自动配料说明书

南京理工大学泰州科技学院课程设计说明书(论文)作者:周恩召学号：10010100445学院(系):机械工程学院专业:机械工程及其自动化题目:基于PLC的自动配料控制系统设计指导者：范欢迎2014年1月摘要随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。我们为各个装料生产领域所生产的可编程控制器装料系统。它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便可编程控制器（PLC,ProgrammableLogicController）是一种以微处理为基础的新一代通用型工业控制器。在PLC诞生以来的二三十年中，PLC的发展十分迅猛。现在，PLC已经广泛的应用于工业生产过程和设备的电器控制。极大地提高了劳动生产率和自动化程度。PLC控制技术成为当代现实工业自动控制的主要手段之一。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。本文基于可编程序控制器PLC和组态软件设计自动配料系统的控制系统和监控系统。首先，利用日本三菱公司的FX2N系列PLC对自动配料系统进行控制。运用与之相配的FX2N编程，通过梯形图对该编程进行控制，从而使该配料系统可以按要求完成自动配料，装料全过程。其次，还设计了系统的报警电路和LED显示电路，可以检测反馈自动配料过程中的故障并在LED上显示。关键词:可编程控制器；自动配料；故障诊断；传送1.引言1.1背景目前自动配料系统在冶金、建材、化工及食品等行业应用非常广泛，随着近几年的计算机技术和PLC技术的飞速发展，国内外的自动配料系统控制方案也在不断改进。如今PLC的迅猛发展，实现了工业控制领域的飞跃，其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC正在成为工业控制领域的主流控制设备，可以用于各种规模的工业控制场合，在各个领域发挥着越来越大的作用。除了逻辑处理功能以外，近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC从逻辑控制渗透到了生产过程控制、运动控制等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强，使用PLC组成各种控制系统变的非常容易。本毕业设计是三菱可编程序控制器来实现自动配料的四节传送带的控制系统设计，采用的是日本三菱公司的FX2N系列PLC，运用与之相配的GX--Developer编程软件，通过编写梯形图来进行编程设计，从而使配料系统可以按要求自动完成配料和装料全过程，并且在发生故障时可以自动停机。1.2PLC的发展可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强及编程简单等特点。可以预料，在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。1.3课程设计任务和安排本次课程设计的自动配料四节传送带系统主要是完成给小车的自动配料，系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况及对货车进行自动配料，当车装满时，配料系统自动关闭。本设计的突出点是故障检测部分的设计，首先，当某一节传送带发生故障时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。其次，当某节传送带上的物体过重时，该节传送带和其前面的传送带会立即停止，并且数码显示电路会显示发生故障的电机的号码，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。整个系统是以PLC为核心设计的，利用LED显示灯对故障进行检测和报警，可实现自动配料的作用。1.4课程设计的目标（1）学习机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较较的方法。（2）通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路。（3）充分把握PLC关于设备运行机制的逻辑、时间、顺序等的编程控制功能。（4）充分把握PLC关于设备运行控制机制的图表表述方法：输入/输出端口分配表、接线图、梯形图、指令表、时序图及状态流程图。（5）充分了解PLC基本指令、功能指令的运用技巧。（6）培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并树立“系统设计”的思想。（7）锻炼提高学生查阅文献资料及撰写科技论文的能力。2.系统的总体设计2.1系统控制要求1.初始状态该系统启动后，绿灯L1亮，红灯L2灭，表示小车还没有达到指定位置，即允许汽车驶进装料。料斗出料口D2将关闭，若料位传感器S1置为“0”（表示料斗中的物料不满），进料阀将打开进料，此时L3亮。当料位传感器S1置为“1”（表示料斗中的物料已满），则停止进料（L3灭）。此时电动机M1、M2、M3和M4均置为“0”。2.装车过程在物料装车过程中，当汽车驶进规定的装车位置时，此时限位开关SQ1将置为“1”，绿灯L1灭，红色信号灯L2亮，表明车已到位;同时启动电动机M4，经过3S后，再启动电动机M3，再经过3S后启动电动机M2，在经过2S最后启动电动机M1，再经过3S后才打开出料阀，此时L4亮，表明物料经出料口出料。当车装满时，限位开关SQ2置为“1”，L5亮，料斗关闭，3S后电动机M1停止，电动机M2在电动机M1停止3S后停止电动机，电动机M3在电动机M2停止3S后停止，电动机M4在电动机M3停止3S后停止，同时绿灯L1亮，红灯L2灭，表明汽车已经装满可以驶出。3.故障控制如果当某节传送带上的物体过重时，该节传送带和其前面的传送带就会立即停止，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。例如，当M1上有重物时，M1会立即停止，同时数码显示电路会显示“1”,M2会在M1停止5S后停止，接着M3在M2停止5S后停止，最后M4在M3停止5S后停止。4.停机控制当按下停止按钮SB2后该自动配料装车的整个系统将终止运行，达到停机状态。2.2I/O地址表分配表2.1输入接线列表面板SB1SB2S1SQ1SQ2APLCX000X001X002X003X004X005面板BCDFR1FR2FR2PLCX006X007X010X011X012X013面板FR4PLCX014表2.2输出接线列表面板D2D4L1L2L3L4PLCY000Y001Y002Y003Y004Y005面板L5KM1KM2KM3KM4B0PLCY006Y007Y010Y011Y012Y013面板B1B2B3B4B5B6PLCY014Y015Y016Y017Y020YO21面板B7PLCY022注：A、B、C、D为重力感应开关；D2、D4分别是出料口电磁阀和进料口电磁阀；B0至B7为LED显示电路；SQ1/SQ2是两个限位开关2.3控制系统的分析1.初始状态该系统启动后，绿灯L1亮，红灯L2灭，表示小车还没有达到指定位置，即允许汽车驶进装料。料斗出料口D2将关闭，若料位传感器S1置为“0”（表示料斗中的物料不满），进料阀将打开进料，此时L3亮。当料位传感器S1置为“1”（表示料斗中的物料已满），则停止进料（L3灭）。此时电动机M1、M2、M3和M4均置为“0”。注：M10是一个中间继电器2.装车过程在物料装车过程中，当汽车驶进规定的装车位置时，此时限位开关SQ1将置为“1”，绿灯L1灭，红色信号灯L2亮，表明车已到位;同时启动电动机M4，经过3S后，再启动电动机M3，再经过3S后启动电动机M2，在经过2S最后启动电动机M1，再经过3S后才打开出料阀，此时L4亮，表明物料经出料口出料。当车装满时，限位开关SQ2置为“1”，L5亮，料斗关闭，3S后电动机M1停止，电动机M2在电动机M1停止3S后停止电动机，电动机M3在电动机M2停止3S后停止，电动机M4在电动机M3停止3S后停止，同时绿灯L1亮，红灯L2灭，表明汽车已经装满可以驶出。3.故障控制如果当某节传送带上的物体过重时，该节传送带和其前面的传送带就会立即停止，该节之后的传送带会在一定的延时后停止。例如，当M1上有重物时，M1会立即停止，同时数码显示电路会显示“1”,M2会在M1停止5S后停止，接着M3在M2停止5S后停止，最后M4在M3停止5S后停止。4.停机控制当按下停止按钮SB2后该自动配料装车的整个系统将终止运行，达到停机状态。5.LED显示LED显示在整个系统中起辅助性作用，用户可以通过LED显示的数字清楚的看到是哪个传送带出了故障，方便检查维修。6.流程图（1）、正常启动关机（2）、故障停机是否是否是否是M1故障M1立刻停D2关闭M2.M3.M4依次5秒后停止M2故障M1.M2立刻停D2关闭M3.M4依次5秒后停止M3故障M1.M2.M3立刻停D2关闭M4在5秒后停止M4故障M1.M2.M3.M4立刻停止D2关闭2.4PLC的选择根据上述的I/O分配表，共有13个输入和19个输出，选用FX2N系列的FX2N48-MR型继电器输出PLC。该型号的PLC带有20个输入和20个输出，符合本次设计的要求。下变单介绍一下FX2N系列的PLC。2.4.1FX2N的特点三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高次的超小程序装置，除输入出16～25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。特点-系统配置即固定又灵活；-编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。2.4.2FX2N产品说明FX系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点；FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案；FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方面都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量：内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩