2022年可編程控制器作業(yè)PLC大作業(yè)自動(dòng)送料控制系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì)

班級041232學(xué)號04123110可編程控制器作業(yè)題目自動(dòng)送料控制系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名鄧勇導(dǎo)師姓名馮蘭勝前言 目前國內(nèi)的大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)公司、私營公司由于受到資金短缺或是管理等方面的限制，送料裝置一般都是采用手動(dòng)送料。手動(dòng)送料不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，并且還容易導(dǎo)致事故。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，老式的手工送料已不能滿足生產(chǎn)的規(guī)定。為了能跟上市場的發(fā)展，公司就需要一套自動(dòng)化限度高、性能可靠、性價(jià)比高的自動(dòng)送料裝置來提高公司的生產(chǎn)效率。可編程序控制器（PLC）是二十世紀(jì)60年代以來發(fā)展極為迅速的一種先進(jìn)的、新型的、通用的工業(yè)控制裝置?，F(xiàn)代PLC綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，其應(yīng)用越來越廣泛、進(jìn)一步，已進(jìn)入到系統(tǒng)的過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、通信網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)交互等領(lǐng)域。PLC具有控制能力強(qiáng)、可靠性高、使用靈活以便和易于編程、擴(kuò)展、通信等長處，是當(dāng)今及此后工業(yè)控制的重要手段和控制核心?？煽鼐幊炭刂破鳎≒LC），它是以微解決器為核心的通用工業(yè)控制裝置，是在繼電器-接觸器控制基本上發(fā)展起來的。隨著現(xiàn)代社會生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的日益提高及微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，當(dāng)今的PLC已近將3C（computer、control、communication）技術(shù)，即微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體，在控制系統(tǒng)中又能起到“3電”控制作用，即電控、電儀、電信這三個(gè)不同作用的一種高可靠性控制器，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要支柱。送料車還可通過手動(dòng)控制其運(yùn)營，但操作比較起來復(fù)雜，并且易出錯(cuò)，PLC在小車自動(dòng)送料控制系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)較高的自動(dòng)化限度，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，減少調(diào)試、運(yùn)營、維護(hù)的強(qiáng)度，成為“無人值班，少人值守”的優(yōu)選小車送料自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過度析可知,用PLC控制運(yùn)料系統(tǒng)，安全、可靠，并且維護(hù)、調(diào)試以便，具有很高的推廣價(jià)值。綜上所述，在本著減少生產(chǎn)成本、保障人身安全、提高生產(chǎn)率的科學(xué)人性化管理的方針下對送料裝置進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)中的自動(dòng)送料系統(tǒng)重要是采用以PLC為核心的自動(dòng)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。這樣既可以減少公司的生產(chǎn)成本還能提高生產(chǎn)效率。2西門子S7-200PLC簡介2.1S7-200PLC的系統(tǒng)構(gòu)成同其她PLC同樣，S7-200的系統(tǒng)基本構(gòu)成也是由主機(jī)單元和編碼器構(gòu)成。在需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，系統(tǒng)構(gòu)成中還可涉及：數(shù)字量擴(kuò)展單元模塊、模擬量擴(kuò)展單元模塊、通信模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、人機(jī)界面等。1主機(jī)單元S7-200的主機(jī)單元的CPU有兩個(gè)系列：CPU21X和CPU22X。其中CPU21X系列屬于S7-200的第一代產(chǎn)品，CPU22X系列屬于第二代產(chǎn)品。本次設(shè)計(jì)用的是CPU22X系列中的CPU224.CPU224①14個(gè)輸入數(shù)字量I/O點(diǎn)和10輸出數(shù)字量I/O點(diǎn)。②可以連接7個(gè)擴(kuò)展模塊單元。③2個(gè)獨(dú)立的20KHZ的高速脈沖輸出；6個(gè)獨(dú)立的30KHZ的高速計(jì)數(shù)器。④有13K的數(shù)據(jù)和程序的存儲空間。⑤有1個(gè)RS-485通信/編程接口。⑥有PID控制器。⑦有點(diǎn)對點(diǎn)接口通信合同⑧有多點(diǎn)接口通信合同。⑨有自由通信口。⑩I/O端子可以很簡易的整體拆卸下來。2數(shù)字量擴(kuò)展模塊S7-200系列目前可以提供三大類一共九種數(shù)字量輸入輸出擴(kuò)展模塊。㈠EM221數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊，光耦合器隔離，具有8點(diǎn)DC輸入。㈡EM222數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊，具有兩種類型：8點(diǎn)繼電器輸出型8點(diǎn)DC24V輸出型㈢EM223數(shù)字量混合輸入輸出擴(kuò)展模塊，具有六種輸出類型：DC24V4點(diǎn)輸入，4點(diǎn)輸出；DC24V4點(diǎn)輸入，繼電器4點(diǎn)輸出；DC24V8點(diǎn)輸入，8點(diǎn)輸出；DC24V8點(diǎn)輸入，繼電器8點(diǎn)輸出；DC24V16點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出；DC24V16點(diǎn)輸入，繼電器16點(diǎn)輸出；3模擬量擴(kuò)展模塊模擬量擴(kuò)展模塊有3種類型EM231、EM232、EM235。本次設(shè)計(jì)用的是EM235。EM235是模擬量混合輸入輸出模塊：輸入4路模擬量，輸出1路模擬量轉(zhuǎn)換時(shí)間不不小于250μs穩(wěn)定期間電流2ms,電壓100μs。差分輸入，電壓0~10V、0~5V、0~1V、0~500mv、0~100mv、0~50mv、±10V、±5V、±2.5V、±1V、±500mv、±250mv、±100mv、±50mv、±25mv。電流0~20mA4智能模塊1、CPU243-2通信解決器CPU243-2是S7-200的AS-i主站，通個(gè)連接AS-i可以增長S7-200PLC的數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)數(shù)。EM277通信解決器EM277是連接SIMATIC現(xiàn)場總線從站的通信模塊，EM277可以將S7-200PLC的CPU作為現(xiàn)場總線的從站接到網(wǎng)絡(luò)中。5其她模塊1、編程設(shè)備編程器是任何一臺PLC都不可以缺少的設(shè)備，編程設(shè)備一般由廠家提供。為了減少成本，目前廣泛采用的是以個(gè)人計(jì)算機(jī)作為編程設(shè)備。本設(shè)計(jì)使用的編程軟件是STEP-Micro/MIN32V4.0,用一條PC電纜將顧客程序送入PLC中。2、人機(jī)操作界面人機(jī)操作界面涉及文本顯示屏TD200和觸摸屏等。2.2S7-200PLC的性能特點(diǎn)1通用性強(qiáng)由于采用了微型計(jì)算機(jī)的工作原理和基本構(gòu)造，接口電路也考慮了工業(yè)控制的規(guī)定，輸出接口能力強(qiáng)，因而對不同的控制對象可以采用相似的硬件，只需使用不同的軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制規(guī)定。

2編程簡樸以便一般用梯形圖或用工業(yè)控制的簡樸指令編程。編程語言形象直觀，容易掌握，具有一定的電工和工藝知識的人員可在短時(shí)間學(xué)會并應(yīng)用自如。3接線簡樸只需將限位開關(guān)和光電開關(guān)等接入控制器的輸入端，將被控制的電磁閥、接觸器和繼電器等輸出元件的線圈接到控制器的輸出端，就完畢了接線任務(wù)。

4可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)S7-200PLC的輸入輸出端采用了隔離措施，并應(yīng)用大規(guī)模的集成電路，因此它能在多種惡劣的環(huán)境下工作，可以直接安裝在機(jī)器設(shè)備上運(yùn)營。5體積小，容量大，重量輕，成本低，維修以便S7-200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC,但它的功能已近能達(dá)到中型或大型PLC的水平，然而價(jià)格卻與小型PLC差不多。因此S7-200PLC一經(jīng)推出便受到了廣泛關(guān)注。S7-200PLC的編程語言S7-200PLC為顧客提供了4種常用的編程語言：梯形圖、語句表、功能圖、功能塊圖。1、梯形圖（LAD）梯形圖是一種圖形編程語言，它是從繼電器控制原理圖的基本上演變來的。PLC的梯形圖沿用了繼電器的線圈、觸點(diǎn)、串并聯(lián)等圖形符號，對于能純熟使用繼電器控制線路的技術(shù)人員來說是很容易接受的，且不需要學(xué)習(xí)專門的計(jì)算機(jī)知識。因此在PLC的編程中梯形圖是最基本、最普遍的編程語言。這種編程方式一般是通過編程軟件編寫然后通過計(jì)算機(jī)下載到PLC上，如果使用編程器編碼，還要將梯形圖轉(zhuǎn)變成語句表然后再輸入PLC中。2、語句表（STL）簡樸地說語句表就是用某些容易記憶的符號來表達(dá)PLC的多種操作功能，有點(diǎn)像計(jì)算機(jī)的匯編語言。這種編程方式可用簡樸的編程器編碼，再通過簡樸的編程器將顧客的程序逐條輸入到PLC中。用語句表編程設(shè)備簡樸、系統(tǒng)化、邏輯緊湊，連接的范疇不受限制，但是比較抽象，一般狀況與梯形圖配合使用互為補(bǔ)充。3、順序功能圖（SFC）順序功能圖也稱功能圖，是采用畫工藝流程圖的方式編程，只要在每一種工藝方框內(nèi)的輸入端和輸出端標(biāo)上特定的符號即可。對于在工廠內(nèi)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的人員來說并不需要太多的電氣知識，且非常以便。因此它是一種效果較好，很受歡迎的編程語言。4、功能塊圖（FBD）功能塊圖是由某些邏輯功能符號構(gòu)成的功能塊圖來體現(xiàn)操作功能的編程語言，該編程語言基本上沿用了半導(dǎo)體邏輯電路的邏輯框圖。常用“與”、“或”、“非”等邏輯功能體現(xiàn)控制邏輯。用功能塊圖編程不僅能簡樸明了的體現(xiàn)邏輯功能，還可以通過多種功能塊的組合實(shí)現(xiàn)加法、乘法等高檔功能。對于熟悉邏輯電路和邏輯代數(shù)的人來說是很以便的編程方式。3控制系統(tǒng)的簡介和控制規(guī)定3.1自動(dòng)控制送料系統(tǒng)的圖解3.2自動(dòng)控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中的地位在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，規(guī)定大部分工藝生產(chǎn)系統(tǒng)自動(dòng)化，這都離不開自動(dòng)控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是整個(gè)生產(chǎn)線的核心，對整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)起著指揮的作用，如果控制系統(tǒng)浮現(xiàn)障礙，輕者影響生產(chǎn)線的繼續(xù)進(jìn)行，重者甚至發(fā)生人身安全事故，這將對公司導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失。自動(dòng)控制送料系統(tǒng)是基于PLC控制系統(tǒng)來設(shè)計(jì)的。它將在生產(chǎn)系統(tǒng)中占有非常重要的地位。4自動(dòng)控制系統(tǒng)方案的選擇4.1可編程控制器PLC的長處對顧客來說可編程控制器PLC是一種無觸點(diǎn)設(shè)備，顧客只需變化程序就可以變化生產(chǎn)工藝?，F(xiàn)目前，可編程控制器已成為工廠強(qiáng)有力的生產(chǎn)工具，得到了廣泛的推廣使用?？煽鼐幊炭刂破魇敲嫦蝾櫩偷膶Ｓ霉I(yè)控制計(jì)算機(jī)。具有許多明顯的特點(diǎn)。1、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。高可靠性是電氣控制設(shè)備的核心性能。PLC采用了現(xiàn)代大規(guī)模的集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采用了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的抗干擾能力。PLC還帶有硬件故障自我檢測功能，浮現(xiàn)故障時(shí)可發(fā)出警報(bào)信號。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的自我診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路和設(shè)備也能獲得故障自診斷保護(hù)。2、配套齊全，功能完善，實(shí)用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已近形成了大、中、小多種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂靡远喾N規(guī)模的工業(yè)控制場合。近年來PLC功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲入到了位置控制，溫度控制，CNC等多種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使PLC構(gòu)成多種控制系統(tǒng)非常容易。3、易學(xué)會，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，面向工礦公司的控制設(shè)備，接口容易，編程語言比較容易接受，梯形圖語言的圖形符號與體現(xiàn)方式和繼電器電路圖比較接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以以便的實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路，不懂計(jì)算機(jī)語言和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了以便之門。4、容易改造，維護(hù)以便可控編程控制器（PLC）大大減少了控制設(shè)備的外部接線，維護(hù)變得更容易，同一設(shè)備只需變化程序就可以變化生產(chǎn)過程。更適合多品種小批量的生產(chǎn)場合。5、體積小，重量輕，耗能低以超小型PLC為例，PLC的尺寸不不小于100mm,重量不不小于150g，功耗僅數(shù)瓦，由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的抱負(fù)控制設(shè)備。4.2小車送料系統(tǒng)方案的選擇實(shí)現(xiàn)小車自考動(dòng)控制送料有諸多種措施，可以用單片機(jī)、可編程控制器（PLC）來實(shí)現(xiàn)。但在在單片機(jī)控制系統(tǒng)電路中需要加入A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，線路復(fù)雜，還要分派出大量的中斷路口地址，并且單片機(jī)控制電路很容易受到外界的干擾，也具有不穩(wěn)定性?？刂瞥绦蛐枰幸欢ň幊棠芰Φ娜瞬鸥删幾g出來，在維修時(shí)需要高技術(shù)的人員才干修復(fù)。因此不適宜用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。而從PLC的特點(diǎn)理解可知，PLC具有諸多長處，如可靠性高、平均無端障時(shí)間達(dá)30萬小時(shí)以上，安裝、操作、維護(hù)比較容易，編程簡樸，程序設(shè)計(jì)和產(chǎn)品調(diào)試周期短，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，最后我選擇了用PLC來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制送料系統(tǒng)的控制，完畢這次的設(shè)計(jì)題目。自動(dòng)送料系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)5.1控制系統(tǒng)I/O地址分派I/O地址分派表輸入元件I/O地址輸出元件I/O地址料斗高位S1按鈕I0.0紅燈L1Q0.0小車到位S2按鈕I0.1綠燈L2Q0.1料斗低位S3按鈕I0.2料斗高限位燈L3Q0.2料斗低限位燈L4Q0.3小車到位燈L5Q0.4進(jìn)料閥K1Q0.5進(jìn)料閥K2Q0.6電動(dòng)機(jī)M1Q0.7電動(dòng)機(jī)M2Q1.0電動(dòng)機(jī)M3Q1.15.2PLC流程圖PLC流程圖PLC梯形圖設(shè)計(jì)1初始狀態(tài)：紅燈L1暗，綠燈L2亮，容許汽車開進(jìn)裝料。料斗K2關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)1（M1）、電動(dòng)機(jī)2（M2）、電動(dòng)機(jī)3（M3）都處在關(guān)閉狀態(tài)。2裝料過程當(dāng)汽車達(dá)到時(shí)按下S2，紅燈L1亮，綠燈L2不亮，小車到位燈L5亮。電動(dòng)機(jī)M3轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)M2在M3轉(zhuǎn)動(dòng)3秒后啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)M1在M2轉(zhuǎn)動(dòng)3秒后啟動(dòng)，進(jìn)料閥K2在電動(dòng)機(jī)M1轉(zhuǎn)動(dòng)后3秒開始出料。3裝料完畢當(dāng)車裝滿后按下S2，進(jìn)料閥K2關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)M1在進(jìn)料閥K2關(guān)閉后延時(shí)3秒關(guān)斷，電動(dòng)機(jī)M2在電動(dòng)機(jī)M1關(guān)斷后延時(shí)3秒關(guān)斷，電動(dòng)機(jī)M3在電動(dòng)機(jī)M2關(guān)斷后延時(shí)3秒關(guān)斷。綠燈L2亮，紅燈L1熄滅，表達(dá)汽車裝料完畢可以開走。