1、 - 1 - 大连交通大学成人教育学院 毕业设计（论文）任务书 题目 Y9110 砂输送 PLC 自动控制 专业 电气工程与自动化 学生姓名 成帅 班级 2014 级 指导教师 那延玉 职称 副教授 指导单位 大连工人大学 教研室主任 完成日期 2016 年 6 月 25 日 - 2 - 摘要 了解 PLC 和 PLC 的用途。分析学习 PLC 控制系统存在哪些优势。 对 Y9110 砂 输送 发送罐 进行技术系统设计与改造，用 PLC 代替普通继电器控制系统，实现 控制自动化 ，可大大提高系统的可靠性和工作效率。本文阐述了用 PLC 改造 Y9110 砂输送 发送罐 继电器控制电路，详细介绍
2、了改造设计的基本过程，包括 砂输送 皮带构成、砂输送 发送罐 构成 、工作流程分析、 PLC 机型选择、 IO 地址分配与接线、 PLC 程序设计，梯形图 逻辑 分析。通常传统 Y9110 砂输送 发送罐 电气控制采用传统的继电器控制方式，其缺点是功能少、寿命短、电路复杂、触点多而造成的故障也多、可靠性差、维修困难等。可编程逻辑控制器（ PLC）是一种以微处理 器为核心，综合了计算机技术、通信技术而发展起来的新型通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到了广泛的应用。利用 PLC 对 Y91
3、10 砂输送 发送罐 继电器控制电路进行改造，有助于提高设备的可靠性和利用率。 关键词 ： Y9110 砂输送 继电器 PLC 自动化控制 - 3 - 目录 第一章 PLC 的简介 1 第二章 PLC 的应用 2 2.1 开关量逻辑控制 2 2.2 工业过程空制 2 2.3 运动控制 2 2.4 数据处理 2 2.5 通信及联网 2 第三章 PLC 的特点 3 3.1 功能丰富 3 3.2 使用方便 3 3.3 维修方便 4 3.4 工作可靠 4 3.5 经济合算 5 第四章 砂输送发送罐的构成 7 第五章 发送罐系统流程分析 7 第六章 砂输送发送罐控制现状 8 6.1 砂仓料位计 8 6.
4、2 控制系统设计不合理 8 第七章 砂输送改造方案 9 7.1 PLC 选型 9 7.2 分配输入 /输出接口 10 7.3 I/O分配表 10 7.4 梯形图设计 11 7.5 梯形图 分析 11 结论 12 谢辞 13 参考资料 14 附件 1 15 - 4 - 1 PLC 简介 可编程序控制器，英文称 Programmable Controller，简称 PC。但由于 PC 容易和个人计算机（ Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用 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
5、，用以在其内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，它克服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基础的简单指令形式，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
6、用户程序编制工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。 - 5 - 2 PLC 的应用 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文 化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类： 2.1 开关量逻辑控制 取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2.2 工业过程控制 在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量）， PLC 采用相应的 A/D 和 D/A 转换
7、模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶 金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 2.3 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 2.4 数据处理 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 2.5 通信及联网
8、PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其 它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 - 6 - 3 PLC 的特点 从 PLC 的工作原理知， PLC 的输入与输出在物理上是彼此隔开的，其间的联系是靠运行存储于它的内存中的程序实现。它的入出相关，不是靠物理过程，不是用线路；而是靠信息过程，用软逻辑联系。它的工作基础是用好信息。 信息不同于物质与能量，有自身的规律。信息便于处理，便于传递，便于存储；信息还可重用，等等。正是由于信息的这些特点，决定了 PLC 的基本特点。 下面介绍 PLC 的四个特点： 3.1 功能丰富 PLC 的功能非
9、常丰富。这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。 它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的，它也都可作到。 它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。 I/O 继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至 10 几万。这意味着它可进行这么多 I/O 点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。 它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量更多。内存中一个位就可作为一个中间继电器， 怎么不多！ 它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。小小的箱体或模块，其内
10、部定时器、计数器可达成百、成千。这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。 而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。以满足不同的使用要求。这些也是继电器件所难以做到的。 它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。 PLC 还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，以进行信息交换。可送入程序，送入数据 ，可读出程序，读出数据。而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。数据读出后，可转储，可打印。数据送入可键入，可以读卡入，等等。 PLC 还具有通讯接口，可与计算机链接或联
11、网，与计算机交换信息。自身也可联网，以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。 PLC 还有强大的自检功能，可进行自诊断。其结果可自动记录。这为它的维修增加了透明度，提供了方便。 丰富的功能为 PLC 的广泛应用提供了可能；同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。 像 PLC 这样集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的；更是 传统的继电控制电路所无法比拟的。 3.2 使用方便 用 PLC 实现对系统的控制是非常方便的。这是因为：首先 PLC 控制逻辑的建立是程序 ,用程序代替硬件接线。编程序比接线，更改程序比更改接线，当然要方便得多！ - 7 - 其次 PLC 的
12、硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。种种控制系统所需的模块， PLC 厂家多有现货供应，市场上即可购得。所以，硬件系统配置与建造也非常方便。 正因如此，用可编程序控制器才有这个 “可 “字。对软件讲，它的程序可编，也不难编。对硬件讲，它的配置可变， 而且也易于变。 具体地讲， PLC 有五个方面的方便： （ 1）配置方便：可接控制系统的需要确定要使用哪家的 PLC，那种类型的，用什么模块，要多少模块，确定后，到市场上定货购买即可。 （ 2）安装方便： PLC 硬件安装简单，组装容易。外部接线有接线器，接线简单，而且一次接好后，更换模块时
13、，把接线器安装到新模块上即可，都不必再接线。内部什么线都不要接，只要作些必要的 DIP 开关设定或软件设定，以及编制好用户程序就可工作。 （ 3）编程方便： PLC 内部虽然没有什么实际的继电器、时间继电器、计数器，但它通过程序（软件）与系统内 存，这些器件却实实在在地存在着。其数量之多是继电器控制系统难以想象的。即使是小型的 PLC，内部继电器数都可以千计，时间继电器、计数也以百计。而且，这些继电器的接点可无限次地使用。 PLC 内部逻辑器件之多，用户用起来已不感到有什么限制。唯一考虑的只是入出点。而这个内部入出点即使用得再多，也无关紧要。大型 PLC 的控制点数可达万点以上，哪有那么大的现
14、实系统？若实在不够，还可联网进行控制，不受什么限制。 PLC 的指令系统也非常丰富，可毫不困难地实现种种开关量，以及模拟量的控制。 PLC 还有存储数据的内存区，可存储控制过程 的所有要保存的信息。总之，由于 PLC 功能之强，发挥其在控制系统的作用，所受的限制已不是 PLC 本身，而是人们的想象力，或与其配套的其它硬件设施了。 PLC 的外设很丰富，编程器种类很多，用起来都较方便，还有数据监控器，可监控PLC 的工作。使用 PLC 的软件也很多，不仅可用类似于继电电路设计的梯形图语言，有的还可用 BASIC 语言、 C 语言，以至于自然语言。这些也为 PLC 编程提供了方便。 PLC 的程序
15、也便于存储、移植及再使用。某定型产品用的 PLC 的程序完善之后，凡这种产品都可使用。生产一台，拷贝一份即可。这比起继电 器电路台台设备都要接线、调试，要省事及简单得多。 3.3 维修方便 1 PLC 工作可靠，出现故障的情况不多，这大大减轻了维修的工作量。这在讲述 PLC的第三个特点时，还将进一步介绍。 2 即使 PLC 出现故障，维修也很方便。这是因为 PLC 都设有很多故障提示信号，如PLC 支持内存保持数据的电池电压不足，相应的就有电压低信号指示。而且， PLC 本身还可作故障情况记录。所以， PLC 出了故障，很易诊断。同时，诊断出故障后排故也很简单。可按模块排故，而模块的备件市场可
16、以买到，进行简单的更换就可以。至于软件，调试好后不会出故障 ，再多只要依据使用经验进行调整，使之完善就是了。 3 改用方便： PLC 用于某设备，若这个设备不再使用了，其所用的 PLC 还可给别的设备使用，只要改编一下程序，就可办到。如果原设备与新设备差别较大，它的一些模块还可重用。 3.4 工作可靠 用 PLC 实现对系统的控制是非常可靠的。这是因为 PLC 在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。事实上，如果 PLC 工作不可靠，就无法在工业环境下运用，也就不成其为 PLC 了。 - 8 - 1 在硬件方面： PLC 的输入输出电路与内部 CPU 是电隔离。其信息靠光耦器件
17、或电磁器件传递。而且， CPU 板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。故可确保 PLC 程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。 PLC 使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。 在机械结构设计与制造工艺上，为使 PLC 能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保 PLC 耐振动、耐冲击。使用环境温度可高达摄氏 50 多度，有的 PLC 可高达 80-90度。 有的 PLC 的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。一旦工作主机出现故障，热 备的可自动接替其工作。 还有更进一步冗余的，采用三取一的设计， CPU、 I/O
18、模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。三套同时工作，最终输出取决于三者中的多数决定的结果。这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。当然，这样的系统成本是很高的，只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。 2 软件方面： PLC 的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的 “冒险竞争 “，其控制结果总是确定的；而且又能应急处理急于处理的控制，保证了 PLC 对应急情况的及时响应，使 PLC 能可靠地工作。 为监控 PLC 运行程序是否正常， PLC 系统都设置了 “看门狗 “（ Watchingdog）监控程序。运行用户程序开始时，先清 “看门狗 “定
19、时器，并开始计时。当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。若超时（一般不超过 100ms），则报警。严重超时，还可使 PLC 停止工作。用户可依报警信号采取相应的应急措施。定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程， PLC 将正常工作。显然，有了这个 “看门狗 “监控程序，可保证PLC 用户程序的正常运行，可避免出现 “死循环 “而影响其工作的可靠性。 PLC 还有很多防止及检测故障的指令， 以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。可通过编制相应的用户程序，对 PLC 的工作状况，以及 PLC 所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。 PLC 每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进
20、行初始化。这是系统程序配置了的，用户可不干预。出现故障时有相应的出错信号提示。 正是 PLC 在软、硬件诸方面有强有力的可靠性措施，才确保了 PLC 具有可靠工作的特点。它的平均无故障时间可达几万小时以上；出了故障平均修复时间也很短，几小时以至于几分钟即可。 曾有人做过为什么要使用 PLC 的问卷调查。在回答中，多数用户把 PLC 工作可靠作为选用它的主要原因，即把 PLC 能可靠工作，作为它的首选指标。 3.5 经济合算 高新技术的使用必将带来巨大的社会效益与经济效益，这是科技是第一生产力的体现，也是高新技术生命力之所在。 PLC 也是如此。 尽管使用 PLC 首次投资要大些，但从全面及长远
21、看，使用 PLC 还是经济的。这是因为： 使用 PLC 的投资虽大，但它的体积小、所占空间小，辅助设施的投入少；使用时省电，运行费少；工作可靠，停工损失少；维修简单，维修费少；还可再次使用以及能带来附加价 值等等，从中可得更大的回报。所以，在多数情况下，它的效益是可观。 - 9 - 4 砂输送 发送罐 构成 发送罐经过输砂管道发送到车间 砂仓 内供给混砂机使用。砂 库 到发送罐的输砂管道很短， 上 面 有蝶阀 控制发送罐的加砂 ， 发送罐 顶部安装 锥阀防止在发送砂时，发送罐内气 力 反冲回砂仓。发送罐 右 侧面安装阻尼料位 计 及 电接点压力表 ，发送罐左侧面安装发送阀、 排气 消音阀及罐体
22、、出砂口，如图 4-1 砂输送 发送罐结构 所示 : 图 4-1 砂输送 发送罐结构 - 10 - 5 发送罐 系统 流程分析 系统启动 条件 ： 当 车间 砂仓砂位低于 上 位 阻尼 料位计 ， 满足发送条件 时 ，选择打开几号 砂仓 卸 料器 ， 按下启动按钮 ，发送罐 顶部锥阀 先 打开 经时间继电器延时 2S 后，加砂管道上蝶阀打开， 同时打开排气阀 给发送罐加砂。当发送罐砂加满时， 发送罐 阻尼 料位计闭合 ，同时控制 加砂管道上蝶阀先 关闭 ，经时间继电器延时 3 秒后关闭发送罐顶部锥阀 ， 同时关闭发送罐的排气阀 ，经时间继电器 延时 2.5 秒后发送罐 发送 阀打开 ， 压缩空
23、气经空气过滤装置进入罐体开始加压， 电接点压力表 显示当前压力值，表针带动继电器动点脱离下 限 静点，再经时间继电器 延时 2 秒打开 输 砂 管道上的多个 二次 增压阀 ，开始 由 发送罐 经过 输 砂 管道和二次增压阀 供气增压往车间内的 砂仓输送 铬矿 砂。 当 压力低于 0.2mpa 时 电接点压力表 表针回位带动动点和静点闭合 动作 ， 关闭发送罐增压阀和传送管道上的所有二次增压阀 ， 同时打开排气阀排气 ，排气 5 秒后重复以上工作流程。当车间 砂仓到上限位时上位 阻尼 继电器 动作，发送罐内砂发送完后系统 自动 停止。如果中途关闭 发送罐 系统， 发送罐系统 不会马上停止， 必须把 发送罐内 铬矿 砂发送完毕后自动停止，这样是为了避免发送罐和发送管道内残留大量 铬矿 砂堵塞传输管道 。如发生紧急情况可以按急停开关，按下急停开关后砂传送系统立即停止并排气。
