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中南民族大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 PLC課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課 程 PLC技術(shù)與應(yīng)用 設(shè)計(jì)題目 高爐上料PLC控制系統(tǒng) 年級(jí)專業(yè) 12級(jí)自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師  2015年 6 月 22 日 目 錄 引言 3 1. 課題要求 3 2. 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 3 2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表 4 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì) 5 2.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 5 3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 3.1 控制過(guò)程工藝流程圖設(shè)計(jì) 6 3.2 控制程序順序功能圖設(shè)計(jì) 7 3.3 控制程序設(shè)計(jì)思路 7 4 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 8 4.1 選用界面介紹 8 4.2 畫面制作與設(shè)計(jì) 8 5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 8 5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問(wèn)題 8 5.2 結(jié)果分析 9 結(jié)束語(yǔ) 9 參考文獻(xiàn) 10 附錄一：源程序 10 附錄二：調(diào)試運(yùn)行中的部分運(yùn)行圖 15 高爐上料PLC控制系統(tǒng) 引言 高爐上料PLC控制系統(tǒng)主要運(yùn)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，例如混凝土加工廠、煉鋼廠等大型工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。這些大型工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)由于設(shè)備笨重、車間安全系數(shù)低，容易發(fā)生事故等原因，采用PLC控制可以輕松、方便、安全操作設(shè)備，防止意外事故發(fā)生，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，大量的減輕了工人的工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效益。 1. 課題要求 高爐上料控制系統(tǒng)主要是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中對(duì)物料混合加工進(jìn)行配料控制，自動(dòng)或者手動(dòng)實(shí)現(xiàn)控制，方便人員操作，減輕工作負(fù)擔(dān)。 系統(tǒng)設(shè)備：運(yùn)料小車、小鐘、大鐘、料尺、各相關(guān)位置開(kāi)關(guān)。 工作過(guò)程描述：初始小車停在底部，人工啟動(dòng)后20秒時(shí)間裝料，裝料完畢小車上行，到達(dá)頂部位置自動(dòng)卸料到小鐘內(nèi)（卸料時(shí)間5秒）；而后小車自動(dòng)下行到底部。 物料從小車中放到小鐘后，小鐘下放，使物料落入大鐘。小鐘下放到位5秒后提升，提升到位（關(guān)到位）后下放大鐘，使物料落入高爐，大鐘下放到位延時(shí)7秒后提升到位（注意互鎖關(guān)系：大、小鐘不得同時(shí)下放）料尺每隔2分鐘下探一次料位。當(dāng)料位上限開(kāi)關(guān)動(dòng)作，表明爐內(nèi)物料已滿，應(yīng)停止上料（將本次上料完成后停止上料），直到料位下降到上極限以下。 可由人工在任何時(shí)間停止所有設(shè)備，但大小鐘在停止操作發(fā)生時(shí)應(yīng)先確保都提升到位才不再工作。人工停止后轉(zhuǎn)手動(dòng)控制，PLC不再干預(yù)。 相關(guān)時(shí)間參數(shù)：小車運(yùn)行時(shí)間：30S； 小鐘下放/提升時(shí)間：10S 大鐘下放/提升時(shí)間：15S； 料尺下探/提升時(shí)間：10S 2. 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 該系統(tǒng)采用CJ1M系列PLC控制器作為開(kāi)發(fā)設(shè)備，使用CJ1M-CPU22型號(hào)設(shè)備，該設(shè)備程序容量10Ksteps、DM（字）32K、I/O點(diǎn)數(shù)320點(diǎn)，可以從以太網(wǎng)、Controller-Link、DeviceNet和CompoBus/S中選擇最適合的網(wǎng)絡(luò)。能基本實(shí)現(xiàn)高爐上料工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制。 外圍器件使用行程開(kāi)關(guān)作為行程指示信息，使用觸摸屏和CJ1M組合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，從而達(dá)到自動(dòng)和手動(dòng)監(jiān)控功能。 2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表 輸入 分組 地址 符號(hào)、功能 系統(tǒng)按鈕 0.00 SB0，停止按鈕 0.01 SB1，啟動(dòng)按鈕 方式選擇 0.09 HAND，手動(dòng)開(kāi)關(guān) 0.10 AUTO，自動(dòng)開(kāi)關(guān) 行程開(kāi)關(guān) 0.02 SQ2，車初始位置行程開(kāi)關(guān) 0.03 SQ3，小車高位行程開(kāi)關(guān) 0.04 SQ4，小鐘初始位置行程開(kāi)關(guān) 0.05 SQ5，小鐘低位行程開(kāi)關(guān) 0.06 SQ6，大鐘初始位置行程開(kāi)關(guān) 0.07 SQ7，大鐘低位行程開(kāi)關(guān) 限位開(kāi)關(guān) 0.08 SQ8，料尺限位開(kāi)關(guān) 手動(dòng)控制按鈕 2.00 CAR1，小車上行控制 2.01 CAR2，小車下行控制 2.02 SC1，小鐘上行控制 2.03 SC2，小鐘下行控制 2.04 BC1，大鐘上行控制 2.05 BC2，大鐘下行控制 輸出 小車 1.01 C1，小車裝料 1.02 C2，小車上行 1.03 C3，小車下行 1.10 D0，小車卸料 小鐘 1.04 C4，小鐘上行 1.05 C5，小鐘下行 1.11 D1，小鐘卸料 大鐘 1.06 C6，大鐘上行 1.07 C7，大鐘下行 1.12 D2，大鐘卸料 料尺 1.08 C8，料尺上升 1.09 C9，料尺下降 1.00 F1，料滿報(bào)警 圖2：系統(tǒng)I/O表 2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì) 圖3：系統(tǒng)接線圖 2.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 首先，該系統(tǒng)采用PLC設(shè)計(jì)，可以抵抗干擾，可靠性強(qiáng)；此外，為了防止各道工序交互操作使加工失敗，充分考慮了各道工序間的先后順序和互鎖條件。比如：當(dāng)小鐘到達(dá)底部將物料卸下時(shí)，大鐘要等到小鐘完全到達(dá)頂部才能開(kāi)始下行，否則當(dāng)物料小車到達(dá)頂部直接卸料到小鐘時(shí)，小鐘還未到位，物料已經(jīng)卸下到大鐘了，這樣就會(huì)是物料混合不均勻，達(dá)不到制作要求，從而使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。 系統(tǒng)采用觸摸屏進(jìn)行模擬控制，可以清楚的看到各道工序進(jìn)行位置，并在第一時(shí)間找到故障位置，為工人操作、調(diào)試、檢查故障節(jié)約了大量時(shí)間。 3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 控制過(guò)程工藝流程圖設(shè)計(jì) 料尺每隔3分鐘下探一次，若到達(dá)限位開(kāi)關(guān)，等小車，小鐘，大鐘到達(dá)初始位置時(shí)停止 按住小車上行控制按鈕，直至到其達(dá)末位置，待小鐘到達(dá)初始位置，小車開(kāi)始卸料到小鐘，時(shí)間5s 小鐘自動(dòng)上行至其初始位置，大鐘開(kāi)始下行至末位置，并自動(dòng)卸料5s，上行至初始位置 大鐘等待小鐘到達(dá)其初始位置，按住大鐘下行按鈕，直至其到達(dá)末位置，5s卸料到高爐。 按住小車下行控制按鈕，直至到達(dá)其初始位置；按小鐘下行按鈕，小鐘開(kāi)始下行，直至其末位置，若大鐘在其初始位置，則卸料5s到大鐘，按住小鐘上行按鈕，小鐘上行 小車到達(dá)其末位置后，等待小鐘到達(dá)其初始位置，小車開(kāi)始5s卸料到小鐘 小車在初始位置，裝料20s，裝料完畢上行，至末位置 小鐘下行至其末位置，若大鐘在其初始位置，小鐘則5s卸料到大鐘 小車在初始位置，裝料20s，等待命令 自動(dòng) 手動(dòng) 手動(dòng)or自動(dòng) 啟動(dòng) 圖4：工藝流程圖 3.2 控制程序順序功能圖設(shè)計(jì) 物料限位開(kāi)關(guān) 料滿警示燈亮 小車下行到初始位置 T2 小鐘上行到初始位置 大鐘下行到末位置，卸料5s 小鐘下行，自動(dòng)卸料5s到大鐘 小鐘初始位置 大鐘初始位置，T1 小車、小鐘、大鐘初始位置 大鐘下行到末位置，卸料5s 小車上行，卸料5s到小鐘 BC2大下 SC1小上 小鐘上行到初始位置 小鐘下行，自動(dòng)卸料5s到大鐘 SC2小下 CAR2下 小車下行到初始位置 小車上行，卸料5s到小鐘 CAR1上 料尺自動(dòng)下行 W0.02(自動(dòng)) W0.01(手動(dòng)） 01 圖5：順序功能圖 3.3 控制程序設(shè)計(jì)思路 主控制程序采用IL與ILC組合指令選擇自動(dòng)、手動(dòng)控制程序，在主程序下，有料尺的掃描工作程序，即每?jī)煞昼娤滦幸淮?，查看物料是否已?jīng)到達(dá)限度。 自動(dòng)控制程序通過(guò)時(shí)間繼電器和位置行程開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流程，手動(dòng)程序則依照按鈕條件進(jìn)行操作控制。整個(gè)程序清晰明朗，易于查看。 4 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 4.1 選用界面介紹 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面采用CX-Designer。它是歐姆龍公司系列PT專用的組態(tài)王軟件，主要用指示燈指示位置狀況和報(bào)警情況，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)和自動(dòng)控制的模擬過(guò)程，下面是界面效果。 圖6：PT界面效果圖 4.2 畫面制作與設(shè)計(jì) 高爐上料系統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)比較多，17個(gè)輸入點(diǎn)，13個(gè)輸出點(diǎn)?？刂瓢粹o輸入采用按鈕界面控制，位置行程開(kāi)關(guān)采用開(kāi)關(guān)裝置控制，輸出都使用指示燈顯示，便于查看。 5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問(wèn)題 系統(tǒng)調(diào)試時(shí)按照需求進(jìn)行手動(dòng)或者自動(dòng)調(diào)試。首先要模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，將小車、小鐘、大鐘都放置于初始位置，小車置于“小車低位”、“小鐘高位”、“大鐘高位”。手動(dòng)操作是步進(jìn)方式進(jìn)行。手動(dòng)調(diào)試時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，選擇HAND操作，指示燈小車裝料，時(shí)間20s，然后按下CAR1按鈕，小車上行指示燈亮，這時(shí)為了模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，將“小車低位”指示燈熄滅，“小車高位”指示燈點(diǎn)亮，表示小車到達(dá)高位，然后“小車卸料燈”亮5s，停止，然后按住“CAR2下”按鈕，“小車下行燈”亮；按住“SC1小下”，“小鐘下行燈”亮，轉(zhuǎn)換小鐘位置指示燈，模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，熄滅“小鐘高位燈”，點(diǎn)亮“小鐘低位燈”，模擬小鐘下行到低位置，然后“小鐘下行燈”滅掉，“小鐘卸料燈”亮5s，然后熄滅；按住小鐘上行按鈕“SC1上”，切換小鐘高低位行程指示，按下“小鐘高位”行程指示開(kāi)關(guān)，指示小鐘到達(dá)高位。按住大鐘下行按鈕“BC2大下”，“大鐘下行燈”亮，復(fù)位大鐘高位開(kāi)關(guān)，置位大鐘低位開(kāi)關(guān)，“大鐘卸料燈”亮7s，表示大鐘卸料7s，然后按住大鐘上行控制按鈕“BC1大上”，“大鐘上行燈”亮，置位“大鐘高位”開(kāi)關(guān)，復(fù)位“大鐘低位”開(kāi)關(guān)。此時(shí)一次手動(dòng)操作完成了。 自動(dòng)操作只需要切換到自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，按下“AUTO”按鈕，程序就開(kāi)始自動(dòng)進(jìn)行，為了體現(xiàn)自動(dòng)的快捷性，方便性，將小車裝料時(shí)間設(shè)置為5s。小車裝料5s后，自動(dòng)上行到頂端，等到小鐘到達(dá)初始位置之后，5s自動(dòng)卸料到小鐘，然后開(kāi)始自動(dòng)下行；小鐘則下行到末位置，等到大鐘到達(dá)初始位置時(shí)就卸料到大鐘，時(shí)間5s，然后自動(dòng)上行到初始位置；大鐘燈小鐘到達(dá)初始位置后則開(kāi)始下降，到達(dá)末位置之后進(jìn)行卸料，時(shí)間7s，將物料卸到高爐內(nèi)，完成一次自動(dòng)過(guò)程，大鐘上行到初始位置。 5.2 結(jié)果分析 整個(gè)仿真過(guò)程很順利，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并能充分考慮到大小鐘之間的互鎖關(guān)系，還有自動(dòng)與手動(dòng)操作的互鎖。從而使系統(tǒng)能安全運(yùn)行，使物料能充分混合。 高爐上料PLC控制系統(tǒng)在功能上已經(jīng)能滿足題目需求及其用戶需求，但是對(duì)于一個(gè)安全、可靠、高效率的PLC控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，還是存在許多的問(wèn)題：沒(méi)有時(shí)間預(yù)警功能，若操作工人選擇自動(dòng)操作離開(kāi)工作臺(tái)，機(jī)器發(fā)生故障，沒(méi)有報(bào)警提示功能反饋給工人，不能及時(shí)處理故障，影響生產(chǎn)效率；此外，在手動(dòng)、自動(dòng)間進(jìn)行切換的時(shí)候沒(méi)有充分考慮到運(yùn)行狀況，若小鐘還在上升途中就切換到了自動(dòng)運(yùn)行模式，那么自動(dòng)過(guò)程將會(huì)失效，因?yàn)樾＄姏](méi)有到達(dá)初始位置，程序不會(huì)進(jìn)行。 結(jié)束語(yǔ) 本次PLC課程設(shè)計(jì)能夠加深對(duì)書本知識(shí)的掌握，鍛煉實(shí)際操作能力，真正進(jìn)行上機(jī)調(diào)試的時(shí)候，要考慮的問(wèn)題很多，如何連接PLC，如何下載程序到PLC，以及如何使用組態(tài)王或者PT軟件進(jìn)行模擬調(diào)試，這些都是課堂上學(xué)不到的。在實(shí)際編程過(guò)程中也能夠充分去理解各種編程指令，去使用已經(jīng)掌握的各種指令，從而更加了解PLC編程。在模擬仿真時(shí)，上機(jī)模擬和在線模擬又是不同的效果，仔細(xì)分析這些不同之處，然后找到實(shí)際原因，并進(jìn)行處理。實(shí)際過(guò)程中比如這臺(tái)機(jī)器下不進(jìn)去程序，原因可能是沒(méi)有安裝驅(qū)動(dòng)程序、沒(méi)有選對(duì)機(jī)型、沒(méi)有選用正確的下載鏈路USB or TOOLBUS、程序沒(méi)有編譯通過(guò)等，很多原因，這些都是實(shí)際操作過(guò)程中才能發(fā)現(xiàn)并學(xué)習(xí)去解決的，所以，PLC課程設(shè)計(jì)是一個(gè)非常好的課程，可以學(xué)到很多課堂不能學(xué)到的。 參考文獻(xiàn) 樊金榮．[歐姆龍CJ1系列PLC原理與應(yīng)用]．第一版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008．9 王冬青. [歐姆龍CP1系列PLC原理與應(yīng)用] ．電子工業(yè)出版社，2011．10 附錄一：源程序 附錄二：調(diào)試運(yùn)行中的部分運(yùn)行圖 小車第二次裝料燈亮，小鐘裝料結(jié)束下行燈亮： 自動(dòng)裝料結(jié)束，小車上行燈亮，大鐘上行燈亮，料尺下行燈亮：