《電器與可編程控制》課程設(shè)計說明書自動配料系統(tǒng)控制

1、changzhou institute of technology 電器與可編程控制電器與可編程控制課程設(shè)計說明書課程設(shè)計說明書 題目題目： 自動配料系統(tǒng)控制 二級學(xué)院（直屬學(xué)部）： 延陵學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動化 班級： 09 電 y3 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 09121115 指導(dǎo)教師姓名： 俞霖 職稱： 講師 2011 年 12 月 26 日 電器與可編程控制課程設(shè)計任務(wù)書電器與可編程控制課程設(shè)計任務(wù)書 二級學(xué)院 延陵學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動化 班級：09 電 y3 學(xué)生姓名指導(dǎo)老師俞霖職稱講師 課題名稱課題：電器與可編程控制 指標(biāo)及 要求 達到設(shè)計課題的控制要求，上機調(diào)試 plc

2、 控制程序，打印 plc 程序，計算機繪圖。 課題工 作內(nèi)容 工作內(nèi)容：1、熟悉課題工作原理。 2、設(shè)計方案論證，系統(tǒng)建立，電氣原理控制設(shè)計。 3、元器件選擇，梯形圖設(shè)計（控制分析）。 4、完成設(shè)計圖紙，完成設(shè)計任務(wù)書。 5、設(shè)計測評。 進程 安排 第一天：下達任務(wù)，收集資料，設(shè)計準(zhǔn)備，方案確定。 第二天：電氣原理控制設(shè)計，元器件選擇。 第三至九天：梯形圖設(shè)計（控制分析），上機調(diào)試。 第十天：完成設(shè)計圖紙，完成設(shè)計任務(wù)書，設(shè)計測評。 主要 參考 文獻 可編程控制原理與應(yīng)用北京理工大學(xué)出版社 范次猛 可編程控制應(yīng)用技術(shù)實訓(xùn)指導(dǎo)化學(xué)工業(yè)出版社 李俊秀 電氣控制與plc應(yīng)用北京機械工業(yè)出版社 余雷生

3、 方宗達 電氣控制與可編程控制器技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社 史國生 地點秋白樓 b511 教室起止日期 2011.12.262012.1.6 指導(dǎo)教師：俞霖 2011 年 12 月 26 日 目錄 電器與可編程控制課程設(shè)計任務(wù)書電器與可編程控制課程設(shè)計任務(wù)書.2 2 一一 緒論緒論.4 4 二二 自動配料系統(tǒng)控制的介紹自動配料系統(tǒng)控制的介紹.6 6 2.1 自動配料系統(tǒng)的特點 .7 2.2 自動配料系統(tǒng)的組成 .7 2.3 配料技術(shù)的最新進展 .8 三三 設(shè)計內(nèi)容及要求設(shè)計內(nèi)容及要求.8 8 3.1.控制要求 .8 3.2.設(shè)計要求 .9 3.3.控制原理 .9 3.4.控制方案 .10 四四 硬件設(shè)

4、計硬件設(shè)計.1111 4.1.元器件選擇 .11 4.2.元器件的清單 .11 4.3.硬件控制原理圖 .12 五五 軟件設(shè)計軟件設(shè)計.1313 5.1.設(shè)計理想及流程圖 .13 5.2i/o 表 .15 5.3.程序及說明 .15 5.4.plc 外部接線圖 .18 六六 運行調(diào)試運行調(diào)試.2020 七七 小結(jié)小結(jié).2121 . .參考文獻參考文獻.2222 附錄附錄.2323 1.主電路圖 .23 2.控制電路圖 .23 3.程序（梯形圖） .24 一 緒論 自動配料系統(tǒng)是一個針對各種不同類型的物料（固體或液體）進行輸送， 配比，加熱，混合以及成品包裝等全生產(chǎn)過程的自動化生產(chǎn)線。廣泛應(yīng)用于

5、 化工，塑料，冶金，建材，食品，飼料等行業(yè)。 在氧化鋁生產(chǎn)及其他工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到多種物料配比控制的情況。 在手動控制狀態(tài)下，需要根據(jù)生產(chǎn)情況，計算出物料的配比，在根據(jù)配比， 分別計算出各物料的理想下料量，對各臺設(shè)備分別設(shè)定，來滿足配比的要求。 當(dāng)生產(chǎn)情況發(fā)生變化，需要改變下料量時，則需要再次分別計算各物料的設(shè) 定值，再次分別設(shè)定。計算，操作時間長，且容易出錯，給生產(chǎn)帶來不良因素。 而采用 plc 控制方式以及新穎的變頻調(diào)速喂料機構(gòu)，配合配料控制軟件包， 實現(xiàn)物料傳送，配料控制，配方設(shè)計，生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等功能。并可以通過網(wǎng)絡(luò) 實現(xiàn)多個配料系統(tǒng)的集合控制。專利技術(shù)解決物料提供，粘連液體物料傳送

6、， 配料過程中下料沖擊和空中懸料誤差的自動校正等問題，提高了配料精度。 三菱公司生產(chǎn)的超小型、小型系列可編程控制器產(chǎn)品是進入我國市場最早的 plc 產(chǎn)品之一，在我國電氣自動化控制系統(tǒng)中有較多的應(yīng)用。為了適應(yīng)各類高 等教育的教學(xué)要求，本書選擇比較有代表性的三菱 fx2n 系列可編程控制器進 行講述。全書共分 9 章，內(nèi)容根據(jù)教學(xué)的需要進行編排，兼顧實際工程應(yīng)用。 第 1、2 章介紹常用低壓電器、電氣邏輯控制基礎(chǔ)知識和常見電器控制電路， 作為可編程控制器的基礎(chǔ)知識；第 3 章是從常規(guī)電氣控制過渡到可編程控制的 基礎(chǔ)，介紹二者的共同點和特殊性，并進一步說明可編程控制器的基本控制原 理；第 4、5、6

7、 章分別介紹三菱 fx2n 型 plc 的三大類指令：基本邏輯指令、步 進順控指令和功能指令；第 7 章介紹 fx2n 型 plc 的擴展設(shè)備，主要介紹模擬量 輸入輸出模塊和定位模塊；第 8 章介紹 plc 的基本設(shè)計方法和典型示例；第 9 章介紹 fx 系列 plc 編程軟件的使用方法，并列舉了 10 個電氣控制電路和 plc 控制電路的實驗項目，以加強讀者的實踐能力。 書中內(nèi)容新穎獨特，內(nèi)容安排由易到難，由淺到深，有一定的廣度和深度。 本書主要介紹三菱 fx2n 型可編程控制器的基本工作原理及結(jié)構(gòu)、基本邏輯指 令、步進順控指令和功能指令的應(yīng)用與編程等。書中的大部分電氣控制電路都 經(jīng)過實際接

8、線驗證，plc 梯形圖應(yīng)用實例基本上都在筆者自制的實驗裝置上經(jīng) 過實際驗證，或在三菱仿真軟件上經(jīng)過驗證。書中大部分控制電路、梯形圖和 應(yīng)用實例都是筆者經(jīng)過反復(fù)推敲，多次修改而精選出來的。 本書注重精選內(nèi)容、結(jié)合實際、突出應(yīng)用。在編排上循序漸進，在內(nèi)容闡述 上力求簡明扼要、圖文并茂、通俗易懂，便于教學(xué)和自學(xué)。由于本課程的實踐 性強，因此在編寫上也安排了電氣控制與可編程控制器的實驗內(nèi)容。另外，本 書還對有關(guān)文獻資料中的缺陷和不足作了糾正，對部分比較繁瑣的控制電路和 控制程序進行了化簡，提出了不少有代表性的控制電路和控制程序。本書力求 內(nèi)容新穎獨特、精煉，前后銜接自然，符合教學(xué)和自學(xué)的規(guī)律，理論聯(lián)系

9、實際， 有很強的實用性，即使是長期從事相關(guān)工作的工程專業(yè)技術(shù)人員也會從中受益。 二 自動配料系統(tǒng)控制的介紹 全自動配料控制系統(tǒng)在各個行業(yè)的應(yīng)用已屢見不鮮，如：冶金，有色金屬， 化工，建材，食品等行業(yè)。它是成品生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，特別是有連續(xù)供料要求 的行業(yè)，其配比的過程控制直接影響了成品的質(zhì)量，它是企業(yè)取得最佳經(jīng)濟效 益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點對配料控制要求也不同，但其高 可靠性，先進性，開放性，免維護性，可擴展性是工廠自動化 fa 所追求的一致 目標(biāo)。 2.1 自動配料系統(tǒng)的特點 （1）配料現(xiàn)場粉塵大，環(huán)境惡劣； （2）各組份在配方中所占比例不同，有時甚至差異懸殊； （3）配料速度

10、和精度要求高； （4）配方可能經(jīng)常變換、調(diào)整； （5）物料可能受環(huán)境溫度、濕度影像； 在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常會遇到以上情況。在手動控制狀態(tài)下，需要根據(jù)生產(chǎn) 情況，計算出各物料的配比，再根據(jù)配比，分別計算出各物料的理想下料量， 對各臺設(shè)備分別設(shè)定，來滿足配比的要求。當(dāng)生產(chǎn)情況發(fā)生變化，需要改變下 料量時，則需要再次分別計算各物料的設(shè)定值，再次分別設(shè)定。計算,操作時間 長，且容易出錯，給生產(chǎn)帶來不良因素。 而采用 plc 控制方式以及新穎的變頻調(diào)速喂料機構(gòu)，配合配料控制軟件包， 實現(xiàn)物料傳送、配料控制、配方設(shè)計、生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理等功能。并可以通過網(wǎng)絡(luò) 實現(xiàn)多個配料系統(tǒng)的集合控制。專利技術(shù)解決物料結(jié)拱、粘稠

11、液體物料傳送、 配料過程中下料沖擊和空中懸料誤差的自動校正等問題，提高了配料精度。 2.2 自動配料系統(tǒng)的組成 自動配料系統(tǒng)是對粉?；蛞后w物料進行單秤稱重并按所選配方混合這一工 業(yè)進行實時監(jiān)控管理的自動化系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化工、醫(yī)藥、 糧食及飼料等行業(yè)。一般的工業(yè)自動配料系統(tǒng)由以下幾部分組成。 （1）給料部分：給料部分是從料倉（或儲罐）向稱重設(shè)備中加料的執(zhí)行機 構(gòu)。根據(jù)物料的不同特性，可以選用不同的給料設(shè)備，如電磁振動給料機、螺 旋給料機、單（雙）速電磁閥等。 （2）稱量部分：稱量部分由傳感器、標(biāo)準(zhǔn)連接件、接線盒和稱量斗組成， 與稱量儀表一起進行物料的稱量以及誤差的檢測。排料設(shè)備：

12、排料可以是稱重設(shè) 備（減量法）或排放設(shè)備。通常由排空閥門、電磁振動給料機、螺旋給料機、電 （氣）動閥門等組成。所有設(shè)備均應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的工藝條件和物料的性質(zhì)等進行設(shè) 計和選擇。 （3）配料控制系統(tǒng)：配料控制系統(tǒng)由稱量儀表、可編程控制器、上位工控機 及其他控制器件等組成。 （4）校稱系統(tǒng)：配料系統(tǒng)傳感器應(yīng)進行定期調(diào)校，以保證系統(tǒng)配料精度。 2.3 配料技術(shù)的最新進展 目前，稱重配料系統(tǒng)的流程控制幾乎全部由可編程控制器（plc）來實現(xiàn)， 上位計算機主要用于配方管理、屏幕人機對話和稱重資料的儲存打印等工作。 隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，配料系統(tǒng)中的稱量儀表由最初的專用積木式儀表發(fā) 展為智能化的工業(yè)控制終端機

13、以及專門的配料控制器。配料控制器是用來控制 一種或多種物料的配置的微電腦系統(tǒng)，可以完全或部分取代可編程控制器，實 現(xiàn)配料的自動化。稱量儀表的功能也由最初的資料顯示發(fā)展為具有自動診斷、 自動零位跟蹤、置零去皮、預(yù)置點輸出、動態(tài)稱重、數(shù)據(jù)通信等多項功能。 近年來，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣，將傳統(tǒng)的配料控制系統(tǒng)改進為基于現(xiàn)場 總線的控制系統(tǒng)成為科技進步的必然趨勢。目前，許多用于配料的稱重儀表已 經(jīng)有了 profibus 等現(xiàn)場總線接口，使基于現(xiàn)場總線的配料控制系統(tǒng)成為可能， 基于現(xiàn)場總線的配料控制系統(tǒng)正在迅速推廣。 三 設(shè)計內(nèi)容及要求 3.1.控制要求 系統(tǒng)啟動后，配料裝置能自動識別貨車到位情況和能夠

14、自動對貨車進行配料， 當(dāng)車裝滿時，配料系統(tǒng)能自動關(guān)閉。 3.2.設(shè)計要求 plc 要實現(xiàn)各種下料量的采集，喂料裝置的啟停，物料下料量的控制； 組態(tài)操作界面能顯示設(shè)備的運行，停車，故障； 通過界面上設(shè)置的啟動，停車按鈕實現(xiàn)整個系統(tǒng)的開停； 實現(xiàn)報警功能； 3.3.控制原理 皮帶輸送機由料斗，皮帶，檢測系統(tǒng)和裝車系統(tǒng)組成。其工作原理是通過 檢測料斗量來對整個系統(tǒng)進行控制。當(dāng)料斗物料不足時料斗進料，當(dāng)料斗物料 充足時，車到位皮帶依次延時 2 秒啟動，料斗進行卸料，當(dāng)車裝滿時皮帶依次 停止，料斗關(guān)閉。輸送過程結(jié)束。自動配料系統(tǒng)模擬實驗面板圖如下所示： 3.4.控制方案 1.根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書上提出的控

15、制要求選擇系統(tǒng)方案與控制方式。 2.合理選擇元器件型號，正確選擇進行硬件電路的設(shè)計與軟件的調(diào)試。 3.完成電路設(shè)計，編寫完成實時控制程序或編寫完成仿真程序。 4.調(diào)試和完善控制系統(tǒng)，使之滿足控制要求。 5.編寫課程設(shè)計說明書。 四 硬件設(shè)計 4.1.元器件選擇 plc 機型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用 最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型。 在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，建議選用整體式結(jié) 構(gòu)的 plc；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 plc。 本實驗需要 6 個紅綠燈，分別為 l1、l2 等。 電動機 m1。m2、m3、m4。 開關(guān) sq1

16、、sq2、sb1、sb2、d1、d2、d3、d4 等。 傳感器 s1。 4.2.元器件的清單 名稱數(shù)量 電器與可編程控制器 fx2n-48rm 紅綠燈 6 電動機 4 開關(guān) 8 傳感器 1 熔斷器 12 繼電器 4 4.3.硬件控制原理圖硬件控制原理圖 y11 y10 y7 y6 km4 km3 km2 km1 y5 y4 y3 y2 y1 y0 y26 y27 y20 y21 l2 l1 d4 d3 d2 d1 l3 l4 l5 l6 com x4 x3 x2 x1 x0 com sq2 sq1 s1 sb2 sb1 n l 220v 車滿 車到位 料位監(jiān)測 停止 啟動 電動機m4 電動機m

17、3 電動機m2 電動機m1 綠燈 紅燈 車到位 料滿 放料 進料 m1的指示燈 m2的指示燈 m3的指示燈 m4的指示燈 ac220v p l c 自動配料系統(tǒng) a bc 開關(guān)plc元件信號控制 五 軟件設(shè)計 5.1.設(shè)計理想及流程圖 （1） 軟件設(shè)計的主要任務(wù)是根據(jù)控制系統(tǒng)要求將順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖， 在程序設(shè)計的時候最好將使用的軟元件（如內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器等） 列表，表明用途，以便于程序設(shè)計、調(diào)試和系統(tǒng)運行維護、檢修時查閱。 （2） 模擬調(diào)試。將設(shè)計好的程序下載到 plc 主單元中。由外界信號源加入 測試信號，可用按鈕或小開關(guān)模擬輸入信號，用指示燈模擬負載，通過各種指 示燈的亮暗

18、情況了解程序運行的情況，觀察輸入/輸出之間的變化關(guān)系及邏輯狀 態(tài)是否符合設(shè)計的要求，并及時修改和調(diào)整程序，知道滿足設(shè)計要求為止。 開始 紅燈l2滅 綠燈l1亮 停止 s1是否為on進料閥門d4亮 進料閥門d4滅 sq1為on 電機m4啟動 紅燈l2亮 綠燈l1滅 2s后m3啟動 2s后m2啟動 2s后m1啟動 2s后打開除了 閥（d2亮） sq2為on 漏斗關(guān)閉2s后m1停 止 2s后m2停止 2s后m3停止 2s后m4停止 紅燈l2滅 綠燈l1亮 否 是 否 是 是 否 5.2i/o 表 sb1sb1sb2sb2s1s1sq1sq1sq2sq2 輸入輸入 x0x0x1x1x2x2x3x3x4

19、x4 d1d1d2d2d3d3d4d4l1l1l2l2l3l3l4l4l5l5l6l6 輸出輸出 y0y0y1y1y2y2y3y3y4y4y5y5y26y26y27y27y20y20y21y21 m1m1m2m2m3m3m4m4 輸出輸出 y6y6y7y7y10y10y11y11 sb1、sb2 分別為啟動和停止按鈕。 sq1、sq2 分別為限位開關(guān)。 s1 為傳感器。 l1、l2 分別為綠燈和紅燈，l3、l4、l5、l6 為指示燈。 m1、m2、m3、m4 分別為電動機 a、b、c、d。 d1、d2、d3、d4 為進料和出料開關(guān)。 5.3.程序及說明 初始狀態(tài)下，若傳感器 s1 為 off（

20、料斗中的物料不滿） ，進料閥開始進料，若 傳感器 s1 為 on，進料閥關(guān)閉。 裝車過程中，當(dāng)汽車開進裝車位置時，限位開關(guān) sq1 置為 on 時，紅燈信號燈 l2 亮，綠燈 l1 滅。 當(dāng)限位開關(guān) sq1 置為 on 時，電動機 m4 啟動，指示燈 l3 亮，經(jīng)過 2s 后； 在啟動電動機 m3，指示燈 l4 亮，經(jīng)過 2s 后；在啟動電動機 m2，指示燈 l5 亮， 經(jīng)過 2s 后；在啟動電動機 m1，指示燈 l6 亮。 在經(jīng)過 2s 后，出料閥 d2 打開，物料經(jīng)過料斗出料，當(dāng)車裝滿時，限位開關(guān) sq2 為 on，料斗關(guān)閉。 經(jīng)過 2s 后，電動機 m1 停止，指示燈 l3 滅；在經(jīng)過

21、2s 后，電動機 m2 停止， 指示燈 l4 滅；在經(jīng)過 2s 后，電動機 m3 停止，指示燈 l5 滅；在經(jīng)過 2s 后，電 動機 m4 停止，指示燈 l6 滅。 紅燈 l2 滅，綠燈 l1 亮，表明車可以開走。按下停止按鈕 sb2，自動配料 裝車的整個系統(tǒng)終止運行。 5.4.plc 外部接線圖 六 運行調(diào)試 系統(tǒng)啟動后，配料裝置能自動識別貨車到位情況和能夠自動對貨車進行 配料，當(dāng)車裝滿時，配料系統(tǒng)能自動關(guān)閉。 紅燈 l2 滅，綠燈 l1 亮，表明允許汽車開進裝料。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） ，則停止進料（d4 亮） 。當(dāng) s1 置為 on

22、（料斗中的物料已滿） ，則停止進料（d4 滅） 。電動機 m1、m2、 m3 和 m4 均為 off。 裝車過程中，當(dāng)汽車開進裝車位置時，限位開關(guān) sq1 置為 on，紅燈信 號燈 l2 亮，綠燈 l1 滅；同時啟動電機 m4，經(jīng)過 2s 后，再啟動啟動 m3，再 經(jīng) 2s 后啟動 m2，再經(jīng)過 2s 最后啟動 m1，再經(jīng)過 2s 后才打開出料閥，物料 經(jīng)料斗出料。當(dāng)車裝滿時，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。同時紅燈 l2 滅，綠燈 l1 亮，表明汽車

23、可以開走。 停機控制時按下停止按鈕 sb2，自動配料裝車的整個系統(tǒng)終止運行，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。此時整個系統(tǒng)完全停止。當(dāng)某條皮帶機發(fā)生故障 時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，料斗出料口關(guān)閉，而該皮帶機以 后的皮帶機待運完后才停止。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 條皮帶機上有重物時，該皮帶機前面的皮帶機停止，該皮帶機運行 2 秒后停， 而該皮帶機以后的皮帶機

24、待料運完后才停止。 七 小結(jié) 自動配料監(jiān)控系統(tǒng)具有運行可靠、功能齊全、投資低、升級方便等特點， 采用全漢化操作界面，在線組態(tài)，形象直觀，易于操作。監(jiān)控系統(tǒng)提供了較 完善的系統(tǒng)運行信息和產(chǎn)品信息，為現(xiàn)場操作人員創(chuàng)造了高效率的工作環(huán)境， 實現(xiàn)了較為先進的過程控制和管理技術(shù)水平，并減輕了系統(tǒng)維護的工作量。 本系統(tǒng)投入運行以來，各項指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，并極大地改善了操作員 的勞動強度，明顯地提高了生產(chǎn)效率精細化工的自動配料監(jiān)控系統(tǒng)，采用 dcs 集散控制方式分析監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，研究其控制過程，實現(xiàn)人機對話自 動控制、集中管理、實時記錄、顯示與報警等功能。在精細化工生產(chǎn)工藝中， 自動配料系統(tǒng)是一道非常重要的工序，它由前、后配料兩個子系統(tǒng)組成。選用 西門子 s7300