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中南民族大學 計算機科學學院 PLC課程設計報告 課 程 PLC技術(shù)與應用 設計題目 高爐上料PLC控制系統(tǒng) 年級專業(yè) 12級自動化 學 號 學生姓名 指導教師  2015年 6 月 22 日 目 錄 引言 3 1. 課題要求 3 2. 系統(tǒng)總體方案設計 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)接線圖設計 5 2.4 系統(tǒng)可靠性設計 5 3 控制系統(tǒng)設計 6 3.1 控制過程工藝流程圖設計 6 3.2 控制程序順序功能圖設計 7 3.3 控制程序設計思路 7 4 人機界面設計 8 4.1 選用界面介紹 8 4.2 畫面制作與設計 8 5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 8 5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題 8 5.2 結(jié)果分析 9 結(jié)束語 9 參考文獻 10 附錄一：源程序 10 附錄二：調(diào)試運行中的部分運行圖 15 高爐上料PLC控制系統(tǒng) 引言 高爐上料PLC控制系統(tǒng)主要運用于工業(yè)現(xiàn)場，例如混凝土加工廠、煉鋼廠等大型工業(yè)現(xiàn)場。這些大型工業(yè)現(xiàn)場由于設備笨重、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、安全操作設備，防止意外事故發(fā)生，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制，大量的減輕了工人的工作強度，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)場中對物料混合加工進行配料控制，自動或者手動實現(xiàn)控制，方便人員操作，減輕工作負擔。 系統(tǒng)設備：運料小車、小鐘、大鐘、料尺、各相關(guān)位置開關(guān)。 工作過程描述：初始小車停在底部，人工啟動后20秒時間裝料，裝料完畢小車上行，到達頂部位置自動卸料到小鐘內(nèi)（卸料時間5秒）；而后小車自動下行到底部。 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7秒后提升到位（注意互鎖關(guān)系：大、小鐘不得同時下放）料尺每隔2分鐘下探一次料位。當料位上限開關(guān)動作，表明爐內(nèi)物料已滿，應停止上料（將本次上料完成后停止上料），直到料位下降到上極限以下。 可由人工在任何時間停止所有設備，但大小鐘在停止操作發(fā)生時應先確保都提升到位才不再工作。人工停止后轉(zhuǎn)手動控制，PLC不再干預。 相關(guān)時間參數(shù)：小車運行時間：30S； 小鐘下放/提升時間：10S 大鐘下放/提升時間：15S； 料尺下探/提升時間：10S 2. 系統(tǒng)總體方案設計 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理 該系統(tǒng)采用CJ1M系列PLC控制器作為開發(fā)設備，使用CJ1M-CPU22型號設備，該設備程序容量10Ksteps、DM（字）32K、I/O點數(shù)320點，可以從以太網(wǎng)、Controller-Link、DeviceNet和CompoBus/S中選擇最適合的網(wǎng)絡。能基本實現(xiàn)高爐上料工業(yè)現(xiàn)場的控制。 外圍器件使用行程開關(guān)作為行程指示信息，使用觸摸屏和CJ1M組合系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控，從而達到自動和手動監(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、功能 系統(tǒng)按鈕 0.00 SB0，停止按鈕 0.01 SB1，啟動按鈕 方式選擇 0.09 HAND，手動開關(guān) 0.10 AUTO，自動開關(guān) 行程開關(guān) 0.02 SQ2，車初始位置行程開關(guān) 0.03 SQ3，小車高位行程開關(guān) 0.04 SQ4，小鐘初始位置行程開關(guān) 0.05 SQ5，小鐘低位行程開關(guān) 0.06 SQ6，大鐘初始位置行程開關(guān) 0.07 SQ7，大鐘低位行程開關(guān) 限位開關(guān) 0.08 SQ8，料尺限位開關(guān) 手動控制按鈕 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，料滿報警 圖2：系統(tǒng)I/O表 2.3 系統(tǒng)接線圖設計 圖3：系統(tǒng)接線圖 2.4 系統(tǒng)可靠性設計 首先，該系統(tǒng)采用PLC設計，可以抵抗干擾，可靠性強；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：當小鐘到達底部將物料卸下時，大鐘要等到小鐘完全到達頂部才能開始下行，否則當物料小車到達頂部直接卸料到小鐘時，小鐘還未到位，物料已經(jīng)卸下到大鐘了，這樣就會是物料混合不均勻，達不到制作要求，從而使整個系統(tǒng)癱瘓。 系統(tǒng)采用觸摸屏進行模擬控制，可以清楚的看到各道工序進行位置，并在第一時間找到故障位置，為工人操作、調(diào)試、檢查故障節(jié)約了大量時間。 3 控制系統(tǒng)設計 3.1 控制過程工藝流程圖設計 料尺每隔3分鐘下探一次，若到達限位開關(guān)，等小車，小鐘，大鐘到達初始位置時停止 按住小車上行控制按鈕，直至到其達末位置，待小鐘到達初始位置，小車開始卸料到小鐘，時間5s 小鐘自動上行至其初始位置，大鐘開始下行至末位置，并自動卸料5s，上行至初始位置 大鐘等待小鐘到達其初始位置，按住大鐘下行按鈕，直至其到達末位置，5s卸料到高爐。 按住小車下行控制按鈕，直至到達其初始位置；按小鐘下行按鈕，小鐘開始下行，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 小車到達其末位置后，等待小鐘到達其初始位置，小車開始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 手動 手動or自動 啟動 圖4：工藝流程圖 3.2 控制程序順序功能圖設計 物料限位開關(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 料尺自動下行 W0.02(自動) W0.01(手動） 01 圖5：順序功能圖 3.3 控制程序設計思路 主控制程序采用IL與ILC組合指令選擇自動、手動控制程序，在主程序下，有料尺的掃描工作程序，即每兩分鐘下行一次，查看物料是否已經(jīng)到達限度。 自動控制程序通過時間繼電器和位置行程開關(guān)實現(xiàn)自動流程，手動程序則依照按鈕條件進行操作控制。整個程序清晰明朗，易于查看。 4 人機界面設計 4.1 選用界面介紹 本次系統(tǒng)設計界面采用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警情況，實現(xiàn)了手動和自動控制的模擬過程，下面是界面效果。 圖6：PT界面效果圖 4.2 畫面制作與設計 高爐上料系統(tǒng)輸入、輸出點比較多，17個輸入點，13個輸出點?？刂瓢粹o輸入采用按鈕界面控制，位置行程開關(guān)采用開關(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)試及解決的問題 系統(tǒng)調(diào)試時按照需求進行手動或者自動調(diào)試。首先要模擬現(xiàn)場環(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”。手動操作是步進方式進行。手動調(diào)試時，按下啟動按鈕，選擇HAND操作，指示燈小車裝料，時間20s，然后按下CAR1按鈕，小車上行指示燈亮，這時為了模擬現(xiàn)場環(huán)境，將“小車低位”指示燈熄滅，“小車高位”指示燈點亮，表示小車到達高位，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)場環(huán)境，熄滅“小鐘高位燈”，點亮“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”行程指示開關(guān)，指示小鐘到達高位。按住大鐘下行按鈕“BC2大下”，“大鐘下行燈”亮，復位大鐘高位開關(guān)，置位大鐘低位開關(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”開關(guān)，復位“大鐘低位”開關(guān)。此時一次手動操作完成了。 自動操作只需要切換到自動運行狀態(tài)，按下“AUTO”按鈕，程序就開始自動進行，為了體現(xiàn)自動的快捷性，方便性，將小車裝料時間設置為5s。小車裝料5s后，自動上行到頂端，等到小鐘到達初始位置之后，5s自動卸料到小鐘，然后開始自動下行；小鐘則下行到末位置，等到大鐘到達初始位置時就卸料到大鐘，時間5s，然后自動上行到初始位置；大鐘燈小鐘到達初始位置后則開始下降，到達末位置之后進行卸料，時間7s，將物料卸到高爐內(nèi)，完成一次自動過程，大鐘上行到初始位置。 5.2 結(jié)果分析 整個仿真過程很順利，能夠達到設計要求，并能充分考慮到大小鐘之間的互鎖關(guān)系，還有自動與手動操作的互鎖。從而使系統(tǒng)能安全運行，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，但是對于一個安全、可靠、高效率的PLC控制系統(tǒng)來說，還是存在許多的問題：沒有時間預警功能，若操作工人選擇自動操作離開工作臺，機器發(fā)生故障，沒有報警提示功能反饋給工人，不能及時處理故障，影響生產(chǎn)效率；此外，在手動、自動間進行切換的時候沒有充分考慮到運行狀況，若小鐘還在上升途中就切換到了自動運行模式，那么自動過程將會失效，因為小鐘沒有到達初始位置，程序不會進行。 結(jié)束語 本次PLC課程設計能夠加深對書本知識的掌握，鍛煉實際操作能力，真正進行上機調(diào)試的時候，要考慮的問題很多，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軟件進行模擬調(diào)試，這些都是課堂上學不到的。在實際編程過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，上機模擬和在線模擬又是不同的效果，仔細分析這些不同之處，然后找到實際原因，并進行處理。實際過程中比如這臺機器下不進去程序，原因可能是沒有安裝驅(qū)動程序、沒有選對機型、沒有選用正確的下載鏈路USB or TOOLBUS、程序沒有編譯通過等，很多原因，這些都是實際操作過程中才能發(fā)現(xiàn)并學習去解決的，所以，PLC課程設計是一個非常好的課程，可以學到很多課堂不能學到的。 參考文獻 樊金榮．[歐姆龍CJ1系列PLC原理與應用]．第一版．北京：機械工業(yè)出版社，2008．9 王冬青. [歐姆龍CP1系列PLC原理與應用] ．電子工業(yè)出版社，2011．10 附錄一：源程序 附錄二：調(diào)試運行中的部分運行圖 小車第二次裝料燈亮，小鐘裝料結(jié)束下行燈亮： 自動裝料結(jié)束，小車上行燈亮，大鐘上行燈亮，料尺下行燈亮：