。
现代可编程序控制器有两个方面的发展趋势。
微小型PLC
发展微小型PLC，使其体积更小、速度更快、功能更强、价格更低、配置更加灵活。
由于自动控制系统规模的不同，小型化、低成本的PLC将广泛应用于各行各业，其组成由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，例如SIEMENS公司的S7-200的最小配置为CPU221，主机有6DI/4DO（数字量输入/数字量输出），而CPU224主机可扩展7个模块，最大达94DI/74DO，16AI/16AO（模拟量输入/模拟量输出），可满足比较复杂的控制系统的要求。
大型PLC
发展大型PLC，使其具有大型网络化、高可靠性、多性能、良好的兼容性等特点。
网络化和强化通信能力是PLC发展的一个重要方面，向上与以太网、MAP网等相连，向下通过现场总线（如PROFIBUS）将多个PLC与远程I/O等相连，构成整个工厂的自动化控制系统。
近年来各公司陆续推出各种智能模块，大大增强了PLC的控制功能。
智能模块是以微处理器为基础的功能部件，其CPU与PLC的CPU并行工作，能够独立完成某些控制功能，如通信控制、高速计数、模拟量输入输出等，使系统设计和调试时间减少，控制精度提高。
好的兼容性是PLC深层次应用的重要保证，SIEMENS公司的S7系列PLC与通用微机兼容，可运行DOS/Windows程序，PLC的编程语言STEP7可运行在Windows环境下，提供了很强的梯形图、语句表的编程、调试和诊断等功能，体现了现代PLC的特点。
1.2课程设计任务极其介绍
本次设计主要是综合应用所学知识，设计自动仓库自动配料，运料小车控制系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。
能够较全面地巩固和应用“PLC”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握运料小车设计的基本方法。
系统功能介绍:
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。
系统有四台电动机，两个行程开关和按钮开关，延时定时器的作用是电动机在特定的时间启停，行程开关的作用是使系统在小车达到特定地点启动或者停止，从而达到自动配料的目的。
模拟实验面板如下：
主要功能如下：
（1）初始状态
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
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M
1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。
（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。
第二章自动配料系统硬件设计
2.1控制要求
当系统启动后，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，传感器装置检测到信号，配料系统能自动关闭。
2.2选择PLC型号
2.2.1系统功能及I/O点配置
1.PL号进行C系统功能实现对输入信号开关量进行采集，通过程序控制和相应的算法CPU模块对输入信处理，再将结果经输出模块输出到线圈或者继电器，整个过程周期性循环进行。
因为实验挂箱是在模拟实际自动配料系统，所以限位开关，料位传感器都看成开关量；系统的工作状态，如电机运行，料箱的状态，都用输出指示灯表示。
2.根据本课程设计的实际情况，对系统I/O点进行分配，具体分配情况见表
表2.2.1系统I/O分配表
序号
名称
数量
备注
1
可编程序控制器
1
2
开关（输入量）
5
2个限位开关+2个停止启动按钮+料位传感器1个（传感器在模拟系统中看成开关）
3
指示灯（输出量）
10
四个电机也算指示灯
2.2.2CPU模块分类
CPU22*系列PLC主机模块按照I/O点数多少不同和效能不同而有五种不同结构配置的品种，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226，下面分别加以介绍。
⑴.CPU221：
本机集成6输入/4输出，无扩展能力，程序和数据存储容量较小，有一定的高速计数能力和通信功能，非常适合于少点数的或者特定的控制系统使用。
⑵.CPU222：
本机集成8输入/6输出，和CPU221相比，它最多可扩展2个模块，因此是应用更广泛的全功能控制器。
⑶.CPU224：
本机集成14输入/10输出，和前两者相比，程序存储器扩大了一倍，数字存储器扩大了四倍，它做多可以有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数能力，是使用最多的S7-200产品。
⑷.CPU224XP：
这是最新推出的一种使用机型，其大部分功能和CPU224相同，但和CPU224相比，它的程序存储器容量和数据存储器容量都增加了不少，处理高速计数的能力也有提高；其最大的区别是在主机上增加了2输入/1输出的模拟量单元和一个通信口，非常适合在有少量模拟量的信号的系统中使用，在有复杂通信要求的场合也非常适用。
⑸.CPU226：
本机集成24输入/16输出，I/O总点数共40点，和CPU224相比，程序存储器扩大了一倍，数据存储器容量增加了10KB，它具有2个通信口，通信能力大大增强，它可用于点数较多的小型或中型控制系统。
2.2.3I/O扩展模块分类
S7-200系列PLC的主机提供一定数量的数字量I/O和模拟量I/O，但在I/O点数不够的情况下，就需要对I/O口进行扩展，S7-200PLC提供了6种I/O扩展模块，如下所示。
1.EM221:
输入扩展模块，共有三种产品，即8点和16点DC、8点AC。
⑵.EM222:
输出扩展模块，共有5种产品，即8点DC和4点DC（5A）、8点AC、8点继电器和4点继电器（10A）。
⑶.EM223：
输入/输出混合扩展模块，共有6种产品，其中DC输入/DC输出的有三种，DC输入/继电器输出的有三种，它们对应的输入/输出点数分别为4点、8点、16点。
⑷.EM231：
模拟量输入扩展模块，共有三种产品，4AI、2路热电阻输入和4路热电偶输入。
⑸.EM232：
模拟量输出扩展模块，只有一种2路模拟量输出扩展模块。
⑹.EM235:
模拟量输入/输出混合扩展模块，只有一种4路AI/1路AO（占两路输出地址）的产品。
2.2.4选择PLC
根据自动仓库运料小车的设计要求，本次设计需要40点数字量输入，16点数字量输出。
所以需要选择的模块为：
CPU226CN一个、EM235模块1个、E3模块1个。
总点数为：
数字量输入5点、数字量输出10点，既满足了设计的点数要求，又降低了模块成本，性价比颇佳。
2.3系统设计流程示意图
图2.3.1程序流程图
上述流程图的解释如下：
（1）初始状态
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。
（1）装车控制
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M
1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。
（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。
2.4I/O接线图
系统的I/O接线图，如下图所示：
图2.4.1自动配料系统设计与调试图
2.5I/O分配表
自动配料模拟系统的输入输出口分配表：
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
第三章自动配料系统软件设计
3.1自动配料系统程序梯形图
3.2自动配料系统程序语句表
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
第四章PLC系统程序调试说明
4.1调试方案
4.1.1软件和实物现场调试
STEP7-Micro/WIN软件可以很容易的对S7-200进行编程，本次课程设计，通过PC/PPI电缆将S7-200CPU和装有STEP7-Micro/WIN软件的计算机连接。
按照所给的I/O表连接自动装配料模块
打开STEP7-Micro/WIN软件，新建一个文件夹，将梯形图程序输入，编译无误后，将程序下载到PLC中，并通过STEP7-Micro/WIN软件使PLC进入运行模式，为了方便调试和观测程序的运行状态，将软件置于监视状态，通过观察界面，即可清楚的看到程序的执行状况。
（1）输入回路调试：
PLC设置为“STOP”模式，将输入设备依次进行通断设置，观察PLC输入回路指示灯是否发亮，若某一指示灯不发亮，则检查输入设备和输入回路；
（2）输出回路调试：
PLC设置为“RUN”模式，按控制系统要求进行输入设备动作，观察输出设备是否符合控制要求，若与控制要求不符，则检查输出设备和输出回路；
4.2调试过程记录
表一软件仿真调试过程记录
输入继电器动作情况
输出继电器动作情况
是否符合控制要求
故障原因
启动
红灯灭，绿灯亮。
出料口关闭
符合
传感器S1置为OFF
进料口打开D4亮
符合
限位开关SQ1置为ON
红灯L2亮，绿灯L1灭。
M4，M3，M2，M1相隔2S依次启动。
2S后，出料阀D2亮
符合
结束语
通过这次设计实践。
我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。
能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
通过合作，我们的合作意识得到加强。
合作能力得到提高。
上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。
在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。
能过比较选出最好的方案。
在这过程也提高了我们的表过能力。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。
在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。
做事要学思结合。
参考文献
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[2]廖常初.可编程序控制器基础及应用.北京.机械工业出版社.2007年6月第二版.
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[5]崔亚军.可编程序控制器原理及程序设计.北京：
电子工业出版社.1999年3月.
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