自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目： PLC自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院、 系： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 系 主 任： 2016年 4月19日 摘 要 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展快速，使社會(huì)的生產(chǎn)能力不斷提高，人們生活水平也不斷提高，開始追求更高的標(biāo)準(zhǔn)，所以對產(chǎn)品提出了更嚴(yán)苛的要求。企業(yè)需要在設(shè)備上提高自動(dòng)化，這樣可以節(jié)省生產(chǎn)勞動(dòng)力，可以提高工作效率，也可以提高和控制產(chǎn)品的質(zhì)量，維護(hù)企業(yè)的信譽(yù)。自動(dòng)配料裝車控制設(shè)備大量應(yīng)用于糧食行業(yè)、化工行業(yè)、水泥行業(yè)等，企業(yè)對產(chǎn)品包裝稱重的要求很嚴(yán)格，準(zhǔn)確度必須提高。自動(dòng)配料裝車技術(shù)經(jīng)歷了手工稱重方式、繼電器控制方式、儀表稱重控制方式、可編程控制器控制方式?，F(xiàn)代自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)都是用可編程控制器和人際界面共同組成系統(tǒng)，這樣可以提高設(shè)備自動(dòng)化程度和設(shè)備控制的精度。 本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了稱重傳感器以及自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)的工作原理，并對控制系統(tǒng)的硬、軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。通過PLC控制稱重儀再對稱重過程進(jìn)行控制。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)配料，PLC，觸摸屏 Abstract With the rapid development of modern science and technology, the production capacity of the society has been improved, peoples living standards have been improved, the pursuit of higher standards, so the product has put forward more stringent requirements. Enterprises need to improve the automation of the equipment, which can save labor, improve work efficiency, but also can improve and control the quality of products, maintaining the credibility of enterprises. Bulk material weighing and packaging equipment is widely used in food industry, chemical industry, cement industry, and so on. The weighing technology of bulk material packaging has experienced the manual weighing method, the relay control mode, the instrument weighing control mode and the programmable controller control mode. Modern bulk material packaging and weighing system is a system which is composed of a programmable controller and a human interface, which can improve the automation degree of equipment and the precision of equipment control. This paper introduces the design of the weighing sensor and the weighing control system of bulk materials, and analyzes the hardware and software design of the control system in detail. Control of re symmetric weight of weighing instrument by PLC control. Keywords: weighing instrument, PLC, touchscreen 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)研究的目的和意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 1.3 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)的控制要求 2 1.4 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 3 第2章 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4 2.1自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)的工藝流程 4 2.2自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)用稱重儀控制原理 5 2.3自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路 7 第3章 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 3.1PLC原理及選型 9 3.1.1PLC的概況 9 3.1.2PLC的特點(diǎn) 10 3.1.3PLC的應(yīng)用 10 3.1.4PLC的選用 13 3.2可編程控制器硬件接線圖設(shè)計(jì) 16 3.3系統(tǒng)輔助控制接線圖設(shè)計(jì) 18 第4章 自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 4.1 PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法 22 4.2可編程控制器的I/O點(diǎn)分配 22 4.3自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 23 4.3.1程序設(shè)計(jì)總體思路 25 4.2.2自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)的具體程序設(shè)計(jì) 27 第5章 致謝 28 參考文獻(xiàn) 29 22 第1章 緒論 1.1自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)研究的目的和意義 微型計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，促進(jìn)了控制技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)測量的廣泛應(yīng)用。在國家建設(shè)重大項(xiàng)目上，航空航天項(xiàng)目一直到民用的電梯，工廠生產(chǎn)系統(tǒng)等都用到微機(jī)測控技術(shù)。在工廠生產(chǎn)中的自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)控制就是典型的微機(jī)測控技術(shù)的應(yīng)用。自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)包括稱重和邏輯控制兩個(gè)部分設(shè)計(jì)。 散料配料裝車是貿(mào)易流通和工業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。稱重是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的應(yīng)用功能，也是不可缺少的計(jì)量工具。隨著社會(huì)日益發(fā)展和商品流通的發(fā)展，稱重儀的作用越來越重要，而且需求量也越來越大。在以前使用的杠桿式秤明顯不能滿足現(xiàn)代社會(huì)的需要，隨著六十年代后的電力電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，電子秤越來越重要，技術(shù)發(fā)展也越來越成熟。到了七十年代后，微機(jī)處理器的出現(xiàn)和發(fā)展讓電子秤重的技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展?，F(xiàn)代稱重系統(tǒng)中測量精確，人為誤差的消除，使用方便快速和功能豐富多樣成了主要的特點(diǎn)?，F(xiàn)代稱重儀是提供物品重量的重要工具，而且作為商業(yè)管理系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，讓工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化和自動(dòng)化發(fā)展快速，對操作環(huán)境進(jìn)行改善，以人為本，提高了產(chǎn)品的效率和質(zhì)量，改善了企業(yè)經(jīng)營管理，降低了各種成本和能源消耗。如圖1-1所示，為自動(dòng)配料裝車設(shè)備的示意圖。 圖1-1 自動(dòng)配料裝車設(shè)備示意圖 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 國外研究大致情況：電子稱重技術(shù)是集材料、管理、信息、機(jī)械、電子、為一個(gè)整體的技術(shù)，是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程。在相當(dāng)長的時(shí)間，發(fā)到國家比較重視電子秤重技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)把電子秤重技術(shù)提高到設(shè)備制造的高度來重視。所儀將研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)過程的稱重控制系統(tǒng)和自動(dòng)化控制領(lǐng)域，讓計(jì)量功能不斷發(fā)展，從單項(xiàng)的計(jì)量擴(kuò)展到控制系統(tǒng)的應(yīng)用。 世界上重要的包裝機(jī)械出口國，如法國、意大利、美國等，他們也是稱重控制設(shè)備的主要出口國家，每年的出口總額也我國的工業(yè)工業(yè)年產(chǎn)值差不多。主要原因是在電子稱重系統(tǒng)和電子秤重控制器的產(chǎn)品生產(chǎn)研究和設(shè)計(jì)，在不斷吸取現(xiàn)代最新科技。特別是先進(jìn)的工藝和制造技術(shù)。從60年代初的機(jī)電結(jié)合式電子秤重控制器出現(xiàn)以來，不斷改善和創(chuàng)新。 國內(nèi)的研究在50年代中期就開始發(fā)展，應(yīng)用電子技術(shù)，在六十年代結(jié)合型機(jī)電發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字智能型電子秤重控制器，我國的稱重控制器研究和檢測方法基本達(dá)到了國際的水平，電子稱重控制器的制造和應(yīng)用也得到了發(fā)展。電子秤重技術(shù)重點(diǎn)向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展，計(jì)量方法也從開始的模擬量發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字量，測量的特點(diǎn)從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特殊設(shè)備是對快速稱重和動(dòng)態(tài)稱重的方法研究?？傮w上說，我國的電子秤重控制產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量都還有明顯的差距，主要的差距是技術(shù)和工藝有待提高，工業(yè)設(shè)備和測試設(shè)備開發(fā)不足，品種較少，功能也不完善。 1.3 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)的控制要求 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)由可編程控制器進(jìn)行信號采集和控制輸出，散料給料方式采用二級給料方式，在粗給料時(shí)，給料流量大，用短時(shí)間加入額定重量的90％～95％，在細(xì)給料時(shí)，給料流量小, 為額定重量的5%至10%，由于細(xì)進(jìn)料門有機(jī)械動(dòng)作過程，為保證給料精度，在給料量達(dá)到98%時(shí)開始關(guān)閉細(xì)進(jìn)料門，而不是等到達(dá)到100%才關(guān)閉細(xì)進(jìn)料門，這樣這樣即可保證速度, 又可保證精度。 控制系統(tǒng)每次稱量工作前，都測試稱斗的凈重，以消除由于物料粘附在料斗內(nèi)壁而引起的誤差，停機(jī)時(shí)設(shè)置相應(yīng)的處理功能，保證停機(jī)排空稱斗內(nèi)物料。要保證在下次運(yùn)行的時(shí)候料斗內(nèi)沒有散料，要盡量避免散料在長時(shí)間的停留下凝結(jié)在料斗壁上。在細(xì)加料的結(jié)束后，等待散料穩(wěn)定后才能進(jìn)行檢測稱重，這樣得到的誤差可以循環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償。自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速可以進(jìn)行單閉環(huán)控制，達(dá)到自動(dòng)配料裝車的準(zhǔn)確目的。 第2章 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.1自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)的工藝流程 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)由可編程控制器進(jìn)行信號采集和控制輸出，散料給料方式采用二級給料方式，在粗給料時(shí)，給料流量大，用短時(shí)間加入額定重量的90％～95％，在細(xì)給料時(shí)，給料流量小, 為額定重量的5%至10%，由于細(xì)進(jìn)料門有機(jī)械動(dòng)作過程，為保證給料精度，在給料量達(dá)到98%時(shí)開始關(guān)閉細(xì)進(jìn)料門，而不是等到達(dá)到100%才關(guān)閉細(xì)進(jìn)料門，這樣這樣即可保證速度, 又可保證精度。 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)在稱重的工作之前，都要測試料斗的重量，這樣就可以消除散料粘在料斗上壁，引起的稱重誤差，在設(shè)備停車時(shí)，就要對此誤差造成的因素進(jìn)行相應(yīng)的處理，要保證料斗內(nèi)沒有物料。細(xì)加料信號完畢后，待其穩(wěn)定進(jìn)行實(shí)測，以便得到誤差，以使下一個(gè)循環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償校正。工藝流程圖如圖2-2所示。 圖2-2 自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)工藝流程圖 由工藝流程圖可知系統(tǒng)功能為：（1）、對物料重量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，其設(shè)定值在觸摸屏上；（2）、放料工作完成后，要進(jìn)行稱斗的凈重檢測修正；（3）、對稱量誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償；（4）、自動(dòng)包裝和系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置有相應(yīng)的故障檢測、報(bào)警信號。系統(tǒng)工作原理：稱量工作開始，當(dāng)儲(chǔ)料斗中物料足夠，在重力的作用下進(jìn)入重力供料裝置，PLC控制器控制儲(chǔ)料斗大、小進(jìn)料閥均完全打開料門進(jìn)入大（粗）給料狀態(tài)。當(dāng)?shù)竭_(dá)給定大給料重量（設(shè)定閾值如90%要求重量）時(shí)，關(guān)閉大進(jìn)料閥，進(jìn)入?。?xì)）給料狀態(tài)，達(dá)設(shè)置重量時(shí)，關(guān)閉小進(jìn)料閥門，達(dá)稱量斗穩(wěn)定（可以設(shè)置比較環(huán)節(jié)程序或延時(shí)來實(shí)現(xiàn)），稱量工作完成。并且卡袋機(jī)構(gòu)卡緊時(shí)，卸料門打開，物料進(jìn)入放料斗，再落入袋內(nèi)，延時(shí)（設(shè)定一時(shí)間根據(jù)料來確定，通過程序來處理，可靈活實(shí)現(xiàn)）關(guān)閉，釋放夾袋并關(guān)閉卸料閥，并打開皮帶傳送系統(tǒng)，完成一個(gè)包裝循環(huán)，并傳送到下一環(huán)節(jié)。 2.2自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)用稱重儀控制原理 圖2-3 自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)圖 本控制系統(tǒng)采用托利多B8520稱重儀，此稱重儀有四種稱重模式分別是：無斗模式、PLC模式、有斗模式、散糧模式。根據(jù)工廠需要本系統(tǒng)采用有斗模式，該模式的稱重過程將在稱量斗中完成，當(dāng)稱量完畢后，在夾袋信號到位后，控制器將完成包裝過程。在放料后，可由控制器進(jìn)行拍打振實(shí)等功能。 圖2-4 有斗稱重模式時(shí)序圖 從時(shí)序圖中可以看出只要IN8口采集到斗門關(guān)閉產(chǎn)生的一個(gè)上升沿信號，稱重控制器依次發(fā)出慢進(jìn)料、中進(jìn)料、快進(jìn)料，同時(shí)設(shè)置延時(shí)時(shí)間，當(dāng)IN3口收到夾帶請求，稱重控制儀依次發(fā)出放料、拍打、夾帶輸出控制。PLC部分要實(shí)現(xiàn)的控制很少，只有啟動(dòng)、關(guān)閉、急停、讀取毛重凈重、寫入目標(biāo)值等，這無疑給編程帶來極大方便，自動(dòng)化程度得到提升。該工作流程圖如圖2-4，方案采用三速加料，一般稱重儀市場價(jià)格差不多，所以本方案采用PLC控制托利多B8520再通過托利多B8520控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 圖2-5控制流程圖 2.3自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)主要由配料稱重儀、儀表控制柜、低壓開關(guān)柜、現(xiàn)場操作盤以及工業(yè)控制的計(jì)算系統(tǒng)及設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)軟件幾部分組成。 1)配料稱重儀 稱重儀器對經(jīng)過散料的料斗物料進(jìn)行連續(xù)稱量和自動(dòng)累計(jì)，此配料稱重儀具有運(yùn)輸、計(jì)量功能。稱重部分的工作原理是采用電阻應(yīng)變式，多托輥杠桿式結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工作時(shí)，控制放料電磁閥，通過調(diào)節(jié)電磁閥來改變散料流量。 2)儀表控制柜 儀表控制柜主要包括各種各樣的儀表，重點(diǎn)是稱重儀表。儀表重點(diǎn)接受稱重傳感器的模擬量信號，根據(jù)信號通過系統(tǒng)計(jì)算出流量和累計(jì)量，并將流量信號以0～10伏模擬電壓的形式送給PLC，PLC將重量信號與機(jī)內(nèi)設(shè)定值比較后，根據(jù)一定的控制規(guī)則輸出0～10伏調(diào)節(jié)信號，控制現(xiàn)場放料電磁閥，從而構(gòu)成單機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)，達(dá)到控制某種物料流量的目的。 3)低壓開關(guān)柜 低壓開關(guān)柜配置有斷路器、電流互感器、電壓表、刀開關(guān)、電流表、隔離變壓器等器件為各控制柜和配煤系統(tǒng)動(dòng)力部分提供電源，同時(shí)檢測動(dòng)力電源部分的相間電壓和線電流。 4)現(xiàn)場操作盤 配煤系統(tǒng)電機(jī)的現(xiàn)場控制部件，裝有控制按鈕、指示燈，可在機(jī)旁對現(xiàn)場皮帶機(jī)和給料設(shè)備的啟停進(jìn)行控制、指示PLC對電機(jī)的命令狀態(tài)。 第3章 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)主要為開關(guān)量控制，料門的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，而氣缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。通過對托利多B8520IN1口輸入電平的控制來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制切換，當(dāng)IN1口為高電平時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)工作，當(dāng)為低電平時(shí)系統(tǒng)停止工作并進(jìn)入手動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)操作要求用按鈕對機(jī)器的每一步運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行操作控制。自動(dòng)操作要求按一下自動(dòng)/手動(dòng)選擇開關(guān)，機(jī)器自動(dòng)地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按下停止按鈕，則機(jī)器繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作，回到初始狀態(tài)后自動(dòng)停止?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖3-1所示。 圖3-1控制系統(tǒng)框圖 3.1S7-200PLC原理及選型 3.1.1PLC的概況 隨著科技的不斷進(jìn)步，PLC的性能也飛速增強(qiáng)，其應(yīng)用和研究現(xiàn)狀主要在以下方面體現(xiàn): 1.控制規(guī)模的擴(kuò)大，控制大型機(jī)的規(guī)模越變越大，開關(guān)量高的達(dá)到了幾萬。 2.組成模塊的增多，現(xiàn)在PLC己經(jīng)新增了很多模塊，如PDI控制、溫度以及運(yùn)動(dòng)模塊等等。 3. 在PLC的發(fā)展過程中，制造商為了壟斷和擴(kuò)大各自市場，都各自發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn)，開放性和互操作性大大發(fā)展，各廠商都意識到開放是發(fā)展的一個(gè)趨勢，，并形成了長時(shí)期的妥協(xié)與競爭。 4.工作速度的提高可以對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。 5.聯(lián)網(wǎng)的能力增強(qiáng)，由于通信、信息及控制技術(shù)的大力發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)也得到了的發(fā)展，己經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程控制。 3.1.2PLC的特點(diǎn) 1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 2)配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) 3)體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 3.1.3PLC的應(yīng)用 1)PLC開關(guān)量的邏輯控制 　　這是PLC開關(guān)量的邏輯控制是基本的控制方法。它可以實(shí)現(xiàn)各種邏輯控制工藝，順序控制工藝以及其他自動(dòng)化生產(chǎn)線控制工藝等。PLC的開關(guān)量邏輯控制基本取代了接觸器-繼電器電路，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，如注塑機(jī)、訂書機(jī)械、機(jī)床、倉庫生產(chǎn)線、灌裝流水線等。 2)PLC模擬量控制 　　由于自然界存在許多連續(xù)變化的物理量，比如壓力、溫度、流量、液位等都是模擬量。要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能在程序中進(jìn)行計(jì)算和處理，將處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬量。 3)PLC數(shù)據(jù)處理 可編程控制器具有各種各樣的計(jì)算方法，便于完成實(shí)際數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)傳送和轉(zhuǎn)換等，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析處理，具有很明顯優(yōu)勢。 4)PLC過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)中，使用很頻繁的調(diào)節(jié)方法?？删幊炭刂破骶哂袑Ｓ玫腜ID子程序。 5)PLC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。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 PLC由三個(gè)基本部分組成：外部輸入采樣單元、內(nèi)部邏輯計(jì)算處理單元、處理結(jié)果輸出執(zhí)行單元?？删幊炭刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)框圖如圖3-2可知。 邏輯處理 輸出接口 輸入接口 M 圖3-2 PLC基本組成框圖 SBQA KA1A Rt HL KA2A 可編程控制器的I/O輸入單元包含主令按鈕、限位開關(guān)、檢測器等外部輸入主令接口， 可編程控制器在對外部I/O輸入單元收集的各種邏輯信號和模擬量采樣數(shù)據(jù)，以及主令臺(tái)的各種命令等信息進(jìn)行儲(chǔ)存和處理?？删幊炭刂破鞲鶕?jù)所設(shè)計(jì)的程序?qū)@些輸入信號進(jìn)行處理計(jì)算，并將結(jié)果通過輸出單元進(jìn)行輸出。通常下都是輸出給繼電器，繼電器通過動(dòng)作來控制外面的執(zhí)行單元?？删幊炭刂破骺筛鶕?jù)外部工程需要建立通訊控制，通過通訊可以將某執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和監(jiān)控，并計(jì)算和輸出。如圖2-2所示，可編程控制器的原理框圖。由圖可知，外部輸入變量都有開關(guān)量，模擬量，通訊接口傳送的變量數(shù)據(jù)，以及編程執(zhí)行器等。 CPU 開關(guān)量I/O接口 RAM 、 ROM 模擬量I/O接口 EPROM/E2ROM 通迅接口 編程器 電 源 圖3-3 可編程控制器原理框圖 編程工具一般就是電腦設(shè)計(jì)的編程軟件，我門可以根據(jù)編程軟件對可編程控制器進(jìn)行硬件組態(tài)設(shè)計(jì)，輸入輸出點(diǎn)的分配設(shè)計(jì)，程序編寫設(shè)計(jì)，可以通過在線連接進(jìn)行監(jiān)控，通過監(jiān)控可以調(diào)試程序，并修改程序。當(dāng)可編程控制器啟動(dòng)運(yùn)行后，我們可以根據(jù)外部動(dòng)作情況來判斷程序的錯(cuò)誤和需要完善的地方。這也是現(xiàn)場調(diào)試工程師必須具備的技能。可編程控制器編程軟件都是各自廠家自主研發(fā)的，對這些軟件必須學(xué)習(xí)，了解指令含義和編程原則，技巧等。我們在編程時(shí)，一般要對系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)可以保證編程的思路清晰，明朗。總體設(shè)計(jì)完后進(jìn)行分布設(shè)計(jì)，對各種功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行單獨(dú)編程，有必要的時(shí)候?qū)Τ绦蜻M(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，節(jié)省編程空間和時(shí)間。分布設(shè)計(jì)完畢后，就進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試階段，在調(diào)試時(shí)，首先必須對系統(tǒng)調(diào)試步驟進(jìn)行了解，對系統(tǒng)工藝進(jìn)行了解，以免調(diào)試時(shí)出現(xiàn)差錯(cuò)。 1．簡易編程器 簡易編程器就是很簡單的編程工具，在編程工具上我們可以看到功能輸入鍵，各種指令輸入鍵，各種指令地址數(shù)字輸入鍵，還有顯示屏顯示當(dāng)前編程的具體情況。在編程時(shí)首先簡易編程器就可以直接接在可編程控制器的端口上，用專用的通訊電纜與可編程控制器進(jìn)行連接，通過設(shè)置可以對可編程控制器進(jìn)行程序設(shè)計(jì)調(diào)試工作。在編程時(shí)，首先對各種按鍵進(jìn)行熟悉，在編程過程中必須進(jìn)行記錄，以便后面的調(diào)試修改。在編程的時(shí)候必須對輸入輸出點(diǎn)的地址分配進(jìn)行詳細(xì)說明，以免編寫程序過程中，思路混亂。在編寫程序結(jié)束后，就要對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試的時(shí)候，必須判斷系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)是否準(zhǔn)確，如果不準(zhǔn)確，對相應(yīng)部分進(jìn)行修改。使其準(zhǔn)確。如果修改完畢，程序運(yùn)行正常，就可以將簡易編程器拔下，保存。 2．圖形編程器 常用的圖形編程器是液晶顯示圖形編程器(手持式的)，它有一個(gè)大型的點(diǎn)陣式液晶顯示屏。除具有簡易型的功能外，還具有可以直接打入和編輯梯形圖程序，使用起來更方便，直觀。但它的價(jià)格較高，操作也較復(fù)雜。也有用CRT作顯示器的臺(tái)式圖形編程器，它實(shí)質(zhì)是一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)，它的功能更強(qiáng)，使用更方便，但價(jià)格也十分昂貴。 3．用專用編程軟件在個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)上實(shí)現(xiàn)編程功能 隨著PC的日益普及，最新發(fā)展趨勢是使用專用的編程軟件，在通用的PC上實(shí)現(xiàn)圖形編程器的功能。這一編程方法的最大特點(diǎn)是：充分利用PC機(jī)的軟、硬件資源(如：硬盤、打印及各種功能軟件)，大大降低了編程器的成本，同時(shí)也大大增強(qiáng)了編程器的功能，使用十分方便。一般的PC添置一套專用的“編程軟件”后就可進(jìn)行編制、修改PLC的梯形圖程序，存貯、打印程序文件(清單)，與PLC聯(lián)機(jī)調(diào)試及系統(tǒng)仿真等。并且用戶程序可在PC、PLC之間互傳。具有以上功能后，PLC的程序(特別是大型程序)編程、調(diào)試就顯得十分方便和輕松。 輸入輸出 數(shù)字輸入6~24 數(shù)字輸出4~16 模擬輸入16~32 模擬輸出8~28 輸入輸出映像（可擴(kuò)展） 128輸入 128輸出 硬件擴(kuò)展 最多7臺(tái)擴(kuò)展模塊 中斷輸入 4 脈沖數(shù)出 2（20k~100k） CPU特性 8個(gè)PID控制器 最多2個(gè)串行端口 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 運(yùn)行中編輯 浮點(diǎn)運(yùn)算 狀態(tài)LED指示 CPU處理時(shí)間 位處理：0.22us 程序存儲(chǔ)器 4~25k 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 2~10k 定時(shí)器 256 溫度模塊 16位分辨率 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展 串行通訊 AS-interface MPI Profibus-DP從站 Modbus主站/從站 通訊速率 PPI/MPI：187.5kbps 自由口：115.2kbps 編程軟件 Step7-MicroWIN 安裝方式 IEC導(dǎo)軌 工作電壓 DC24V/AC220V 根據(jù)本系統(tǒng)控制要求，選用S7-200CPU226CN可編程控制器。24個(gè)DC輸入點(diǎn)，16個(gè)DC晶體管輸出點(diǎn)。訂貨號：6ES7 216-2AD23-0XB0。 3.1.4PLC的選用 我國市場上流行的有如下幾家PLC產(chǎn)品： 施耐德公司，目前有Quantum、Momentum、Premium等產(chǎn)品； 羅克韋爾公司PLC產(chǎn)品，目前有SLC、ControlLogix、 MicroLogix等產(chǎn)品； 西門子公司的產(chǎn)品，目前有SIMATICS7-400/300/200系列產(chǎn)品； GE公司的產(chǎn)品；日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產(chǎn)品。本次設(shè)計(jì)選用西門子S7-200型PLC。車床電氣控制系統(tǒng)只需要邏輯運(yùn)算等簡單功能，西門子S7-200系列PLC非常適用于單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)?，F(xiàn)選擇西門子S7-200 CPU226型PLC控制，AC220V供電，DC24V 6點(diǎn)輸入，繼電器型交流3點(diǎn)輸出。 圖3-4 西門子S7-200型PLC S7-200可編程控制器是小型化的PLC，對于社會(huì)各種行業(yè)，各種場合的邏輯控制，自動(dòng)檢測和運(yùn)算功能都適用。S7-200可編程控制器具有強(qiáng)大的運(yùn)算功能和通訊功能，能使用在比較復(fù)雜的自動(dòng)化控制場合。S7-200可編程控制器提供了4個(gè)不同的型號，8中CPU類型可以選擇使用。本次設(shè)計(jì)選擇的是采用CPU226類型可編程控制器。CPU226類型的可編程控制器可以集成24輸入和16輸出共計(jì)40個(gè)I/O點(diǎn)?？梢詳U(kuò)展7個(gè)模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O或者35路模擬量I/O點(diǎn)。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30KHz高速計(jì)數(shù)器，具有PID控制器，具有2路獨(dú)立的20KHz高速計(jì)數(shù)器輸出。RS485通訊編程口共有兩個(gè)，具有PPI和MPI通訊協(xié)議，I/O端子很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)。共有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能的更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能，可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 3.2可編程控制器硬件接線圖設(shè)計(jì) 根據(jù)自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)的控制要求以及工藝流程，設(shè)計(jì)了可編程控制器的硬件接線圖?？删幊炭刂破鬟x用西門子S7-200PLC，CPU226，選用模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊，分別用于稱重儀的模擬量輸入，傳送帶速度給定輸出。具體設(shè)計(jì)如下圖所示。 圖3-7 CPU226硬件接線圖 圖3-8 擴(kuò)展模塊EM231.EM232接線圖 3.3系統(tǒng)輔助控制接線圖設(shè)計(jì) 自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)的輔助控制主要包括變壓器，開關(guān)電源，電磁閥接線等。輔助控制部分設(shè)計(jì)的目的就是為了安全保護(hù)，完善系統(tǒng)控制等。如下圖所示。 圖3-10 輔助控制電路設(shè)計(jì)圖 第4章 自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法 PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法主要有圖解法編程、經(jīng)驗(yàn)法編程、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程。 圖解法編程主要是通過畫梯形圖來對PLC程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。 經(jīng)驗(yàn)法編程主要是運(yùn)用自己和別人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)前先選擇和自己設(shè)計(jì)要求相視的程序，然后結(jié)合自己的設(shè)計(jì)要求情況，對梯形圖程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，使它符合自己的設(shè)計(jì)要求。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程主要是在計(jì)算機(jī)上通過PLC編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和編程、在線仿真調(diào)試等。 在本次設(shè)計(jì)中，采用的是梯形圖法編程。 4.2可編程控制器的I/O點(diǎn)分配 散料包裝控制系統(tǒng)的輸入信號有啟動(dòng)按鈕、停機(jī)按鈕、急停按鈕、斗門檢測信號、斗門關(guān)閉按鈕、斗門打開按鈕、放料旋鈕、拍打旋鈕、夾帶旋鈕、輸送帶啟動(dòng)及停止。輸出信號包括系統(tǒng)運(yùn)行輸出、急停輸出、粗加料電磁閥輸出、細(xì)加料電磁閥輸出、夾帶電磁閥輸出、放料電磁閥輸出、皮帶電機(jī)運(yùn)行、拍打電磁閥輸出。輸入輸出器件的名稱見表1所列。 序號 PLC地址（PLC端子） 電氣符號 （面板端子） 功能說明 1 I0.0 SD 啟動(dòng)（SD） 2 I0.1 SQ1 運(yùn)料車到位檢測 3 I0.2 SQ2 運(yùn)料車物料檢測 4 I0.3 S1 料斗物料檢測 Q0.0 M1 電機(jī)M1 5 Q0.1 M2 電機(jī)M2 Q0.2 M3 電機(jī)M3 Q0.3 M4 電機(jī)M4 Q0.4 L1 允許進(jìn)車 6 Q0.5 L2 運(yùn)料車到位指示 Q0.6 D1 運(yùn)料車裝滿指示 Q0.7 D2 料斗下料 7 Q1.0 D3 料斗物料充足指示 8 Q1.1 D4 料斗進(jìn)料 14 主機(jī)1M、面板V+接電源+24V 電源正端 15 主機(jī)1L、2L、3L、面板COM接電源GND 電源地端 4.3自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 4.3.1程序設(shè)計(jì)總體思路 自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)用程序語言描述系統(tǒng)的工作任務(wù)。結(jié)合自動(dòng)配料裝車控制系統(tǒng)的工作內(nèi)容。程序設(shè)計(jì)有以下幾大任務(wù)。 1）、在上位機(jī)上通過PLC將快進(jìn)料、慢進(jìn)料、提前量、目標(biāo)值寫入托利多B520稱重控制儀內(nèi)。 2）、將稱重系統(tǒng)的當(dāng)前值即毛重和在托利多B520處理過的即凈重值通過PLC反映在觸摸屏上，簡單的說就是讀出毛重和凈重并在觸摸屏上顯示。 3）、系統(tǒng)正常工作的調(diào)控過程。本控制系統(tǒng)指的是快、中、慢進(jìn)料門的開與關(guān)、夾袋操作、斗門的開與關(guān)的控制過程。 在程序設(shè)計(jì)過程中，SM0.0指令是只要上電其就導(dǎo)通， PLC的每個(gè)掃描周期都必須調(diào)用MBUS_CTRL指令，才能確保連續(xù)地監(jiān)控MODBUS網(wǎng)絡(luò)。只有在MODBUS_CTRL指令無錯(cuò)誤地被執(zhí)行后，才能啟用消息傳遞指令實(shí)現(xiàn)MODBUS通信。MODBUS_CTRL指令完成后，Done將輸出能流。如執(zhí)行有錯(cuò)誤，則錯(cuò)誤代碼將被送至“Error”所指向的內(nèi)存變量（字節(jié)）中。MODE：選著通信協(xié)議。“1”-通信端口被定義為MODBUS協(xié)議；“0”-通信端口恢復(fù)成缺省的PPI協(xié)議。Baud：設(shè)置波特率（必須與MODBUS從站設(shè)置的波特率一致）?？蛇x為1200、2400、4800、9600、19200、348700或115200.Parity:設(shè)置奇偶校驗(yàn)形式（必須與MODBUS從站選擇的奇偶校驗(yàn)形式一致）。“0”奇校驗(yàn)，“1”偶校驗(yàn)。Timeout：設(shè)置等待從站響應(yīng)時(shí)間（ms）?？蛇x值為1到32767。典型值=1000（ms）。ETH0_CTRL指令用于初始化和監(jiān)控CP 243-1模塊，指令中的“0”表示模塊所處的位置。PLC在每個(gè)掃描周期的開始調(diào)用一次該指令，才可確保對CP 243-1的監(jiān)控。CP_Ready:當(dāng)CP 243-1模塊準(zhǔn)備就緒時(shí)，CP_Ready輸出能流。CH_Ready:由CP 243-1模塊返回的8個(gè)連續(xù)通道的狀態(tài)。CH_Ready的操作數(shù)是字，8個(gè)連續(xù)通道的狀態(tài)實(shí)際上存放在低字節(jié)中，第0位代表連接0的接通狀態(tài)，第7位表示連接7的接通狀態(tài)。當(dāng)某個(gè)連接通道接通時(shí)，對應(yīng)位為“1”，未接通為“0”。ERROR:由CP 243-1模塊返回的錯(cuò)誤代碼。 4.2.2自動(dòng)配料裝車系統(tǒng)的具體程序設(shè)計(jì) 在程序中， 按下啟動(dòng)按鈕SB1，I0.0接通，MO.O導(dǎo)通自鎖，Q0.0導(dǎo)通,IN1口輸入為高電平，稱重儀啟動(dòng)開始工作。若按下SB2，I0.1常閉觸點(diǎn)斷開，Q0.0斷電，IN1口輸入低電平，稱重儀停止工作。當(dāng)稱量漏斗門關(guān)閉到位時(shí)，I0.4接通，Q0.2通電，稱重儀為高電平，稱重系統(tǒng)開始工作，當(dāng)放料開始即稱重儀OUT4輸出為高電平時(shí)I1.0常閉觸點(diǎn)斷開，此時(shí)斗門限位開關(guān)SQ打開，I0.4斷開，Q0.2斷電，IN8口為低電平。按下SB6按鈕，Q0.3通電自鎖，斗門關(guān)閉，放料信號，夾帶輸出信號和關(guān)斗門實(shí)現(xiàn)互鎖，當(dāng)放料開始到夾帶輸出為低電平即OUT5輸出低電平為止，斗門都是打開的，也就是說斗門無法關(guān)閉。當(dāng)斗門限位開關(guān)關(guān)閉時(shí)I0.4接通PLC開始讀取毛重和凈重，工作過程和寫程序相似。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)、斗門到位且慢進(jìn)料門關(guān)閉信號為低電平時(shí)，開始計(jì)時(shí)，1s過后即穩(wěn)態(tài)判斷時(shí)間到（在稱重儀上設(shè)置），T36常閉觸點(diǎn)接通，SUB_R減法指令將VD2000中的值即毛重和VD1000中的值即目標(biāo)值相減，所得值放入VD3000中，若結(jié)果為負(fù)則SM1.2接通，若為正則SM1.1接通，結(jié)果若大于1或者小于-1則Q1.0通電，即IN4口為高電平，接收超差。T36接通，M2.0通電自鎖，M2.0常開觸點(diǎn)接通，斷電延時(shí)定時(shí)器T37常開觸點(diǎn)關(guān)閉，常閉觸點(diǎn)斷開，Q0.4導(dǎo)通，IN3端口為高電平發(fā)出夾帶請求信號，T37開始計(jì)時(shí)，0.5秒后T37常閉觸點(diǎn)閉合，常開觸點(diǎn)斷開，夾帶請求延時(shí)時(shí)間（在稱重中設(shè)置）到。Q1.1控制傳送帶，當(dāng)夾帶輸出信號為高電平I2.0常閉觸點(diǎn)斷開時(shí)，Q1.1斷電，傳送帶停止，網(wǎng)絡(luò)22是當(dāng)放料信號開始時(shí)置零C31，網(wǎng)絡(luò)23是當(dāng)拍打開始時(shí)，OUT6輸出脈沖信號，M0.1通電自鎖，斗門開關(guān)輸出Q0.3互鎖M0.1。M0.1導(dǎo)通且夾帶輸出信號為低電平時(shí)，Q0.3通電，斗門關(guān)閉，開始新的一次工作。 具體程序編寫如下： 第5章 致謝 為期一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)已近接近尾聲，大學(xué)生活也即將結(jié)束。 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在XXX老師悉心指導(dǎo)下完成的，回顧這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程，我慶幸我選了一個(gè)好老師。從開始編程到調(diào)試結(jié)束，老師都細(xì)心指導(dǎo)，老師只要有時(shí)間就在實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)我們做畢業(yè)設(shè)計(jì).這種敬業(yè)負(fù)責(zé)精神值得我去學(xué)習(xí)，同時(shí)在調(diào)試過程中我向老師學(xué)到了許多東西，小的方面有，每次調(diào)試程序歸類，以日期為名字命名程序。大的方面有，遇到問題要懂得磚研，查資料解決?？傊痪湓?，沒有老師的細(xì)心知道我的畢業(yè)設(shè)計(jì)不可能完成。再一次真誠的向老師說一聲，謝謝。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅使我對PLC有了更深的了解，還提高了我的自學(xué)能力，和動(dòng)手能力。每次一個(gè)問題解決，眼看就要成功時(shí)又會(huì)有新的問題出現(xiàn)，這無疑考驗(yàn)了我的耐心和承受能力。再次我也要感謝大學(xué)四年來所有的老師，對我知識的傳授，同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，在平時(shí)的學(xué)習(xí)和生活中對我的鼓勵(lì)和幫助。 參考文獻(xiàn) [1] 可編程序控制器及其網(wǎng)絡(luò)通信 邱赤東 主編 大連海事大學(xué)出版社 [2] 電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù) 黃永紅 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 [3] 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù) 陳瑞陽 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 [4] 可編程控制器入門與應(yīng)用實(shí)例（西門子S7-200系列） 武紅軍 張萬忠 編著 中國電力出版社 [5] PLC控制系統(tǒng)和人機(jī)對話 傅鐘慶 編著 中國電力出版社 [6] 托利多B520稱重儀說明書 [7] 胡春海 張金泉 淀粉稱重包裝控制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 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