自動(dòng)配料系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)

1、分院信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名張騰飛學(xué)號(hào)0803010314設(shè)計(jì)題目自動(dòng)配料系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求內(nèi)容：系統(tǒng)啟動(dòng)后，配料裝置能自動(dòng)識(shí)別貨車到位情況和能夠自 動(dòng)對貨車進(jìn)行配料，當(dāng)車裝滿時(shí)，配料系統(tǒng)能自動(dòng)關(guān)閉。要求：1、按實(shí)驗(yàn)要求選擇PLC型號(hào) 2、畫出系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖 3、列出I/O分配表，畫出I/O接線圖 4、設(shè)計(jì)梯形圖，指令表,完成調(diào)試 5、進(jìn)行總結(jié)，編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，形成符合要求的書面 文檔 3、進(jìn)度及安排：1、收集課程設(shè)計(jì)的資料及其相關(guān)背景（2天）2、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的總體方案（2天）3、硬件電路和軟件程序的設(shè)計(jì)（2天） 4、軟硬件的調(diào)試，寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告（2天） 5、修改實(shí)驗(yàn)報(bào)告

2、，打印（2天） 指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日分院院長（簽字）： 年 月 日摘要PLC，即可編程序控制器，是一種數(shù)字式運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。組態(tài)軟件由于計(jì)算機(jī)的普及和其本身價(jià)值（實(shí)時(shí)多任務(wù)、開放性、靈活性、通用性和可靠性）被認(rèn)知，也在快速發(fā)展中。本文基于PLC和組態(tài)軟件設(shè)計(jì)自動(dòng)配料系統(tǒng)。利用S7-200系列PLC對自動(dòng)配料系統(tǒng)進(jìn)行控制，運(yùn)用與之相配的STEP7編程

3、，通過LAD編程語言編制了上位機(jī)的控制程序,從而使該配料系統(tǒng)可以按要求完成自動(dòng)配料，裝料全過程。重點(diǎn)描述了包括硬件設(shè)計(jì)、編程環(huán)境及軟件設(shè)計(jì)在內(nèi)的西門子PLC在配料裝料系統(tǒng)中的一些細(xì)節(jié)，以及PLC與上位機(jī)之間的通訊。主要設(shè)計(jì)了小車裝料的全過程，進(jìn)行PLC外部連接線，模擬實(shí)驗(yàn)，通過觀察指示燈的亮滅情況，對裝料配料系統(tǒng)進(jìn)一步理解。關(guān)鍵詞：可編程序控制器；配料裝料；通信；組態(tài)軟件目錄1 概述11.1 PLC的定義11.2 PLC的分類11.3 PLC的主要功能11.4 PLC的特點(diǎn)21.5 PLC的工作原理22 自動(dòng)配料系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)計(jì)42.1 控制要求42.2 PLC的選擇42.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示

4、意圖72.4 輸入輸出列表82.5 自動(dòng)配料系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)０?2.6 I/O接線圖93 自動(dòng)配料系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)93.1設(shè)計(jì)梯形圖93.2語句表設(shè)計(jì)124 傳送系統(tǒng)調(diào)試145 結(jié)束語16參考文獻(xiàn)171 概述1.1 PLC的定義PLC為Programmable Logic Controller的英文縮寫，即可編程序控制器?？删幊绦蚩刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令。并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系

5、統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。1.2 PLC的分類1、 按PLC控制規(guī)模可分為小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)。2、 按PLC的結(jié)構(gòu)形式可分為整體式、模塊式和疊裝式三類。1.3 PLC的主要功能（1） 開關(guān)量邏輯控制（2） 模擬量控制（3） 閉環(huán)過程控制（4） 定時(shí)控制（5） 計(jì)數(shù)控制（6） 順序（步進(jìn)）控制（7） 數(shù)據(jù)處理（8） 通信和聯(lián)網(wǎng)1.4 PLC的特點(diǎn)（1） 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)（2） 通用性強(qiáng)、靈活性好、功能齊全（3） 編程簡單、使用方便（4） 模塊化結(jié)構(gòu)（5） 安裝簡便、調(diào)試方便（6） 網(wǎng)絡(luò)通信 PLC提供標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可以方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。（7） 其他 PLC體積小、能耗

6、低，便于機(jī)電一體化。1.5 PLC的工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (1) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入

7、均能被讀入。 (2) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，

8、其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (3) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。2 自動(dòng)配料系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)

9、計(jì)2.1 控制要求系統(tǒng)啟動(dòng)后，配料裝置能自動(dòng)識(shí)別貨車到位情況和能夠自動(dòng)對貨車進(jìn)行配料，當(dāng)車裝滿時(shí)，配料系統(tǒng)能自動(dòng)關(guān)閉。2.2 PLC的選擇PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。在控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系較復(fù)雜（需要大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等）、工藝流程和產(chǎn)品改型較頻繁、需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和信息管理（有數(shù)據(jù)運(yùn)算、模擬量的控制、PID 調(diào)節(jié)等）、系統(tǒng)要求有較高的可靠性和穩(wěn)定性、準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化聯(lián)網(wǎng)等情況下，使用 PLC 控制是很必要的。 PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性能價(jià)格比

10、。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：(1) 合理的結(jié)構(gòu)型式PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個(gè)IO點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便,在IO點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、IO模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。(二) 安裝方式的選擇 PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程IO式以及多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程IO硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程IO式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程IO可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器

11、和遠(yuǎn)程IO電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。(三)相應(yīng)的功能要求一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶AD和DA轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。對于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。(四)響應(yīng)速度要求PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制

12、器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速IO處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。(五)系統(tǒng)可靠性的要求對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。(六)機(jī)型盡量統(tǒng)一 一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題：)機(jī)型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。)機(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。)機(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源

13、可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。 2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖裝車過程圖2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖2.4 輸入輸出列表面板SB1SB2S1SQ1SQ2D1D2D3PLCI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4Q0.0Q0.1Q0.2面板D4L1L2M1M2M3M4PLCQ0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.12.5 自動(dòng)配料系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍒D2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)０?.6 I/O接線圖圖2.3 I/O接線圖3 自動(dòng)配料系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)梯形圖3.2語句表設(shè)計(jì)STL:LD I0.0O M0.0AN I0.1= M0.0LD M0.0LPSAN I0.2

14、= Q0.3LRDA I0.2= Q0.2LRDAN I0.3= Q0.4LRDAN Q0.4= Q0.5LRDA I0.3= Q0.5LRDA I0.3S Q1.1, 1TON T37, +20LRDA T37S Q1.0, 1TON T38, +20LRDA T38S Q0.7, 1TON T39, +20LRDA T39S Q0.6, 1TON T40, +20LRDA T40= Q0.1LPPA I0.4R Q0.1, 1= Q0.0= M0.1LD I0.1O M0.2AN I0.0= M0.2LD M0.1O M0.2TON T41, +20LD T41R Q0.6, 1TON T

15、42, +20LD T42R Q0.7, 1TON T43, +20LD T43R Q1.0, 1TON T44, +20LD T44R Q1.1, 1R Q0.5, 1= M0.3LD M0.3A M0.0S Q0.4, 14 傳送系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)啟動(dòng)后，配料裝置能自動(dòng)識(shí)別貨車到位情況和能夠自動(dòng)對貨車進(jìn)行配料，當(dāng)車裝滿時(shí)，配料系統(tǒng)能自動(dòng)關(guān)閉。紅燈L2滅，綠燈L1亮，表明允許汽車開進(jìn)裝料。料斗出料口D2關(guān)閉，若料位傳感器S1置為OOF（料斗中的物料已滿），則停止進(jìn)料（D4亮）。當(dāng)S1置為ON（料斗中的物料已滿），則停止進(jìn)料（D4滅）。電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3和M4均為OFF。裝車過程中，當(dāng)汽車開進(jìn)裝

16、車位置時(shí)，限位開關(guān)SQ1置為ON，紅燈信號(hào)燈L2亮，綠燈L1滅；同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)M4，經(jīng)過2S后，再啟動(dòng)啟動(dòng)M3，再經(jīng)2S后啟動(dòng)M2，再經(jīng)過2S最后啟動(dòng)M1，再經(jīng)過2S后才打開出料閥（D2亮），物料經(jīng)料斗出料。當(dāng)車裝滿時(shí)，限位開關(guān)SQ2為ON，料斗關(guān)閉，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。同時(shí)紅燈L2滅，綠燈L1亮，表明汽車可以開走。停機(jī)控制時(shí)按下停止按鈕SB2，自動(dòng)配料裝車的整個(gè)系統(tǒng)終止運(yùn)行，料斗關(guān)閉，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。此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)完全停止。當(dāng)某條皮帶機(jī)發(fā)

17、生故障時(shí)，該皮帶機(jī)及其前面的皮帶機(jī)立即停止，料斗出料口關(guān)閉，而該皮帶機(jī)以后的皮帶機(jī)待運(yùn)完后才停止。例如M1故障，M1，立即停，料斗出料口D2關(guān)閉，經(jīng)過2秒延遲，M2停。在經(jīng)過2秒，M3停止。經(jīng)過2秒，M4停。當(dāng)某條皮帶機(jī)上有重物時(shí)，該皮帶機(jī)前面的皮帶機(jī)停止，該皮帶機(jī)運(yùn)行2秒后停，而該皮帶機(jī)以后的皮帶機(jī)待料運(yùn)完后才停止。5 結(jié)束語在本次課程設(shè)計(jì)中，得到了許多老師和同學(xué)的幫助，借此機(jī)會(huì)向他們表示誠摯的謝意。感謝老師對我們的無私幫助，從精心選擇課程設(shè)計(jì)題目，到模擬實(shí)驗(yàn)編程、調(diào)試指導(dǎo)給我們的幫助。老師的這種無私奉獻(xiàn)精神令人欽佩。感謝同學(xué)們從收集資料到課程設(shè)計(jì)報(bào)告成型的團(tuán)結(jié)互助，共享有用資料，毫不藏私，在許多細(xì)節(jié)問題上相互討論，共同修改。通過這一階段的努力，我對可編程序控制器原理及應(yīng)用這門課程有了更深刻的理解，對PLC的正確編程、調(diào)試更加熟練，對我們將來工作有很大的幫助。這次自動(dòng)配料系統(tǒng)模擬的設(shè)計(jì)與老師、同學(xué)的幫助、鼓勵(lì)是分不開的。參考文獻(xiàn)1 吳中俊 ,黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用（第2