自动送料装车系统PLC控制设计

第 1 页 /共 12 页 1 引言 1.1 设计任务与要求 本设计的任务是用 PLC 构成系统自动送料装车系统。要求如下： 初始状态：红灯 L1 灭，绿灯 L2 亮，表示允许汽车开进装料，料斗 K2，电动机 M1， M2， M3，皆为 OFF。当汽车到来时（用 S2 接通表示）， L1 亮， L2 灭，M3 运行，电动机 M2 在 M3 通 2S 后运行， M1 在 M2 通 2S 后运行， K2 在 M1 通 2S后打开出料。当料满后（用 S2 断表示），料斗开关 K2 关闭，电动机 M1 延时 2S后关断， M2 在 M1 停 2S 后停止， M3 在 M2 停 2S 后停止， L2 灯亮， L1 灭，表示汽车可以开走。 1.2 实用价值和理论 意义 自动送料装车系统在冶金、采矿运输和生产制造等许多领域中都得到普遍的应用。它通过自动输送设备实现物料的自动化，把工厂中的各个部分、各个生产工位、各存储点连结起来，为工厂控制系统的投入运行带来极大的方便和经济性。自动送料装车系统是工厂自动化物流系统的重要组成环节，对于提高企业经济效益具有重要作用。 课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料，产品手册和各种工具书的 能力；工程绘图的能力。 课程设计是 我们接受实践考验 的一个重要环节 ， 是对学生独立工作之前的技能培训，很好的帮助我们对可编程序控制器应用技术从感性认识上升到理性认识的飞跃阶段 ， 通过这一过程可以使 我们进一步掌握、应用理论知识，增强自身的实际操作能力 。 2 PLC 介绍 可编程序控制器简称 PLC 机。可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统， 它采用一种可编程序的存储器，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的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机 械设备和生产过程。可编程控制器及其有关设备的设计原则是他易于与工业控制系统连成一个整体和具有扩充功能。 2.1 PLC 的发展历程 可编程序控制器于 60 年代末在美国问世， 1968 年美国 GM（通用汽车） 公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一 第 2 页 /共 12 页 代可编程序控制器，称 Programmable Controller（ PC）。个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点， 可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（ PLC）。到 70 年代中期，随着半导体技术的发展，各种位片机和八位微处理器相继问世，由于 CPU 的引入，使可编程序控制器技术产生了飞跃发展，成为工业控制计算机的一个重要分支。 70 年代末和 80 年代，可编程序控制器进入成熟阶段，向大规模，高速度，高性能方面继续发展。 90 年代，可编程序控制器仍迅速发展，各公司进一步完善了自己原有产品并开发新的产品系列，与局域网建成整体分布系统，不断向上发展并与计算机系统兼容。 2.2 PLC 的结构 目前 PLC 生产厂家很多，产品结构也各不相同，但其基本组成部分大致相同，都包括：中央处理单元（ CPU），存储器，输入、输出接口电路，电源单元，编程单元等。 2.3 PLC 的分类 按容量和功能分为：小型机、中型机、大型机；按硬件结构分为：整体式结构、插件式结构、叠装式结构。 2.4 PLC 的特点 2.4.1 功能完善 PLC 的输入 /输出系统功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量信号的输入和输出。在 PLC 内部具备许多控制功能，诸如时序、计数器、主控继电器以及移位寄存 器、蹭继电器等腰三角形。由于采用了微处理机，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制 I/O 等诸多功能，它不仅具有逻辑运算、算术运算、数制转换以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能。 2.4.2 模块化结构，硬、软件开发周期短 PLC 的硬件结构全部采用模块化结构，可以适应大小规模不同、功能复杂程度及现场环境各异的控制要求。硬件系统安装方便，接线简单，连接可靠，为控制系统的硬件设计提供了方便、快捷的途径，可以大大缩短硬件系统的开发工作量。 2.4.3 维护操作方便，扩展 容易 PLC 的输入 /输出能够直观地反映现场信号的变化状态， PLC 不能通过各种方 第 3 页 /共 12 页 式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、 I/O 点状态、异常状态、电源状态等，均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员监视系统的工作状态。 PLC 采用梯形图逻辑编程，有利于电气操作人员对 PLC 的编程，可以方便地调整系统的程序和组态。 PLC 的模块化结构，可以允许维护人员方便地更换故障模块或在生产工艺流程改变时更改系统的结构和配置。 2.4.4 性能稳定，可靠性高 PLC 产品都有严格的核技术标准，这些标准保证了 PLC 能 在恶劣的工业环境下正常运行。它在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路， I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路，在机械结构上对耐热、防潮、等都有精心考虑，所有这些使得 PLC 具有较好的性能和较高的可靠性。 2.5 PLC 的工作原理 PLC 采用循环扫描工作方式，在 PLC 中用户程序按先后顺序存放， CPU 从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环。 PLC 扫描过程包括：内部处理、通讯操作、程序 输入处理、程序执行、输出处理。 2.6 PLC 的应用领域 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力，机械制造、汽车装卸、造纸、纺织、环保及娱乐等各行各业。它的应用大致可分为以下几种类型： 1、用于开关逻辑控制 ;2、用于机械加工的数字控制； 3、用于机器人控制； 4、用于闭环过程控制及构成 DCS； 5、用于实现工厂的无人化管理 。 2.7 松下 PLC 简介 在使用松下 PLC 之前，要先了解 PLC 内部寄存器及 I/O 配置情况等其他相关理论知识。松下电工 FP1 系列可编程控制器的一些相关的知识 :FP1 系列是日本松下电工生产的一种体积小巧 ,功能齐全的 PLC,它的功能有 :1.CPU运行速度 1.6 s/步 2.程序容量高达 2700 步 /500 步 3.最多可控 152 点加 4 通道 A/D,4 通道D/A主机有 14.16.24.40.56.72点六种 ,还有 8.16.24.40点四种扩展单元 4.主机上配有 RS232C 通讯口及机内时钟 5.通过 C-NET 网络模块可方便地将最多 32 台PLC 联成网络 ,距 离达 1.2km 。另外， FP1 系列 内部使用了 EPROM.900 步的程序容量 ， 适用于比较简单的 I/O 控制 。 第 4 页 /共 12 页 FP1 的主要特点可概括如下： 1）程序容量可多达 5000 步，数据区最多达 6144 字，有 1008 个内部继电器， 144个定时器 /计数器。 2）基本指令 81 条，高级指令 111 条。 3）完善的高级功能。 4）具备强大的网络功能。 3 PLC 控制系统设计原则 1 应能满足控制对象的工艺要求，保证能按照工艺流程准确，可靠 地工作； 2 系统构成应力求简单，实用，系统易操作，调整，检修方便； 3 设计合理，经济，能发挥 PLC 控制的特点 。 4 PLC 编程基本原则 1. 输入 /输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器等器件的触点可以重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。 2. 梯形图每一行都是从左母线开始的，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。 3. 除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都要被执行的程序段，可以通过特殊的内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接。 4. 在程序中，不允许编号相同的线圈两次出现。 5. 不允许出现桥式电路。 6. 程序的编写顺序应按自上而下、从左至右的方式编写，为了减少程序的步数，程序应为“左大右小，上大下小。 第 5 页 /共 12 页 5 设计过程 5.1 自动装车送料系统示意图 5.2 功能要求 初始状态：红灯 L1 灭，绿灯 L2 亮，表示允许汽车开进装料，料斗 K2，电动机 M1， M2， M3，皆为 OFF。当汽车到来时（用 S2 接通表示）， L1 亮， L2 灭，M3 运行，电动机 M2 在 M3 通 2S 后运行， M1 在 M2 通 2S 后运行， K2 在 M1 通 2S后打开出料。当料 满后（用 S2 断表示），料斗开关 K2 关闭，电动机 M1 延时 2S后关断， M2 在 M1 停 2S 后停止， M3 在 M2 停 2S 后停止， L2 灯亮， L1 灭，表示汽车可以开走。 第 6 页 /共 12 页 5.3 自动送料 装车 系统流程图 5.4 I/O 分配 输入设备 输入端子号 S2 X1 输出设备 输出端子号 K2 Y0 L1 Y2 L2 Y3 M1 Y4 M2 Y5 M3 Y6 第 7 页 /共 12 页 5.5 外部接线图 第 8 页 /共 12 页 5.6 梯形图 第 9 页 /共 12 页 5.7 程序清单 第 10 页 /共 12 页 5.8 工作过程 初始状态：红灯 L1 灭，绿灯 L2 亮，表示允许汽车开进装料，料斗 K2，电动机 M1， M2， M3，皆为 OFF。 当料不满（ S1 为 OFF），灯灭，料斗开关 K2 关闭（ OFF），灯灭，不出料，进料开关 K1 打开（ K1 为 ON）进料，否则不进料。当汽车到来时，M3 运行，电动机 M2 在 M3 运行 2 秒后运行， M1 在 M2 运行 2 秒后运行， K2 在 M1运行 2 秒后打开，出料。当汽车装料满 后（用 S2 表示），电动机 M1 延时 2 秒后关断， M2 在 M1 停 2 秒后停止， M3 在 M2 停 2 秒后停止 ， L2 灯亮， L1 灭，表示汽车可以开走。 5.9 程序调试 选择好 PLC 的类型，根据 PLC 外部电气原理图 ,将 PLC 与实验板正确接线 ,经检验无误后 ,接通 PLC电源 ,点击下载 ,将编译正确的程序下载至 PLC上 (程序要确保编译无错误，否则无法下载 ),打开监控 ,以便观察程序运行中各触点的开合情况 ,方便检查程序错误 ,最后将 PLC 置于运行模式 ,运行程序 ,开始操作。若操作成功后，先把 PLC 置于停止状态，关闭监控，再拔 PLC 电源。 调试 过程中，发现阀门 K1 在进料满检测开关 S1 闭合以后关闭，但 S1 一打开阀门 K1 又开始打开进料，同时出料阀门 K2 在 S1 闭合时打开， S1 打开后就闭合了，无法满足送料装车的要求，经检查发现是出料阀门 K2 没有通电自锁，而进料阀门是靠出料阀门的常闭触点来给它长期断电的，所以就造成了上述现象，得出结论，通过按钮给线圈通电的，如果不是点动就一定要加该线圈的自锁触点 6 总结 通过这次 自动送料装车系统 课程设计 我对可编程控制器这门课有了更进一步的了解和认识， 对可编程控制器的控制系统的设计原则、梯形图的设计规则及其各种指 令功能有了更深刻的了解，并且掌握到了更多书本外的知识。 通过这次自动送料装车系统课程设计 使 我了 解到如何 将 自己 学到的 知识 与生活中实际