高爐上料PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

中南民族大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院PLC課程設(shè)計(jì)報(bào)告課 程 PLC技術(shù)與應(yīng)用 設(shè)計(jì)題目 高爐上料PLC控制系統(tǒng) 年級(jí)專業(yè) 12級(jí)自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)52.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)53 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1 控制過程工藝流程圖設(shè)計(jì)63.2 控制程序順序功能圖設(shè)計(jì)73.3 控制程序設(shè)計(jì)思路74 人機(jī)界面設(shè)計(jì)84.1 選用界面介紹84.2 畫面制作與設(shè)計(jì)85 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析85.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題85.2 結(jié)果分析9結(jié)束語9參考文獻(xiàn)10附錄一：源程序10附錄二：調(diào)試運(yùn)行中的部分運(yùn)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(yùn)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，例如混凝土加工廠、煉鋼廠等大型工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。這些大型工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)由于設(shè)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(shè)備，防止意外事故發(fā)生，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，大量的減輕了工人的工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)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(chǎng)中對(duì)物料混合加工進(jìn)行配料控制，自動(dòng)或者手動(dòng)實(shí)現(xiàn)控制，方便人員操作，減輕工作負(fù)擔(dān)。系統(tǒng)設(shè)備：運(yùn)料小車、小鐘、大鐘、料尺、各相關(guān)位置開關(guān)。 工作過程描述：初始小車停在底部，人工啟動(dòng)后20秒時(shí)間裝料，裝料完畢小車上行，到達(dá)頂部位置自動(dòng)卸料到小鐘內(nèi)（卸料時(shí)間5秒）；而后小車自動(dòng)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(guān)到位）后下放大鐘，使物料落入高爐，大鐘下放到位延時(shí)7秒后提升到位（注意互鎖關(guān)系：大、小鐘不得同時(shí)下放）料尺每隔2分鐘下探一次料位。當(dāng)料位上限開關(guān)動(dòng)作，表明爐內(nèi)物料已滿，應(yīng)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(shí)間停止所有設(shè)備，但大小鐘在停止操作發(fā)生時(shí)應(yīng)先確保都提升到位才不再工作。人工停止后轉(zhuǎn)手動(dòng)控制，PLC不再干預(yù)。 相關(guān)時(shí)間參數(shù)：小車運(yùn)行時(shí)間：30S； 小鐘下放/提升時(shí)間：10S 大鐘下放/提升時(shí)間：15S； 料尺下探/提升時(shí)間：10S 2. 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 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(shè)備，使用CJ1M-CPU22型號(hào)設(shè)備，該設(shè)備程序容量10Ksteps、DM（字）32K、I/O點(diǎn)數(shù)320點(diǎn)，可以從以太網(wǎng)、Controller-Link、DeviceNet和CompoBus/S中選擇最適合的網(wǎng)絡(luò)。能基本實(shí)現(xiàn)高爐上料工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制。外圍器件使用行程開關(guān)作為行程指示信息，使用觸摸屏和CJ1M組合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，從而達(dá)到自動(dòng)和手動(dòng)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(hào)、功能系統(tǒng)按鈕0.00SB0，停止按鈕0.01SB1，啟動(dòng)按鈕方式選擇0.09HAND，手動(dòng)開關(guān)0.10AUTO，自動(dòng)開關(guān)行程開關(guān)0.02SQ2，車初始位置行程開關(guān)0.03SQ3，小車高位行程開關(guān)0.04SQ4，小鐘初始位置行程開關(guān)0.05SQ5，小鐘低位行程開關(guān)0.06SQ6，大鐘初始位置行程開關(guān)0.07SQ7，大鐘低位行程開關(guān)限位開關(guān)0.08SQ8，料尺限位開關(guān)手動(dòng)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(bào)警圖2：系統(tǒng)I/O表2.3 系統(tǒng)接線圖設(shè)計(jì) 圖3：系統(tǒng)接線圖2.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 首先，該系統(tǒng)采用PLC設(shè)計(jì)，可以抵抗干擾，可靠性強(qiáng)；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(dāng)小鐘到達(dá)底部將物料卸下時(shí)，大鐘要等到小鐘完全到達(dá)頂部才能開始下行，否則當(dāng)物料小車到達(dá)頂部直接卸料到小鐘時(shí)，小鐘還未到位，物料已經(jīng)卸下到大鐘了，這樣就會(huì)是物料混合不均勻，達(dá)不到制作要求，從而使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。系統(tǒng)采用觸摸屏進(jìn)行模擬控制，可以清楚的看到各道工序進(jìn)行位置，并在第一時(shí)間找到故障位置，為工人操作、調(diào)試、檢查故障節(jié)約了大量時(shí)間。3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 控制過程工藝流程圖設(shè)計(jì) 料尺每隔3分鐘下探一次，若到達(dá)限位開關(guān)，等小車，小鐘，大鐘到達(dá)初始位置時(shí)停止按住小車上行控制按鈕，直至到其達(dá)末位置，待小鐘到達(dá)初始位置，小車開始卸料到小鐘，時(shí)間5s小鐘自動(dòng)上行至其初始位置，大鐘開始下行至末位置，并自動(dòng)卸料5s，上行至初始位置大鐘等待小鐘到達(dá)其初始位置，按住大鐘下行按鈕，直至其到達(dá)末位置，5s卸料到高爐。按住小車下行控制按鈕，直至到達(dá)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(dá)其末位置后，等待小鐘到達(dá)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(dòng)手動(dòng)手動(dòng)or自動(dòng)啟動(dòng)圖4：工藝流程圖3.2 控制程序順序功能圖設(shè)計(jì) 物料限位開關(guān)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(dòng)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(dòng)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(dòng)下行W0.02(自動(dòng))W0.01(手動(dòng)）01圖5：順序功能圖3.3 控制程序設(shè)計(jì)思路 主控制程序采用IL與ILC組合指令選擇自動(dòng)、手動(dòng)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(jīng)到達(dá)限度。自動(dòng)控制程序通過時(shí)間繼電器和位置行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流程，手動(dòng)程序則依照按鈕條件進(jìn)行操作控制。整個(gè)程序清晰明朗，易于查看。4 人機(jī)界面設(shè)計(jì) 4.1 選用界面介紹 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(bào)警情況，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)和自動(dòng)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(shè)計(jì) 高爐上料系統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)比較多，17個(gè)輸入點(diǎn)，13個(gè)輸出點(diǎn)。控制按鈕輸入采用按鈕界面控制，位置行程開關(guān)采用開關(guān)裝置控制，輸出都使用指示燈顯示，便于查看。5 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 5.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題 系統(tǒng)調(diào)試時(shí)按照需求進(jìn)行手動(dòng)或者自動(dòng)調(diào)試。首先要模擬現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)操作是步進(jìn)方式進(jìn)行。手動(dòng)調(diào)試時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，選擇HAND操作，指示燈小車裝料，時(shí)間20s，然后按下CAR1按鈕，小車上行指示燈亮，這時(shí)為了模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，將“小車低位”指示燈熄滅，“小車高位”指示燈點(diǎn)亮，表示小車到達(dá)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(zhuǎn)換小鐘位置指示燈，模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，熄滅“小鐘高位燈”，點(diǎn)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(guān)，指示小鐘到達(dá)高位。按住大鐘下行按鈕“BC2大下”，“大鐘下行燈”亮，復(fù)位大鐘高位開關(guān)，置位大鐘低位開關(guān)，“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(guān)，復(fù)位“大鐘低位”開關(guān)。此時(shí)一次手動(dòng)操作完成了。自動(dòng)操作只需要切換到自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，按下“AUTO”按鈕，程序就開始自動(dòng)進(jìn)行，為了體現(xiàn)自動(dòng)的快捷性，方便性，將小車裝料時(shí)間設(shè)置為5s。小車裝料5s后，自動(dòng)上行到頂端，等到小鐘到達(dá)初始位置之后，5s自動(dòng)卸料到小鐘，然后開始自動(dòng)下行；小鐘則下行到末位置，等到大鐘到達(dá)初始位置時(shí)就卸料到大鐘，時(shí)間5s，然后自動(dòng)上行到初始位置；大鐘燈小鐘到達(dá)初始位置后則開始下降，到達(dá)末位置之后進(jìn)行卸料，時(shí)間7s，將物料卸到高爐內(nèi)，完成一次自動(dòng)過程，大鐘上行到初始位置。5.2 結(jié)果分析 整個(gè)仿真過程很順利，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并能充分考慮到大小鐘之間的互鎖關(guān)系，還有自動(dòng)與手動(dòng)操作的互鎖。從而使系統(tǒng)能安全運(yùn)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(jīng)能滿足題目需求及其用戶需求，但是對(duì)于一個(gè)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(shí)間預(yù)警功能，若操作工人選擇自動(dòng)操作離開工作臺(tái)，機(jī)器發(fā)生故障，沒有報(bào)警提示功能反饋給工人，不能及時(shí)處理故障，影響生產(chǎn)效率；此外，在手動(dòng)、自動(dòng)間進(jìn)行切換的時(shí)候沒有充分考慮到運(yùn)行狀況，若小鐘還在上升途中就切換到了自動(dòng)運(yùn)行模式，那么自動(dòng)過程將會(huì)失效，因?yàn)樾＄姏]有到達(dá)初始位置，程序不會(huì)進(jìn)行。結(jié)束語 本次PLC課程設(shè)計(jì)能夠加深對(duì)書本知識(shí)的掌握，鍛煉實(shí)際操作能力，真正進(jìn)行上機(jī)調(diào)試的時(shí)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(jìn)行模擬調(diào)試，這些都是課堂上學(xué)不到的。在實(shí)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(jīng)掌握的各種指令，從而更加了解PLC編程。在模擬仿真時(shí)，上機(jī)模擬和在線模擬又是不同的效果，仔細(xì)分析這些不同之處，然后找到實(shí)際原因，并進(jìn)行處理。實(shí)際過程中比如這臺(tái)機(jī)器下不進(jìn)去程序，原因可能是沒有安裝驅(qū)動(dòng)程序、沒有選對(duì)機(jī)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(shí)際操作過程中才能發(fā)現(xiàn)并學(xué)習(xí)去解決的，所以，PLC課程設(shè)計(jì)是一個(gè)非常好的課程，可以學(xué)到很多課堂不能學(xué)到的。參考文獻(xiàn) 樊金榮歐姆龍CJ1系列PLC原理與應(yīng)用第一版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20089王冬青. 歐姆龍CP1系列PLC原理與應(yīng)用 電子工業(yè)出版社，201110附錄一：源程序 附錄二：調(diào)試運(yùn)行中的部分運(yùn)行圖小車第二次裝料燈亮，小鐘裝料結(jié)束下行燈亮：自動(dòng)裝料結(jié)束，小車上行燈亮，大鐘上行燈亮，料尺下行燈亮：