自动送料装车系统PLC控制设计..

I 摘 要 随着科学技术的日新月异 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 关键词关键词 plc 可编程控制器 自动装料 II Abstract With advances in science and technology requirement is higher and higher degree of automation the original production feeding device far cannot satisfy the needs of the highly automated Reduce labor intensity and ensure the security and reliability of production reduce production costs reduce environmental pollution improve product quality and economic benefit is the enterprise to generate major issues to be faced with We produced to each loading production area of programmable controller charging system It integrated automatic control technology measurement technology new sensor technology computer management technology in the integration of mechanical and electrical integration products Make full use of computer technology to the production process for centralized monitoring control management and decentralized control Fully absorbed the advantages of distributed control system and centralized control system standardized modular systematic design flexible configuration easy configuration Key words PLC Programmable controller Automatic charging 目目 录录 1 控制要求 1 1 1 设备概况 1 1 2 控制过程 1 2 整体设计 3 2 1 PLC 的特点 3 2 2 PLC 的结构和工作原理 3 2 3 PLC 与其他工业控制的比较 4 2 4 FX 系列 PLC 的特点 5 2 5 PLC 机型的选择 6 2 6 开关量输入 输出模块的选择 6 2 6 1 开关量输入模块的选择 6 2 6 2 开关量输出模块的选择 6 2 7 开关的选择 6 2 8 熔断器的选择 6 2 9 继电器的选择 6 2 9 1 热继电器的选择 FR 6 2 9 2 接触器的选择 KM 7 3 系统分配 8 3 1 I O 地址表 8 4 软件编程 9 4 1 GPP 软件简介 9 4 2 用 GPP 编写梯形图 9 4 3 传输 调试 12 4 4 控制源程序介绍 13 5 调试结果分析 16 6 心得体会 17 致谢 18 参考文献 19 附录一 自动送料装车系统的总体梯形图 20 附录二 自动送料装车系统的指令表 21 1 1 控制要求 1 1 设备概况 自动装料系统由料斗 四节传送带组成 如图 1 所示 传送带电动机 MA1 MA4 的功率均为 1kW 图 1 自动装料系统示意图 1 2 控制过程 1 启动控制 系统启动后 红灯 PG2 灭 绿灯 PG1 亮 表明允许汽车开进装料 料斗出 料口电磁阀 MB1 关闭 若料位传感器 BG0 置为 OFF 料斗中的物料不满 进 料阀 MB2 开启进料 PG64 亮 当 BG0 置为 ON 料斗中的物料已满 则停 止进料 MB2 关闭 PG6 灭 电动机 MA1 MA2 MA3 和 MA4 均为 OFF 2 装车控制 装车过程中 当汽车开进装车位置时 限位开关 BG1 置为 ON 红灯信号 灯 PG2 亮 绿灯 PG1 灭 同时启动电机 MA4 经过 2S 后 再启动 MA3 再 经 2S 后启动 MA2 再经过 2S 最后启动 MA1 MA1 启动 2S 后才打开出料阀 MB1 PG5 亮 物料经料斗出料 当车装满时 限位开关 BG2 为 ON 料斗 关闭 2S 后 MA1 停止 MA2 在 MA1 停止 2S 后停止 MA3 在 MA2 停止 2S 后停止 MA4 在 MA3 停止 2S 后最后停止 同时红灯 PG2 灭 绿灯 PG1 亮 汽车可以开走 计数器计数 3 停机控制 当装满 120 车或按下停止按钮 SF2 自动装料装车的整个系统终止运行 2 表 1 控制信号说明 输入输出 文字符号说明文字符号说明 SF1停止按钮PG1车未到指示灯 SF2启动按钮PG2车到指示灯 BG0料斗状态开关PG3车满指示灯 BG1车位状态开关PG4料斗满指示灯 BG2车满动作开关PG5出料口电磁阀工作指示灯 PG6进料口电磁阀工作指示灯 MB1出料口电磁阀 MB2进料口电磁阀 MA1 MA4传送带电动机 3 2 整体设计 可编程控制器 Programmable Controller 是以微处理器为基础的新型工业 控制装置 是将计算机技术应用于工业控制领域的崭新产品 1985 年国际电工 委员会 IEC 对可编程控制器做了如下定义 可编程控制器是一种数字运算 操作的电子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用可编程序的存储器 用来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 并通过数字式 模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 可编程序控制器及其有关设备 都应按易于使工业控制系统形成一个整体 易 于扩充其功能的原则设计 可编程控制器采用易为工厂电气人员掌握的梯形图编程语言 能够实现对 开关量的逻辑控制 还具有数学运算 数据处理 运动控制 模拟量 PID 控制 联网通信等功能 尤其是微处理器应用与可编程控制器后 因其体积小 功能 强 价格便宜 使可编程控制器的功能增强 工作速度加快 体积减小 可靠 性提高 成本下降 2 1 PLC 的特点 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 2 2 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 4 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 2 3 PLC 与其他工业控制的比较 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 5 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 7 模块 DCS 系统所有 I O 模块都带有 CPU 可以实现对采集及输出信号 品质判断与标量变换 故障带电插拔 随机更换 而 PLC 模块只是简单电气转 换单元 没有智能芯片 故障后相应单元全部瘫痪 8 现在高端的 PLC 与 DCS 的功能已经差不多 DCS 对网络和分布式数据 库还要定时扫描有较强的功能 同时对运算和模拟量的处量比较拿手 9 PLC 还分大 中 小 微 PLC 其中微型的只卖几百块到 2000 块 点数 也好少 大型的可以带数千点 运算能力与 DCS 差不多 但对多机联网功能较 弱 现在两个技术平台都差不多 只是重点不一样 2 4 FX 系列 PLC 的特点 1 体积极小的 PLC 6 2 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 2 5 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00116 2 MRFX N 系统中采用整体式 PLC 2 6 开关量输入 输出模块的选择 2 6 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 即四个电动 机共用一个电源 2 6 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 2 7 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 则四台电动机的最大容量为 4KW 则三级组 合开关的额定电流为 10A 型号为 HZ10 10 2 8 熔断器的选择 在本系统中 熔断器保护四台异步电动机 且此四台电动机不同时启动 则继电器的额定电流为 其中 NNfN III max 5 2 5 1 则 所以AII NN 55 4 220 1000 max 55 4 55 4 55 4 5 2 fN I AI fN 475 20 7 熔断器的额定电压为 AC380V 则可选择型号为 RT14 32 的熔断器 2 9 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 2 9 1 热继电器的选择 FR 一台电动机的额定电流为 4 55A 由于是 4 台电动机总额定电流为 18 2A 可以用电流调节范围为 10 0A 19A 则热继电器的型号为 JR16 20 3 此额定电 流为 20A 2 9 2 接触器的选择 KM 额定电流为A KU P I N N C 8 3 2202 1 1000 则可以选择 CJ10 5 型号的交流接触器 式中 电动机的额定功率 N P 经验系数 一般取 1 1 4K 电动机的额定电压 N U 8 3 系统分配 3 1 I O 地址表 表 2 I O 地址表 输入输出 文字符号说明文字符号说明 X001停止按钮Y000绿色指示灯 X000启动按钮Y001红色指示灯 X002料斗状态开关Y003出料口电磁阀工作指示灯 X003车位状态开关Y002进料口电磁阀工作指示灯 X004车满动作开关Y003出料口电磁阀 Y002进料口电磁阀 Y011 Y014传送带电动机 9 4 软件编程 4 1 GPP 软件简介 SW3D5 GPPW E 是三菱电气公司开发的用于可编程控制器的编程软件 可 在 Windows 3 1 及 Windows 95 下运行 适用于 IBM PC AT 兼容 其 CPU 为 i486SX 或更高 内存需 8 兆或更高 推荐 16 兆以上 该程序可在串行系统中 可与可编程控制器进行通讯 文件传送 操作监控以及各种测试功能 在 GPP 软件中 你可通过线路符号 助记符来创建顺控指令程序 建立注释数 据及设置寄存器数据 并可将其存储为文件 用打印机打印 在 PLC 与 PC 之间必须有接口单元及缆线 接口单元 FX 232AWC 型 RS 232C RS 422 转换器 便携式 FX 232AW 型 RS 232C RS 422 转换器 内置式 缆线 FX 422CAB 型 RS 422 缆线 用于 FX1 FX2 FX2C 型可编程控制 器 0 3 米 FX 422CAB 150 型 RS 422 缆线 用于 FX1 FX2 FX2C 型可编 程控制器 1 5 米 4 2 用 GPP 编写梯形图 GPP 软件使用起来灵活 简单 方便 我们把它安装在程序中 使用时只 要进入程序 选中 MELSEC Applications 在 WINDOWS 下运行的 GPP 打 开工程 选中新建 出现如下图 2 画面 先在 PLC 系列中选出你所使用的程控 器的 CPU 系列 如在我们的实验中 选用的是 FX 系列 所以选 FXCPU PLC 类型是指选机器的型号 我们实验用 FX2N 系列 所以选中 FX2N C 确定 后出现如图 3 画面 在画面上我们清楚地看到 最左边是根母线 兰色框表示 现在可写入区域 上方有菜单 你只要任意点击其中的元件 就可得到你所要 的线圈 触点等 10 图 2 图 3 如你要在某处输入 X000 只要把兰色光标移动到你所需要写的地方 然后 在菜单上选中 触点 出现如下图 4 画面 图 4 11 再输入 X000 即可完成写入 X000 如要输入一个定时器 先选中线圈 再输入一些数据 数据的输入标准在第 三章中已提过 图 5 显示了其操作过程 图 5 对于计数器 因为它有时要用到两个输入端 所以在操作上既要输入线圈 部分 又要输入复位部分 其操作过程如图 6 7 所示 图 6 注意 在图 4 5 中的箭头所示部分 它选中的是应用指令 而不是线圈 图 7 计数器的使用方法及计数范围在第三章中已讲过 同学们可自己查阅 图 8 是一个简单的计数器显示形式 图 8 通过上面的举例 同学们就明白了 如果你需要画梯形图中的其他一些线 输出触点 定时器 计时器 辅助继电器等 在菜单上都能方便地找到 再输 入元件编号即可 在图 7 的上方还有其它的一些功能菜单 如果你把光标指向菜 12 单上的某处 在屏幕的左下角就会显示其功能 或者打开菜单上的 帮助 你 可找到一些快捷键列表 特殊继电器 寄存器等信息 同学们可自己边学习边练 习 4 3 传输 调试 当你写完梯形图 最后写上 END 语句后 必须进行程序转换 转换功能键 有两种 在下图 9 的箭头所示位置 图 9 在程序的转换过程中 如果程序有错 它会显示 也可通过菜单 工具 查询程序的正确性 只有当梯形图转换完毕后 才能进行程序的传送 传送前 必须将 FX2N 面 板上的开关拨向 STOP 状态 再打开 在线 菜单 进行传送设置 如下图 10 所 示 图 10 13 根据图示 你必须确定你的 PLC 与计算机的连接是通过 COM1 口还是 COM2 口连接 在实验中我们已统一将 RS 232 线连在了计算机的 COM1 口 你在操作上只要进行设置选择 写完梯形图后 在菜单上还是选择 在线 选中 写入 PLC W 就出现 如图 10 图 11 从图上可看出 在执行读取及写入前必须先选中 MAIN PLC 参数 否则 不能执行对程序的读取 写入 然后点击 开始执行 即可 4 4 控制源程序介绍 系统启动后 红灯 PG2 灭 绿灯 PG1 亮 表明允许汽车开进装料 料斗出 料口电磁阀 MB1 关闭 若料位传感器 BG0 置为 OFF 料斗中的物料不满 进 料阀 MB2 开启进料 PG64 亮 当 BG0 置为 ON 料斗中的物料已满 则停 止进料 MB2 关闭 PG6 灭 所对应的梯形图为 图 12 装车过程中 当汽车开进装车位置时 限位开关 BG1 置为 ON 红灯信号 14 灯 PG2 亮 绿灯 PG1 灭 同时启动电机 MA4 经过 2S 后 再启动 MA3 再 经 2S 后启动 MA2 再经过 2S 最后启动 MA1 MA1 启动 2S 后才打开出料阀 MB1 PG5 亮 物料经料斗出料 所对应的梯形图为 图 13 当车装满时 限位开关 BG2 为 ON 料斗关闭 2S 后 MA1 停止 MA2 在 MA1 停止 2S 后停止 MA3 在 MA2 停止 2S 后停止 MA4 在 MA3 停止 2S 后最后停止 同时红灯 PG2 灭 绿灯 PG1 亮 汽车可以开走 计数器计数 所对应的梯形图为 15 图 14 当装满 120 车或按下停止按钮 SF2 自动装料装车的整个系统终止运行 所对应的梯形图为 图 15 16 5 调试结果分析 选择好的 PLC 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 将编译正确的程序输入软件中 确保编译 无错误 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 发现阀门在进料满检测开关闭合以后关闭 但打开阀门又开 始打开进料 同时出料阀门在闭合时打开 打开后就闭合 无法满足送料装车 的要求 经检查发现是出料阀门没有通电自锁 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 由此现象可以得出 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 17 6 心得体会 课程设计主要为了培养学生的理论与实践相结合的能力以及动手能力和思 维培养 还有独立思考的能力 大学的