水泥垫块机PLC控制系统设计

南京高等职业技术学校毕业设计（论文）说明书系部 电气工程系 专业 电气自动化 作者 段练 学号 09 题目 基于 PLC 的水泥垫块机控制系统设计 指导教师 周 刘 喜 评阅教师 完成时间： 2011 年 10 月 20 日基于 PLC 的水泥垫块机控制系统设计摘要：针对目前大多数水泥制砖机控制系统仍为手工操作，存在可靠性低、效率差、运行不稳定等问题，我们通过分析水泥制砖机的控制原理及和作用，提出利用 PLC 对水泥制砖机进行逻辑控制的方法。根据制砖工艺要求，说明了PLC 控制系统的软、硬件设计方法、步骤和过程。水泥砌块在工业与民用建筑、路桥丁程、水利堤防等方面应用广泛，其主要由水泥制砖机模压成型。目前我国许多水泥制砖机控制系统仍为人操作，可靠性低、效率差、运行不稳定，远远跟不上时代的步伐和满足不了现代社会的要求，急需技术革新和改造。近年来，随着我国自动化技术的提高，可编程序控制器(PLC)作为一个新兴的工业控制器，因其体积小，功能齐全，价格低廉，可靠性高等独特的优点，在各个领域获得了广泛应用。本文介绍一种可编程序控制器的制砖控制系统，它能根据生产实际的需要，实现上料、供板、成型、脱模至出砖的全过程自动生产。关键词：PLC、水泥垫块机、液压系统、组态目 录第一章 绪论 .11.1 本课题设计背景 .11.2 本课题设计内容 .21.3 本课题设计的目的和意义 .31.4 本课题设备结构及工作原理 .31.5 本课题设备控制系统要求 .4第二章 控制系统方案设计 .52.1 采用 PLC 控制系统的优点 .52.1.1 从控制方式上比较 .52.1.2 从工作方式上比较 .52.1.3 从控制速度上比较 .52.1.4 从定时，计数上比较 .52.1.5 从可靠性，可维护性上比较 .52.2 系统设计的基本步骤 .5第三章 系统硬件设计 .83.1 可编程序控制器系统选型 .8第四章 控制系统软件设计 .104.1 控制流程 .104.2 系统控制原理图 .104.3 运行顺序功能图 .114.4 停机的顺序功能 .13第五章 垫块机分类及设备材料参数 .145.1 全自动水泥垫块机 .145.2 静压水泥垫块机 .155.3 设备材料参数 .15结束语 .17参考文献 .18致 谢 .19附录 .20第一章 绪论1.1 本课题设计背景垫块是现代建筑设施施工中钢筋混凝土结构支撑钢筋的一种不可或缺的一种辅助材料，早在机制水泥垫块出现之前，多为手工塑料模具加工，因为强度外观差异甚大劳动强度大成本投入高，使得新型水泥垫块机的问世成为建筑行业迫切需要的设备，新一代建筑水泥垫块机的出现使得原有的手动加工垫块逐渐淘汰。新型水泥垫块机的原料可以是粉煤灰、炉渣、煤矸石、矿渣、灰渣、沙子等，掺入一定比例的水泥即可，目前市场上种类繁多高。水泥垫块机设计振动台台面尺寸跟成型机的种类及一次成型制品的数量有关。其中一次成型制品的数量与单个加压制品摆放形式有关，每个制品的加压面的实际占有面积越小，则一次成型制品的数量就越多。模具的设计应考虑单个加压制品摆放形式及一次成型制品数量，上加压力由上振动器和上压头自重、模具自重以及由电控阳模压力阀控制的上加压力组成。目前国内外的水泥垫块机只要更换模具，成型出来的制品是多种多样的，成型制品不同，一次成型制品的数量也不同，加压接触面积也不同，其最佳单位加压力也不同，制品成型高度也不同，故上加压力应考虑满足生产制品成型时的最大加压力。20 世纪 20 年代起，人们把各种继电器。定时器。接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差.20 世纪 60 年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968 年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：（1） 编程方便，可现场修改程序（2） 维修方便，采用插件式结构（3） 可靠性高于继电器控制装置（4） 体积小于继电器控制盘（5） 数据可直接送入管理计算机（6） 成本可与继电器控制盘竞争（7） 输入可以是交流 150V 以上（8） 输出为交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器，电磁阀等（9） 扩展时原系统改变最小（10） 用户存储器至少能扩张到 4KB（适应当时汽车装配过程的需要）十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。美国国际电工委员会（IEC）在 1987 年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。定义强调了 PLC 应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了 PLC 是“数字运算操作的电子系统” ，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令” ，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体” ，易于“扩充” 。1.2 本课题设计内容本课题将在以下几方面对水泥垫块机系统进行研究和论证。控制系统可以根据生产的需要对砖块形状进行来设定，操作人员可以通过触摸屏进行模具设定，控制监控等操作。1.3 本课题设计的目的和意义可编程控制器（PLC）因为抗干扰能力强，可靠性好，控制系统结构简单，通用性强，编程方便，易于使用，设计、施工、调试、的周期短，体积小，维护操作方便，易于实现网络化，可实现三电一体化等优势已经成为应用面最广，最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。通过 PLC对程序设计，提高水泥垫块机系统的控制水平。因此 PLC 在水泥垫块机控制系统中应用非常广泛，具有很高的应用价值。1.4 本课题设备结构及工作原理水泥砖的原材料主要由细石子、砂和水泥等组成。水泥制砖机是一个强压成型设备，其结构如图 1-1 所示。水泥制砖工艺流程如图 1-2 所示。砖坯成型经过石子、砂和水泥混合和搅拌，注入模腔，挤压成型，最后出模等一系列工艺生产过程。具体如下：将推板送到模箱下部的工作台上，工作台上升至模箱底部、起模，通过往复导向面料装置将混合、搅拌后的物料浇注入模具，模箱振动，上压头压下，将模箱中的料在振动的同时压实成型，判断是否需要二次面料，如需则返回加料，如不需则工作台带动推板和成型砖下降至最底部，再将推板和成型砖一起推出，完成制砖工作。图 1-1 水泥垫块机实物图1.5 本课题设备控制系统要求开 始 推 板 起 模 加 料 压 头 面 料传 送机 械图 1-2 控制系统图水泥制砖机控制系统要求机器工作时自动、稳定、可靠运行。为满足这一要求，控制系统应具备以下性能：1）通过 PLC 控制起模缸、液压缸、送料缸等的进退，提高了系统的性能，减少了人力使用。通过更换模具可生产不同规格多孔砖、空心砌块、路缘石、路面砖以及植草树砖、护坡砖等水泥制品，每个动作程序互锁。2）设置了手动/自动按钮，手动按钮主要是在系统或软件调试时使用，一般生产中，采用自动模式。并为各个按钮设置了指示灯，以便系统运作不控制系统的输入/输出信号名称及地址编号如正常时，容易查错。第二章 控制系统方案设计2.1 采用 PLC 控制系统的优点2.1.1 从控制方式上比较用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用 PLC 控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、控制要求设计控制程序，而且在以后的修改中只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。2.1.2 从工作方式上比较电器控制并行工作，而 PLC 串行工作，不受制约，I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。2.1.3 从控制速度上比较电器控制速度慢，触点易抖动；而 PLC 通过通过半导体来控制，速度很快，无触点，故无抖动一说。2.1.4 从定时，计数上比较电器控制定时精度不高，易受环境温度变化的影响，且无计数功能；而 PLC 时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有计数功能。2.1.5 从可靠性，可维护性上比较电器控制接触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线较多，可靠性，维护性差；而 PLC 无触点，采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，能适应工作现场的恶劣环境，使用寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。2.2 系统设计的基本步骤水泥垫块机控制系统的设计与步骤，在水泥垫块机控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：1）深入了解和分析水泥垫块机控制系统的工艺条件和控制要求2）确定 I/O 设备。根据水泥垫块机控制系统的功能要求，确定系统所需的输入，输出设备3）根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型4）分配 I/O 点，分配 PLC 的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图5）设计水泥垫块机控制系统的梯形图，根据控制要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个水泥垫块机控制系统设计的核心工作6）将程序输入 PLC 进行软件测试，查