PLC控制畢業(yè)設計基于PLC控制的自動供料及加工系統(tǒng)設計畢業(yè)設計(完整版)

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畢業(yè)設計（論文）說明書PLC控制畢業(yè)設計基于PLC控制的自動供料及加工系統(tǒng)設計畢業(yè)設計（完整版）(文檔可以直接使用，也可根據(jù)實際需要修改使用,可編輯歡迎下載）設計（論文）題目：基于PLC控制的自動供料及加工系統(tǒng)設計學校：函授教學站點：年級專業(yè)：姓名：畢業(yè)設計（論文）任務書論文題目：基于PLC控制的自動供料及加工系統(tǒng)設計要求：(時間自至）指導教師：下達時間：指導教師評語評語指導教師職稱年月日答辯評語評語成績答辯組長簽字時間年月日設計說明（論文）摘要：一、設計題目基于PLC控制的自動供料及加工系統(tǒng)的設計（PLC在自動生產線中的應用）二、題目來源亞龍自動生產線AL335型號實驗實訓裝置的使用三、設計的目的1）掌握自動供料及加工系統(tǒng)的工作原理、工作過程以及其控制操作方式。2）掌握電氣控制元件的選擇與計算方法。3）掌握電氣控制系統(tǒng)的設計方法。4）掌握用PLC改造電氣設備的方法選擇。5）掌握PLC控制的設計方法以及編程方法。6）掌握系統(tǒng)調試方法以及故障檢測及排除方法。四、設計要求結合所學內容根據(jù)要求選擇合適型號的PLC，用于實施系統(tǒng)的PLC控制操作。1）完成系統(tǒng)的電氣控制線路的設計、調試任務，能夠按照要求實施電氣控制操作。2）完成PLC對自動供料及加工系統(tǒng)實施控制操作的設計任務，并進行程序編寫以及調試，按照要求完成各項控制操作。注意：（1）機械手各項動作的先后順序。（2）各種動作間聯(lián)鎖關系。（3）相關動作的工作狀態(tài)指示。3）能夠進行現(xiàn)場組態(tài)監(jiān)控操作。五、完成的任務（1）完成電氣元器件的選擇，電氣控制線路的設計，位置分布圖及安裝接線圖的設計及繪制。（電氣繪圖軟件的使用，如PCschematic7.0，或AOTCAD2021電氣繪圖軟件）（2）選擇PLC型號,分配I/O端口，設計I/O電路、選擇元件，繪制梯形圖、編織語句表。（3）組態(tài)軟件的選擇、應用，系統(tǒng)設計、程序編寫及通訊調試工作的完成。目錄第1章緒論……….61.1設計的目的和要求…………..61.2亞龍自動生產線概述….…….6第2章生產線簡介92.1生產線基本情況…….………9第3章電器元件、設備的選擇……113.1PLC機型的選擇…….………113.2傳感器……….123.3電磁閥………..14第4章控制系統(tǒng)的軟硬件設計…….154.1控制系統(tǒng)的硬件設計……………….………154.2控制系統(tǒng)的軟件設計……….30第5章設計小結……38參考文獻……………….40畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙第1章緒論1.1設計目的及要求目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，因此PLC在控制領域取得廣泛應用。在現(xiàn)代工業(yè)控制中，PLC和組態(tài)都是非常重要的技術，掌握這項技術，對我們從事機電的人來說是非常必要的。這次我們畢業(yè)設計的題目是：“基于PLC控制的自動供料及加工系統(tǒng)的設計”。在這次畢業(yè)設計中，我們小組4人，我負責硬件的部分，其他3人分別負責組態(tài)、軟件和調試。這次畢業(yè)設計的主要目的是培養(yǎng)我們的一種對PLC的認知方法。掌握自動供料及加工系統(tǒng)的工作原理、工作過程以及其控制操作方式、PLC控制的設計、編程方法、系統(tǒng)調試、故障檢測及排除方法。這次畢業(yè)設計，是對我們三年來所學有關機電知識的強化，使我們對機電一體化設備的控制有更深一步的理解，加深PLC,傳感器,電磁閥,氣缸等電氣設備的認識.。培養(yǎng)了我們的思維和動手能力，為我們以后的工作和學習打下基礎。1.2亞龍生產線概述亞龍生產線實訓考核設備由安裝在鋁合金導軌式實訓臺商的送料單元、加工單元、裝配單元、輸送單元和分揀單元等5個單元組成。其中，每一個單元都可自成一個獨立的系統(tǒng)，同時也都是一個機電一體化的系統(tǒng)。各個單元的執(zhí)行機構大部分以氣動執(zhí)行機構為主，但輸送單元的機械手裝置整體運動則采取步進電機驅動、精確的位置控制，該驅動具有長行程、多定位點的特性，是一個典型的一維位置控制系統(tǒng)。分揀單元的傳送帶驅動則采用了通用變頻器驅動三項異步電動機的交流傳動裝置。位置控制和變頻控制技術是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)應用最為廣泛的電氣控制技術。在設備商應用了多種類型的傳感器，分別用于判斷物體的運動位置、物體第6頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙通過的狀態(tài)、物體的顏色及材質等。傳感器技術是機電一體化技術的關鍵技術，是現(xiàn)代工業(yè)實現(xiàn)高度自動化的前提之一。在控制方面,采用了基于RS485串行通信的PLC網絡控制方案。即每一工作單元由一臺PLC承擔其控制任務，各PLC之間通過RS485串行通訊實現(xiàn)互連的分布控制方式。用戶可根據(jù)需要選擇不同廠家的PLC及其所支持的RS485通信模式，組建成一個小型的PLC網絡。小型PLC網絡以其結構簡單，價格低廉的特點在小型自動化生產線仍然有著廣泛的應用，在現(xiàn)代工業(yè)網絡通信中仍占據(jù)相單的份額。另一方面掌握基于RS485串行通信的PLC網絡技術將為進一步學習現(xiàn)場總線技術、工業(yè)以太網絡技術等打下良好的基礎。一、整個生產線各個單元的基本功能如下：1、供料單元的基本功能：按照需要將放置在料倉中待加工的工件自動送出到物料臺上，以便輸送單元的抓取機械手裝置將工件抓取送往其他工作單元。加工單元的基本功能：把該單元物料臺上的工件（工件由輸送單元的抓取機械手裝置送來）送到沖壓機構下面，完成一次沖壓加工動作，然后再送回到物料臺上，待輸送單元的抓取機械手裝置取出。裝配單元的基本功能：完成將該單元料倉內的黑白或白色小圓柱工件嵌入到以加工的工件中的裝配過程。4、分揀單元的基本功能：完成將上一單元送來的以加工、裝配的工件進行分揀，使不同顏色的工件從不同的滑槽分流出來的功能。5、輸送單元的基本功能：該單元具有精確定位到指定單元的物料臺，在物料太上抓取工件，把抓取到的工件輸送到指定地點然后放下的功能。二、設備的特點如下：設備中的各工作單元均安放在實訓臺上，便于各個機械機構及氣動部件的拆卸和安裝，控制線路的布線、氣動電磁閥及氣管安裝。其中，輸送單元采用了最為靈活的拆裝式模塊結構：組成該單元的按鈕/指示燈模塊、電源模塊、PLC模塊、步進電機驅動器模塊等放在抽屜式模塊放置架上；模塊之間、模塊與實訓臺上接第7頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙線端子排之間的連接方式采用安全導線連接，最大限度滿足了綜合性實訓的要求。整個生產線所使用的PLC均為西門子S7-200系列的PLC。第8頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙第2章生產線簡介2.1自動生產線的結構和工作過程生產線包括下料、加工、裝配、搬運、分揀等工作站（圖1-1），構成一個典型的機電一體化設備的機械平臺；采用RS485串行通訊方式實現(xiàn)分布式的控制，從而組成自動加工、裝配生產線，真實呈現(xiàn)自動生產線的加工過程。加工站供料站加工站供料站裝配站分揀站搬運站站圖1-1各工作單元的結構和功能如下：1供料單元供料站主要由料倉及料槽、頂料氣缸、推料氣缸和物料臺以及相應的傳感器、電磁閥構成;2加工單元加工站主要由物料臺、夾緊機械手、物料臺伸出/縮回氣缸、加工（沖壓）第9頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙氣缸以及相應的傳感器、電磁閥構成;3裝配單元裝配站主要有供料單元、旋轉送料單元、機械手裝配單元、放料臺以及相應的傳感器、電磁閥構成;4分揀單元分揀站主要有傳送帶、變頻器、三相電機、推料氣缸、電磁閥和定位光電傳感器及區(qū)分黑白兩種顏色的光纖傳感器構成;5搬運單元搬運站主要有步進電機、步進驅動器、線性導軌、四自由度搬運機械手、電磁閥和原點定位開關構成。第10頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙第3章電器元件、設備的選擇3.1PLC機型的選擇根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，可進行PLC型號的選定。進行PLC選型時，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時要兼顧維修，備件的通用性。對開關量控制的系統(tǒng)，當控制速度要求不高時，一般的小型PLC都可以滿足要求，如對小型泵的順序控制，單臺機械的自動控制等。當控制速度要求較高，輸出有高速脈沖信號等情況時，要考慮輸入/輸出點的形式，最好采用晶體管形式輸出。對帶有部分模擬量控制的應用系統(tǒng)，如工業(yè)生產中經常遇到的溫度，壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應選擇具有所需功能的PLC主機，還要根據(jù)需要選擇相應的模塊，配接相應的傳感器、變頻器和驅動裝置。輸入/輸出的點數(shù)可以衡量PLC規(guī)模的大小。準確統(tǒng)計被控對象的輸入信號和輸出信號總點數(shù)并考慮今后系統(tǒng)的調整和擴充，在實際統(tǒng)計I/O點數(shù)基礎上，一般應加上10%~20%的備用點數(shù)，多數(shù)小型PLC為整體式，具有體積小、價格便宜等優(yōu)點，適于工藝過程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡單的系統(tǒng)。模塊式結構的PLC采用主機模塊與輸入模塊、功能模塊組合使用的方法，比整體式方便靈活，維修更換模塊，判斷與處理故障快速方便，適用于工藝變化較多，控制要求復雜的系統(tǒng)。此外還應考慮用戶存儲器的容量，PLC的處理速度是否能滿足實時控制的要求，編程器與外圍設備的選擇等。根據(jù)實際需要供料單元設有頂料到位傳感器、頂料復位傳感器、推料到位傳感器、推料復位傳感器、物料不夠檢測傳感器、物料有無檢測傳感器、物料臺物料檢測傳感器，外加一個啟/停按鈕共8個輸入點，而自動加工單元應設有物臺物料檢測傳感器、料臺夾緊檢測傳感器、料臺伸出到位傳感器、料臺縮回到位傳感器、加工壓頭上限傳感器、加工壓頭下限傳感器、急停按鈕、啟/停按鈕共8個輸入點。供料單元設有頂料電磁閥和推料電磁閥2點繼電器輸出，加工單元設第11頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙有夾緊電磁閥、料臺伸縮電磁閥、加工壓頭電磁閥3點繼電器輸出。由此可見供料單元和加工單元都選用西門子S7-222主單元（8點輸入和6點繼電器輸出）即可。3.2傳感器供料單元頂料缸兩端分別安裝兩個磁感應接近開關，用以檢測頂料活塞桿頂料到位和頂料復位；物料有無檢測、物料不夠檢測和物料臺物料檢測都選用漫射式光電接近開關。加工單元夾緊缸安裝一個磁感應接近開關，料臺伸縮缸分別安裝兩個磁感應接近開關，加工缸也分別安裝兩個磁感應接近開關；物臺物料檢測選用分別安裝兩個磁感應接近開關。磁感應接近開關的工作原理是：當磁性物質接近傳感器時，傳感器便會動作，并輸出傳感器信號。而在供料單元和加工單元的氣缸活塞桿上都分別安裝有磁性物質，這樣以來在氣缸缸筒外面的兩端位置各安裝一個磁感應式接近開關，就可以用這兩個傳感器分別識別氣缸運動的兩個極限位置。在PLC的自動控制中，就可以利用該信號判斷料缸的運動狀態(tài)或所處位置。在傳感器上設有LED顯示用于顯示傳感器的信號狀態(tài)，供調試時使用。傳感器動作時，輸出信號“1”，LED亮；傳感器不動作時，輸出信號為“0”，LED不亮。傳感器的安裝位置可以調整的，如圖3-1所示。第12頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙圖3-1磁感應接近開關漫射式光電接近開關的工作原理是利用光照射到被測物體上后反射回來的光線而工作的。在工作時，光發(fā)射器始終發(fā)射檢測光，若接近開關前方一定距離內沒有被測物，則沒有光被反射到接收器，接近開關處于常態(tài)而不動作；反之若接近開關前方一定距離內有被測物，只要反射回來的光強度足夠，則接收器收到足夠的漫射光使接近開關動作而改變輸出的狀態(tài)。圖3-2為漫射式光電接近開關的工作原理圖：圖3-2漫射式光電接近開關的工作原理圖這樣，供料單元中料倉有無儲料或儲料是否充足就可用兩個漫射式光電接近開關的信號狀態(tài)反映出來。在控制程序中，就可用漫射式光電接近開關的狀態(tài)來判斷底座和裝料管中儲料的情況，為實現(xiàn)自動控制奠定了硬件基礎。物料臺面開有小孔，物料臺下面也設有一個漫射式光電接近開關，工作時向上發(fā)出光線，從而透過小孔檢測是否有工件存在，以提供物料臺有無工件的信號。在供料單元的控制第13頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙程序中，就可以利用漫射式光電接近開關的狀態(tài)來判斷是否需要供料。同樣的原理加工單元中物料是否送入物料臺也可被檢測出來。電磁閥供料單元中電磁閥使用兩個二位五通的帶手空開關的單電控電磁閥。在供料單元中所采用的電磁閥，帶手動換向、枷鎖鈕，有鎖定和開啟兩個位置。用小螺絲刀把加鎖鈕旋到在鎖定位置時，手動開關向下凹進去，不能進行手動控制。只有在開啟位置時，可用工具向下按，信號為“1”，等同于該側的電磁信號為“1”。在進行設備調試時，可以使用手控開關對其進行控制，從而實現(xiàn)對相應氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機構的控制，達到調試的目的。加工單元中使用三個二位五通的帶手空開關的單電控電磁閥。這三個閥分別對沖壓氣缸、物料抬手爪氣缸和物料臺伸縮氣缸的氣路進行控制，以改變各自的動作狀態(tài)。在進行設備調試時使用手控開關處于開啟位置，可以使用手控開關對閥進行控制，從而實現(xiàn)對相應氣路控制，以改變沖壓氣缸等執(zhí)行機構的控制，達到調試的目的。第14頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙第4章控制系統(tǒng)的軟硬件設計4.1控制系統(tǒng)的硬件設計供料單元的結構組成供料單元的基本功能是：按照需要將放置在料倉中待加工的工件自動送出到物料臺上，以便輸送單元的抓取機械手裝置將工件抓取送往其他工作單元。供料單元的實物全貌如圖4-1所示：圖4-1供料單元的實物全貌供料單元的結構組成如圖4-2所示，其主要結構組成為：工件推出與支撐，第15頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙工件漏斗，閥組，端子排組件，PLC，急停按鈕和啟動/停止按鈕，走線槽、底板等。圖4-2供料單元的結構組成1工件推出與支撐及漏斗部分該部分如圖4-3所示。用于儲存工件原料，并在需要時將料倉中最下層的工件推出到物料臺上。該部分的工作原理是：工件垂直疊放在料倉中，推料缸處于料倉的底層并且其活塞桿可從料倉的底部通過。當活塞桿在退回位置時，它與最下層工件處于同一水平位置，而夾緊氣缸則與次下層工件處于同一水平位置。在需要將工件推出到物料臺上時，首先使夾緊氣缸的活塞桿推出，壓住次下層工件；然后使推料氣缸活塞桿推出，從而把最下層工件推到物料臺上。在推料氣缸返回并從料倉底部抽出后，再使夾緊氣缸返回，松開次下層工件。這樣，料倉中的工件在重力的作用下，就自動向下移動一個工件，為下一次推出工件做好準備。第16頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙為了使汽缸的的動作平穩(wěn)可靠，氣缸的作用氣口都安裝了限出型截流閥。氣缸截流閥的作用是調節(jié)氣缸的動作速度。節(jié)流閥上帶有氣管的快速接頭，只要將合適外徑氣管往快速接頭上一插就可以將管連接好了，使用時十分方便。圖4-4是安裝了帶快速接頭的限出型氣缸節(jié)流閥的氣缸外觀。圖4-3進料模塊和物料臺圖4-4安裝上氣缸節(jié)流閥的氣缸第17頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙圖4-5是一個雙動氣缸裝有兩個限出型汽缸節(jié)流閥的連接和調節(jié)原理示意圖。當調節(jié)節(jié)流閥A時，是調節(jié)氣缸的伸出速度，而調節(jié)節(jié)流閥B時，可調節(jié)氣缸的縮回速度。圖4-5節(jié)流閥連接和調整原理示意從圖4-4上可以看出，氣缸兩端分別有縮回限位和伸出限位兩個極限位置。這兩個極限位置都分別安裝有一個磁感應接近開關.，可以用這兩個傳感器分別標示氣缸運動的兩個極限位置。當氣缸運動的哪一端時，哪一端的次感應開關就動作并發(fā)出電信號。在PLC的自動控制中，就可以利用該信號判斷推料及頂料缸的運動狀態(tài)及位置，以確定工件是否被推出或氣缸是否返回。在傳感器上設置的LED顯示用于顯示傳感器的信號狀態(tài)。供調試時使用。傳感器動作時，輸出信號“1”LED亮；傳感器不動作時。輸出信號“0”，LED不亮。傳感器的安裝位置可以調整，調整方法是松開磁性開關的緊定螺釘，讓磁性開關在氣缸的滑軌里滑動，到達指定位置后，再緊定螺釘。2電磁閥組閥組，就是將多個閥集中在一起構成的一組閥，而每個閥的功能是彼此獨立的。供料單元的閥組只使用兩個由二位五通的帶手控開關的單電控電磁閥，兩個閥集中在匯流板上，匯流板中兩個排氣口末端均連接了消聲器，消聲器的作用是減少閥氣在向大氣排放時的噪聲。閥組的組裝如圖4-6所示。本單元所采用的電磁閥，帶手動換向、枷鎖鈕，有鎖定和開啟兩個位置。用小螺絲刀把加鎖鈕旋到在鎖定位置時，手動開關向下凹進去，不能進行手動控制。第18頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙只有在開啟位置時，可用工具向下按，信號為“1”，等同于該側的電磁信號為“1”。常態(tài)時，手動開關的信號為“0圖4-6電磁閥組3接線端口接線端口采用雙層接線端子排，用于集中連接本工作單元所有電磁閥、傳感器等器件的電氣連接線、PLC的I/O端口及直流電源。上層端子用作連接公共電源正、負極，連接片的作用是將各個分散端子片進行電器短接，下層端子用作信號線的連接，固定端板是將各分散的組成部分進行橫向固定，保險座內插裝有2A的保險管。接線端口上的每一個端子旁都有數(shù)字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在底板上。圖4-7和圖4-8分別是本單元的接線端口外觀和端子接線圖。第19頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙圖4-7供料單元接線端口圖4-8供料單元端子接線圖4氣動控制回路氣動控制回路是本工作單元的執(zhí)行機構，該執(zhí)行機構的控制邏輯控制功能是第20頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙由PLC實現(xiàn)的。氣動控制回路的工作與原理如圖4-9所示。圖中1A和2A分別為推料氣缸和頂料氣缸。1B1和1B2為安裝在推料缸的兩個極限工作位置的磁感應接近開關，2B1和2B2為安裝在頂料缸的兩個極限工作位置的磁感應接近開關。1Y1和2Y1分別為推料缸和頂料缸的電磁閥的電磁控制端。圖4-9供料單元氣動控制回路工作原理圖PLC的I/O接線如圖4-10所示第21頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙圖4-10供料單元PLC的I/O接線原理圖加工單元的結構加工單元的基本功能：把該單元物料臺上的工件（工件由輸送單元的抓取機械手裝置送來）送到沖壓機構下面，完成一次沖壓加工動作，然后再送回到物料臺上，待輸送單元的抓取機械手裝置取出。加工單元的實物全貌如圖4-11所示：第22頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙圖4-11加工單元的實物全貌加工單元主要結構（圖4-12）組成為：物料臺及滑動機構，加工（沖壓）機構，電磁閥組，接線端口，PLC模塊，急停按鈕和啟動/停止按鈕，底板等。第23頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙圖4-121物料臺及滑動機構物料臺及滑動機構如圖4-13所示。物料臺用于固定被加工件，并把工件移到第24頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙加工（沖壓）機構正下方進行沖壓加工。它主要由手爪氣缸、手指、物料臺伸縮氣缸、導軌及滑塊、磁感應式接近開關、漫射式光電傳感器組成。圖4-13物料臺及滑動機構滑動物料臺的工作原理：滑動物料臺原始位置是處于物料臺伸縮氣缸伸出，物料臺氣動手爪張開的狀態(tài)，當輸送機構把物料送到料臺上，物料檢測傳感器檢測到工件后，PLC控制程序驅動機械手指將工件夾緊→物料臺回到加工區(qū)域沖壓汽缸下方→沖壓氣缸向下伸出沖壓工件→完成沖壓動作后向上縮回→物料臺重新伸出→到位后機械手指松開的順序完成工件加工工序，并為下一次工件到來加工做準備。在移動料臺上安裝一個漫射式光電接近開關。若物料臺上沒有工件，則漫射式光電接近開關均處于常態(tài);若物料臺上有工件，則漫射式光電接近開關動作，表明物料臺上已有工件，需將工件輸送到加工位置進行加工。該光電傳感器的輸出信號送到PLC的輸入端，用以判別物料臺上是否有工件需進行加工。第25頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙2加工（沖壓）機構 加工（沖壓）機構如圖4-14所示。加工機構用于對工件進行沖壓加工。它主要由沖壓氣缸、沖壓頭、沖壓臺等組成。沖壓臺的工作原理：當工件到達沖壓位置時，沖壓缸伸出對工件進行加工，完成加工動作后沖壓缸縮回，為下一次沖壓做準備。沖頭根據(jù)工件的要求對工件進行沖壓加工，沖頭安裝在沖壓缸頭部。沖壓臺用于安裝沖壓缸，對沖壓缸進行固定。圖4-14加工（沖壓）機構3電磁閥組加工單元的氣爪、物料臺伸縮氣缸和沖壓氣缸均用三個二位五通的帶手控開關的單電控制電磁閥控制，三個控制閥集中安裝在帶有消聲器的匯流板上。由于沖壓缸對氣體的壓力和流量要求比較高，故沖壓缸的配套氣管粗。這三個閥分別對沖壓氣缸、物料抬手爪氣缸和物料臺伸縮氣缸的氣路進行控制，以改變各自的動作狀態(tài)。電磁閥所帶手控開關有鎖定（LOCK）和開啟（PUSH）2種位置。在進行設備調試時使用手控開關處于開啟位置，可以使用手控開關對閥進行控制，從而實現(xiàn)對相應氣路控制，以改變沖壓氣缸等執(zhí)行機構的控制，達到調試的。4接線端口圖4-15分別是本單元的接線端口外觀和端子接線圖。第26頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙圖4-15加工單元端子接線圖5氣動控制回路本工作單元氣動控制回路的工作原理如圖4-16所示。IB1和IB2為安裝在沖壓氣缸的兩個極限工作位置的磁感應接近開關，2BI和2B2為安裝在物料臺的兩個極限位置的磁感應接近開關，3B1為安裝在手爪氣缸工作位置的磁感應接近開關。1Y1、2Y1和3Y1分別為控制沖壓氣缸、物料臺伸縮氣缸和手爪氣缸的電磁閥的電磁控制端。第27頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙圖4-16加工單元氣動控制回路工作原理圖PLC的I/O接線圖如4-17所示第28頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙圖4-17PLC的I/O接線圖第29頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙2I/O地址分配4.2控制系統(tǒng)的軟件設計供料單元1流程圖第30頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙頂料到位I0.0頂料復位I0.1推料到位I0.2推料復位I0.3物料不夠檢測I0.4物料有無檢測I0.5物料臺物料檢測I0.6啟/停按鈕I0.7頂料電磁閥Q0.0推料電磁閥Q0.1第31頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙程序第32頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙LDI0.7EU=M10.0LDM10.0LPSANM10.1SM10.2,1LPPAM10.1RM10.2,1LDM10.2=M10.1LDI0.4AI0.5ANI0.6ONI0.3AM10.1=Q0.0LDI0.0ANI0.1ANI0.2ANI0.6=Q0.1加工單元1流程圖第33頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙I/O地址分布物臺物料檢測I0.0物臺夾緊檢測I0.1料臺伸出到位I0.2第34頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙料臺縮回到位I0.3加工壓頭上限I0.4加工壓頭下限I0.5急停按鈕I0.6啟/停按鈕I0.7夾緊電磁閥Q0.0料臺伸縮電磁閥Q0.1加工壓頭電磁閥Q0.2梯形圖第35頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙4程序LDI0.7EU=M10.0LDM10.0LPSANM10.1ANM10.5SM10.2,1SM10.6,1第36頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙LPPLPPAM10.1RM10.2,1RM10.6,1LDM10.2LDM10.6=M10.1=M10.5LDM10.1LDI0.2ANM11.0AI0.0LDNI0.1ANI0.6=Q0.0OLDLDI0.1LPSANM10.5ANM11.0=Q0.1SM11.1,1LDI0.3LPPANM10.3A=Q0.2RM11.1,1LDI0.5LDM11.1LDNI0.1=M11.0AM11.0OLDLPSANM10.3SM10.4,1LPPAM10.3RM10.4,1LDM10.4=M10.3LDI0.4AM10.3LDNI0.1AM11.0OLDLPS第37頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙第5章設計小結經過兩個多月的設計和開發(fā)，成功的通過了模擬調試和聯(lián)機調試，自動供料和自動加工兩單元基本設計完畢，其功能基本達到要求。整個系統(tǒng)穩(wěn)定性好。系統(tǒng)的分析與設計過程也是對學習的總結過程，更是進一步學習和探索的過程。在這個過程中，我對利用可編程序控進一步的掌握，對控制系統(tǒng)的分析與設計有了切身的認識和體會，并在學習和實踐的過程中增長了知識，豐富了經驗。控制系統(tǒng)的設計與開發(fā)是一項復雜的系統(tǒng)工程，必須嚴格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行與調試的過程來進行。系統(tǒng)的分析與設計是一項很辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程。在設計過程中，要變學習邊實踐，遇到新的問題就不斷探索和努力，即可使問題得到解決。在設計中，體會到理論必須和實際相結合。雖然搜集了大量的資料，但在實際應用中卻有很多差異，出現(xiàn)了許多意想不到的問題，許多問題都是書本上是這樣，而在實際運用中卻很不一樣，在經過多次分析修改后，才設計出達到控制要求的系統(tǒng)。第38頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙致謝在本文即將結束之際，我要由衷地感謝在我畢業(yè)設計階段，乃至本科學習生活中幫助過我的師長與同學。在畢業(yè)設計完成的過程中得到了許多老師和單位領導的幫助，學院的老師們嚴謹治學的教學使我受益非淺。本論文的選題、研究內容、研究方法及論文的形成是在導師周偉老師支持、鼓勵和悉心指導下完成的，他是我獲得深思熟慮的意見和概念清晰的見解的來源，他不惜花費自己時間對本論文提出許多意見和建議，既激發(fā)了我的靈感，又給了我持久不斷的鼓勵。在論文完成的過程中傾注了導師大量的心血，在論文完成之際，特向我尊敬的周偉導師表示衷心的感謝。本次論文與設計的完成對我是一個巨大的激勵，使我在學術研究方面充滿信心，更為我在今后的學習與工作中提供了寶貴的經驗。在學習、工作和論文寫作中，得到了同學們的熱忱幫助，在此向他們由衷的感謝。感謝院領導及各位老師在學習期間給予我的幫助。最后，對我的父母以及所有親人給予我的理解、幫助和支持表示深情的感謝。并以此文獻給所有關心與幫助過我的親人們、老師們和朋友們！第39頁共40頁畢業(yè)設計（論文）說明書專用紙參考書目：第40頁共40頁

(此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改！)畢業(yè)論文標題：基于PLC與組態(tài)技術機械手的控制系統(tǒng)學生姓名：陳勇樂譚鑫系部：電子信息系專業(yè)：電氣自動化技術班級：高電氣1102班指導教師：羅麥豐老師湖南汽車工程職業(yè)學院教務處制目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 ⑸斷層水：是指由不透水巖層,切斷了的地下水。由于水不能通過土壤或巖石，如粘土、壤土和致密完整的頁巖、火成巖和變質巖。因此存在的隔水層，使兩層不接觸水。所以在有多層不同的水質、水量的含水層地區(qū)，需要分層開采地下水，隔水層厚度和位置必須確定。低于地下水位開采礦產，為了防止地下水含水層中進我的，充滿了隔水層必須維護。1.1.2排水重要性在現(xiàn)階段我國煤礦事故頻繁發(fā)生，造成傷亡的人數(shù)和設備財產損失是巨大的，因此煤礦安全問題日益受到人們的關注。煤礦事故的原因有很多，如頂板、運輸、火災和煤塵爆炸，但通常瓦斯爆炸和水災是最頻繁、最嚴重的。如果礦井水不能夠及時排放，將不可避免地導致水災，導致設備損壞、人員傷亡，對礦井帶來災難性的后果。因此，設計一個有效的煤礦井下排水系統(tǒng)是必不可少的1.2國內外研究狀況國內研究狀況國內外學者在研究煤礦井下排水系統(tǒng)控制上已取得了許多成果。國內研究工作者主要是從安全性、可靠性和節(jié)能的角度來研究煤礦排水系統(tǒng)。對煤礦中央泵房水泵的自動控制系統(tǒng)的成功改造，為在我國在自動控制排水系統(tǒng)開辟了一個新方法。這也證明了計算機對水泵的控制和礦井監(jiān)控組成的礦井排水控制系統(tǒng)是一種可行的方法。隨后幾年，國內研究人員從離心泵、管道、電動機三個方面提出了對地下排水系統(tǒng)進行節(jié)能改造。國內某研究所提出了采用PLC自動檢測水倉的水位、管道壓力、排水流量等數(shù)據(jù)，根據(jù)煤礦用電情況和具體條件建立數(shù)學模型，實現(xiàn)水泵避峰就谷操作，節(jié)省礦山排水系統(tǒng)在能源上的消耗，因此來降低煤礦生產的成本。外研究狀況礦井排水設備是煤礦生產的主要用電設備之一，因此實現(xiàn)排水系統(tǒng)的節(jié)能用電是十分必要的，具體介紹了幾種工況點經修正后的離心泵能耗估算情況。由于控制理論和現(xiàn)代檢測技術的發(fā)展，使得自動排水系統(tǒng)的研究在理論和實踐中取得了一些巨大成果。俄羅斯教授波波夫、博士波波夫教授和北烏拉爾鋁土礦生產聯(lián)合公司工程師沙爾塔諾夫，在2000-3500kw異步電動機直接進入電網全電壓起動與礦井高揚程水泵雙機拖動的的比較，指出了礦井排水高揚程水泵采用雙電機拖動具有無可爭辯的優(yōu)越性。井水質量對排水設備的影響、管道的維護和清理也是一個需要長期研究的問題。俄羅斯研究人員利用成本相等的原則，推出了水泵循環(huán)使用周期和管道清洗周期的計算公式，為管道清理和水泵的使用提出了科學依據(jù)，提高了整個排水系統(tǒng)的安全性能。酸性礦井廢水和有害元素對井下排水系統(tǒng)的影響也是一個嚴峻的考驗。它不僅僅是關于整個排水系統(tǒng)正常運行，還影響地下設備的運行和礦井工作人員的安全。因此排除酸性礦井廢水和有害元素的技術是國外學者研究礦山排水竭力解決的問題。國外很多國家根據(jù)他們特定的環(huán)境問題，由其是對礦井酸性廢水進行大量研究，并發(fā)表數(shù)百篇學術論文和一些專著，對世界在礦井排水的研究上作出了巨大的貢獻。在許多發(fā)達國家，礦井排水已經進入系統(tǒng)管理的階段。集中在標準化，實時化和統(tǒng)計劃管理礦井排水問題，利用信息論、控制論、系統(tǒng)論和計算機技術建立水資源管理的信息系統(tǒng)。他們將排水設備的自動化的內容列入了礦山整體水資源管理的規(guī)劃之中，將所有的控制信息集中給中心控制室來進行統(tǒng)一控制。1.3本課題研究的主要內容針對目前我國煤礦井下排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本課題研制開發(fā)適合我國煤礦的井下自動排水系統(tǒng)。主要研究內容包括：1.根據(jù)排水系統(tǒng)控制要求進行PLC硬件選型和軟件的設計。2.根據(jù)水倉水位系統(tǒng)可以自動啟停水泵、輪換工作。3.根據(jù)水倉水位條件按照“避峰填谷”的原則啟停水泵。4.對系統(tǒng)設備運行、保護等參數(shù)進行實時監(jiān)測和傳送。5.發(fā)生故障時，啟動故障處理功能。1.4小結這一章先是介紹了煤礦井水災的主要來源和水災帶來的危害，明確礦井排水的重要性。然后分別介紹了煤礦井下排水自動控制系統(tǒng)在國內外的研究狀況，最后根據(jù)目前煤礦排水系統(tǒng)所面臨的的問題，提出本文研究的主要內容。2煤礦泵房自動控制系統(tǒng)2.1可編程控制器技術概況可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是一種可編程的存儲器，用來執(zhí)行內部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術等方面的操作，并可以通過數(shù)字量或模擬量輸入/輸出來控制各種類型的機器和生產過程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P的設備是根據(jù)易于工業(yè)控制系統(tǒng)和擴充的原則設計的一個有機整體。PLC只有30多年的發(fā)展歷史，卻取得了快速的發(fā)展和廣泛的應用，現(xiàn)在已經成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。20世紀20年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸電按照一定的邏輯關系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)。由于他結構簡單、易于掌握、價格便宜，能夠滿足大部分場合電氣順序邏輯控制的要求，因此在工業(yè)控制領域一直占有主導地位。20世紀60年代，由于小型計算機的出現(xiàn)和大規(guī)模生產的發(fā)展，人們曾經試圖利用小型計算機來實現(xiàn)工業(yè)控制的要求，但由于價格昂貴、編程復雜等原因一直沒有大規(guī)模的推廣應用。20世紀70年代中期出現(xiàn)了微型處理器和微型計算機，人們將微機技術應用到了PLC中，使它能更多發(fā)揮計算機的功能，不僅用邏輯編程取代了硬連線邏輯，還增加了運算、數(shù)據(jù)傳輸和處理等功能，使其成為一種電子計算機工業(yè)控制設備。國外工業(yè)界在1980年正式將其命名為可編程控制器，簡稱PC。但由于它和個人計算機的簡稱容易混淆，所以現(xiàn)在把可編程控制器簡稱為PLC。PLC種類繁多，但其組成結構和工作原理基本相同。用PLC實施控制，其實質是按照控制功能要求，通過程序按一定的要求進行輸入/輸出變換，并將這個變換給以物理實現(xiàn)，并應用于工業(yè)現(xiàn)場。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，采用典型的計算機結構，它主要與CPU、電源、儲存器和專門設計的輸入/輸出接口電路等組成。圖2.1PLC的結構框圖一、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集中在一個芯片內。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲單元、輸入/輸出接口電路相連接。CPU的主要任務是控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接受和存儲；用掃描的方式通過I/O接口接受現(xiàn)場信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中；診斷PLC內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等；PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經過命令解釋后按指令規(guī)定的任務進行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算數(shù)運算等；根據(jù)運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內容，再經輸出部件實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。二、存儲器PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩個部分。系統(tǒng)存儲器用來存放由PLC生產廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內，用戶不能更改，它使PLC具有基本的功能，能夠完成PLC設計者規(guī)定的各項工作。系統(tǒng)程序主要包括三個部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和標準程序模塊與系統(tǒng)調用管理程序。用戶存儲器包括用戶程序存儲器和用戶數(shù)據(jù)寄存器兩個部分。用戶程序存儲器來存放用戶針對具體控制任務用規(guī)定的PLC編程語言編寫的應用程序。用戶數(shù)據(jù)存儲器可以用來存放用戶程序中所使用器件的ON/OFF狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。用戶存儲器的大小關系到用戶程序容量的大小，是反應PLC性能的重要指標之一。輸入/輸出單元PLC的輸入/輸出信號類型可以是開關量、模擬量。輸入/輸出接口單元可以分為兩個部分：一部分是與被控設備相連的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。電源部分PLC一般使用220V的交流電源或是24V的直流電源，內部的開關電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V、24V等直流電源，整體式的小型PLC還提供一定容量的直流24V電源，供外部有源傳感器使用。PLC所采用的開關電源輸入電壓范圍寬、體積小、效率高、抗干擾能力強。工作原理當PLC上電后，處于正常運行時，他將不斷重復掃描過程，并不斷循環(huán)重復下去。這個過程主要分為三個階段即，輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，這三個階段是PLC工作過程的中心內容，也是PLC工作原理的實質所在。圖2.2PLC的運行框圖一、輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對應的輸入映像寄存器中，此時輸入映像寄存器被刷新。接著系統(tǒng)進入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內容。所以一般來說，輸入信號的寬度要大于一個掃描周期，或者說輸入信號的頻率不能太高，否則很可能造成信號丟失。程序執(zhí)行階段進入到程序執(zhí)行階段后，一般來說，PLC按從左到右的、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當指令涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應元件的當前狀態(tài)，然后進行相應的運算，最新運算的結果馬上再存入到相應的元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而刷新。輸出刷新階段在用戶程序執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段一起轉存到輸出鎖存器中，通過一定的方式集中輸出，最后經過輸出端子驅動外部負載，在下一個輸出刷新階段開始之前，輸出鎖存器的狀態(tài)不會改變，從而相應輸出端子的狀態(tài)也不會改變。功能特點一．PLC鮮明的特點1.抗干擾能力強，可靠性高針對工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境因素，為提高抗干擾能力，PLC在硬件和軟件方面都采取了許多措施。主要模塊均采取采用大模塊與超大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設計有完善的通道保護與信號調理電路；在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；對電源部分采取了很好的調整和保護措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施，采用信息保護和恢復技術，實時報警和運行信息顯示等，所以這使PLC具有很高的抗干擾能力。PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件完成，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯器件和繁雜的連線軟件被軟件程序取代，所以PLC控制系統(tǒng)的可靠性就大大提高。控制系統(tǒng)結構簡單，通用性強大部分情況下，一個PLC主機就組成一個控制系統(tǒng)。對于需要擴展的系統(tǒng)只要選好擴展模塊，進過簡單的連接即可。PLC控制系統(tǒng)實質性的好處是當控制要求改變時，需要變更控制系統(tǒng)的功能時，只需對程序進行簡單的修改，對硬件部分稍作更改即可，而不像繼電器控制系統(tǒng)那樣，在一個裝配好的控制盤上，對系統(tǒng)進行修改幾乎是不可能的事。同一個PLC裝置用于不同的控制對象，只是輸入/輸出組件和應用軟件不同。所以說PLC控制系統(tǒng)具有極高的柔性，即通用性強。編程方便，易于使用PLC是面向底層用戶的智能控制器，因此其最初的目的就是取代繼電器邏輯，所以在PLC誕生之時，其設計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術人員的技能和習慣，其編程語言采用可和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中電氣原理圖類似的梯形圖語言。這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門計算機知識和語言，只要具有一定的電氣和工藝知識的人員都可以在短時間內學習。功能強大，成本低現(xiàn)在PLC幾乎可以滿足所有工業(yè)控制領域的需要。PLC控制系統(tǒng)可大可小，能輕松完成單片機控制系統(tǒng)、批量控制系統(tǒng)、制造業(yè)自動化中的復雜邏輯順序控制、流程工業(yè)中大量的模擬量控制，以及組成通信網絡、進行數(shù)據(jù)處理和管理等任務。設計、施工和調試的周期短采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結構，且已經商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可以在PLC到貨前進行，因而縮減了設計周期。由于軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，從而縮短了施工周期。因為PLC是通過程序完成控制任務的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有強制和仿真的功能，故程序的設計、修改和調試都很方便，這樣大大縮短設計和投運周期。維護方便PLC的輸入/輸出端子能夠直觀的反映現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，通過編程工具可以直觀地觀察控制程序和控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如內部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)，極大的方便了維護人員查找故障，縮短了對系統(tǒng)的維護時間。二．S7-200的幾個特性1)定義掉電保護S7-200PLC允許用戶定義掉電保護區(qū)的地址范圍，這些元件包括：V、M、C、T。被定義過的區(qū)間，可以在停電后任然保持存儲器中的數(shù)據(jù)。只有保持型定時器可以設為設為掉電保護的，對計數(shù)器和定時器來說，只有當前值可以保持，它們的位不能保持。在默認情況下，M存儲器的前14個字節(jié)是非保持的。立即讀寫I/OS7-200PLC提供有立即讀寫物理I/O點的指令，使用這些指令可以直接訪問真正的輸入/輸出點，而不必使用映像寄存器作為源地址和目的地址來訪問I/O。對輸入信號增加濾波器干擾信號會引起系統(tǒng)的誤操作，S7-200PLC允許為CPU模塊上的輸入點設置濾波器，并未濾波器定義延遲時間，延遲時間從0.2ms~12.8ms可選。延遲時間可有助于濾除輸入雜波，減少輸入狀態(tài)發(fā)生意外改變的可能性。捕捉窄脈沖S7-200PLC為CPU模塊上的數(shù)字量輸入點提供脈沖捕捉功能，該功能允許PLC捕捉到持續(xù)時間很短的脈沖信號。當一個輸入點設置了脈沖捕捉功能后，輸入點的狀態(tài)變化被鎖存并一直保持到下一個掃描采樣階段，這就保證了一個持續(xù)時間很短的脈沖信號能被捕捉到。模擬電位器模擬電位器位于CPU模塊的面板上，有些CPU有一個，有些有兩個，電位器的標定范圍為0~255。這些電位器可以完成很多功能，如更新定時器、計時器的設定值、修改限定值等。其特點是成本低、簡單，但不直觀、精度低。高速I/O設置停止模式下的輸出值有些情況下，為了安全等方面的原因，需要設置在停止狀態(tài)下PLC的輸出值。S7-200PLC允許用戶選擇在STOP模式下的輸出狀態(tài)，輸出有數(shù)字量信號和模擬信號之分，對這些輸出信號，可以設置它們是保持STOP前的狀態(tài)，還是將已知設定值傳送到輸出端。2.2主排水控制系統(tǒng)在手動控制排水系統(tǒng)的基礎上加以改進，使排水系統(tǒng)具備手動和自動兩種控制方式，達到智能工作的目的。自動控制是指根據(jù)水泵、真空泵以及其它相關聯(lián)設備的工作要求設定程序來自動完成控制。而手動控制則需要操作員根據(jù)要求，按照一定順序來進行水泵及其相關設備的開?？刂啤Ｏ到y(tǒng)采用PLC（可編程控制)為核心，通過采集各種參數(shù)包括水箱水位、壓力、溫度、真空度、電壓、電流等，對水泵的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，當接收到來自操作臺的控制命令時，對水泵等電器設備進行啟動、停止等相關操作，還可以將數(shù)據(jù)傳至上位機，并通過上位機對井下排水設備進行監(jiān)控。具體來說，系統(tǒng)具有以下功能：可以選擇自動控制或是手動控制水泵輪換工作。以水泵的工作效率高為標準，對系統(tǒng)參數(shù)進行實時監(jiān)測，優(yōu)化排水系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使系統(tǒng)高效運行。在自動控制下，可以根據(jù)水倉水位的變化，控制開關閥來控制水泵的工作狀態(tài)。實時監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)，如電壓、電流、軸溫、出水口壓力等。對異常情況可及時發(fā)出警報，如高水位警報和其他故障警報。實現(xiàn)避峰就谷，根據(jù)不同時間電費的不同結合礦井的用水量和用電負荷，合理調度水泵的工作狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能的目的。排水系統(tǒng)和上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、查詢等功能。煤礦井下主排水自動控制系統(tǒng)主要由遠程控制上位機、PLC控制箱、顯示操作臺、閥門、傳輸光纜、傳感器、交換機等設備組成，根據(jù)硬件結構可分為三層：現(xiàn)場層、控制層和管理層。圖2.3井下主排水系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)結構圖如圖2.3所示，管理層中網絡視頻服務器與井下的防爆攝像儀通過以太網通信，實現(xiàn)對中央住水泵房工作情況的實時監(jiān)控。上位機用于監(jiān)控井下主排水自控系統(tǒng)，通過以太網與PLC控制箱進行信息交換，并根據(jù)攝像儀顯示的現(xiàn)場層水泵及相關聯(lián)設備的參數(shù)信息對其進行遠程控制。控制層包括PLC控制箱和顯示操作臺。PLC控制箱作為主排水控制中心和數(shù)據(jù)采集中心，用來采集水泵及相關聯(lián)設備的運行信息，并與管理層的上位機通過以太網進行實時數(shù)據(jù)交換，對各個設備集中監(jiān)控。顯示操作臺由開關按鈕。指示燈和文本顯示器組成，顯示各個設備的狀態(tài)，并實施就地控制。水泵相關聯(lián)設備主要包括各種傳感器和各種閥門。2.3離心式水泵排水系統(tǒng)離心式水泵排水系統(tǒng)的主要組成部分有：離心式水泵、電動機、起動設備、儀表、管路及管路附件等組成。圖2.4離心式水泵工作系統(tǒng)圖1-水倉；2-水泵；3-電動閘閥；4-逆止閥；5-射流泵電磁閥；6-靜止水管；7-電機啟動開關；8-電動機；9-射流泵引水設備一般為真空泵或射流泵。真空泵運行效率高，水泵啟動快，但需要提供專門的驅動設備。射流泵的結構簡單，操作方便，根據(jù)礦井的地下環(huán)境和條件，射流泵的應用更為普遍。其結構如下圖2.5所示。圖2.5射流泵系統(tǒng)結構1-噴嘴；2-吸入室；3-混合管；4-擴散管；5-吸水管；6-壓出管1、結構簡單，加工容易，成本低2、工作可靠，無泄漏，無磨損，維護方便3、可綜合利用，兼作反應器、混合器等4、能量轉換效率較低射流泵具有結構簡單、占地少、安裝容易、工作可靠、維護方便等優(yōu)點，是一種常用的引水設備，適合井下排水設備使用。2.4離心式水泵的啟停過程第一是監(jiān)測水倉的水位，當水倉的水位達到設置的水位標準時，通過控制射流泵的電磁閥線圈，打開噴射泵為離心式水泵注水。射流泵的工作會導致水泵入口處的真空度增加，離心泵的腔體會在大氣壓的作用下被配水井中的水注滿，當水泵入口處的真空度達到要求后，水泵機組的電動機觸電接通使水泵被開啟。此后水泵出口壓力將逐漸增加，當達到一定值時就不再增加，此時開啟該水泵的電動閘閥，使得這個水泵進行排水，同時關閉射流泵停止為其引水。在水泵的作用下水倉的水位逐漸下降，當水位低于安全水平時，需要先關閉排水管的電動閘閥，然后再關閉逆止閥，防止排水管中的水倒流到水倉內，然后關閉水泵電機，使其停止工作。2.5小結本章先是介紹了PLC的特點功能，工作原理，然后分析了煤礦井下自動控制的原理，即是以PLC控制箱為核心，采集現(xiàn)場設備的參數(shù)，對水泵的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，同時與上位機通信，接收來自上位機和顯示控制臺的控制命令，實行遠程監(jiān)控，最后從硬件方面簡單介紹了井下排水系統(tǒng)的組成部分，最后簡單介紹了射流泵、離心泵等相關技術。3主排水自動控制系統(tǒng)的硬件設計3.1主排水自控系統(tǒng)主要設備選型煤礦主排水系統(tǒng)設計了兩套排水管路，分別為1#主排水管路和2#副排水管路。因為地下環(huán)境的復雜性，所以采用了3臺隔爆型三相異步電動機來作為三臺水泵的驅動，在正常情況下一臺正常運轉工作，一臺備用，一臺維護。此外吸水管采用無底閥設計，在泵啟動前使用真空泵把水泵排水腔和吸入管道中的氣體抽空，使得水泵葉輪能夠完全浸沒在水中，達到良好的排水。圖3.1主排水管道示意圖從上圖我們可以看到，所有水泵都和1#主排水管路和2#副排水管路相接，支路上分別安裝了排水閘閥，并且在排水管路上安裝了真空閥。此外，主排水管路和副排水管路上都安裝了流量傳感器，正壓力傳感器安裝在每臺水泵的出水口處，負壓力傳感器安裝在水泵吸水口處來檢測水泵的真空度，將溫度傳感器安裝在水泵和電機上來檢測電機軸承溫度和水泵軸承溫度。在水倉中裝配兩組液位傳感器，一組為超聲波傳感器用來檢測水倉庫水位的變化趨勢，另一組是數(shù)字液位開關，是由3套浮球液位開關組成，可以根據(jù)浮球的沉浮情況來判斷水位的高低，使系統(tǒng)能夠根據(jù)水位變化來自動控制水泵的工作狀態(tài)。根據(jù)煤礦安全監(jiān)管法規(guī)，礦用水泵必須有三種工作方式即工作、備用和檢修。工作方式是指在本次水泵操作中當前水泵被優(yōu)先開啟，備用是指在本次水泵操作時當前水泵處于備用狀態(tài)，當打開的水泵不能滿足施工的排水要求時，備用水泵才開始工作，檢修是指是在本次水泵的操作中，當前的水泵不被使用，則是對該水泵進行維護。按照系統(tǒng)的需求，礦井主排水控制系統(tǒng)的PLC主要包括數(shù)字量輸入、模擬輸入和數(shù)字量輸出三種信號。數(shù)字量輸入信號主要包括水泵的工作,水泵的啟動和停止信號、水泵控制方式選擇的信號、選擇真空泵的信號、真空泵啟動和停止信號、排水閥以及電磁閥等開關位置的信號等。數(shù)字輸出信號包括控制水泵起停信號、故障指示信號、水泵操作指令、控制排水閘閥和電磁閥開關的信號等。模擬輸入信號是指水泵出水口正壓、入水口負壓、水泵和電機的軸承溫度、排水道路的水流量、水倉庫水位和水泵的開停狀態(tài)等信號。圖3.2PLC各模塊信號連接圖根據(jù)上圖，詳細統(tǒng)計出PLC所需的模擬量輸入點數(shù)，數(shù)字量輸入、輸出點數(shù)和通訊模塊點數(shù)，見表3.1表3.1模擬量輸入點數(shù)統(tǒng)計模擬量輸入點數(shù)統(tǒng)計參數(shù)名稱所需點數(shù)水泵出水口壓力3水泵吸收口真空度3水泵軸承溫度3電機軸承溫度3排水管的流量2水泵開停檢測3水倉的水位1合計18表3.2數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計參數(shù)名稱所需點數(shù)控制模式選擇2急停1復位1水泵啟動、停止6水泵的工作方式選擇6自動、手動1真空泵的選擇1真空泵啟動、停止2排水閥開、關12排空閥開、關12數(shù)字液位開關3合計47表3.3通訊口數(shù)目統(tǒng)計通訊口數(shù)目通訊對象所需點數(shù)上位計算機1電量檢測模塊1合計2表3.4數(shù)字量輸出點數(shù)統(tǒng)計數(shù)字量輸出點數(shù)統(tǒng)計參數(shù)名稱所需點數(shù)水泵啟動、停止6水泵運行的指示3故障指示1急停指示1水位超限指示1報警1排水閥開、關12排空閥開、關12合計37從上面的幾個表我們可以統(tǒng)計出，數(shù)字量輸入點共有47個，數(shù)字量輸出點共有37個，模擬量輸入點有18個，通訊口共有2個，其中PLC與文本顯示器通過RS485通信；PLC和PC機通過工業(yè)以太網通信，PLC通信模塊的信息首先傳遞到地下光纖通信箱，然后通過光纖傳輸?shù)降孛婀饫w接線盒，再把用光端機轉換成以太網的信號傳送交換機，供地面監(jiān)測和控制系統(tǒng)使用。通過對系統(tǒng)I/O點數(shù)的統(tǒng)計我們選擇西門子S7-200系列的PLC做為控制核心，包括226CN的CPU模塊1個，EM223CN數(shù)字量輸入/輸出擴展模塊2個，EM231模擬量輸入模塊5個。

3.2各模塊地址分配PLC的I/O端口對應于不同的映像寄存器，端口的分配要與程序中使用的寄存器相互對應，不然會因為邏輯混亂而使系統(tǒng)無法正常工作。根據(jù)煤礦井下主排水控制系統(tǒng)的要求，對每個PLC模塊I/O端口的定義如下表所示表3.5EM231端口定義EM231端口定義模塊號輸入端口端口定義EM231-1AIW01#水泵開停檢測AIW21#水泵吸水口負壓AIW41#水泵出水口負壓AIW61#主排水管路流量EM231-2AIW82#水泵開停檢測AIW102#水泵吸水口負壓AIW122#水泵出水口正壓AIW142#副排水管路流量EM231-3AIW163#水泵開停檢測AIW183#水泵吸水口負壓AIW203#水泵出水口正壓AIW22水倉水位EM231-4AIW241#水泵軸溫AIW261#電機軸溫AIW282#水泵軸溫AIW302#電機軸溫EM231-5AIW323#水泵軸溫AIW343#電機軸溫AIW36備用AIW38備用

表3.6EM223CN端口定義EM223CN端口定義模塊號輸入端口端口定義輸出端口端口定義EM223-1I3.01#排水閘閥開到位Q2.01#排水閘閥打開I3.11#排水閘閥關到位Q2.11#排水閘閥關閉I3.22#排水閘閥開到位Q2.22#排水閘閥打開I3.32#排水閘閥關到位Q2.32#排水閘閥關閉I3.43#排水閘閥開到位Q2.43#排水閘閥打開I3.53#排水閘閥關到位Q2.53#排水閘閥關閉I3.64#排水閘閥開到位Q2.64#排水閘閥打開I3.74#排水閘閥關到位Q2.74#排水閘閥關閉I4.05#排水閘閥開到位Q3.05#排水閘閥打開I4.15#排水閘閥關到位Q3.15#排水閘閥關閉I4.26#排水閘閥開到位Q3.26#排水閘閥打開I4.36#排水閘閥關到位Q3.36#排水閘閥關閉I4.41#電磁閥開到位Q3.41#電磁閥打開I4.51#電磁閥關到位Q3.51#電磁閥關閉I4.62#電磁閥開到位Q3.62#電磁閥打開I4.72#電磁閥關到位Q3.72#電磁閥關閉EM223-2I5.03#電磁閥開到位Q4.03#電磁閥打開I5.13#電磁閥關到位Q4.13#電磁閥關閉I5.24#電磁閥開到位Q4.24#電磁閥打開I5.34#電磁閥關到位Q4.34#電磁閥關閉I5.45#電磁閥開到位Q4.45#電磁閥打開I5.55#電磁閥關到位Q4.55#電磁閥關閉I5.66#電磁閥開到位Q4.66#電磁閥打開I5.76#電磁閥關到位Q4.76#電磁閥關閉I6.0備用Q5.0備用I6.1備用Q5.1備用I6.2備用Q5.2備用I6.3備用Q5.3備用I6.4備用Q5.4備用I6.5備用Q5.5備用I6.6備用Q5.6備用I6.7備用Q5.7備用CPU226CN端口定義輸入端口端口定義輸出端口端口定義I0.0遠控Q0.0故障指示I0.1就地Q0.1急停指示I0.2自動/手動Q0.2水位超限指示I0.3復位Q0.3報警I0.4急停Q0.41#水泵運行指示I0.5超高限水位開關Q0.52#水泵運行指示I0.6高限水位開關Q0.63#水泵運行指示I0.7底限水位開關Q0.71#水泵啟動I1.01#水泵工作Q1.01#水泵停止I1.11#水泵檢修Q1.12#水泵啟動I1.22#水泵工作Q1.22#水泵停止I1.32#水泵檢修Q1.33#水泵啟動I1.43#水泵工作Q1.43#水泵停止I1.53#水泵檢修Q1.5備用I1.61#水泵啟動Q1.6備用I1.71#水泵停止Q1.7備用I2.02#水泵啟動I2.12#水泵停止I2.23#水泵啟動I2.33#水泵停止I2.41#/2#真空泵選擇I2.5真空泵選擇I2.6真空泵停止I2.7備用表3.7CPU226CN端口定義表3.8部分內存變量分配部分內存變量分配變電量名稱地址備注上電延時T37預設值5s1#水泵運行計時T38預設值10s2#水泵運行計時T39預設值10s3#水泵運行計時T40預設值10s1#水泵運行時間VD722#水泵運行時間VD763#水泵運行時間VD801#水泵運行次數(shù)VD842#水泵運行次數(shù)VD883#水泵運行次數(shù)VD92