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1、南昌工程学院毕业设计题 目： 基于PLC的自动加料机控制系统 学 院： 机械与电气工程学院 专 业： 09机电一体化（2）班 姓 名： # 学 号： # 指导教师： # 完成日期： 2012 年 6 月摘要 由于生产和科技的发展，自动化水平也越来越高，应用领域也越来越多。自动控制系统是实现自动化的主要手段，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。如近年来，在玻璃制造行业中，玻璃全电熔技术中的人工加料方式逐渐被自动加料系统取代等。自动加料系统具有工作时间长、操作简单、加料均匀、工作稳定，自动化程度高等优点，因此，一些有实力采用全电熔的玻璃产家已经开始使用自动加料设备。本
2、次设计在本着节约资金、降低成本，提高生产效率，人机操作的简便性，保障人身安全的科学人性化管理的方针下对加料机机构进行自动化设计。利用可编程控制器PLC来控制自动加料，本文以PLC程序控制的自动加料设备的控制的程序。自动加料系统具有操作简单、加料均匀、自动化程度高等优点,因此,一些有实力采用全电熔的玻璃生产厂家已经开始使用自动加料设备。 此设计本着节约资金、降低成本，提高生产效率，人机操作的简便性，保障人身安全的情况下对加料机机构进行自动化设计。设计出更加适合于工作环境的加料机构。此设计中自动加料机控制体系是采用以PLC为核心，结合触摸屏等辅助设备对的控制这样的一套自动化设备来实现的，这样就可以
3、在不购买新设备的基础上对旧设备进行自动化改良，这不仅大大提高了工作的效率和经济效应，也提高了产品的质量，方便了管理好设备，让公司管理体系更加完善，减少了人力物力。 文中阐述了基于PLC的自动加料机控制系统的结构，并分别介绍了PLC的结构和技术特点、自动加料机的工艺技术要求、触摸屏界面设计、硬件的选择、PLC模块I/O端口的分配、PLC原理图、程序结构、主电气图和系统的功能及保护。关键词：PLC；自动加料机；I/O端口分配；变频器；触摸屏 ；程序结构；目录第一章 绪论51.1 设计背景和研究意义51.2 自动加料机控制系统的技术要求6第二章 可编程控制器基础82.1 PLC的简介82.2 PLC
4、的结构92.3 PLC的分类102.4 PLC的特点122.5 PLC的应用142.6 PLC的发展152.7 PLC系统的其他设备162.8 PLC的编程语言及设计原则162.9 PLC的通信联网19第三章 系统硬件设计213.1 PLC的选择213.2 自动加料机的选择223.3 变频器的选择233.4 触摸屏的选择263.5 触摸屏人机界面设计283.6 电动机的选择313.7 气缸的选择34第四章 系统软件设计364.1 工作流程图及主电路的接线图364.2 PLC模块I/O端口分配384.3 系统程序设计40总 结48致谢49参考文献50第一章 绪论1.1 设计背景和研究意义 制造业
5、是现代文明的支柱之一，其既占有基础地位，又处于前沿关键;它是工业发展的主体又是国民经济持续发展的基础。以前的工厂都是利用人工的方式进行生产加工，这样的工作的方式，不仅没有安全保障，而且没有很高的经济效益。特别是加工制造业方面，都是小工厂，小作坊形式，没有自动化的设备，什么事只能靠人力去做，在乡镇里体现的更明显。而制造业是我国经济增长的主导部门和经济转型的基础；作为经济社会发展的重要依托，制造业是我国城镇就业的主要渠道和国际竞争力的集中体现。是提高我国国民生产的重要支柱，制造业直接体现了一个国家的生产力水平，是区别发展中国家和发达国家的重要因素，制造业在世界发达国家的国民经济中占有重要份额。 随
6、着国内的发展形式越来越好，竞争也越来越激烈，高科技设备逐渐代替了以前的手工操作方式，自动化设备也越来越多，自动控制系统用的越来越多。公司面对的压力也越来越大，不仅要考虑国内的对手，国外的竞争逐步加大，随着信息科技、市场经济的迅猛发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅速，尤其是随着高新科技的日新月异，产品的类型、工艺外形越来越复杂，再加上企业经营与发展必会面对对劳工的短缺、人工成本要省力化、合理化与自动化的发展趋势！传统的手工送料已经不能满足要求，这时自动加料机就应运而生。在今天现代科学技术的许多领域中，什么是加料机呢？顾名思义，加料机就是专门用于粒料，粉料，片状料，带状等材料的自动化
7、，数控化，精确化的输送机器，无论是轻工行业还是重工业都不可缺少的设备。传统观念，送料机是借助于机器运动的作用力加于材料，对材料进行运动运输的机器。 改革开放以来，各项技术的不断发展，如自动控制技术、电力电子技术、检测技术和信息技术，使得这些应用的领域越来越多。作为辅助装置的送料机构自动化水平也需要越来越高。提高自动化的水平不仅可以提高效率、产品的质量同时也能保证工人的人身安全。 综上所述，在本着节约资金、降低成本，提高生产效率，保障人身安全的情况下对加料机机构进行自动化设计。设计出更加适合于工作环境的加料机构。此设计中自动加料机控制体统就是采用以PLC为核心的自动控制技术来实现功能来实现的。1
8、.2 自动加料机控制系统的技术要求 在玻璃制造行业中，玻璃全电熔技术中的人工加料方式逐渐被自动加料系统取代。自动加料系统 具有工作时间长、操作简单、加料均匀、自动化程度高等优点，因此，一些有实力采用全电熔的玻璃产家已经开始使用自动加料设备。为此，本人以此设计一套以PLC程序控制的自动加料设备的控制的程序。工艺要求如下：自动加料机的机械系统共设计了2台电动机，振动电机和变频电机，分别实现对加料设备的振动和对传送带的驱动。振动是使物料能顺利的下落到传送带上，不至于卡住。驱动电机是驱动传送带运动，将物料装入下料口中。此系统的工作全过程是：启动系统，然后推动手臂到位，待到手臂到位后触动行程开关，此时给
9、PLC一个信号驱动变频器启动。接着启动变频电机E13，此时变频电机驱动传送带转动，传送带上E5、E6上的料就加到料斗E11中去。为保证传送带上有料且不出现堆料及缺料现象本例采用了断续加料方式，及启动振动器加料时间T3再停止振动器停止加料时间T4，如此循环，直到累计加料时间到达T2。这时候停止振动器和变频器，接着延时时间T5 510秒。接着缩回手臂，带手臂缩回到位后，再延时时间T6 510 秒。这样循环下去，直到到达设定的运行次数再停止系统。 图 1.1 运动过程示意图第二章 可编程控制器基础2.1 PLC的简介 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员
10、，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。 在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经
11、常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： 1、编程方便，现场可修改程序； 2、维修方便，采用模块化结构； 3、可靠性高于继电器控制装置； 4、体积小于继电器控制装置； 5、数据可直接送入管理计算机； 6、成本可与继电器控制装置竞争； 7、输入可以是交流115V； 8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等； 9、在扩展时，原系统只要很小变更； 10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。 1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出
12、第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。 这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。2.2 PLC的结构1.基本结构：各种PLC的组成结构基本相同，主要有CPU,电源，储存器和输入输出接口电路等组成。2储存
13、器：PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。3中央处理器： 中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC的核心4输入接口电路：PLC的输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路的延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路适用于在有油雾、
14、粉尘的恶劣环境下使用。交流输入电路和直流输入电路类似，外接的输入电源改为220V交流电源。 5输入输出接口单元：PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。6电源：PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。7输出接口电路：输出接口电路通常有3种类型：继电器输出型、晶体
15、管输出型和晶闸管输出型。继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似，只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。8扩展接口和通信接口：PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。2.3 PLC的分类 PLC（可编程控制器）在现代的自动化行业中应用广泛，那么PLC在广泛的应用中，可以分为几大类呢，人们又是怎么样通过区别的呢？PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。1.按功能分类
