课程设计（论文）-基于PLC自动配料运输机控制系统的设计

1、基于PLC自动配料运输机控制系统的设计第一章 三菱FX2N系列可编程控制器简介131.1 FX2N系列PLC的结构特点131.2 FX2N系列PLC的根本组成141.3 FX2N系列可编程控制器内部元件及功能14第二章 应用PLC实现控制系统的设计192.1选题依据192.2方案研究与选择192.3结构设计及控制要求21第三章 系统的总体设计243.1 PLC机型的选择及外部接线图243.2 I/O设备及I/O编号的分配243.3顺序功能图的设计253.4梯形图的设计及程序分析26参考文献32附录33第一章 三菱FX2N系列可编程控制器简介1.2 FX2N系列PLC的根本组成FX2N系列PLC由根本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成。仅用根本单元或将上述各种产品组合起来使用均可。根本单元包括CPU、存储器、输入输出口及电源，是PLC的主要局部。扩展单元时用于增加I/O点数及改变I/O比列，内部无电源，由根本单元或扩展单元供电。因扩展单元及扩展模块无CPU，因此必须与根本单元一起使用。特殊功能单元是一些专门用途的装置，如位置控制模块、模拟量控制模块、计算机通讯模块等等8。1.3

2、FX2N系列可编程控制器内部元件及功能FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差异，一般称它们为“软继电器。这些编程用的继电器，它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。它在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据存放器，MOV代表传输等。 1. 输入继电器X PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口，PLC 内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致按八进制输入，线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。各根本单元都是八进制输入的地址，输入为X000 X007，X010 X017，X020 X027 。它们一

3、般位于机器的上端。2. 输出继电器Y PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的。各根本单元都是八进制输出，输出为Y000 Y007，Y010Y017，Y020Y027。它们一般位于机器的下端。3. 辅助继电器MPLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。如下列图2-1中的M300，它只起到一个自锁的功能。在FX2N中普遍途采用M0M499，共500点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了。图2-1 断电保持功能4. 状态器S状态器S与步进梯形图指令STL一起使用，用于顺序控制的程序编程。当不对

4、S使用STL指令时，其作用相当于普通辅助继电器M。无断电保持功能的通用状态器为S0499，共500点。其中，S0S9用于顺序功能图的初始状态；S10S19用于自动回原点程序的顺序功能图；S20S499为通用状态器。有断电保持功能的通用状态器为S500S899，共400点。状态器S900S999用于外部故障诊断的输出又称为报警器。5. 定时器T在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间到达设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据存放器D的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据存放器。即使如此，假设备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。定时器通道范围如下：100 ms定时器T0T199， 共200点，设定值：0.1 3276.7秒；10 ms定时器T200TT245，共46点，设定值：0.01327.67秒；1 ms积算定时器 T245T249，共4点，设定值：0.00132.767秒；100 ms积算定时器T250T255，共6点，设定值：0.13276.

5、7秒； 定时器指令符号及应用如下列图2-2所示：图2-2 通用定时器当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时，T200的当前值计数器对10 ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值K123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的1.23秒10123ms = 1.23s时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据存放器，一个为设定值存放器，另一个是现时值存放器，编程时，由用户设定累积值。如果是积算定时器，它的符号接线如下列图2-3所示：图2-3 积算定时器定时器线圈T250的驱动输入X001接通时，T250的当前值计数器对100 ms的时钟脉冲进行累积计数，当该值与设定值K345相等时，定时器的输出触点动作。在计数过程中，即使输入X001在接通或复电时，计数继续进行，其累积时间为34.5s100 ms345=34.5s时触点动作。当复位输入X002接通 ，定时器就复位，输出触点也复

6、位。6. 计数器C FX2N中的16位增计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，再又进入计数状态。 其设定值在K1K32767范围内有效。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。通用计数器的通道号：C0 C99，共100点。保持用计数器的通道号：C100C199，共100点。通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置而随意更改。举个例子，如图2-4所示：图2-4 计时器工作过程由计数输入X011每次驱动C0线圈时，计数器的当前值加1。当第10次执行线圈指令时，计数器C0的输出触点即动作。之后即使计数器输入X011再动作，计数器的当前值保持不变。当复位输入X010接通ON时，执行RST指令，计数器的当前值为0，输出接点也复位。应注意的是，计数器C100C199，即使发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。7. 数据存放器D 数据存放器是计算机必不可

7、少的元件，用于存放各种数据。FX2N中每一个数据存放器都是16bit最高位为正、负符号位，也可用两个数据存放器合并起来存储32 bit数据最高位为正、负符号位。(1) 通用数据存放器D 通道分配 D 0D199，共200点。 只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。但是，由RUNSTOP时，全部数据均清零。假设特殊辅助继电器M8033已被驱动，那么数据不被清零。(2) 停电保持用存放器 通道分配 D200D511，共312点，或D200D999，共800点由机器的具体型号定。根本上同通用数据存放器。除非改写，否那么原有数据不会丧失，不管电源接通与否，PLC运行与否，其内容也不变化。然而在二台PLC作点对的通信时， D490D509被用作通信操作。 (3) 特殊功能存放器 通道分配D8000D8255共256点。它用来监控可编程控制器的运行状态，如电池电压、扫描时间、正在动作的状态的编号等，其在电源接通时被清零，随后被系统程序写入初始值6。第二章 应用PLC实现控制系统的设计2.1 选题依据 可编程逻辑控制器( PLC)是20世纪70年代开展起来的一种新型工业自动控制设备。它集自动化技

8、术、计算机技术和通信技术为一体, 是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。目前, PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场, 为各种自动化控制设备提供非常可靠的控制应用。主要原因在它能为自动化控制应用提供平安可靠和比拟完善的解决方案, 适合当前工业企业对自动化的需要。由于控制对象的复杂性, 使用环境的特殊性和运行的长期连续性, 使PLC在设计上有自己明显的特点: 可靠性高, 适应性广, 具有通信功能, 编程方便, 结构模块化。在现代集散控制系统中, PLC已成为一种重要的根本控制单元, 在工业控制领域中应用前景极其广泛6。 本文主要在原有混液装置系统上的改良，结合皮带运输机控制系统，构造出新的控制系统，即自动配料皮带运输机控制系统，采用三菱公司FX2N系列PLC来实现自动配料皮带运输机系统的控制，该系统能够提供均匀、无杂色、无结块、品质均一的干混料，同时可运送散状物料，现场安装和维修都很方便，理检查时也一目了然，且能适应高温度、高粉尘、有冲击和连续振动的工作条件, 不受恶劣环境的影响。该系统有着广阔的应用空间，被广泛应用在煤炭、电厂、钢铁企业、水泥、粮食、烟草、食品及轻工业的生产线。

9、2.2 方案研究与选择本次设计主要是围绕液体混料装置及皮带运输机方面的研究，综合运用其控制功能。1. 皮带运输机的控制系统在建材、化工、食品、机械、钢铁、冶金、煤矿等工业生产中广泛使用皮带运输机运送原料或物品。图3-1为某原料皮带运输机的示意图。原料从料斗经过PD-1、PD-2两台皮带运输机送出。从料斗向PD-2供料由电磁阀YV控制，PD-1和PD-2分别由电动机M1和M2驱动。该控制系统主要考虑的是传送带的启动和停止。在启动时，对其进行一些要求：为了防止在前段皮带上造成物料堆积，要求逆物料方向按一定的流动方向按一定的时间间隔顺序启动。同样，在停止时，为了使运输皮带上不残留物料，要求顺物料流动方向按一定时间间隔顺序停止5。图3-1 原料皮带运输机控制示意图2. 物料混合装置控制系统图3-2为水泥、粮食、烟草、食品等轻工业生产线的混料装置，阀A、B、C为电磁阀，用于控制管路。线圈通电时，翻开管路；线圈断电后，关闭管路。高、中、低三个料位传感器被淹没时为ON。系统初始状态为电动机停止，所有阀门关闭，装置内没有物料，高、中、低三个传感器处于OFF状态。控制要求为按下启动按钮后，翻开A阀，物料A流入；当中传感器被淹变为ON时，A阀关闭，B阀翻开，B物料流入容器；当高位传感器被淹没变为ON时，图3-2 物料混合装置系统示意图B阀关闭，搅拌电机开始运行，开始搅动物料，8s后停止搅拌，翻开C阀放出均匀的混合物料；当料位下降到露出低位传感器传感器有ON变为OFF时，开始计时，3s后关闭C阀以确保容器放空系统回到初始状态，系统运行完一个完整的周期。此时，系统应

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