基于PLC对振动料斗的自动控制系统

1、目 录第一章 总体设计方案- 1 -1.1系统的工作原理和流程图- 1 -1.2系统的基本功能- 1 -1.3系统的结构和工作过程- 1 -第二章 系统软件与硬件介绍- 2 -2.1 PLC的结构和工作原理- 2 -2.1.1 PLC的结构- 2 -2.1.2 PLC的工作原理- 4 -2.1.3 PLC的分类- 5 -2.2系统的硬件设计- 6 -2.2.1 CPM1A-20CDR-A的CPU模块- 6 -2.3系统的软件功能及控制- 7 -2.3.1 CX-Programmer的组成- 7 -第三章 系统各环节功能设计及检测- 7 -3.1、电气接线图- 7 -3.2、I/O地址分配表-

2、8 -3.3、PLC软件编程- 9 -结 论- 12 -谢 辞- 14 -参考文献- 15 -摘 要 现在的现代科技的发展，随着数据库、网络、计算机的发展，极大完善了自动化系统。本说明书根据配料生产的特点和要求，介绍了基于欧姆龙PLC振动料斗自动控制系统的设计方案及仿真、使用方法。系统完成了振动料斗系统的设计要求，并对控制系统的主要控制功能以及结构作了详细的介绍。而且着重说明了CX-Programmer软件选用、安装、梯形图程序设计及整体系统的调试等情况。由于PLC的极大应用，使得产品的质量与生产效率都有所提高，在配料行业的前景比较广阔。在诸多行业的生产流程中，配料系统扮演重要的作用，使得各生

3、产环节的能够顺利的进行，就要求配料工序的稳定性、合理性、准确性和快速性的特点。 PLC的优点有很多，它外部接线比较简单,可以改变内部的程序,在接线不改变的状况下,程序可重新进行设计,有较短的施工周期,内部的软继电器是寄存器,无触点,低故障率,使用寿命较长,有较强的抗干扰能力,很短的执行时间,有较多可以应用的指令,能将复杂的控制功能实现等等.其缺点就是有触点系统,有较高的故障率,要修复的平均时间长,功耗大,寿命短,只有重新接线才能将系统功能改变,容易出错等等。这就是采用PLC来进行控制的原因。同时，对PLC的结构、工作原理和分类都做了介绍。 关键字 料斗；CPM1A-20CDR-A-V1；PLC

4、、CX-Programmer、振动电机；引 言 现今以应用工业计算机、PLC的振动料斗控制技术已广泛应用于耐火、玻璃、水泥、医疗、建材、饲料、炼钢、筑路及包装生产等各种行业中。以前在这类控制中大多是以继电器，接触器等电器设备来完成每一步的顺序控制，自动化程度低，而且许多地方都需要人来手动完成，不仅工作效率低控制精度也难以提高。特别是随着现代化生产的不断进步，更是对应用于过程生产中的各种自动化控制系统提出了更高的要求。下料料斗工序是企业生产工艺过程中的一道非常重要的工序，顺利下料对整个产品的质量举足轻重，落后的下料系统不仅效率低而且配料不准，手工操作又将人为因素引入配料环节，使工艺配方难以在生产

5、中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高，因此实现高精度自动下料对工业企业生产有极为重要的意义。另外对于一些现有的中小企业，特别是一些中小型的冶金企业由于建设之初的自动化水平低或者设备已经老化陈旧，造成对资源的浪费，环境的污染，同时也加大了工人的劳动强度。因此对一些落后的中小企业的自动化改造也是急需解决的问题。 振动料斗这种设备属于新型的振动给料设备，它在各种料仓的下部安装，用振动的方法使物料活化，能够将物料的起拱、粘仓和堵塞现象消除，使料仓排料难的问题解决。主要有料斗多数为圆盘式和直槽式及直接振动式。在一般情况下，多台料斗组成了下料系统，多台料斗可以由一个系统同时控制，要连续下载每种散装物

6、料。在本次设计中，PLC为系统控制软件，他的采用正是符合现代化要求，它的稳定性和可靠性都很高。但是，PLC是一个封闭的体系结构，厂家的硬件体系与每个PLC不兼容，编程语言与指令系统也不同，当一种PLC产品被用户选择后，必须选取和它对应的控制规程，也要学习与之对应的编程语言。第一章 总体设计方案1.1系统的工作原理和流程图 振动料斗具有实时监测起拱、堵塞和粘仓现象，解决料仓排料难的问题等优点，被广泛应用于工业配料等工业现场，不仅起到减员增效、节支创收和减少误差的作用，而且加强了企业的管理，缩短作业时间，改善了操作条件，提高劳动生产率，降低劳动强度，从而大大提高了生产的自动化程度，被广泛应用于煤炭

7、、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口、建筑、机械制造和国防等各个领域。自动振动料斗正以其独特的优势，受到普遍关注，具有十分广阔的发展前景。 通过料斗出料口传感器检测是否有物料排出来控制料斗上的振动电机的自动控制，当传感器检测到无物料排出时，传感器（接近开关）检测并导通给PLC输入信号，PLC接收到信号然后按程序曹州给出输出信号控制振动电机振动使料斗里的物料活化并顺利下料。并且必需延时200秒才能接受下次检测的信号。用手动控制应对突发情况发生，它可以采用自动方式与手动方式两种运行方式。开 始初 始 化料斗送料启动振动电机料斗出料结 束图1-1 系统控制流程图1.2系统的基本功能

8、基本功能介绍 自动控制：当料斗没料时，传感器检测并传输给PLC，PLC启动振动电机使料斗下料。 延时功能：当上一次振动电机启动时必须隔200秒才能启动第二次。 手动控制：转动现场手动开关钥匙振动电机开始振动。1.3系统的结构和工作过程 自动配料系统中，料斗出料口传感器检测是否有物料排出来控制料斗上的振动电机的自动控制，当传感器检测到无物料排出时，传感器（接近开关）检测并导通给PLC输入信号，PLC接收到信号然后按程序曹州给出输出信号控制振动电机振动使料斗里的物料活化并顺利下料。并且必需延时200秒才能接受下次检测的信号。当有突发情况时可以进行手动控制，配料系统由三台料斗组成，分别编号为1#、2

9、#、3#，统一由一台可编程控制器（PLC）控制。 由料仓、放料闸门、振动给料机、接料皮带等装置组成了这个配料混合系统。控制系统采用PLC控制管理的方式设计。电机料 斗料 斗电机电机料 斗PLC图1-2 系统结构示意图 本系统中，实行一台可编程控制器（PLC）对一台振动电机控制。用PLC输出量信号作为振动电机的控制信号，通过接受PLC的信号控制电机是否启动，当发生故障时，可改为手动控制模式。PLC对振动电机的控制具有完善的自我保护和电机保护功能。 采用性能较高的PLC保证系统的可靠性，选择合适的工业现场应用的数据采集模块。第二章 系统软件与硬件介绍2.1 PLC的结构和工作原理2.1.1 PLC

10、的结构 PLC的实质是可编程控制器的简称，是以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。所以plc的基本结构与普通计算机有很多相似之处，但是为了方便工业现场安装，便于扩展，方便接线，其结构与普通计算机又有区别。PLC的结构如下图所示。编程器中央处理单元CPU输入点输出点系统程序存储器用户程序存储器图2-1 PLC的结构1.中央处理单元(CPU) CPU是PLC的神经中枢，是系统的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务： 1）接收并储存用户程序和数据； 2）用扫描的方式接收现场输入设备的状态和数据; 3）诊断电源、PLC内部

11、电路工作状态和编程过程中的语法错误； 4）完成用户程序中规定的逻辑运算和算术运算任务；2.存储器 存储器是PLC存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。它包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。3.电源 PLC一般使用220V的交流电源或24V的直流电源。开关式稳压电源模块为PLC内部的各模块提供5V、±12V、24V等不同电压等级的直流电源。4.输入输出元件(I/O模块) I/O模块是CPU与现场I/O装置或其它外部设备之间的桥梁。PLC提供了具有各种操作电平与输出驱动能力的I/O模块和各种用途的功能模块供用户选用。5.编程器 编程器的作用是用于用户编制、编辑、调试检查和监

12、视程序，还可以将PLC的一些内部状态与系统参数用键盘调用和显示出来。它与CPU联系是经过通讯端口的，完成人机对话连接。6.外部设备 PLC都配有的外部设备一般有：打印机、盒式录音机、高分辨率屏幕彩色图形监控系统和EPA写入器等。2.1.2 PLC的工作原理 PLC采用了一种不同于一般计算机的运行方式，即扫描方式。1.工作过程 PLC一但进入运行状态后，就会分为三个阶段的工作状态：输入采样、用户程序执行、输出刷新，如下图所示。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在PLC运行的期间，PLC的CPU用一定的扫描速度反复执行上面三阶段。第n个扫描周期用户执行程序输出刷新输入采样第（n-1）个扫描周期第（

13、n+1）个扫描周期输入采样图2-2 PLC的工作过程1)输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2)用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上

14、后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。3)输出刷新阶段 当扫描用户程序

15、结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时才是PLC的真正输出。2.扫描周期 PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示。一个周期为通讯、自诊断、输入采样、输出刷新与用户程序执行的时间总和。上电RUN自诊断通讯输入采样用户程序执行输出刷新故障图2-3 PLC的扫描周期2.1.3 PLC的分类1.小型PLC 小型PLC的I/O点数不超过128点，用户存储器容量小于4KB。这种PLC带有简单编程器，适用于中小容量的开关量控制，一般可取代4至60个继电器，具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制、通信等功

16、能。由于小型PLC与被控装置直接相连，因此要求它具有较高的环境适应能力和高可靠性，其价格十分便宜。2.中型PLC 中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在129512点之间。中型PLC除具有小型PLC的功能外，还增加的了数据处理能力，它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强。3.大型PLC 大型PLC的I/O点数超过512点，用户储存器容量大于16KB。大型PLC除具有中小型PLC的功能外，还增加了编程终端的处理能力和通信能力，适用于多级自动控制和大型分散控制系统。2.2系统的硬件设计2.2.1 CPM1A-20CDR-A的CPU模块 与所有小型机一样，CPM1A系列PLC采用整体式结构

17、， 内部由基本单元、电源、系统程序区、用户程序区、输入/输出接口、I/O扩展单元、编程器接口及其它外部设备组成。1.基本单元CPM1A系列整体式PLC的基本单元又称主机单元，内含CPU，可以单独使用，是PLC控制系统不可缺少的部分，其外部连接口主要有I/O接线端子、各种外连插座或插槽，以及各种运行信号指示灯等部分。I/O接线端子可直接用来连接控制现场的输入信号(开关、按钮等)和被控执行部件(接触器、电磁阀等)，总的I/O端子数量就称I/O点数，CPM1A系列整体式CPU可分作10点、20点、30点、40点。 在CPM1A系列PLC主机面板上有两个隐藏式插槽。一个是通讯编程器插槽，插接手持式编程

18、器即可进行编程和现场调试，或配接一个专用适配器RS-232即可与个人计算机(PC机)连接，在Windows系统平台下可直接用梯形图进行编程操作，大大改进了编程环境，并可以进行实时监控和调试。另一个是I/O扩展插槽，可用于连接I/O扩展单元。2.I/O扩展单元 为了要满足实际的需要，增加PLC的I/O的点数是使用I/O的扩展单元，I/O和CPU的扩展单元类似，但是体积要小一些。它没有CPU，不能单独使用，只有I/O扩展插槽而没有通信编程器插槽。在它的左侧和右侧置有I/O的连接插座，当CPU单元的I/O点数需要扩展时，只要直接连接带扁平电缆的插头即可。输入端子连接输入电路、输出端子连接输出电路，其

19、对应LED显示灯亮、灭分别表示输入或输出的接通状态。12点/8点分别是扩展单元的I/O点数，I/O是30与40点时，才能对CPU单元进行扩展，最多能够连接3个I/O扩展单元。2.3系统的软件功能及控制2.3.1 CX-Programmer的组成PLC控制软件使用欧姆龙CX-Programmer软件开发，CX-Programmer 是OMRON公司新的编程软件，适用于C、CV、CS1系列 PLC，它可完成用户程序的建立、编辑、检查、调试以及监控，同时还具有完善的维护等功能，使得程序的开发及系统的维护更为简单、快捷。 一、安装CX-P编程软件 1、系统要求 运行CX-P编程软件的计算机系统要求如表

20、B-1所示。 表B-1 系统要求 CPU Pentium以上的微处理器、主频90 兆赫以上 内存 16MB以上 硬盘 40MB以上 操作系统 Windows 95以上，或Windows NT 4.0 Service Pack 3以上 计算机 IBMPC及兼容机 2、软件安装 将CX-P安装光盘放入CD-ROM中，在CX-P子目录下双击安装程序Setup，启动安装过程，并按照屏幕提示依次进行。安装时首先要选择安装语言；然后将许可证的号码输入，要想运用CX-P所有的功能只有使用许可证号码，若没有许可证号码也可以安装成功，但是只能运用CX-P部分功能，它也可以工作在正常状态，但是它只能支持CPM1,

21、 CPM2* 和SRM1 PLC；最后在选择是否安装CX-SERVER时，应选择“是”。 二、CX-P编程软件的主要功能 CX-P编程软件能够实现的功能有：编译检查程序、语句表或梯形图的编程、数据与程序的上传及下载、对PLC的设定区进行设置、对PLC状态的运行或内存的数据进行测试和监控、对程序清单进行打印、管理文档等功能。第三章 系统各环节功能设计及检测3.1、电气接线图1#接近开关1#自动按钮1#手动按钮2#接近开关2#自动按钮2#手动按钮3#接近开关3#自动按钮3#手动按钮1#启动电机1#自动指示灯1#手动指示灯2#启动电机2#自动指示灯2#手动指示灯3#启动电机3#自动指示灯3#手动指示

22、灯0000 05000001 05010002 05020003 0503 0004 05040005 05050006 05060007 05070008 0508COM COM2203.2、I/O地址分配表3.3、PLC软件编程1、创建工程并编程：2、程序的流程：开 始初 始 化料斗送料启动振动电机料斗出料结 束手动操作现以1#振动电机为例对程序运行做详细介绍： 当在现场控制盒把1#振动电机打到自动控制位置时，自动按钮开关闭合，程序中的的1#自动按钮点号0.01得电导通，当下料口检测到没料时，接近开关感应到铁片使其动作闭合，并且程序中的1#接近开关点号0.00得电导通，这样第一条程序导通，

23、使其虚拟中间继电器继电器10.00线圈得电。程序如上图。 中间继电器10.00线圈得电后，则程序中的10.02虚拟中间继电器得电并形成自锁。程序如上图。 10.02得电自锁后使输出继电器5.00线圈得电导通，然后输出继电器控制1#振动电机进行启动。程序如上图。 10.02中间继电器得电导通同时会启动程序中的定时器000，定时器设置的定时时间为30秒。程序如上图。 当定时器定时30秒后TIM000会闭合使10.03中间继电器导通并形成自锁。程序如上图。 当定时器定时30秒后TIM000常闭变常开，并且10.03中间继电器得电导通也会使常闭变常开，使10.02中间继电器断电，由上程序可知10.02断电后会使输出继电器5.00线圈失电，这样1#振动电机振动30秒后自动停机。程序如上图。 当中间继电器10.03得电导通后常开变常闭，这样会使时间定时器001启动，并且设定的时间为200秒。程序如上图。 当定时器001定时200秒后TIM001的常闭将会变常开，在这200秒的定时期间，由于10.03一直会自锁得电，所以由上面中的程序分析可知5.00线圈会一直处于失电状态，这就完美的完成了一个延时功能，即1#振动电机启动运行30秒后，必须延时200秒才能进行下一次启动。这样就很好地保护了振动电机频繁启动导致烧坏电机。 当现场控制盒打到现场控制位置时（1#手动按钮），程序中的0.