基于plc的自动送料装车控制系统的设计修改.docx

1、基于plc的自动送料装车控制系统的设计修改基于PLC的自动送料小车控制设计学生： 指导教师：摘要：可编程序控制器（Programmable controller）简称PLC，由于PLC的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，所以PLC的应用领域在迅速扩大。对早期的PLC，凡是有继电器的地方，都可采用。而对当今的PLC几乎可以说凡是需要控制系统存在的地方就需要PLC。尤其是近几年来，PLC的成本下降，功能又不段增强，所以，目前PLC在国内外已被广泛应用于各个行业。本设计是为了实现送料小车的手动和自动化的转化，改变以往小车的单纯手动送料，减少了劳动力，提高了生产效率，实现了自动化生

2、产！而且本送料小车的设计是由于工作环境恶劣，不允许人进入工作环境的情况下孕育而成的。本文从第一章到第二章送料小车的系统方案的确定为切入点，介绍了为什么选用PLC控制小车；第三章介绍了送料小车的应达到的控制要求；第四章到第七章根据控制要求进行了小车系统的具体设计，包括端子接线图、梯形图(分段设计说明和系统总梯形图)和程序指令设计；最后得出结论。关键词：PLC，送料小车，控制，程序设计THE DESIGN OF CONTROLLING IN THE AUTOMATIC FEEDING CAR BASED ON PLCAbstract:Programmable logic controller re

3、ferred to PLC ，because of the high reliability PLC adaptability，flexibility，environment，use convenient，simple maintenance，so the application of PLC in the rapidly expanding. In early PLC ，always have relays place，can use. But in todays PLC to control system that almost say there is need of place of

4、PLC. Especially in recent years， the cost of PLC ， function and not increase， so，at the moment，PLC at home and abroad，has been widely used in various industries.In order to achieve the design of the car feed the transformation of manual and automated，simple to change the past，car manual feed，a reduc

5、tion of the workforce， increased productivity，automated production! Feeding and the car is designed to be as a result of bad working conditions are not allowed to enter the working environment of the circumstances formed. This article from the first chapter to second chapter of the feed system of th

6、e car identified as an entry point to introduce a car Why choose PLC control; Chapter III introduced the car feed the control requirements to be met; Chapter to chapter under the control of the car system to carry out the specific design，including the terminal wiring diagram，ladder diagram (Sub-tota

7、l system design descriptions and ladder) and procedures for instruction design; the final conclusion.Keywords:PLC ，Feeding car，Control，Program design基于PLC自动送料装车系统设计前言 随着科学技术的进步和经济的发展，工业生产中广泛使用各种各样的自动线，尤其是我国加入WTO后，自动线得到了更广泛的应用。PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。

8、制造业的控制主要以离散控制为主，PLC是该领域控制系统的首选。制造企业为提高劳动生产率和产品质量，必然会大量采用PLC，从而为PLC应用于自动生产线行业提供广阔的前景。1 自动送料装车系统简介1.1 自动送料装车系统的特点1.生产率高，自动化程度高为满足人民日常生活的迫切需求，必须大批量生产运输各类能源材料，需求各种高生产率、高自动化程度的机械系统。2.结构和动作复杂这是因为自动送料装车系统不仅用到机械传动原理系统的各种机构。而且还传输带的设计和选择电气自动化的各种检测和控制系统。3.振动问题突出现代自动线越来越趋向高速化，而机械高速和传动带的大量承载所引起的振动也影响到传输和生产率的提高。1

9、.2 自动送料装车系统的应用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、细砂等材料的运输装车。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。1.3 自动送料装车系统与其他机械系统共同的特征1.它们都是人为的实物组合；2.它们各部分之间具有确定的相对运动；3.在工作时能代替或减轻人类的劳动，或完成有用的机械功，或转换机械能。1.4 基于PLC自动送料装置简介主要工作动力来源于交流伺服电机，当准确测算出系统的具体电机

10、功率和控制节拍要求后，可以选择配套的交流伺服控制器和交流伺服电机。此次设计要求用PLC控制，结合电气元件组合成可自动化控制的系统。设备电气系统一般由电源、输入元件、控制中心、执行机构几部分组成。执行机构,执行工作命令，电气行业中常见的执行机构有：电动机（普通、带刹车、带离合）、电磁阀（控制油路或气路的通闭完成机械动作）、伺服马达（控制调节油路、气路的开度大小）等。2 PLC简介2.1 PLC简介早期的PLC只能做些开可编程序关量的逻辑控制，因而叫PLC，但近年来，PLC采用微处理器作为中央处理单元，不仅有逻辑控制功能，还有算术运算、模拟量处理甚至通信联网功能，正确应称为PC，但为了与个人计算机

11、有所区别，仍称其为PLC。2.1.1 PLC的特点1.灵活、通用：要改变控制功能，只要改变软件及少量的线路即可实现。2.可靠性高、抗干扰能力强：（1）硬件方面：采用微电子技术开关动作由无触点的半导体电路及大规模集成电路完成，CPU与输入输出之间，采用光电隔离措施，隔离了它们之间电的联系。（2）软件方面：有自身的监控程序，对强干扰信号、欠电压等外界环境定期检查，有故障时，存现状态到存储器，并对其封闭以保护信息；监视定时器WTD，检查程序循环状态，超出循环时间时报警；对程序进行校验，程序有错误进输出报警信息并停止执行。3.使用简单采用自然语言梯形图语言编程方式，编程容易，更改方便。输入输出接口可以

12、与各种开关、传感器、继电器、接触器、电磁阀连接，接线简单。4.功能强、体积小纵向PLC不仅可能完成各种条件控制，还能完成模/数、数/模转换并进行数字运算，可以完成对模拟量的控制；横向可以控制一台至几台设备，还可实现远距离控制；重量轻，体积小，便于安装。2.1.2 PLC控制思路按控制等效电路可分为三个部分：输入部分、输出部分及控制部分。 1.输入部分：接收由各种主令电器发出的操作指令及由各种反映设备状态信息的输入元件传来的各种状态信息。PLC的一个输入点单独对应一个内部继电器，当输入点与输入用的公用脚COM接通时，该输入继电器得电。2.输出部分：根据控制程序的执行结果直接驱动相应负载。在PLC

13、内部设有输出继电器（可能是继电器形式，也可能是晶体管形式），每个继电器对应一个硬触点，当程序执行结果让输出继电器线圈通电时，该输出继电器的输出触点闭合，实现外部负载的控制运行。3.控制部分：是由用户自行编制的控制程序。它存放在PLC的用户程序存储器中，系统运行时，PLC依次读取用户程序存储器中的程序内容，并对它们进行解释并执行，执行结果送输出端子，以使相应的外部负载得到控制。PLC的用户程序采用梯形图的编程方式，它由继电器控制电路演变而来，所不同的是，它内部的继电器并非实际的继电器，而是“软”继电器，由软继电器组成的控制线路并不是真正意义上的物理连接，而只是逻辑关系上的连接（软接线）。PLC内

14、部可区分为六个部分即：输入、输出、存储器、CPU、电源及操作显示部分。输入部分：负责采集外部指令及设备状态，以使CPU作出判断。输出部分：将CPU的运算结果向外部输出，以完成过程动作。存储器：存储用户程序及信息。CPU：执行各种逻辑及运算程序。电源：向输入输出及CPU提供电源。操作显示：向存储器输入用户程序或更改用户程序，显示程序运行状态。PLC主机有电源端子（交流供电型还设有供外部输入设备用的服务电源）、功能接地端子（抗干扰、防电击，务必接地）、保护接地端子（防触电）、输入输出端子及其LED（当对应的输入或输出端子ON时，相应的输入输出LED灯亮，但当CPU异常、I/O总线发生异常时所有输入

15、LED灭；当内存异常及系统异常（FALS）发生时，所有输入LED保持发生异常时的状态，即使输入状态发生变化，输入的LED状态也不改变），PLC状态显示LED（POWER电源、RUN、运行、监视/编程、停止、ERROR/ALARM亮故障/闪警告、COM外设通讯亮），模拟设定电位器及扩展连接器。2.2 PLC的功能1.逻辑控制功能：实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强造车网，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领

16、域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。2.定时控制功能：利用PLC定时器来实现时间的控制，从而完成设备的顺序动作。3.计数控制功能：基于计数器的优异功能来实现程序的循环功能。4.步进(顺序)控制功能：运用定时器、计数器来对时间的控制，从而实现外围设备的顺序动作。5.PID控制功能：在S7-200中PID功能是通过PID指令功能块实现。通过定时（按照采样时间）执行PID功能块，按照PID运算规律，根据当时的给定、反馈、比例积分微分数据，计算出控制量。也就说这些参数是通过PLC的功能块实现的。6.数据控制功能：PLC具有数据处理能力7.通信和联网功能：PLC的联网就是为了提高系统的控制

17、能力和范围，将分布在不同位置的PLC之间、PLC与计算机、PLC与智能设备通过传送介质连接起来，实现通信，已构成功能更强的控制系统。2.3 PLC的电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。3 自动送料装车系统总体设计方案3.1 概述生产过程自动化控制系统是利用信息技术与自动化技术等传统生产技术的结合，对生产过程进行信息化管理，逐步实现从生产控制到信息管理集于一体，能使企业的生产作业过程与信息管

18、理系统(MIS、ERP等)信息集成，从而提高制造业生产过程的效能，并全面提高制造业信息化的综合效率。在全自动发展的今天，控制系统起着类似人类神经系统的作用，它将自动线中所有的设备连结成一个有机的整体。它主要包括工作循环控制装置、讯号处理装置及检测装置。随着科学的进步，各种新技术如光电控制、数控技术、电脑控制等在自动线中大量被采用，使其控制系统更趋完善，更加可靠，效率更高。凡是在没有人的直接参与下，能完成能量、物料和信息的整个变换过程的机器，称为自动机。自动机中的各个机械动作，一般都采用各种各样的机构来完成的。完成一定工艺过程的自动机群，通过自动运输装置联接起来，可组成自动线。重力输送装置是利用

19、物品的重力克服输送过程的摩擦力而得以实现输送，故不需要动力，其结构较简单。但这类装置只能由高处向低处输送，且输送时间难于精确保证。此次的重力输送装置输送带。基于PLC的控制部分是设计的中枢神经，运用可编程控制器对全程控制。3.2 控制要求1.初始状态：红灯L1灭，绿灯L2亮，表示允许汽车开进。电动机M1、M2、M3皆为OFF。 2.当汽车到来时（用S2接通表示），红灯L1亮，绿灯L2灭，同时M3运行且K1打开，2S后M2运行，2S后M1运行，2S后装料斗K2打开出料。 3.当汽车料满后（用S2断开表示），装料斗K2关闭，2S后M1停止，2S后M2停止，2S后M3停止且K1关闭，同时绿灯L2亮，

20、红灯L1灭，表示允许汽车开走。运用可编程控制器对自动线进行全程控制，选择合适的PLC主机及电气元件可以安全方便的控制整过送料过程，并且可以节约劳动力。输入输出设备及I/O地址分配表如表3.2-1，系统硬件连接图如图3.2-1所示。表3.2-1 地址分配表输入设备输出设备序号地址设备名称序号地址设备名称1I0.0启动按钮1Q0.0红灯2I0.1限位开关2Q0.1绿灯3I0.2称重开关3Q0.2进料阀门4I0.3关闭按钮4Q0.3出料阀门55Q0.4电动机166Q0.5电动机277Q0.6电动机3图3.2-1 系统硬件连接图3.3 系统组成系统由五部分组成，即计算机（PLC）、伺服驱动控制卡、交流

21、伺服调速系统（交流伺服控制器、伺服电机及相应的控制电缆）、传感检测及反馈、辅助主动作执行系统。主控程序只有几百K，运行在DOS操作系统下，主控微机通过打印端口LP1：与伺服驱动控制卡相连，并通过数据线发送位置或速度指令。系统在线适应性调节或设定PID调节参数（程序设计过程中将其作开放性设计，便于调整）见后附图，并进行数模（D/A）转换，通过相应的控制板卡输出10V的模拟信号并经过交流伺服放大器放大后驱动伺服电动机，半闭环或闭环位置控制反馈系统由电机轴端装有的增量式光电码盘（或在被传动的物体上设置测量辊和增量式光电码盘转换装置）提供信号（A、B、IN脉冲）来完成位置伺服系统的位置反馈，位置反馈环

22、中传感元件-增量式光电编码器将运动构件实时的位移（或转角）变化量以A、B相差分脉冲形式长线传输到现场控制站（PLC机）中进行编码器脉冲计数，以获得数字化位置信息，主控微机计算给定位置与实际位置（即反馈到的位置）的偏差后，根据偏差范围采取相应的PID控制策略，将数字控制作用经数模转换变成模拟控制电压，并输出给伺服放大器，最终调节电机运动，完成期望值的反复多次闭环反馈定位控制，在控制原理上实现小误差高精度的位置定位；然后主控程序对辅助主动作执行系统下达运行指令，完成特定的机械动作。3.4 工作原理此自动生产线中，刚开始红灯L1灭，绿灯L2亮，表明允许汽车开进装料。出料口K1关闭，电动机M1、M2和

23、M3均为OFF。装车过程中，当汽车开进到装车位置时，限位开关SQ1为ON，红色信号灯L1亮，绿色信号灯L2灭，同时启动电动机M3和进料阀K1门，经过2S后启动电动机M2，再经2S后最后启动M1，再经过2S后才打开出料阀门K2，物料经料斗出料，物料通过传送带的传送，装入汽车。当车装满了时，称重开关SQ2动作，K2使料斗关闭，2S后M1停止，M2在M1停止2S后停止，M3和K1在M2停止2S后停止，同时红灯L1灭，绿灯L2亮，表明汽车可以开走。4 PLC控制系统的设计4.1 了解PLC控制系统设计的步骤1.被控对象并提出控制要求详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合

24、，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。2.输入输出设备根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。3.择PLCPLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章第二节。 4.I/O点并设计PLC外围硬件线路分配I/O点：画出PLC的I/O点与输入输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第二步中进行。设计PLC外围硬件线路（见附录B）。画出系统其它部分的电气线路图，包括主

25、电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。4.2 设计中PLC控制系统语言1.表语言（IL）指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。2.图语言（LD）梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继

26、电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言，这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形

27、图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技

28、术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。 其特点：操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；与原有继电器逻辑控制技术不同的是，梯形图中的能流（Power FLow）不是实际意义的电流，内部继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待。4.3 程序设计与调试4.3.1 程序设计根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还

29、应包括以下内容：1.始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。2.故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加；保护和连锁程序，保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。3.程序设计流程图如图4.3.1-1所示：图4.3.1-1 程序流程图4.3.2 程序调试模拟程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为

30、程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式：1.硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。2.软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。5 动力装置选择主要工作动力来源于交流伺服电机，当准确测算出系统的具体电机功率和控制节拍要求后，可以选择配套的交流伺服控制器和交流伺服电机。5.1 电动机的介绍5.1.1 普通异步电机普通异

31、步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。由于变频调速对电机有以下影响：1.电动机的效率和温升的问题，不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%-20%。2.电动机绝缘强度问题，目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。3.谐波电磁噪声与震动，普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机