基于plc控制的自动送料机.docx

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基于plc控制的自动送料机

毕业设计（论文）

题目：

自动送料机控制系统设计

学生姓名徐栋平指导教师　高峰

二级学院　机电工程学院专业电气工程及其自动化

班　　级M09电气工程及其自动化（专转本）

学　　号0921410029

提交日期2010年5月10日答辩日期2010年5月15日

目录

摘要II

AbstractIII

1绪论1

1.1题目来源及课题意义1

1.2自动送料机控制系统的工作原理及技术要求1

2硬件系统的介绍2

2.1TWDLCAA400DRF简介2

2.2.1、TWIDO系列PLC2

2.1.2、TWDLCAA400DRF的主要使用特点：

2

2.1.3、TWDLCAA40DRF的硬件接线：

3

2.2Twido系列PLC指令简介3

2.2.1、装载指令3

2.2.2、赋值指令（ST/STN/R/S）4

2.2.3、逻辑与指令（AND/ANDN/ANDR/ANDF）5

2.2.4、逻辑或指令（OR/ORN/ORR/ORF）6

2.2.5、异或指令（XOR/XORN/XORR/XORF）6

2.2.6、取反指令（N）7

2.2.7、定时器功能模块（%TMi）7

2.3Twido编程软件介绍9

2.3.1、TwidoSoft软件的启动和退出9

2.3.2、文件操作10

2.3.3、梯形图编程10

3系统实现目标及控制的实现12

3.1控制系统的介绍12

3.2控制原理及要求12

3.3自动送料装车系统的启停过程示意图13

3.4I/O分配表，PLC外部接线图，梯形图14

3.4.1、I/O分配表14

3.4.2、PLC外部接线图15

3.4.3、梯形图16

3.4.4、梯形图工作原理分析18

4料位及汽车检测自动开关的选择19

4.1几种料位及检测开关传感器的比较19

4.2料位及汽车检测开关传感器的选择19

4.2.1、CT5000系列电容式物位变送器19

4.2.2、红外传感器22

5结论及展望23

致谢24

参考文献25

摘要

随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。

减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。

本文介绍了基于Twido系列PLC的自动送

料机控制系统的硬件和软件设计，具体的是由PLC控制的自动加料系统和阻力式传感器控制的料位开关系统组成。

根据自动送料的工艺要求，其工作原理是:

初始状态，红灯灭，绿灯亮，便是允许汽车进来装料，当汽车到来时，指示灯为红色，三个传送带电机M1、M2、M3自上而下逐个运行，料斗打开，开始自动送料，料满后，通过料位检测，料斗开关闭合，传送带电机自下而上逐个停止运行，指示灯为绿灯，表示汽车可以开走。

料斗内有料未检测开关，其原理是利用电容式传感器控制。

关键词：

Twido自动送料机控制系统……

Abstract

Withtheadvancesofscienceandtechnologyandautomationhavebecomeincreasinglydemanding,theoriginalproductionofloadingequipmentcannotmeettheneedsofthecurrenthighdegreeofautomation.Reducelaborintensityandtoensureproductionreliability,safety,reduceproductioncosts,reduceenvironmentalpollution,improveproductqualityandeconomicbenefitsgeneratedbytheenterprisemustfacemajorproblems.ThisarticledescribestheseriesofTwidoPLCbasedcontrolsystemfortheautomaticfeederofhardwareandsoftwaredesign,thespecificcontrolbyPLCautomaticfeedingsystemandtheresistanceofthemateriallevelsensorcontrolswitchsystem.Accordingtothetechnologicalrequirementsofautomaticfeeding,anditsworkingprincipleis:

theinitialstate,theredlightoff,thegreenlightisallowedtocomechargingcar,whenthecararrives,thelightisred,thethreeconveyormotorM1,M2,M3top-downonebyonerun,openhopper,automaticfeedingstartingmaterialtofull,throughthematerialleveldetection,thehopperswitchisclosed,thebottom-uponebyoneconveyorbelttostopthemotorrunning,theindicatorlightisgreen,thatcarscandriveoff.Materialwithinthehopperswitchisnotdetected,theprincipleistheuseofcapacitivesensor.

keywords:

Twidoautomaticfeedercontrolsyst

1绪论

1.1题目来源及课题意义

在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术起这愈来愈重要的作用，并且，随着生产和科学技术的发展，自动化水平也越来越高。

原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。

减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。

自动控制利用控制装置使被控对象的某个参数自动的按照预定的规律运行。

自动送料装车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。

自动送料装车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设备组合来完成特定的过程。

这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。

通过三台电机和三个传送带、料斗、小车等的配合，才能稳定、有效率地进行自动送料装车过程。

本设计的自动送料机控制系统就是采用自动控制技术来实现功能的，这样就大大提高了工作的效率，整个过程又快又稳。

1.2自动送料机控制系统的工作原理及技术要求

本设计的由PLC控制的自动送料系统是与阻力式传感器控制的料位开关系统。

根据加料工艺要求，其工作原理是：

初始状态，红灯灭，绿灯亮，便是允许汽车进来装料，当汽车到来时，指示灯为红色，三个传送带电机M1、M2、M3自上而下逐个运行，料斗打开，开始自动送料，料满后，通过料位检测，料斗开关闭合，传送带电机自下而上逐个停止运行，指示灯为绿灯，表示汽车可以开走。

料斗内有料未检测开关，其原理是利用电容式传感器控制。

系统要求实现通过红外传感器感应汽车来到，并传送信号给PLC，PLC控制各个电机开始送料，通过料位传感器检测车内料位，料满则传送信号给PLC，停止送料，绿灯亮，汽车可以离开。

2软硬件设计平台的介绍

2.1TWDLCAA400DRF简介

2.2.1、TWIDO系列PLC

Twido是小型PLC，由本体和扩展模块组成。

本体集成了CPU、存储器、电源、输入、输出几个部分。

Twido控制器有以下两种模式CPU：

一体型CPU和模块型CPU。

本实验使用的是一体化CPU，其外形如下图所示：

图2-1Twido系列PLC外形图

2.1.2、TWDLCAA400DRF的主要使用特点：

供电电源：

100/240VAC；

输入类型：

24VDC，共有24路，编号为%I0.0～%I0.23；

输出类型：

2路晶体管输出（%Q0.0和%Q0.1）；14路继电器输出，其中，公共端COM2对应%Q0.2～%Q0.5，公共端COM3对应%Q0.6～%Q0.9，公共端COM4对应%Q0.10～%Q0.13，公共端COM5对应%Q0.14，公共端COM6对应%Q0.15；

丰富的软元件：

□内部位：

最高256点

□定时器：

最高128点

□计数器：

128点

□数据寄存器：

3000字

□高速计数器：

204kHz双相和5kHz单相；最多可达6个

□脉冲输出：

7kHz；最多可达2个

2.1.3、TWDLCAA40DRF的硬件接线：

（1）DC漏极输入接线图：

图2-2DC漏极输入接线图

（2）AC电源和继电器输出接线图：

图2-3AC电源和继电器输出接线图

2.2Twido系列PLC指令简介

2.2.1、装载指令

装载指令LD/LDN/LDR/LDF分别对应于常开、常闭、上升沿和下降沿触点。

下图是装载指令示例：

图2-4装载指令示例

下表列出了装载指令类型、等价梯形图及允许操作数。

图2-5装载指令类型、等价梯形图及允许操作数

2.2.2、赋值指令（ST/STN/R/S）

赋值指令ST/STN/S/R分别对应直接、反、置位、复位线圈。

下图是赋值指令示例：

图2-6赋值指令示例

下表列出了赋值指令类型、等价梯形图及允许操作数。

图2-7赋值指令类型、等价梯形图及允许操作数

2.2.3、逻辑与指令（AND/ANDN/ANDR/ANDF）

逻辑与指令执行操作数（或它的反转、或上升沿、或下降沿）和前面指令的布尔运算结果间的逻辑与操作。

下图是逻辑与指令示例：

图2-8逻辑与指令示例

下表列出了逻辑与指令类型、等价梯形图及允许操作数。

图2-9逻辑与指令类型、等价梯形图及允许操作数

2.2.4、逻辑或指令（OR/ORN/ORR/ORF）

逻辑或指令执行操作数（或它的反转数、或上升沿、或下降沿）和前面指令的布尔运算结果间的逻辑或操作。

下图是逻辑与指令示例：

图2-10逻辑与指令示例

下表列出了逻辑或指令类型、等价梯形图及允许操作数。

图2-11逻辑或指令类型、等价梯形图及允许操作数

2.2.5、异或指令（XOR/XORN/XORR/XORF）

异或指令执行操作数（或它的反转数、或上升沿、或下降沿）和前面指令的布尔运算结果间的异或操作。

下图是异或指令的使用示例：

图2-12异或指令的使用示例

下表列出了异或指令类型及允许操作数。

图2-13异或指令类型及允许操作数

2.2.6、取反指令（N）

取反（N）指令将前面指令的布尔运算结果取反。

下图是取反指令使用示例：

图2-14取反指令使用示例

2.2.7、定时器功能模块（%TMi）

Twido系列PLC可提供128个定时器（i=0～127），定时器有三种类型，可在配置时设定：

TON（接通延时定时器）：

这种定时器用于控制导通延时动作。

TOF（关断延时定时器）：

这种定时器用于控制关断延时动作。

TP（脉冲发生定时器）：

这种定时器用于产生精确宽度的脉冲。

延时或脉冲周期可编程，并且可使用TwidoSoft进行修改。

下面是定时器功能模块图例。

图2-15定时器功能模块

定时器具有以下参数：

表2-1定时器参数

定时器编程和配置：

不管定时器功能模块（%TMi）用途如何，它们的编程方法均相同。

定时器功能（TON，TOF，或TP）在配置中选定。

下图是定时器功能模块可逆和不可逆编程示例。

图2-16

使用定时器对话框配置定时器：

步骤如下：

在[%TM]框中输入[定时器编号]。

如果已为定时器分配字母数字名称，则符号框将显示该名称。

选择[定时器类型]选项。

选项：

TON（定时器接通延时）、TOF（定时器断开延时）和TP（定时器脉冲）。

缺省值：

TON。

推荐使用缺省值。

选择[时基]以设置用于定时器的时间单位。

选项：

1毫秒（仅%TM0到%TM5）、10毫秒、100毫秒、1秒和1分钟。

缺省值：

1分钟。

推荐使用100毫秒。

选择[预设值]。

范围：

0到9999。

缺省值：

9999。

根据实际延时需要设定。

选择[可调整选项]以便可以使用动态数据表编辑器来更改预设值，复选或不复选，缺省值：

复选。

推荐复选。

其中，定时器类型、时基和预设值必须在配置时输入。

2.3Twido编程软件介绍

2.3.1、TwidoSoft软件的启动和退出

启动：

在桌面上双击TwidoSoft的图标

或点击“开始”进入程序组启动TwidoSoft。

退出：

[文件]－>[退出]

下面是一个编辑界面：

2.3.2、文件操作

（1）、创建新文件：

[文件]－>[新建]菜单项，然后在功能管理级别设置弹出框中点击“确定”进入梯形图查看器；

注意，编辑新文件之前要选择PLC的类型，方法如下：

[硬件]－>[更改控制器类型]，在弹出的对话框的列表窗口中选TWDLCAA40DRF（倒数第二个选项），然后按[更改]（或者双击该选项）将本体控制器更改为新型号TWDLCAA40DRF。

（2）、打开文件：

[文件]－>[打开]

（3）、保存文件：

[文件]－>[保存]

2.3.3、梯形图编程

（1）编辑操作：

单击梯形图查看器左上角的第一个图标（“添加”），即进入梯形图编辑器；

（2）元件输入：

通过点选“梯形图编辑器”中的元件的图标输入触点、线圈符号、特殊功能线圈和连接线，然后双击输入的符号填写相应的元件的编号；

（3）多个梯级的输入：

可以使用[工具]－>[插入梯级]输入从RANGE0开始的多个梯级，最后通过[工具]－>[接受更改]或点击

图标确认，完成梯形图的绘制。

也需要注意的是，END指令的输入要先点击

图标，然后选择输入。

（4）指令表编程：

通过[程序]－>[列表编辑器]或[梯形图编辑器]，可实现编辑方式和显示方式之间的转换。

（5）程序的传送：

完成PC和PLC的物理连接以后，通过[控制器]－>[连接]菜单进行通信，成功以后通过[控制器]－>[传送PC=>控制器]把编辑好的程序传送到PLC中。

（6）PLC的运行：

使用[控制器]－>[运行（RUN）]启动PLC。

（7）程序运行监视：

可以通过[控制器]－>[查看控制器]监控PLC的输入输出元件的当前状态。

3系统实现目标及控制的实现

3.1控制系统的介绍

1、灯泡，220V，2只，红绿各一只

2、电动机，JL14-25Z，3台

3、2个红外传感器，1个CT5000系列电容式物位变送器

4、Twido系列PLC1台

5、控制线若干

6、皮带，PDSIECA-2，3条

7、电源

8、熔断器，RL6-25，3个

9、热继电器，JR16-20/3，3个

3.2控制原理及要求

初始状态：

绿灯（L1）亮，红灯（L2）灭，表示允许汽车开进装料，此时，进料阀门（K1），料斗阀门（K2），电动机（M1，M2，M3）皆为OFF状态。

当汽车到来时，检测开关S2接通，红色信号灯L2亮，绿色L1灭，传送带驱动电动机M3运行；2s后，电动机M2运行；再经过2s，M1运行，依次顺序起动送料系统。

电动机M3运行后，进料阀门K1打开料斗进料，料斗装满时，检测开关S1=1，进料阀门K1关闭（设1料斗物料足够装满1车）；料斗出料阀门K2在M1运行及料满（S1=1）后，打开放料，物料通过传送带的传送，装入汽车。

当装满汽车后，称重开关S2动作，料斗出料阀门K2关闭，同时电动机断电停止，2s后M2停止，再过2s，M1停止，L1亮，L2灭，表示汽车可以开走。

S1是料斗中的料位检测开关其闭合表示料满，K2可以打开，S1分断时，表示料斗内未满，K1打开，K2不打开。

3.3自动送料装车系统的启停过程示意图

图3-1自动送料装车系统流程图

图3-2自动送料装车模拟控制板

3.4I/O分配表，PLC外部接线图，梯形图

3.4.1、I/O分配表

表3-1自动送料装车控制I/O分配表

输入

输出

S1

I0.14

M1

Q0.2

L2

Q0.6

S2

I0.15

M2

Q0.3

K1

Q0.7

S3

I0.16

M3

Q0.4

K2

Q0.8

L1

Q0.5

3.4.2、PLC外部接线图

图3-3自动送料装车控制I/O接线图

注释：

S1I0.14检测料是否已满

S2I0.15检测小车是否到达，起动

S3I0.16测量料位开关

M1Q0.2送料电动机

M2Q0.3送料电动机

M3Q0.4送料电动机

K1Q0.7进料阀门

K2Q0.8送料阀门

L1Q0.5允许汽车开走

L2Q0.6允许汽车进入

3.4.3、梯形图

图3-4梯形图

3.4.4、梯形图工作原理分析

（1）打开PLC，中间继电器M0得电，同时Q0.5得电，L1灯亮。

（2）按下S2，中间继电器M1得电，TM0、TM1、TM2开始计时，中间继电器M0失电，L1灯灭，L2灯亮，M3电机启动。

（3）TM0计时时间到，TM0常开触点闭合，中间继电器M2得电，M2电机启动。

（4）TM1计时时间到，TM1常开触点闭合，中间继电器M3得电，M1电机启动。

（5）TM2计时时间到，TM2常开触点闭合，中间继电器M4得电，K2打开。

（6）当货装满时，S3动作，中间继电器M5得电，TM3、TM4、TM5开始计时，M4失电，K2闭合。

（7）TM3计时时间到，TM3常闭触点断开，中间继电器M3失电，M1电机停止。

（8）TM4计时时间到，TM4常闭触点断开，中间继电器M2失电，M2电机停止。

（9）TM5计时时间到，TM5常开触点闭合，中间继电器M8得电，中间继电器M1失电，M1电机停止，中间继电器M0得电，L1灯亮L2灯灭。

（10）当料斗内料位不足，S1动作，M6得电，中间继电器M5不会工作，K1打开，当料位充足，S1再次动作，中间继电器M7得电，中间继电器M6失电，K1闭合，K2此时可以工作。

第四章料位及汽车检测自动开关的选择

4.1几种料位及检测开关传感器的比较

电容式物位传感器：

价位低，准确度高，实用性强。

红外传感器：

价位低，耐久度高，可靠性强，缺点是容易出现误测，但在本试验中可通过人为改变增强可靠性。

经比较，决定在S1、S3料位测量上选用电容式物位传感器，在S2检测汽车是否到达选用红外传感器。

4.2料位及汽车检测开关传感器的选择

4.2.1、CT5000系列电容式物位变送器

1、概述

在石油、化工、电力、食品、水处理、冶金、水泥等的生产过程中，有许多的液位、料位需要测量，但是一些高压、真空、高温、低温、密封罐内的酸、碱、盐等强腐蚀液体、强震动等的液位、料位测量，却是许多种类的物、液位计望尘莫及的。

CT5000系列电容式物位变送器传感器有多种结构，可以使用于导电、绝缘的液体或固体颗粒的工作介质中。

不但适用于普通的液体、固体颗粒的容器、槽、筒仓或料斗的远距离连续料位测量。

而且本产品以其能耐受恶劣的使用环境、高可靠等特点，可以应用于其它物、液位计工作困难的高压、真空、高温、低温、强腐蚀液体、强震动等环境的液位、料位测量。

图4-1CT5000系列电容式物位变送器

2、产品特点

1．与物料密度无关。

适合应用于多种导电、非导电液体、固体颗粒的连续料位测量。

2．可以使用在高压、真空、高温、低温、强震动及应用于强腐蚀液体等恶劣环境中。

3．体积小巧、结构简单、动态性能好、灵敏度高、分辨率强。

4．两线制输出功耗小、使用简便。

5．工作时无可动部件，工作可靠。

6．价格低廉、经济耐用。

3、工作原理

本CT5000系列电容式物位变送器基于利用物料介电常数恒定时，极间电容正比于物位，测量可变电容的工作原理。

即通过电容传感器把物位转换成电容量的变化，然后再用测量电容量的方法求知物位。

电容传感器是根据平板电容器原理进行工作的。

在CT5000系列电容式物位变送器中，实际测量中有导电液、物料和非导电液、物料两种情况：

测量导电液、物料时，采用的是变面积的方法。

变送器的探头由包覆绝缘材料的金属杆或金属线制作成。

此时变送器电极是电容极板之一，被测的导电液、物料是电容的另一个电极，变送器探头的包覆绝缘材料是一个介电常数固定的电介质。

物料的高低决定了电容极板面积的大小，而改变了电容值。

测量非导电液、物料时，采用的是变介电常数的方法。

变送器的裸金属探头是电容的极板之一，导电的容器或另设的金属极板为电容的另一个电极，被测的液、物料即是电介质。

由于安装后的电容探头与另一个电极的形状面积和它们之间距离是固定的，不导电的被测液、物料会随着物位的高低，使其介电常数发生变化，从而改变电容值。

以上不管哪种方法发生的电容值变化，产生的电信号经后面的信号处理电路进行进一步处理变换成4～20mA的国际标准信号输出。

4、主要技术指标

输入范围：

10-2000pF

输出信号：

4-20mADC

精度：

1%0.5%

供电电源：

24VDC

工作环境温度：

-20-70℃

工作介质温度：

-20-70℃

高温型可至200℃

温度影响：

满量程的1%/50℃

工作介质压力：

4Mpa

连接方式：

螺纹连接：

M27×2、M33×2

法兰连接：

DN65或按用户要求

防爆等级：

ibⅡCT5

阻尼调节范围：

0.2-5S

外壳防护等级：

IP65

5、电气接线

1.接线方式

本变送器使用24V直流电源供电，信号为两线制传送方式。

典型接线方式见图4-2。

图4-2电气接线图

负载包括回路中使用的配电器、记录仪、调节器等二次仪表的内阻以及电线的电阻和。

当供电电源为24VDC时，负载电阻应在600Ω的范围之内。

当选用指示表时，负载电值应相应减小250Ω。

不使用指示表时，请将表+和表-用电线短接起来，否则变送器无输出。

2．电缆线应选用外径为Φ6～Φ8的双股导线或电缆。

3．在干扰较强的场所，应使用屏蔽线，屏蔽部分应与变送器的外壳地相连。

6、在本实验中的应用

1．使用

⑴检查仪表接线正确后，使用时仪表应先通电运行半小时（最好通电时加满载运行），半小时之后的数据再做为正式测量数据。

⑵输出电流时，下级受信仪表内阻最好≤100Ω，否则可能降低整机精度。

⑶仪表投入正常使用后，无需特殊维修工作，只需定期校验即可。

2．维修

当仪表工作不正常时，才