基于PLC的自动上料机设计

基于PLC的自动上料机设计摘要电器控制技术应用于各个行业，电气控制技术的发展，是随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进和电器控制的日新月异而迅速发展。

从简单的控制系统发展到以计算机为中心的上位机对下位机的控制。

越来越多的实现对机械的控制。

上料机是在日常生产中应用广泛的设备，自动控制能够减轻人的劳动，使人从中解放出来。

自动上料是常见的工业生产环境，因为伺服电动机的各种优点所以自动送料机的马达选用伺服电动机。

因为伺服电机不需要A\D 转换，能够直接将数字脉冲信号转化为位移，所以被认为是理想的执行元件。

随着伺服电机技术的发展，伺服电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为不可替代的执行元件。

伺服电机的抗干扰能力强，它工作的可靠性高，同时，由于实现模块化结构，使系统构成十分灵活，便于在线修改，产品适应性强。

本课题采用PLC控制伺服电机来控制小车的自动运行，实现自动上料功能，完成要求的运行状态。

本文以为燃煤锅炉为研究背景进行了如下设计：(1)建立了基本模型，确定了控制要求。

(2)确定了系统控制方式，选定了PLC，制定了设计过程，设计了能够实现完整功能的程序。

(3)进行了部分硬件接线的设计，能够完成部分接线任务。

关键词：PLC；自动上料；控制系统目录摘要 (I)第1章绪论 (3)1.1 课题背景 (3)1.2 本课题设计的目的和意义 (3)1.3 主要研究内容 (4)第2章上料系统 (5)2.1 上料系统图 (5)2.2 控制要求 (6)2.3 本章小结 (6)第3章硬件及连接 (7)3.1 硬件的选择 (7)3.1.1 电机 (7)3.1.2 传感器 (8)3.1.3 接触器 (9)3.2 线路接线 (11)3.2.1 PLC的连接 (11)3.2.2 电机接线 (11)3.3 本章小结 (11)第4章系统控制确定 (13)4.1 PLC的结构及优点 (13)4.1.1 PLC的结构 (13)4.1.2 PLC的控制的优点 (14)4.2 PLC的主要功能和应用 (16)4.3 设计过程 (16)4.3.1 系统程序设计的基本步骤 (16)4.3.2 确定I\O接口 (17)4.3.3 PLC的选型 (17)4.4 梯形图 (18)4.5 本章小结 (22)结论 (23)参考文献 (24)致谢 (25)第1章绪论1.1 课题背景人类逐渐发展向机械化时代，越来越多的自动化产品代替手工劳动，使人类得到解放，自动化控制是时代的需求，面对未来的需求，本课题研究就是实现日常中上料小车的自动控制。

产业中已不在是仅仅要求单机自动化，而是要求能实现一条产线甚至更大规模的全盘自动化。

因此将机械、电子等联系起来实现整体的自动化控制是很有必要的。

本次课题就是实现PLC对上料小车的自动控制，PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

并使其完成人为规定其需要完成的动作，各执行机构根据系统要求，实现一定的规律和顺序运动。

[1]PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

可靠性高，抗干扰能力强。

配套齐全，功能完善，适用性强。

易学易用，深受工程技术人员欢迎。

系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造体积小，重量轻，能耗低。

因此进行伺服电机的PLC控制系统设计，可以推动与伺服电机相关行业的发展，具有一定的经济和理论研究的价值。

1.2 本课题设计的目的和意义自动送料系统是当今常见的工业生产设备，由于计算机的发展，使得伺服电机获得了广泛的应用和普及，在许多领域的到应用。

伴随着不同数字化技术的发展以及伺服电机本身技术的提高，使得其应用领域更广，故自动上料控制有广泛的应用价值。

目前比较典型的控制方法是用单片机产生的脉冲来控制电机。

但采用单片机控制，不仅要设计复杂的控制程序和I\O接口电路，实现比较麻烦，而且工业现场的恶劣环境适应性差，可靠性不高。

基于PLC控制具有设计简单、实现方便、定位精度高、参数设灵活的优点，在工业过程控制中使用可靠性高，监控方便。

因此用PLC来控制伺服电机来实现自动控制，非常有实际价值。

1.3主要研究内容课题主要研究的是如何实现要求的功能，在完成硬件接线的前提下，安全稳定的实现控制功能。

(1)通过编程，控制系统的整体运行，主要研究对象是程序，认真仔细的编写程序。

(2)通过编程软件的自检测功能检测程序是否能正常运行，保证程序的准确性，在实现功能的前提下尽可能是程序精简，保证程序高效运行，减少运行时间，使系统高效工作，达到最节能最高效的工作。

第2章 上料系统以燃烧炉为背景进行建模，设计能够进行自动上料的控制系统，实现自动上料的目的，通过PLC 的控制来控制电机的正反转，通过上料小车电机的正反转靠控制小车的前进与后退，炉门电机的正反转来控制炉门的开关，通过行程开关来检测小车的位置，PLC 的程序来实现对上料的控制，满足要求的功能，进行了如图2-1的建模。

2.1 上料系统图图 2-1系统图2.2控制要求通过系统图模拟要实现的功能列出如下控制要求：(1)按启动按钮→ 炉门电机正转→ 炉门开；(2)压下炉门上限位开关→ 炉门电机停止；推料机电机正转→推料机进，送料入炉到料位；(3)压限位开关→ 推料机电机停止；延时3秒后，推料机电机反转→ 推料机退到原位；(4)压限位开关→ 推料机电机停止；炉门电机反转→炉门闭；(5)压限位开关→ 炉门电机停止；常闭触点闭合，为下次循环作准备；(6)完成4次上料后，系统自动停止；(7)若按下停止按钮，则完成当前工作后，才能停止工作。

2.3本章小结(1) 建立并绘制上料系统图，明确系统中的主要硬件部分，(2) 编写系统控制要求。

对小车工作过程进行介绍，明确程序编写需要实现的功能。

第3章硬件及连接3.1硬件的选择3.1.1电机伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。

伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

分为直流和交流伺服电动机两大类。

伺服电机：伺服电机有转矩、惯量、转速三大要素组成。

根据负载的控制精度要求选择步距角大小，根据负载的大小确定静力矩，静力矩一经确定根据电机距频特性曲线来判断电机的电流。

一旦三大要素确定，伺服电机的型号变确定下来。

图4-1伺服电机3.1.2传感器物位是指贮存容器或工业生产设备里的液体、粉粒壮固体、气体之间的分界面位置，也可以是互不相溶的两种液体间由于密度不等而形成的界面位置。

根据具体用途分为液位、料位、界位传感器或变送器。

物位不仅是物料耗量或产量计量的参数，也是保证连续生产和设备安全的重要参数。

特别是在现代工业中，生产规模大，速度高，且常有高温、高压、强腐蚀性或易燃易爆物料，对于物位的监视和自动控制更是至关重要。

物位测量可用于计算物料储量。

对于粉粒体，必须考虑到颗粒间有空隙，应区分密度和容重。

密度是指不含空隙的物料每单位体积的质量，即通常的质量密度ρ，如果乘以重力加速度g，就成为重力密度r，简称为重度。

容重是包含空隙在内的每单位体积的重量γv，也就是视在重度或宏观重度，它总要比颗粒物质本身的重度小，其差额决定于空隙率。

而空隙率又取决与许多因素。

例如颗粒形状、尺寸的一致程度、是否受外力压实、是否经受过振动、有无黏结性等，所以粉粒体物料的体积储量和质量储量之间不易精确换算，这是需要注意的[6]。

现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。

当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。

测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。

(1)灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。

因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。

但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。

因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。

传感器的灵敏度是有方向性的。

当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

(2)线性范围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。

以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。

传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。

在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。

当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。

(3)精度精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节[7]。

传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。

这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。

如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。

对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。

自制传感器的性能应满足使用要求。

图4-2传感器3.1.3接触器接触器是用来远距离频繁地接通和断开交直流主电路和大容量控制电流的电器。

具有动作迅速控制容量大使用安全方便，能频繁操作和远距离操作等优点。

主要用作电动机的主控开关；小型发电机；电热设备；电焊机和电容器组等各种设备的主控开关。