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編號 畢 業(yè) 論 文 題 目 砂輪送料控制系統的設計 學生姓名 學 號 系 部 專 業(yè) 班 級 指導教師 顧問教師 二 一六年五月 摘要 I 摘 要 目前我國的大部分企業(yè)受到資金短缺 管理方面的限制 送料裝置一般采 用人工送料 但是人工送料勞動力大 效率低 而且容易造成事故 因此本文 針對砂輪廠人工送料系統進行了自動化改造 本著降低成本 提高效率 保障安全的原則 設計了以 PLC 為核心的砂輪 自動控制送料系統 利用變頻器實現變速送料 稱重傳感器完成自動稱重和物料 入模 先根據控制要求 選擇了系統的主要硬件并完成電氣線路的搭建 然后 設置了變頻器的參數和 PLC 的程序 通過模擬調試 該系統具有操作方便 工作 可靠 提高生產效率 大大減少勞動率的問題 從而實現工業(yè)送料自動化成為 無 人值班 少人值守 的控制系統 具有很高的推廣價值 關鍵詞 PLC 變頻器 砂輪送料 稱重傳感器 Abstract II Abstract At present most enterprises in China under the shortage of funds management restrictions feeding device generally uses the artificial feeding But the artificial feeding labor low efficiency and easy to cause the accident So according to the grinding wheel factory of artificial feeding system for the automatic transformation With lower costs improve efficiency safety principles design of the grinding wheel to PLC as the core of the automatic feeding system the realization of variable speed feed the use of inverter the weighing sensor automatic weighing and material into the mold According to control requirements select the main hardware system and set up complete electrical circuit And then set the parameter and PLC program Through the simulation and debugging the system has the advantages of convenient operation reliable work improve production efficiency reduce labor rate In order to achieve industrial feeding automation has become a unattended control system for unattended operation has the very high value of popularization Keywords PLC inverter grinding wheel feeding the weighing sensor 目錄 III 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 第一章 緒論 1 1 1 概述 1 1 2 設計任務與總體方案的確定 2 1 2 1 設計任務 2 1 2 2 控制要求 2 第二章 PLC 基礎知識 2 2 1 PLC 的基本結構及部分作用 3 2 2 PLC 的工作原理 5 2 3 PLC 控制系統的設計的原則 6 2 4 PLC 控制系統的設計步驟 8 2 5 PLC 的編程語言及編程 10 2 6 西門子 S7 200PLC 11 第三章 砂輪送料系統的介紹 13 3 1 自動送料系統特點 13 3 2 砂輪送料系統組成 13 3 3 稱重傳感器 15 第四章 砂輪送料硬件設計 18 4 1 PLC 選定 18 4 2 變頻器 18 4 3 主電路電氣原理圖 19 4 4 I O 地址分配表 19 4 5 PLC 硬件接線圖 20 第五章 砂輪送料系統軟件設計 21 5 1 PLC 的軟件設計 21 5 1 1 砂輪送料順序功能圖 21 5 1 2 梯形圖 22 5 2 變頻器參數設置 24 5 2 1 復位參數 24 5 2 2 電動機參數設置 24 5 2 3 控制參數設置 24 第六章 總結與展望 25 致 謝 26 附錄 28 第一章 緒論 1 第一章 緒論 1 1 概述 送料是化工廠生產工藝過程中的一道非常重要的工序 由于生產的需要 要 求時候可以實現各種物料的不同比例搭配 在生產任務繁重的時候加快生產速度 要求能夠集中控制電機的啟動 瀏覽生產工業(yè)流程圖 做出事故報警響應 可調節(jié)電機運行速度等 原來的送料系統只是采用 PLC 作為連鎖控制 采用 VC 開發(fā)工具進行控制界面和控制算法的開發(fā) 由于滑差電機調速方式在低速 時特性差 效率低 而且現場外部工作環(huán)境又很惡劣 工業(yè)粉塵很多 這些粉塵 很容易進入電機內部而出現磨損 卡死等現象 維修 維護麻煩 造成工作故 障多 影響正常生產 因此 送料工序質量對整個產品的質量舉足輕重 落后的 送料系統不僅效率低 而且送料不準 手工操作又將人為因素引入送料環(huán)節(jié) 使 工藝配方難以在生產中實現 嚴重影響產品質量的穩(wěn)定及進一步提高 因此 實現高精度自動送料對工業(yè)企業(yè)生產有著極為重要的意義 攪拌作為工藝過程 的基礎操作單元 廣泛應用于石油 化工 醫(yī)藥 食品 油漆 涂料等許多行業(yè) 但是 由于這些行業(yè)中所用到的材料 多為易燃易爆 有毒有腐蝕性的介質 以 致于現場工作環(huán)境十分惡劣 不適合人工現場操作 另外生產要求該系統要具有 混合精確 控制可靠 工作效率高等特點 這也是人工操作和半自動化控制所難 以實現的 基于 PLC 可靠性高 抗干擾能力強 系統的設計和建造工作量小 維護方便 容易改造的特點 設計以 PLC 作為控制核心 結合變頻器等完成物 料攪拌的自動控制系統 南通科技職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 2 1 2 設計任務與總體方案的確定 1 2 1 設計任務 設計控制系統要求 1 畫出主電路 2 分配 I O 地址 列出元件表 3 設計系統控制的程序框圖 4 根據程序框圖設計該系統的控制梯形圖 寫出指令表 5 上機調測試 1 2 2 控制要求 1 接通各個電氣設備的電源后 電氣設備開始工作 其中攪拌電機一直帶 動攪拌器工作 2 按下啟動按鈕 變頻電機開始工作 初快速 末慢速 3 原料經傳送帶連續(xù)上傳至料斗 4 當模具到位時停止原料傳輸 下料閥打開下料 5 由皮帶稱進行稱重 邊下料邊稱重邊傳輸 當重量達到要求時 皮帶稱 再運行下料 6 計數器計時 未達到十次返回至送料 7 當計數器達到十次結束重復流程 第二章 PLC 基礎知識 3 第二章 PLC 基礎知識 可編程序控制器 英文稱 Programmable Controller 簡稱 PC 但由于 PC 容易和個人計算機 Personal Computer 混淆 故人們仍習慣地用 PLC 作為可 編程序控制器的縮寫 它是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統 裝置 專為在工業(yè)現場應用而設計 它采用可編程序的存儲器 用以在其內部 存儲執(zhí)行邏輯運算 順序控制 定時 計數和算術運算等操作指令 并通過數字 式或模擬式的輸入 輸出接口 控制各種類型的機械或生產過程 PLC 是微機技 術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物 它克服了繼電接觸控制系統中的 機械觸點的接線復雜 可靠性低 功耗高 通用性和靈活性差的缺點 充分利 用了微處理器的優(yōu)點 又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣 特別是 PLC 的程序編制 不需要專門的計算機編程語言知識 而是采用了一套以繼電器 梯形圖為基礎的簡單指令形式 使用戶程序編制形象 直觀 方便易學 調試 與查錯也都很方便 用戶在購到所需的 PLC 后 只需按說明書的提示 做少量 的接線和簡易的用戶程序編制工作 就可靈活方便地將 PLC 應用于生產實踐 目前世界上應用得最多的是 PLC 有三大系 美國系 歐洲系 日本系 美國和 歐洲的 PLC 技術是在相互隔離的情況下獨立研究開發(fā)的 因此美國和歐洲的 PLC 產品有明顯的差異性 而日本的 PLC 技術是由美國引進的 對美國的 PLC 產品有 一定的繼承性 但日本的主推產品定位在小型 PLC 上 美國和歐洲以大中型 PLC 而聞名 而日本則以小型 PLC 著稱 如中國科學院自動化研究所的 PLC 0088 北京聯想計算機集團公司的 GK 40 上 海機床電器廠的 CKY 40 上海起重電器廠的 CF 40MR ER 蘇州電子計算機廠的 YZ PC 001A 原機電部北京機械工業(yè)自動化研究所的 MPC 001 20 KB 20 40 杭州 機床電器廠的 DKK02 天津中環(huán)自動化儀表公司的 ACMY S80 ACMY S256 無錫華 光電子工業(yè)有限公司 合資 的 SR 10 SR 20 21 等 從 982 年以來 先后有天津 廈門 大連 上海等地相關企業(yè)與國外著名 PLC 制造廠商進行合資或者引進技術 生產線等 這將促進我國的 PLC 技術在趕超世 界先進水平的道路上快速發(fā)展 21 世紀 PLC 會有更大的發(fā)展 從技術上看 計算機技術的新成果會更多 地應用于可編程控制器的設計和制造上 會有運算速度更快 存儲容量更大 智能更強的品種出現 從產品規(guī)模上看 會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展 從產品的配套性上看 產品的品種會更豐富 規(guī)格更齊全 完美的人機界面 完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求 從市場上看 各國各 自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破 會出現少數幾個品牌 壟斷國際市場的局面 會出現國際通用的編程語言 從網絡的發(fā)展情況來看 可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網構成大型的控制系統是可編程控制器 南通科技職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 4 技術的發(fā)展方向 目前的計算機集散控制系統 DCS Distributed Control System 中已有大量的可編程控制器應用 伴隨著計算機網絡的發(fā)展 可編程 控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分 將在工業(yè)及工業(yè) 以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用 2 1 PLC 的基本結構及部分作用 從結構上分 PLC 分為固定式和組合式 模塊式 兩種 固定式 PLC 包括 CPU 板 I O 板 顯示面板 內存塊 電源等 這些元素組合成一個不可拆卸的 整體 模塊式 PLC 包括 CPU 模塊 I O 模塊 內存 電源模塊 底板或機架 這 些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置 圖 2 1 PLC 結構圖 1 CPU 的構成 CPU 是 PLC 的核心 起神經中樞的作用 每套 PLC 至少有一個 CPU 它按 PLC 的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據 用掃描的方式采集由現 場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據 并存入規(guī)定的寄存器中 同時 診斷電源和 PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等 2 PLC 的 CPU 模塊 中央處理單元 CPU CPU 是 PLC 的核心部件 由運算器和控制器組成 主 要用于 接收并存儲從編程器輸入的用戶程序 檢查編程過程是否出錯 進行 系統診斷 解釋并執(zhí)行用戶程序 完成通信及外設的某些功能 存儲器 存儲器有三種 系統程序存儲器 用于存放系統程序 這些程 序在 PLC 出廠前就已經固化到只讀存儲器 ROM 中 第一部分為系統管理程序 第二部分為用戶指令解釋程序 第三部分為標準程序模塊與系統調用程序 第二章 PLC 基礎知識 5 3 I O 模塊 PLC 與電氣回路的接口 是通過輸入輸出部分 I O 完成的 I O 模塊集 成了 PLC 的 I O 電路 輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài) 輸出點反映輸出鎖存器 狀態(tài) 輸入模塊將電信號變換成數字信號進入 PLC 系統 輸出模塊相反 I O 分 為開關量輸入 DI 開關量輸出 DO 模擬量輸入 AI 模擬量輸出 AO 等模塊 4 編程器 編程器是 PLC 最重要的外圍設備 是 PLC 不可缺少的部分 編程器的作用 是輸入和編輯用戶程序 調試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程 編程器一般有兩種類型 簡易編程器和圖形編程器 簡易編程器體積小 便宜 使用方便 適合小型 PLC 缺點是需聯機編程 圖形編程器是指帶有顯示 屏 的編程器 有液晶顯示 LCD 和陰極射線式 CRT 兩種 可用指令語句 編程 也可用梯形圖編程 可聯機編程也可脫機編程 操作方便 功能強大 還可與打印機 繪圖儀等設備相連 但價格較高 適用于大型 PLC 5 PLC 的電源模塊 PLC 內部配有開關式穩(wěn)壓電源的電源模塊 用來將外部供電電源轉變成供 PLC 內部的 CPU 存儲器和 I O 接口等電路工作所需要的直流電源 另外 為防止在外部電源發(fā)生故障的情況下 PLC 內部程序和數據等重要信 息的丟失 PLC 還帶有鋰電池作為后備電源 6 PLC 的 I O 模塊的外部接線方式 外部接線方式有匯點式 分組式和分隔式三種 2 2 PLC 的工作原理 PLC 是采用 順序掃描 不斷循環(huán) 的方式進行工作的 即在 PLC 運行時 CPU 根據用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序 按指令步序號 或 地址號 作周期性循環(huán)掃描 如無跳轉指令 則從第一條指令開始逐條順序執(zhí) 行用戶程序 直至程序結束 然后重新返回第一條指令 開始下一輪新的掃描 在每次掃描過程中 還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作 PLC 的一個掃描周期必經輸入采樣 程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段 PLC 在輸入采樣階段 首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的 輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數據讀入 并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中 即刷新輸入 隨即關閉輸入端口 進入程序執(zhí)行階段 PLC 在程序執(zhí)行階段 按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令 經相應的運算和處理后 其結果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中 輸出狀態(tài)寄存器中 所有的內容隨著程序的執(zhí)行而改變 南通科技職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 6 輸出刷新階段 當所有指令執(zhí)行完畢 輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出 刷新階段送至輸出鎖存器中 并通過一定的方式 繼電器 晶體管或晶閘管 輸出 驅動相應輸出設備工作 PLC 有兩種工作狀態(tài) 即運行 RUN 狀態(tài)和停止 STOP 狀態(tài) 在運行狀態(tài) PLC 通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能 為了 使 PLC 的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號 用戶程序不是只執(zhí)行一次 而是反復不斷地重復執(zhí)行 直到 PLC 停機或切換到 STOP 工作狀態(tài) 除了執(zhí)行用戶程序外 每次循環(huán)過程中 PLC 不還要完成內部處理 通信處 理等工作 一次循環(huán)可分為 5 個階段 開始 與編程器通信 讀入現場信號 執(zhí)行用戶程序 輸出結果 STOP RUN 內部處理 圖 2 2 PLC 工作方式 2 3 PLC 控制系統的設計的原則 任何一種控制系統都是為了實現被控對象的工藝要求 以提高生產效率和 產品質量 因此 在設計 PLC 控制系統時 應遵循以下基本原則 1 最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能 最大限度地滿足被控對象的控制要求 是設計 PLC 控制系統的首要前提 這也是設計中最重要的一條原則 這就要求設計人員在 設計前就要深入現場進行調查研究 收集控制現場的資料 收集相關先進的國 內 國外資料 同時要注意和現場的工程管理人員 工程技術人員 現場操作 人員緊密配合 擬定控制方案 共同解決設計中的重點問題和疑難問題 2 保證 PLC 控制系統安全可靠 第二章 PLC 基礎知識 7 保證 PLC 控制系統能夠長期安全 可靠 穩(wěn)定運行 是設計控制系統的重 要原則 這就要求設計者在系統設計 元器件選擇 軟件編程上要全面考慮 以確?？刂葡到y安全可靠 例如 應該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運行 而且在非正常情況下 如突然掉電再上電 按鈕按錯等 也能正常工作 3 力求簡單 經濟 使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數量 帶來巨大的經濟效益和 社會效益 但新工程的投入 技術的培訓 設備的維護也將導致運行資金的增 加 因此 在滿足控制要求的前提下 一方面要注意不斷地擴大工程的效益 另一方面也要注意不斷地降低工程的成本 這就要求設計者不僅應該使控制系 統簡單 經濟 而且要使控制系統的使用和維護方便 成本低 不宜盲目追求 自動化和高指標 4 適應發(fā)展的需要 由于技術的不斷發(fā)展 控制系統的要求也將會不斷地提高 設計時要適當 考慮到今后控制系統發(fā)展和完善的需要 這就要求在選擇 PLC 輸入 輸出模塊 I O 點數和內存容量時 要適當留有裕量 以滿足今后生產的發(fā)展和工藝的改進 任何一種控制系統都是為了實現被控對象的工藝要求 以提高生產效率和 產品質量 因此 在設計 PLC 控制系統時 應遵循以下基本原則 1 最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能 最大限度地滿足被控對象的控制要求 是設計 PLC 控制系統的首要前提 這也是設計中最重要的一條原則 這就要求設計人員在 設計前就要深入現場進行調查研究 收集控制現場的資料 收集相關先進的國 內 國外資料 同時要注意和現場的工程管理人員 工程技術人員 現場操作 人員緊密配合 擬定控制方案 共同解決設計中的重點問題和疑難問題 2 保證 PLC 控制系統安全可靠 保證 PLC 控制系統能夠長期安全 可靠 穩(wěn)定運行 是設計控制系統的重 要原則 這就要求設計者在系統設計 元器件選擇 軟件編程上要全面考慮 以確?？刂葡到y安全可靠 例如 應該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運行 而且在非正常情況下 如突然掉電再上電 按鈕按錯等 也能正常工作 3 力求簡單 經濟 使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數量 帶來巨大的經濟效益和 社會效益 但新工程的投入 技術的培訓 設備的維護也將導致運行資金的增 加 因此 在滿足控制要求的前提下 一方面要注意不斷地擴大工程的效益 另一方面也要注意不斷地降低工程的成本 這就要求設計者不僅應該使控制系 統簡單 經濟 而且要使控制系統的使用和維護方便 成本低 不宜盲目追求 自動化和高指標 南通科技職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 8 4 適應發(fā)展的需要 由于技術的不斷發(fā)展 控制系統的要求也將會不斷地提高 設計時要適當 考慮到今后控制系統發(fā)展和完善的需要 這就要求在選擇 PLC 輸入 輸出模塊 I O 點數和內存容量時 要適當留有裕量 以滿足今后生產的發(fā)展和工藝的改進 第二章 PLC 基礎知識 9 2 4 PLC 控制系統的設計步驟 PLC 控制系統的設計步驟如下圖所示 1 分析被控對象 分析被控對象的工藝過程及工作特點 了解被控對象機 電之間的配合 確定被控對象對 PLC 控制系統的控制要求 2 確定輸入 輸出設備 根據系統的控制要求 確定系統所需的輸入設備 如 按鈕 位置開關 轉換開關等 和輸出設備 如 接觸器 電磁閥 信號指示燈等 據此確定 PLC 的 I O 點數 3 選擇 PLC 包括 PLC 的機型 容量 I O 模塊 電源的選擇 4 分配 I O 點 分配 PLC 的 I O 點 畫出 PLC 的 I O 端子與輸入 輸出設備的連接圖或對應 表 5 設計軟件及硬件 進行 PLC 程序設計 進行控制柜 臺 等硬件及現場施工 由于程序與硬 件設計可同時進行 因此 PLC 控制系統的設計周期可大大縮短 而對于繼電器 系統必須先設計出全部的電氣控制電路后才能進行施工設計 6 聯機調試 聯機調試是指將模擬調試通過的程序進行在線統調 7 整理技術文件 包括設計說明書 電氣安裝圖 電氣元件明細表及使用說明書等 南通科技職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 10 圖 2 3 PLC 結構圖 分析被控對像工藝過程 提出系統控制要求 交付使用 確定外部輸入 輸出設備 編制技術文件 聯機調試 分配 I O 點 設計 I O 連接 圖 選擇 PLC 輸入程序并檢查 繪制功能表圖 模擬調試 編制程序清單 設計梯形圖 設計控制臺及安裝 接線圖 現場施工接線 滿足要求 滿足要求 修 改 第二章 PLC 基礎知識 11 2 5 PLC 的編程語言及編程 在 PLC 中有多種程序設計語言 如梯形圖語言 布爾助記符語言 功能表圖 語言 功能模塊圖語言及結構化語句描述語言等 梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設計語言 它通常由一系列指令 組成 用這些指令可以完成大多數簡單的控制功能 例如 代替繼電器 計數 器 計時器完成順序控制和邏輯控制等 通過擴展或增強指令集 它們也能執(zhí) 行其它的基本操作 功能表圖語言和語句描述語言是高級的程序設計語言 它可根據需要去執(zhí) 行更有效的操作 例如 模擬量的控制 數據的操縱 報表的報印和其他基本 程序設計語言無法完成的功能 功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式 通過 軟連接的方式完成所要求的控制功能 它不僅在 PLC 中得到了廣泛的應用 在 集散控制系統的編程和組態(tài)時也常常被采用 由于它具有連接方便 操作簡單 易于掌握等特點 為廣大工程設計和應用人員所喜愛 PLC 是采用軟件編制程序來實現控制要求的 編程時要使用到各種編程元件 它們可提供無數個動合和動斷觸點 編程元件是指輸入寄存器 輸出寄存器 位存儲器 定時器 計數器 通用寄存器 數據寄存器及特殊功能存儲器等 PLC 內部這些存儲器的作用和繼電接觸控制系統中使用的繼電器十分相似 也有 線圈 與 觸點 但它們不是 硬 繼電器 而是 PLC 存儲器的存儲 單元 當寫入該單元的邏輯狀態(tài)為 1 時 則表示相應繼電器線圈得電 其動 合觸點閉合 動斷觸點斷開 所以 內部的這些繼電器稱之為 軟 繼電器 SIEMENS S7 200 系列 CPU224 CPU226 部分編程元件的編號范圍與功能說明 如下表所示 表 2 1PLC 的編程元件 元件名稱 符號 編號范圍 功 能 說 明 輸入寄存器 I I0 0 I1 5 共 14 點 接受外部輸入設備的信號 輸出寄存器 Q Q0 0 Q1 1 共 10 點 輸出程序執(zhí)行結果并驅動外部設備 位存儲器 M M0 0 M31 7 在程序內部使用 不能提供外部輸 出 T0 T64 保持型通電延時 1ms T1 T4 T65 T68 保持型通電延時 10ms T5 T31 T69 T95 保持型通電延時 100ms T32 T96 ON OFF 延時 1ms T33 T36 T97 T10 0 ON OFF 延時 10ms 定時器 256 T0 t2 55 T37 T63 T101 T2 55 ON OFF 延時 100ms 南通科技職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 12 計數器 C C0 C255 加法計數器 觸點在程序內部使用 高速計數器 HC HC0 HC5 用來累計比 CPU 掃描速率更快的事 件 順控繼電器 S S0 0 S31 7 提供控制程序的邏輯分段 變量存儲器 V VB0 0 VB5119 7 數據處理用的數值存儲元件 續(xù)表 2 1 局部存儲器 L LB0 0 LB63 7 使用臨時的寄存器 作為暫時存儲 器 特殊存儲器 SM SM0 0 SM549 7 CPU 與用戶之間交換信息 特殊存儲器 SM 只讀 SM0 0 SM29 7 接受外部信號 累加寄存器 AC AC0 AC3 用來存放計算的中間值 2 6 西門子 S7 200PLC 1 分類按 I O 點數可分為大 中 小型三大類 通常可以定義為 小型 I O 點數在 256 點以下 中型 I O 點數在 256 1024 點之間 大型 I O 點數在 1024 點以上 2 應用 可編程控制器在多品種 小批量 高質量的產品生產中得到廣泛的應用 PLC 控制已成為工業(yè)控制的重要手段之一 與 CAD CAM 機器人技術一起成為實 現現代自動化生產的三大支柱 通?？梢哉J為 只要有控制要求的地方 都可 以用到可編程控制器 3 發(fā)展方向 發(fā)展方向分小型化和大型化兩個發(fā)展趨勢 小型 PLC 有兩個發(fā)展方向 即 小 微 型化和專業(yè)化 大型化指的是大中型 PLC 向著大容量 智能化和網絡 化發(fā)展 使之能與計算機組成集成控制系統 對大規(guī)模 復雜系統進行綜合性 的自動控制 4 特殊標志位 SM 存儲器 CPU 224 編址范圍 SM0 0 SM179 7 共 180 個字節(jié) 其中 SM0 0 SM29 7 的 30 個字節(jié)為只讀型區(qū)域 SMB0 為狀態(tài)位字節(jié) 在每次掃描循環(huán)結尾由 S7 200 CPU 更新 定義如 下 SM0 0 RUN 狀態(tài)監(jiān)控 PLC 在運行 RUN 狀態(tài) 該位始終為 1 SM0 1 首次掃描時為 1 PLC 由 STOP 轉為 RUN 狀態(tài)時 ON 1 態(tài) 一個掃 描周期 用于程序的初始化 SM0 2 當 RAM 中數據丟失時 ON 一個掃描周期 用于出錯處理 SM0 3 PLC 上電進入 RUN 方式 ON 一個掃描周期 第二章 PLC 基礎知識 13 SM0 4 分脈沖 該位輸出一個占空比為 50 的分時鐘脈沖 用作時間基準 或簡易延時 SM0 5 秒脈沖 該位輸出一個占空比為 50 的秒時鐘脈沖 可用作時間 基準 SM0 6 掃描時鐘 一個掃描周期為 ON 高電平 另一為 OFF 低電平 循環(huán)交替 SM0 7 工作方式開關位置指示 0 為 TERM 位置 1 為 RUN 位置 為 1 時 使自由端口通訊方式有效 SMB1 為指令狀態(tài)位字節(jié) 常用于表及數學操作 部分位定義如下 SM1 0 零標志 運算結果為 0 時 該位置 1 SM1 1 溢出標志 運算結果 溢出或查出非法數值時 該位置 1 SM1 2 負數標志 數學運算結果為負時 該位為 1 綜上所述 本次設計的基于 PLC 控制的砂輪配料變頻調速系統設計選擇型 號為 S7 200 CPU 226CN 第三章 砂輪送料系統的介紹 14 第三章 砂輪送料系統的介紹 3 1 自動送料系統特點 自動送料系統具有靈活的供料形式 方便的遠程監(jiān)控 簡單的現場操作以 及成熟的行業(yè)應用精細化工 樹脂供料系統 飲料行業(yè)的供料 調和新型建材 等特點 自動送料系統的運用給很多企業(yè)帶來了便捷 從根本上提升了工作效 率 同時還節(jié)約了成本 為了更好的提升效率 供料系統的性能需要滿足下列 要求 自動送料系統的特點 1 品質穩(wěn)定 目前施工現場配置的砂漿質量不穩(wěn)定 強度達不到要求 而 干混砂漿采用工業(yè)化生產 對原材料和配合比進行嚴格控制 確保砂漿質量穩(wěn) 定 可靠 2 二級累計功能 除累計總的定量次數和重量總計外 對每個定量組也有 相應的次數和重量的累計 并且能累計每種物料的重量 3 全面板式數字標定及參數 4 可用參數操控的過沖檢測和修正功能 5 具有數字鍵盤 可直接輸入數字 6 多組密碼保護功能 可防止無權限者非法操作 7 具有手動 自動等配料功能 可在自動半自動之間切換 8 干粉砂漿自動供料系統具有實時顯示稱重數據等功能 3 2 砂輪送料系統組成 該系統由原料桶 擋板 皮帶 料斗 電磁閥 模具 稱重傳感器 變頻 電機 皮帶恒速電機 攪拌電機等組成 來完成對物料的運料 傳輸 卸料的 過程 這類系統的控 制需要電機能夠實現加速 減速 運行平穩(wěn)等特性 具有 連續(xù)可 靠的工作能力 第三章 砂輪送料系統的介紹 15 圖 3 1 砂輪送料系統示意圖 1 電源啟動 攪拌電機啟動 2 按下 SB1 變頻電機以 50r min 轉動 10s 后以 30r min 轉動 3 模具到位 SQ1 到位 電磁閥打開開始下料 并關閉變頻電機 4 計時器計數 決定是否循環(huán) 南通科技職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 16 模具是否 到位 開始 送料系統啟 動 開始送料 開始下料 質量到否 稱重皮帶送料 是否數 量到達 十個 結束 N Y N Y N Y 圖 3 2 砂輪送料流程圖 3 3 稱重傳感器 稱重傳感器由組合式 S 型梁結構及金屬箔式應變計構成 具有過載保護裝 置 測量精度高 溫度特性好 工作穩(wěn)定等優(yōu)點 廣泛用于各種結構的動 靜 態(tài)測量及各種電子稱的一次儀表 1 被稱重物或者載重汽車置于秤臺上 在重力效用下 秤臺將重力傳遞至 彈性體支承 使稱重傳感器彈性體發(fā)生形變 貼附于彈性體應變梁上的應變計 橋路失去平衡 輸出與重量數據成比例的差分電壓信號 經線性放大器將差分 電壓信號放大 再經 A D 轉換為數碼信號 由儀表的微處理器 CPU 對重量信 號進行計算 解碼等處理后直接顯重量數據 2 片組成的電橋電路 如惠斯登電橋 以及能把電阻應變片固定粘貼在 彈性體上并能傳導應變量的粘合劑和保護電子電路的密封膠等三大部分組成測 力傳感器 簡單說 就是應變片貼在彈性體上 當彈性體受力變形時 應變片 也變形 同時應變片的電阻值發(fā)生變化 以此達到測量的目的 表 3 1 稱重傳感器技術指標 第三章 砂輪送料系統的介紹 17 技術參數 單位 技術指標 額定載荷 kg 1 5 10 30 100 150 額定輸出 mV V 1 5 非線性 F S 0 03 滯后 F S 0 03 重復性 F S 0 03 零點輸出 F S 1 零點溫度 系數 F S 0 003 絕緣電阻 M 2000 供橋電壓 VDC 10 工作溫度 20 70 允許過載 F S 150 備 注 可設計成 12V 或 24V 供電 0 5V 或4 20mA 信號輸出 稱重傳感器可以采用兩種不同的輸入 輸出接線方法 一種是四線制接法 另一種是六線制接法 如圖 1 所示 四線制接法的稱重傳感器對二次儀表無特殊 要求 使用起來比較方便 但當電纜線較長時 容易受環(huán)境溫度波動等因素的影響 六 線制接法的稱重傳感器要求與之配套使用的二次儀表具備反饋輸入接口 使用范 圍有一定的局限性 但不容易受環(huán)境溫度波動等因素的影響 在精密測量及長距 離測量時具有一定的優(yōu)勢 在稱重設備中 四線的傳感器用的比較多 如果要將六線傳感器接到四線傳 感器的設備上時 可以把反饋正和激勵正接到一起 反饋負和激勵負 接到一 起 信號線要注意一點就是 紅色和白色在兩種類型的傳感器上對應的輸出信 號是不一樣的 圖 3 3 稱重傳感器接線圖 第四章 砂輪送料系統硬件設計 18 第四章 砂輪送料硬件設計 4 1 PLC 選定 西門子 S7 200 PLC 5 系列屬于小型可編程序控制器 可用于簡單的 控制場合 也可用于復雜的自動化控制系統 西門子 S7 200 PLC 主機為 CPU226 主控制器有 24 個輸入點和 16 個輸出 點 有一 個 8 路晶 體管 輸出擴 展模塊 EM222 三個四路輸入模數轉換模塊 EM231 它們共同 組成系統控制硬件 S7 200 CPU 將一個微處理器 一個集成電源和若干數 字量 I O 點集成在一個緊湊的封裝中 組成一個功能強大的 PLC 西門子 提供了多種類型的 CPU 以適應各種應用的要求 目前 提供的 S7 200CPU 有 CPU221 CPU222 CPU244 CPU224XP CPU226 及 CPU226XM 該系統采 用的是控制功能較強的 CPU226 4 2 變頻器 在變頻器領域 也存在著一些難以控制的東西 直到西門子功能強大的變 頻器問世之后 情況才有了改觀 MICROMASTER 440 是專門針對與通常相比需 要更加廣泛的功能和更高動態(tài)響應的應用而設計的 這些高級矢量控制系統可 確保一致的高驅動性能 即使發(fā)生突然負載變化時也是如此 由于具有快速響 應輸入和定位減速斜坡 因此 甚至在不使用編碼器的情況下也可以移動至目 標位置 該變頻器帶有一個集成制動斬波器 即使在制動和短減速斜坡期間 也能以突出的精度工作 所有這些均可在 0 12 kW 0 16 HP 直至 250 kW 350 HP 的功率范圍內實現 第四章 砂輪送料系統硬件設計 19 4 3 主電路電氣原理圖 圖 4 1 主電路原理圖 4 4 I O 地址分配表 表 4 1 I O 地址分配表 輸入 輸出 輸入繼電器 元件 功能 輸出繼電器 元件 功能 I0 0 SB1 啟動 Q0 0 KM1 變頻電機 I0 1 SB2 停止 Q0 1 KM2 攪拌電機 I0 2 SQ1 模具到位 Q0 2 YV1 下料電磁閥 I0 3 P 傳感器感應 Q0 3 KM4 皮帶秤電機 I0 4 FR 過載保護 Q0 4 Q0 5 5 6 變頻器端子 Q1 1 HL1 皮帶電機運行指示 Q1 2 HL2 下料閥運行指示 Q1 3 HL3 皮帶秤電機運行指示 4 5 PLC 硬件接線圖 根據本項目系統要求及表 4 1 所示的 I O 分配表 砂輪送料系統的 PLC 控 制硬件原理圖如圖所示 南通科技職業(yè)技術學院 18 I0 0 I0 1 I0 2 I0 3 I0 4 M SB1 SB2 SQ1 P FR 24 Q0 0 Q0 1 Q0 2 KM1 KM2 YV1 KM4Q0 3 220 FU Q0 4 Q0 5 2L Q1 1 Q1 2 Q1 3 3L 24 FU HL3 HL2 HL1 P L C C P U 2 2 6 M M 4 4 0 5 6 9 1L 圖 4 2 PLC 外部接線圖 第五章 砂輪送料系統軟件設計 21 第五章 砂輪送料系統軟件設計 5 1 PLC 軟件設計 5 1 1 砂輪送料順序功能圖 順序功能流程圖 Sequential Function Chart SFC 是 PLC 中非常好的 一種解決復雜順序控 制的語言 它的出現使順序控制類問題設計變得簡單明了 此方法具有簡單 直觀 高效和不易出錯等特點 圖 5 1 砂輪送料系統順序功能圖 5 1 2 梯形圖 南通科技職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 22 圖 5 2 變頻轉換梯形圖 傳送帶變頻電機初始速度為 50 r min 十秒過后變頻電機以 30r min 的轉速轉 動 下料閥下料時關閉 皮帶秤送料至模具內 圖 5 3 計時器梯形圖 該送料系統具有計數功能 當數量沒到達十個 自動進入循環(huán) 啟動變頻 送料電機 當數量到達十個時自動停止系統 第五章 砂輪送料系統軟件設計 23 5 2 變頻器參數設置 5 2 1 復位參數 表 5 1 變頻器參數復位參數設置 序號 參數設定值 參數功能 1 P1003 1 訪問等級 1 2 P0010 30 工廠設定值 3 P0970 1 開始參數復位 5 2 2 電動機參數設置 表 5 2 電動機參數設置 序號 參數設定值 參數功能 1 P1010 1 開始快速調試 2 P0304 220 設定電動機額定電壓 3 P0305 1 93 設定電動機額定電源 4 P0307 0 37 設定電動機額定功率 5 P0310 50 設定電動機額定頻率 6 P0311 1400 設定電動機額定轉速 7 P3900 1 結束快速調試 5 2 3 控制參數設置 表 5 3 變頻器參數復位參數設置 序號 參數設置 參數功能 1 P0003 2 用戶訪問等級為標準級 2 P0004 7 命令 二進制 I O 3 P0700 2 由端子輸入 4 P1000 3 選擇固定頻率設定值 5 P0701 17 選擇固定頻率 6 P0702 17 選擇固定頻率 7 P1001 50 設置固定頻率 1 8 P1002 30 設置固定頻率 2 9 P1082 50 設置上限頻率 10 P1080 15 設置下限頻率 第六章 總結與展望 24 第六章 總結與展望 在做這個設計中 我學會了很多以前沒學過的知識 也鞏固了很多以前沒 學好的知識 使我的專業(yè)理論知識更加扎實 軟件操作更加熟練了 本次設計利用 PLC 變頻器 稱重傳感器完成自動送料 稱料進行加工的過程 通過仔細研究設計了系統的軟件和硬件 通過模擬測試 達到預想的效果本設 計采用倆臺電機 一臺送料電機 一臺模具旋轉下料電機 增強系統的可靠性 穩(wěn)定性 這次設計不僅使我學會了調查研究的方法 提高了我運用工具書的能力 還培養(yǎng)了我查閱文獻 外文資料的閱讀與翻譯 計算機應用 文字表達等基本 工作實踐能力 使我初步掌握了科學研究的基本方法和思路 致 謝 25 致 謝 在論文完成之際 我首先向關心幫助和指導我的指導老師 表示衷心的感 謝并致以崇高的敬意 在論文工作中 遇到了很多困難 一直得到指導老師的親切關懷和悉心指 導 使我能夠順利的完成 老師以其淵博的學識 嚴謹的治學態(tài)度 求實的工 作作風和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象 我將終生難忘 再一次向她表 示衷心的感謝 感謝她為學生營造的濃郁學術氛圍 以及學習 生活上的無私 幫助 值此論文完成之際 謹向吳會琴老師致以最崇高的謝意 在學校的學習生活即將結束 回顧兩年多來的學習經歷 面對現在的收獲 我感到無限欣慰 為此 我向熱心幫助過我的所有老師和同學表示由衷的感謝 特別感謝我的師兄以及師姐對我的學習和生活所提供的大力支持和關心 還 要感謝一直關心幫助我成長的室友 在我即將完成學業(yè)之際 我深深地感謝我的家人給予我的全力支持 最后 衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家 教授 參考文獻 26 參考文獻 1 周奎 吳會琴 變頻器系統運行與維護 江蘇 淮安信息職業(yè)技術學院 2009 6 2 史宜巧 孫業(yè)明 景邵學 PLC 技術及應用項目教程 北京 機械工業(yè)出版 社 2009 1 3 侍壽永 王繼鳳 王玲 S7 200 PLC 編程及應用項目化教程 江蘇 淮安 信息職業(yè)技術學院 2009 4 胡綱衡 唐瑞球 實用變頻調速技術 北京 機械工業(yè)出版社 2004 5 周志敏 周紀海 紀愛華 變頻調速系統設計與維護 第一版 北京 中國 電力出版 6 王建 徐洪亮 張宏 變頻器操作實訓 第一版 北京 機械工業(yè)出版社 2007 7 張玉蓮主編 傳感器與自動檢測技術 M 機械工業(yè)出版社 8 苗常初編 PLC 編程及應用 M 機械工業(yè)出版社 2003 9 王永華主編 現代電氣及可編程技術 M 北京航空航天大學出版社 10 湯以范主編 電氣與可編程序控制器技術 M 機械工業(yè)出版社 2004 11 彭軍 傳感器與檢測技術 M 西安電子科技大學出版社 12 邵澤強主編 機電一體化概論 M 機械工業(yè)出版社 13 王浩主編 機床電器與 PLC M 機械工程出版社 附 錄 27 附錄 附錄 28 附 錄 29