煤场取料机的PLC控制系统设计.doc

本科毕业设计(论文)煤场取料机的plc控制系统设计燕 山 大 学2013年6月本科毕业设计(论文)煤场取料机的plc控制系统设计学 院： 电气工程学院 专 业： 工业自动化仪表 学生姓名： 学 号： 指导教师： 答辩日期： 2013.06.23 燕山大学毕业设计(论文)任务书学院：电气工程学院 系级教学单位：自动化仪表系 学号学生姓名专 业班 级题目题目名称煤场取料机plc控制系统设计题目性质1.理工类：工程设计 ( )；工程技术实验研究型( )；理论研究型( )；计算机软件型( )；综合型( )。2.文管类( )；3.外语类( )；4.艺术类( )。题目类型1.毕业设计( ) 2.论文( )题目来源科研课题( ) 生产实际( )自选题目( ) 主要内容1、研究煤场取料机工艺流程2、设计煤场取料机电气系统和plc控制系统的硬件3、编写煤场取料机plc控制系统软件。基本要求1、方案设计合理、查阅文献充分；2、理论分析正确、论证严密；3、实验结果可靠，与理论相符；4、毕业设计论文符合撰写规范、符合要求。参考资料1、查阅相关文献2、ab公司plc的使用手册3、电气控制及plc机械工业出版社 作者：周军.2001年周 次14周58周912周1316周1718周应完成的内容查阅资料阅读文献方案论证建立模型理论分析算法设计软件学习仿真实验撰写论文准备答辩指导教师： 职称：教授 年 月 日系级教学单位审批： 年 月 日摘要摘要在码头、港口、煤场等大型散装货物现场，把散货从一个地方连续高效地转移到另一个地方的机械化设备叫做取料机。取料机机械设备是现代化大宗散货工业现场不可或缺的高效设备，目前，取料机已经广泛应用于各种大型的码头、港口、冶金、水泥等散料的取料作业，取料机的使用，使得现代工业能够高效的运转，大大的提高了现场工作效率。取料机的生产效率决定了散装货物的流转速度，因此提高取料机的生产效率就是提高现代工业现场的工作效率。plc控制技术在取料机领域的大规模应用，使这一愿想得以实现，大大提高了工作效率，降低了劳动成本。本次设计完全由个人进行设计，对取料机plc控制系统进行了详细的介绍和研究，尤其是应用plc的取料过程做了比较系统的分析，在设计取料的过程中，充分考虑了现场的实际环境，简单而且安全。首先，充分讨论了取料机取料的工艺流程，设计最佳的取料方案，使得资源最优化。然后根据现场的控制要求选择plc的机型。把取料机的各个环节的动作原理作充分的了解，确定取料机的设计方案，最后编写控制程序并作上位机的上位仿真测试系统的正确性。由此开发了取料机的plc控制系统，该系统具有较强的可靠性和稳定性。关键词 煤场；取料机；plc；自动控制i燕山大学本科生毕业设计(论文)abstractabstractin the dock, harbor, coal yard and other large bulk cargo scene, the bulk efficient continuous from one place to another place called reclaimer mechanized equipment. reclaimer machinery and equipment is a modern industrial field of bulk cargo indispensable efficient equipment, at present, reclaimer has been widely used in various large pier, port, metallurgy, cement and other bulk materials reclaiming operations reclaimer , it allows efficient operation of modern industry can greatly improve the efficiency of field work. reclaimer productivity determines the flow rate of bulk cargo, thus increasing reclaimer is to improve production efficiency of modern industrial field work efficiency. plc control technology in the field of reclaimers large-scale applications, make this wish would be realized, greatly improving the work efficiency, reduce labor costs. this design is designed entirely by individuals, pairs reclaimer plc control system for a detailed presentation and study, especially the application of plc reclaiming process made more systematic analysis, design reclaiming process, full account of the actual field environment, simple and safe. first, a full discussion of the reclaimer reclaiming process flow, design the best program reclaimer, making resource optimization. then according to the site of the control requirements of plc models, the reclaimer for all aspects of the operation principle of full understanding, determine reclaimer design, preparation of the final control procedures and make the host pc simulation test system correctness. thus developing the reclaimer plc control system, which has reliability and stability. keywords coal field; reclaimer; plc ;automatic controliii 目 录摘要iabstractiii第1章 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 煤场取料机控制系统研究现状和成果21.3 取料机取料工艺流程31.4 主要研究内容及组织结构安排5第2章 取料机控制系统硬件设计72.1 设计任务要求72.2 取料机硬件系统电气回路及技术参数72.3 主要硬件电路控制设计102.4 plc硬件配置162.4.1 plc基本知识162.4.2 取料机控制系统选型指南182.4.3 plc机型的选择192.4.4 模块连线图212.5 本章小结24第3章 取料机控制系统软件设计273.1 plc输入输出表设计273.1.1 plc输入273.1.2 plc输出273.2 控制标签的设计283.3 plc程序的设计293.4 本章小结33第4章 取料机控制系统上位组态与测试354.1 opc通信协议354.2 上位组态设计354.2.1 节点的建立364.2.2 标记数据库的建立364.2.3 标记监视器384.2.4 上位组态图形及测试404.3 本章小结41结论42参考文献43致谢45附录146附录253附录358附录463附录570附录679v第1章 绪论第1章 绪论1.1 课题研究背景及意义煤是现代化建设和人们社会生活不可或缺的资源，随着我国现代化建设步伐的持续加快，城镇化建设的不断推进，基础设施建设的不断完善，煤的生产量和出口量大大增加，人工劳作的成本日益上涨，企业间的竞争越来越激烈，使得单一简单的人工操作设备已经不能满足工业现场散货的流转效率，煤的大量使用对煤场散货的流转速度提出了更高的要求，煤场的生产量已经大大超出了煤料的流转速度，大量的煤料堆在工业现场而不能持续高效地运往需要它的地方，这间接的阻碍了工业的发展，而取料机这一高效设备的应用就充分解决了这一难题，它代替了人工劳动，降低了企业的生产成本，提高了企业的经济效益，而最重要的是取料机的工作过程是环保的，具有很强的可靠性和稳定性。plc控制技术是解决大宗散货现场设备高效性的核心技术，plc技术1是集成自动控制技术、计量学测试技术、新型传感器应用技术、计算机自动管理技术于一体的机电一体化技术；它充分利用了计算机对设备工作过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。所谓取料机实现全自动化，概要的讲就是由操控人员在中控室选择按启动按钮，取料机按要求寻位进行自动取料作业。目前，先进的无人自动控制取料机的在国外的生产线上已经广泛使用，受限于技术的瓶颈，国内大型散装货物现场应用的取料机大部分还是引进国外的设备，或者是购买国外的模块组装而成，国内的取料机无论是从机械结构的设计细节上还是从完整系统的设计理念上都和国外有一定差距，很多技术都是国外垄断的，国人无法自行设计。由于取料机的现实应用比较广泛，越来越向着大型化、无人化、多样化、环保化11和配置国际化的方向发展，作为大学毕业生，就业以后可能接触到取料机，因此了解取料机的工作原理以及系统设计很有必要。取料机的plc控制系统设计的设计过程中应用到了许多我大学专业课程的知识，这次毕业设计是我对大学知识的一次很好的回顾和系统知识的整理，根据所学过的plc、传感器，以及其它的相关知识设计取料机的控制系统，能够使我学以致用，把理论知识付诸实践，要在以后遇到类似的系统，能从原理上了解它，在修理及维护时，做到随心应手，更好的面对工作中的挑战。因此，这次毕业设计具有十分重要的意义。1.2 煤场取料机控制系统研究现状和成果取料机是煤场煤料流转现场的核心高效设备，是煤料从生产现场运往使用现场的关键设备，这个环节的稳定性和可靠性直接影响到工业现场的效率和企业的经济效益，因此许多专家和学者对取料机的研究和改造始终没有停止过，他们有的从取料机的机械结构进行改造，使取料机的结构更加适合工业现场的实际环境；有的从取料机的控制系统进行设计和改造，利用多种型号的plc，诸如西门子s7-300、欧姆龙、三菱、罗克韦尔等对取料机进行编程，继而从中找到最优的、相对简洁的程序对取料机进行控制，取得一定的研究成果。闫军、周志霞对取料机的工作过程和主要工艺流程进行了分析，对整个取料机工艺及流程进行了全方位的自动控制，设计了功能相对齐全的监控系统。该监控系统可以对整个取料机的工作状态进行实时监控。应用西门子s7-300作为plc控制器，组态王作为上位机的监控软件，有效地提高了取料机的工作效率，改善了工作环境2。张子才等人认为料场无人化系统是散货运输行业的一项全新技术，采用先进的工业自动化控制技术、检测技术、测绘技术、计算机图像图形处理技术以及网络通讯技术，可以实现堆取料机的自动化堆取料作业利用激光扫描技术，对料堆进行动态实时扫描，并进行仿真处理，形成三维图像及料堆信息数据库，将取料作业设计计划自动转化为plc控制指令，控制取料机自动寻址，然后根据设定的数据，如堆形、堆高、堆宽等，根据指定的料堆，自动寻找料对切入点，完成自动取料3。张松认为对qql1300 42型混匀取料机的主梁结构、取料斗、滚轮系统以及小车运行机构进行改进，可以使取料设备的可靠性显著提高，故障率降低70%左右，能够使设备的维修费用大幅度降低，同时备品备件费用降低4。张鼎祥认为一个好的总体设计决定了一台斗轮取料机的优劣。选择合适的机型，采用现代设计方法和设计手段，对不同的机构形式进行优化组合，合理设计，就可以满足各项功能的技术要求5。刘伟峰针对斗轮堆取料机的取料能力偏低而无法适应运煤系统处理的问题，分析了斗轮取料机取料能力关联因素提出了提升取料能力的改造方案，通过计算斗子容量与取料能力的变化关系、斗轮转速、工进的距离论证了斗容变化与取料能力的关系及改造实施后可以产生的经济效益。研究结论为增大斗子容量是提升斗轮堆取料机取料能力的经济易行的改造方案，具有一定的推广价值15。对于取料机的研究和改造许多专家和学者从模型设计和控制算法两个方面的理论研究取得一定的进展，已经有部分国外的企业将理论用用到为实际的取料机设备当中去，在现场的实际控制中取得了不错的成效，国内受限于技术开发的瓶颈，目前尚且止步于理论阶段。1.3 取料机取料工艺流程取料机主要由行走装置、刮板、耙车、悬臂皮带四部分构成。行走装置是架设在轨道上的带有四个车轮的装置，它的作用主要是在控制系统的驱动下实现取料设备的行走和换堆取料。刮板是紧贴着煤料低端负责把煤料运转到悬臂皮带上的带有刮槽的装置。耙车是对煤料进行松动并控制煤料下滑流量的左右摆动的辅助装置。悬臂皮带承接着刮板，是把刮板送来的煤料利用皮带转动输送到下一站。设备主要是在耙车的摆动下依靠煤料的重力使得煤料自动下滑到刮板上，随着行走装置的慢速前进，刮板把煤料运转到侧旁的悬臂皮带上，依靠悬臂皮带的滚动把煤料运走。根据设计要求，现场为取料机的工作设计5个限位开关，开始取料机停在初始位置，即两个料堆的中间限位开关5处，根据取料信号，取料机可以选择去左右两个料堆进行取料，假如控制系统给取料机去左堆进行取料，则取料机将会快速向左堆行走，并在触及限位开关1时，向左快速行走停止并启动悬臂皮带转动5s后刮板进行转动，5s后耙车1进行摆动，再5s后行走装置慢速向左驱动，取料开始。到达限位开关2时，慢速驱动、耙车停止工作，10s后刮板和悬臂皮带停止工作，行走装置快速向右驱动，这使得刮板和皮带上的煤料能够充分运走，降低能耗。行走装置碰到限位开关5时停止驱动，继续等待取料信号。假如控制系统给取料机去右堆进行取料，则取料机将会快速向右堆行走，并在触及限位开关3时，向右快速行走停止并启动悬臂皮带转动5s后刮板进行转动，5s后耙车2进行摆动，再5s后行走装置慢速向右驱动，取料开始。到达限位开关4时，慢速驱动、耙车停止工作，10s后刮板和悬臂皮带停止工作，行走装置快速向左驱动，这使得刮板和皮带上的煤料能够充分运走，降低能耗。行走装置碰到限位开关5时停止驱动，继续等待取料信号。取料机具体的工艺流程图如图1-2所示。取料机的工作过程只是一系列生产传输流程中的一小部分，取料机设备相当于一个大型的机车，骑跨在煤堆两侧的轨道上在两个轨道之间存放着大量的散煤料，这些煤料堆是由堆料机堆料而成，取料机和堆料机之间有联锁信号，可以保证两个设备不会同时到一个料堆进行作业，由于我设计的是取料机的控制系统，在此堆料机的设计不再赘述。取料机位于两个煤料堆之间，它的行走范围也是有限的几十米，在系统的信号驱动下工作，往返于两个料对之间进行取料，耙车有前后两个，分别在左堆和右堆工作，它不仅可以把较大的煤料碎成小块的散料，更可以控制煤料的大量下滑，减轻刮板和悬臂皮带的负荷。现场的取料机机械设备如图1-1所示。图1-1 现场装备图1-2 取料机工艺流程图1.4 主要研究内容及组织结构安排本文主要研究内容是取料机外部控制电路的设计、plc控制程序设计和上位组态界面的制作，以及对控制程序的组态仿真。第二章主要介绍取料机的硬件电路设计，主要包括取料机的电气回路和控制回路设计，以及一些plc输入输出与处理器之间的连线关系。第三章主要是输入输出标签的绘制以及plc逻辑控制梯形图的编程及调试。第四章主要是介绍上位组态界面的绘制和系统的通讯连接，最后完成对控制指令的测试。85 第2章 取料机控制系统硬件设计第2章 取料机控制系统硬件设计2.1 设计任务要求(1)行走装置电机的正常运转控制。由于初始取料信号的不同，行走电机的转动方向相反，因此要使左右行进驱动的电机进行互锁，已确定取料机动作的唯一性和确定性。(2)耙车电机的摆速控制。耙车电机的作用是驱动耙车在一定的范围内进行摆动，左右都有极限位开关，摆动的速度要和慢速电机的转速和刮板的速度进行协调，摆动过快或过慢都会导致系统负荷过大而出现故障。(3)刮板电机的控制。刮板电机的转速需和悬臂皮带电机的转速进行协调，过多的输出煤料可能会导致皮带的断裂。(4)悬臂皮带电机的控制。悬臂皮带电机工作的异常直接会导致系统的瘫痪，大量煤料的堆积会对系统造成超大的负荷，而且会降低煤料的输送效率。2.2 取料机硬件系统电气回路及技术参数取料机由机械部分和电气控制部分两部分组成，机械部分主要由车架、耙车、刮板、轮子等部分组成。与电气传动有关的技术的参数如下：(1)行走快速电机的技术参数电气回路如图2-1：电机型号为ya132s-4电压ac380v的电机，功率5.5 kw。断路器型号为dz47-63。主回路中的低压断路器和热继电器起过热过载保护电路的作用。当电机在运行过程中电压、电流或电机主回路的温度出现异常时，主回路中的断路器和热继电器就会起到保护电路的作用，防止电机在异常条件下工作运行，以免损坏电机的寿命。当主回路中km1闭合时，快速电机将会正转，此时对应取料机快速左行，取料机将在接下来的一段时间内在左堆取料。由于在控制电路中km1和km2的继电器进行了互锁，电气回路中的km1、km2不会同时闭合，这对电机也起到了一定的保护作用。(2)行走慢速电机的技术参数电气回路如图2-2：型号为ya801-4 额定功率0.55kw 电压ac380v 图2-1 行走快速电机电气回路 图2-2 行走慢速电机电气回路的电机。断路器型号为dz47-63。主回路中的低压断路器和热继电器起过热过载保护电路的作用。在慢速电机的控制回路里也设置了电机正反转互锁，其动作机制和快速电机一样。(3) 耙车1电机的技术参数电气回路如图2-3：额定功率18.5kw电压 ac380v。断路器型号为dz47-63。主回路中的低压断路器和热继电器起过热过载保护电路的作用。在耙车1电机的控制回路里也设置了电机正反转互锁，其动作机制和快速电机一样。(4) 耙车2电机的技术参数电气回路如图2-4：额定功率18.5kw电压 ac380v。断路器型号为dz47-63。主回路中的低压断路器和热继电器起过热过载保护电路的作用。在耙车2电机的控制回路里也设置了电机正反转互锁，其动作机制和快速电机一样。 图2-3 耙车1电机电气回路 图2-4 耙车2电机电气回路(5) 刮板电机的技术参数电气回路如图2-5：电机型号ya280m-4电压ac380v，功率为90kw。断路器型号为cm1-225l。主回路中的低压断路器和热继电器起过热过载保护电路的作用。(6) 悬臂皮带电机的技术参数电气回路如图2-6：电机型号ya280s-4电压ac380v，功率为55 kw。断路器型号为dz47-63。主回路中的低压断路器和热继电器起过热过载保护电路的作用。 图2-5 刮板电机控制回路 图2-6 悬臂皮带电机电气回路2.3 主要硬件电路控制设计 (1) 行走快速电机的电气控制电气控制回路如图2-7所示。快速电机采用直接启动方式。控制回路是一个典型的正反转电路，当快速电机上电后，开关打到中控位，plc会收到快速电机的备妥信号，系统发出驱动命令，它等待系统给它的驱动信号，当系统的快速正转驱动信号发出后，继电器1k得电，1k得电后使得浮点1k闭合，浮点闭合后使得继电器km1得电，km1的浮点是控制快速电机正转的开关，km1得电使得它的浮点闭合，快速电机正转，快速电机正转对应取料机向左行走。在正转电路里加入了一个反转接触器的常闭触点，这样就保证了正转时不能反转。当系统的快速反转驱动信号发出后，继电器2k得电，2k得电后使得浮点2k闭合，浮点闭合后使得继电器km2得电，km2的浮点是控制快速电机正转的开关，km2得电使得它的浮点闭合，快速电机反转，快速电机反转对应取料机向右行走。在反转电路里加入了一个正转接触器的常闭触点，这样就保证了反转时不能正转。在取料完成后，即碰到限位开关2和限位开关4后，会有定时器进行计时，在保证煤料已经彻底取完后，计时结束时会驱动快速电机正转或反转，其启动原理和上述过程一致。图2-7 行走快速电机电气控制电路(2) 行走慢速电机的电气控制电气控制回路如图2-8所示。慢速电机也是采用直接启动方式。控制回路也是一个典型的正反转电路，当慢速电机上电后，开关打到中控位，plc会收到慢速电机的备妥信号，进而系统发出驱动命令，它等待系统给它的驱动信号，当取料机碰到限位开关1，并且悬臂皮带、刮板和耙车都启动后，系统的慢速正转驱动信号发出，继电器3k得电，3k得电后使得浮点3k闭合，浮点闭合后使得继电器km3得电，km3的浮点是控制慢速电机正转的开关，km3得电使得它的浮点闭合，慢速电机正转，慢速电机正转对应取料机向左行走。在正转电路里加入了一个反转接触器的常闭触点，这样就保证了正转时不能反转。当取料机碰到限位开关3，并且悬臂皮带、刮板和耙车都启动后，系统的慢速反转驱动信号发出，继电器4k得电，4k得电后使得浮点4k闭合，浮点闭合后使得继电器km4得电，km4的浮点是控制慢速电机正转的开关，km4得电使得它的浮点闭合，慢速电机反转，慢速电机反转对应取料机向右行走。在反转电路里加入了一个正转接触器的常闭触点，这样就保证了反转时不能正转。图2-8 行走慢速电机电气控制电路(3) 耙车1电机的电气控制电气控制回路如图2-9所示。耙车1电机也是采用直接启动方式。控制回路还是一个典型的正反转电路，当耙车1电机上电后，开关打到中控位，plc会收到耙车电机的备妥信号，进而系统发出驱动命令，它等待系统给它的驱动信号，当取料机碰到限位开关1，并且悬臂皮带和刮板都启动后，系统的耙车正转驱动信号发出，继电器5k得电，5k得电后使得浮点5k闭合，浮点闭合后使得继电器km5得电，km5的浮点是控制耙车1电机正转的开关，km5得电使得它的浮点闭合，耙车1电机正转，耙车1电机正转对应取料机耙车1向前摆动。在正转电路里加入了一个反转接触器的常闭触点，这样就保证了正转时不能反转。当碰到耙车1前限位开关，系统的耙车1反转驱动信号发出，继电器6k得电，6k得电后使得浮点6k闭合，浮点闭合后使得继电器km6得电，km6的浮点是控制慢速电机正转的开关，km6得电使得它的浮点闭合，慢速电机反转，慢速电机反转对应取料机向后摆动。在触碰到耙车1后限位开关时，耙车1正转启动，由此往复运行，直到左料堆取料结束。在反转电路里加入了一个正转接触器的常闭触点，这样就保证了反转时不能正转。图2-9 耙车1电机电气控制电路(4) 耙车2电机的电气控制电气控制回路如图2-10所示。耙车2电机也是采用直接启动方式。控制回路还是一个典型的正反转电路，当耙车2电机上电后，开关打到中控位，plc会收到耙车电机的备妥信号，进而系统发出驱动命令，它等待系统给它的驱动信号，当取料机碰到限位开关1，并且悬臂皮带和刮板都启动后，系统的耙车正转驱动信号发出，继电器5k得电，5k得电后使得浮点5k闭合，浮点闭合后使得继电器km5得电，km5的浮点是控制耙车2电机正转的开关，km5得电使得它的浮点闭合，耙车2电机正转，耙车2电机正转对应取料机耙车2向前摆动。在正转电路里加入了一个反转接触器的常闭触点，这样就保证了正转时不能反转。当碰到耙车2前限位开关，系统的耙车2反转驱动信号发出，继电器6k得电，6k得电后使得浮点6k闭合，浮点闭合后使得继电器km6得电，km6的浮点是控制慢速电机正转的开关，km6得电使得它的浮点闭合，慢速电机反转，慢速电机反转对应取料机向后摆动。在触碰到耙车2后限位开关时，耙车2正转启动，由此往复运行，直到右料堆取料结束。在反转电路里加入了一个正转接触器的常闭触点，这样就保证了反转时不能正转。(5) 刮板电机的电气控制电气控制回路如图2-11所示。刮板电机采用直接启动的方式。其控制回路是一个典型的单向电路，刮板电机上电并打到中控位且刮板电机备妥后，等待驱动信号。当系统的刮板驱动信号发出后，继电器7k得电，7k得电后使得浮点7k闭合，浮点闭合后使得继电器km7得电，km7的浮点是控制刮板电机转动的开关，km7得电使得它的浮点闭合，刮板电机转动。(6) 悬臂皮带电机的电气控制 电气控制回路如图2-12所示。悬臂皮带电机采用直接启动的方式。其控制回路是一个典型的单向电路，悬臂皮带电机上电并打到中控位且刮板电机备妥后，等待驱动信号。当系统的悬臂皮带驱动信号发出后，继电器8k得电，8k得电后使得浮点8k闭合，浮点闭合后使得继电器km8得电，km8的浮点是控制悬臂皮带电机转动的开关，km8得电使得它的浮点闭合，悬臂皮带电机转动。图2-10 耙车2电机电气控制电路图2-11 刮板电机电气控制电路图2-12 悬臂皮带电机电气控制电路2.4 plc硬件配置2.4.1 plc基本知识2.4.1.1 plc的特点(1) 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性7是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的f系列plc平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余cpu的plc的平均无故障工作时间则更长。从plc的机外电路来说，使用plc构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，plc带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除plc以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性。(2) 配套齐全，功能完善，适用性强plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代plc大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来plc的功能单元大量涌现，使plc渗透到了位置控制、温度控制、cnc等各种工业控制中。加上plc通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用plc组成各种控制系统变得非常容易。(3) 易学易用，容易掌握plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。(4) 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(5) 体积小，重量轻，能耗低以超小型plc为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.4.1.2 plc控制系统设计步骤(1) 分析被控对象，提出控制要求。(2) 确定输入、输出设备。(3) 确定plc的i/o点数，选择plc机型。(4) 分配i/o点数，绘制plc控制系统输入、输出端子接线图。 (5) 程序设计。a.初始化程序；b.控制程序；c.检测、故障诊断和显示等程序；d.保护和联锁程序。(6) 程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。(7) 调试过程结束，整理技术资料，投入使用。2.4.1.3 plc模块的选择(1) 远程i/o模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远离控制站。(2) 高速计数器模块：当plc内部的高速计数器的最高计数频率不能满足要求时，可选择使用。(3) 定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位。(4) 通信联网模块：plc与plc之间，或plc与计算机之间的通信与联网。(5) 模拟输入模块、输出模块：把流量、速度、压力、风、力、张力等变换成数字量，及把数字量变换成模拟量，进行输入、输出。2.4.2 取料机控制系统选型指南取料机控制系统在一个成本具有竞争力的小软件包中提供顺序、过程、运动和传动方面的控制盒通讯以及最新技术的i/o8。系统是模块化的，因此可以高效地设计、构建和修改系统。在培训和工程方面可节省大量的成本。一个简单的取料机控制系统可由单个机架的独立控制器和i/o模块组成。还可以将取料机控制系统作为网关。包括连接到其它的网络所需的通讯模块。这种用法不需要控制器。取料机控制网关集成到现有的基于plc的系统中，以便使用现有的网络的用户可以向它发送消息或从其它网络接收消息。 通过确定网络配置和每个位置中的组件位置来布置系统。此时决定每个位置是否要自己的控制器。将每个控制器的i/o放置在独立的网络上，可最大程度天狗系统的性能并更易于适应将来的网络或系统配置变化。如果计划共享i/o，则要确保i/o处于每个控制器都可以访问的网络上。假设位置a 和位置b都需要控制器及其自己的i/o，两个控制器都与时间关键的信息进行交换。取料机控制系统选型步骤如下：1、 选择i/o设备设备的位置所需的点数适当的产品目录号模块数2、选择运动控制盒传动要求3、选择通讯模块4、选择控制器所需的控制器任务所需要的i/o点数所需的控制器内存5、选择机架6、选择电源7、选择软件2.4.3 plc机型的选择随着plc技术的发展，plc产品的种类也越来越多。不同型号的plc，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用plc，对于提高plc控制系统的技术经济指标有着重要意义。在plc系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是plc工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。plc及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用plc应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，plc的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定plc的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的plc和设计相应的控制系统。2.4.3.1 plc的选择表2.1 plc选型表 机架1756-la7 电源1756-pa72 cpu1756-l61di(数字量输入)1756-im16ido(数字量输出) 1756-om16iplc机型、i/o模块选择。根据煤场取料机工艺和控制要求，列出该系统的输入/输出表。从表中可得出该系统输入、输出数总和为61点，其中有36个数字量输入，25个数字量输出，属于小型的控制系统。这种系统用一般的plc均可满足要求，选型时应将性价比作为重点考虑因素。经计算各种机型和方案的投入费用，依经济性原则选择最优方案为1756controllogix系列可编程控制器，型号为1756-l55。1756controllogix系列可编程控制器是plc的佼佼者，比国外著名公司的plc价格低，但功能相似。其属紧凑组合式小型plc，价格便宜，易于操作，结构小巧，可靠性高，适宜于点数较少的单机控制场合。在此基础上，选择数字量输入模块a0a3四块，输出模块a4a6三块。因其为组合式plc，故还应选择电源框架和编程器。 综上所述plc选型如上表2.1所示。2.4.3.2 plc配置说明plc模块配置图见图2-13。 plc的模块配置由中央处理器cpu、电源、a0a6七个输入输出模块组成，这些模块都会放在电气柜的插槽里，与系统的其他设备连线，在下载控制程序后可以实现设计的功能，这是整个取料机控制系统的核心设备，一旦控制中心出现错误，整个系统将会瘫痪。因此在连线的过程中，一定要注意布线的两端是否一致。图2-13 plc模块配置图(1)1756-l61的cpu模块自带存储器，故不需另选存储器。若cpu不带存储器，则应注意组合型的plc需另配一个存储器模块，以备永久存放调试好的最终程序。(2)该系统对plc输入数的总需求为36点。因此本系统采用12点输入模块4块，其中12点作为裕量，以备日后对系统改进和扩充时使用。 (3)本系统对可编程控制器输出数的总需求为25点。因此本系统采用16点输入模块3块，其中23点作为裕量，以备日后对系统改进和扩充时使用。(4)1756controllogix系列系统配备的电源框架有2槽、3槽、5槽、8槽四种，因该系统选用的i/o模块为7块，故确定本系统选用8槽机件框架1756-la7。在系统连线时，将各个模块直接插入机件框架插槽中即可。2.4.4 模块连线图在做硬件连接图前，应在plc用户手册上查出所用各模块的接线图，严格按连接图接线。1、输入模块1756-im16i的接线图如图2-14、图2-15、图2-16所示。如图2-14的连接图显示，输入模块1与外部电机设备信号的连接情况，主要涵盖了快速电机、慢速电机、耙车电机、刮板电机、悬臂皮带电机的备妥、应答输入点是如何与输入模块1的0011这些点一一对应连接的。每一个信号发出后都会触发plc相应的点，产生相应的应答、动作。如图2-15的连接图显示，输入模块2与外部联锁信号之间的连接情况，主要包括了启动、停止、故障、平台选择这些点点是如何与输入模块2的0011这些点一一对应连接的。这些按钮都是点动的，在控制程序里都有相应的自锁信号，这样可以保证系统的正确运行。图2-14 输入模块1图2-15 输入模块2图2-16 输入模块3如图2-16显示，输入模块3与外部限位开关信号之间的连接情况，这些开关信号有的架设在导轨上，有的安装在耙车的前后极限位，通过图2-16可以知道它们是如何与输入模块2的0011这些点一一对应连接的。2、输出模块1756-om16i的接线图如图2-17、图2-18所示。图2-17 输出模块1如图2-17的连接图显示，输出模块1与外部电机驱动信号和输出控制信号之间的连接情况，主要是一系列的电机驱动信号和启动控制信号这些点与输出模块1中0015的一一对应连接表。图2-18 输出模块2如图2-18的连接图显示，输入出模块2与外部指示灯信号之间的连接情况，指示灯对与提示系统的稳定性有很重要的作用，主要是车位的信号和平台选择信号，其余剩下的点和模块作为裕量，以备日后对系统改进和扩充时使用。2.5 本章小结(1)本系统原理控制图较多，各图之间都有紧密的关系。阅读原理图时要用系统、整体的观点去对待，善于从中找出内在的关联。 (2)熟悉工艺过程和控制任务是建立i/o表的基础，也是关系到设计成败的出发点。在操作方式选择和细节设计时，应最大限度地满足操作方便、功能齐全的设计目标。总体设计是分配各个控制系统和软、硬件任务划分及联系的核心，要在设计初期给予充分重视。应避免在总体设计未完成的情况下，先动手做细节问题，最终导致整个系统无法正确连接，成为一个个分散的小系统。 (3)plc的i/o模块选好后，要进行地址分配，这个地址应与i/o表及功能模块程序一一对应，才能将整个系统各部分正确地联系在一起。(4)plc的i/o模块中有些插槽内没有接任何的输入和输出，主要是预留出一定的裕量，为以后扩展时使用。多余的指示灯是为现场调试时需增加设备情况下的备用灯。第3章 取料机控制系统软件设计第3章 取料机控制系统软件设计3.1 plc输入输出表设计3.1.1 plc输入i1.0是系统上电信号，i1.1是系统断电信号，i1.2是中控位启动信号，i1.3是操作台选择信号，i1.4、i3.5、i3.6分别是是快速电机备妥、快速电机左行应答、快速电机右行应答信号，i1.5、i3.7、i4.0分别是慢速电机备妥、慢速电机左行应答、慢速电机右行应答信号，i1.6、i1.7、i4.1、i4.3分别是耙车1电机备妥、耙车2电机备妥、耙车1电机应答、耙车2电机应答信号，i2.0、i2.1、i4.5、i4.6分别是刮板电机备妥、悬臂皮带电机备妥、刮板电机应答、悬臂皮带电机应答信号，i2.2、i2.3分别是去左堆取料、去右堆取料信号，i2.4i2.7分别是耙车1前限位开关、耙车1后限位开关、耙车2前限位开关、耙车2后限位开关，i3.0i3.4分别是导轨上的限位开关1、限位开关2、限位开关3、限位开关4、限位开关5，i4.7是检查备妥信号，i5.0是故障信号，i5.1是故障排除信号，i5.2是中控位选择信号，i5.3是中控位停止信号。3.1.2 plc输出o1.0、o1.1分别是快速电机左驱动信号、快速电机右驱动信号，o1.2、o1.3分别是慢速电机左驱动信号、慢速电机右驱动信号，o1.4、o3.1分别是刮板驱动信号、悬臂皮带驱动信号，o1.5、o1.6分别是耙车1驱动信号、耙车2驱动信号，o2.1是可启动系统信号，o4.1、o4.2、o3.7、o4.0分别是耙车1向前驱动信号、耙车1向后驱动信号、耙车2向前驱动信号、耙车2向后驱动信号，o1.7、o2.0、o2.2o2.5、o3.0、o3.3、o3.4分别是中控位灯显信号、系统上电灯显信号、操作台选择指示灯信号、大车向左灯显信号、大车向右灯显信号、紧急停车灯显信号、维修位灯显信号、在左堆灯显信号、在右堆灯显信号，o2.7是启动铃信号。3.2 控制标签的设计根据总体设计思路和实际控制方案，做出完整的输入标签如表3-1所示。 表3-1 数字量输入标签对应设备对应模块输入数据类型名称sb1di2:04i1.0bool上电sb2di2:05i1.1bool断电sb3di2:06i1.2bool中控位启动sb4di2:07i1.3bool操作台选择k1di1:00i1.4bool快速电机备妥k3di1:03i1.5bool慢速电机备妥k5di1:06i1.6bool耙车1电机备妥k9di2:01i1.7bool耙车2电机备妥k7di1:09i2.0bool刮板电机备妥k8di1:11i2.1bool悬臂皮带电机备妥km11di3:01i2.2bool去左堆取料km12di3:02i2.3bool去右堆取料sq6di3:03i2.4bool耙车1前限位s