基于PLC控制的自动配料系统设计课程设计

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1、25毕 业 论 文PLC控制自动配料系统专业：机电一体化摘 要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。 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PL

2、C具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。配料工人收到每天的生产作业表后, 将依次对每种原料进行称重根据配料的多少, 先计算每种成分的重量,然后在各种成分的料桶中取料,送到电子称上进行称重,最后进行包装在这个过程中工人工作繁重,出错率高,称重重量无监测,生产数据无纪录等不能保证企业的生产工艺文中以PC机编程,可编程逻辑控制器(PLC),现场总线技术等现代工控技术为基础,开发了以PC机为上位机, 以PLC作为下位机的自动配料系统在整个生产过程中,一旦生产计划制定完成,计算机将按照计划对每种原料进行称重,不再需要人工来干预在这个过程中工人只是进行取料,由计算机通过电子称发来的数

3、据校核重量,减轻了工人的工作负担,提高了工作效率关键词：通信，传送，配料，故障目 录 摘 要1目 录2第一章 监控系统的结构与功能311 监控系统的结构31.2 监控系统的功能3第二章 监控系统控制过程321 前配料监控系统的控制过程3211 自动称料3212 自动配料423 监控系统报警控制过程4231 报警事件4232 切换报警423.3 配料锅满报警52.34 急停5第三章 自动配料前后工艺53.1 前配工艺532 后配工艺5第四章 配料系统64. 1 控制要求64.2输入输出列表64.3自动配料系统模拟实验面板图64.4 工作过程64.4.1初始状态64.4.2装车控制74.4.3停机

4、控制74.5. I/O接线图74.6 系统流程设计图84.6.1 装车过程84.6.2故障检测9第五章 PLC程序105.1 PLC指令表105.2 PLC梯形图14第六章 传送系统调试19结 语20致 谢21附录 S7-200PLC的CPU的I/O规范23附录 S7-200PLC的CPU的输入规范24附录 S7-200PLC的CPU的输出规范25第一章 监控系统的结构与功能11 监控系统的结构自动配料监控系统由两台计算机作为整个系统的人机界面。其中一台为主站，完成全部系统参数设定、过程监控、数据记录；另一台作为从站，以主站为依托，主管后配料系统的数据设定、过程监控。主站直接同西门子S7300

5、 PLC系统、前配料秤自动控制仪表和后配料秤相通信。前配料监控系统现场采用密封型接线盒，防尘、防潮，可确保信号传输可靠。前配料秤仪表采用专用工业过程控制仪，通过RS一485总线与中控室实现通信，既可独立控制，又可实现PLC联机控制。各阀位及卸料器位置信号检测采用霍尔传感器，具有无触点、抗干扰、抗粉尘、耐潮湿的特点。料仓仓位采用重锤式料位计，可实现连续仓位检测。后配料监控系统主秤采用高精度配料皮带秤，附料采用减量秤（失重秤），非离子泵、香精泵、流量检测采用间接方式，即通过压力变送器实时检测管道压力，由压力变化判断出料口、进料口是否堵塞。1.2 监控系统的功能监控系统具有人机交互、通讯、显示及存储

6、、打印等功能，并具有数据、图形显示，状态监控、数据输入、信息存储等各种有关操作的功能画面。系统可实现实时过程数据监视、模拟显示工艺流程、实时数据记录查阅、系统操作员权限设定、工艺参数设定、设置运行过程事件报警及手动与自动控制切换。监控系统中现场控制仪表实时显示流量、载荷、累计值、温度等。温度指示通过现场温度显示仪表、压力指示通过现场压力显示仪表及电机的电流经现场显示仪表远传至中控室集中显示。变频器调节配备自动切换开关，与主控计算机通讯。第二章 监控系统控制过程21 前配料监控系统的控制过程211 自动称料自动称料控制单元主要为l0台称重控制仪表，PLC作为辅助控制系统，计算机人机界面显示配比参

7、数（配方）及监控记录实时数据。在自动控制方式下，单击前配工艺画面中自动配料“启动”按钮，或前配控制柜“启动”按钮，称重控制仪表就按设定好的配方打开10台秤的称料阀。如果系统检测到某台秤配料阀未关，会发生报警并进入暂停状态。每台秤根据称料快慢设有提前量，当控制仪表检测到秤称料重量达到设定值时，会减去提前量，控制仪表则关闭进料阀。提前量可人为修正或自动修正，使控制仪表控制配料秤每次配料精度达到设定的目标值。212 自动配料自动配料是将已经称好的原料按一定的顺序投放到搅拌锅中，同时开启搅拌和加热。这一控制过程由温控仪表与PLC共同完成。温控仪表控制温度上限，加热由PLC控制完成。自动配料有固定顺序和

8、可编程序两种控制方式。在固定顺序方式下，各种原料的放料顺序是固定的，不可改变。在可编程序方式下，各种原料的放料顺序可根据配方在人机界面上人为没定。23 监控系统报警控制过程231 报警事件自动称料开始时，如果某个放料阀未关，或系统检测不到放料阀关闭信号，系统会发出报警声响，暂停称重仪表的称料过程，并使运行指示灯闪烁。出现报警，自动放料不会进行，待消除故障或认为产生的报警原因不影响放料，按复位按钮后，再按“放料”按钮，则继续放料。232 切换报警自动放料开始时，系统首先检查每种原料切换是否到位，如果切换不到位或切换不一致，报警系统开始报警，自动放料就不能进行。通过检查，认为可以放料，按复位按钮后

9、，再按“放料”按钮，则开始放料。23.3 配料锅满报警如果配料锅中已配原料浆未放出，仍往该锅放料，产生报警信号，自动放料就不能启动。待检查确认可以放料，按复位按钮，再按“放料”按钮，则开始进行自动放料。2.34 急停称料过程中，由于紧急情况需要停止称料，按下自锁“称料急停”按钮，各个秤的进料阀就全部关闭，停止称料。需要重新开始称料时，旋起“急停”按钮，再按“启动”按钮，则重新开始称料。自动放料时，按一下“放料急停”按钮，系统会关闭所有放料阀，停止放料、搅拌和输送。第三章 自动配料前后工艺3.1 前配工艺前配工艺流程界面中可以实时显示前配料秤的瞬时流量、配方比例、称料配料状态、料位以及阀门关闭信

10、号、锅的温度、电机电流等。在界面上还有其他一些操作，如自动手动控制按钮、自动称料的单次和连续切换按钮、物料按钮及复位按钮等。32 后配工艺后配工艺流程界面可以实时显示基粉秤、辅料秤、失重秤的流量、累积值、重量，显示基粉秤的载荷、预混器电流、卸料器状态、非离子瞬时流量、香精瞬时流量等。在界面上还可以进行一些按钮控制操作，如失重秤的运行与停止、频率调节、手动与自动转换，以及几种物料的配比设定等。第四章 配料系统4. 1 控制要求系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动对货车进行配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。4.2输入输出列表面板SB1SB2S1SQ1SQ2D1D2D3PLCI0

11、.0I0.1I0.2I0.3I0.4Q0.0Q0.1Q0.2面板D4L1L2M1M2M3M4PLCQ0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.14.3自动配料系统模拟实验面板图4.4 工作过程4.4.1初始状态红灯L2灭，绿灯L1亮，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亮）。当S1置为ON（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OFF。4.4.2装车控制装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON，红灯信号灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4，经过2S后，再启动

12、启动M3，再经2S后启动M2，再经过2S最后启动M1，再经过2S后才打开出料阀（D2亮），物料经料斗出料。当车装满时，限位开关SQ2为ON，料斗关闭，2S后M1停止，M2在M1停止2S后停止，M3在M2停止2S后停止，M4在M3停止2S后最后停止。同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。4.4.3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。4.5. I/O接线图4.6 系统流程设计图4.6.1 装车过程4.6.2故障检测M2.M3.M4依次2秒后停止M1停D2关闭M1故障 Y NM3.M4依次2秒后停止M2故障M1.M2停D2关闭 Y NM4在2秒后停止M1.M2.M3停

13、D2关闭M3故障 Y NM1.M2.M3.M4停止D2关闭M4故障 Y第五章 PLC程序 5.1 PLC指令表5.2 PLC梯形图 第六章 传送系统调试系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动对货车进行配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。红灯L2灭，绿灯L1亮，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OOF（料斗中的物料已满），则停止进料（D4亮）。当S1置为ON（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OFF。装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON，红灯信号灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4，经过2S

14、后，再启动启动M3，再经2S后启动M2，再经过2S最后启动M1，再经过2S后才打开出料阀（D2亮），物料经料斗出料。当车装满时，限位开关SQ2为ON，料斗关闭，2S后M1停止，M2在M1停止2S后停止，M3在M2停止2S后停止，M4在M3停止2S后最后停止。同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。停机控制时按下停止按钮SB2，自动配料装车的整个系统终止运行，料斗关闭，2S后M1停止，M2在M1停止2S后停止，M3在M2停止2S后停止，M4在M3停止2S后最后停止。此时整个系统完全停止。当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，料斗出料口关闭，而该皮带机以后的皮带机待运完后

15、才停止。例如M1故障，M1，立即停，料斗出料口D2关闭，经过2秒延迟，M2停。在经过2秒，M3停止。经过2秒，M4停。当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带机运行2秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止。结 语自动配料监控系统具有运行可靠、功能齐全、投资低、升级方便等特点，采用全汉化操作界面，在线组态，形象直观，易于操作。监控系统提供了较完善的系统运行信息和产品信息，为现场操作人员创造了高效率的工作环境，实现了较为先进的过程控制和管理技术水平，并减轻了系统维护的工作量。本系统投入运行以来，各项指标均满足技术要求，并极大地改善了操作员的劳动强度，明显地提高了生产效率精细

16、化工的自动配料监控系统，采用DCS集散控制方式分析监控系统的结构和功能，研究其控制过程，实现人机对话自动控制、集中管理、实时记录、显示与报警等功能。在精细化工生产工艺中，自动配料系统是一道非常重要的工序，它由前、后配料两个子系统组成。选用西门子S7300 PLC构成数据采集控制系统，模块化设计，经济实用。全自动配料控制系统在各行业的应用已屡见不鲜，如：冶金，有色金属，化工，建材，食品等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开方性，免

17、维护性，可扩展性是工厂自动化FA所追求的一致目标。本实验采用PLC控制方式来实现自动配料系统，实现物料传送、下料控制、故障检测等功能。配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动对货车进行配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。整个系统自动进行提高了配料精度和速度。致 谢本论文从1月份开题以来，到目前为止已经有快3个月的时间了，这次毕业设计中，虽然都没太多的经验，但是在武老师的指导下，同学鼓励、帮助下，相互奋勉，最终圆满的完成了设计任务。在整个过程当中，有许多人给了我启发和帮助，在毕业论文完成之际，我要在此表达对他们最诚挚的感谢。首先，最需要感谢的人是我的指导老师武老师。老师平日里工作繁多，但在我做

18、毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，方案可行的确定和论文纲领细节的修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。每一次的批评和教育，使我受益非浅，值此论文完成之际,谨向武老师再一次向她致以衷心的谢意，感谢她为学生营造的浓郁学术氛围,以及学习上的耐心细致帮助!最后我还要感谢我的同学与朋友，他们也给我很大的帮助，给我提供了不少的建议，让我少走了许多的弯路。参 考 文 献1 段梅，李新PLC在混料控制系统的应用J控制系统.2003年.(4)：50542 洪镇南，李铁，王旭东PLC与计算机通信的实现J电气时代.2003年.(2)：69703 熊志奇. 微机自动化配料控制系统. 电子技

19、术应用. 1997 年. 4 张本举. 自动配料系统的设计 .中国铝业中州分公司计控室.2000年.5 宋建成. PLC控制和应用. 科学出版社. 2002年.6 王永华. 现代电气及可编程控制技术.北京航空航天大学出版社.第一版.2002年9月.7 赵明.工厂电气控制设备.北京.机械工业出版社.1998年.8SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册.2000年11月.附录 S7-200PLC的CPU的I/O规范CPU221 CPU222CPU224CPU226CPU226XM本机数字I/O6输入/4输出8输入/6输出14输入/10输出24输入/16输出数字I/O映像区256（128入

20、/128出）模拟I/O映像区无32（16入/16出）64（32入/32出）允许最大的扩展模块无2模块7模块允许最大的智能模块无2模块7模块脉冲捕捉输入6814高速计数单相两相4个计数器4个30kHz2个20kHz6个计数器6个30kHz4个30kHz脉冲输出2个20kHz(仅限于DC输出)附录 S7-200PLC的CPU的输入规范常规24 VDC输入类型漏型/源型（IEC类型1漏型）额定电压24 VDC,4 mA最大持续允许电压30 VDC浪涌电压35 VDC,0.5s逻辑1（最小）15 VDC,2.5mA逻辑0（最大）5 VDC,1mA输入延迟可选(0.2至12.8 ms)CPU226,CP

21、U226XM:输入点I1.6-I2.7具有固定延迟(4.5 ms)连接2线接近开关传感器（Bero）允许漏电流最大1 mA隔离（现场与逻辑）光电隔离隔离组是500 VAC,1分钟见外部接线图高速输入速度（最大）逻辑1=1530 VDC逻辑1=1526 VDC单相20 kHz30 kHz两相10 kHz20 kHz同时接通的输入55摄氏度时所有的输出电线长度（最大）屏 蔽非屏蔽普通输入500米，HSC输入50米普通输入300米附录 S7-200PLC的CPU的输出规范常规24VDC输出继电器输出类型固态- -MOSFET干触点额定电压24 VDC24VDC 或250VAC电压范围20.4-28.

22、8 VDC530 VDC或5250 VAC浪涌电流(最大)8 A ,100ms7A触点闭合逻辑1(最小)20 VDC,最大电流-逻辑0(最大)0.1 VDC，10 K负载-每点额定电流075 A20A每个公共端的额定电压(最大)6 A10 A漏电流(最大)10 A-灯负载(最大)5 W30 WDC；200 WAC感性嵌位电压L+减48 VDC，1W功耗-接通电阻(接点)03最大02（新的时候的最大值）隔离光电隔离(现场到逻辑)逻辑到接点接点到接点电阻(逻辑到接点)隔离组500 VAC，1分钟-见外部接线图-1500 VAC，1分钟750 VAC，1分钟100M见外部接线图延 时断开到接通/接通到断开(最大)切换(最大)2/10 s(Q0.0和Q0.1)15/100s（其他）-10ms脉冲频率(最大)Q0.0和Q0.120 kHz1 Hz机械寿命周期-10000000(无负载)触点寿命-100000（额定负载）25