自动化控制系统在饲料厂输送中的应用设计

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伴随电子技术的I发展，持续配料输送自动控制系统在水泥、煤炭、冶金、化工、

饲料、食品等行业有很广泛的应用。具有功能全面，灵活性强，性价比高等特点，受到持

续配料系统集成商和顾客内欢迎。该系统集现代物流技术、仓储技术、自动化技术于一体,

是CIMS中的重要环节，在国外已经得到较广泛的应用，该技术也正在逐渐地应用于我国

许多行业中。

加盟.WTO后，我国商品分销、配送服务市场将逐渐扩大开放的领域和范围。而物流是

企业发展的关键问题，物流会影响企业总体的生存和发展。在2023年物流成本占国内国

民经济生产总值（GDP）的16.7队而美国仅为10%如下。尤其是企业的物流设备水平与发

达国家之间存在着巨大的差距，重要体现为，运送效率低，物流过程挥霍惊人。我们懂得,

差距就是潜力和发展空间，因此，提高物流设备化水平，已成为当务之急。自动配料车是

物流体系中运送分派口勺重要构成部分，它是能自动地存储和取出物料口勺系统。

PLCMJ设计和开发，已经有多种类型和款式。老式的PLC各有特点，它们适合在现场

做手工测量，要完毕远程测量并要对测量数据做深入分析处理，老式PLC是无法完毕的。

然而基于PC通信的JPLC,既可以完毕测量数据口勺传递，又可借助PC,做测量数据【付处理。

因此这种类型RJPLC无论在功能和实际应用上，都具有老式PLC无法比拟的特点，这使它

的开发和应用品有良好的前景。

第一章PLC可编程序控制器日勺概述

PLC可编程序控制器:PLC英文全称ProgrammableLogicController,简称PLC,

它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、通讯技术而发展起来的

一种通用控制器。PLCH勺抗干扰能力强，自身又有极强的自诊断功能。用它构成日勺控

制系统可靠性高，没有一般继电器常见的故障，调试完毕后能长期可靠运行，成为现代

工业实现自动化的关键设备。

1.1可编程控制器PLC经历日勺三个阶段

60年代到70年代为初期PLC控制；

70年代到80年代为中期，使用微处理器为中央处理单元；

80年代中期至今，内部使用了大规模集成电路。

PLC技术最早应用于美国通用汽车的流水线技术中。1971年日本从美国引进PLC

技术，很快就研制出日本第一台DSC-8型PLCo早在1984年，日本就有30多种PLC

H勺生产厂家，产品60种以上。西欧在1973年已研制出他们H勺第一台PLC,并且发展

很快。我国PLC的研制与应用较晚，1973年开始研制，1977年开始应用，20世纪80

年代初期前发展较慢，20世纪80年代伴随成套设备或专用设备引进了不少PLCo20

世纪80年代中后期，我国开发应用PLC技术发展迅速，近几年，我国的PLC技术日益

广泛愈加成熟。

PLC技术最早只应用于逻辑运算，通过不停的发展，逐渐可进行逻辑运算、次序、

定期技术与算术操作。美国电器制造商协会（NEMA）通过四年调研，1984年正式命名

为PC。为了与个人计算机进行区别，称为PLC。可编程控制器PLC具有自己的编程语

言，重要使用对象是广大工程技术人员，不采用微机日勺编程语言，而采用面向控制过

程,面向问题日勺“自然语言”

程序。包适梯形图、指令表、控制系统流程图、逻辑方程式或布尔代数式等，其

中梯形图以其形象、直观、简朴易用，与电气控制原理图相呼应、易于掌握等特点。

1.2可编程控制器日勺分类及优势

在社会生产各部门，PLC具有极其广泛的应用，按详细应用场所日勺不一样可归纳

为如下几类：

（1）开关逻辑控制；（2）闭环过程控制；（3）机械加工的数字控制；（4）机器人

H勺控制；（5）构成多级控制系统，实现工厂网络化等等。

其中，开关逻辑控制是PLC最基本的控制领域，它取代了老式的继电器、接触器

H勺控制装置。逻辑控制装置大多用于对单机的控制，多机群控制以及生产自动线H勺控

制等。本文正是运用开关逻辑控制来实现小车自动装料日勺。

PLC为工业自动化提供了几乎完美日勺现代化自动控制装置。现将PLC与继电器控

制作如下比较：

工控机PLC控制

技术性使用计算机语言梯形图语言

设备接口性要计算机专用接口可与设备直接速接

环境规定规定较高规定低

继电器控制PLC控制

用继电器实现控制功

功能用程序控制

能

适应性变化接线变化程序

重要部分是集成电

受触点接和触点寿命

可靠性路

的影响

可靠性高

根据控制规定硬件连根据控制规定变化

通用性

接程序

在I/O点数及内存容

扩充性扩充、变化困难量

许可范围自由扩充

定期检查，逐一更换继

维修性整体互换，更换插件

电器

略复杂、比工控机简

技术性普及、易懂

朴

适合少于30个继电器合用30以上继电器

经济性

的装置装置

体积大小

图纸多，安装、装配工虽然复杂控制，小易

周期

作量大，调试周期长设计，调试周期短

表1PLC与继电器控制的比较

通过上表比较可知：可编程控制器PLC具有可靠性高、编程简朴、使用以便，系

统构造简朴，通用性强，安装、维护以便等长处。这也正是本文用PLC来控制送料小

车的I重要原因。

1.3PLC的构成

从构造上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、

I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一种不可拆卸的整体。模块式PLC

包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组

合配置。

1.3.1CPU日勺构成

CPU是PLC日勺关键，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一种CPU,它按PLC的系

统程序赋予日勺功能接受并存贮顾客程序和数据，用扫描日勺方式采集由现场输入装置送来日勺

状态或数据，并存入规定日勺寄存器中，同步，诊断电源和PLC内部电路日勺工作状态和编程

过程中的I语法错误等。进入运行后，从顾客程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指

令规定的任务产生对应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU重要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联络日勺数据、控制及状态总线构

成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存重要用于存储程序及数据，是

PLC不可缺乏日勺构成单元。

存储器重要用于寄存系统程序、顾客程序以及工作数据。PLC常用日勺存储类型有

RAM、ROM、EPROM、EEPROMo

图1PLCH勺工作原理

PLC采用循环扫描工作方式，在PLC中，顾客程序按先后次序寄存，CPU从第一条指

令开始执行程序，直至碰到结束符后，又返回第一条，如此周而复始的不停循环。PLC

扫描过程如图K

这个工作过程分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几种阶段。

全过程扫描一次所需口勺时间称为扫描周期。

内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件与否正常，复位监视定期器等。

同信操作服务阶段，PLC与某些智能模块通信，响应程序器键入口勺命令，更新编程器

欧J显示内容。

当PLC处在停止状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处在运行状

态时，从内部处理、通信操作、到程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

输入处理又叫输入采样。在此阶段，次序输入所有端子的通断状态，并将读入日勺信息

存入内存所对应口勺映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新，接着进入程序执行阶段。在

程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，虽然输入信号发生变化，其映象寄存器日勺内容

也不会发生变化，只有在下一次扫描周期H勺输入处理阶段才能被读入信息。

程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右\先上后下日勺步序，逐句扫

描，执行程序。循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是串行工作日勺，这

和老式的继电器控制系统并行工作有质的区别。PLC的串行工作方式防止了继电器控制系

统中触点竞争和时序失配内问题。

由于PLC采用扫描工作过程，因此在程序日勺执行阶段虽然发生了变化，输入状态映象

寄存器I的内容也不会变化，要等到下一种周期日勺输入采样阶段才能变化。扫描周期是一种

很重要的指标，小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。PLC的扫描时间取决于

I/O扫描速度和顾客程序的长短，以及程序使用日勺指令类型。亳秒级日勺扫描时间对于一般

工业设备一般是可以接受内，PLCH勺影响滞后是容许的，不过对某些I/O迅速响应的设备,

则采用对应日勺处理措施。如选用高速CPU,提高扫描速度，采用迅速响应模块、高速记数

模块以及不一样日勺中断处理等措施减少滞后时间。影响I/O滞后的重要原因：输入滤波器

的惯性，输出继电器接点内惯性，程序执行的时间，程序设计不妥的附加影响等。

我们在此不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理

解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震

荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，

并存储运算的中间成果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC口勺重要参数，它们决定着PLC的工作速度，10数量及软件

容量等，因此限制着控制规模。

1.3.2I/O模块

PLC与电气回路日勺接口，是通过输入输出部分（I/O）完毕日勺。I/O模块集成了PLC日勺

I/O电路，其输入暂存器反应输入信号状态，输出点反应输出锁存器状态。输入模块将电

信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI）,开关量输

出（DO）,模拟量输入（AI）,模拟量输出（A0）等模块。

开关量是指，只有开和关（或1和0）两种状态日勺信号，模拟量是指，持续变化的量。

常用H勺I/O分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分，有继电器隔离

和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）

等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用I/O外，尚有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的）

基本配置的能力，即受到最大的底板或机架槽数限制。

1.3.3电源模块

PLC电源用于为PLC各模块H勺集成电路提供工作电源。同步，有H勺还为输入电路提供

24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC）,直流电源（常用口勺为

24VDC）o

1.3.4底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联络，使CPU

能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一种整体。

1.3.5PLC系统的其他设备

（1）编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺乏的器件，用于

编程、对系统作某些设定、监控PLC及PLC所控制的系统日勺工作状况，但它不直接参与现

场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充

当编程器。

（2）人机界面：最简朴日勺人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式日勺一

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。

（3）输入输出设备：用于永久性地存储顾客数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅

读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

1.3.6PLC日勺通信联网

依托先进的工业网络技术可以迅速有效地搜集、传送生产和管理数据。因比，网络在

自动化系统集成工程中的重要性越来越明显，甚至有人提出〃网络就是控制器〃内观点说

法。

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设

备之间可以互换信息，形成一种统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232

接口，尚有某些内置有支持各自通信协议日勺接口。PLC/、J通信，尚未实现互操作性，IEC

规定了多种现场总线原则，PLC各厂家均有采用。

第二章PLC控制饲料生产自动送料系统的）过程分析

2.1工艺简介及流程图

2.1.1工艺简介

(1)粉碎玉米仓装料，配料仓装料，微量元素仓装料

(2)粉碎玉米，配料，微量元素入搅拌锅搅料

(3)搅拌结束，小车到位，靠近开关发信号

(4)搅拌锅打开电磁阀放料，同步计时，当计时器计时30s时搅拌锅关闭电磁阀,

料运到目的地。

(5)车卸料同步计时器计时，当计时30s运料车关门，然后返回搅拌锅下重新装料。

(6)运行直到运料完停车。

2.1.2工艺流程图

上艮

图2工艺流程图

2.2整个流程在详细实现过程当中注意的问题

(1)盛粉碎玉米、配料、微量元素日勺料斗分别装有上限、下限报警器将粉碎玉米、

配料和微量元素分别用运料车将料放入盛料料斗中，将料斗阀门打开开始放料，它有

一种盛料的上限，当料斗内的料超过上限时，报警装置动作，停止放料。同理，尚有

一种盛料的下限报警装置。将粉碎玉米、配料和微量元素下放到搅拌锅内，盛料斗内

H勺料低于下限时，下限报警装置响应，开始加料。

(2)粉碎玉米、配料利微量元素入搅拌锅量日勺控制

成品料是由粉碎玉米、配料和微量元素搅拌而成，而各料在成品料中所占比例不

一样，因此需要控制各个料的量。放料时需按预先设计好日勺程序控制各料斗下料的量。

(3)运料车装料量日勺控制

将搅拌锅内日勺料搅拌好后，通过电磁阀给运料车装料。运料车装料的量通过计时

器来控制。当计时器计时30s后，搅拌锅关闭电磁阀，通过传感装置给电动机发出信

号，小车将料运走。

(4)热报警装置

运料车在过载低速运行过程中，轻易引起电动机发热过烫日勺现象，会缩短电动机

日勺寿命。在发生这种现象时通过报警装置及时检修有关装置，排除故障。

(5)障碍物监测

在运料车工作过程当中，为防止传送带或轨道上有障碍物阻碍运料车而发生事故,

如工作人员在不懂得的状况下挡在运料车的必经之路时或有其他设备或物体时，自动

监测系统可以及时发现发出警告，使运料车暂停，待清除障碍后再运行。

(6)装置

运料车运料必然有一种运料路线，这个路线是预先设定的，通过给运料小车编制

一定的程序实现自动沿途径运行。

2.3成品料运料车工作过程简介

成品料存储仓一般有单仓、双仓或二仓等配置形式，此外再配一种废料仓。我们

以双仓为例来阐明其控制过程。图2为运料车工作过程示意图。运料车在工作前要先

选仓。1号成品料仓和2号成品料仓日勺仓顶上各有(图2运料车工作过程示意图)两

个门，起防雨和保温的作用。废料仓顶上没有门。当选择好料仓时，舱门打开，这时

才容许运料车工作。运料车日勺工作过程为：前进一一停车卸料——后退一一等待装料

一一再前进。

2.4运料车运行以及程序设计的规定

用电动机拖动小车，电动机正转，小车前进，电动机反转小车后退。首先选择成

品料仓1号或2号。选择好后，小车首先停在搅拌锅下装料，当计时器到达30s时，

电磁阀关闭，停止装料，小车前进，向选好的料仓驶去，抵达后将料卸完［计时器到

达30s即小车的净重）小车后退返回到搅拌锅下接着装料，然后继续向料仓运料。如

此反复直到将料运完。

2.4.1小车向1号成品料仓运料

（1）小车位于搅拌锅下

当运料小车位于搅拌锅下时，压下限位开关SQ0,接通XI,其常闭断开，常开闭

合，指示灯Y0亮。

（2）小车向1号成品料仓运料

按下起动按钮SB1,接通X0,其常开闭合，运行指示灯Y1亮。Y1常开触点接通，

实现自锁。与此同步，Y1常开触点接通移位寄存器日勺输入端，M0置“1”，其常开触

点闭合，常闭触点断开。M0和X2接通TOIft线圈。30秒后（此30秒时间内给小车装

料）T0常开触点闭合，Y4线圈得电，KM1得电吸合，电机正传，小车前进，向1号成

品料仓运料。

（3）小车从1号成品料仓返回搅拌锅下

当运料车抵达1号成品料仓时，压下限位开关SQLX2常闭断开，常开闭合。T0

线圈失电，其常开断开，KM1失电释放，电动机停转，小车停止进。与此同步M0与X2

常开接通移位寄存器输入端CP,将M0中日勺“1”移位到Ml中，Ml常闭接点断开，M0

补“0”，而Ml常开接点闭合，T1线圈通电，延时30秒（在这30秒内小车卸料）后，

T1常开触点接通，Y5线圈通电，接触器KM2接通，电机反转，小车后退，返回搅拌锅

下。

（4）运料车第二次向1号成品料仓运料

当运料车返回搅拌锅下时，压下限位开关SQO,XI常闭断开，T1圈失电，口常开

断开，Y5失电，KM2线圈失电释放，电动机停转，小车停在搅拌锅下。与此同步，Ml

与XI接通移位寄存器输入端CP,将Ml中的“1”移位到M2中,M0日勺“0”移位到Ml

中，M0仍补“0”,M2接通T0线圈。30秒（这段时间小车装料）后,T0常开触点闭合,

接通Y4,KM1得电吸合，电动机正转。运料小车向1号成品料仓运料。

（5）运料小车第2次返回搅拌锅下

当运料车抵达1号成品料仓时压下SQ1,X2常闭断开，常开闭合，T0线圈失电后，

T0常开断开，Y4线圈失电，KM1失电释放，电机停转，运料小车停止前进，这时M2

与X2接通移位寄存器的输入端CP,将M2中欧J“1”移位到M3中，M3常闭触点断开，

M2补“0”,M3常开触点闭合，接通T1,延时30秒（此时小车卸料），T1常开闭合，

Y5被接通，KM2接通，电动机反转，小车后退，返回搅拌锅下。

（6）运料车停止运料

当小车返回搅拌锅下时XI常开闭合，常闭断开，Y5失电，运料车停止运行。此

时M3与XI接通移位寄存器输入端,M3移位到M4,M4为“1”，M0~M3位“0”,假如持

续运行开关S没有合上，X5仍断开，那么移位寄存器不会复位，M0仍为“0”，则运料

车停止运行。

（7）运料车持续运行或向其他料仓运料

假如需要继续向1号成品料仓运料，只要合上开关S,X5,XI与M4接通复位输入

端RST,移位寄存器复位。M0重新置“1”，与:《2又接通Y4,运料小车又开始第二

周期运行。一直到不需要运料时，按下停止按钮SB4,X8触点断开，Y4、Y5线圈回路

断开，运料车立即停止运行。同样，假如发生意外状况，不管运料车在任何位置，只

要按下停车按钮SB4,电动机可以立即停车，系统恢复本来状态。当故障排除时重新

启动。

2.4.2运料车向2号成品料仓运料

运料过程的控制与向1号成品料仓运料控制相似，只是移位寄存器的输入从M5~M9

2.4.3运料车向废料仓运料

控制过程与向1号成品料仓运料控制过程相似，只是移位寄存器H勺输入从

\U0~M14。

运料过程中假如需要给其他料仓运料只要将运料车停止，再启动其他料仓的启动

按钮就行。

第三章硬件和软件的设计

3.1硬件的设计

3.1.1主电路接线图

图3主电路接线图

3.1.2PLC外部接线图

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N

图4PLC外部接线图

3.1.3PLCI/0口示意表

SB11号成品料仓启动按HL1运料车位于搅拌锅下

钮的1指示灯

SB22号成品料仓启动按HL2运料车向1号成品仓

钮运料指示灯

SB3废料仓启动按钮HL3运料车向2号成品仓

运料指示灯

SB4停车按钮HL4运料车向废料仓运料

指示灯

SQO搅拌锹限位开关KM1接通时小车前进

SQ11号成品仓限位开关KM2接通时小车后退

SQ22号成品仓限位开关FR热继电器

SQ3废料仓限位开关YV电磁阀

S持续运行开关

重

要元器件选择

元器件型号数量

可编程控制器FX2N-32MR1

交流接触器CJ10-202

热继电器JR0-20/31

行程开关LXK-15Z4

按钮开关LA20-114

急停开关YSEP12-11R1

断路器DZ10-25A380V/431

断路器DZ10-25A380V/3D1

断路器DZ10-25A380V/2?1

电磁阀D972X1

表3重要元器件

3.2软件的设计

3.2.1梯形图

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12ANIM4

13OUTMO

14LDMO

15ORM2

16ANDX2

17LDMl

18ORM3

19ANDXI

20ORB

21SFTMO

22LDM4

23ANDXI

24ANDX5

25ORIX8

26RSTMO

27LDX4

28ANDX6

29ORY2

30ANIX8

31OUTY2

32LDY2

33ANIM6

34ANIM7

35ANIM8

36ANIM9

37OUTM5

38LDM5

39ORM7

40ANDX3

41LDM6

42ORM8

43ANDMl

44ORB

45SFTM5

46LD\I9

47ANDXI

48ANDX5

49ORIX8

50RSTV5

51LDXI

52ANDX7

53ORY3

54ANIX8

55OUTY3

56LDY3

57ANIMU

58ANIM12

59ANIM13

60ANIM14

61OUTMIO

62LDMIO

63ORM12

64ANDX4

65LDMH

66OR