【正文】 ） 1 前 言 1968 年，美國通用汽車公司首先提出可編程控制器的概念。在 1969年，美國數字設備公司（ DEC）終于研制出世界上第一臺 PLC。這是由一種新的控制系統(tǒng)代替繼電器的控制系統(tǒng)，它要求盡可能地縮短汽車流水線控制系統(tǒng)的時間，其核心采用編程方式代替繼電器方式來實現(xiàn)生產線 的控制。這種控制系統(tǒng)首先在美國通用汽車的生產線上使用，并獲得了令人滿意的效果。 傳統(tǒng)的運料小車大都是繼電器控制，而繼電器控制有著接線繁多，故障率高的缺點，且維護維修不易等缺點。作為目前國內控制市場上的主流控制器， PLC 在市場、技術、行業(yè)影響等方面有重要作用，利用 PLC 控制來代替繼電器控制已是大勢所趨。從送料小車的工藝流程來看，其控制系統(tǒng)屬于自動控制與手動控制相結合的系統(tǒng)，因此，此送料小車電氣控制系統(tǒng)設計具有手動和自動兩種工作方式。我在程序設計上采用了模塊化的設計方法，這樣就省去了工作方式程序之間復雜的聯(lián)鎖關 系，從而在設計和修改任何一種工作方式的程序時，不會對其它工作方式的程序造成影響，使得程序的設計、修改和故障查找工作大為簡化。 本設計從自動送料裝車系統(tǒng)的工藝出發(fā)，選擇了西門子（ SIEMENS）S7200 系列 CPU226 作為主要的編程對象，實現(xiàn)自動送料裝置的基本運行，然后又詳細地介紹了組態(tài)王 （ ）軟件的功能及命令語言的編輯，實現(xiàn)了對系 統(tǒng)的監(jiān)控功 能，并且 對一些變量 實現(xiàn)了遠程 控制。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 2 第 1章 概述 可編程控制技術的發(fā)展狀況 可編程控制器 (Programmable Logic Controller)簡稱 PC 或 PLC，是60 年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國數字公司 (DEC)為美國通用公司研制開發(fā)并應用汽車生產線上，取得了極佳的效果，可編程控制器自此誕生。隨著計算機技術的飛速發(fā)展， PLC 軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質與量的變化，其控制技術也不斷朝著智能化方向發(fā)展，同時推動了先進制造技術的相應發(fā)展?，F(xiàn)代 PLC 已經成為真正的工業(yè)控制設備。 最初， PLC 主要是用在生產線控制和大型機械的控制上。但不久，西德的西門子 (SIEMENS)公司、 BBC 公司就開始研制 PLC，當時主要是用于軋鋼機 、升降設備等大型設備上。 70 年代初，日本的 歐姆龍 （ OMRON）也推出了他們的 PLC。三菱、日立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后加入了 PLC 制造者的行列。 70 年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型 PLC。由于 PLC 是為工業(yè)控制所生產的通用性很強，適合于大批量生產的裝置，所以成本迅速下降；加上其是專為工業(yè)控制所設計，所以具有極好的抗干擾性能；并且他的使用和維護都極為方便，實現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機械制造業(yè)深受歡迎。小型 PLC 開始步入諸如塑料注塑機、包裝機械、橡膠機械、紡織機械等輕工機械 的控制領域，其成本的低廉和性能的優(yōu)良對直接使用微機作為控制單元的做法構成了強有力的挑戰(zhàn)，更有全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。據國外資料介紹 :1982年美國 PLC 用戶中，有 48%來自自動程序操作部門 (如汽車、拖拉機工業(yè)、機械工業(yè)等 )、 13%來自石油化工業(yè)、 9%來自食品飲料業(yè)、 7%來自冶金工業(yè)、其余部分來自造紙、采礦、污水處理等部門。近年來，隨著我國對外開放，日、美、西德等國生產的 PLC 已通過多種途徑進入了我國，引起了各方面的重視并得到應用。如寶鋼工程應用了數百臺 PLC，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應用了美國和西 德的 PLC。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 3 基于 PLC 控制的自動送料裝車系統(tǒng)簡介 自動送料裝車系統(tǒng)是用于物料輸送的流水線設備，主要是用于煤粉、細砂等材料的運輸。自動送料裝車系統(tǒng)一般是由給料器、傳送帶、小車等單體設備組合來完成特定的過程。這類系統(tǒng)的控制需要動作穩(wěn)定，具備連續(xù)可靠工作的能力。通過三臺電機和三個傳送帶、料斗、小車等的配合，才能穩(wěn)定、有效率地進行自動送料裝車過程。本次自動送料裝車系統(tǒng)采用了 PLC 控制。從送料小車運行的工藝流程來看，其控制系統(tǒng)屬于自動運行的控制系統(tǒng)，因此，此送料小車的電氣控制系統(tǒng)設計采用自動掃描 循環(huán)工作方式。而在程序設計上采用整體式設計方法，這樣就可以使讀者一目了然地看懂整個程序，從而在一定程度上省去了使用人員閱讀并分析程序的大量寶貴時間，同時也使得程序的設計、修改和故障查找工作大為簡化。自動送料裝車系統(tǒng)控制系統(tǒng)的軟件部分（信號顯示和故障顯示）均采用經驗設計法，而自動程序則采用順序控制法設計。 為了使整個控制過程更加完善，本設計采用北京亞控公司的組態(tài)王 仿真軟件對整個系統(tǒng)進行組態(tài)模擬仿真，以進一步充分檢驗并修改系統(tǒng)硬件與軟件。下面我們先介紹一下 PLC 的特點 。 PLC 的特點 1. 可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的 F 系列 PLC 平均無故障時間高達30 萬小時。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。從 PLC的機外電路來說，使用 PLC 構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時 可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 4 統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 2. 配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強及人機 界面技術的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3. 易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4. 系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外 部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 5. 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。 PLC 的應用領域 目前， PLC 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致 可歸納為如下幾類。 1. 開關量的邏輯控制 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 5 這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。 2. 模擬量控制 在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（ Analog）和數字量（ Digital）之間的 A/D 轉換及 D/A 轉換。 PLC 廠家都生產配套的 A/D 和 D/A 轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3. 運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4. 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID 調節(jié)是 一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。 5. 數據處理 現(xiàn)代 PLC 具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。 6. 通信及聯(lián)網 PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便 。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 6 第 2 章 系統(tǒng)硬件設計 自動化系統(tǒng)所使用的各種類型 PLC 中，有的是集中安裝在控制室，有的是安裝在生產現(xiàn)場和各電機設備上，它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設計主要是指硬件選型，近十幾年來，國內外眾多廠家提供了多種系列、功能各異的 PLC 產品，已有幾十個系列、幾百種型號。 PLC 品種繁多，其結構形式、性能、 I/O 點數、用戶程序內存容量、運算速度、指令系統(tǒng)、編程方法和價格 各有不同，使用場合也各有側重。因此， PLC 的合理選擇，對提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術、經濟指針以及對于控制系統(tǒng)都有著重要作用。要提高 PLC 控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求 PLC 生產廠家提高設備的抗干擾能力，另一方面要求應用部門在工程設計、安裝施工和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。 系統(tǒng)硬件的設計 自動送料裝車系統(tǒng)控制工藝要求 基于 PLC 控制的自動送料裝車系統(tǒng)的控制要求如下： 初始狀態(tài)：紅燈 L2 滅，綠燈 L1 亮，表示允許汽車進來裝料。此時，進料閥門（ K1），送料閥門（ K2），電動機（ M M M3）皆為 OFF 狀態(tài)。當汽車到來時，車輛檢測開關 S2 接通，紅燈 L2 亮，綠燈 L1 滅，電動機M3 運行，電動機 M2 在 M3 接通 2 秒后運行，電動機 M1 在 M2 啟動 2 秒后運行，依次順序起動整個送料系統(tǒng)。 當電動機 M3 運行后，進料閥門 K1 打開給料斗進料。當料斗中物料裝滿時，料斗檢測開關 S1 接通，此時進料閥門 K1 關閉（設 1 料斗物料足夠運料小車裝滿一車）。料斗出料閥門 K2在電動機 M1運行 2 秒及料斗裝滿后，打開放料，物料通過傳送帶 PD PD2 和 PD3 的傳送，裝入汽車。 當運料小車裝滿 后，稱重開關 S3 動作，送料閥門 K2 關閉，同時電動機 M1 延時 2 秒后停止，電動機 M2 在 M1 停止 2 秒后停止，電動機 M3 在 M2洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 停止 2 秒后停止。此時綠燈 L1 亮，紅燈 L2 滅，表示汽車可以開走。 主電路的設計 主電路的設計對于本次設計小車自動送料裝車系統(tǒng)設計相當重要 ,只有在主電路設計正確且簡便的基礎上 ,系統(tǒng)控制電路及軟件設計才能精簡方便。 根據系統(tǒng)的控制工藝要求，我所設計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖 21 所示。圖中， M1， M2， M3 為三臺皮帶傳輸送料電動機，交流接觸器 KM1~KM3 通過控制三臺電動機的運行 來控制三個傳送帶，從而進行對物料的傳輸。 FR1， FR2， FR3 為起過載保護作用的熱繼電器，用于物料傳輸過程中當傳送帶過載時斷開主電路。 FU1 為熔斷器，起過電流保護作用。 M 1 3 ～M 2 3 ～M 3 3 ～Q SF UK M 1 K M 2 K M 3F R 1 F R 2 F R 3電 機 M 1 電 機 M 2 電 機 M 3L 1L 2L 3 圖 21 自動送料裝車系統(tǒng)主電路原理圖 I/O 地址分配 此次設計，系統(tǒng)占用 12 個 PLC 的 I/O 端口，分別是 5 個輸入端口和 7個輸出端口，具體的 I/O 分配如表 21 所示 。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 表 21 自動送料裝置系統(tǒng) I/O 地址表