1、自动配料模拟控制系统设计 1 引言 自动配料 控制 系统 是 采用 PLC控制方式以及新颖的变频调速喂料机构，配合配料控制软件包，实现物料传送、配料控制、配方设计、生产数据管理等功能。并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。 自动配料控制系统设计 步骤 : 1主电路设计，并画出接线示意图。 2. 分配 I/O地址，列出分配表。 3. 设计系统控制的程序框图。 4. 根据程序框图设计该系统的控制梯形图。 5. 上机调试通过。 6. 利用 PLC系统进行模拟运行 1自动配料控制系统结构和工作原理 1.1自动配料控制系统 方案 系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料，当车装
2、满时，配料系统自动关闭。本设计的突出点是故障检测部分的设计，首先，当某一节传送带发生故障时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。自动配料模拟控制系统设计 2 其次，当某节传送带上的物体过重时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，并且数码显示电路会显示发生故障的电机的号码，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。 1.2 自动配料控制系统基本结构 自动配料的模拟面板如图 1.1 所示，从图中可以看出四节传送带是本次设计的核心电路， PLC 编程也是围绕此面板进行的 图 1.1 自动配料系统图 自动配料系统的功能是利用四节传送带为小车自动配料，重物通过传送带
3、进行传输，发生故障时系统自动停机。自动配料实验面板与 PLC 接线控制对应关系如表 1.1.1 所示。 表 1.1.1 输入 /输出接线列表 面板 SB1 SB2 S1 SQ1 SQ2 D1 PLC I0.0 I0.1 I0.2 I0.4 I0.5 Q0.0 面板 D2 D3 D4 L1 L2 M1 PLC Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 面板 M2 M3 M4 A B C PLC Q0.7 Q1.0 Q1.1 I0.6 I0.7 I1.0 面板 D I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 自动配料模拟控制系统设计 3 面板 SB1 SB2 S1 SQ1 SQ2 D
4、1 PLC I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 1. DOP 数码显示电路 DOP 数码显示电路如图 1.2 所示。此电路在整个电路中起辅助性作用，即当四节传送带中的某一节发生故障时，数码显示有故障一节的编号，用户可以清楚的看到。 DOP 数码显示面板与 PLC 控制端口对应关系如表 1.2 所示。 表 1.2 数码显示电路 面板 A B C D E F G PLC Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 1.3 控制系统工作 过程 1. 初始状态 系统启动后，红灯 L2（ Q0.5）灭，绿灯 L1（ Q0.4）亮，车未到位，表明允许汽车开进装料。料
5、斗出料口 D2 关闭，若料位传感器 S1（ I0.2）置为“ 0”（料斗中的物料不满），进料阀开启进料， D4（ Q0.3）亮。当 S1 置为“ 1”（料斗中的物料已满），则停止进料（ D4 灭）。电动机 M1、 M2、 M3 和 M4 均为“ 0”。 2. 装车过程 装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开 SQ1（ I0.3）置为“ 1”，红灯信号灯 L2（ Q0.5）亮，绿灯 L1（ Q0.4）灭，车到位；同时启动电动机 M4（ Q1.1），经过 3s 后，再启动 M3（ Q1.0），再经 3s 后启动 M2（ Q0.7），再经过 2s 最后启动 M1（ Q0.6），再经过 3s 后才打
6、开出料阀， D2（ Q0.1）亮，物料经料斗出料。 当车装满时，限位开关 SQ2（ I0.4）为“ 1”， D1（ Q0.0）亮，料斗关闭（ Q0.1 复位），3s 后 M1 停止， M2在 M1 停止 3s 后停止， M3 在 M2 停止 3s 后停止， M4在 M3 停止 3s 后停止，同时红灯 L2 灭，绿灯 L1 亮，表明汽车可以开走。 3. 故障控制 当某一节传送带发 生故障时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，该节之后的传自动配料模拟控制系统设计 4 送带会在一定的延时后停止。例如，当 M2 发生故障时， M2、 M1 会立即停止， M3 会在 M2 和M1 停止后 5s 后停
7、止， M4在 M3 停止 5s 后停止。其次，当某节传送带上的物体过重时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。例如，当M1 上有重物时， M1 会立即停止，同时数码显示电路会显示“ 1”， M2在 M1 停止 5s 后停止，M3 在 M2 停止 5s 后停止， M4 在 M3停止 5s后停止。 4. 停机控制 按下停止按钮 SB2，自动配料装车的整个系统终止 运行。 2 自动配料模拟控制系统中的 PLC应用 2.1 PLC的发展历史 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数
8、据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 1968年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（ PC）。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（ PLC），现在，仍常常将 PLC简称 PC。 PLC的定义有许多种。国际电工委员会（ IEC）对 PLC的定义是：可编程
9、控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程 序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪 80年代至 90年代中期，是 PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期， PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS系统。 PLC具有
10、通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代 的。 2.2 PLC的硬件和软件 自动配料模拟控制系统设计 5 2.2.1 PLC的硬件构成 从结构上分， 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，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。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。 CPU的构成： CPU是 PLC的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC至少有一个 CPU，它按 P
11、LC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规 定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户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相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、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。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，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
12、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，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是 PLC的重要参数，它们决定着 PLC的工作速度， IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 I/O模块： PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（ I/O）完成的。 I/O模块集成了 PLC的 I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。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）
13、，模拟量输入（ AI），模拟量输出（ AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或 1和 0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的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 IO外，还有特殊 IO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
14、本自动配料模拟控制系统设计 6 配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 电源模块： PLC电源用于为 PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（ 220VAC或 110VAC），直流电源（常用的为 24VAC）。 2.2.2 PLC的软件构成 （ 1） .系统软件 系统软件包含三个部分： 一 .系统管理程序。其作用一是运行时间管理，控制可 编程控制器何时输入，何时输出，何时计算，何时自检，何时通信。二是存储空间管理，规定个中参数，程序的存放位置，以生成用户环境。三是系统自检程序，包括各种系统出错检验，用户程序语法检验，句法检
15、验，警戒时钟运行。 二 .用户指令解释程序。用户指令解释程序是联系高级语言程序和机器码的桥梁。 三 .标准程序模块及其调用程序。这是许多独立的程序块，各程序块具有不同的功能。 （ 2） .用户程序 用户程序即是应用程序，使 PLC的使用者针对具体控制要求编制的程序。根据不同的控制要求编制不同的程序，这相当于改变 PLC的用途，相当于继 电器控制设备的硬接线线路，也正是所谓 “ 可编程 ” 一词的基本含义。 2.3 PLC系统的辅助设备 1.编程设备：编程器是 PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、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
16、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.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。 3.输入输出设备： 用于永久性地存储用户数据，如 EPROM、 EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。 2.4 PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出 “网络就是控制器 “的观点说法。 PLC具有通信联网的功能，它使 PL
17、C与 PLC 之间、 PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数 PLC具有 RS-232接口，还自动配料模拟控制系统设计 7 有一些内置有支持各自通信协议的接口。 2.5 PLC的注意事由 保证 PLC的正常运行，因此在使用中应注意以下问题。 1. 工作环境 温度 :PLC要求环境温度在 055，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有 30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过 55，要安装电风扇强迫通风。 湿度 :为了保证 PLC的绝缘性能，空气
18、的相对湿度应小于 85%（无凝露）。 震动 :应使 PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为 1055Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须 采取减震措施。 空气 :避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将 PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。 电源 :PLC供电电源为 50Hz、 220（ 110%） V的交流电，对于电源线来的干扰， PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为 1： 1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输
19、入端串接 LC滤波电路。 2.6 控制系统硬件 I/O 地址分配 S B 1S B 2S 1S Q 1S Q 2ABCDM 1M 2M 3M 4D 3D 4L 1L 2P L C 7 - 2 0 0图 1.2 结构图 1.输入地址表（如表 1.3 所示） 表 1.3 输入地址表 自动配料模拟控制系统设计 8 编号 地址 说明 功能 1 I0.0 按钮 SB1 启动 2 I0.1 按钮 SB2 停止 3 I0.2 信号 S1 接入 S1 料斗满信号 4 I0.3 信号 SQ1 接入 SQ1 车未到位信 号 5 I0.4 信号 SQ2 接入 SQ2 车装满信号 1. 输出地址表（如表 1.4 所示
20、） 编号 地址 说明 功能 编号 地址 说明 功能 1 Q0.0 接指示灯 D1 车装满 D1 亮 6 Q0.5 接指示灯 L2 车到位 L2亮 2 Q0.1 接指示灯 D2 料斗下口下 料 D2 亮 7 Q0.6 接指示灯 M1 控制电动机 M1 转 3 Q0.2 接指示灯 D3 料斗满 D3 亮 8 Q0.7 接指示灯 M2 控制电动机 M2 转 4 Q0.3 接指示灯 D4 料斗上口下 料 D4 亮 9 Q1.0 接指示灯 M3 控制电动机 M3 转 5 Q0.4 接指示灯 L1 车未到位 L1亮 10 Q1.1 接指示灯 M4 控制电动机 M4 转 表 1.4 输出地址表 3 自动配料
21、控制系统 3.1 自动配料系统启动 启动时首先按下启动开关 SB1，进入初使状态，表明允许汽车开进装料。料斗出料口 D2关闭，若料位传 感器 S1 置为 OFF（料斗中的物料不满），进料阀开启进料（ D4）。当 S1 置为自动配料模拟控制系统设计 9 ON（料斗中的物料已满）则停止进料（ D4 灭）。料斗装满后开始启动传送带，首先启动最末一条皮带机 (D)，经 3 秒延时，再依次启动其它皮带机 ,即 D C B A，最后 D2 亮，表示开始装车。 程序如表 3.1 所示： 表 3.1 启动程序 步序 指令 器件号 说明 步序 指令 器件号 说明 0 LD I0.0 SB1 自保持 22 LRD
22、 1 O M0.0 23 A T37 2 AN I0.1 24 S Q1.0， 1 M3 启动 3 = M0.0 25 TON T38， +30 延时 3秒 4 LD M0.0 26 LRD 读栈 5 LPS 入栈 27 A T38 6 AN I0.2 28 S Q0.7， 1 M2 启动 7 = Q0.3 D4 亮 29 TON T38， +30 延时 3秒 8 LRD 读栈 30 LRD 读栈 9 A I0.2 31 A T39 10 = Q0.2 D3 亮 32 S Q0.6， 1 M1 启动 11 LRD 读栈 33 TON T40， +30 延时 3秒 12 AN I0.4 34 L
23、RD 读栈 自动配料系统的控制是采用 PLC 实现的，本小节主要介绍的是 PLC 部分程序的实现过程如图 3.6 所示。 自动配料模拟控制系统设计 10 开 始料 斗 配 料料 斗 是 否 装启 动 开 关同 时 启 动传 感 器 A 传 感 器 B 传 感 器 C 传 感 器 D是 否 有 故 障是 否 停车 是 否 装M 1 M 2 M 3 M 4数 码 显 示结 束否是否否否是是是图 3.6 自动配料流程图 3.2 停止程序 3.2.1 正常时停止程序 停止时先停止最前一条皮带机 (A)，待料运送完毕后再依次停止其它皮带机，即 A BC D。程序如表 3.7 所示： 表 3.7 正常时停止程序 步序 指令 器件号 说明 步序 指令 器件号 说明 0 LD I0.1 按下停止 按钮 10 LD T42 1 O M0.2 11 R Q0.7， 1 M2停机 2 AN I0.0 12 TON T43， +30 延时 3秒 3 = M0.2 13 LD T43 4 LD M0.1 14 R Q1.0， 1 M3停止
