【精品】基于PLC的自动加料机控制系统

1、南昌工程学院毕业设计题 目：基于plc的自动加料机控制系统学院：机械与电气工程学院专 业：09机电一体化22姓 名： 222学 号： 222指导教师：222完成日期：2012 年6 月摘要在现代科学技术的很多领域屮，自动控制系统起着越来越重要的作用，并且, 随着生产和科技的发展，自动化水平也越來越高，应用领域也越來越多。自动控 制系统(.automatic control systems')是指在无人直接参与下可使生产过程或 其他过程按期望规律或预定程序进行的自动控制。自动控制系统是实现自动化的 主要手段，自动控制利用控制装置使被控对象的某个参数自动的按照预定的规律 运行。如近年来，在

2、玻璃制造行业屮，玻璃全电熔技术屮的人工加料方式逐渐被 自动加料系统取代等。自动加料系统具冇工作时间长、操作简单、加料均匀、工 作稳定，自动化程度高等优点，因此，一些有实力采用全电熔的玻璃产家已经开 始使用自动加料设备。本设计的自动加料控制系统就是利用自动控制技术来实现 的。利用可编程控制器plc来控制自动加料，本文以plc程序控制的自动加料设 备的控制的程序。此设计本着节约资金、降低成本，提高生产效率，人机操作的简便性，保障人 身安全的情况下对加料机机构进行自动化设计。设计出更加适合于工作环境的加 料机构。此设计小自动加料机控制体系是釆用以plc为核心，结合触摸屏等辅助 设备对p l c的控制

3、这样的一套自动化设备來实现的，这样就可以在不购买新设 备的基础上对设备进行口动化改良，这不仅大大提高了工作的效率和经济效 应，也捉高了产品的质量，方便了管理好设备，让公司管理体系更加完善，减少 了人力物力，保证了在提高产品品质的前提下，以最少的成本的生产方式。文中阐述了基于plc的口动加料机控制系统的结构，并分別介绍了 plc的结构 和技术特点、自动加料机的工艺技术要求、触摸屏界而设计、硕件的选择、plc 模块i/o端口的分配、plc原理图、程序结构、主电气图和系统的功能及保护。关键词：自动控制系统；plc；自动加料机；变频器；触摸屏；程序结构;目录第一章绪论511设计背景和研究意义 51.2

4、自动加料机控制系统的技术要求7.第二章可编程控制器基础92. 1 plc的产生及概述92. 2 plc的结构102. 3 plc的分类122. 4 plc的特2. 5 plc的应用152. 6 plc的发展162.7 plc系统的外围设备182.8 plc编程语言及设计原则182. 9 plc的通信联网21第三章系统硬件设计233. 1 plc的选择233.2自动加料机的选择263.3变频器的选3. 4触摸屏的选择303. 5触摸屏界面设计323.6电动机的选择353.7气缸的选择39第四章系统软件设计414.1工作流程图及主电路电气接线图414.2 plc模块i/o端口分配.444.3系统程

5、序设致谢54参考文献55第一章绪论1.1设计背景和研究意义随着科学技术的不断进步，整个国家自动化水平和信息化水平的长足发展， 社会对这方面的要求越来越多。以前的工厂都是利用人工的方式进行生产加工， 这样的工作的方式，不仅没有安全保障，而耳没有很高的经济效益。特別是加工 制造业方面，都是小工厂，小作坊形式，没有口动化的设备，什么事只能靠人力 去做，在乡镇里体现的更明显。而制造业是我国经济增长的主导部门和经济转型 的基础；作为经济社会发展的重要依托，制造业是我国城镇就业的主要渠道和国 际竞争力的集中体现。是提高我国国民生产的重耍支柱，制造业宜接体现了一个 国家的生产力水平，是区别发展中国家和发达国

6、家的重要因素，制造业在枇界发 达国家的国民经济屮占有重要份额。改革开发以来，国内的发展形式越來越好，竞争也越來越激烈，高科技设备 逐渐代替了以前的手工操作方式，自动化设备也越来越多，自动控制系统用的越 來越多。公司面对的压力也越來越大，不仅要考虑国内的对手，国外的竞争逐步 加大，随着信息科技、市场经济的迅猛发展，国内、国际市场竞争h益激烈，产 品更新更为迅速，尤其是随着高新科技的h新月异，产品的类型、工艺外形越来 越复杂，再加上企业经营与发展必会面对对劳工的短缺、人工成本要省力化、合 理化与自动化的发展趋势！传统的手工送料已经不能满足耍求，这吋自动加料机 就应运而生。在今犬现代科学技术的许多领

7、域中，什么是加料机呢？顾名思义, 加料机就是专门用于粒料，粉料，片状料，带状等材料的自动化，数控化，精确 化的输送机器，无论是轻工行业述是重工业都不可缺少的设备。传统观念，送料 机是借助于机器运动的作用力加于材料，对材料进行运动运输的机器。特别是近年來，各项技术的不断发展，如口动控制技术、电力电了技术、检 测技术和信息技术，使得这些应用的领域越来越多。作为辅助装置的送料机构h 动化水平也需要越來越高。提高自动化的水平不仅町以提高效率、产品的质量同 吋也能保证工人的人身安全。综上所述，在本着节约资金、降低成本，提高生产效率，保障人身安全 的情况下对加料机机构进行自动化设计。设计出更加适合于工作坏

8、境的加料机 构。此设计中自动加料机控制体统就是采用以plc为核心的自动控制技术来实 现功能来实现的。1.2自动加料机控制系统的技术要求近年来，在玻璃制造行业屮，玻璃全电熔技术屮的人工加料方式逐渐被自动 加料系统取代。自动加料系统具有工作时间长、操作简单、加料均匀、自动化程 度高等优点，因此，一些有实力采用全电熔的玻璃产家已经开始使用自动加料设 备。为此，木人以此设计一套以plc程序控制的口动加料设备的控制的程序。 工艺要求如下：自动加料机的机械系统共设计了 2台电动机，振动电机和变频电机，分别实 现对加料设备的振动和对传送带的驱动。振动是使物料能顺利的下落到传送带 上，不至于卡住。驱动电机是驱

9、动传送带运动，将物料装入下料口中。此系统的 工作全过程是：启动系统，然后推动手臂到位，待到手臂到位后触动行程开关, 此时给plc个信号驱动变频器启动。接着启动变频电机e13,此时变频电机驱 动传送带转动，传送带上e5、e6上的料就加到料斗e11中去。为保证传送带上 有料冃不岀现堆料及缺料现象木例采用了断续加料方式，及启动振动器加料吋间 t3再停止振动器停止加料时间t4,如此循环，直到累计加料时间到达t2。这时 候停止振动器和变频器，接着延时时间t5 510秒。接着缩回手臂，带手僭缩回 到位后，再延时时间t6 510秒。这样循环下去，直到到达设定的运行次数再 停止系统。图1运动过程示意图第二章可

10、编程控制器基础2.1 plc的产生及概述1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求；1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器 pdp-14 ,在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的 手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称programmable, 是枇界上公认的第一台plco可编程控制器(programmable logic controller)的英文缩写是pc,容易 同个人计算机(programmable controller)混淆，因此通常都称其为plco plc 是在继电器控制基础上以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和

11、通信 技术融为一体而发展起來的一种新型工业自动控制装置。特备是由于plc采用了 依据继电器控制原理而开发的梯形图作为程序设计语言，使得不熟悉计算机的机 电设计人员和工人中的技师均能较快速的掌握梯形图的编程方法，极大地促进了 plc在工业生产屮的推广应用，目前plc已基本替代了传统的继电器控制系统， 成为工业自动化领域屮最重要应用最多的控制装置，居工业自动化三大支柱(可 编程控制器、机器人、计算机辅助设计和制造)的首位。在 1987 年国际电工委员会(international electrical committee)颁布的 plc标准草案中对plc做了如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作

12、的电子 系统，专门为在工业环境下应用而设计的。它采用了可编程控制器的存储器，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指令， 并通过数字式和模拟式的输入输岀，控制各种类型的机械或生产过程。2. 2 plc的结构1 基本结构：各种plc的组成结构基本相同，主要有cpu,电源，储存 器和输入输岀接口屯路等组成。2. 屮央处理器：中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组 成。cpu通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、 通信接口、扩展接口相连。cpu是plc的核心，它不断采集输入信号，执行 用户程序，刷新系统输岀。3. 储存器:plc的存储器包描系统

13、存储器和用户存储器两种。系统存 储器用于存放plc的系统程序，用户存储器用于存放plc的用户程序。现 在的plc-般均采用可电擦除的e2pr0m存储器来作为系统存储器和用户存 储器。4. 输入输出接口单元:plc的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或 传感器等产生的信号输入cpu； plc的输岀接口电路的作用是将cpu向外输岀的 信号转换成叮以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断 屯。plc的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电 路。5. 输入接口电路：plc的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入 电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以宜接与

14、接近开关，光电开关 等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有汕雾、粉尘的恶劣环境下 使用。交流输入电路和直流输入电路类似，外接的输入电源改为220v交流 电源。6. 输出接口电路：输出接口电路通常有3种类型：继电器输出型、晶 体管输出型和品闸管输出型。继电器输出型、品体管输出型和品闸管输出型的输岀电路类似，只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。7. 扩展接口和通信接口： plc的扩展接口的作用是将扩展单元和功能 模块与基木单元和连，使plc的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需 要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的 plc或是计算机相连，从而实现“人-机”或

15、“机-机” z间的对话。8. 电源：plc-般使用220v交流电源或24v直流电源，内部的开关电 源为plc的中央处理器、存储器等电路提供5v、12v、24v直流电源，使plc 能正常工作。2.3 plc的分类plc （可编程控制器）在现代的自动化行业中应用广泛，那么plc在广泛的应 用中，可以分为几大类呢，人们又是怎么样通过区别的呢。结合自己所学知识， 整理岀来了这篇文章，比较适合入门级，贴岀来和大家一起分享下。plc产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对plc的分类，通常根据其结构 形式的不同、功能的差异和1/0点数的多少等进行大致分类。1. 按结构形式分类根据plc的结构形式，可将pl

16、c分为整体式和模块式两类。（1）整体式plc整体式plc是将电源、cpu、i/o接口等部件都集中装在一 个机箱内，具有结构紧凑、休积小、价格低的特点。小型plc 般采用这种整 体式结构。整体式plc由不同i/o点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。 基本单元内有cpu、i/o接口、与i/o扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或 eprom写入器相连的接口等。扩展单元内只有i/o和电源等，没有cpu。基木单 元和扩展单元z间一般用扁平电缆连接。整体式plc 一般还可配备特殊功能单 元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。（2）模块式plc 模块式plc是将plc各组成部分，分别作成

17、若干个单独的 模块，如cpu模块、i/o模块、电源模块（有的含在cpu模块中）以及各种功能 模块。模块式plc rfl框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。 这种模块式plc的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配 方便，便于扩展和维修。大、中型plc 般采用模块式结构。还有一些plc将整体式和模块式的特点结合起來，构成所谓叠装式plc。叠装 式plc其cpu、电源、i/o接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进 行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做 得休积小巧。2. 按功能分类根据plc所具有的功能不同，可将plc分为低

18、档、中档、高档三类。（1）低档plc具有逻辑运算、定时、计数、移位以及口诊断、监控等基木 功能，还可有少量模拟量输入/输岀、算术运算、数据传送和比较、通信等功 能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档plc 除具有低档plc的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、 算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程i/o、了程序、通信联网等功能。 有些还可增设屮断控制、p1d控制等功能，适用于复杂控制系统。（3）高档plc 除具有中档机的功能外，还増加了带符号算术运算、矩阵运 算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制农及农格传送功 能等。高档plc机具有更强

19、的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分 布式网络控制系统，实现工厂自动化。3. 按i/o点数分类根据plc的i/o点数的多少，可将plc分为小型、中型和大型三类。(1) 小型plci/o点数256点；单cpu、8位或16位处理器、用户存储k3三菱公司等如:ge-i型美国通用电气(ge)公司ti100美国德洲仪器公司f、 fl、 f2fi本三菱电气公司c20 c40日本立石公司(欧姆龙)s7-200德国西门子公司ex20 ex40日木东芝公司sr-20/21中外合资无锡华光电了工业有限公司(2).中型 plc1/0点数2562048点；双cpu,器容量4k字以下。用户存储器容量28k如：s

20、7-300德国西门子公司sr-400中外合资无锡华光电子工业有限公司su-5、 su-6德国西门子公司c-500日木立石公司ge-iiige公司(3).大型 plct/0 点数2048 点；多 cpu, 16 位、器容量816k如：s7-400德国西门了公司c-2000 立石公司32位处理器，用户存储ge-iv ge 公司2.4 plc的特点1 使用灵活、通用性强一一plc的硬件是标准化的，加z plc的产品已 系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系 统。在plc构成的控制系统屮，只需在plc的端子上接入相应的输入输出信 号线。当需要变更控制系统的功能时，叮以用编程

21、器在线或离线修改程序， 同一个plc装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。2可靠性高、抗干扰能力强微机功能强大但抗干扰能力差，工业现 场的屯磁干扰，屯源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能导致一般 通用微机不能止常工作；传统的继电器一接触器控制系统抗干扰能力强，但 由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。plc 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分 继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高，从实际 使用情况来看，plc控制系统的平均无故障吋间一般可达45万小吋。plc 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施

22、，能适应有各种强烈干扰的工业现场， 并具有故障自诊断能力。如一般plc能抗1000v. 1ms脉冲的干扰,其工作 环境温度为060°c,无需强迫风冷。3.接口简单、维护方便一一plc的接口按工业控制的耍求设计，有较强 的带负载能力（输入输出可直接与交流220v,直流24v等强电和连），接口 电路一般亦为模块式，便于维修更换。有的plc甚至可以带电插拔输入输出 模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，大大缩短了故障修复时间。4编程软件简单易学plc有多种编程软件可选用，最人特点是采用 从清晰直观的继电器控制线路演化过來的梯形图作为编程语言，梯形图是面 向控制过程，面向操作人员的语言，因此

23、梯形图程序易学易懂，易修改，深 受电气工作人员的欢迎。5.适用性好，具有柔性一一正因为plc编程简单易学，控制过程可变， 使其具有良好的柔性。当生产工艺改变，生产设备更新时，不必改变plc的 硬件设备，只需改变相应的软件，就可以满足新的控制要求了。6体积小、功耗小、性价比高以小型plc （tsx21）为例，它具有 128个i/o接口，可相当于400800个继电器组成的系统的控制功能，其尺 寸仅为216x127x110mm3,重2. 3kg,不带接口的空载功耗为12w,其成木 仅相当于同功能继电器系统的1020%。plc的输入输出系统能够直观地反 应现场信号的变化状态，还能通过各种方式宜观地反映

24、控制系统的运行状 态，如内部工作状态、通讯状态、1/0点状态、异常状态和电源状态等，对 此均有醍目的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。2.5 plc的应用plc的应用领域，最初，plc主要用于开关量的逻辑控制。随着plc技术 的进步，它的应用领域不断扩大。如今，plc不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与 存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地 域的控制与治理。plc已日益成为产业控制装置家族中一个重要的角色。但归 纳起来，plc的主要应用有以下五个方面。1 开关逻辑量控制一一开关逻辑量控制是plc最基本的应用，即用plc 取代传统的继

25、屯器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。如机床电气控制、 电动机控制、注塑机控制、电镀流水线、电梯控制等等。总z, plc既可以 用于单机控制，也可以用于多机群和生产线的控制。2. 模拟量过程控制一一除了数字量之外，plc还能控制连续变化的模拟 量，如温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等均为模拟量。通过各种 传感器将和应的模拟量转换为电信号，然后通过a/d模块将他们转换为数字量 送到plc内部cpu处理，处理后的数字量在经过d/a模块转换为模拟量进行输 出控制。若使用专用的智能pid模块，可以实现对模拟量的闭环控制。3. 机械件位置控制一一位置控制是指plc使用专用的位置控制模块来控制 步

26、进电机或伺服电机，从而实现对各种机械构件的运动控制，如控制构件的速 度、位移、运动方向等。plc的位置控制典型应用有机器人的运动控制、机械 手的位置控制、电梯运动控制等，plc还可以和计算机数控装置组成数控机床, 以数字控制方式控制零件的加工、金属的切削等，实现高精度的加工。4现场数据釆集处理一一口前plc都具有数据处理指令、数据传送指令、 算术和逻辑运算指令和循坏移位与移位指令，所以由plc构成的监控系统，可 以方便的对生产现场的数据进行采集、分析和加工处理。数据处理通常用于诸 如柔性制造系统、机器人和机械手的控制系统等大中型控制系统中。5 通信联网、多级控制plc与plc之间、plc与上位

27、计算机之间通信，要采用其专用通信模块，并利用 rs-232或rs-422a接口，用双绞线过同轴电缆或光缆将它们连接成网络。并rfl 一台计算机与多台plc组成的分布式控制系统，进行“集中管理，分散控制”, 建立工厂的口动化网络。plc还可以连接crt显示器或打印机，实现显示和打 印。2. 6 plc的发展1969年美国dec公司研制出世界上第一台plc (pdp-14),并在gm公司汽车生产线上应用成功plc的诞生:-1969年，美国研制出世界第一台pdp-14 1971年,日本研制出第一台dcs-8-1973年，徳国研制岀第一台plc 1974年，中国研制出第一台plc发展史:第-代:196

28、9年1972年，代表产品有美国dec公司的pdp-14/l日木立石电机公司的scy-022日木北辰电机公司的h0sc-20第二代:1973年1975年，代表产品有美国ge公司的logistrot德国siemens公司的simatic s3、s4系列日木富士电机公司的sc系列第三代:19761983年，代表产品有美国 gould 公司的 m84、484、584、684、884德国siemens公司的stmattc s5系列日木三菱公司的melplac-50、550第四代:1983年现在，代表产品有美国gould公司的a5900德国西门子公司的s7系列未来发展：21世纪，plc会有更大的发展。从技

29、术上看，计算机技术的新成果会更多 地应用丁可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更人、 智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发 展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机 界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看, 各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数 几个品牌垄断国际市场的局面，会岀现国际通用的编程语言；从网络的发展 情况來看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是 可编程控制器技术的发展方向。口前的计算机集散控制系统dcs （distributed

30、control system）中己有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展, 可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重耍组成部分，将在工 业及工业以外的众多领域发挥越來越大的作用。2.7 plc系统的外围设备plc的外围设备有很多，基木功能是对信息和数据的处理。通用的有编程器、 可编程终端、打卬机、条码读入机等等。1. 编程设备：编程器是plc开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件, 用丁编程、对系统作一些设定、监控plc及plc所控制的系统的工作状况，但它 不直接参与现场控制运行。小编程器plc 般有手持型编程器，目前一般由计算 机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系

31、统的上位机。2人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏） 式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界 面非常普及。2. 8 plc的编程语言及设计原则不同的厂家的plc有不同的编程语言，但就某个厂家来说，plc的编程语言 也就那么几种。下面以西门子plc的编程语言为例，说明一下齐种编程语言的异 同。1 顺序功能图（sfc）这是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制的程序。编 写时，工艺过程被划为若干个顺序出现的步，每步中包括控制输出的动作，从一 步到另一的转换由转换条件來控制，特别适合于生产制造过程。2. 梯形图(lad)这是使用

32、最多的plc编程语言。凶与继电器电路很相似，具有宜观易懂的特 点，很容易被熟悉继电器控制的人员所掌握，特别适合于数字逻辑量控制。梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令构成。触点代表逻辑输入条件，线 圈代表逻辑运算结果，常用來控制指示灯、开关盒内部标志位等，指令框用来表 示定吋器、计数器或数学运算等附加指令。在程序中，最左边是主信号流，信号流总是从左流向右。3. 语句表(stl)这是一种类似于微机汇编语言的一种文木编程语言，由多条语句组成一个程 序段。语句表适合于经验丰富的程序员使用，可以实现某些梯形图不能实现的功 能。4. 功能块图(fbd)功能块图使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑

33、，一些复杂的 功能用指令框表示，适合于有数字电路基础的编程人员使用。功能块图用类似于 与门、或门的框图來表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右 侧为输岀变量，输入、输岀端的小圈圈表示非运算，方框用“导线”连在一起， 信号口左向右。5. 结构化文本(st)结构化文本时为iec61131-3标准创建的一种专用的高级语言。与梯形图相 比，它可实现复朵的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。step 7的s7 scl结构化控制语言、编程语言和c语言、pascal语言相似， 特别适合于习惯使用高级语言编程的人员使用。在设计plc时总会有一些原则上的要求，也就是设计的基木原则，plc控制 系统

34、与其他的工业控制系统类似，其目的是为了实现被控对象的工艺要求，从而 提高生产效率的品质质量。在设计plc控制控制系统是应按照以下基本原则进 行，1. 熟悉控制对象，确定控制范围设计前要实地考察，全面且详细地了解被控对象的特点和生产工艺过程。同 时要收集各种资料，归纳出工作状态流程图，并与有关的机械设计人员和实际操 作人员进行相互的交流和讨论，明确控制人物和设计要求。要了解工艺工程和机 械运动与屯气执行元件之间的关系和对控制系统的控制要求，共同拟定出电气控 制方案，最后归纳出电气执行元件的运动节扌白表。这也是plc要止确实现的根木 任务。2优化控制系统，确定plc型号在确定了控制对象和控制范围z

35、后，需要制定制订和应的控制方案。在满足 控制要求的前提下，力争使设计出来的控制系统简单、可靠、经济以及使用和维 修方便。控制方案的制订可以根据生产工艺和机械运动的控制耍求，确定电气控制系 统的工作方式。是单机控制就可以满足要求，还是需要多机联网通信的方式。最 后，综合考虑所有的要求，确定所要选用的plc型号，以及其他的各种硬件设备。3.提高可靠性和安全性在考虑完所自的控制细节和应用要求z后，还必须要特别注意控制系统的 安全性和可靠性。大多数的工业控制现场，充满了齐种齐样的干扰和潜在的突发 状态。因此，在设计的最初阶段就要考虑到这方面的各种i大i素，到现场去观察和 收集数据。没有了安全性和可靠性

36、的控制系统，其他的一切都无从谈起。4. 可升级性随着生产工艺的不断发展，原有的控制系统也要不断地升级和改进，才能适 应新的控制环境和要求。这就耍求在设计plc控制系统的吋候，应考虑到日后生 产发展和工艺的改进，而适当留有一些余量，方便后面的升级。2. 9 plc的通信联网只要两个系统之间存在着信息的交换，那么这种交换就叫通信。通过对通信 技术的应用，可以实现在多个系统z间进行数据的传送、交和处理。plc与计算 机、plc与外围设备、plc与plc之间的通信统称为plc的通信。一个通信系统，从硬件來看，是由发送设备、接收设备、控制设备和通信介 质等组成，从软件来看，还必须有通信协议和通信软件的配

37、合。1.通信方式按照数据的传输方式进行分类，可以将通信方式分为两种：并行通信和串行 通信。并行通信的特点是将多个数据位同时进行传输，传输的数据有多少位，就相 应的有多少根传输线，因此并行通信的传输速度快。但是随着传输位数的增多， 电路的复杂程度也就和应增加，成木也随着增加，因此，并行传输比较适合于短 距离的数据通信。出行通信的特点是只用一根数据线进行传输，多位数据必须在同-根数据线 上按顺序传输，因此，串行通信传送速度要比并行通信慢，但是i大i为只要一根数 据线进行传输，所以电路比较简单，适合于多数位、长距离的通信传输。串行通信按照信息在设备间的传输方向，还可以分为单工、半双工、全双工 三种方

38、式，plc通信通常采用异步串行通信方式。2. 传输介质传输介质是网络中连接收发双方的物理通道，也是通信中实际传送信息的载 体。传输介质大致可分为有线介质和无线介质。通常用的有线介质有双绞线、 同轴光缆和光纤等。无线介质是指在空间传播的电磁波，红外线，微波等。在 plc网络应用中，普遍使用的是有线介质。1.双绞线一一是一种使用广泛且价格便宜的传输介质，分为非屏蔽双绞 线和屏蔽双绞线两种，它rti两根彼此绝缘的导线按照一定规则以螺旋状绞合 在一起构成的，双绞线既可以传输模拟信号乂可以传输数字信号，一般在传 输模拟信号时，每隔5-6km加一个放大器，传输数字信号时，每隔2-3km加 一个中继器。2同

39、轴光缆由导体铜质芯线、内绝缘层、屏蔽层、外绝缘层和塑料 保护层5部分组成，与双绞线相比，同轴缆线抗干扰能力强，能够应用于频 率更高、数据传输速度更快的场合。3. 光纤一一是一种传输光信号的传媒介质，其从中心道外层分别为光纤芯、包层、保护层。第三章系统硬件设计3. 1 plc的选择目前，国内外众多的生产厂家提供了多种功能各异的plc产品，应用中 应该全面权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的、一般选择机 型要满足系统功能需要为宗旨，不要盲h贪大求全，以免造成投资和设备资 源的浪费。机型的选择可以从以下方面來考虑。1对输入/输出点的选择盲n的选择点数多的机型会造成一定的浪费。所以要线弄清楚

40、控制系统 的i/o总点数，再按实际所需总点数的15%20%留出备用量后确定所需plc 的点数。2.对存储容量的选择在存储容量上，只能人概的进行估算，一般估算按容量的50%100%留有 余量，对于缺乏经验的设计者。选择容量是应该留有更多的余量。3对i/o 口响应速度的选择plc的i/o响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式 引起的吋间延迟（一般在23个扫描周期）等。对开关量控制的系统，plc 和i/o响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑i/o响应问题。 但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。4. 根据输岀负载的特点选型不同的负载对plc的输出方式有不同的耍

41、求。例如，频繁通断的感性负 载，应选择晶体管或晶闸管输出型，而不应选择继电器输出型的。5. 控制功能的选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等 特性的选择。6. 机型结构的选择在相同功能和相同i/o点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块 式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际 需要选择plc的结构形式。本设计采用siemens s7224xp的plc。本机集成14输入/10输出共24 个数字量i/o点，2输入/i输出共3个模拟量i/o点，可连接7个扩展模块, 最大扩展值至168路数字量i/o点或38路模拟量i/o点。20k字节程序

42、和数 据存储空间，6个独立的高速计数器（lookhz）, 2个lookhz的高速脉冲输 出，2个rs485通讯/编程口,具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式 通讯能力。本机述新增多种功能，如内置模拟量i/o,位控特性，自整定pid 功能，线性斜坡脉冲指令，诊断led,数据记录及配方功能等。是具有模拟 量t/0和强大控制能力的新型cpuoe 0 今dx寸zis占k二囲3.2自动加料机的选择目前市场上应用的自动加料机型号比较多，玻璃电熔炉自动加料机的型 号主耍有三种：一是翻转进给型，二是xy型，三是振动型。从经济方面以及工 作环境考虑，综合木人所设计的口动加料控制系统考虑，选用振动进给型的

43、口动 加料机最为合适。图3.2 口动加料机3. 3变频器的选择变频器是以电子技术、微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用 为基础上发展起来的智能型的调速设备。变频器调速时现代电力传动技术的重耍 发展方向，随着近儿十年电力电了技术的不断完善及计算机技术的发展，变频器 各项性能fi趋完美，已被不同学科、不同行业的工程人员广泛应用，为企业带来 了可观的经济效应，推动了工艺生产的自动化进程，是极富吸引力的调速节能设 备之一o现代变频交流调速在很多场合已经逐步取代了过去的内反馈串级调速、变极 调速等调速系统，甚至取代了液力耦合、滑差、直流调速。可以说，有交流电动 机调速的地方就有变频器的应用。变

44、频器作为一种新型的调速节能设备，是h前 最简单、最方便的一种调速节能方式。目前，变频器在我国的应用范围以深入到 石汕、电力、冶炼、军工、化工等各种工业生产及民用行业中。按照生产机械的类型、调速范围、静态速度精度、起动转矩及性价比的要求 本例小选用西门子mm440变频器。四门子mm440变频器全称是micromastcr440 它是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同 时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。创新的bico （内部功能互联） 功能有无可比拟的灵活性。主要特征：200v-240v ±10%,单相/三

45、相,交流，0. 12kw-45kw；380v-480v+10%,三和，交流，0.37kw-250kw；矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制；高过载能力，内置制动单元；三组参数切换功能。控制功能：线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点 设定v/f控制，磁通电流控制免测速矢量控制，闭环矢量控制，闭环转矩控制， 节能控制模式；标准参数结构，标准调试软件；数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输岀2个，继电器输岀3个； 独立i/o端子板，方便维护；采用bico技术，实现i/o端口自由连接；内置pid控制器，参数自整定；集成rs485通讯接口，可选profibus-dp/device-ne

46、t通讯模块；具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；可实现主/从控制及力矩控制方式；在电源消失或故障时具有自动再起动功能；灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性；快速电流限制(fcl),防止运行中不应有的跳闸；有直流制动和复合制动方式提高制动性能。保护功能：过载能力为200%额定负载电流，持续时间3秒和150%额定负载电流，持续 吋间60秒；过电压、欠电压保护；变频器、电机过热保护；接地故障保护，短路保护；闭锁电机保护，防止失速保护；采用ptn编号实现参数连锁图3.3四门子mm440变频器3.4触摸屏的选择随着微型计算机技术及网络技术的发展，触摸屏在生产生活中的应用越来越 多，从

47、广义上讲，触摸屏就是一种简单易学的就计算机输入设备，或是说人人都 会使用的与计算机沟通的设备，应用方面越来越多，特别是应用在自动控制方面 系统中，使之更趋于人性化等等。综合考虑到成本环境等因素，本设计中用的是 威纶触摸屏mt60701h威纶触摸屏mt6070ih详细信息：1、标准usb 2.0接口，可接usb鼠标、usb键盘、usb打印机等,即插即用。2、支持u盘，通过u盘快速的上传、下载projccto3、支持u盘扩展寄存器(em0em9),轻松实现断电保持。最大可扩展到2g(word)。4、通过usbu,实现扩展寄存器与plc数据的交互存储。5、u盘支持“热插拔”，利用u盘随时备份与更新生

48、产数据6、可将历史资料与配方资料(rw或者rw_a寄存器数据)通过u盘下载到hm1, 数据更新更加方便。7、可将hmi的配方资料(rw或者rw_a寄存器数据)、历史故障记录、采样资料 等保存到u盘，并可在excel电子表格中查看。8、利用mt8000/ mt6000特有的备份功能，可将特定时间内的丿力史数据记录和场 史报警记录保存到u盘屮。产品规格认证 ce/ul/rosh显示器 4.3” 5.6” 7 10” tft背光 500 cd/m2色彩 65536 color对比 300:1 500： 1分辨率(wxii dots) 320x234背光灯led背光灯寿命(avg.) 30, 000

49、hr.触控屏 4 wires resistive type触控精准2mm触控硬度4h串行端口接口 coml (rs232/rs485 2w/4w), com2(rs232), com3 (rs232/rs485 2w)usb 接口 usb 2.0 x 2处理器 32bit risc cpu内存128mb配方内存有cf卡接口有万年历rtc有系统诊断 power failure detection电压 24 vdc ± 20%消耗电流440 ma 24vdc外型尺寸 wxhxd 204x150x48mm开孔尺寸 wxh192 x 138mm (7. 56x5 43)重量 approx.

50、0. 3kg, 0. 85kg, 1. 4kg图3. 4威纶触摸屏mt6070ih3. 5触摸屏人机界面设计对于触摸屏的人机界面设计，为了更好的进行自动加料控制系统的控制，进 行了更加人性化，系统化的设计，用的是wetnvtew hmt组态软件 easybuilder8000 （简称 eb8000）oweinv1ew hmi 组态软件 easybuildersooo （简称 eb8000,后同）是台 湾威纶科技公司开发的新一代人机界面软件，适用于本公司mt8000和 mt6000系列所有型号的产品。图3.5.1主画面"启动15停止|圍'参数设置了 t 1澤动1t皱障处理1已加

51、料次数fh#次%零已加料时间#秒所剩加料时间w |1秒图3.5.2工作画面加料次数认弭次停振时间怜# |加料时间叫j秒延时回手臂时间延时振动时间轲# 秒延时推手臂时间振动时间秒变频器工作频率枷# 1秒 秒:hzts 0丿返回图3.5.3工艺参数画面手动控制氓频电机接触器ts 2及1变频器启动“振动电机图3.5.4手动画面3.6电动机的选择电动机的选择是否恰当，关系到电动机能否安全、经济、合理地使用，如果 选择不当，会造成浪费，甚至烧坏电动机。电动机的选择主要包括：电动机额定 功率的选择，电动机电流种类的选择，电动机结构形式的选择，电动机电压的选 择，屯动机转速的选择等等。1. 电动机额定功率的

52、选择生产机械工作时必然消耗一定的机械功率pl,而这些机械功率是由拖动它的 屯动机提供的输出功率p2，即p2=plo如果选择的电动机额定功率p“合适，屯动 机运行时的稳定温度就等于绕组绝缘材料允许的最高温度，电动机就能够达到正 常使用寿命，电动机容量得到了充分的利用。如果选择的电动机额定功率匕偏 小,会出现小马拉大车的情况，电动机将长时间在过载的情况下运行。其温度就 会超过绕组绝缘材料允许的最高温度，从而缩短了电动机的使用寿命，同时也使 屯动机的效率下降。所以已选择屯动机的吋候一定要了解所使用机械功率的大 小，然后再去选择适当的电动机，这样才能在保障止常的工作，乂能提高经济效 应。2. 电动机电

53、流种类的选择选择电动机的种类，要根据止产机械的要求全面衡量各种技术、经济条件來 确定。技术条件包括：电动机的机械特性与生产机械的负载特性是否匹配，调速 和启动性能是否符合要求。经济方而要考虑对生产率的影响，初期投资以及运行 费用等等。在技术条件基本满足生产机械要求的条件下，一般选用结构简单、价 格低廉、工作可靠、维护方面的电动机。从这个意义上看，交流电动机优于宜流 电动机，交流界步电动机优于交流同步电动机，鼠笼型界步电动机优于绕线型界 步电动机。3. 电动机结构形式的选择电动机的结构形式按其安装位置的不同可分为卧式立式两种，卧式电动机安 装时，电动机的转轴处于水平位置，立式电动机的转轴则与地面

54、垂直，二者的轴 承不同，不能随便混用，在一般情况下，应优先选用卧式电动机，立式电动机价 格较贵，只有为了简化传动装置，又必须垂直运转时才采用。电动机的工作环境是由生产机械的工作环境决定的。在很多情况下，电动机 工作场所的空气中含有不同分量的灰尘和水分，有的还含有腐蚀性气体甚至含有 易燃易爆气休；有的电动机则要在水屮或其他液体屮工作。灰尘会使电动机绕组 黏结上污垢而妨碍散热；水分、瓦斯、腐蚀性气体等会使电动机的绝缘材料性能 退化，甚至会完全丧失绝缘能力；易燃、易爆气体与电动机内产生的电火花接触 吋将有发生燃烧、爆炸的危险。因此，为了保证电动机能够在其工作环境中长期 安全运行，必须根据实际环境条件

55、合理地选择电动机的防护方式。电动机的外壳 防护方式有开启式、防护式、封闭式和防爆式儿种。4. 电动机额定电压的选择交流电动机额定电压的选择主要以使用场所的供电电网电压等级为依据。一 般低压电网为380v,因此，中小型三相异步电动机的额定电压大多为380v （y 或接法）,220v/380v （a /y接法）和380v/660v（ a/y接法）,这样绝缘问题容 易解决，可降低成本，既经济又安全，当功率在100200kw以上时，中等功率的 屯动机有低压和高压两种类型，选用吋应根据工作地点的电源来决定，应尽量避 免增设变压器，以减少投资。对于矿山及钢铁行业的大型设备用大功率电动机，为了提高经济技术指标， 多用3000v或6000v的高压电动机，这样既减小了电动机的体积，又节约铜线的 用量，但使用是应注意