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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上分布式控制課程設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 題 目： 自動(dòng)送料裝車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 校： 院 系： 設(shè) 計(jì) 人 員： 指 導(dǎo) 教 師： 1、 自動(dòng)送料裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要：該設(shè)計(jì)通過西門子小型PLC S7-200編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料裝車系統(tǒng)的控制，通過上位機(jī)組態(tài)軟件WinCC實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行過程的監(jiān)視，兩者通訊即實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)送料裝車控制系統(tǒng)的監(jiān)控。 關(guān)鍵字：西門子; PLC ;組態(tài)軟件; WinCC 2、 應(yīng)用背景基于PLC和組態(tài)軟件的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，因此自動(dòng)化程度越來越高。電器控制

2、技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而得到迅速發(fā)展的。 在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本，減輕工人的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)要求整個(gè)工藝生產(chǎn)過程全盤自動(dòng)化，這就離不開控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是整個(gè)生產(chǎn)線的靈魂，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線起著指揮的作用。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，輕者影響生產(chǎn)線的繼續(xù)進(jìn)行，重者甚至發(fā)生人生安全事故這樣將給企業(yè)造成重大損失。 送料小車是基于PLC控制系統(tǒng)來設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的每一步動(dòng)作都直接作用于送料小車的運(yùn)行，因此，送料小車性能的好壞與控制系統(tǒng)性能的好壞有著直接的關(guān)系。送料小車能否正常運(yùn)行、工作效率的高低都與控制系統(tǒng)密不可分。 所以對(duì)送料小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要予以重視。 可編

3、程序控制器是結(jié)合繼電接觸器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)而不斷發(fā)展完善起來的一種自動(dòng)控制裝置，具有編程簡(jiǎn)單、使用方便、通用性強(qiáng)、可靠性高、體積小、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用得十分廣泛。 該控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際要求利用PLC的實(shí)時(shí)控制和順序處理功能，完成系統(tǒng)控制，在本次論文中給出了控制系統(tǒng)的主電路圖及軟件設(shè)計(jì)。西門子S7-200可編程序控制器以其緊湊的設(shè)計(jì)及強(qiáng)大的功能作為小型PLC的代表有著很高的市場(chǎng)占有率。 組態(tài)軟件是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提

4、供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。西門子的WinCC是西門子HMI的組成部分，也是組態(tài)軟件中的代表之一。 3、 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 本課題的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有:熟悉西門子PLC S7-200編程軟件STEP 7-Micro/WIN，根據(jù)控制過程分配IO口，應(yīng)用順序控制設(shè)計(jì)法先畫出描述系統(tǒng)控制過程的順序功能圖（Sequential Function Chart），繼而轉(zhuǎn)換為梯形圖在編程軟件中下載調(diào)試，實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能后進(jìn)行軟件組態(tài)，設(shè)計(jì)出自動(dòng)送料裝車系統(tǒng)的形象化監(jiān)控界面，最后PLC和WinCC通信，實(shí)現(xiàn)過程現(xiàn)場(chǎng)與上位機(jī)的良好人機(jī)交互（HMI）。 確定送料小車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)送料小車拖動(dòng)電機(jī)的電器控制線

5、路原理圖；確定送料小車控制系統(tǒng)PLC的型號(hào)規(guī)格，確定PLC I/O元件列出PLC I/O元件分配表，設(shè)計(jì)送料小車控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖，PLC程序的總體結(jié)構(gòu)圖和梯形圖，包括公用程序、控制程序、信號(hào)顯示和故障報(bào)警程序等 設(shè)計(jì)目的：1) 熟練掌握PLC的指令系統(tǒng)學(xué)會(huì)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和特殊繼電器在實(shí)際中的應(yīng)用。 2) 通過設(shè)計(jì)牢固掌握用功能表圖設(shè)計(jì)梯形圖的方法、步驟及繪制梯形圖所遵循的規(guī)則和設(shè)計(jì)技巧。學(xué)會(huì)時(shí)序控制程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法。 3) 學(xué)會(huì)PLC輸入/輸出點(diǎn)的分配、接線。4、 可編程序控制器概述 可編程序控制器(Programmable Controller)通常也可簡(jiǎn)稱為可編程控制器,

6、英文縮寫為PC或PLC,是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活通用、維護(hù)方便的一系列的優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工作環(huán)境的能力,更是得到了用戶的好評(píng),因而在冶金、能源、化工、交通、電力等領(lǐng)域中的到了越來越廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人、CAD/CAM） 4.1. 可編程控制器的特點(diǎn) 4.1.1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 現(xiàn)代PLC采用了集成度很高的微電子器件大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成其可靠程度是使用機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器所無法比較的。為了保證PLC

7、能在惡劣的工業(yè)環(huán)璄下可靠工作，在其設(shè)計(jì)和制造過程中采取了一系列硬件和軟件主面的抗干擾措施。 硬件主面采取的主要措施有： 1) 隔離-PLC的輸入、輸出接口電路一般都采用光電耦合器來傳遞信號(hào)這種光電隔措施使外部電路與PLC內(nèi)部之間完全避免了電的聯(lián)系，有效的抑制了外部的干擾源對(duì)PLC的影響還可防止外部強(qiáng)電竄入內(nèi)部CPU。 2) 濾波-在PLC電路電源和輸入、輸出(I/O)電路中設(shè)置多種濾波電路可有效抑制高頻干擾信號(hào)。 3) 在PLC內(nèi)部對(duì)CPU供電電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施防止干擾信號(hào)通過供電電源進(jìn)入PLC內(nèi)部另外各個(gè)輸入、輸出I/O接口電路的電源彼此獨(dú)立以避免電源之間的互相干擾。 4) 內(nèi)部

8、設(shè)置連鎖、環(huán)璄檢測(cè)與診斷等電路，一旦發(fā)生故障立即報(bào)警。 5) 外部采用密封、防塵、抗振的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)璄。 在軟件方面采取的主要措施有： 1) 設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序每次掃描都對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)璄和故障進(jìn)行檢測(cè)與診斷發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)后立即自動(dòng)做出相應(yīng)的處理以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)璄。 2) 對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備,以保障停電后有相關(guān)狀態(tài)及信息人不會(huì)因此而丟失。 采用以上抗干擾措施后一般PLC的抗電平干擾強(qiáng)度可達(dá)峰值1000V脈寬10US其平均無故障時(shí)間可高達(dá)30-50萬小時(shí)以上。 4.1.2. 編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC采用與繼電器控制線路圖非常接近的梯形圖作為編程語言它既有

9、繼電器電路清淅直觀的特點(diǎn)又充分考慮到電氣工人和技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣對(duì)于使用者來說幾乎不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)因此易學(xué)易懂程序改變也容易修改。 4.1.3. 功能完善，適應(yīng)性強(qiáng) 目前PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能還具有 A/D、D/A轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過程監(jiān)控等功能。它能根椐實(shí)際需要，方便靈活地組裝成大小各異、功能不一的控制系統(tǒng)既可控制一臺(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線、以可以控制一個(gè)機(jī)群、多條生產(chǎn)線；既可以現(xiàn)場(chǎng)控制，以可以遠(yuǎn)程控制。 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)如交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電流或電壓、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等PLC都有相應(yīng)的I/

10、O接口模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制器件和設(shè)備直接連接，用戶可以根據(jù)需要方便地進(jìn)行配置，組成實(shí)用、緊湊的控制系統(tǒng)。 4.2. 可編程控制器的編程語言 PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、流程圖語言和布爾代數(shù)語言等。其中前兩種語言用得較多流程圖語言也在許多場(chǎng)合被采用。在此介紹梯形圖語言和助記符語言的編程及其特點(diǎn)。 4.2.1. 梯形圖語言 梯形圖結(jié)構(gòu)沿用繼電控制原理圖的形式，采用了常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、線圈和功能快等結(jié)構(gòu)的圖形語言。對(duì)于同一控制電路，繼電控制原理圖和梯形圖的輸入/輸出信號(hào)基本相同，控制過程等效。二者的區(qū)別在于繼電控制原理圖使用的是硬件繼電器和定時(shí)器，靠硬件連接組成控制線路而PLC梯形圖使

11、用的是內(nèi)部繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器靠軟件實(shí)現(xiàn)控制。因此，PLC的使用具有很高的靈活性，程序修改過程非常方便。梯形圖按行從上到下、每行從左到右的順序編寫。PLC執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致。圖左、右兩邊的垂直線分別稱為起始母線和終止母線。每一邏輯行必須從起始母線開始畫起終止母線可以省略。 梯形圖中的觸點(diǎn)有兩種，即常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)。這些觸點(diǎn)可以是PLC的輸入觸點(diǎn)或內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)，也可以是內(nèi)部繼電器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。同一標(biāo)記的觸點(diǎn)可以反復(fù)使用次數(shù)不限。這是因?yàn)槊恳挥|點(diǎn)的狀態(tài)存入PLC內(nèi)的存儲(chǔ)單元中，可以反復(fù)讀/寫。傳統(tǒng)繼電器控制中的每個(gè)開關(guān)均對(duì)應(yīng)一個(gè)物理實(shí)體，故使用次數(shù)有限。這是PLC優(yōu)于傳

12、統(tǒng)控制的優(yōu)點(diǎn)之一。 梯形圖的最右側(cè)必須連接輸出元素。PLC的輸出元素用圓圈表示。機(jī)型不同輸出元素表示有些區(qū)別。同一輸出變量只能使用一次。 梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)而輸出線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 程序結(jié)束時(shí)要有結(jié)束符，一般用“END”表示。 利用計(jì)算機(jī)編程時(shí)只要按梯形圖的編寫順序把邏輯行輸入計(jì)算機(jī)，按下傳給PLC即可。也可以將梯形圖轉(zhuǎn)化成助記符語言，經(jīng)編程器逐句輸入PLC。 助記符語言是PLC的命令語句表達(dá)式。用梯形圖變成雖然直觀、簡(jiǎn)便但要求PLC配置較大的顯示器方可輸入圖形符號(hào)這在有些小機(jī)型上長(zhǎng)難以滿足故需借助助記符語言。應(yīng)該指出的是不同型號(hào)的PLC，其助記符語言也不同，但其基本原理是相近

13、的。編寫時(shí)一般先根據(jù)要求編制梯形圖，然后再根據(jù)梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符語言。5、 PLC控制送料小車的設(shè)計(jì) 5 .1自動(dòng)送料小車概述 自動(dòng)送料小車系統(tǒng)是用于物料輸送的流水線設(shè)備，主要是用于煤粉、細(xì)砂等材料的運(yùn)輸。自動(dòng)送料小車系統(tǒng)一般是由給料器、傳送帶、小車等單體設(shè)備組合來完成特定的過程。這類系統(tǒng)的控制需要?jiǎng)幼鞣€(wěn)定，具備連續(xù)可靠工作的能力。 送料小車控制系統(tǒng)采用了PLC控制。從送料小車的工藝流程來看，其控制系統(tǒng)屬于自動(dòng)控制與手動(dòng)控制相結(jié)合的系統(tǒng)，因此，此送料小車電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作方式。在程序設(shè)計(jì)上采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，這樣就省去了工作方式程序之間復(fù)雜的連鎖關(guān)系，從而在設(shè)計(jì)和修改任

14、何一種工作方式的程序時(shí)，不會(huì)對(duì)其他工作方式的程序造成任何影響，使得程序的設(shè)計(jì)，修改和故障查找工作大為簡(jiǎn)化。 5.2控制程序設(shè)計(jì) 本程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是處理好呼叫按鈕和到位開關(guān)的位置關(guān)系，為此我們采用了將每個(gè)位置的行程開關(guān)與每個(gè)位置的按鈕記錄到數(shù)據(jù)寄存器中去。如將送料小車當(dāng)前位置送到數(shù)據(jù)寄存器DO中，將呼叫工作臺(tái)號(hào)送數(shù)據(jù)寄存器Dl中，然后通過比較DO與Dl中的數(shù)據(jù)，決定送料小車運(yùn)行方向和達(dá)到的目標(biāo)位置。 6、 自動(dòng)送料裝車控制系統(tǒng)工作過程初始狀態(tài)：綠燈（L2）(QO.6)亮，紅燈（L1）(Q0.5)滅，表示允許汽車開進(jìn)裝料，此時(shí)，進(jìn)料閥門（K1），料斗閥門（K2），電動(dòng)機(jī)（M1，M2，M3）皆為OF

15、F狀態(tài)。 當(dāng)汽車到來時(shí)，檢測(cè)開關(guān)S3（I0.0）接通（負(fù)載板上未設(shè)，可從通用器件板選取），紅色信號(hào)燈L1亮，綠色L2滅（表示其他汽車不能開進(jìn)），傳送帶驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3(Q0.0)（下層）運(yùn)行；2s后，電動(dòng)機(jī)M2(Q0.1)（中層）運(yùn)行；再經(jīng)過2s，M1(Q0.2)（上層）運(yùn)行，依次順序起動(dòng)送料系統(tǒng)。 電動(dòng)機(jī)M3（下層）運(yùn)行后，進(jìn)料閥門K1(Q0.3)打開料斗進(jìn)料，料斗裝滿時(shí)，檢測(cè)開關(guān)S1=1(I0.2)接通，進(jìn)料閥門K1關(guān)閉（設(shè)1料斗物料足夠裝滿1車）；料斗出料閥門K2(Q0.4)在M1（上層）運(yùn)行及料斗滿（S1=1）后，打開放料，物料通過傳送帶的傳送，裝入汽車。 當(dāng)裝滿汽車后，稱重開關(guān)S2(I0.1)動(dòng)作，料斗出料閥門K2關(guān)閉，同時(shí)電動(dòng)機(jī)M3（下層）斷電停止，2s后M2停止，再過2s，M1（上層）停止，綠燈L2亮，紅燈L1滅，表示汽車可以開走。 備注：檢測(cè)汽車到來的開關(guān)S