机械数控PLC配料生产线中的应用文档格式.docx
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传感器；
变频调速
Abstract
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,industrialproductioninthisturntheworldupsidedownchanges,andPLC（programmablelogiccontroller）inindustrialproductionplaysaconspicuousrole.WhilethePLCindustrialcontrolsystemforeverykindofautomationcontrolequipmentprovidesaveryreliablecontrolapplication,themainreasonisthatitcanprovidesafereliableandrelativelyperfectsolution.Automaticbatchingsystemisaresponsetoavarietyofdifferenttypesofmaterials（solidorliquid）fortransportation,proportioning,heating,mixingandpackagingproductssuchastheproductionprocessautomationproductionline.
ThispapermainlydiscussesthethesismainlydescribesPLCinbatchingsystemapplication.
Keywords：
Automaticbatching;
PLC;
control;
sensor;
frequencyconversionspeedregulation
目录
1引言1
2PLC的概述1
2.1工作原理1
2.2PLC的特点2
2.2.1可靠性高，抗干扰能力强2
2.2.2配套齐全，功能完善3
2.2.3易学易用3
2.2.4维护方便，容易改造3
2.2.5体积小，重量轻，能耗低3
2.3发展趋势3
3配料生产系统4
3.1系统的控制步骤4
3.2系统流程图5
3.3传感器的选择6
3.4PLC的硬件设置6
3.5系统的硬件接线图7
4配料生产系统工作梯形图7
5总结9
参考文献10
致谢词11
1引言
PLC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。
广泛应用于化工、塑料、冶金、建材、食品、饲料等行业。
在氧化铝生产及其它工业生产中，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。
2PLC的概述
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
2.1工作原理
可编程控制器，是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。
它源于继电控制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于PLC内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。
PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。
普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。
而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。
特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。
输入输出信息变换、可靠物理实现，可以说是PLC实现控制的两个基本要点PLC程序既有生产厂家的系统程序（不可更改），又有用户自行开发的应用（用户）程序。
系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。
用户程序由用户按控制要求设计。
什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。
寄存器与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。
把输人暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。
PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。
这个区的每一对应位（bit）称之为输入继电器，或称软接点。
这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。
由于PLC有强大的指令系统，编写出满足这个要求的程序是完全可能的，而且也是较为容易的，PLC实现控制的过程一般是②：
图2-1控制过程
PLC典型开机流程输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新--再输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新……永不停止地循环反复地进行着。
图1-2所示的流程图反映的就是上述过程.
2.2PLC的特点
2.2.1可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2.2.2配套齐全，功能完善
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
2.2.3易学易用
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
2.2.4维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
2.2.5体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2.3发展趋势
PLC的出现也成为了划时代的主题，通过极其稳定的硬件穿插灵活的软件控制，使得自动化走向了新的高潮。
主要由以下的三个方向：
⑴功能向择增强和专业化地方向发展，针对不同行业的应用特点，开发出专业化的PLC产品，以此来提高产品的性能的降低产品的成本，提高产品的易用性和专业化水平。
⑵规模向小型化和大型化的方向发展，小型化是指提高系统可靠性基础之上，产品的体积越来越小，功能越来越强；
大型化是指应用在工业控制领域较大的应用市场，应用的规模从几十点到上千点，应用功能从单一的逻辑与运算扩展几乎能够满足所有的用户要求。
⑶系统向标准化和开放方向发展，以个人计算机为基础，在windows平台上开发符合全新一代开放体系结构的plc。
通过提供标准化和开放化的接口，可以很方便地将PLC接入其他系统。
3配料生产系统
3.1系统的控制步骤
具体的实施步骤如下：
按下启动按钮SB1，阀门D1打开，物料A从阀门D1出料；
当物料A达到一定程度，即到达S1（传感器1）时，阀门D1关闭，阀门D2打开，物料B从阀门D2出料；
当物料B达到一定程度，即到达S2（传感器2）时，阀门D2关闭，阀门D3打开，物料C从阀门D3出料；
当物料C达到一定程度，即到达S3（传感器3）时，阀门D3关闭，同时搅拌机M转动搅拌，10s后，M停止，加热器得电开始加热，5s后，加热器断电，同时阀门D4打开，将配置完成的混合物料从D4出料。
10s后D4关闭，D1重新打开，循环以上工作。
按下停止按钮SB2，工程完成一周后系统停止工作。
D1表示A料的出料闭门，D2表示B料的出料闭门，D3表示C料的出料闭门，D4表示A、B、C三种料混合后的物料出料闭门。
S1表示感应A料位置的传感器，S2表示感应B料位置的传感器，S3表示感应C料位置的传感器。
系统工作图如图3-1所示：
D3
图3-1工作图
3.2系统流程图
图3-2流程图
由于流程图的优点是直观、清晰、易懂、便于检查、修改和交流，所以它是较为流行的用来表示算法的有力工具。
根据不同的要求，用于信息处理领域的流程图主要有三种：
数据流程图、程序流程图和系统流程图。
3.3传感器的选择
传感器是一种检测装置，它能感受到被测量的非电量信息，如温度、压力、流量、位移等，并将检测到的信息，按一定规律转换成电信号或其它所需形式的信息输出，用以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录或控制等要求。
传感器的常用分类方法有以下两种：
1、按传感器的物理量分类，可分为温度、压力、流量、速度、液位等传感器。
2、按传感器的工作原理分类，可分为电阻、电容、电感等传感器。
液位测量是利用液位传感器将非电量的液位参数转换为便于测量的电信号，通过电信号的计算和处理，可以确定液位的高低。
由于本论文设计的是三种液体混合控制系统，因此我选择液位传感器对液体的溶量进行检测。
3.4PLC的硬件设置
每一电子皮带秤有一台皮带驱动电机，两个料位传感器，一个速度传感器，一个称重传感器，一台变频器，它们构成了被控对象。
电动机的启、停由开关量控制，PLC数字量输出信号作为变频器的控制端输入信号，经变频器调制输出高频脉冲给皮带驱动电机。
料位传感器检测料斗有无物料，速度传感器测量电机的转速。
系统需8个数字量输入信号，25个开关量输入信号和24个开关量输出信号，I/O点总数量为57。
I/O点数量和类型如表3-1所示。
表3-1PLCI/O口数量和类型
根据系统被控对象的I/O点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，选用SIEMENS公司S7-300系列PLC的CPU315-2DP。
CPU315-2DP是唯一带现场总线（PROFIBUS）SINECL2-DP接口的CPU模板，具有48KB的RAM，80KB的装载存储器，可用存储卡扩充装载存储容量最大到512KB，最大可扩展1024点数字量或128个模拟量。
根据统计出的I/O点数选择一个直流32点和一个16点的SM321数字量输入模块和一个32点SM322继电器输出模块。
3.5系统的硬件接线图
图3-3PLC硬件接线图
该系统应用的是交流电220V，在设备中用了两个保护器FU1和FU2，同时还拥有接地保护。
在图3中，PLC的输入接口中所表示的内容是：
I0.0表示的是启动按钮，同时打开D1闭门；
I0.1表示的是停止按钮；
I0.2是打开D2的按钮（代替传感器S1）；
I0.3是打开D3的按钮（代替传感器S2）；
I0.4是启动搅拌机M的按钮（代替传感器S3）。
在PLC的输出接口中所表示的内容是：
Q0.1表示的是出料闭门D1，控制A物料的出料；
Q0.2表示的是出料闭门D2，控制B物料的出料；
Q0.3表示的是出料闭门D3，控制C物料的出料；
Q0.4表示的是出料闭门D4，控制混合后物料的出料；
Q0.5表示搅拌机M的控制线圈；
Q0.6表示加热器N的控制线圈。
4配料生产系统工作梯形图
I0.0是启动按钮，启动按钮控制中间继电器M0.0。
M0.0和MO.1都为中间继电器，两者连锁。
按下启动，出料闭门D1打开出A料即Q0.1得电并自锁，且与Q0.2和Q0.3连锁。
I0.2按钮表示传感器1，按下I0.2按钮（即传感器1得电）出料闭门D2打开出B料即Q0.2得电并自锁，且与Q0.1和Q0.3连锁。
I0.3按钮表示传感器2，按下I0.3按钮（即传感器2得电）出料闭门D3打开出C料即Q0.3得电并自锁，且与Q0.5连锁。
I0.4按钮表示传感器3，按下I0.4按钮（即传感器3得电）搅拌机开始搅拌即Q0.5得电并自锁，搅拌时间为10S（即T37控制在10S断开搅拌机）。
利用时间继电器T37控制加热器Q0.6（即N），加热为5S（即T38控制在5S断开加热器）。
利用时间继电器T38控制出料闭门D4（即Q0.4）出料A、B、C的混合物，10S后出完（即T39控制在10S断开Q0.4）。
I0.1为停止按钮，停止按钮控制中间M0.1。
5总结
PLC代替了传统的机械传动及庞大的控制电器，实现了电气的自动化控制。
通过对皮带电动机的变频调速，达到节约能源和提高配料精度。
自动配料系统采用PLC控制方案，具有功能强大、方便灵活、可靠性高、低成本、易维护等优点，大大提高了配料精度，便于计量的微机化控制，实现网络化生产管理，通过投产使用取得了良好的经济效益。
参考文献
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化学工业出版社，2001.12
致谢词
在本次毕业设计的整个历程中，我遇到了许多意想不到的挑战。
不仅如此，困难也如期而至，很多从未遇见过的问题和现象困扰着我，在自己动手想方设法处理难题的过程中真切的学到了很多新的知识。
本次毕设的完成，除了自己的努力外，很多人给予了极大的帮助。
某些时候，正是因为他人的提醒与正确指导，有些问题才能得以顺利解决。
可以说是在一边学知识的同时，一边学怎样和人相处，互补有无。
在此，我非常感谢在实验室一起奋战的同学，和他们共同讨论中我获得了大量的信息和宝贵的经验。
此外，我的毕业设计能顺利完成，很大部分都得归功于各位老师，是他们耐心的帮助与指导起了推波助澜的巨大功效，特别对我的知道老师提出感谢，衷心谢谢他的指导和支持。
本次毕业设计虽然结束了，但它却给我留下了很多美好的回忆，面对自己的劳动成果有一种油然而生的满足感和成就感，心里甚是安慰，不枉努力一场，“没有付出，就没有收获”这句话又一次得到了验证。
再次对曾经帮助和指点过我的老师、同学表示感谢！
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