自動送料裝車系統(tǒng)

畢業(yè)論文 項目名稱 自動送料裝車系統(tǒng) 專 業(yè) 機電一體化 班 級 XXXXXXXXXXXX 學(xué)生姓名 X X 指導(dǎo)教師 X X 機械與電子工程系 20XX 年 X 月 XX 日 重 慶 三 峽 職 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 評 語 及 成 績 專業(yè) 機電一體化 班 級 姓名 題目 自動送料裝車系統(tǒng) 指導(dǎo)教師評語： 簽字： 年 月 日 答辯記錄及評語： 記錄員： 年 月 日 綜合成績： 答辯小組組長簽字： 系主任簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 專業(yè) 機電一體化 班級 姓名 題目 自動送料裝車系統(tǒng) 內(nèi)容 某原料從料斗經(jīng)過 M1、M2、M3 三臺皮帶運輸機送出。從料斗向皮帶 1 供料由電磁閥 K2 控制，皮帶 1、皮帶 2、皮帶 3 分別由電動機 M1、M2、M3 驅(qū)動。通過紅燈 L1、綠燈 L2 控制 裝料車的進(jìn)出。由傳感器 S1、S2 控制料斗的開關(guān)。 基本要求 當(dāng)紅燈滅，綠燈亮，表示允許汽車開進(jìn)裝料，料斗 K2，3 節(jié)傳送帶的電機分別是 M1、M2、M3 均處于關(guān)閉狀態(tài)， ，當(dāng)汽車到達(dá)指定位置后，首先檢測 3 條送料皮帶是否可以正 常啟動，啟動時 1）先啟動最后一條皮帶，經(jīng)過 5S 后，再依次啟動其他的皮帶機。2）當(dāng)皮 帶進(jìn)料滿以后，停止時應(yīng)先停止最前面一條皮帶機，5S 后，再依次停止其他皮帶機。3）當(dāng) 皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機及前面的皮帶機停止，而該皮帶機以后的皮帶機待運完后才停 止。汽車進(jìn)料滿以后，L2 亮，L1 滅，表示汽車可以開走，同時下一輛汽車可以開進(jìn)來進(jìn)料。 重點研究問題 在濃煙之中能正常的達(dá)到送料的目的 各個傳感器的協(xié)調(diào)工作問題 整個系統(tǒng)軟件設(shè)計問題 主要技術(shù)指標(biāo) 傳感器模塊輸出信號有數(shù)字量和模擬量; 本系統(tǒng)的電源最好是 220V 的供電； 其它要說明的問題 無 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 重慶三峽職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)進(jìn)度考核表 起止日期 畢業(yè)設(shè)計 (論文) 各階段工作任務(wù) 完成情況 指導(dǎo)教師簽 字 4.144.19 收集和查閱與設(shè)計相關(guān)的資料 完成 4.204.24 學(xué)習(xí)有關(guān)的知識，并初步系統(tǒng)的需 求分析和設(shè)計 完成 4.254.27 寫好開題報告 完成 4.284.29 進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)分析和設(shè)計，同時 寫出設(shè)計提綱 完成 5.015.10 系統(tǒng)程序的編寫 完成 5.115.16 系統(tǒng)安裝和調(diào)試過程 完成 5.175.27 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書初稿 完成 5.285.31 完成第二次畢業(yè)設(shè)計說明書 完成 6.16.3 完成第三次畢業(yè)設(shè)計說明書 完成 6.46.10 完成最終畢業(yè)設(shè)計說明書準(zhǔn)備畢業(yè) 答辯 完成 備 注 注：本表用于考核學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(論文) 的進(jìn)度及完成情況，是學(xué)生畢業(yè)答辯資格認(rèn)定和成績評定的依 據(jù)之一。 基于 PLC 的自動送料裝車控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要：送料裝車控制系統(tǒng)在冶金、采礦運輸、和生產(chǎn)制造等許多領(lǐng)域中都得到了 普遍的應(yīng)用，它通過自動輸送設(shè)備實現(xiàn)物料的傳輸、接收、裝運、處理、裝配和存儲的 自動化，把工廠的各個生產(chǎn)部門、各個儲存點聯(lián)系起來。送料裝車控制系統(tǒng)的工作環(huán)境 通常比較惡劣，設(shè)備所處環(huán)境一般粉塵較大、操作分散，所以對送料裝車控制系統(tǒng)工作 的安全性、可靠性、維護(hù)簡便性要求比較高。用可編程控制器(PLC)控制的自動送料裝車 動定，具備連續(xù)可靠的工作的能力。 關(guān)鍵詞：PLC、可編程控制器、傳感器 目錄 前 言 .1 一、系統(tǒng)總設(shè)計 .2 1.1 研究背景 .2 1.2 研究現(xiàn)狀 .2 1.3 研究目的與意義 .3 1.4 主要研究內(nèi)容及研究方法 .4 二 概 述 .5 2.1 控制系統(tǒng)的組成 .5 2.2 控制系統(tǒng)的元件 .6 2.2.1 可編程控制器 .6 2.2.2 三相異步電動機 .8 2.2.3 傳感器 .8 2.2.4 變頻調(diào)速技術(shù) .9 2.3 控制系統(tǒng)的要求 .9 三 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .10 3.1 主電路的設(shè)計 .10 3.2 元器件的選擇 .11 3.2.1 PLC 的選擇 .11 3.2.2 電動機的選擇 .12 3.2.3 傳感器的選擇 .13 3.2.4 繼電器的選擇 .13 3.2.5 接觸器的選擇 .14 3.2.6 行程開關(guān)的選擇 .14 3.3 I/O 地址分配及外部接線設(shè)計 .15 3.3.1 I/O 地址分配 .15 3.3.2 PLC 外部接線圖的設(shè)計 .16 四 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .17 4.1 PLC 程序流程圖設(shè)計 .17 4.2 PLC 梯形圖和語句表設(shè)計 .19 結(jié) 論 .24 參考文獻(xiàn) .25 謝 辭 .26 1 前言 送料裝車設(shè)備廣泛地應(yīng)用于建材、冶金、煤炭、電力、化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)部門。 老式送料裝車設(shè)備因為沒有計量而存在多裝、少裝的問題。特別是在運輸?shù)倪^程中，不 允許車輛超載，多裝了，得卸掉，少裝了，得進(jìn)行二次裝車，使得裝車工作進(jìn)行非常緩 慢。 隨著當(dāng)今社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類物料輸送的生產(chǎn)線對自動化程度的要求越來越 高，原有的生產(chǎn)送裝料設(shè)備已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的不能滿足當(dāng)前高度自動化的需要。由于控制系統(tǒng) 的不斷發(fā)展和革新，使得生產(chǎn)線的運輸控制也將得到不斷的改善和生產(chǎn)效率的不斷提高， 送料裝車的控制經(jīng)歷了以下幾個階段： 1. 手動控制：在 20 世紀(jì) 60 年代末 70 年代初期，便有一些工業(yè)生產(chǎn)采用 PLC 來實 現(xiàn)送料裝車的控制，但是限于當(dāng)時的技術(shù)還不夠成熟，只能采用手動的控制方式來控制 機器設(shè)備，而且早期送料裝車控制系統(tǒng)多為繼電器和接觸器所組成的復(fù)雜控制系統(tǒng)，這 種系統(tǒng)存在設(shè)計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須要 有專人負(fù)責(zé)操作。 2. 自動控制：在 20 世紀(jì) 80 年代，由于計算機的價格普遍下降，這時的大型工控企 業(yè)將 PLC 充分的與計算機相結(jié)合，通過機器人技術(shù)，自動化設(shè)備終于實現(xiàn)了 PLC 在送料 裝車控制系統(tǒng)中自動控制方面的應(yīng)用。 3. 全自動控制：現(xiàn)階段，由于 PLC 技術(shù)向高性能、高速度、大容量發(fā)展，大型 PLC 大多數(shù)采用多 CPU 結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度、大容量方向發(fā)展。將 PLC 運用到送料 裝車控制系統(tǒng)中，可實現(xiàn)送料裝車的全自動控制，降低了系統(tǒng)的運行費用。PLC 控制的送 料裝車自動控制系統(tǒng)具有連線簡單、控制速度快、精度高、可靠性和可維護(hù)性好、維修 和改造方便等優(yōu)點。 在國內(nèi)，大多數(shù)還是人工管理，智能控制及需普及，國外工程機械產(chǎn)品以電子、信 息技術(shù)為先導(dǎo)，開發(fā)出各種工程機械相匹配的軟、硬件系統(tǒng)，使工程機械向信息化、智 能化前進(jìn)。 國外大多數(shù) PLC 品牌都有與之相應(yīng)的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟件和硬件的相互結(jié)合 使系統(tǒng)的性能大幅度的提高，人機界面更加的友好。通訊技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)場總線的發(fā)展 及以太網(wǎng)的發(fā)展時通訊能力大大加強。 在國外的送料裝車控制系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛的應(yīng)用 PLC 控制系統(tǒng)，而采用可靠性比較高 的 S7-200 系列 PLC 軟件來控制該系統(tǒng),實現(xiàn)送料裝車系統(tǒng)的自動控制過程,滿足了系統(tǒng)可 靠性、 穩(wěn)定性和實時性的要求。 送料裝車控制系統(tǒng)的工作環(huán)境通常比較惡劣, 設(shè)備周圍所處的環(huán)境一般粉塵比較大、 空氣濕度相對高且操作分散，所以對送料裝車控制系統(tǒng)工作的安全性、可靠性、維護(hù)簡 2 便性要求比較高。 在早期的送料裝車控制中通常都采用繼電器邏輯控制,繼電器控制系統(tǒng)中大多數(shù)采用 分立的繼電器、 接觸器等電器元件作為控制元件,其控制系統(tǒng)復(fù)雜、 操作難度大, 并且 安裝接線時工作量大、 修改控制策略難、 維護(hù)量大等問題，嚴(yán)重影響了正常的工業(yè)生 產(chǎn)。 PLC 所控制的系統(tǒng)可以方便地通過改變用戶程序，以實現(xiàn)各種控制功能，從根本上解 決了電器控制系統(tǒng)控制電路難以改變的問題。同時，PLC 控制的系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯運 算，還具有數(shù)值運算及過程控制等復(fù)雜的控制功能。 對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用 PLC 后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小 型 PLC 的體積相當(dāng)于幾個繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的 1/21/10。 PLC 的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，從而可以節(jié)省下大量的配線和附件， 減少了大量的安裝接線工作時，可以減少大量費用。 PLC 不僅用于開關(guān)量控制，還可用于模擬量及數(shù)字量的控制，可采集與存儲數(shù)據(jù)，還 可對控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實現(xiàn)大范圍、跨地域的控制與管理。PLC 已日 益成為工業(yè)控制裝置家族中一個重要的角色。 一、系統(tǒng)總設(shè)計 1.1 研究 背景 隨著時代的進(jìn)步和發(fā)展，PLC 技術(shù)以普及到我的生活、工作、科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng) 成為一種比較成熟的技術(shù)，隨著社會的發(fā)展，知識的更新，各行各業(yè)的需要帶動了電子 產(chǎn)品的發(fā)展，未來的智能化計算器將是我們的發(fā)展方向，更希望成為現(xiàn)代社會應(yīng)用廣泛 的計算工具。 1.2 研究現(xiàn)狀 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按 照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集，推動工業(yè)的發(fā)展向自 動化方向發(fā)展 1。 1）以工業(yè) PC 為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)控制自動化將成為主流 3 從 20 世紀(jì) 60 年代開始，西方國家就依靠技術(shù)進(jìn)步（即新設(shè)備、新工藝以及計算機 應(yīng)用）開始對傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展；20 世紀(jì)末世界上最大的變化就 是全球市場的形成。全球市場導(dǎo)致競爭空前激烈，促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場時 間（Time to Market） 、改善質(zhì)量（Quality） 、降低成本（ Cost）以及完善服務(wù)體系 （Service） ； 20 世紀(jì) 90 年代以來，由于 PC-based 的工業(yè)計算機（簡稱工業(yè) PC）的發(fā)展， 以工業(yè) PC、I/O 裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡(luò)組成的 PC-based 的自動化系統(tǒng)得到了迅速普 及，成為實現(xiàn)低成本工業(yè)自動化的重要途徑；幾年前，當(dāng)“軟 PLC”出現(xiàn)時，業(yè)界曾認(rèn)為 工業(yè) PC 將會取代 PLC。然而，時至今日工業(yè) PC 并沒有代替 PLC，主要有兩個原因：一個 是系統(tǒng)集成原因；另一個是軟件操作系統(tǒng) Windows N。 2）PLC 在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC 化和開放性方向發(fā)展 長期以來，PLC 始終處于工業(yè)控制自動化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè) 備提供非常可靠的控制方案，與 DCS 和工業(yè) PC 形成了三足鼎立之勢。同時，PLC 也承受 著來自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè) PC 所帶來的沖擊；目前，全世界 PLC 生產(chǎn)廠家 約 200 家，生產(chǎn) 300 多種產(chǎn)品。國內(nèi) PLC 市場仍以國外產(chǎn)品為主，如 Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE 的產(chǎn)品。經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi) PLC 生產(chǎn) 廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，可以說 PLC 在我國尚 未形成制造產(chǎn)業(yè)化。在 PLC 應(yīng)用方面，我國是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣，微型化、 網(wǎng)絡(luò)化、PC 化和開放性是 PLC 未來發(fā)展的主要方向。 3）微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC 化和開放性是 PLC 未來發(fā)展的主要方向 集散控制系統(tǒng) DCS（Distributed Control System）問世于 1975 年，生產(chǎn)廠家主要集中 在美、日、德等國。我國從 70 年代中后期起，首先由大型進(jìn)口設(shè)備成套中引入國外的 DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進(jìn)口項目。當(dāng)時，我國主要行業(yè)（如電力、石化、建材 和冶金等）的 DCS 基本全部進(jìn)口。80 年代初期在引進(jìn)、消化和吸收的同時，開始了研制 國產(chǎn)化 DCS 的技術(shù)攻關(guān)。 4）工業(yè)控制軟件正向先進(jìn)控制方向發(fā)展 自 20 世紀(jì) 80 年代初期誕生至今，工業(yè)控制軟件已有 20 年的發(fā)展歷史。工業(yè)控制軟 件作為一種應(yīng)用軟件，是隨著 PC 機的興起而不斷發(fā)展的。工業(yè)控制軟件主要包括人機界 面軟件（HMI） ，基于 PC 的控制軟件以及生產(chǎn)管理軟件等。目前，我國已開發(fā)出一批具有 自主知識產(chǎn)權(quán)的實時監(jiān)控軟件平臺、先進(jìn)控制軟件、過程優(yōu)化控制軟件等成套應(yīng)用軟件， 工程化、產(chǎn)品化有了一定突破，打破了國外同類應(yīng)用軟件的壟斷格局。 1.3 研究目的與意義 設(shè)計的是某工廠自動送料車的模擬系統(tǒng)，硬件設(shè)置可利用 FX2N 系列 PLC 實驗裝置構(gòu) 成，用一臺微機作為上位機對其進(jìn)行實時監(jiān)控和動態(tài)模擬，微機與 PLC 通過 4 RS232、RS485 接口連接并實現(xiàn)其通信，也可以通過單片機作為控制核心，完成控制系統(tǒng)。 研究意義：隨著社會的不斷進(jìn)步與發(fā)展，2l 世紀(jì)正是我國全面地實現(xiàn)信息化、工業(yè) 化和高科技化的嶄新時代。自動化、信息化、智能化和數(shù)字化的方式將會在社會的各個 城市領(lǐng)域得到廣泛地關(guān)注和普及。至此，將會給我們帶來生產(chǎn)效率的大幅度提高，以及 社會發(fā)展的穩(wěn)定與進(jìn)步。工業(yè)自動化是現(xiàn)代先進(jìn)工業(yè)科學(xué)的核心技術(shù)，是工業(yè)現(xiàn)代化的 物質(zhì)基石，是工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。當(dāng)前，不斷研究和探討我國工業(yè)電氣自動化的發(fā) 展和戰(zhàn)略目標(biāo)，有著極其深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義和時代意義。 1.4 主要研究內(nèi)容及研究方法 思路： 某原料從料斗經(jīng)過 M1、M2、M3 三臺皮帶運輸機送出。從料斗向皮帶 1 供料由電磁閥 K2 控制，皮帶 1、皮帶 2、皮帶 3 分別由電動機 M1、M2、M3 驅(qū)動。通過紅燈 L1、綠燈 L2 控制裝料車的進(jìn)出。由傳感器 S1、S2 控制料斗的開關(guān)。 要求如下： 當(dāng)紅燈滅，綠燈亮，表示允許汽車開進(jìn)裝料，料斗 K2，3 節(jié)傳送帶的電機分別是 M1、M2、M3 均處于關(guān)閉狀態(tài)， ，當(dāng)汽車到達(dá)指定位置后，首先檢測 3 條送料皮帶是否可以 正常啟動，啟動時 1）先啟動最后一條皮帶，經(jīng)過 5S 后，再依次啟動其他的皮帶機。2） 當(dāng)皮帶進(jìn)料滿以后，停止時應(yīng)先停止最前面一條皮帶機，5S 后，再依次停止其他皮帶機。 3）當(dāng)皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機及前面的皮帶機停止，而該皮帶機以后的皮帶機待運 完后才停止。汽車進(jìn)料滿以后，L2 亮，L1 滅，表示汽車可以開走，同時下一輛汽車可以 開進(jìn)來進(jìn)料。 步驟： （1）第一階段汽車駛?cè)?通過紅燈 L3 和綠燈 L4 的指示狀況判斷是否有汽車正在進(jìn)行裝料，是否可以駛?cè)耄?若紅燈亮表示里面有汽車正在裝料需要繼續(xù)等待，若綠燈亮表示可以進(jìn)入，當(dāng)進(jìn)入以后 觸動前限位開關(guān) SQ1。 （2）第二階段裝料階段 檢測汽車的駛?cè)胧欠竦轿?。觸動點動后限位開關(guān) SQ2，則指示燈 L1 亮，若沒有到位則繼 續(xù)直到到位為止；汽車到位以后檢測電機狀態(tài)的開關(guān)被驅(qū)動，檢測電機正常與否，若不 正常直接啟動報警信號以及相應(yīng)的報警燈，并停止裝料，若正常則開啟進(jìn)料閥 K2，啟動 裝料系統(tǒng)。 （3）第三階段駛出階段 5 利用稱重裝置檢測汽車裝料是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)重量，若未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)則繼續(xù)裝料，當(dāng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) 以后關(guān)閉裝料閥 K2，汽車駛出，點動開關(guān)后限位開關(guān) SQ2 還原，到達(dá)前門時觸動前限位 開關(guān) SQ3，紅燈亮，綠燈滅。 6 二 概 述 2.1 控制系統(tǒng)的組成 本文設(shè)計中的自動送料裝車系統(tǒng)由送料小車、軌道、料斗等設(shè)備裝置組成，來完成 對物料的運料、傳輸、裝料的過程。這類系統(tǒng)的控制需要運行平穩(wěn)等特性，具有連續(xù)可 靠的工作能力。當(dāng)綠燈 L1 亮?xí)r，表示表示允許汽車進(jìn)來裝料。此時，進(jìn)料閥門(K1)，送 料閥門(K2)，電動機(M1、M2、M3)皆為 OFF 狀態(tài)。當(dāng)汽車到來時，車輛檢測開關(guān) S2 接通， 紅燈 L2 亮，綠燈 L1 滅，電動機 M3 運行，電動機 M2 在 M3 接通 2 秒后運行，電動機 M1 在 M2 啟動 2 秒后運行，依次順序起動整個送料系統(tǒng)。傳送帶和一輛運料小車配合，才能 穩(wěn)定有效率地進(jìn)行自動送料裝車過程。系統(tǒng)示意圖如圖 1-1 所示。 圖 1-1 自動送料裝車控制系統(tǒng)示意圖 7 2.2 控制系統(tǒng)的元件 2.2.1 可編程控制器 可編程控制器(Programmable Controller，PC )由于和個人計算機(Personal Computer，PC)混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用 PLC 作為可編程序控制器的簡稱。 PLC 是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程 序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操 作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 采用了典型的計算機結(jié)構(gòu),主要由 CPU、存儲器、采用掃描方式工作的 I/O 接口 電路和電源等組成，PLC 硬件系統(tǒng)如圖 1-2。 電 源 輸 入 電 路 輸 出 設(shè) 備 R O M 編 輯 器 或 外 圍 設(shè) 備 C P U R A M 按 鈕 繼 電 器 觸 電 行 程 開 關(guān) 接 觸 器 電 磁 閥 指 示 燈 圖 1-2 PLC 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，集中進(jìn)行輸入采樣，集中進(jìn)行輸出刷新。I/O 映像區(qū)分 別存放執(zhí)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程中各結(jié)果的狀態(tài)。 PLC 循環(huán)掃描工作方式一般包括五個階段：內(nèi)部處理與自診斷、與外設(shè)進(jìn)行通信處理、 輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新五個階段，如圖 1-3 所示。 8 輸 出 刷 新 通 信 處 理 程 序 執(zhí) 行 內(nèi) 部 處 理 自 診 斷 輸 入 采 樣 方 式 開 關(guān) ? 開 始 R U N S T O P 圖 1-3 PLC 循環(huán)掃描的工作過程 當(dāng) PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和 輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 目前，PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、 輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類： 1. 開關(guān)量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也 可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包 裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2. 工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量 （即模擬量） ，PLC 采用相應(yīng)的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模 擬量，完成閉環(huán)控制。PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控 制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 3. 運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動 9 步進(jìn)電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、 電梯等場合。 4. 數(shù)據(jù)處理 PLC 具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算） 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排 序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造 紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 5. 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā) 展，現(xiàn)在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 2.2.2 三相異步電動機 異步電動機是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用得最多的一種電機，其容量從幾十瓦到幾千千瓦，在 國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，如交通運輸業(yè)、國防工業(yè)、以及家用電器中都得到了廣泛的應(yīng)用。 例如，在工業(yè)方面：中小型軋鋼設(shè)備、各種金屬切削機床、輕工機械、礦山機械等；在 農(nóng)業(yè)方面：水泵、脫粒機、粉碎機等；此外，在日常生活中，如電扇、洗衣機、空調(diào)機， 異步電動機的應(yīng)用也日益增多。 異步電動機之所以得到如此廣泛的應(yīng)用，是因為和其他電動機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、 制造容易、價格低廉、運行可靠、效率高等一系列優(yōu)點。和同容量的直流電動機相比， 異步電動機的重量約為直流電動機的一半，而其價格僅為直流電動機的三分之一。異步 電動機的缺點是不能經(jīng)濟地在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速而必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率， 使電網(wǎng)功率因數(shù)降低。不過，由于大多數(shù)生產(chǎn)機械并不要求大范圍的平滑調(diào)速，而電網(wǎng) 的功率因數(shù)又可以采用其他辦法進(jìn)行補償。 2.2.3 傳感器 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置， 通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指傳感器中直接感受被測量的部分， 轉(zhuǎn)換元件是指傳感器能將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。 傳感器輸出信號有很多形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號的形式由傳 感器的原理確定。 通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。但是由于傳感器輸出信號一般都很微弱， 需要有信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路將其放大或變換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。隨 著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換可以安裝在傳感 器的殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路以及所需 電源都應(yīng)作為傳感器的組成部分。如圖 1-6 所示。 10 敏 感 元 件 轉(zhuǎn) 換 元 件 信 號 調(diào) 節(jié) 轉(zhuǎn) 換 電 路 輔 助 電 源 被 測 量 圖 1-6 傳感器組成框圖 2.2.4 變頻調(diào)速技術(shù) 變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變交流電動機的供電頻率來達(dá)到交流電動機調(diào)速目的的技 術(shù)。大家知道，從大范圍來分，電動機有直流電動機和交流電動機。由于直流電動機調(diào) 速容易實現(xiàn)，性能好，因此，過去生產(chǎn)機械的調(diào)速多用直流電動機。但直流電動機固有 的缺點是，由于采用直流電源，它的滑環(huán)和碳刷要經(jīng)常拆換，故費時費工，成本高，給 人們帶來不少的麻煩。因此人們希望，讓簡單可靠價廉的籠式交流電動機也能像直流電 動機那樣調(diào)速。這樣就出現(xiàn)了定子調(diào)速、變極調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串極調(diào)速等交流 調(diào)速方式。直到 20 世紀(jì) 80 年代，由于電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展， 才出現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)。它的出現(xiàn)就以其優(yōu)異的性能逐步取代其他交流電動機調(diào)速方式， 乃至直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，而成為電氣傳動的中樞。 2.3 控制系統(tǒng)的要求 基于 PLC 控制的自動送料裝車系統(tǒng)的控制要求如下： 初始狀態(tài)：紅燈 L2 滅，綠燈 L1 亮，表示允許汽車進(jìn)來裝料。此時，進(jìn)料閥門(K1)， 送料閥門(K2)，電動機(M1、M2、M3)皆為 OFF 狀態(tài)。當(dāng)汽車到來時，車輛檢測開關(guān) S2 接 通，紅燈 L2 亮，綠燈 L1 滅，電動機 M3 運行，電動機 M2 在 M3 接通 2 秒后運行，電動機 M1 在 M2 啟動 2 秒后運行，依次順序起動整個送料系統(tǒng)。 當(dāng)電動機 M3 運行后，進(jìn)料閥門 K1 打開給料斗進(jìn)料。當(dāng)料斗中物料裝滿時，料斗檢 測開關(guān) S1 接通，此時進(jìn)料閥門 K1 關(guān)閉（設(shè) 1 料斗物料足夠運料小車裝滿一車） 。料斗出 料閥門 K2 在電動機 M1 運行 2 秒及料斗裝滿后，打開放料，物料通過傳送帶 PD1、PD2 和 PD3 的傳送，裝入汽車。 當(dāng)運料小車裝滿后，稱重開關(guān) S3 動作，送料閥門 K2 關(guān)閉，同時電動機 M1 延時 2 秒 后停止，電動機 M2 在 M1 停止 2 秒后停止，電動機 M3 在 M2 停止 2 秒后停止。此時綠燈 L1 亮，紅燈 L2 滅，表示汽車可以開走。 故障操作：在帶式傳輸機傳送物料過程中，若傳送帶 PD1 超載，則送料閥門 K2 立即 關(guān)閉，同時停止電動機 M1，電動機 M2 和 M3 在電動機 M1 停止 4 秒后停止。 在帶式傳輸機傳送物料過程中，若傳送帶 PD2 超載，則同時停止電動機 M1 和 M2 并 11 關(guān)閉送料閥門 K2，延時 4S 后電動機 M3 停止。 在帶式傳輸機傳送物料過程中，若傳送帶 PD2 超載，則同時停止電動機 M1、M2 和 M3 并關(guān)閉送料閥門 K2。 三 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 主電路的設(shè)計 主電路的設(shè)計對于本次設(shè)計小車自動送料裝車系統(tǒng)設(shè)計相當(dāng)重要,只有在主電路設(shè)計 正確且簡便的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)控制電路及軟件設(shè)計才能精簡方便。 根據(jù)系統(tǒng)的控制工藝要求，我所設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖 2-1 所示。 圖中，M1，M2，M3 為三臺皮帶傳輸送料電動機，交流接觸器 KM1KM3 通過控制三臺電動 機的運行來控制三個傳送帶，從而進(jìn)行對物料的傳輸。FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3 為起過載保護(hù)作用 的熱繼電器，用于物料傳輸過程中當(dāng)傳送帶過載時斷開主電路。FU1 為熔斷器，起過電流 保護(hù)作用。 （注意：FU 和 FR 不能進(jìn)行互換，它們在本設(shè)計電路當(dāng)中所承擔(dān)的任務(wù)不一樣。 FU 起過流保護(hù)，F(xiàn)R 起過載保護(hù)）主電路原理圖如圖 2-1。 圖 2-1 自動送料裝車系統(tǒng)主電路原理圖 12 3.2 元器件的選擇 3.2.1 PLC 的選擇 目前市場上的 PLC 產(chǎn)品眾多，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。除國產(chǎn)品牌外，國外有：日本的 OMRON、MITSUB、ISHI、FUJI 、ANASONIC，德國的 SIEMENS，韓國的 LG 等。一般 選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源 的浪費。機型的選擇具體可以從一下 12 個方面來考慮： 1. 選擇自己需要的機種和機型 若已有設(shè)備（或產(chǎn)品）上已經(jīng)用了某一種型號的 PLC，再要選用 PLC 開發(fā)新的產(chǎn)品， 在滿足工藝條件的前提下，建議還是選用已經(jīng)用過的 PLC 為好，這樣就可以做到資源共 享。 2. 不要大材小用 什么樣的規(guī)模設(shè)計任務(wù)就選用什么樣的規(guī)模的 PLC，避免造成太多的硬件資源浪費。 3. 具體的控制對象具體選擇 根據(jù)不同的設(shè)計任務(wù)，來選擇 PLC 的機型。 4. 選用易采購的機型 5. 經(jīng)常了解 PLC 產(chǎn)品的發(fā)展動態(tài) 6. 對 I/O 點的選擇 要先弄清控制系統(tǒng)的 I/O 點的總點數(shù)，再按實際所需要的總點數(shù)的 15%20%留出備用 量后確定所需 PLC 的點數(shù)。 7. 對存儲容量的選擇 對用戶存儲容量只能做粗略的估算。在僅對開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入 總點數(shù)乘 10 字/點+輸出總點數(shù)5 字/點來估算；計數(shù)器/定時器按(35)字/個來估算； 有運算處理時按(510)字/個來估算；在有模擬量 I/O 出的系統(tǒng)中，可以按每輸入（或輸 出）一路模擬量約需（80100）字左右的存儲量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。 8. 對 I/O 響應(yīng)時間的選擇 PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延 遲（一般在 23 個掃描周期）等。 9. 根據(jù)輸出負(fù)載的特點選型 根據(jù) PLC 輸出所帶的負(fù)載是直流型還是交流型、是大電流還是小電流以及 PLC 輸出 點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出還是晶體管輸出。 10. 對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇 13 在相同功能和相同 I/O 點數(shù)的情況下，整體式比模塊式價格低。 11. 選擇性能相當(dāng)?shù)臋C型 PLC 選型中還有一個重要問題就是性能要相當(dāng)。 12. 選擇新機型 由于 PLC 產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，所以選用相應(yīng)的新機型很有必要。 在本次設(shè)計由于輸入量基本是開關(guān)量，而對于 PLC 的開關(guān)量輸入回路，西門子公司( Siemens) 的 S7-200 可編程序控制器基本滿足設(shè)計要求。 3.2.2 電動機的選擇 電動機按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式分類：三相籠型異步電動機和三相繞線型異步電動機。電動 機型號根據(jù)以下幾個方面選擇： 1. 功率的選擇 要為某一生產(chǎn)機械選配一臺電動機，首先考慮電動機的功率需要選擇多大，合理選 擇電動機的功率具有重大的經(jīng)濟意義。 在本次設(shè)計中運料小車裝滿料重 500kg，小車的車輪半徑 0.2m，小車與軌道之間的 摩擦系數(shù) =0.1，假設(shè)在啟動階段加速時的加速度為 0.3m/s，則勻速行駛的滾動摩擦力 矩 T=500kg9.80.1/100=441Nm。 2. 電動機結(jié)構(gòu)的選擇 因為用的是三相交流電源，在交流電動機中，三相籠型異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固 耐用、維護(hù)方便、工作可靠、價格低廉。主要的弊端是調(diào)速困難，功率因數(shù)比較低，啟 動性能比較差，由于送料小車要求的機械特性比較硬而且沒有特殊的調(diào)速要求，所以可 以采用籠型電動機。 3. 結(jié)構(gòu)形式的選擇 生產(chǎn)機械的種類繁多，它們的工作環(huán)境也不盡相同。因此，有必要保證在不同環(huán)境 中能安全的可靠運行。電動機常有下列幾種結(jié)構(gòu)型式： （1）開啟式：在構(gòu)造上無特殊防護(hù)裝置，運用于干燥、無塵場所。通風(fēng)好。 （2）防護(hù)式：在機殼或端蓋下面有通風(fēng)罩，以防止雜物掉進(jìn)去。 （3）封閉式：封閉式電動機外殼嚴(yán)密封閉，電動機靠風(fēng)扇冷卻，并且在外殼帶 有散熱片。使用在灰塵多、潮濕、鹽堿、腐蝕性強的場所。 （4）防暴式：整個電機嚴(yán)密的封閉，多用于礦井中。 綜上所述，運料小車所處的環(huán)境而選擇封閉式的電動機。 4. 電動機電壓的選擇 Y 系列的電動機的額定電壓只有 380V 一個等級。 5. 電動機轉(zhuǎn)速的選擇 14 電動機的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的。通常情況下轉(zhuǎn)速不低于 500r/min，異步電動機通常采用 4 個極的，則同步轉(zhuǎn)速 n =1500r/min 的。電動機的參數(shù) 如表 2-1。 表 2-1 運料小車電動機的參數(shù) 符號 名稱 型號 規(guī)格 臺數(shù) M 三相異步電動機 Y160M1-2 功率 7.5 KW 額定電流21.8 A 轉(zhuǎn)速 2930r/min 重量 68 kg 1 3.2.3 傳感器的選擇 1.稱重傳感器的選擇 重量傳感器又稱稱重傳感器，是將壓力信號轉(zhuǎn)換成電壓或電流控制信號。 其輸出格式是標(biāo)準(zhǔn)的控制信號類型：010VDC，-1010VDC，420mA，020mA。 有的智能稱重傳感器也能輸出開關(guān)量信號，但是其動作量（檢測到的壓力信號）是 可調(diào)的。 本次設(shè)計中稱重傳感器選擇 CS-20 型。 2.霍爾傳感器的選擇 本次設(shè)計選用 HAL815 可編程線性霍爾傳感器，其可用于角度或距離測量。 HAL815 是一個可編程的霍爾傳感器，內(nèi)置 DSP，可設(shè)置的比例電壓輸出，具有高精 度，多個可編程磁特性存儲在具有冗余和鎖定功能的非易失性存儲器(EEPROM)，多種保 護(hù)功能如。開路（地和電源線突變檢測） 、過壓和欠壓檢測，保證了傳感器的高可靠性， 可逐個編程或通過選擇拉低輸出腳來編幾個并聯(lián)在相同供電電壓上的傳感器，溫度特性 可編程可匹配所有常見的磁性材料?？删幊痰奶匦苑奖懔丝蛻舻脑O(shè)計。 3.2.4 繼電器的選擇 繼電器主要用于控制與保護(hù)電路或用于信號轉(zhuǎn)換。繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸 入信號而發(fā)生動作的自動控制電器。它與接觸器不同，主要用于反應(yīng)控制信號，其觸點 一般接在控制電路中。當(dāng)輸入量變化到某一定值時，繼電器動作，其觸頭接通或斷開交、 直流小容量的控制回路。 繼電器的種類有很多，分類的方法也很多，常用的分類方法有： 15 1. 按輸入量的物理性質(zhì)可分為電壓繼電器、電流繼電器、功率繼電器、時間繼電器 和溫度繼電器等。 2. 按動作原理可分為電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動式繼電器、熱繼電器和電 子式繼電器等。 3. 按動作時間可分為快速繼電器、延時繼電器和一般繼電器。 4. 按執(zhí)行環(huán)節(jié)作用原理可以分為有觸點繼電器和無觸點繼電器。 5. 按用途可分為電器控系統(tǒng)用繼電器和電力系統(tǒng)用繼電器。 繼電器的主要特性是輸入、輸出特性、繼電器的返回系數(shù)、吸合時間、釋放時間。 吸合時間是從線圈接收型號到銜鐵完全吸和時所需要的時間，釋放時間是從線圈失電導(dǎo) 銜鐵完全釋放時所需要的時間。一般繼電器的吸合時間與釋放時間為 0.050.15s，它的 大小會影響繼電器的操作頻率。 本次設(shè)計所選擇的繼電器有：時間繼電器 JR0，熱繼電器 JR16-20/3。 3.2.5 接觸器的選擇 接觸器是用來接通或者切斷電動機或其他負(fù)載主電路的一種控制電器。它通?？煞?為交流接觸器和直流接觸器。接觸器的基本參數(shù)有主觸點的額定電流、主觸點的允許切 斷電流、觸點數(shù)、線圈電壓、操作頻率、動作時間、機械壽命和電壽命。 選用接觸器時通常是交流負(fù)載的選擇交流接觸器,直流負(fù)載選用直流接觸器，但由于 交流負(fù)載頻繁動作時可采用直流吸引線圈的接觸器。通常選用的是直流 110V、220V，交 流 220V、380V。直流接觸器斷開時產(chǎn)生的過電壓可達(dá) 1020 倍，故不宜采用高電壓等級 （440V 的已經(jīng)停止生產(chǎn)） 。而電壓太低時，接通此線圈用的繼電器或接觸器的聯(lián)鎖觸點不 可靠（如灰塵或油層存在） 。 額定操作頻率是指每小時接通的次數(shù)。交流接觸器最高可達(dá) 600 次每小時；直流接 觸器可高達(dá) 1200 次/小時。 綜上所述，接觸器的選擇可按下列步驟進(jìn)行：根據(jù)負(fù)載性質(zhì)確定工作任務(wù)類型；并 根據(jù)類型確定接觸器系列；根據(jù)負(fù)載額定電壓確定接觸器的額定電壓；根據(jù)負(fù)載電流確 定接觸器的額定電流；并根據(jù)外界實際田間加以修正。本次的設(shè)計中所選用的接觸器型 號為：交流接觸器 CJ10-20。 3.2.6 行程開關(guān)的選擇 行程開關(guān)又叫限位開關(guān)，是用于控制機械設(shè)備的行程和限位保護(hù)。在實際生產(chǎn)應(yīng)用 中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先要設(shè)置的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊到行 程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，就實現(xiàn)了電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運 動部件模塊的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕有些類似。行程開關(guān)廣 16 泛應(yīng)用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。在電梯的控制電 路中，還利用行程開關(guān)來控制開關(guān)轎門的速度、自動開關(guān)門的限位、轎廂的上、下限位 保護(hù)。 主令電器應(yīng)用廣泛、種類繁多。按其工作可分為：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、萬 能開關(guān)及其它主令電器 行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。 本次設(shè)計我選用 LX1-11 型限位開關(guān)。參數(shù)如表 2-2。 表 2-2 LX1-11 型限位開關(guān)主要參數(shù) 型號 溫度范圍 額定電壓 額定電流 LX1-11 0（） 380（V） 10（A） 3.3 I/O 地址分配及外部接線設(shè)計 3.3.1 I/O 地址分配 此次設(shè)計，系統(tǒng)占用 18 個 PLC 的 I/O 端口，分別是 8 個輸入端口和 10 個輸出端口， 具體的 I/O 分配如表 2-3 所示。 表 2-3 I/O 地址分配表 輸 入 輸 出 I0.0 啟動開關(guān) Q0.0 電動機M3 I0.1 稱重開關(guān)S2 Q0.1 電動機M2 I0.2 裝車開關(guān)S3 Q0.2 電動機M1 I0.3 緊急停止 Q0.3 送料閥門K2 I0.4 料斗已滿 Q0.4 進(jìn)料閥門K1 I0.5 電動機M3故障 Q0.5 紅燈L2 I0.6 電動機M2故障 Q0.6 綠燈L1 I0.7 電動機M1故障 Q0.7 電動機M3故障顯示 Q1.0 電動機M2故障顯示 Q1.1 電動機M1故障顯示 17 3.3.2 PLC 外部接線圖的設(shè)計 該控制系統(tǒng)核心部分是以德國西門子 CPU226 為主，CPU 模塊采用整體式結(jié)構(gòu)，它的 體積小、價格低，CPU 模塊、I/O 模塊和電源裝在一個箱形機殼內(nèi)，前蓋下面有模式選擇 開關(guān)、模擬量電位器和擴展模塊連接器。I/O 模塊中輸入 8 點，輸出 10 點，可實現(xiàn)高速 輸入輸出響應(yīng)，內(nèi)部具有高速計數(shù)和中斷處理功能。PLC 的輸入輸出端子均接到相應(yīng)的接 線端子排，輸入輸出信號通過這些接線端子排可由其它地方直接引入，這些接線端子排 的布置與 PLC 的輸入輸出端子以及電源端、接地端和公共端的實際位置一一對應(yīng)。I/O 模 塊接口將輸入輸出信號引入到控制臺上。PLC 外部硬件接線圖如圖 2-2 所示（PLC 外部接 線圖） 。PC/PPI 編程電纜上標(biāo)有 PC 的 RS-232 端連接電腦的 RS-232 通信接口，標(biāo)有 PPI 的 RS-485 端連接到 CPU 模塊的通信口，并擰緊兩邊接口的螺絲。PC/PPI 編程電纜通常 在試驗中下載梯形圖程序時使用。PLC 自動送料 I/O 端口分配如圖 2-2。 I 0 . 0 I 0 . 1 I 0 . 2 I 0 . 3 I 0 . 4 I 0 . 5 I 0 . 6 Q 0 . 0 Q 0 . 1 Q 0 . 2 Q 0 . 3 Q 0 . 4 Q 0 . 5 Q 0 . 6 C P U 2 2 6 C N + 2 4 V 稱 重 開 關(guān) S 2 裝 車 開 關(guān) S 3 停 止 按 鈕 故 障 開 關(guān) M 1 故 障 開 關(guān) M 2 故 障 開 關(guān) M 3 進(jìn) 料 閥 門 K 1 送 料 閥 門 K 2 K M 1 K M 2 K M 3 綠 燈 紅 燈 料 斗 檢 測 開 關(guān) S 1 啟 動 開 關(guān) Q 0 . 7 Q 1 . 0 Q 1 . 1 I 0 . 7 1 L 2 L 3 L 電 動 機 M 1 故 障 電 動 機 M 2 故 障 電 動 機 M 3 故 障 - 1 M F U 2 2 0 S 7 - 2 0 0 圖 2-2 PLC 自動送料 I/O 接線圖 18 四 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 PLC 程序流程圖設(shè)計 根據(jù)可編過程控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝要求，在軟件規(guī)格說明書的基礎(chǔ)上， 用相應(yīng)的編程語言指令，編制實際應(yīng)用程序并形成程序說明書的過程就是程序設(shè)計。程 序設(shè)計要對做一些必要的準(zhǔn)備工作，首先要了解系統(tǒng)的概況形成整體概念。其次熟悉被 控對象、編出高質(zhì)量的程序。再次，充分利用已有的硬件和軟件工具。如果是利用計算 機編程，可以大大提高編程的效率和質(zhì)量。程序設(shè)計(Programming)是給出解決特定問題 程序的過程，是軟件構(gòu)造活動中的重要組成部分。程序設(shè)計往往以某種程序設(shè)計語言為 工具，給出這種語言下的程序。程序設(shè)計過程應(yīng)當(dāng)包括分析、設(shè)計、編碼、測試、排錯 等不同階段。 流程程序圖是程序分析中最基本、最重要的分析技術(shù)，它是進(jìn)行流程程序分析過程 中最基本的工具。它運用工序圖示符號對生產(chǎn)現(xiàn)場的整個制造程序做詳細(xì)的記錄、研究 與分析。 1.流程圖的優(yōu)點： (a) 采用簡單規(guī)范的符號，畫法簡單； (b) 結(jié)構(gòu)清晰，邏輯性強； (c) 便于描述，容易理解。 計算機控制技術(shù)是一門以電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，以計 算機控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而實現(xiàn) 生產(chǎn)技術(shù)的精密化、生產(chǎn)設(shè)備的信息化、生產(chǎn)過程的自動化及機電控制系統(tǒng)的最佳化的 專門學(xué)科。企業(yè)對具備較強的計算機控制技術(shù)應(yīng)用能力專門人才需求很大。 PLC 采用計算機控制技術(shù)，其程序設(shè)計同樣可遵循軟件工程設(shè)計方法，程序工作過程 可用流程圖 3-1 所示。由于 PLC 的程序執(zhí)行為循環(huán)掃描工作方式，因而與計算機程序框 圖不同點是，PLC 程序框圖在進(jìn)行輸出刷新后，再重新開始輸入掃描，循環(huán)執(zhí)行。PLC 程 序流程圖如圖 3-1。 19 紅 燈 滅 綠 燈 亮 ? 小 車 進(jìn) 入 啟 動 進(jìn) 料 閥 門 料 斗 滿 ？ 電 機 M 3 啟 動 電 機 M 2 啟 動 電 機 M 1 啟 動 送 料 閥 門 關(guān) 閉 送 料 閥 門 電 動 機 過 載 ？ 裝 車 達(dá) 到 小 車 重 量 ? 關(guān) 閉 電 機 M 2 關(guān) 閉 電 機 M 1 小 車 退 出 紅 燈 滅 綠 燈 亮 ? 關(guān) 閉 送 料 閥 門 關(guān) 閉 電 動 機 M 3 初 始 狀 態(tài) 顯 示 故 障 電 機 排 除 故 障 電 機 延 時 2 秒 延 時 2 秒 延 時 2 秒 延 時 2 秒 Y N Y N Y N Y N Y N 圖 3-1 PLC 程序流程圖 20 4.2 PLC 梯形圖和語句表設(shè)計 梯形圖如圖 3-2。 21 22 23 圖 3-2 PLC 程序梯形圖 24 程序解釋如下： 初始狀態(tài)：Q0.6 接通，其它都處于斷開狀態(tài)。表示小車可以進(jìn)入。 小車到達(dá)：I0.0 閉合，Q0.0 接通同時 Q0.4 接通，延時 2 秒，Q0.1 接通，延時 2 秒， Q0.2 接通。Q0.5 接通，Q0.6 斷開。表示小車已經(jīng)到達(dá)。 開始裝料：I0.2 閉合，Q0.4 斷開，Q0.3 接通，表示裝料中。 裝料完畢：I0.1 閉合，Q0.3 斷開同時 Q0.0 斷開，延時 2 秒 Q0.1 斷開，在延時 2 秒 Q0.2 斷開，Q0.5 斷開，Q0.6 閉合。表示小車已經(jīng)裝滿并且可以離開。 25 結(jié)論 本文相對于傳統(tǒng)的送料裝置而言，采用許多新技術(shù)，因此有許多新的特點，這些特 點同時也是本課題的只要研究內(nèi)容： 1. 穩(wěn)定性高，適應(yīng)性強： 本自動送料系統(tǒng)采用目前比較流行的 PLC 編程控制，因此適應(yīng)能力比較強。自動送 料裝置一般都是在條件比較惡劣的環(huán)境下運行，對裝置的要求比較高，傳統(tǒng)的裝置都是 用繼電器等一些器件組成，這些裝置不僅線路復(fù)雜，而且在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定性很差， 這些線路很容易出現(xiàn)故障，致使生產(chǎn)效率大大降低，而此次運用 PLC 編程控制，解決了 系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，經(jīng)過生產(chǎn)廠家多年的實際運行，它的穩(wěn)定性是不容置疑的。因此和傳 統(tǒng)的系統(tǒng)相比較，此次的裝置具有更強的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，使生產(chǎn)效率不因環(huán)境而改變。 2. 控制系統(tǒng)加入了電動機故障的檢測，能及時對系統(tǒng)修復(fù)： 由于傳送帶采用的是交流電動機驅(qū)動，在傳送帶運行過程中可能會出現(xiàn)物料在傳送 帶過多，而致使過載的情況。如果這種情況出現(xiàn)，首先應(yīng)該關(guān)閉送料閥門，同時檢測出 故障電機，以便工作人員快速修理，恢復(fù)生產(chǎn)。 3. 為提高生產(chǎn)效率，我們設(shè)計了一個控制臺，來控制閥門的流量： 本系統(tǒng)為適應(yīng)不同的場合，在工藝上做了小小的改變，我們把送料口設(shè)計成可控的 對象，通過調(diào)整組態(tài)模擬輸入量的大小，來調(diào)整送料口的大小，這樣，在不同載重運輸 物料貨車的到來時，可以隨著貨車載重的大小適當(dāng)?shù)恼{(diào)整送料口的大小。這樣，可以節(jié) 省裝料時間，提高生產(chǎn)效率。 26 參考文獻(xiàn) 1廖常初.PLC 編程集應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社,2008 2李俊秀,趙黎明.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)指導(dǎo).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006 3李刀夫.可編程控制器.北京中國輕工業(yè)出版社, 2002 4楊長能,林小峰.可編程控制器（PC）例題、習(xí)題集實驗指導(dǎo). 重慶:重慶大學(xué)出版社,1996 5劉元揚.自動檢測和過程控制.北京:冶金工業(yè)出版社,2009 6 張萬忠.可編程控制器入門級應(yīng)用實例（歐姆龍 CPM2A 系列）.北京:中國電力出版社,2008 7方榮惠,上官璇峰.電機原理及拖動基礎(chǔ).北京:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001 8 王兆安,黃俊.電力電子技術(shù).西安:西安交通大學(xué)出版社,2005 9何伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng).北京:機械工業(yè)出版社,2000 10于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計. 北京:清華大學(xué)出版社,2005 11劉美蘭. PLC 控制教學(xué)實驗系統(tǒng)的設(shè)計.實驗室研究與探索,2004 27 謝辭 本論文是在老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。在大學(xué)三年期間，各位老師淵博 的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和踏實的工作作風(fēng)在學(xué)業(yè)上和生活中給予了我很多關(guān)懷和幫助， 使我受益終身。至此論文完成之際，謹(jǐn)向恩師們致以由衷的感謝和誠摯的祝福！ 在課題的研究和設(shè)計過程中，老師耐心地為我講解課題中不明白的地方，為我提供 了設(shè)計的方向，并為我們仔細(xì)介紹了復(fù)雜的 PLC 設(shè)計方法。各位老師不僅在我的學(xué)校生 活中給予我學(xué)術(shù)上的指導(dǎo)，還讓我學(xué)到了做學(xué)問所必備的良好素質(zhì)，讓我受益匪淺。 感謝電氣工程與自動化系所有關(guān)心和幫助過我的老師們。此外，我還要對在這次設(shè) 計中，幫助和支持我的同學(xué)表示感謝！