自动配料系统模拟

目录

第一章概述2

1.1PLC简介以及其开展趋势2

1.2课程设计任务极其介绍4

第二章自动配料系统硬件设计6

2.1控制要求6

2.2选择PLC型号6

2.2.1系统功能及I/O点配置6

2.2.2CPU模块分类7

2.2.3I/O扩展模块分类8

2.2.4选择PLC9

2.3系统设计流程示意图10

2.4I/O接线图11

2.5I/O分配表12

第三章自动配料系统软件设计13

3.1自动配料系统程序梯形图13

3.2自动配料系统程序语句表16

第四章PLC系统程序调试说明19

4.1调试方案19

4.1.1软件和实物现场调试19

4.2调试过程记录20

完毕语22

参考文献23

第一章概述

1.1PLC简介以及其开展趋势

可编程序控制器，英文称ProgrammableI^gicController,简称PC。但由于

PC容易和个人计算机〔Personalputer〕混淆，故人们习惯地用PLC作为可编程

序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，

专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其部存储执行逻

辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式

的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的

继电接触控制技术相结合的产物，它克制了继电接触控制系统中的机械触点的接

线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的

优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，

不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为根底的简

单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户

程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工

艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另

一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的

要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很

快受到工业控制界的欢送，并得到迅速的开展。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强及编

程简单等特点。可以预料，在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世

界潮流。

现代可编程序控制器有两个方面的开展趋势。

微小型PLC

开展微小型PLC,使其体积更小、速度更快、功能更强、价格更低、配置

更加灵活。由于自动控制系统规模的不同，小型化、低本钱的PLC将广泛应用

于各行各业，其组成由整体构造向小型模块化构造开展，增加了配置的灵活性，

例如SIEMENS公司的S7-200的最小配置为CPU221,主机有6DI/4DO〔数字量

输入/数字量输出），而CPU224主机可扩展7个模块，最大达94DI/74DO,

16AI/16AO〔模拟量输入/模拟量输出〕，可满足比拟复杂的控制系统的要求。

大型PLC

开展大型PLC,使其具有大型网络化、高可靠性、多性能、良好的兼容性

等特点。网络化和强化通信能力是PLC开展的一个重要方面，向上与以太网、

MAP网等相连，向下通过现场总线〔如PROFIBUS〕将多个PLC与远程I/O等

相连，构成整个工厂的自动化控制系统。近年来各公司陆续推出各种智能模块,

大大增强了PLC的控制功能。智能模块是以微处理器为根底的功能部件，其CPU

与PLC的CPU并行工作，能够独立完成某些控制功能，如通信控制、高速计数、

模拟量输入输出等，使系统设计和调试时间减少，控制精度提高。好的兼容性是

PLC深层次应用的重要保证，SIEMENS公司的S7系列PLC与通用微机兼容，

可运行DOS/Windows程序，PLC的编程语言STEP7可运行在Windows环境下,

提供了很强的梯形图、语句表的编程、调试和诊断等功能，表达了现代PLC的

特点。

1.2课程设计任务极其介绍

本次设计主要是综合应用所学知识，设计自动仓库自动配料，运料小车控制

系统，并在实践的根本技能方面进展一次系统的训练。能够较全面地稳固和应用

“PLC”课程中所学的根本理论和根本方法，并初步掌握运料小车设计的根本方

法。

系统功能介绍:系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动

对货车进展配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。系统有四台电动机，两个

行程开关和按钮开关，延时定时器的作用是电动机在特定的时间启停，行程开关

的作用是使系统在小车到达特定地点启动或者停顿，从而到达自动配料的目的。

模拟实验面板如下:

自动配料/四节传送带

启动/S81停止/SB2

OO

u

LO2

o

A

DlMol

oo

B

M2

DO2Oo

c

M3

DO3Oo

wD

oMO4o

主要功能如下：

⑴初始状态

红灯L2灭，绿灯L1亮，说明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭，假

设料位传感器S1置为OFF〔料斗中的物料不满〕，进料阀开启进料〔D4亮〕。当

S1置为ON〔料斗中的物料已满〕，那么停顿进料〔D4灭〕。电动机M1、M2、

M3和M4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SQ1置为（）N,红灯信号

灯L2亮，绿灯LI灭；同时启动电机M4,经过2s后，再启动启动M3,再经2s

后启动M2,再经过2s最后启动Ml,再经过2s后才翻开出料阀〔D2亮〕，物料

经料斗出料。

当车装满时，限位开关SQ2为ON,料斗关闭，2s后M1停顿，M2在M

1停顿2S后停顿，M3在M2停顿2S后停顿，M4在M3停顿2S后最后停顿。

同时红灯L2灭，绿灯L1亮，说明汽车可以开走，

⑶停机控制

按下停顿按钮SB2,自动配料装车的整个系统终止运行。

第二章自动配料系统硬件设计

2.1控制要求

当系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动对货车进展

配料，当车装满时，传感器装置检测到信号，配料系统能自动关闭。

2.2选择PLC型号

2.2.1系统功能及I/O点配置

1.PL号进展C系统功能实现对输入信号开关量进展采集，通过程序控制和

相应的算法CPU模块对输入信处理，再将结果经输出模块输出到线圈或者继电

器，整个过程周期性循环进展。因为实验挂箱是在模拟实际自动配料系统，所以

限位开关，料位传感器都看成开关量；系统的工作状态，如电机运行，料箱的状

态，都用输出指示灯表示。

2.根据本课程设计的实际情况，对系统I/O点进展分配，具体分配情况见表

表2.2.1系统I/O分配表

名称数量备注

号

1可编程序控制器1

/■

开关〔输入量〕52个限位

开关+2个停顿

启动按钮+料

位传感器1个

〔传感器在模

拟系统中看成

开关〕

指示灯〔输出量〕10四个电机

也算指示灯

2.2.2CPU模块分类

CPU22*系列PLC主机模块按照I/O点数多少不同和效能不同而有五种不同

构造配置的品种，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226,下面分

别加以介绍。

⑴.CPU221:本机集成6输入/4输出，无扩展能力，程序和数据存储容量较

小，有一定的高速计数能力和通信功能，非常适合于少点数的或者特定的控制系

统使用。

⑵.CPU222:本机集成8输入/6输出，和CPU221相比，它最多可扩展2个模

块，因此是应用更广泛的全功能控制器。

(3).CPU224:本机集成14输入/10输出，和前两者相比，程序存储器扩大了

一倍，数字存储器扩大了四倍，它做多可以有7个扩展模块，有置时钟，有更强

的模拟量和高速计数能力，是使用最多的S7-200产品。

(4).CPU224XP:这是最新推出的一种使用机型，其大局部功能和CPU224一

样，但和CPU224相比，它的程序存储器容量和数据存储器容量都增加了不少，

处理高速计数的能力也有提高；其最大的区别是在主机上增加了2输入/I输•出

的模拟量单元和一个通信口，非常适合在有少量模拟量的信号的系统中使用，在

有复杂通信要求的场合也非常适用。

(5).CPU226:本机集成24输入/16输出，I/O总点数共40点，和CPU224相

比，程序存储器扩大了一倍，数据存储器容量增加了10KB,它具有2个通信口，

通信能力大大增强，它可用于点数较多的小型或中型控制系统。

2.2.3I/O扩展模块分类

S7-200系列PLC的主机提供一定数量的数字量I/O和模拟量I/O,但在I/O

点数不够的情况下，就需要对I/O口进展扩展，S7-200PLC提供了6种I/O扩

展模块，如下所示。

⑴.EM221:输入扩展模块，共有三种产品，即8点和16点DC、8点AC。

(2).EM222:输出扩展模块，共有5种产品，即8点DC和4点DC〔5A〕、8

点AC、8点继电器和4点继电器〔10A〕。

(3).EM223:输入/输出混合扩展模块，共有6种产品，其中DC输入/DC输

出的有三种，DC输入/继电器输出的有三种，它们对应的输入/输出点数分别为

4占、8占、16占0

(4).EM231:模拟量输入扩展模块，共有三种产品，4A1、2路热电阻输入和4

路热电偶输入。

(5).EM232:模拟量输出扩展模块，只有一种2路模拟量输出扩展模块。

(6).EM235:模拟量输入/输出混合扩展模块，只有一种4路AI/1路AO〔占

两路输出地址〕的产品。

2.2.4选择PLC

根据自动仓库运料小车的设计要求，本次设计需要40点数字量输入，16点

数字量输出。所以需要选择的模块为：CPU226一个、EM235模块1个、E3模

块1个。总点数为：数字量输入5点、数字量输出10点，既满足了设计的点、数

要求，又降低了模块本钱，性价比颇佳。

2.3系统设计流程示意图

L

图2.3.1程序流程图

上述流程图的解释如下:

⑴初始状态

红灯L2灭，绿灯L1亮，说明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭，

假设料位传感器S1置为OFF〔料斗中的物料不满〕，进料阀开启进料〔D4亮〕。

当S1置为ON〔料斗中的物料已满〕，那么停顿进料〔D4灭〕。电动机Ml、M2、

M3和M4均为OFF。

(1)装车控制

装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON,红灯信号

灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4,经过2s后，再启动启动M3,再经2s

后启动M2,再经过2s最后启动Ml,再经过2s后才翻开出料阀〔D2亮〕，物料

经料斗出料。

当车装满时，限位开关SQ2为ON,料斗关闭，2s后M1停顿，M2在M

1停顿2S后停顿，M3在M2停顿2S后停顿，M4在M3停顿2s后最后停顿。

同时红灯L2火，绿灯L1亮，说明汽车可以开走,

⑶停机控制

按下停顿按钮SB2,自动配料装车的整个系统终止运行。

2.4I/O接线图

系统的I/O接线图，如下列图所示:

图2.4.1自动配料系统设计与调试图

2.5I/O分配表

自动配料模拟系统的输入输出口分配表:

]

C5I：

板B1B21Q1Q2123

I1I]II(<

LC0.00.10.20.30.40.00.10.2

II]111]

板4121234

I(((((<(

LC0.30.40.50.60.71.01.1

第三章自动配料系统软件设计

3.1自动配料系统程序梯形图

Q0.2

Q0.4

Q0.5

)

T37Q1.0

TK)

1

T38

-----------pN-TON

+20-PT

T38Q0.7

TEs)

1

T39

-----------pN~TON

+20-PT10。〜

T39Q0.6

TEs)

1

T40

-----------IlN~TON

+20-PT100Z

M0.1T41

th—IN-TON

TM0.2H+20・PT100〜

T41Q0.6

TER)

1

T42

------------------pN-TON

+20」PT10。〜

T42Q0.7

TER)

1

T43

------------------pN~TON

+2。」PT

T43Q1.0

T

T44

------------------flN~TON

+20-PT100〜

T44Q1.1

ER)

1

3.2自动配料系统程序语句表

LD10.0

OM0.0

AN10.1

=M0.0

LDM0.0

LPS

AN10.2

—Q0.3

LRD

A10.2

=Q0.2

LRD

AN10.3

-Q0.4

LRD

ANQ0.4

—Q0.5

LRD

A10.3

Q0.5

LRD

A10.3

SQI.1,1

TONT37,+20

LRD

AT37

SQ1.0,1

TONT38,+20

LRD

AT38

SQ0.7,1

TONT39,+20

LRD

AT39

SQ0.6,1

TONT40,+20

LRD

AT40

=Q0.1

LPP

A10.4

RQ0.1,1

QO.O

zzM0.1

LD10.1

OM0.2

AN10.0

M0.2

LDM0.1

OM0.2

TONT41,+20

LDT41

RQ0.6,1

TONT42,+20

LDT42

RQ0.7,1

TONT43,+20

LDT43

RQI.0J

TONT44,4-20

LDT44

RQl.1,1

RQ0.5,1

M0.3

LDM0.3

AMO.O

SQ0.4,1

第四章PLC系统程序调试说明

4.1调试方案

4.1.1软件和实物现场调试

STEP7-Micro/WTN软件可以很容易的对S7-200进展编程，本次课程设

计，通过PC/PPI电缆将S7-200CPU和装有STEP7-Micro/WIN软件的计算机连

接。

按照所给的I/。表连接自动装配料模块

翻开STEP7-Micro/W'IN软件，新建一个文件夹，将梯形图程序输入，编译

无误后，将程序下载到PLC中，并通过STEP7-Micro/WIN软件使PLC进入运

行模式，为了方便调试和观测程序的运行状态，将软件置于监视状态，通过观察

界面，即可清楚的看到程序的执行状况。

〔1〕输入回路调试：

PLC设置为“STOP〃模式，将输入设备依次进展通断设置，观察PLC输入

回路指示灯是否发亮，假设某一指示灯不发亮，那么检查输入设备和输入回路；

〔2〕输出回路调试：

PLC设置为“RUN”模式，按控制系统要求进展输入设备动作，观察输出设

备是否符合控制要求，假设与控制要求不符，那么检查输出设备和输出回路；

4.2调试过程记录

表一软件仿真调试过程记录

输入继电器动作情输出继电器动作情是否符合控制要求故摩原

况况因

启动红灯灭，绿灯符合

亮。出料口关闭

传感器S1置为进料口翻开1)4符合

OFF亮

限位开关SQ1红灯L2亮，绿符合

置为ON灯L1灭。