《电器与可编程控制》课程设计说明书自动配料系统控制

1、changzhou institute of technology 电器与可编程控制电器与可编程控制课程设计说明书课程设计说明书 题目题目： 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

2、 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，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

3、 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 2011 年 12 月 26 日 目录 电器与可编程控制课程设计任务书电器与可编程控制课程设计任务书.2 2 一一 绪论绪论.4 4 二二 自动配料系统控制的介绍自动配料系统控制的介绍.6 6 2.1 自动配料系统的特点 .7 2.2 自动配料系统的组成 .7 2.3 配料技术的最新进展 .8 三三 设计内容及要求设计内容及要求.8 8 3.1.控制要求 .8 3.2.设计要求 .9 3.3.控制原理 .9 3.4.控制方案 .10 四四 硬件设

4、计硬件设计.1111 4.1.元器件选择 .11 4.2.元器件的清单 .11 4.3.硬件控制原理图 .12 五五 软件设计软件设计.1313 5.1.设计理想及流程图 .13 5.2i/o 表 .15 5.3.程序及说明 .15 5.4.plc 外部接线图 .18 六六 运行调试运行调试.2020 七七 小结小结.2121 . .参考文献参考文献.2222 附录附录.2323 1.主电路图 .23 2.控制电路图 .23 3.程序（梯形图） .24 一 绪论 自动配料系统是一个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

5、 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

6、， 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

7、 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

8、线验证，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

9、实际， 有很强的实用性，即使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

10、和精度要求高； （4）配方可能经常变换、调整； （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

11、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。 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：

12、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、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

13、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，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

14、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

15、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

16、、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 熔断器 12 继电器 4 4.3.硬件控制原理图硬件控制原理图 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 车满 车到位 料位监测 停止 启动 电动机m4 电动机m

17、3 电动机m2 电动机m1 绿灯 红灯 车到位 料满 放料 进料 m1的指示灯 m2的指示灯 m3的指示灯 m4的指示灯 ac220v p l c 自动配料系统 a bc 开关plc元件信号控制 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

18、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。 开始 红灯l2灭 绿灯l1亮 停止 s1是否为on进料阀门d4亮 进料阀门d4灭 sq1为on 电机m4启动 红灯l2亮 绿灯l1灭 2s后m3启动 2s后m2启动 2s后m1启动 2s后打开除了 阀（d2亮） sq2为on 漏斗关闭2s后m1停 止 2s后m2停止 2s后m3停止 2s后m4停止 红灯l2灭 绿灯l1亮 否 是 否 是 是 否 5.2i/o 表 sb1sb1sb2sb2s1s1sq1sq1sq2sq2 输入输入 x0x0x1x1x2x2x3x3x4

19、x4 d1d1d2d2d3d3d4d4l1l1l2l2l3l3l4l4l5l5l6l6 输出输出 y0y0y1y1y2y2y3y3y4y4y5y5y26y26y27y27y20y20y21y21 m1m1m2m2m3m3m4m4 输出输出 y6y6y7y7y10y10y11y11 sb1、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（

20、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

21、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 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

22、（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，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

23、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

24、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