基于PLC取料机洒水控制系统的设计.docx

基于PLC取料机洒水控制系统的设计.docx

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基于PLC取料机洒水控制系统的设计

摘要

随着科学技术的发展，生产工艺不断发展，新型控制技术的出现，改变了电气面貌的发展。

在控制方法上，从手动控制到自动化控；在控制功能上，实现了简单控制发展到智能化控制；在操作上，实现了由笨重的手工操作发展至信息化处理。

而本文取料机洒水控制系统作为机械动力的控制系统，融合了计算机科学技术，实现智能化，自动化运行，避免了完全依靠手动的时代，利用吸水泵系统，与排水泵系统代替这种手工操作，这种电机拖动机制，设备结构简单，传动效率提高了，灵活性很大。

再就是其利用软件实现各种控制，以微处理器为核心的可编程控制器（FX2n三菱PLC），进行自动化，智能化操作，避免了人脑反应的时间，而造成事故发生，或者生产效率不高的情况。

关键字：

智能化，自动化

目录

摘要I

一、设计的目的与意义1

二、设计原理1

三、PLC选择1

四、设计内容2

1）设计任务2

2）控制要求2

五、设计说明3

1）运行流程3

2）功能说明3

3）端子分配表3

六、模拟仿真6

1）手动模式6

2）自动模式6

3）同时得电8

4）急停9

七、结语10

参考文献10

一、设计的目的与意义

取料机洒水控制系统，主要用于清洗作业中的取料作业。

该机采用电机进给，把材料往复送达到预定位置后，进行清洗工作的作用。

一般该机在作业时，可采用手动，也可采用全自动控制，微机设定后，可实现无人操作，一旦出现紧急情况时，也可手动停止。

大型公司因为用料量大，一般均采用滚筒取料系统，可以提高料场的生产能力，具有电路结构简单，功能齐全，运行可靠的优点，可保证各机构按严密的逻辑关系动作，简化了操作。

做好取料机的PLC设计，有助于同学们加深对取料机工作原理的认识，从而在以后工作当中碰到时，能更加方便的去利用、维护、修理，同时，这也是对我们以前的有关PLC、单片机、传感器等电子类知识的系统学习和巩固，是对所学知识掌握程度的全面考核，因此，这次毕业设计具有十分重要的意义。

二、设计原理

CPU运算和控制中心起“心脏”作用。

当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。

输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。

然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。

把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。

PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，每次扫描过程，集中对输入信号进行采样，集中对输出信号进行刷新。

输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。

只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。

一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。

元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。

扫描周期的长短由三条决定。

（1）CPU执行指令的速度

（2）指令本身占有的时间（3）指令条数由于采用集中采样。

集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。

CPU由控制器、运算器和寄存器组成。

这些电路集成在一个芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。

对于PLC核心处理器的各部分组成的作用，限于篇幅，就不做介绍，可参考文献[1，35]。

三、PLC选择

随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。

不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。

因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就PLC工程设计选型。

工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。

PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。

熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

1）输入输出（I/O）点数的估算

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。

实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。

本设计共9个输入点3个输出点。

2）存储器容量的估算

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。

设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。

为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按数的25%考虑余量。

综上所述，选择FX2n—16MR的三菱PLC可编辑控制器。

四、设计内容

1）设计任务

本设计主要对吸水、洒水两大核心功能吸水泵系统（启动x1,停止x6）、洒水泵系统（启动x2,停止x7）提供相应的控制。

此外，考虑到运行安全和便于维护等方面的因素洒水控制系统还需要具有急停和手动调试功能。

2）控制要求

1.手动控制（x10）

能够分别对任意一台水泵的启动和停机进行手动控制，为确保安全，当两台水泵手动同时启动是会自锁停机并报警（y3）。

2.自动控制（x10）

当取料机水箱的水位处于低水位（x3）时，吸水泵（y1）自动启动而洒水泵（y2）关闭；当水箱水位处于高水位（x4）时，洒水泵自动启动，吸水泵停止工作；水箱水位处于超高水位（x5）时，洒水泵启动而吸水泵关闭并报警。

3.急停（x0）

在紧急的情况下，无论该水位控制系统中是自动还是手动状态，是洒水泵还是吸水泵正在运行，都能把整个系统强行停机。

4.可靠

除了以上3点具体要求以外，由于工作环境比较特殊，还要求该洒水控制系统具有良好的可靠性，较强的抗干扰能力、便捷的操作性以及更好的可维护性。

五、设计说明

1）运行流程

2）功能说明

接通电源，如果选择接通X10的情况下，启动手动控制的模式，能够分别对吸水泵和排水泵的启动和停机进行手动控制。

如是按下X1,.就启动吸水泵，按下X6则停止。

如是按下X2，就启动排水泵，按下X7就停止。

当两台水泵手动同时启动时，即同时接通X1和X2会自锁停机并警报报警。

接通电源，如是选择接通X10的情况下，则启动自动控制模式，当取料机水箱的水位处于低水位时，即限位开关X3动作，吸水泵得电自动启动，而洒水泵则关闭；当水箱水位处于高水位，时限位开关x4动作，洒水泵得电自动启动，吸水泵停止工作；水箱水位处于超高水时，限位开关x5动作，洒水泵得电启动，而吸水泵关闭并报警。

一旦有紧急情况，无论该水位控制系统中是自动还是手动状态，是洒水泵还是吸水泵正在运行，按下X0按钮，都能把整个系统强行停机。

3）端子分配表

取料机洒水控制系统有吸水泵、排水泵两2个输入端子，有低限位、高限位、超高限位三个限位开关，即有多3输入端子，再加上一些起停按钮之类，共有9个输入端子，输出则就只有吸水泵和排水泵以及报警3个。

端子分配如下表5-1示。

表5-1端子分配表

输入设备

输入端子

备注

输出设备

输出端子

备注

SW1

X0

急停

吸水泵装置

Y1

吸水

SB1

X1

吸水泵启动

排水泵装置

Y2

排水

SB2

X2

排水泵启动

报警装置

Y3

报警

SQ1

X3

低限位开关

SQ2

X4

高限位开关

SQ3

X5

超高限位开关

SB3

X6

吸水泵停止

SB4

X7

排水泵停止

SW2

X10

手动自动切换

4）程序梯形图

取料洒水机的设计不可避免的一个环节，就是设计梯形图，而设计梯形图会涉及到系统的设计原则，设计办法，以及设计过程怎么去调试修改，这里采用常规设计方法，其他设计方法也不再详细说明，具体可参考文献[2，78]。

利用梯形图能很直观地读出整个程序的功能，此处就不再赘述梯形图的功能实现，这里可以结合第四节的功能说明部分，查看梯形图。

梯形图如下图4-1程序梯形图所示。

图5-1程序梯形图

5）指令表

指令表可以有梯形图直接转换过来，也可以由指令表转换为梯形图，两者能显示同样的功能，指令表虽没有梯形图的直观，明朗，不过指令表逻辑性强，再就是执行上指令表会快一些，梯形图是不能直接执行的。

指令表如下图4-2所示。

图5-2程序指令表

6）端子接线图

SW1

SB1

SB2

SQ1

FR

SQ2

SQ3

SB3

SB4

SW2

六、模拟仿真

1）手动模式

接通电源后，拨动手动自动切换开关，接通X10处于手动状态，按下按钮X1，启动吸水泵系统，吸水泵装置启动，Y1得电运行。

如下图6-1手动所示。

图6-1手动启动

2）自动模式

接通的情况下，在选择X10自动状态工作，处于低水位处，X3低限位开关接通，那么吸水泵Y1得电，吸水系统作用。

所下图6-2所示。

图6-2低水位处

当水位达到高水位时，X4触动，那么吸水泵停止工作，排水泵Y2得电工作，进行排水工作，如下图6-3所示。

图6-3高水位处

当水位达到超高水位X5动作，此时吸水泵会立即停止工作，洒水泵得电工作，同时呢，警报发出报警，只有低于超高水位时，水位开关X5才会复位，此时报警便会解除，如下图6-4所示。

图6-4超高水位处

3）同时得电

手动状态下，同时按下X1和X2时，会造成短暂的同时得电，在设计上是不允许的，在梯形图中是有Y1与Y2互锁的，但是这里用电脑仿真，没办法同时拨动两个按钮，为了得到仿真结果，暂时把互锁去掉，以便获得仿真结果。

很明显，两者同时得电，会发生报警，并且在短暂的时间内，把两电机停下来。

如下图6-5示

图6-5两者同时得电报警

4）急停

如有特殊情况，只要拨动停止开关X0,整个系统都会断电，吸水泵，排水泵都会停止，警报也会解除，如下图6-6所示。

图6-6系统急停图

参考文献

[1]高万林电器控制技术与欧姆龙PLC[M].北京：

中国电力出版社，2010.

[2]王庆涛RockWellPLC在取料洒水机系统中的应用[J].自动化应用，2010.

[3]唐中燕机电传动控制[M].华北电力大学，2008.