2023年基于PLC的供料控制系统设计.doc

物理与电子工程学院 PLC原理与应用 课程设计报告书 设计题目： 基于PLC的供料控制系统设计 专 业： 自动化 班 级： XXX 学生姓名: XX 学 号: XXXX 指导教师： XXXX 2023年 12 月 17日 物理与电子工程学院 课程设计任务书 专业： 自动化 班级： 3班 学生姓名 XX 学号 XX 课程名称 PLC原理与应用 设计题目 基于PLC的供料控制系统设计 设计目的、主要内容〔参数、方法〕及要求 设计目的： 1、掌握PLC功能指令的用法 2、掌握PLC控制系统的设计流程 设计主要内容及要求： 1、设计一个驱动小车自动送料的控制程序，具体要求如下: 〔1〕运料小车负责向4个料仓送料，送料路上从左向右共有4个料仓〔1号～4号〕位置开关，当某个料仓位置开关检测为1状态时，说明运料小车到达相应料仓位置。 〔2〕料仓要料信号由4个手动按钮发出，从左到右〔1号～4号〕。当要料信号发出后，运料小车根据料仓号，左行或右行自动送料。 〔3〕要料仓位与小车的车位相同时，小车停止。 〔4〕小车右行时不允许左行起动，同样小车左行时也不允许右行起动。 2、画出实现程序流程图。 3、列出输入、输出端口。 4、写出梯形图程序。 5、调试程序，直至符合设计要求。 工作量 2周时间，每天3学时，共计42学时 进度安排 第1天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计要求查找相关资料 第2-3天：学习课程设计中用到的PLC相关知识 第4-5天：根据课程设计的要求画出程序流程图 第6天：列出I/O分配表 第7-8天：写出梯形图程序，并对程序进行注释 第9-10天：学习西门子S7-200的编程软件STEP 7 MicroWIN SP6，并在该软件中编写梯形图程序 第11天：学习西门子S7-200仿真软件，并进行程序仿真和调试。 第12天：将课程设计中用到的程序在PLC试验箱上进行运行和调试。 第13-14天：撰写课程设计报告。 主要参考资料 [1]廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2023.8 [2]梅丽凤.电气控制与PLC应用技术[M].机械工业出版社,2023.3 [3]殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护[M].机械工业出版社,2023.1 指导教师签字 教研室主任签字 摘 要 随着社会的开展，冶炼厂的规模也随之扩大，对矿石的需求量大大提高，传统的供料是一种半自动化的系统，已经满足不了冶炼厂的需要。 对传统供料控制系统进行了认真的分析与研究后，结合相关理论和技术，制定出一套由PLC为控制核心的皮带传输供料控制系统。为了实现供料系统的稳定运行，处理诸如皮带跑偏、打滑及撕裂等问题，在主电路中用传感器检测故障信号，软件中调用相应传感器检测到的故障信号处理子程序并执行处理。 运用皮带运输线进行矿石供料大大提高了工作效率。在PLC中应用子程序的方式，不仅便于实现多种运行方式，而且大大提高了程序的可维护性和可靠性。 关键词：PLC；供料系统；传感器 目 录 1 绪论 1 1.1课题的提出 1 1.2矿石供料系统技术开展前景 1 2 系统总体方案设计 2 2.1矿石供料系统的工艺应用及特点 2 2.2 矿石供料系统的组成 2 2.3 供料系统工艺流程 3 3 系统硬件设计 5 3.1 系统主要设备选型 5 3.1.1 PLC简介 5 3.1.2 PLC及其扩展模块的选型 8 3.1.3 皮带机的选型 8 3.1.4 电动机的选型 8 3.1.5 电机过流检测元件的选型 9 3.1.6 称重传感器的选型 9 3.1.7 皮带跑偏检测元件的选型 10 3.1.8 皮带机打滑检测元件的选型 11 3.1.9 皮带机撕裂元件的选型 11 3.2 系统主电路设计 12 3.3 系统硬件配置及I/O接线图 12 4 心得体会 16 参 考 文 献 17 1 绪论 皮带运输是一种长距离、大批量、告诉运输货物原料的运输体系。皮带传输系统因其结构简单，使用方便，造价低廉，被广泛应用于工业生产中，如冶金、煤炭、港口、建筑、食品加工等。随着冶炼厂规模的逐渐扩大，矿石需求量逐渐提高，对冶炼厂供料系统的高效运输能力要求越来越高。 1.1课题的提出 传统的冶炼厂矿石供料控制系统是一种基于继电接触器人工手动方式的半自动化系统。现场环境十分恶劣，对设备损伤较大，使得设备会经常出现一些故障，例如有皮带跑偏、打滑及撕裂等等。供料系统由于处在一个电网中，设备不能同时启动，必须有次序的启动和停止。如果供料系统在运行过程中某单体设备出现故障，那么该设备及应按照顺序停止的设备同时停止，并给出故障指示信号供工人们能够准确的找出故障位置并排除故障，以减少供料系统设备维修时间。随着冶炼厂规模的迅速扩大，供料控制系统的作用日益突出，而传统的控制系统已无法满足冶炼厂的需要，因此需要对传统的冶炼厂供料系统进行改造。 同时当今世界是一个信息技术高度开展的世界，信息贯穿社会的每个角落，现代化的工厂。建立全自动化的供料系统，不仅可以让工人从恶劣的环境中、繁重的劳动中解放出来。而且可以通过建立控制网络将相距较远的各输煤机架控制器相连，实现信息的相互传递，不仅保证了控制的时实性，可靠性，同时便于未来厂级或车间级的管理。 因此，冶炼生产应用自动化已经成为必然要求，其投入产出比显著，且逐渐成为冶炼工业现代化的标志。 1.2矿石供料系统技术开展前景 矿石供料系统是冶炼厂重要的矿石传输局部。其后工序是冶炼厂冶炼炉，这些工序的控制都涉及过程控制技术。随着科技的不断进步，电子技术的不断开展，过程控制技术经历了三四十年代单参数仪表控制、四五十年代的单元组合仪表综合参数仪表控制以及60年代兴起的计算机过程控制等几个阶段。尤其是近一二十年来，随着微处理器、计算机技术和过程自动化控制理论的飞速开展，可编程控制器〔PLC〕性价比大幅提高，并得到了很快的普及和提高。可编程控制器具有信息存储、逻辑判断、精确、快速和自动化程度高等特点。将计算机技术应用于工业控制系统，既可大幅度地提高劳动效率，改善劳动条件，提高热效率，节约能源，降低本钱，又具有结构简单、性价比高、使用方便的优点。所以，PLC已成为工业自动化控制的有力工具，是工业自动化的开展方向。 2 系统总体方案设计 2.1矿石供料系统的工艺应用及特点 矿石供料系统是冶炼厂的重要组成局部，其作用就是从矿石仓输送到冶炼炉。由于将矿石输送到冶炼炉之间环节较多，人们从不同的工艺角度出发设计可以自行设计与实际需要相符合的供料系统。PLC供料系统是在由继电器控制的根底上开展起来的。由于供料系统的设备分散且与控制室相距较远，且整个矿石供料过程中，不可防止的矿石粉末飞扬，使得整个系统所处环境非常恶劣，这些都决定了必须提高矿石供料系统的自动化水平。又因为它具有可靠性好、本钱较低、运行周期长、更改方案灵活、节能和便于自动化管理等特点。因此70年代已在欧洲大陆广泛使用。90年代以来，我国新建的大、中型冶炼厂差不多都采用了PLC控制矿石供料工艺。 供料系统是冶炼厂冶炼工艺中的重要环节，而供料系统运行的稳定、可靠，是保证冶炼厂高效运行的关键。假设通过合理的设计，使供料系统经常处于最优条件下工作，既可以延长工作周期，提高工业生产量，也可以节能和减少劳动力等。而采用PLC为核心控制系统的出现，从以下几方面改善了供料系统的输料性能： 〔1〕增加了供料系统调整的灵活性。 〔2〕增加了供料系统的可靠性。 〔3〕减少了供料系统的经济开支。 2.2 矿石供料系统的组成 供料控制系统一般由PLC、电气执行机构和上位机组成。电气执行机构负责控制的具体实施，它从PLC接收控制命令，然后相关的接触器接点闭合或断开，电路导通，设备获得动力继而进行动作。如果单体设备故障，操作人员可以通过控制面板来进行紧急停车，也可对设备进行手动停车操作。PLC是实现自动控制的核心，所有自动控制内容都通过对它的编程实现。矿石供料系统的控制与其它车间略有不同，它的设备较多且重复，通过对PLC的编程来实现诸多设备的控制使得电气接线简单许多，这是供料控制系统开展的一种趋势。本设计冶炼厂供料系统局部由4台皮带机、1台给料器、1台粉碎机、1台筛选机等，来完成给料、粉碎、筛选、冶炼炉的工艺流程。 矿石供料系统的作用就是将矿石经给料器给料、粉碎、筛选后送到冶炼炉。由于其中的环节较多，所以不可能由一条皮带实现直接输送，应由多条皮带将各设备连接而成；同时供料系统是冶炼厂众多环节中的一个重要环节，矿石不经供料系统的运输，就不能到达冶炼炉的炉膛，就不能进行冶炼生产。可见，冶炼厂矿石的供料是十分重要的，因此供料系统必须稳定、可靠。为了提高系统的安全运行，采用传感技术及其它检测元件与PLC结合使用。该供料系统由四条供料皮带机和粉碎机、筛选机连接组成的。这四条机架的输料原理是完全一样的，都是机架上的皮带运输机。其中的筛选机包含一台可以正反转转动的电动机，它与称重传感器及三皮带共同完成矿石筛选，并将不符合要求的矿料重新送回粉碎机粉碎。 国内矿石供料系统普遍采用皮带运输的方式，该方式结构简单、运输的长短便于调整、负荷便于分担、便于添加中间环节。供料生产线根本工艺可分为给料、粉碎、筛选等环节组成等几个相关过程。其中筛选过程又由称重传感器及可以正反转转动的电动机组成。 为了保证供料系统的可靠性，即不能间断输料，实际的供料系统采用每一机架两条皮带运输矿石〔见图2-2-1〕，当其中一条皮带运输机出现问题时，另一台运输机接替运行工作；或者由于运行时间条件或电动机过热条件，两运输机轮流运行工作，但在这里只研究其简单运行方式暂不考虑复杂方式。 图2-2-1 矿石供料系统工艺过程简图 2.3 供料系统工艺流程 当检查好各设备正常情况后，按下启动按钮。供料器开始向皮带一供料，皮带一把矿石输送到粉碎机，粉碎机把矿石料粉碎后经二皮带输送到筛选机，之后筛选机开始工作〔筛选机内含有称重传感器〕，当矿石重量比设定值大时，其控制翻板的电动机正转，将大块的矿石通过三皮带送回粉碎机重新加工粉碎，然后控制翻板的电动机反转复位，规格符合要求的矿料直接通过四皮带输送到冶炼炉。其工艺流程图如图2-3-1所示。 图2-3-1 工艺流程图 系统处于正常状态下，当接收到启动及停止信号时，其动作如图2-3-2所示。其停止过程那么反之。 图2-3-2 启动过程 当某设备需要临时检修时按下手动停止按钮，该设备之前的设备按顺序停止后该设备停止。又当某设备出现意外紧急停车时，按下手动紧急停止按钮，此单体设备及其之前的设备同时紧急停止，并发出报警信号。 3 系统硬件设计 3.1 系统主要设备选型 根据对矿石供料控制系统的分析，画出系统电气控制总框图，如图3-1-1所示： 图3-1-1 系统的电气控制总框图 根据对该供料系统工艺分析，确定该系统的主要硬件设备包括以下几局部：PLC及其扩展模块、皮带机、电动机、电机过流检测元件、称重传感器、皮带跑偏检测元件、皮带机打滑检测装置、皮带机撕裂检测元件。主要