自动送料装车系统PLC控制系统设计.doc
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1、物理科学与工程技术学院毕业设计 摘要 :利用可编程序控制器(PLC)适应性强、可靠性高、维护方便等特点,采用PLC实现送料装车系统,使物料能够自动传送和装车,减少劳动力,提高生产效率。本设计以系统的控制要求为出发点,进行了系统的硬件设计和软件设计(如梯形图和指令表等)。并且采用PLC编程软件GX Developer,对梯形图进行编写,仿真和调试,测试结果表明采用PLC控制器能够达到设计要求。关键词:PLC;自动送料;硬件设计;软件设计ABSTRACT: Programmable logic controller referredto PLC, It is characterized by hi
2、gh adaptability, high reliability, easy maintenance, etc. This design uses the PLC to realize feed loading system control requirements. And it makes materials automatically transmit and loading, reduce the labor force, improve production efficiency. This design is to control demand as the starting p
3、oint of the system, introducing the hardware design and software of the system, such as ladder diagram and instruction list. Also this design uses PLC programming software GX Developer to write ladder diagram, simulate and debug. The test results show that adopting PLC can meet the design requiremen
4、ts KEY WORDS: PLC; Automatic feed; Hardware Design; Software Design目 录1. 前言11.1 系统设计的意义11.2 PLC的应用现状及发展趋势11.3 设计的主要内容12. PLC控制系统的硬件设计32.1 系统的控制要求32.2 系统的主电路图32.3 PLC机型的选择42.4 PLC容量的估算42.5 PLC输入、输出模块的选择42.6 按钮、开关类电器的选择42.7 熔断器的选择42.8 继电器的选择52.9 接触器的选择53. PLC控制系统的软件设计63.1 自动送料装车系统流程图63.2 统计输入、输出点数和选择P
5、LC的型号63.3 PLC输入、输出端子的分配63.4 PLC输入、输出端子接线图73.5 三菱PLC编程软件GX Developer73.5.1 GX Developer简介及功能73.5.2 使用GX Developer编写梯形图73.6 PLC控制程序的设计103.6.1软件设计方法103.6.2 PLC控制程序的分步设计过程10结 论13谢 辞14参考文献15附 录16附录1 自动送料装车系统总梯形图16附录2 PLC控制程序总体指令表181. 前言1.1 系统设计的意义自动送料装车系统是基于PLC控制而设计的系统,该PLC控制系统实现了物料的自动传送和装车功能,代替了过去采用的人力运
6、送物料。自动送料装车系统广泛应用于工厂物料传输的流水线设备中,可以传输煤粒、细砂等材料。该系统是由电动机、传送带、给料器、传送带、小车、开关、按钮等设备组成;它通过控制三台电动机控制物料传送皮带的移动使物料传送。而且由于PLC体积小、维修方便、操作安全、编程简单、能适应工厂恶劣的工作环境,利用PLC控制送料传送系统将会大大降低劳动力,提高生产效率,为工厂带来更多的利润。1.2 PLC的应用现状及发展趋势可编程控制器(即PLC)是在19世纪60年代末在美国首先出现的,它用来取代传统的继电器控制系统,实现逻辑控制,顺序控制,定时,计数等功能。随着PLC技术的不断完善和成熟,PLC的处理速度有了大大
7、提高,功能也日趋完善,具有通用性高、可靠性高、编程简单、抗干扰性强、适应性强、维修方便等特点。广泛应用于化工、电力、石油、采矿、冶金、机械等领域。在可编程控制器产生之前,工业生产过程和机械的控制只要是通过继电器来实现。继电器一方面具有操作简单、实用、价格便宜,抗干扰性强的优点,另一方面具有可靠性不高、灵活性差,只具有逻辑、定时的特点。因此,在现代化工厂生产过程中,为了降低劳动成本,减轻工人的工作负担,提高生产效率,同时也为了保障工人的生命安全,要求工业生产过程实现自动化,这就需要PLC控制系统。随着科学技术的不断发展到今天,PLC的CPU处理速度有了很大的提高,功能也在日趋完善,现在的PLC不
8、仅能实现开关量控制,还能实现模拟量控制、位置控制、联网通信等。PLC未来的发展将在以下几个方面:1.体积小、速度快、高性能、价格低廉;2.大型化、多功能、网络化;3.与其他智能控制系统相互渗透和结合。使用PLC控制,具有以下优点:1. 编程简单,使用方便PLC的编程语言指令少,采用简明的梯形图、逻辑图和指令表等编程语言,编程简单易学,而且当改变控制方案而不需改变硬件接线,只需修改用户程序,不必须改变硬件接线。2. 抗干扰性强,适应性强PLC能够适应工业化生产现场,采取了隔离、屏蔽、联锁、滤波等安全措施,使之能抵抗外部干扰,适应恶劣的生产环境。3. 可靠性高,维护方便PLC使用软件代替继电器,仅
9、需要少量的输入和输出硬件,可以因触点的接触不良产生故障大为减少,出现故障时只需将PLC的输入、输出模块拔掉,大大缩短了故障修复时间。1.3 设计的主要内容实现小车的送料装车系统控制要求的方法有多种,比如采用继电器、单片机、可编程控制器等。在上文已经讲述了采用继电器的特点,一方面具有操作简单、实用、价格便宜,抗干扰性强的优点,另一方面但由于可靠性不高、灵活性差,只具有逻辑、定时的特点,难以达到适应复杂和程序可变控制要求,无法适应激烈的市场竞争,因此在本设计中不采用继电器。另外如果采用单片机控制小车自动送料和装车,需要加入A/D、D/A转换器,线路接线复杂,且编程显得复杂和困难;而且单片机控制电路
10、容易受外界环境的干扰,适应性不高且不稳定。而由于本人的能力有限,因此也不采用单片机。此外PLC内部具有定时和计数功能,因此我采用PLC来实现小车的自动送料装车的控制。本设计以系统的控制要求为出发点,介绍了系统的硬件设计和软件设计(如梯形图和指令表等)。并且采用PLC编程软件GX Developer,对梯形图进行编写,仿真和调试,最后得出结论。要达到设计的控制要求,其过程分为两个部分:一是系统的硬件设计,二是系统的软件设计。系统的硬件设计内容包括PLC机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、输入和输出设备的选择等;系统的软件设计的内容有分配输入和输出的点数、画出系统流程图、设计梯形图和指令表程
11、序。另外我采用三菱PLC编程软件GX Developer 对梯形图进行编写,经检查无误后再仿真与调试,最终得出结论。 预期的结果是:采用PLC编程软件进行系统的调试与仿真,通过控制输入触点的通与断,得出对应的输出。即实现了控制输入开关的通断控制三台电动机的启动与停止,来控制物料传送皮带的移动使物料传送。2. PLC控制系统的硬件设计2.1 系统的控制要求初始状态,红灯L1灭,绿灯L2亮,小车可以开进装料,料斗K2关闭,电动机M1、M2、M3都关闭。当料不满时K1导通,K2关闭不出料。当小车开到称重开关S2处,S2接通,红灯L1亮,绿灯L2灭;按下启动按钮S3,电动机M3运行,电动机M2在M3启
12、动后延迟2秒运行,电动机M1在M2转动后延迟2秒运行;K2在M1运行2秒后导通出料。当料满后,断开称重开关S2,料斗K2关闭;启动按钮S3关闭,电动机M1延时2秒关闭,电动机M2在M1关闭后延时2秒停止,电动机M3在M2关闭后延迟2秒停止,此时红灯L1灭,绿灯L2亮,小车可以开走。当系统发生故障时,黄灯L3亮,正常情况灭如图2-1所示: 图2-1 自动送料装车系统 2.2 系统的主电路图 系统主电路原理图如图2-2所示: 图2-2 自动送料装车系统主电路原理图图中,电动机的正反转控制送料开关K1和 料斗K2的打开和关闭;交流接触器KM1、KM2、KM3的作用是控制电动机M1、M2、M3的运行来
13、控制物料传送皮带送料;FR1、FR2、FR3是热继电器,对三台电动机起短路保护和过载保护作用。2.3 PLC机型的选择PLC机型选择的原则是:在满足控制要求的条件下,应保证工作正常运行,维护方便,以获得最佳的性价比。在选用PLC应考虑以下几个问题:(1)PLC的性能与控制要求相适应。对于开关量控制的系统,当它对于控制要求不高时,可以选择小型PLC(如MITSUB-ISHI公司FX2NX系列的FX2N16MR、FX2N32MR等)。 (2)PLC的机型系列应统一(3)PLC的CPU处理速度应满足控制要求,具体方法有:选择CPU处理速度快的PLC;优化应用软件;采用高速响应模块;考虑是否在线编程。
14、2.4 PLC容量的估算PLC容量的估算,包括两个方面:一是输入/输出点数估算,二是用户存储器的估算。(1)输入/输出点的估算通常输入点与输入信号,输出点与输出信号是一一对应的,特殊情况下会出现两个信号公用一个输入点。(2)用户存储器的估算在本设计中,输入信号有3个,输出信号有7个,则需要3个输入点和7个输出点,因此,可选择FX2N-16MR型PLC,它有8个输入点和8个输出点。2.5 PLC输入、输出模块的选择1.开关量输入模块的选择开关量输入模块的作用是检测、转换来自现场设备(如按钮、行程开关、转换开关等)的高电平信号转为PLC内部电平信号。输入接口电路按PLC输入模块与外部用户设备的接线
15、,可分为汇点输入接线和独立接线。本设计中选择三相交流输入电源AC380V,三个电动机采用汇点式输入接线方式共用一个电源。2.开关量输出模块的选择开关量输出模块的作用是将PLC内部低电平转换为外部所需电平的输出信号。 开关量输出模块有三种输出方式:继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。 2.6 按钮、开关类电器的选择在本设计系统中,采用组合开关,用于电源的引入。根据电动机的容量、电流的种类、电压的等级选择。2.7 熔断器的选择熔断器的选择方法是:首先确定熔体的额定电流;再根据熔体的规格,选择熔断器的规格;最后根据被保护电流的性质,选择熔断器的类型。1. 熔体额定电流的选择 熔体额定电流的选择需要满
16、足一定的条件: (1)IFUN I (2-1) 其中IFUN 熔体的额定电流; I负载的额定电流。 (2)在本设计中,有三台电动机共用熔断器,则: IFUN I m /2.5 (2-2) 式中:I m -电路最大电流;当三台电动机不同时启动时,系统的最大电流为: Im = 7 I emax + (2-3) 其中 其余电动机的额定电流之和; I emax 最大容量的一台电动机的额定电流。2.熔断器规格的选择熔断器的额定电压要大于系统电路的工作电压,额定电流也要大于或等于熔体的额定电流。3.熔断器类型的选择熔断器必须要根据负载保护特性、短路电流大小和安装条件选择。2.8 继电器的选择 在本设计中选
17、用具有带电保护功能的继电器,防止在运行中因电源断电而导致数据的丢失。1.时间继电器由于本设计中要延时2秒,并且从经济角度考虑,可选择空气阻尼式时间继电器,它的延时范围有0.4S-80S和0.4-180s两种,触点的额定电压为380V,额定电流为5A。2.热继电器热继电器的选择可按下列公式选择: IFRN = (0.95 1.05)Ied (2-4)其中:IFRN 热元件整定电流。2.9 接触器的选择本设计采用交流接触器。接触器应参照其主要技术参数选择。它的主要技术参数有:级数、额定工作电压、额定工作电流、额定功率、线圈额定电压、允许操作频率、机械寿命等。系统设计中主要考虑交流接触器主触头的额定
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