中南民族大學計算機科學學院PLC課程設計報告課 程 PLC技術與應用 設計題目 高爐上料PLC控制系統(tǒng) 年級專業(yè) 12級自動化 學 號 學生姓名 指導教師 2015年 6 月 22 日目 錄引言31. 課題要求32. 系統(tǒng)總體方案設計32.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理32.2 系統(tǒng)變量定義及分配表42.3 系統(tǒng)接線圖設計52.4 系統(tǒng)可靠性設計53 控制系統(tǒng)設計63.1 控制過程工藝流程圖設計63.2 控制程序順序功能圖設計73.3 控制程序設計思路74 人機界面設計84.1 選用界面介紹84.2 畫面制作與設計85 系統(tǒng)調試及結果分析85.1 系統(tǒng)調試及解決的問題85.2 結果分析9結束語9參考文獻10附錄一：源程序10附錄二：調試運行中的部分運行圖15高爐上料PLC控制系統(tǒng)引言高爐上料PLC控制系統(tǒng)主要運用于工業(yè)現(xiàn)場，例如混凝土加工廠、煉鋼廠等大型工業(yè)現(xiàn)場。這些大型工業(yè)現(xiàn)場由于設備笨重、車間安全系數(shù)低，容易發(fā)生事故等原因，采用PLC控制可以輕松、方便、安全操作設備，防止意外事故發(fā)生，并能夠實現(xiàn)自動控制，大量的減輕了工人的工作強度，提高了生產效益。1. 課題要求高爐上料控制系統(tǒng)主要是在工業(yè)現(xiàn)場中對物料混合加工進行配料控制，自動或者手動實現(xiàn)控制，方便人員操作，減輕工作負擔。系統(tǒng)設備：運料小車、小鐘、大鐘、料尺、各相關位置開關。 工作過程描述：初始小車停在底部，人工啟動后20秒時間裝料，裝料完畢小車上行，到達頂部位置自動卸料到小鐘內（卸料時間5秒）；而后小車自動下行到底部。 物料從小車中放到小鐘后，小鐘下放，使物料落入大鐘。小鐘下放到位5秒后提升，提升到位（關到位）后下放大鐘，使物料落入高爐，大鐘下放到位延時7秒后提升到位（注意互鎖關系：大、小鐘不得同時下放）料尺每隔2分鐘下探一次料位。當料位上限開關動作，表明爐內物料已滿，應停止上料（將本次上料完成后停止上料），直到料位下降到上極限以下。 可由人工在任何時間停止所有設備，但大小鐘在停止操作發(fā)生時應先確保都提升到位才不再工作。人工停止后轉手動控制，PLC不再干預。 相關時間參數(shù)：小車運行時間：30S； 小鐘下放/提升時間：10S 大鐘下放/提升時間：15S； 料尺下探/提升時間：10S 2. 系統(tǒng)總體方案設計 2.1 系統(tǒng)硬件配置及組成原理該系統(tǒng)采用CJ1M系列PLC控制器作為開發(fā)設備，使用CJ1M-CPU22型號設備，該設備程序容量10Ksteps、DM（字）32K、I/O點數(shù)320點，可以從以太網、Controller-Link、DeviceNet和CompoBus/S中選擇最適合的網絡。能基本實現(xiàn)高爐上料工業(yè)現(xiàn)場的控制。外圍器件使用行程開關作為行程指示信息，使用觸摸屏和CJ1M組合系統(tǒng)實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控，從而達到自動和手動監(jiān)控功能。2.2 系統(tǒng)變量定義及分配表 輸入分組地址符號、功能系統(tǒng)按鈕0.00SB0，停止按鈕0.01SB1，啟動按鈕方式選擇0.09HAND，手動開關0.10AUTO，自動開關行程開關0.02SQ2，車初始位置行程開關0.03SQ3，小車高位行程開關0.04SQ4，小鐘初始位置行程開關0.05SQ5，小鐘低位行程開關0.06SQ6，大鐘初始位置行程開關0.07SQ7，大鐘低位行程開關限位開關0.08SQ8，料尺限位開關手動控制按鈕2.00CAR1，小車上行控制2.01CAR2，小車下行控制2.02SC1，小鐘上行控制2.03SC2，小鐘下行控制2.04BC1，大鐘上行控制2.05BC2，大鐘下行控制輸出小車1.01C1，小車裝料1.02C2，小車上行1.03C3，小車下行1.10D0，小車卸料小鐘1.04C4，小鐘上行1.05C5，小鐘下行1.11D1，小鐘卸料大鐘1.06C6，大鐘上行1.07C7，大鐘下行1.12D2，大鐘卸料料尺1.08C8，料尺上升1.09C9，料尺下降1.00F1，料滿報警圖2：系統(tǒng)I/O表2.3 系統(tǒng)接線圖設計 圖3：系統(tǒng)接線圖2.4 系統(tǒng)可靠性設計 首先，該系統(tǒng)采用PLC設計，可以抵抗干擾，可靠性強；此外，為了防止各道工序交互操作使加工失敗，充分考慮了各道工序間的先后順序和互鎖條件。比如：當小鐘到達底部將物料卸下時，大鐘要等到小鐘完全到達頂部才能開始下行，否則當物料小車到達頂部直接卸料到小鐘時，小鐘還未到位，物料已經卸下到大鐘了，這樣就會是物料混合不均勻，達不到制作要求，從而使整個系統(tǒng)癱瘓。系統(tǒng)采用觸摸屏進行模擬控制，可以清楚的看到各道工序進行位置，并在第一時間找到故障位置，為工人操作、調試、檢查故障節(jié)約了大量時間。3 控制系統(tǒng)設計3.1 控制過程工藝流程圖設計 料尺每隔3分鐘下探一次，若到達限位開關，等小車，小鐘，大鐘到達初始位置時停止按住小車上行控制按鈕，直至到其達末位置，待小鐘到達初始位置，小車開始卸料到小鐘，時間5s小鐘自動上行至其初始位置，大鐘開始下行至末位置，并自動卸料5s，上行至初始位置大鐘等待小鐘到達其初始位置，按住大鐘下行按鈕，直至其到達末位置，5s卸料到高爐。按住小車下行控制按鈕，直至到達其初始位置；按小鐘下行按鈕，小鐘開始下行，直至其末位置，若大鐘在其初始位置，則卸料5s到大鐘，按住小鐘上行按鈕，小鐘上行小車到達其末位置后，等待小鐘到達其初始位置，小車開始5s卸料到小鐘小車在初始位置，裝料20s，裝料完畢上行，至末位置小鐘下行至其末位置，若大鐘在其初始位置，小鐘則5s卸料到大鐘小車在初始位置，裝料20s，等待命令自動手動手動or自動啟動圖4：工藝流程圖3.2 控制程序順序功能圖設計 物料限位開關料滿警示燈亮小車下行到初始位置T2小鐘上行到初始位置大鐘下行到末位置，卸料5s小鐘下行，自動卸料5s到大鐘小鐘初始位置大鐘初始位置，T1小車、小鐘、大鐘初始位置大鐘下行到末位置，卸料5s小車上行，卸料5s到小鐘BC2大下SC1小上小鐘上行到初始位置小鐘下行，自動卸料5s到大鐘SC2小下CAR2下小車下行到初始位置小車上行，卸料5s到小鐘CAR1上料尺自動下行W0.02(自動)W0.01(手動）01圖5：順序功能圖3.3 控制程序設計思路 主控制程序采用IL與ILC組合指令選擇自動、手動控制程序，在主程序下，有料尺的掃描工作程序，即每兩分鐘下行一次，查看物料是否已經到達限度。自動控制程序通過時間繼電器和位置行程開關實現(xiàn)自動流程，手動程序則依照按鈕條件進行操作控制。整個程序清晰明朗，易于查看。4 人機界面設計 4.1 選用界面介紹 本次系統(tǒng)設計界面采用CX-Designer。它是歐姆龍公司系列PT專用的組態(tài)王軟件，主要用指示燈指示位置狀況和報警情況，實現(xiàn)了手動和自動控制的模擬過程，下面是界面效果。圖6：PT界面效果圖4.2 畫面制作與設計 高爐上料系統(tǒng)輸入、輸出點比較多，17個輸入點，13個輸出點?？刂瓢粹o輸入采用按鈕界面控制，位置行程開關采用開關裝置控制，輸出都使用指示燈顯示，便于查看。5 系統(tǒng)調試及結果分析 5.1 系統(tǒng)調試及解決的問題 系統(tǒng)調試時按照需求進行手動或者自動調試。首先要模擬現(xiàn)場環(huán)境，將小車、小鐘、大鐘都放置于初始位置，小車置于“小車低位”、“小鐘高位”、“大鐘高位”。手動操作是步進方式進行。手動調試時，按下啟動按鈕，選擇HAND操作，指示燈小車裝料，時間20s，然后按下CAR1按鈕，小車上行指示燈亮，這時為了模擬現(xiàn)場環(huán)境，將“小車低位”指示燈熄滅，“小車高位”指示燈點亮，表示小車到達高位，然后“小車卸料燈”亮5s，停止，然后按住“CAR2下”按鈕，“小車下行燈”亮；按住“SC1小下”，“小鐘下行燈”亮，轉換小鐘位置指示燈，模擬現(xiàn)場環(huán)境，熄滅“小鐘高位燈”，點亮“小鐘低位燈”，模擬小鐘下行到低位置，然后“小鐘下行燈”滅掉，“小鐘卸料燈”亮5s，然后熄滅；按住小鐘上行按鈕“SC1上”，切換小鐘高低位行程指示，按下“小鐘高位”行程指示開關，指示小鐘到達高位。按住大鐘下行按鈕“BC2大下”，“大鐘下行燈”亮，復位大鐘高位開關，置位大鐘低位開關，“大鐘卸料燈”亮7s，表示大鐘卸料7s，然后按住大鐘上行控制按鈕“BC1大上”，“大鐘上行燈”亮，置位“大鐘高位”開關，復位“大鐘低位”開關。此時一次手動操作完成了。自動操作只需要切換到自動運行狀態(tài)，按下“AUTO”按鈕，程序就開始自動進行，為了體現(xiàn)自動的快捷性，方便性，將小車裝料時間設置為5s。小車裝料5s后，自動上行到頂端，等到小鐘到達初始位置之后，5s自動卸料到小鐘，然后開始自動下行；小鐘則下行到末位置，等到大鐘到達初始位置時就卸料到大鐘，時間5s，然后自動上行到初始位置；大鐘燈小鐘到達初始位置后則開始下降，到達末位置之后進行卸料，時間7s，將物料卸到高爐內，完成一次自動過程，大鐘上行到初始位置。5.2 結果分析 整個仿真過程很順利，能夠達到設計要求，并能充分考慮到大小鐘之間的互鎖關系，還有自動與手動操作的互鎖。從而使系統(tǒng)能安全運行，使物料能充分混合。高爐上料PLC控制系統(tǒng)在功能上已經能滿足題目需求及其用戶需求，但是對于一個安全、可靠、高效率的PLC控制系統(tǒng)來說，還是存在許多的問題：沒有時間預警功能，若操作工人選擇自動操作離開工作臺，機器發(fā)生故障，沒有報警提示功能反饋給工人，不能及時處理故障，影響生產效率；此外，在手動、自動間進行切換的時候沒有充分考慮到運行狀況，若小鐘還在上升途中就切換到了自動運行模式，那么自動過程將會失效，因為小鐘沒有到達初始位置，程序不會進行。結束語 本次PLC課程設計能夠加深對書本知識的掌握，鍛煉實際操作能力，真正進行上機調試的時候，要考慮的問題很多，如何連接PLC，如何下載程序到PLC，以及如何使用組態(tài)王或者PT軟件進行模擬調試，這些都是課堂上學不到的。在實際編程過程中也能夠充分去理解各種編程指令，去使用已經掌握的各種指令，從而更加了解PLC編程。在模擬仿真時，上機模擬和在線模擬又是不同的效果，仔細分析這些不同之處，然后找到實際原因，并進行處理。實際過程中比如這臺機器下不進去程序，原因可能是沒有安裝驅動程序、沒有選對機型、沒有選用正確的下載鏈路USB or TOOLBUS、程序沒有編譯通過等，很多原因，這些都是實際操作過程中才能發(fā)現(xiàn)并學習去解決的，所以，PLC課程設計是一個非常好的課程，可以學到很多課堂不能學到的。參考文獻 樊金榮歐姆龍CJ1系列PLC原理與應用第一版北京：機械工業(yè)出版社，20089王冬青. 歐姆龍CP1系列PLC原理與應用 電子工業(yè)出版社，201110附錄一：源程序 附錄二：調試運行中的部分運行圖小車第二次裝料燈亮，小鐘裝料結束下行燈亮：自動裝料結束，小車上行燈亮，大鐘上行燈亮，料尺下行燈亮：