《电器与可编程控制》课程设计说明书自动配料系统控制.doc

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1、CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY电器与可编程控制课程设计说明书题目： 自动配料系统控制 二级学院（直属学部）： 延陵学院 专业： 电气工程及其自动化 班级： 09电Y3 学生姓名： 学号： 09121115 指导教师姓名： 俞霖 职称： 讲师 2011年 12月26日电器与可编程控制课程设计任务书二级学院 延陵学院 专业：电气工程及其自动化 班级：09电Y3 学生姓名指导老师俞霖职称讲师课题名称课题：电器与可编程控制指标及要求达到设计课题的控制要求，上机调试PLC控制程序，打印PLC程序，计算机绘图。课题工作内容工作内容：1、熟悉课题工作原理。2、设计方案论证

2、，系统建立，电气原理控制设计。3、元器件选择，梯形图设计（控制分析）。4、完成设计图纸，完成设计任务书。5、设计测评。进程安排第一天：下达任务，收集资料，设计准备，方案确定。第二天：电气原理控制设计，元器件选择。第三至九天：梯形图设计（控制分析），上机调试。第十天：完成设计图纸，完成设计任务书，设计测评。主要参考文献可编程控制原理与应用北京理工大学出版社 范次猛可编程控制应用技术实训指导化学工业出版社 李俊秀电气控制与PLC应用北京机械工业出版社 余雷生 方宗达电气控制与可编程控制器技术化学工业出版社 史国生地点秋白楼B511教室起止日期2011.12.262012.1.6指导教师：俞霖201

3、1年12月26日目录电器与可编程控制课程设计任务书2一 绪论4二 自动配料系统控制的介绍62.1 自动配料系统的特点72.2 自动配料系统的组成72.3 配料技术的最新进展8三 设计内容及要求83.1.控制要求83.2.设计要求93.3.控制原理93.4.控制方案10四 硬件设计114.1.元器件选择114.2.元器件的清单114.3.硬件控制原理图12五 软件设计135.1.设计理想及流程图135.2I/O表155.3.程序及说明155.4.PLC外部接线图18六 运行调试20七 小结21.参考文献22附录231.主电路图232.控制电路图233.程序（梯形图）24一 绪论自动配料系统是一个

4、针对各种不同类型的物料（固体或液体）进行输送，配比，加热，混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应用于化工，塑料，冶金，建材，食品，饲料等行业。 在氧化铝生产及其他工业生产中，经常会遇到多种物料配比控制的情况。在手动控制状态下，需要根据生产情况，计算出物料的配比，在根据配比，分别计算出各物料的理想下料量，对各台设备分别设定，来满足配比的要求。当生产情况发生变化，需要改变下料量时，则需要再次分别计算各物料的设定值，再次分别设定。计算，操作时间长，且容易出错，给生产带来不良因素。 而采用PLC控制方式以及新颖的变频调速喂料机构，配合配料控制软件包，实现物料传送，配料控制，配方设计，生产数

5、据管理等功能。并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。专利技术解决物料提供，粘连液体物料传送，配料过程中下料冲击和空中悬料误差的自动校正等问题，提高了配料精度。 三菱公司生产的超小型、小型系列可编程控制器产品是进入我国市场最早的PLC产品之一，在我国电气自动化控制系统中有较多的应用。为了适应各类高等教育的教学要求，本书选择比较有代表性的三菱FX2N系列可编程控制器进行讲述。全书共分9章，内容根据教学的需要进行编排，兼顾实际工程应用。第1、2章介绍常用低压电器、电气逻辑控制基础知识和常见电器控制电路，作为可编程控制器的基础知识；第3章是从常规电气控制过渡到可编程控制的基础，介绍二者的共同点和特

6、殊性，并进一步说明可编程控制器的基本控制原理；第4、5、6章分别介绍三菱FX2N型PLC的三大类指令：基本逻辑指令、步进顺控指令和功能指令；第7章介绍FX2N型PLC的扩展设备，主要介绍模拟量输入输出模块和定位模块；第8章介绍PLC的基本设计方法和典型示例；第9章介绍FX系列PLC编程软件的使用方法，并列举了10个电气控制电路和PLC控制电路的实验项目，以加强读者的实践能力。书中内容新颖独特，内容安排由易到难，由浅到深，有一定的广度和深度。本书主要介绍三菱FX2N型可编程控制器的基本工作原理及结构、基本逻辑指令、步进顺控指令和功能指令的应用与编程等。书中的大部分电气控制电路都经过实际接线验证，

7、PLC梯形图应用实例基本上都在笔者自制的实验装置上经过实际验证，或在三菱仿真软件上经过验证。书中大部分控制电路、梯形图和应用实例都是笔者经过反复推敲，多次修改而精选出来的。本书注重精选内容、结合实际、突出应用。在编排上循序渐进，在内容阐述上力求简明扼要、图文并茂、通俗易懂，便于教学和自学。由于本课程的实践性强，因此在编写上也安排了电气控制与可编程控制器的实验内容。另外，本书还对有关文献资料中的缺陷和不足作了纠正，对部分比较繁琐的控制电路和控制程序进行了化简，提出了不少有代表性的控制电路和控制程序。本书力求内容新颖独特、精炼，前后衔接自然，符合教学和自学的规律，理论联系实际，有很强的实用性，即使

8、是长期从事相关工作的工程专业技术人员也会从中受益。二 自动配料系统控制的介绍 全自动配料控制系统在各个行业的应用已屡见不鲜，如：冶金，有色金属，化工，建材，食品等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开放性，免维护性，可扩展性是工厂自动化FA所追求的一致目标。2.1 自动配料系统的特点（1）配料现场粉尘大，环境恶劣； （2）各组份在配方中所占比例不同，有时甚至差异悬殊； （3）配料速度和精度要求高； （4）配方可能经常变换、调整；

9、（5）物料可能受环境温度、湿度影像； 在工业生产中，经常会遇到以上情况。在手动控制状态下，需要根据生产情况，计算出各物料的配比，再根据配比，分别计算出各物料的理想下料量，对各台设备分别设定，来满足配比的要求。当生产情况发生变化，需要改变下料量时，则需要再次分别计算各物料的设定值，再次分别设定。计算,操作时间长，且容易出错，给生产带来不良因素。而采用PLC控制方式以及新颖的变频调速喂料机构，配合配料控制软件包，实现物料传送、配料控制、配方设计、生产数据管理等功能。并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。专利技术解决物料结拱、粘稠液体物料传送、配料过程中下料冲击和空中悬料误差的自动校正等问题，提

10、高了配料精度。2.2 自动配料系统的组成 自动配料系统是对粉粒或液体物料进行单秤称重并按所选配方混合这一工业进行实时监控管理的自动化系统，已广泛应用于冶金、建材、化工、医药、粮食及饲料等行业。一般的工业自动配料系统由以下几部分组成。（1）给料部分：给料部分是从料仓（或储罐）向称重设备中加料的执行机构。根据物料的不同特性，可以选用不同的给料设备，如电磁振动给料机、螺旋给料机、单（双）速电磁阀等。（2）称量部分：称量部分由传感器、标准连接件、接线盒和称量斗组成，与称量仪表一起进行物料的称量以及误差的检测。排料设备：排料可以是称重设备（减量法）或排放设备。通常由排空阀门、电磁振动给料机、螺旋给料机、

11、电（气）动阀门等组成。所有设备均应根据现场的工艺条件和物料的性质等进行设计和选择。（3）配料控制系统：配料控制系统由称量仪表、可编程控制器、上位工控机及其他控制器件等组成。（4）校称系统：配料系统传感器应进行定期调校，以保证系统配料精度。2.3 配料技术的最新进展目前，称重配料系统的流程控制几乎全部由可编程控制器（PLC）来实现，上位计算机主要用于配方管理、屏幕人机对话和称重资料的储存打印等工作。随着微处理器技术的发展，配料系统中的称量仪表由最初的专用积木式仪表发展为智能化的工业控制终端机以及专门的配料控制器。配料控制器是用来控制一种或多种物料的配置的微电脑系统，可以完全或部分取代可编程控制器

12、，实现配料的自动化。称量仪表的功能也由最初的资料显示发展为具有自动诊断、自动零位跟踪、置零去皮、预置点输出、动态称重、数据通信等多项功能。 近年来，随着现场总线技术的推广，将传统的配料控制系统改进为基于现场总线的控制系统成为科技进步的必然趋势。目前，许多用于配料的称重仪表已经有了Profibus等现场总线接口，使基于现场总线的配料控制系统成为可能，基于现场总线的配料控制系统正在迅速推广。三 设计内容及要求 3.1.控制要求 系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动对货车进行配料， 当车装满时，配料系统能自动关闭。 3.2.设计要求PLC要实现各种下料量的采集，喂料装置的启停，物料下

13、料量的控制； 组态操作界面能显示设备的运行，停车，故障； 通过界面上设置的启动，停车按钮实现整个系统的开停； 实现报警功能； 3.3.控制原理 皮带输送机由料斗，皮带，检测系统和装车系统组成。其工作原理是通过检测料斗量来对整个系统进行控制。当料斗物料不足时料斗进料，当料斗物料充足时，车到位皮带依次延时2秒启动，料斗进行卸料，当车装满时皮带依次停止，料斗关闭。输送过程结束。自动配料系统模拟实验面板图如下所示： 3.4.控制方案 1.根据课程设计任务书上提出的控制要求选择系统方案与控制方式。 2.合理选择元器件型号，正确选择进行硬件电路的设计与软件的调试。 3.完成电路设计，编写完成实时控制程序或

14、编写完成仿真程序。 4.调试和完善控制系统，使之满足控制要求。 5.编写课程设计说明书。四 硬件设计 4.1.元器件选择 PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。 在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。 本实验需要6个红绿灯，分别为L1、L2等。 电动机M1。M2、M3、M4。 开关SQ1、SQ2、SB1、SB2、D1、D2、D3、D4等。 传感器S1。4.2.元器件的清单名称数量电器与可编程控制器FX2N-48RM红绿灯6电动机4开关8传感器1熔

15、断器12继电器44.3.硬件控制原理图五 软件设计 5.1.设计理想及流程图（1） 软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，表明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。 （2） 模拟调试。将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外界信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计的要求，并及时修改和调整程序，知道满足设计要求为止。 5.2I/O表输入SB1SB2S1SQ1SQ

16、2X0X1X2X3X4输出D1D2D3D4L1L2L3L4L5L6Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y26Y27Y20Y21 输出M1M2M3M4Y6Y7Y10Y11SB1、SB2分别为启动和停止按钮。 SQ1、SQ2分别为限位开关。 S1为传感器。 L1、L2分别为绿灯和红灯，L3、L4、L5、L6为指示灯。 M1、M2、M3、M4分别为电动机A、B、C、D。 D1、D2、D3、D4为进料和出料开关。 5.3.程序及说明初始状态下，若传感器S1为OFF（料斗中的物料不满），进料阀开始进料，若 传感器S1为ON，进料阀关闭。装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON时，红灯信号灯L2亮，绿

17、灯L1灭。 当限位开关SQ1置为ON时，电动机M4启动，指示灯L3亮，经过2S后；在启动电动机M3，指示灯L4亮，经过2S后；在启动电动机M2，指示灯L5亮，经过2S后；在启动电动机M1，指示灯L6亮。 在经过2S后，出料阀D2打开，物料经过料斗出料，当车装满时，限位开关 SQ2为ON，料斗关闭。 经过2S后，电动机M1停止，指示灯L3灭；在经过2S后，电动机M2停止， 指示灯L4灭；在经过2S后，电动机M3停止，指示灯L5灭；在经过2S后，电 动机M4停止，指示灯L6灭。 红灯L2灭，绿灯L1亮，表明车可以开走。按下停止按钮SB2，自动配料 装车的整个系统终止运行。5.4.PLC外部接线图

18、六 运行调试 系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动对货车进行配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。红灯L2灭，绿灯L1亮，表明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭，若料位传感器S1置为OOF（料斗中的物料已满），则停止进料（D4亮）。当S1置为ON（料斗中的物料已满），则停止进料（D4灭）。电动机M1、M2、M3和M4均为OFF。装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON，红灯信号灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4，经过2S后，再启动启动M3，再经2S后启动M2，再经过2S最后启动M1，再经过2S后才打开出料阀，物料经料斗出料。当车装满时，限位开关SQ2为ON

19、，料斗关闭，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。同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。停机控制时按下停止按钮SB2，自动配料装车的整个系统终止运行，料斗关闭，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。此时整个系统完全停止。当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，料斗出料口关闭，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。例如M1故障，M1，立即停，料斗出料口D2关闭，经过2秒延迟，M2停。在经过2秒，M3停止。经过2秒，M4停。当某条皮带机上有重物时，该皮带

20、机前面的皮带机停止，该皮带机运行2秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止。七 小结 自动配料监控系统具有运行可靠、功能齐全、投资低、升级方便等特点，采用全汉化操作界面，在线组态，形象直观，易于操作。监控系统提供了较完善的系统运行信息和产品信息，为现场操作人员创造了高效率的工作环境，实现了较为先进的过程控制和管理技术水平，并减轻了系统维护的工作量。本系统投入运行以来，各项指标均满足技术要求，并极大地改善了操作员的劳动强度，明显地提高了生产效率精细化工的自动配料监控系统，采用DCS集散控制方式分析监控系统的结构和功能，研究其控制过程，实现人机对话自动控制、集中管理、实时记录、显示与报警等功

21、能。在精细化工生产工艺中，自动配料系统是一道非常重要的工序，它由前、后配料两个子系统组成。选用西门子S7300 PLC构成数据采集控制系统，模块化设计，经济实用。全自动配料控制系统在各行业的应用已屡见不鲜，如：冶金，有色金属，化工，建材，食品等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开方性，免维护性，可扩展性是工厂自动化FA所追求的一致目标。本实验采用PLC控制方式来实现自动配料系统，实现物料传送、下料控制、故障检测等功能。配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动对货车进行配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。整个系统自动进行提高了配料精度和速度。 .参考文献 电气控制与可编程控制器技术 基于三菱FX2NPLC实验指导书 微机自动化配料控制系统 自动配料系统的设计 PLC控制和应用 SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册 PLC技术及应用设计 可编程控制器原理及应用 提高微机配料精度的措施 附录 1.主电路图 2.控制电路图 3.程序（梯形图）