自动送料控制系统PLC控制程序设计.doc

西南科技大学高等教育自学考试毕业设计（论文）任务书 题目名称自动送料控制系统PLC控制程序设计学生姓名常中扬准考证号题目来源教师科研 社会实践实验室建设 其它题 目 类 型理论研究 应用研究设计开发 其它选题背景及目的本次设计是对自动送料控制系统PLC控制程序设计，主要进行对基于西门子S7-200 PLC自动送料控制系统的控制程序进行了设计。毕业设计是本专业培养学生的最后一个综合性的实践教学环节。通过完成一定的生产设计或科研试制任务，使学生获得运用基本理论的工程技术训练，培养学生独立分析和处理专业问题的能力，达到综合素质和专业能力的提高。具体应达到：1 掌握查阅资料的方法。资料应为本专业涉及的各种文献资料（包括外文资料）和各种工具书的使用方法。2 巩固专业思想，确立为我国机械制造事业奋斗的志向。在工作态度、纪律和团结协作等方面受到良好的训练，为毕业后走上工作岗位作好准备。3 培养学生综合运用科学理论知识，实践知识，结合生产、科研课题，独立分析与解决本专业技术问题的能力。4 进一步提高学生的设计计算、计算机绘图，以及实验测量等基本技能。5 培养学生应用写作能力。工作任务及要求本设计研究的主要内容主要基于西门子S7-200 PLC自动送料控制系统方案的选择、自动送料系统程序设计。完成任务量设计说明书（不少于10000字）。时间安排1. 开题报告: 2010 年12月 1 日 至 2010年 12月11日。2. 完成初稿： 2010 年12月12日 至 2011年 2月 28日。3答 辩： 2011年 3月26日 至 2011年 3月 26日。以上内容由指导教师填写指导教师签 字教师姓名：年 月 日助学点审核审核意见： 组长签字： 年 月 日学生接受任务签字接受任务时间： 年 月 日 学生签名： 西南科技大学高等教育自学考试毕业设计（论文）申报表 学生姓名常中扬性别男 年龄23准考证号学生住址昆明市五华区学府路388号联系电话毕业设计（论文）题目名称自动送料控制系统PLC控制程序设计拟请指导教师指导教师职称讲师指导教师电话指导教师单位昆明冶金高等专科学校选题背景及目的本次设计是对自动送料控制系统PLC控制程序设计，主要进行对基于西门子S7-200 PLC自动送料控制系统的控制程序进行了设计。毕业设计是本专业培养学生的最后一个综合性的实践教学环节。通过完成一定的生产设计或科研试制任务，使学生获得运用基本理论的工程技术训练，培养学生独立分析和处理专业问题的能力，达到综合素质和专业能力的提高。具体应达到：1 掌握查阅资料的方法。资料应为本专业涉及的各种文献资料（包括外文资料）和各种工具书的使用方法。2 巩固专业思想，确立为我国机械制造事业奋斗的志向。在工作态度、纪律和团结协作等方面受到良好的训练，为毕业后走上工作岗位作好准备。3 培养学生综合运用科学理论知识，实践知识，结合生产、科研课题，独立分析与解决本专业技术问题的能力。4 进一步提高学生的设计计算、计算机绘图，以及实验测量等基本技能。5 培养学生应用写作能力。工作任务及要求本设计研究的主要内容主要基于西门子S7-200 PLC自动送料控制系统方案的选择、自动送料系统程序设计。完成任务量设计说明书（不少于10000字）。时间安排1. 开题报告: 2010 年12月 1 日 至 2010年 12月11日。2. 完成初稿： 2010 年12月12日 至 2011年 2月 28日。3答 辩： 2011年 3月26日 至 2011年 3月 26日。助学中心评审意见主考院校评审意见西南科技大学高等教育自学考试毕业设计（论文）进度检查及成绩评定表日期工作内容执行情况指导教师签字学生姓名专业班级准考证号成绩汇总评分项目评分比例（）分数总分指导教师评分40评阅教师评分30答辩小组评分30指导教师毕业设计（论文）过程评语评分签字： 年 月 日评阅教师毕业设计（论文）成果评语评分签字： 年 月 日答辩组毕业设计（论文）答辩评语评分签字： 年 月 日主考院校评审意见签章 年 月 日摘要可编程序控制器简称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手动和自动化的转化，改变以往单纯手动送料，减少了劳动力，提高了生产效率，实现了自动化生产。而且自动送料的设计是由于工作环境恶劣，人很难进入工作环境的情况下孕育而成的。本文从第一章前言开始，第二章简单的介绍了西门子S7-200PLC，第三章介绍了自动控制系统的控制要求，第四章介绍了为什么要选择用PLC来做自动控制系统，第五章介绍了自动系统的具体设计，包括PLC 的I/O地址分配、流程图、梯形图、程序图、端子接线图，第六章通过程序调试最后得出结论。关键词：西门子S7-200PLC、自动控制送料、自动化、程序设计目录1 前言42 西门子S7-200 PLC简介.52.1 S7-200PLC的系统组成.52.2 S7-200PLC的性能特点62.3 S7-200PLC的编程语言.73 控制系统介绍和控制要求.83.1 自动控制送料系统的内容.83.2 自动控制送料系统在生产中的地位.94 自动送料系统方案的选择.94.1 可编程控制器PLC的优点.94.2 小车送料系统方案的选择.105 自动送料系统程序设计.115.1 送料小车PLC 的I/O地址分配.115.2 PLC流程图.125.3 PLC梯形图设计.135.4 PLC程序图.155.5 PLC端子接线图.176 系统程序调试及结论.186.1调试自动控制送料系统程序.186.2此次设计的心得体会.19致谢.20参考文献.211 前言目前我国的大部分乡镇企业、私营企业由于受到资金短缺或是管理等方面的限制，送料装置一般都是采用手动送料。手动送料不仅劳动强度大、效率低，而且还容易造成事故。 随着市场经济的发展，传统的手工送料已不能满足生产的要求。为了能跟上市场的发展，企业就需要一套自动化程度高、性能可靠、性价比高的自动送料装置来提高企业的生产效率。可编程序控制器（PLC）是二十世纪60年代以来发展极为迅速的一种先进的、新型的、通用的工业控制装置。现代PLC综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术，其应用越来越广泛、深入，已进入到系统的过程控制、运动控制、通信网络、人机交互等领域。PLC具有控制能力强、可靠性高、使用灵活方便和易于编程、扩展、通信等优点，是当今及今后工业控制的主要手段和控制核心。可控编程控制器（PLC），它是以微处理器为核心的通用工业控制装置，是在继电器-接触器控制基础上发展起来的。随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的迅猛发展，当今的PLC已近将3C（computer、control、communication）技术，即微型计算机技术、控制技术及通信技术融为一体，在控制系统中又能起到“3电”控制作用，即电控、电仪、电信这三个不同作用的一种高可靠性控制器，是当代工业生产自动化的重要支柱。送料车还可通过手动控制其运行，但操作比较起来复杂，而且易出错，PLC在小车自动送料控制系统中可实现较高的自动化程度，大大提高系统的稳定性和可靠性，减少调试、运行、维护的强度，成为“无人值班，少人值守”的优选小车送料自动控制系统。通过分析可知,用PLC控制运料系统，安全、可靠，而且维护、调试方便，具有很高的推广价值。综上所述，在本着降低生产成本、保障人身安全、提高生产率的科学人性化管理的方针下对送料装置进行自动化设计。本设计中的自动送料系统主要是采用以PLC为核心的自动控制技术来实现的。这样既可以降低企业的生产成本还能提高生产效率。2 西门子S7-200PLC简介2.1 S7-200PLC的系统组成同其他PLC一样，S7-200的系统基本组成也是由主机单元和编码器组成。在需要进行系统扩展时，系统组成中还可包括：数字量扩展单元模块、模拟量扩展单元模块、通信模块、网络设备、人机界面等。1 主机单元S7-200的主机单元的CPU有两个系列：CPU21X和CPU22X。其中CPU21X系列属于S7-200的第一代产品，CPU22X系列属于第二代产品。本次设计用的是CPU22X系列中的CPU224.CPU224 14个输入数字量I/O点和10输出数字量I/O点。可以连接7个扩展模块单元。2个独立的20KHZ的高速脉冲输出；6个独立的30KHZ的高速计数器。有13K的数据和程序的存储空间。有1个RS-485通信/编程接口。有PID控制器。有点对点接口通信协议有多点接口通信协议。有自由通信口。I/O端子可以很简易的整体拆卸下来。2 数字量扩展模块S7-200系列目前可以提供三大类一共九种数字量输入输出扩展模块。EM221数字量输入扩展模块，光耦合器隔离，具有8点DC输入。EM222数字量输出扩展模块，具有两种类型： 8点继电器输出型 8点DC24V输出型EM223数字量混合输入输出扩展模块，具有六种输出类型： DC24V 4点输入，4点输出； DC24V 4点输入，继电器4点输出； DC24V 8点输入，8点输出； DC24V 8点输入，继电器8点输出； DC24V 16点输入，16点输出； DC24V 16点输入，继电器16点输出；3 模拟量扩展模块模拟量扩展模块有3种类型EM231、 EM232、 EM235。本次设计用的是EM235。EM235是模拟量混合输入输出模块： 输入4路模拟量，输出1路模拟量 转换时间小于250s 稳定时间电流2ms,电压100s。 差分输入，电压010V、05V、01V、0500mv、0100mv、 050 mv、10V、5V、2.5V、1V、500mv、250mv、100mv、50mv、25mv。电流020mA4 智能模块1、CPU243-2通信处理器CPU243-2是S7-200的AS-i主站，通个连接AS-i可以增加S7-200PLC的数字量输入输出点数。2 EM277通信处理器EM277是连接SIMATIC现场总线从站的通信模块，EM277可以将S7-200PLC的CPU作为现场总线的从站接到网络中。5 其他模块1、编程设备编程器是任何一台PLC都不可以缺少的设备，编程设备一般由厂家提供。为了降低成本，目前广泛采用的是以个人计算机作为编程设备。本设计使用的编程软件是STEP-Micro/MIN32V4.0,用一条PC电缆将用户程序送入PLC中。2、 人机操作界面人机操作界面包括文本显示器TD200和触摸屏等。2.2 S7-200PLC的性能特点1 通用性强 由于采用了微型计算机的工作原理和基本结构，接口电路也考虑了工业控制的要求，输出接口能力强，因而对不同的控制对象可以采用相同的硬件，只需使用不同的软件，就可以实现不同的控制要求。 2 编程简单方便一般用梯形图或用工业控制的简单指令编程。编程语言形象直观，容易掌握，具有一定的电工和工艺知识的人员可在短时间学会并应用自如。3 接线简单只需将限位开关和光电开关等接入控制器的输入端，将被控制的电磁阀、接触器和继电器等输出元件的线圈接到控制器的输出端，就完成了接线任务。4 可靠性高，抗干扰能力强S7-200PLC 的输入输出端采取了隔离措施，并应用大规模的集成电路，所以它能在各种恶劣的环境下工作，可以直接安装在机器设备上运行。5 体积小，容量大，重量轻，成本低，维修方便S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC,但它的功能已近能达到中型或大型PLC的水平，然而价格却与小型PLC差不多。因此S7-200PLC一经推出便受到了广泛关注。2.3 S7-200PLC的编程语言S7-200PLC为用户提供了4种常用的编程语言：梯形图、语句表、功能图、功能块图。1、梯形图（LAD）梯形图是一种图形编程语言，它是从继电器控制原理图的基础上演变来的。PLC的梯形图沿用了继电器的线圈、触点、串并联等图形符号，对于能熟练使用继电器控制线路的技术人员来说是很容易接受的，且不需要学习专门的计算机知识。因此在PLC的编程中梯形图是最基本、最普遍的编程语言。这种编程方式一般是通过编程软件编写然后通过计算机下载到PLC上，如果使用编程器编码，还要将梯形图转变成语句表然后再输入PLC中。2、语句表（STL）简单地说语句表就是用一些容易记忆的符号来表示PLC的各种操作功能，有点像计算机的汇编语言。这种编程方式可用简单的编程器编码，再通过简单的编程器将用户的程序逐条输入到PLC中。用语句表编程设备简单、系统化、逻辑紧凑，连接的范围不受限制，但是比较抽象，一般情况与梯形图配合使用互为补充。3、顺序功能图（SFC）顺序功能图也称功能图，是采用画工艺流程图的方式编程，只要在每一个工艺方框内的输入端和输出端标上特定的符号即可。对于在工厂内进行工艺设计的人员来说并不需要太多的电气知识，且非常方便。因此它是一种效果很好，很受欢迎的编程语言。4、功能块图（FBD）功能块图是由一些逻辑功能符号组成的功能块图来表达操作功能的编程语言，该编程语言基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑框图。常用“与”、“或”、“非”等逻辑功能表达控制逻辑。用功能块图编程不仅能简单明了的表达逻辑功能，还可以通过各种功能块的组合实现加法、乘法等高级功能。对于熟悉逻辑电路和逻辑代数的人来说是很方便的编程方式。3 控制系统的介绍和控制要求3.1 自动控制送料系统的内容1 初始状态：红灯L1暗，绿灯L2亮，允许汽车开进装料。料斗K2关闭，电动机1（M1）、电动机2（M2）、电动机3（M3）都处于关闭状态。2 装料过程当汽车到达时按下S2，红灯L1亮，绿灯L2不亮，小车到位灯L5亮。电动机M3转动，电动机M2在M3转动3秒后启动，电动机M1在M2转动3秒后启动，进料阀K2在电动机M1转动后3秒开始出料。3 装料完成当车装满后按下S2，进料阀K2关闭，电动机M1在进料阀K2关闭后延时3秒关断，电动机M2在电动机M1关断后延时3秒关断，电动机M3在电动机M2关断后延时3秒关断。绿灯L2亮，红灯L1熄灭，表示汽车装料完成可以开走。过5秒后小车到位灯L5熄灭，表示装满料的汽车已开走。4 进料过程当料斗中的料已到底限需要进料时，按下料斗进料开关S3，此时进料阀K1自动打开进料。当料斗快装满时按下S1，此时进料阀K1自动关闭。3.2自动控制系统在生产中的地位在现代工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动强度，要求大部分工艺生产系统自动化，这都离不开自动控制系统。自动控制系统是整个生产线的核心，对整个生产系统起着指挥的作用，假如控制系统出现障碍，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人身安全事故，这将对企业造成重大的经济损失。自动控制送料系统是基于PLC控制系统来设计的。它将在生产系统中占有非常重要的地位。4 自动控制系统方案的选择4.1可编程控制器PLC的优点对用户来说可编程控制器PLC是一种无触点设备，用户只需改变程序就可以改变生产工艺。现目前，可编程控制器已成为工厂强有力的生产工具，得到了广泛的推广使用。可控编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机。具有许多明显的特点。1、可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC采用了现代大规模的集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的抗干扰能力。PLC还带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可发出警报信号。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的自我诊断程序，使系统中除PLC以外的电路和设备也能获得故障自诊断保护。2、配套齐全，功能完善，实用性强PLC发展到今天，已近形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用以各种规模的工业控制场合。近年来PLC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PLC组成各种控制系统非常容易。3、易学会，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，面向工矿企业的控制设备，接口容易，编程语言比较容易接受，梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图比较接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便的实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路，不懂计算机语言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、容易改造，维护方便可控编程控制器（PLC）大大减少了控制设备的外部接线，维护变得更容易，同一设备只需改变程序就可以改变生产过程。更适合多品种小批量的生产场合。5、体积小，重量轻，耗能低以超小型PLC为例，PLC的尺寸小于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，是实现机电一体化产品的理想控制设备。4.2小车送料系统方案的选择实现小车自考动控制送料有很多种方法，可以用单片机、可编程控制器（PLC）来实现。但在在单片机控制系统电路中需要加入A/D、D/A转换器，线路复杂，还要分配出大量的中断路口地址，而且单片机控制电路很容易受到外界的干扰，也具有不稳定性。控制程序需要有一定编程能力的人才能编译出来，在维修时需要高技术的人员才能修复。所以不宜用单片机来实现。而从PLC的特点了解可知，PLC具有很多优点，如可靠性高、平均无故障时间达30万小时以上，安装、操作、维护比较容易，编程简单，程序设计和产品调试周期短，具有很好的经济效益。因此，最终我选择了用PLC来实现自动控制送料系统的控制，完成这次的设计题目。5 自动送料系统程序设计5.1控制系统I/O地址分配I/O地址分配表输入元件I/O地址输出元件I/O地址料斗高位S1按钮I0.0红灯L1Q0.0小车到位S2按钮I0.1绿灯L2Q0.1料斗低位S3按钮I0.2料斗高限位灯L3Q0.2料斗低限位灯L4Q0.3小车到位灯L5Q0.4进料阀K1Q0.5进料阀K2Q0.6电动机M1Q0.7电动机M2Q1.0电动机M3Q1.15.2 PLC流程图PLC流程图5.3 PLC梯形图设计5.4 PLC语句表Network 1 LD SM0.1 = Q0.1Network 2 LD I0.1 S Q0.0,1 R Q0.1,1 S Q1.1,1 S Q0.4,1Network 3 LD Q1.1 AN M0.1 TON T37,+50Network 4 LD T37 S Q1.0,1 TON T38,+50Network 5 LD T38 S Q0.7,1 TON T39,+50Network 6 LD T39 S Q0.6,1Network 7 LD I0.1 A |N| R Q0.6,1 S M0.0,2Network 8LD M0.0TON T40,+50Network 9LD T40R Q0.7,1TON T41,+50Network 10LD T41R Q1.0,1TON T42,+50Network 11LD T42R Q1.1,1S Q0.1,1R Q0.0,1R M0.0,2Network 12LD I0.2S Q0.5,1= Q0.3Network 13LD I0.0R Q0.5,1= Q0.2Network 14LDN Q0.0TON T43,+50Network 15LD T43R Q0.4,15.5 PLC 端子接线图PLC端子接线图6 系统程序调试及心得体会6.1调试自动控制送料系统程序选择型号为CPU224的PLC，根据PLC的外部电气原理图,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。6.2 此次设计的心得体会在本实验中，了解了工业生产过程中PLC