自动配料系统模拟实验

1、分院信息科学与工程学院专业自动化学生姓名张腾飞学号 0803010314设计题目自动配料系统模拟设计课程设计内容及要求内容：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。要求：1、按实验要求选择PLC型号2 、画出系统设计流程示意图3 、列出I/O分配表，画出I/O接线图4 、设计梯形图，指令表，完成调试5 、进行总结，编写课程设计报告，形成符合要求的书面文档3、进度及安排：1、收集课程设计的资料及其相关背景（2天）2、设计实验的总体方案（2天）3、硬件电路和软件程序的设计（2天）4 、软硬件的调试，写实验报告（2天）5 、修改实验报告，打

2、印（2天）指导教师（签字）：分院院长（签字）：摘要PLC,即可编程序控制器，是一种数字式运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而设计。PLC具有通信联网功能，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。组态软件由于计算机的普及和其本身价值（实时多任务、开放性、灵活性、通用性和可靠 性）被认知，也在快速发展中。本文基于PLC和组态软件设计自动配料系统。利用 S7-200系列 PLC对自动配料系统进行控制，运用与之相配的STEP编程，通过LAD 编程语

3、言编制了上位机的控制程序，从而使该配料系统可以按要求完 成自动配料，装料全过程。重点描述了包括硬件设计、编程环境及软 件设计在内的西门子PLC在配料装料系统中的一些细节，以及PLC与 上位机之间的通讯。主要设计了小车装料的全过程，进行PLC外部连 接线，模拟实验，通过观察指示灯的亮灭情况，对装料配料系统进一 步理解。关键词：可编程序控制器；配料装料；通信；组态软件目录1概述 11.1 PLC的定义 11.2 PLC的分类 11.3 PLC的主要功能 11.4 PLC的特点 21.5 PLC的工作原理 22自动配料系统模拟实验一一硬件设计 42.1控制要求 42.2 PLC的选择 42.3系统设

4、计流程示意图 72.4输入输出列表 82.5自动配料系统实验模板 82.6 I/O接线图 93自动配料系统模拟实验一一软件设计 93.1设计梯形图 93.2语句表设计 134传送系统调试 175结束语 19参考文献 201概述1.1 PLC的定义PLC为 Programmable Logic Controller的英文缩写，即可编程序控制器。可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专为在 工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部 存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令。并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过 程。PLC及其有

5、关外部设备，都应按易于与工业系统连成一个整体， 易于扩充其功能的原则设计。1.2 PLC的分类一、按PLC控制规模可分为小型机、中型机、大型机。二、按PLC的结构形式可分为整体式、模块式和叠装式三类1.3 PLC的主要功能(1 )开关量逻辑控制(2) 模拟量控制(3) 闭环过程控制(4) 定时控制(5) 计数控制(6) 顺序(步进)控制（7）数据处理（8）通信和联网1.4 PLC的特点（1）可靠性高、抗干扰能力强（2）通用性强、灵活性好、功能齐全（3）编程简单、使用方便（4）模块化结构（5）安装简便、调试方便（6）网络通信PLC 提供标准通信接口，可以方便地进行网络通信。（7）其他PLC 体积

6、小、能耗低，便于机电一体化。1.5 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、 用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描 周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述 三个阶段。（一）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单 元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两 个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元 的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信 号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任

7、何情况下，该输入均 能被读入。（二） 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图 时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的 状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定 是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程 中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化， 而其他 输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有 可能发

8、生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下 面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能 对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄 存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存 器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。（三） 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输 出新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正

9、输出。2自动配料系统模拟实验一一硬件设计2.1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。2.2 PLC的选择PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、 特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、 计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息 管理（有数据运算、模拟量的控制、PID调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用PLC控 制是很必要的。PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、

10、维护方 便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：（一）合理的结构型式般用于系统PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个I /O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小 工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活 方便，在I /0点数、输入点数与输出点数的比例、I /O模块的种类 等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。（二）安装方式的选择PLC系统的安装方式分为集中式、远程I /0式以及多台PLC 联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I /0硬件，系统反应快、 成本低；远程I /0式适用于大型系统，系统的装置分布范围很

11、广， 远程I/0可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动 器和远程I /0电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独 立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC但必须要附加通讯模块。（三）相应的功能要求一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只 需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带 A/D和D/A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型 低档PLC对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功 能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模

12、过程控制和集散控制系统等场 合。（四）响应速度要求PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次 PLC的响应速 度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速 度，可选用具有高速I /O处理功能的PLC或选用具有快速响应模 块和中断输入模块的PLC等。（五）系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应 考虑是否采用冗余系统或热备用系统。（六）机型尽量统一一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方 面问题：1 ）机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。2 ）

13、机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提咼3 ）机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统2.3系统设计流程示意图装车过程启动配料系统停止2.4输入输出列表输入输岀列表面板SB1SB2S1SQ1SQ2D1D2D3PLC10.0I0.1I0.2I0.3I0.4Q0.0Q0.1Q0.2面板D4L1L2M1M2M3M4PLCQ0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1SIOL12SB2OSB1OOL2O- D回.2SSQ2OSQ1OAo Bo co Do L2OMloM2OM3O wo uoDloD2OD3O

14、No2.5自动配料系统实验模板2.6 I/O接线图1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.72LQ1.0Q1.1D1D2D3D4L1L2M1M2M3MM空圧11SB2S1SQ1SQ2ABCD1MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.72MI1.0I1.1Ex Ex ex bJ K Ex K 二比图2.3 I/O 接线图3自动配料系统模拟实验一一软件设计3.1设计梯形图网緡1网紹标题按下£朗(心),湘垢通并目锁，程序开赠执订M0.0指示灯L1(Q0.4)S示允许汽车开讲装科；此时S1£0i D4C QQ3)表示料斗装料；51(

15、10.2)51,04I D3( Q0L2)刼示料斗装满料；按下孔1( IQ3)表示水车到位L1灭LH QQ.5)壳QtKMOSb启动 ，同时定时SST37JS动*开贿计时.M4> M3. M2> Mfflg两秒依次宕动；直§JD2(阴.1)亮恚示料斗出料口打开； 按下SQX 10.4> . Q0.1g位，D狹D1冠表示小车装满出料口关闭MO.OQ0.310.20.2)LCD()LODHIOfrl汕 OQLId - £+Nil0F1C £ )1I_9'0D6£iiLU 00 L丄dCi旷忖些NilSEIC ；I2 OD日£

16、;丄DDLId -0+ND 丄Nl8£1C ；I0LI3Z£100 LId -0E+££1LC 5 5_11rLtj£'DlC)11500£01C)1 / 1TltJrot)C)11ECiGDI时口丄Hl冋络3MQ1T 和INTON1按卞停止按SS02( 10.1)Md伪T勒幵贻工作，毎-T2SMk MN Ml M獗滾停止iaiIO 0M0L2T UT PT I< )网络4|SQ2C I0l4)为tW , MtH为 1, T41 导通；停止按钮初时M0.2J1 > T41导通MO 2+20- PT 1 DO 恨何絡

17、5I西后QO直位八归停止；口得逼Q06RT42INTONPT100 ms+20-m c|圧后QG復位，M2停止；T4：融T4200 7T43 pNluN+20 PTIQQrm冋络7|圧后JI廈位M菇止；T4得通T 笛QICr <)iT44INTON-PT100 msm b1 2SQ1 1复位，碉停止；00.邃位八灰；M0.31T44ant h” Q叭_C R )IN1Q3Rft 9IM0.1 MD.D同时为1时，Ok彼置1 , L1亮，表示程序正當皓束，可以进行再次运行N1Q3MOLDOOL4T 1I IC 号)3.2语句表设计STL:LD10.0OM0.0ANI0.1=M0.0LDM0

18、.0LPSANI0.2=Q0.3LRDAI0.2=Q0.2LRDANI0.3=Q0.4LRDAN Q0.4LRDAI0.3=Q0.5LRDAI0.3SQ1.1, 1TONT37, +20LRDA T37SQ1.0, 1TONT38, +20LRDA T38SQ0.7, 1TONT39, +20LRDA T39SQ0.6, 1TONT40, +20LRDAT40=Q0.1LPPAI0.4RQ0.1, 1=Q0.0=M0.1LDI0.1OM0.2AN10.0=M0.2LDM0.1OM0.2TONT41,+20LDT41RQ0.6,1TONT42,+20LDT42RQ0.7,1TONT43,+20L

19、DT43RQ1.0,1TONT44,+20LDT44RQ1.1,1RQ0.5,1=M0.3LDM0.3AM0.0SQ0.4,14传送系统调试系统启动后，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00F（料斗中的物料已满），则停止进料 （D4亮）。当S1置为0N（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

20、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（D2亮），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