分布式控制课程设计 设计名称：自动上料和上料控制系统设计 院校：部门： 设计师： 讲师：一、 自动上料和上料控制系统设计总结：本设计由西门子小型PLC设计S7-200编程实现自动上下料系统的控制，通过上位机组态软件WinCC实现对其运行过程的监控。两者之间的通讯实现了对自动上料和上料控制系统的监控。关键词：西门子；可编程逻辑控制器；配置软件； WinCC 二、 应用背景 基于PLC和组态软件的SCADA（和数据）系统广泛应用于现代工农业生产中，自动化程度越来越高。随着科学技术的不断发展和对生产技术的新要求，电气控制技术发展迅速。在现代工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个生产过程实现全自动化，这离不开控制系统。控制系统是整条生产线的灵魂，对整条生产线起着指挥作用。一旦控制系统出现故障，轻者会影响生产线的延续，重者甚至会引发生命安全事故，给企业造成重大损失。上料台车是基于PLC控制系统设计的。控制系统的每一步都直接影响到上料台车的运行。因此，喂料台车的性能直接关系到控制系统的性能。
上料台车的正常运行和工作效率的高低都离不开控制系统。因此，上料台车控制系统的设计应引起重视。可编程序控制器是结合继电器接触器控制和计算机技术不断发展和改进的一种自动控制装置。具有编程简单、使用方便、通用性强、可靠性高、体积小、维护方便等优点。广泛应用于自动控制领域。控制系统利用PLC的实时控制和顺序处理功能，根据实际需要完成系统控制。本文给出了控制系统的主电路图和软件设计。西门子S7-200可编程逻辑控制器以其紧凑的设计和强大的功能，作为小型PLC的代表，拥有很高的市场占有率。组态软件是自动控制系统监控级的软件平台和开发环境。它采用灵活的配置方式，为用户提供通用级的软件工具，用于快速搭建工业自控系统的监控功能。组态软件支持各种工控设备和常用通信协议，通常应提供分布式数据管理和网络功能。 WinCC 是 HMI 不可分割的一部分，是组态软件的代表之一。 三、 设计内容及要求 本项目的主要设计内容包括：熟悉西门子PLC S7-200编程软件STEP 7-Micro/WIN，根据控制流程分配IO口，应用顺序控制设计方法，先画出并描述系统控制过程的时序功能图（Chart），然后转换成梯形图，在编程软件中下载调试，实现预期功能后进行软件配置，可视化设计了自动上下料系统的监控界面。工艺现场与主机之间良好的人机交互（HMI）。
确定送料台车控制系统总体设计方案，设计送料台车驱动电机电气控制电路原理图；确定送料台车控制系统的PLC型号规格，确定PLC I/O元件 列出PLC I/O元件配置表，设计送料台车控制系统PLC I/O接线图，整体结构图和PLC程序的梯形图，包括实用程序、控制程序、信号显示和故障报警程序等。 设计目的：1)精通PLC指令系统学习定时器、计数器和特殊继电器的实际应用。 2) 通过设计，牢牢掌握用功能表图设计梯形图的方法和步骤，以及绘制梯形图所遵循的规则和设计技巧。了解如何设计和调试时序控制程序。 3) 了解PLC 输入/输出点的分配和接线。 四、 Logic 概述 Logic （）通常简称为可编程控制器，英文缩写为PC或PLC，它是以微处理器为基础，集成了计算机技术，自动控制，是开发的一种通用工业自动控制装置通过技术和通信技术。它具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列优点，尤其是其可靠性高、适应恶劣工作环境的能力强，深受用户好评。在冶金、能源、化工、交通、电力等领域得到越来越广泛的应用，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）4.1. 可编程控制器特点4. 1. 1. 可靠性高，抗干扰能力强。现代PLC采用高度集成的微电子器件。实现这一目标的半导体电路的可靠性是使用机械触点的继电器无法比拟的。
为了保证PLC在恶劣的工业环境下也能可靠工作，在其设计和制造过程中，从硬件和软件的主要方面采取了一系列的抗干扰措施。硬件方面主要采取的措施有： 1) 隔离----PLC的输入输出接口电路一般采用光电耦合器来传输信号。这种光电隔离措施完全避免了外部电路与PLC内部的连接。能有效抑制外部干扰源对PLC的影响，防止外部强电进入内部CPU。 2)滤波----在PLC电路的电源和输入输出（I/O）电路中设置多种滤波电路，可以有效抑制高频干扰信号。 3) 对PLC内部的CPU供电采取屏蔽、稳压、保护等措施，防止干扰信号通过电源进入PLC。此外，各输入输出I/O接口电路的电源相互独立，避免了电源之间的干扰。互相干扰。 4) 内部设有联锁、环检、诊断等电路，一旦出现故障立即报警。 5) 外观采用密封、防尘、防震的外壳封装结构，适应恶劣的工作环境。在软件方面采取的主要措施有： 1) 设置故障检测和诊断程序 每次扫描都会检测和诊断系统状态、用户程序、工作环境和故障，并在发现错误后立即自动进行相应的处理。以适应恶劣的工作环境。
2) 用户程序和动态数据由电池备份，确保断电后相关状态和信息不会丢失。采用上述抗干扰措施后，一般PLC的抗电平干扰强度峰值可达1000V，脉宽可达10US，平均无故障时间可高达30万-50万小时。 4. 1. 2. 编程简单易学。 PLC采用与继电器控制电路图非常接近的梯形图作为编程语言。技术人员的阅读习惯对用户不需要特殊的计算机知识，因此很容易学习和理解程序的变化和修改。 4. 1. 3. 功能齐全，适应性强 目前PLC产品已经标准化、系列化、模块化，不仅具备逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，还具有A/D、D/A转换、算术运算和数据处理、通讯联网和生产过程监控等功能。可根据实际需要，方便灵活地组装成不同尺寸和功能的控制系统。可控制单机、一条生产线、一组机器、多条生产线；它可以在现场或远程控制。控制。针对交流或直流、数字或模拟、电流或电压、脉冲或电位、强电或弱电等不同的工业现场信号，PLC具有相应的I/O接口模块，可直接与工业现场控制装置和设备连接，用户可根据需要轻松配置，形成实用紧凑的控制系统。
4. 2. PLC编程语言PLC编程语言包括梯形图语言、助记符语言、流程图语言和布尔代数语言。其中，前两种语言使用较多。流程图语言也用在很多场合。本节介绍梯形图语言和助记符语言的编程和特点。 4. 2. 1. 梯形图语言梯形图结构遵循继电器控制原理图的形式，采用常开触点、常闭触点、线圈和功能快速、功能强大的图形。其他结构语言。对于同一控制电路，继电器控制原理图和梯形图的输入输出信号基本相同，控制过程是等效的。两者的区别在于继电器控制原理图采用硬件继电器和定时器，通过硬件连接形成控制电路，而PLC梯形图采用内部继电器、定时器和计数器由软件控制。因此，PLC的使用具有很高的灵活性，程序修改过程非常方便。梯形图的书写顺序是从上到下，每行从左到右。 PLC的执行顺序与梯形图的编程顺序一致。图中左右两侧的垂直线分别称为起始母线和结束母线。每条逻辑线都必须从起始总线开始。结束总线可以省略。梯形图中有两种触点，即常开触点和常闭触点。这些触点可以是PLC输入触点或内部继电器触点，也可以是内部继电器、定时器/计数器状态。
同一标签的联系人可以无限次重复使用。这是因为每个触点的状态都存储在PLC中的存储单元中，可以重复读/写。传统继电器控制中的每个开关都对应一个物理实体，因此使用次数有限。这是PLC相对于传统控制的优势之一。输出元素必须连接到梯形图的最右侧。 PLC 的输出元件用圆圈表示。不同型号的输出元件表明存在一些差异。同一个输出变量只能使用一次。梯形图中的触点可以任意串联或并联，而输出线圈只能并联不能串联。在程序的最后，必须有一个终止符，一般用“END”表示。使用电脑编程时，只需按照梯形图的编程顺序将逻辑线输入电脑，然后按下即可传送到PLC。梯形图也可以通过编程器转换成助记语言，逐句输入PLC。助记语是PLC的命令语句表达式。梯形图的使用虽然直观简单，但在输入图形符号之前需要PLC配备更大的显示器。这在一些小模型上很难满足，所以需要使用助记词。需要指出的是，不同类型的PLC有不同的助记语言，但它们的基本原理是相似的。写的时候，一般按照要求编译一个梯形图，然后按照梯形图转换成助记语言。 五、 PLC控制上料台车设计5.1自动上料台车概述自动上料台车系统是用于物料输送的流水线设备生产线自动送料装车系统，主要用于煤粉、细砂等物料的输送。
自动上料台车系统一般是由上料机、输送带、台车等单一设备组合而成，完成特定的工序。对此类系统的控制要求动作稳定，并具有连续可靠工作的能力。送料台车控制系统采用PLC控制。从上料台车的工艺流程来看，其控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统。因此，上料小车的电气控制系统设计为手动和自动两种工作模式。程序设计采用模块化设计方法，省去了工作模式程序之间复杂的联锁关系，在设计和修改任何工作模式程序时，不会对其他工作模式程序造成任何损害。任何影响都会使程序设计、修改和故障排除变得更加容易。 5. 2 控制程序设计 本程序设计的关键是处理好呼叫按钮和到位开关的位置关系。为此，我们采用将行程开关和各位置的按钮记录到数据寄存器中的方法。 例如，送料小车的当前位置送入数据寄存器DO，调用站号送入数据寄存器D1，然后通过比较确定送料小车的运行方向和到达的目标位置。 DO 和 D1 中的数据。 六、自动上下料控制系统工作过程初始状态：绿灯(L2）(QO.6)亮，红灯(L1）(Q0. 如果5)为off，则表示允许汽车开始充电。> 两者都为OFF。
车到时，检测开关S3（I0.0）打开（负载板上没有设置，但可以从通用设备板上选择），红色信号灯L1亮，绿色L2灭（表示其他车无法驶入），传送带驱动电机M3(Q0.0)(低级)运行；2s后，电机M2 (Q0. 1)(中层)运行；再过2s，M1(Q0.2)(上层)运行，依次启动供料系统。电机M3（下层）运转，进料阀K1(Q0. 3)打开料斗进料，当料斗满时，检测开关S1=1(I0. < @2)开启生产线自动送料装车系统，进料阀K1关闭（设置1个料斗物料足以装满1辆小车）；料斗出料阀K2后（Q0.4)在M1处运行（上层）和料斗满（S1=1），卸料阀打开，物料由传送带输送，装入小车。当小车结束后ull，称重开关S2(I0.1)动作，料斗卸料阀K2关闭，电机M3(下层)断电停止。 2s 后，M2 将停止。 2s 后，M1 将停止。 （上层）停车，绿灯L2亮，红灯L1灭，表示可以开走。注：检测小车到站开关S3为启动按钮，可现场手动S3或上位机开启（启动按钮S4），开关S1和称重开关S2动作料斗满度检测由模拟现场操作面板内部电路控制，无需添加按钮。
6. 1、自动上料和上料系统 该系统由计算机、上料系统现场控制柜、3台皮带输送机上料电机和位置检测装置组成。主机安装在控制室，用于收发和显示装载现场的信号，记录、存储、显示和控制现场的运行状态。上料系统现场控制柜安装在生产线现场，电机和位置传感器安装在上料系统现场，由现场控制柜控制。控制系统框图如图 1 所示。 图 1 6. 2. 系统 IO 口连接图 根据系统的控制要求，系统的输入点数为 3，输出点数为7点，对应的IO分配图如下： 图2 PLC软件编程IO口分配符号表： 图3 6. 3.控制系统梯形图 图4 6. 4 . 上位机监控系统旨在将PLC中的变量提供给组态软件WinCC。 PLC 和 WinCC 之间必须进行通讯。西门子S7-200上位机软件可以轻松实现两者之间的通讯。 PC软件是专门用于S7-200 PLC的OPC（服务器）软件，它为OPC客户端提供数据信息，可以与任何标准的OPC（客户端）进行通信。
PC 软件自带 OPC 客户端测试终端，让用户可以轻松检查项目的通信和配置的正确性。在PLC编程软件菜单中打开S7-200 PC，新建PLC连接，导入PLC中的外部变量，然后在“变量管理”中的“新建系统连接”和“系统参数”上右击WinCC，并选择之前的外部变量导入。这样就完成了PLC和WinCC...