基于自动配料系统 基于PLC对振动料斗的自动控制系统.doc

基于PLC 对振动料斗的自动控制系统目 录 第一章 总体设计方案 - 1 - 1.1 系统的工作原理和流程图 - 1 - 1.2 系统的基本功能 - 1 - 1.3 系统的结构和工作过程 - 1 - 第二章 系统软件与硬件介绍 - 2 - 2.1 PLC 的结构和工作原理 - 2 - 2.1.1 PLC 的结构 - 2 - 2.1.2 PLC 的工作原理 - 4 - 2.1.3 PLC 的分类 - 5 - 2.2 系统的硬件设计 - 6 - 2.2.1 CPM1A-20CDR-A 的CPU 模块 - 6 - 2.3 系统的软件功能及控制 - 7 - 2.3.1 CX-Programmer 的组成 - 7 - 第三章 系统各环节功能设计及检测 - 7 - 3.1、电气接线图 - 7 - 3.2、I/O 地址分配表 - 8 - 3.3、PLC 软件编程 - 9 - 结 论 - 12 - 谢 辞 - 14 -参考文献 - 15 - 摘 要现在的现代科技的发展，随着数据库、网络、计算机的发展，极大完善了自动化系统。本说明书根据配料生产的特点和要求，介绍了基于欧姆龙PLC 振动料斗自动控制系统的设计方案及仿真、使用方法。

系统完成了振动料斗系统的设计要求，并对控制系统的主要控制功能以及结构作了详细的介绍。而且着重说明了CX-Programmer 软件选用、安装、梯形图程序设计及整体系统的调试等情况。 由于PLC 的极大应用，使得产品的质量与生产效率都有所提高，在配料行业的前景比较广阔。在诸多行业的生产流程中，配料系统扮演重要的作用，使得各生产环节的能够顺利的进行，就要求配料工序的稳定性、合理性、准确性和快速性的特点。PLC 的优点外部接线简单,,在接线不改变的下,可重新设计,施工周期,内部软继电器是寄存器,触点,故障率,寿命长,抗干扰能力,执行时间,应用指令,复杂的控制功能等等.有触点系统,故障率,修复时间长,功耗大,寿命短,重新接线系统功能,容易出错等等关键字 料斗；CPM1A-20CDR-A-V1；PLC、CX-Programmer、振动电机； 引 言现今以应用工业计算机、PLC 的振动料斗控制技术已广泛应用于耐火、玻璃、水泥、医疗、建材、饲料、炼钢、筑路及包装生产等各种行业中。以前在这类控制中大多是以继电器，接触器等电器设备来完成每一步的顺序控制，自动化程度低，而且许多地方都需要人来手动完成，不仅工作效率低控制精度也难以提高。

特别是随着现代化生产的不断进步，更是对应用于过程生产中的各种自动化控制系统提出了更高的要求。下料料斗工序是企业生产工艺过程中的一道非常重要的工序，顺利下料对整个产品的质量举足轻重，落后的下料系统不仅效率低而且配料不准，手工操作又将人为因素引入配料环节，使工艺配方难以在生产中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高，因此实现高精度自动下料对工业企业生产有极为重要的意义。另外对于一些现有的中小企业，特别是一些中小型的冶金企业由于建设之初的自动化水平低或者设备已经老化陈旧，造成对资源的浪费，环境的污染，同时也加大了工人的劳动强度。因此对一些落后的中小企业的自动化改造也是急需解决的问题。振动料斗新型振动给料设备，在各种料仓下部，物料活化，能够物料的起拱粘仓堵塞料仓排料难的问题。主要有料斗多数为圆盘式直槽式PLC 是一个封闭的体系结构，厂家的硬件体系PLC 不兼容，编程语言指令系统也，当一种PLC产品后，必须选的控制规程，。 1.1 系统的工作原理和流程图振动料斗具有实时监测起拱、堵塞和粘仓现象解决料仓排料难的问题通过料斗出料口传感器检测是否有物料排出来控制料斗上的振动电机的自动控制，当传感器检测到无物料排出时，传感器（接近开关）检测并导通给PLC 输入信号，PLC 接收到信号然后按程序曹州给出输出信号控制振动电机振动使料斗里的物料活化并顺利下料。

并且必需延时 200 秒才能接受下次检测的信号。它可以采用自动方式手动方式两种运行方式 图1-1 系统控制流程图 1.2 系统的基本功能基本功能介绍自动控制：延时功能：当上一次振动电机启动时必须隔200 秒才能启动第二次。手动控制：转动现场手动开关钥匙振动电机开始振动。 1.3 系统的结构和工作过程自动配料系统中，料斗出料口传感器检测是否有物料排出来控制料斗上的振动电机的自动控制，当传感器检测到无物料排出时，传感器（接近开关）检测并导通给PLC 输入信号，PLC 接收到信号然后按程序曹州给出输出信号控制振动电机振动使料斗里的物料活化并顺利下料。并且必需延时200 秒才能接受下次检测的信号。由料仓、放料闸门、等装置配料混合系统。控制系统采用PLC 控制管理的方式设计 图1-2 系统结构示意图本系统中，实行一台可编程控制器（PLC）对一台振动电机控制。用PLC输出量信号作为振动电机的控制信号，通过接受PLC 的信号控制电机是否启动，当发生故障时，可改为手动控制模式。PLC 对振动电机的控制具有完善的自我保护和电机保护功能。采用性能较高的PLC 保证系统的可靠性，选择合适的工业现场应用的数据采集模块。

第二章 系统软件与硬件介绍 2.1 PLC 的结构和工作原理 2.1.1 PLC 的结构PLC 的实质是可编程控制器的简称，是以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。所以 plc 的基本结构与普通计算机有很多相似之处，但是为了方便工业现场安装，便于扩展，方便接线，其结构与普通计算机又有区别。PLC 的结构如下图所示。 图2-1 PLC 的结构 1.中央处理单元 CPUCPU 是PLC 的神经中枢，是系统的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务：1）接收并储存用户程序和数据；2）用扫描的方式接收现场输入设备的状态和数据;3）诊断电源、PLC 内部电路工作状态和编程过程中的语法错误；4）完成用户程序中规定的逻辑运算和算术运算任务； 2.存储器存储器是PLC 存放系统程序、用户程序和运行数据的单元。它包括随机存储器（RAM） 和只读存储器（ROM）。 3.电源PLC 一般使用 220V 的交流电源或 24V 的直流电源。开关式稳压电源模块为PLC 内部的各模块提供5V、±12V、24V 等不同电压等级的直流电源。

4.输入输出元件 I/O 模块I/O 模块是CPU 与现场I/O 装置或其它外部设备之间的桥梁。PLC 提供了具有各种操作电平与输出驱动能力的 I/O 模块和各种用途的功能模块供用户选用。 5.编程器编程器的作用是用于用户编制、编辑、调试检查和监视程序，还可以将PLC 的一些内部状态与系统参数用键盘调用和显示出来。它与CPU 联系是经过通讯端口的，完成人机对话连接。 6.外部设备PLC 都配有的外部设备一般有：打印机、盒式录音机、高分辨率屏幕彩色图形监控系统和EPA 写入器等。2.1.2 PLC 的工作原理PLC 采用了一种不同于一般计算机的运行方式，即扫描方式。 1.工作过程PLC 一但进入运行状态后，就会分为三个阶段的工作状态：输入采样、用户程序执行、输出刷新，如下图所示。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在PLC 运行的期间，PLC 的CPU 用一定的扫描速度反复执行上面三阶段。 图2-2 PLC 的工作过程 1 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次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，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 2 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。 3 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。

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 的真正输出。 2.扫描周期PLC 的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示。一个周期为通讯、自诊断、输入采样、输出刷新与用户程序执行的时间总和。 图 2-3 PLC 的扫描周期 2.1.3 PLC 的分类 1.小型PLC小型PLC 的I/O 点数不超过128 点，用户存储器容量小于4KB。这种PLC带有简单编程器，适用于中小容量的开关量控制，一般可取代4 至60 个继电器，具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制、通信等功能。由于小型PLC 与被控装置直接相连，因此要求它具有较高的环境适应能力和高可靠性，其价格十分便宜。 2.中型PLC中型PLC 采用模块化结构，其I/O 点数一般在129－512 点之间。中型PLC 除具有小型PLC 的功能外，还增加的了数据处理能力，它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强。 3.大型PLC大型PLC 的I/O 点数超过512 点，用户储存器容量大于16KB。大型PLC除具有中小型PLC 的功能外，还增加了编程终端的处理能力和通信能力，适用于多级自动控制和大型分散控制系统。

2.2 系统的硬件设计 2.2.1 CPM1A-20CDR-A 的CPU 模块与所有小型机一样，CPM1A 系列 PLC 采用整体式结构， 内部由基本单元、电源、系统程序区、用户程序区、输入/输出接口、I/O 扩展单元、编程器接口及其它外部设备组成。 1.基本单元CPM1A 系列整体式PLC 的基本单元又称主机单元，内含CPU，可以单独使用，是PLC 控制系统不可缺少的部分，其外部连接口主要有I/O 接线端子、各种外连插座或插槽，以及各种运行信号指示灯等部分。I/O 接线端子可直接用来连接控制现场的输入信号 开关、按钮等 和被控执行部件 接触器、电磁阀等 ，总的I/O 端子数量就称I/O 点数，CPM1A 系列整体式CPU 可分作10 点、20 点、30 点、40 点。 在CPM1A 系列PLC 主机面板上有两个隐藏式插槽。一个是通讯编程器插槽，插接手持式编程器即可进行编程和现场调试，或配接一个专用适配器 RS-232 即可与个人计算机 PC 机 连接，在 Windows 系统平台下可直接用梯形图进行编程操作，大大改进了编程环境，并可以进行实时监控和调试。另一个是I/O 扩展插槽，可用于连接I/O 扩展单元。

2.I/O 扩展单元 增加PLC 的I/O 点数 I/O 的扩展单元，I/OCPU 的扩展单元，体积小。它没有CPU，不能单独使用，只有I/O 扩展插槽而没有通信编程器插槽。在它的I/O的连接插座，当CPU 单元I/O 点数时，直接连接带扁平电缆的插头即可。输入连接输入、输出端子连接输出电路，其对应LED 显示灯亮、灭分别表示输入或输出的接通状态。12 点/8 点分别扩展单元的I/O 点数，I/O30 与40 点才能CPU 单元，最多连接3 个I/O 扩展单元。 2.3.1 CX-Programmer 的组成 PLC 控制软件使用欧姆龙CX-Programmer 软件开发，CX-Programmer 是OMRON公司新的编程软件，适用于 C、CV、CS1 系列 PLC，它可完成用户程序的建立、编辑、检查、调试以及监控，同时还具有完善的维护等功能，使得程序的开发及系统的维护更为简单、快捷。 一、安装CX-P 编程软件1、系统要求 运行CX-P 编程软件的计算机系统要求如表B-1 所示。 表B-1 系统要求 CPU Pentium 以上的微处理器、主频90 兆赫以上 内存 16MB 以上 硬盘 40MB 以上 操作系统 Windows 95 以上，或Windows NT 4.0 Service Pack 3 以上 计算机 IBMPC 及兼容机 2、软件安装 将CX-P 安装光盘放入CD-ROM 中，在 CX-P 子目录下双击安装程序 Setup，启动安装过程，并按照屏幕提示依次进行。

安装时首先要选择安装语言；然后将许可证的号码输入，要想运用 CX-P 所有的功能只有使用许可证号码，若没有许可证号码也可以安装成功，但是只能运用CX-P 部分功能，它也可以工作在正常状态，但是它只能支持CPM1, CPM2* 和SRM1 PLC；最后在选择是否安装CX-SERVER 时，应选择“是”。 二、CX-P 编程软件的主要功能CX-P 编程软件能够实现的功能有：编译检查程序、语句表或梯形图的编程、数据与程序的上传及下载、对PLC 的设定区进行设置、对PLC 状态的运行或内存的数据进行测试和监控、对程序清单进行打印、管理文档等功能。 第三章 系统各环节功能设计及检测3.1、电气接线图 3.2、I/O 地址分配表 3.3、PLC 软件编程 1、创建工程并编程： 2、程序的流程： 现以 1#振动电机为例对程序运行做详细介绍：当在现场控制盒把1#振动电机打到自动控制位置时，自动按钮开关闭合，程序中的的1#自动按钮点号0.01 得电导通，当下料口检测到没料时，接近开关感应到铁片使其动作闭合，并且程序中的1#接近开关点号0.00 得电导通，这样第一条程序导通，使其虚拟中间继电器继电器10.00 线圈得电。

程序如上图。中间继电器10.00 线圈得电后，则程序中的10.02 虚拟中间继电器得电并形成自锁。程序如上图。10.02 得电自锁后使输出继电器 5.00线圈得电导通，然后输出继电器控制 1#振动电机进行启动。程序如上图。10.02 中间继电器得电导通同时会启动程序中的定时器 000，定时器设置的定时时间为30 秒。程序如上图。当定时器定时30 秒后TIM000 会闭合使10.03中间继电器导通并形成自锁。程序如上图。当定时器定时 30 秒后 TIM000常闭变常开，并且10.03 中间继电器得电导通也会使常闭变常开，使10.02 中间继电器断电，由上程序可知10.02 断电后会使输出继电器5.00 线圈失电，这样1#振动电机振动30 秒后自动停机。程序如上图。当中间继电器10.03 得电导通后常开变常闭，这样会使时间定时器001 启动，并且设定的时间为200 秒。程序如上图。当定时器001 定时200 秒后TIM001 的常闭将会变常开，在这200 秒的定时期间，由于10.03 一直会自锁得电，所以由上面中的程序分析可知5.00 线圈会一直处于失电状态，这就完美的完成了一个延时功能，即 1#振动电机启动运行30 秒后，必须延时200 秒才能进行下一次启动。

这样就很好地保护了振动电机频繁启动导致烧坏电机。当现场控制盒打到现场控制位置时（1#手动按钮），程序中的0.02 点号就会常开变长闭并且会使中间继电器10.01 得电导通。当中间继电器10.01 得电后其常开变常闭，这样会使5.00 输出继电器线圈得电并启动1#振动电机。这样就能手动控制振动电机。程序如上图。2#振动电机、3#振动电机，与 1#振动电机的程序工作流程是一样的。这里不做介绍。 3、对程序进行调试 结 论基于时间的因素，本设计虽然已经得到了调试，但是在实际现场的各种复杂的工作环境和不同工厂的具体要求下，软件部分可能还有一些不尽如人意的地方，这一点还有待于大量实践的检验以促使整个系统的优化。在这次设计中我对PLC 技术有了进一步了解，在PLC 与计算机相结合控制的基础上我对 CX-Programmer 编程软件的使用也有了初步的认识，对欧姆龙CPM 系列PLC 有了更深的了解，尤其是在PLC 的梯形图编程方面又学到了好多知识和编程技巧。对控制系统的设计过程有了一个整体的认识，从而能设计出一套比较完整的料斗PLC 控制系统梯形图。我感谢这次设计以及在设计过程中帮助我的同学和老师，让我有机会对大学期间所有知识有一个总结，也是所学理论与实践的结合，使我受益非浅。

同时还培养了我独立思考问题、分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下了坚实的基础。也让我意识到一个完整的系统要团结合作才能达到最好的效果，学习需要交流。 附录：系统完整程序 谢 辞 参考文献 [1] 胡学林.可编程控制器教程（提高篇）[M].北京：电子工业出版社.2005，8 [2] CX-Programmer 编程使用手册[P].欧姆龙公司.2003 [3] 张万忠、刘明芹 电器与PLC 控制技术 北京：化学工业出版社.2003.8[4] 李树雄.可编程序控制器原理及应用教程[M].北京： [5] 于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京： [6] 皮壮行.可编程序控制器的系统设计宇应用实例[M].北京： ` 开 始 初 始 化 料斗送料 启动振动电机 料斗出料 结 束 电机 料 斗 料 斗 电机 电机 料 斗 PLC 编程器 中央处理单元 CPU 输入点 输出点 系统程序存储器 用户程序存储器 第 n 个扫描周期 用户执行程序 输出刷新 输入采样 第（n-1）个扫描周期 第（n+1）个扫描周期 输入采样 上电 RUN 自诊断 通讯 输入采样 用户程序执行 输出刷新 故 障 1#接近开关 1#自动按钮 1#手动按钮 2#接近开关 2#自动按钮 2#手动按钮 3#接近开关 3#自动按钮 3#手动按钮 1#启动电机 1#自动指示灯 1#手动指示灯 2#启动电机 2#自动指示灯 2#手动指示灯 3#启动电机 3#自动指示灯 3#手动指示灯 00000500 00010501 00020502 0003050300040504 00050505 00060506 00070507 00080508 COMCOM 220~ 开 始 初 始 化 料斗送料 启动振动电机 料斗出料 结 束 手动操作