基于PLC控制自动装车送料系统设计.doc

电 子 科 技 大 学毕 业 设 计（论 文）论文题目： 基于PLC控制自动装车送料系统设计 教学中心： 电子科技大学网络教育重庆学习中心 指导老师： 郑雪娇 职 称： 讲师 学生姓名： 孙少南 学 号: V09642742158 专 业： 机械电子工程 电子科技大学继续教育学院制网络教育学院2011年5月15日电 子 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书题目： 基于PLC控制自动装车送料系统设计 任务与要求： 本设计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,对于提高企业经济效益具有重要作用。 时间： 2011 年 3月2 日 至 2011年 5 月 20 日 共 12 周 办学单位： 电子科技大学网络教育重庆学习中心 学生姓名： 孙少南 学 号： v09642742158 专业： 机械电子工程 指导单位或教研室： 重庆科创职业学院指导教师： 郑雪娇 职 称： 讲师电子科技大学继续教育学院制网络教育学院2011年3月15日毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字2月25日至2月28日选题3月1日至3月15日论文提纲写作3月16日至3月31日初稿写作4月1日至 4月20日二稿写作4月21日至5月15日定稿并上交论文的电子文档5月16日至5月25日做好论文答辩准备教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。电子科技大学毕业设计(论文)中期检查记录表学生填写毕业设计(论文)题目: 基于PLC控制自动装车送料系统设计学生姓名: 孙少南 学号：V09642742158专业：机械电子工程 层次: 专升本教学中心名称: 电子科技大学网络教育重庆学习中心指导教师姓名及职称: 郑雪娇 讲师教师指导毕业设计(论文)时间及地点:电子科技大学网络教育重庆学习中心检查教师填写毕业设计(论文)题目工作量饱满一般不够毕业设计(论文)题目难度大适中不够毕业设计(论文)题目涉及知识点丰富比较丰富较少毕业设计(论文)题目价值很有价值一般价值不大学生是否按计划进度独立完成工作任务学生毕业设计(论文)工作进度填写情况学生出勤情况及出勤的考核办法学生与指导教师见面接受指导次数5次学生工作态度认真一般较差教师毕业设计(论文)指导日志是否齐全其他检查内容：存在问题及采取措施:检查教师签字: 年 月 日教学中心意见:学院审核意见(加盖公章):年 月 日 年 月 日电子科技大学毕业论文 英文摘要 摘 要随着科学技术的快速发展，自动化程度要求越来越高，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。我们为各个装料生产领域所生产的可编程控制器装料系统。它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、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。关键词: PLC ,可编程控制器 ,自动装料,I/O口ABSTRACTWith the rapid development of science and technology, increasingly demanding a high degree of automation, the original production of the loading device can not meet the current needs of a high degree of automation. Reduce labor intensity, to protect the reliability of production, safety, reduce production costs, reduce environmental pollution, improve product quality and economic benefits generated by the enterprise must face major problems. Our production areas for each loading produced by loading the programmable controller system.With the rapid development of science and technology, increasingly demanding a high degree of automation, the original production of the loading device can not meet the current needs of a high degree of automation. Reduce labor intensity, to protect the reliability of production, safety, reduce production costs, reduce environmental pollution, improve product quality and economic benefits generated by the enterprise must face major problems. Our production areas for each loading produced by loading the programmable controller system.Keywords: plc, programmable logic controller, auto-loading, I / O port 目 录第一章 前 言1第一节 装车运料控制系统的发展1第二节 本设计的意义及作用1第二章 控制要求2第一节 控制对象介绍2第二节 控制原理3第三节 设计要求3第三章 整体设计4第一节 可编程控制器的优点4第二节 PLC的结构和工作原理4第三节 PLC与其他工业控制的比较优点5第四节 FX 系列PLC介绍6第五节 PLC机型的选择6第六节 元器件的选择6第四章 系统程序编写8第一节 I/O地址表8第二节 PLC外部接线图8第三节 系统的控制框图9第四节 控制程序设计9第五章 调试与结果分析15结束语16参考文献17致 谢18III电子科技大学毕业论文（设计） 基于PLC控制自动装车送料系统设计第一章 前 言1.1 装车运料控制系统的发展伴随着我国经济实力的不断加强，科技在各大中小型企业单位中起到越来越明显的地位。自动送料装车控制，使用于各类对自动化水平要求较高的大中型企业，实现原材料的自动装运。能满足企业提高管理水平的要求较大地提高生产效率，减轻工人劳动强度，具有众多的适用场合与广阔的应用前景。提出了用PLC来实现控制现场运料的系统，解决了放料、传输、装载等环节的问题，实现自动化。并将该装置扩展改装为其他方面的功能做出一部分的探讨。工业生产的各个领域都包含着大量的开关量和模拟量。开关量又称数字量，如电机的启停、阀门的开闭、电子元件的置位与复位、产品的计数等；模拟量又称连续量，如温度、压力、流量、液位等。在可编程序控制器问世以前，数字量和模拟量的控制主要用继电器、接触器或分立元件的电子线路来实现，它取代了原来的手动控制方式，并迅速成为工业控制的主流。这是自动控制的开始，也是以后诸多形式控制设备产生的基础。随着生产力的发展和科学技术的进步，工业生产领域对控制系统提出了更高的灵活性、可靠性要求，可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的新型工业控制装置。可编程控制器技术与CAD/CAM技术、工业机器人技术共同构成了现代工业自动化的三大支柱技术。1.2本设计的意义及作用本设计是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。传统的控制采用继电接触器控制，又许多缺点，引入PLC控制，完全可以实现原有的功能，并且编程容易，硬件连接简单，系统可靠性高，具有继电器所不能比拟的优点。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。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,对于提高企业经济效益具有重要作用。1电子科技大学毕业论文（设计） 基于PLC控制自动装车送料系统设计第二章 控制要求第一节 控制对象介绍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。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。如下图2-1所示：图2-1自动装车控制图第二节 控制原理自动送料装车系统是通过电机和限位开关来控制的。称重开关S2控制汽车开来或开走。三台电机控制三个传送带。进料开关K1控制控制进料与否。检测开关S1控制料斗中物料的空满。另外，在S2处增设两个七段数码管，用来统计每日的装车数。装车数的统计采用脉冲计数的方法进行。脉冲计数方法是当装料车装满时S2断开后，开始定时放送脉冲；当S2闭合时停止发送脉冲。一个脉冲的宽度即为一辆汽车。用两个数码管计数，所计的数即为装车数。当S2接通时，红灯L1亮，绿灯L2灭，传送电动机M3运行，传送电动机M2延迟M3电动机2S运行，送料电动机M1延迟M2电动机2S运行，料斗K2延迟M2电动机2S打开出料。当料满后（S2断开后），料斗K2关闭，电动机M1延时2S后关断，M2在M1停后2S后停止，M3在M2停止后2S后停止，L2灯亮，L1灯灭，此时汽车可以开走。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（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。当物料满后（用S2断开表示），料斗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亮，L1灭，表示汽车可以开走。第三节设计要求当料不满（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，电机M2在M3运行2S后运行，M1在M2运行2S后运行，K2在M1运行2S后打开出料，当料满后（用S2断开表示），电动机M1延迟2S后关断，M2在M1停2S后停止，M3在M2停2S后停止，而且具有每日装车数的统计功能。3电子科技大学毕业论文（设计） 基于PLC控制自动装车送料系统设计第三章 整体设计第一节 可编程控制器的优点（1）可靠性高，抗干扰能力强（2）编程方法简单易学，使用方便（3）功能完善，应用灵活（4）环境要求低，适应性强，（5）体积小，重量轻，能耗低（6）维修工作量小，维修方便（7）系统的设计，安装，调试工作量少第二节 PLC的结构和工作原理可编程控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块、编程器、电源组成。CPU模块又叫中央处理单元或者控制器，它主要由微处理器（CPU）和存储器组成。输入输出模块（I/0）模块是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，可编程控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀，电磁铁等执行器和其他的外部负载。可编程控制器有运行（RUN）和停止（STOP）两种基本的工作状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程控制器的输出及时地响应随时变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程控制器停机或者切换到STOP工作状态。除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程控制器还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段，可编程控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入输出关系来看，处理过程几乎是同时完成的。在内部处理阶段，可编程控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段，可编程控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当可编程控制器处于停止（STOP）状态时，只执行以上的操作。处于运行状态时，还要执行输入处理、程序执行、输出处理等阶段。在可编程控制器的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像积存器。可编程控制器梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。在输入处理阶段，可编程控制器把所有外部输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出锁存器。梯形图中某一输出继电器的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“1”状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。第三节 PLC与其他工业控制的比较优点1. DCS是一种“分散式控制系统”，而PLC (可编程控制器) 只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能。 2. 在网络方面,DCS网络是整个系统的中枢神经，它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好.而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上，PLC没有很好的保护措施。我们采用电源,CPU,网络双冗余。 3. DCS整体考虑方案,操作员站都具备工程师站功能,站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制, 协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统，其站与站（PLC与PLC）之间的联系则是一种松散连接方式，是做不出协调控制的功能。4. DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。5. DCS安全性：为保证DCS控制的设备的安全可靠，DCS采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的安全可靠。PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念，就更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要比其安全可靠性上高一个等级。6. 系统软件，对各种工艺控制方案更新是DCS的一项最基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统自动完成的，不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于PLC构成的系统来说，工作量极其庞大，首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，最后再用专用的机器（读写器）专门一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中（500点以上），基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。第四节 FX 系列PLC介绍1体积极小的PLC2先进美观的外部结构3提供多种子系列供用户选用4灵活多变的系统配置5功能强,使用方便. FX系列PLC的命名FX 系列可编程控制器型号命名的基本格式如上:系列名称:如 0 , 2 , ON , OS , 2C , 2NC , 1N , 1S ,即 FX 0 , FX 2 , FX 0N , FX 0S , FX 2C , FX 2N , FX 2NC , FX 1N 和 FX 1S . 输入输出的总点数: 4 128 点 单元类型: M-基本单元;E-输入输出混合扩展单元及扩展模块;EX-输入专用扩展模块;EY-输出专用扩展模块. 输出形式(其中输入专用无记号): R-继电器输出;T-晶体管输出;S-晶闸管输出 特殊物品的区别 D:DC电源,DC输入 A1:AC电源,AC输入(AC100-120V)或AC输入模块 H:大电流输出扩展模块 V:立式端子排的扩展模式 C:接插口输入输出方式 F:输入滤波器1ms的扩展模块 L:TTL输入型模块 S:独立端子(无公共端)扩展模块第五节 PLC机型的选择在PLC控制系统设计时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足被控对象或生产过程的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。（3）保证控制系统的安全可靠。（4）考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。在该系统中，输入点数为3，输出点数为8，为继电器输出，则我可以选择机型，由于此设计的系统要求不复杂，则可以选用小型控制系统中采用整体式PLC。第六节元器件的选择1、开关量输入模块的选择选择三相交流输入电源AC380V，采用共点式输入接线方式，即三个电动机共用一个电源。2、 开关量输出模块的选择该系统中开关输出模块的输出方式为继电器输出。3、开关的选择在该系统的主电路中，采用三级的组合开关。电动机的最大容量为1KW，则三台电动机的最大容量为3KW，则三级组合开关的额定电流为10A，型号为HZ10-10。4、熔断器的选择因为预期短路电流可能较大，选用分断能力较高的熔断器，如RT12、RT14、RT15系列的熔断器。结合实际考虑和价格方面考虑选用型号为RT14-32的熔断器，熔断器的额定电压为AC380V。5、继电器的选择采用具有掉电保持功能的继电器，防止因电源故障造成数据的丢失。1）、时间继电器（KT）本系统中只需延时2S，可选用空气阻尼式时间继电器，空气阻尼式时间继电器，既具有由空气室中的气动机构带动的延时触点，也具有由电磁机构直接带动的瞬动触点，可以做成通电延时型，也可做成断电延时型；电磁机构可以是直流的，也可以是交流的。并且价格费用方面便宜，可选用JS7-2A型号的空气阻尼式时间继电器，其触点额定电压为380V，触点额定电流为5A均能符合要求。2）、热继电器的选择（FR）一台电动机的额定电流为4.55A，由于是3台电动机总额定电流为13.65A，可以用电流调节范围为10.0A16A,则热继电器的型号为JR16-20/3，此额定电流为20A。3）、接触器的选择（KM） 额定电流为 (1-1)则可以选择CJ10-5型号的交流接触器。式中：PN电动机的额定功率K经验系数，一般取11.4UN电动机的额定电压 7电子科技大学毕业论文（设计） 基于PLC控制自动装车送料系统设计第四章 系统程序编写第一节 I/O地址表I/O地址表如表4-1所示：表4-1 I/O地址表第二节PLC外部接线图PLC外部接线图如图4-1所示：图4-1 PLC外部接线图第三节 系统的控制框图4.3 系统的控制框图4-2所表示：图4-2系统的控制框图第四节 控制程序设计1、 汽车启动 到S2处停止，此时红灯L1亮，绿灯L2灭。此时的程序为： LD X002 OUT Y003 OR Y003 LDI Y003 ANI X001 OUT Y002汽车启动所对应的梯形图为如图4-3所示：图4-3 汽车启动梯形图当按下启动按钮S3（X002接通）时，Y003得电，即红灯L1亮，常闭触点Y003断开，Y002失电即绿灯L2灭，此时汽车允许开进装料，而且此时汽车已在称重开关S2处停止。2、 启动按钮S3接通后，传送电动机M3运行，延时2S送料电动机M2运行。此时的程序为： LD X002 LD M0 OR Y006 OUT T0 ANI X001 K20 OUT Y006 LD T0 LD Y006 OUT Y005 OUT M0电机运行所对应的梯形图为如图4-4所示：图4-4 电机运行梯形图当按下启动按钮S3（X002得电），传送电动机M3（Y006）得电，再运用置守的方法。Y006得电，辅助继电器M0得电，则延时继电器T0得电，延时2S后，送料电动机M2（Y005）得电，则M2电动机运行。3、延时程序送料电动机M2运行后延时2S送料电动机M1运行；送料电动机M1运行后延时2S料斗K2打开出料。此时的程序为： LD Y005 AND Y005 OUT T2 OR M1 AND Y006 K20 ANI X001 OUT Y004 LD T2 OUT M1 LD Y004 OR Y001 LD M1 OR M2 AND Y006 OUT T1 ANI X001 AND Y005 K20 OUT M2 AND Y004 LD T1 LD M2 OUT Y001 OR Y004延时程序所对应的梯形图为如图4-5所示：图4-5 延时程序梯形图当Y005（即送料电动机M2）得电，辅助继电器M1得电，延时继电器T1得电，延时2S后送料电动机M1（即Y004）得电，辅助继电器M2得电，延时继电器T2得电，延时2S。T2得电后，Y001得电，料斗K2打开出料。4、汽车满料过程称重开关S2断开，料斗K2关闭，送料电动机M1延时2S关断。此时的程序为： LDI X001 OUT Y001 OR Y004 OR Y001 LD Y001 ANI T3 AND Y006 OR M3 OUT Y004 AND Y005 OUT M3 ANI Y004 AND Y004 LD M3 OUT T3 K20汽车满料所对应的梯形图为如图4-6所示：图4-6 汽车满料梯形图当称重开关S2断开（即PLC梯形图中点动X001），Y001失电，即料斗K2关闭，则Y001为常闭触点，则辅助继电器M3得电，延时继电器T3从而也得电，延时2S，2S后送料电动机M1停止。5、电机送料延时送料电动机M2延时M1电动机2S停止；传送电动机M3延时M2电动机2S停止，L2灯亮，L1灯灭，此时表示汽车可以开走。此时的程序为： LD Y004 ANI M4 OR Y006 OR M4 OUT T4 OUT Y006 OUT M4 K20 LD X002 LD M4 LD Y005 OR Y002 OR Y005 OR M5 LD Y004 ANI T4 OUT M5 OR Y006 OUT Y005 LD M5 ANB LDI X002 ANI Y002 OUT Y002电机送料延时所对应的梯形图为如图4-7所示： 图4-7 电机送料延时梯形图送料电动机M1停止后，辅助继电器M4得电，延时继电器T4开始计时，2S后，送料电动机M2停止运行；此时，辅助继电器M5得电，使Y006失电，则传送电动机M3停止运行。X002失电即S3启动按钮断开，Y004失电即送料电动机M1停动，致使Y003失电，即灯L1灭；X002常闭触点、Y002常闭触点接通，Y002得电，则灯L2亮。6、 报警系统在运行过程中，若出现故障，则发出故障报警信号，使故障报警信号灯L3亮。此时的程序为： LD Y006 OR Y000 OR Y005 AND X002 OR Y004 OUT Y007 OR Y001报警系统所对应的梯形图为如图4-8所示： 图4-8 报警系统梯形图由上述梯形图可以看出：X002为常闭触点，并联连接常开触点若有一个接通，则Y007得电。即传送电动机M3、送料电动机M2、送料电动机M1、料斗K2、进料开关K1中任意一个出现故障即接通，就会导致故障灯亮，就能发现故障，从而进行故障排除。7、 统计装车数统计每日的装车数可采用脉冲计数法。即当装料车装满时S2闭合后开始定时发送脉冲；当S2断开时停止发送脉冲，一个脉冲的宽度即为一辆装车。用两个数码管计数，所计的数即为装车数（假设每日的装车数在99辆以内）。14电子科技大学毕业论文（设计） 基于PLC控制自动装车送料系统设计第五章 调试与结果分析根据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，将编译正确的程序输入软件中，经检查编译无错误后，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，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-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，S