自动配料生产线,PLC,自动化.docx

摘要本文通过PLC在自动生产线上的使用，来介绍PLC的一些基本指令及功能。现在的工业生产的发展趋势，是趋向自动化发展。工厂的自动化程度越高，其工厂的作业人员的劳动强度就越低，相反其生产效率越高。本文讲述的是通过PLC顺序动作设计一条自动配料的生产线的设计，通过相关设计可以使自动配料生产线的自动化程度相对的提高。关键词：自动配料生产线，PLC，自动化目 录第一章 绪 论41.1 可编程控制配料系统应用的背景及目的41.2 可编程控制配料系统的特点及应用41.3 可编程控制器的发展和应用51.4 新一代可编程序控制器的技术现状8第二章 可编程控制配料系统设计和工作原理112.1 PLC硬件组成112.2 系统简介132.3 系统控制要求152.4 系统工作原理162.5 可编程控制器的选型及控制系统的地址分配162.6主电路设计172.7控制电路的设计182. 8 A/D 转换电路设计19第三章 系统软件设计213.1 梯形图的设计方法与概念213.2程序功能图的设计233.3系统的梯形图233.4系统的语句表27总 结31参考文献32致 谢33附 图34第一章 绪 论1.1 可编程控制配料系统应用的背景及目的PLC是可编程控制器（Programmable Controller）的简称，是一种在继电接触器控制技术和计算机控制技术的基础上发展起来的一种新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等基本功能，主要用来取代传统的继电器控制，因此，通常将其称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。随着微电子技术和计算机技术的发展，微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、通信联网等功能。但是，为了不与个人计算机（Personal Computer）的简称PC相混淆，常常还将可编程控制器简称为PLC。配料工序是工业生产过程中非常重要的环节，其配料精度直接影响着产品的质量。国内配料厂前期投入使用的微机配料系统大部分是国外引进的。随着我国电脑工业的发展，微机配料系统已逐步国产化，我国许多科研、生产单位都投入到开发生产的行列。配料系统普遍存在的问题是：配料精度低，机电控制部分的可靠性差，缺少数据库管理生产以及对生产过程的实时动态监视。配料精度低的主要原因是电子秤系统的动态性范围小，而可靠性差主要是中间继电器和微机控制系统的可靠性低所致。针对实际问题，我们采用西门子S7-200/226型可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发了配料控制系统，并已成功地应用于实践。为了实现生产过程的动态监视，使用微机系统机与PLC通令，在彩色屏幕上显示出动态生产和数据。经实际运行，该系统技术性能优良，运行稳定可靠，操作直观方便，对配料控制取得成功。根据配料工艺控制要求与特点，我们采用了德国西门子公司S7-200型PLC。西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。1.2 可编程控制配料系统的特点及应用随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的生产配料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。我们为各个配料生产领域所生产的可编程控制器配料系统。它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。可编程控制器配料系统的特点：（1）脱机手动工作；（2）联机自动就地工作；（3）上机控制的单周期运行方式；（4）由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；（5）自动启动、自动停机控制方式。可编程控制器配料系统应用领域：该系统可运用于对多种散装物料按预定的配比进行自动连续的流量控制的场合，例如石油、化工、冶金、纺织、制药、烟草、机械加工、建材、市政建设等行业的散状物料配料的工艺控制。未来发展趋势：随着科学技术的发展，电子技术不断更新，为使该系统适应未来发展，使该装置更加完善，目前有针对性的研究主要朝人性化的设计思路发展，充分利用软件的功能，将现有的硬件部分用软件所替代，选用更好更新的传输介质，改变固有的传输速率，提高网络的运行速度和可靠性。1.3 可编程控制器的发展和应用可编程序控制器是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术，应该是广大技术人员努力的方向。1.3.1 可编程序控制器的发展历程可编程序控制器问世于 20 世纪 60 年代，当时的可编程序控制器功能都很简单，只有逻辑、定时、计数等功能；硬件方面用于可编程序控制器的集成电路还没有投入大规模工业化生产， CPU 以分立元件组成；存储器为磁心存储器，存储容量有限；用户指令一般只有二三十条，还没有成型的编程语言；机型单一，没有形成系列。一台可编程序控制器最多只能替代200300个继电器组成的控制系统，在体积方面，与现在的可编程序控制器相比，可以说是庞然大物。进入70年代，随着中小规模集成电路的工业化生产，可编程序控制器技术得到了较大的发展。可编程序控制器功能除逻辑运算外，增加了数值运算、计算机接口、模拟量控制等；软件开发有自诊断程序，程序存储开始使用EPROM ；可靠性进一步提高，初步形成系列，结构上开始有模块式和整体式的区分，整机功能从专用向通用过渡。70年代后期和80年代初期，微处理器技术日趋成熟，单片微处理器、半导体存储器进入工业化生产，大规模集成电路开始普遍应用。可编程序控制器开始向多处理器发展，使可编程序控制器的功能和处理速度大为增强，并具有通信和远程 I/O 能力，增加了多种特殊功能，如浮点运算、三角函数、查表、列表等，自诊断和容错技术也迅速发展。80年代后期到90年代中期，随着计算机和网络技术的普及应用，超大规模集成电路、门阵列以及专用集成电路的迅速发展，可编程序控制器的CPU已发展为由16位或32位微处理器构成，处理速度得到很大提高，高速计数、中断、PID、运动控制等功能引入了可编程序控制器。使得可编程序控制器能够满足工业生产过程的各个领域，可编程序控制器已完全取代了传统的逻辑控制装置，模拟量仪表控制装置和以小型机为核心的DDC（直接数字控制）控制装置。由于联网能力增强，既可和上位计算机联网，也可以下挂 FLEX I/O 或远程 I/O ，从而组成分布式控制系统（DCS）已无困难。梯型图语言和语句表语言完全成熟，基本上标准化，SFC（顺序功能图）语言逐步普及，专用的编程器已被个人计算机和相应编程软件所替代，人机界面装置日趋完善，已能进行对整个工厂的监控、管理，并发展了冗余技术，大大加强了可靠性。 进入21世纪，可编程序控制器仍保持旺盛的发展势头，并不断扩大其应用领域，如为用户配置柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）。目前可编程序控制器主要向两个方向扩展：一是综合化控制系统，它已经突破了原有的可编程序控制器的概念，将工厂生产过程控制与信息管理系统密切结合起来，甚至向上为MES和ERP系统准备了技术基础，这种发展趋势会使得举步为艰的ERP系统有了坚实的技术基础，从而会带来工业控制的一场变革，实现真正意义上的电子信息化工厂；二是微型可编程序控制器异军突起，体积如手掌大小，功能可覆盖单体设备及整个车间的控制功能，并具备联网功能，这种微型化的可编程序控制器使得控制系统可将触角延伸到工厂的各个角落。随着世界经济一体化进程的加快，在技术发展的同时，发达国家更加注重了对可编程序控制器的知识产权的保护，国际大型可编程序控制器制造商纷纷加入了可编程序控制器的国际标准化组织，他们利用许多技术标准建立了符合他们经济利益的技术保护壁垒。1.3.2 可编程序控制器在我国的发展我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段：(1) 可编程序控制器的初级认识阶段（70 年代后期到 80 年代初期）国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套设备引进中，当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约 200 多台可编程序控制器。这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上，取代了传统的继电器逻辑系统，并部分取代了模拟量控制和小型DDC系统。继宝钢一期工程后，国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控制器在我国的发展。(2) 可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（80 年代初期到90年代初期）80年代初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统，其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。随着应用能力的提高和市场需求的扩大，一些部门和单位本着技贸结合、消化移植的方针，一方面进行二次开发和应用研究，一方面也在引进可编程序控制器的生产线，建立生产可编程序控制器的合资企业，积极开发自己的产品。同时，国内也开始研制可编程序控制器产品，当时在上海、北京、西安、广州、长春等地有约 20 多家科研单位、大专院校和工厂都在研制和生产可编程序控制器，但由于缺乏资金和后续研究力量、生产技术相对落后，只能停留在实验室阶段，没能投入实际应用和形成工业化生产。(3) 可编程序控制器的广泛发展阶段（90 年代初期到现在）进入90年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段，主要表现在以下几个方面：a. 政府重视可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于 1991 年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。同时可编程序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视，于 1993 年成立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。b. 应用更加广泛这一阶段可编程序控制器的应用已经渗透到国民经济的各个部门和工业过程的各个角落，已成为企业提高装备技术水平的重要标志。在宝钢的二期三期工程中使用了国外多个厂家三十几种机型计六百多台套的可编程序控制器，在广西玉柴机器有限公司的柴油机生产线中使用了近二百台罗克韦尔自动化公司的可编程序控制器，像这样大范围使用可编程序控制器的系统已很常见。在这一阶段中，我国的工程技术人员充分显示出了设计应用、软件制作、设备成套的能力。最近，在笔者自行设计成套、软件开发、安装调试的我国西部大开发重点项目青海盐湖100万吨氯化钾项目中，采用可编程序控制器组成了全厂的自动化控制系统，并将可编程序控制器设计在MCC柜中，实现了全厂六百多面MCC柜、覆盖全厂各个工艺流程的综合自动化系统。该应用项目已引起国外各大公司的注意，罗克韦尔自动化公司邀请项目设计人员去美国公司总部进行介绍。c. 研制、开发、生产取得成果随着我国改革开放的不断深入，国外厂商纷纷看好中国的市场，在中国建立他们的办事处，甚至将他们的亚太总部设在中国。国内企业纷纷引进国外技术，从而促进了一批技术引进企业、合资企业的建立，带动了我国可编程序控制器行业的技术发展。可喜的是从90年代初期开始，由于可编程序控制器应用的不断深入，国内又掀起了自主研制开发可编程序控制器的高潮，虽然多为小型可编程序控制器，批量亦不大，但其功能、质量和可靠性已有明显的提高，代表产品如南京嘉华的JH200，I/O为12到120点，有高速计数器和模拟量功能；杭州新箭公司的D20P，其I/O为12/8点，D100的I/O可从40点扩展到120点；兰州全志的RD100、RD200，前者I/O为9/4点，2点模入，后者I/O为2040点，扩展的功能有编码盘测速，热电偶测温和模拟量I/O，能联网32台RD200以及与PC机进行实时通信。同时，中大规模的可编程序控制器在国内也开始出现，交通部上海船舶运输研究所的STI2000，I/O为256点，多台联网时I/O可达4096点；北京和利时公司研制生产的Hollias-PLC 可编程序控制器，其中典型的产品为数字量I/O达1024点，模拟量I/O达256点，内置TCP/IP通信接口，很容易接入管理网，配有PROFIBUS-DP现场总线的主站，从站和远程I/O，并与合作伙伴一起推出了InterControl G3小型可编程序控制器系统。在国外产品强手如林的情况下，这些产品已具有和国外同类产品进行竞争的能力，充分说明国产可编程序控制器发展已进入了一个新的阶段。1.4 新一代可编程序控制器的技术现状为了适应日益剧烈的市场竞争，新一代的可编程序控制器在技术创新方面有了长足的进展，主要体现在以下方面： (1) 执行多任务功能的出现 所谓执行多任务，就是在一个可编程序控制器系统中，可同时安装几个CPU模板，每个CPU模板执行各自的任务，控制与其执行任务相关的I/O模板。(2) 网络能力的强化 网络能力的加强，使可编程序控制器已经突破了原有的使用范围，特别是引入现场总线、工业以太网、无线网络及Internet等技术后，可编程序控制器的应用已今非昔比。典型的可编程序控制器的网络拓扑结构为设备控制层、过程控制层和信息管理层3个层次。在设备控制层中，引入了现场总线，使得工业生产过程中的现场检测仪表、变频器、MCC控制柜等一切现场设备都可直接与可编程序控制器相连；在过程控制层中，传统意义上的人机界面的功能已经焕然一新，使可编程序控制器能实现跨地区的编程、监控、诊断、管理，实现整个车间及全厂范围的控制；在信息管理层，向工业以太网的扩展，使控制与信息管理融为一体。罗克韦尔自动化公司的全方位自动化系统、西门子公司的全集成自动化系统和施耐德公司的透明工厂都是这类技术发展的代表。 (3) 高速化处理功能 随着网络能力的强化，可编程序控制器实现的控制功能和控制范围都在扩大，这就要求可编程序控制器实现高速运行和实时通信功能。高速化包括运算速度的高速化、与外部设备交换数据的高速化、编程设备服务处理的高速化、外部设备响应的高速化。为了实现高速化，有些可编程序控制器已在其内核中设计有通信功能，借助于无源数据总线，系统的瓶颈得以消除，这种结构允许多个处理器、网络能在一个机架中使用而没有限制，从而提供了高性能的分布式实时控制系统的解决方案。 (4) 大力发展集成化软件 目前，可编程序控制器的生产厂商开发系统硬件费用的比例逐年下降，而开发软件、集成等费用的比例逐年上升。现在的成套软件将可编程序控制器的编程、操作员界面、运动控制、程序调试、故障诊断和处理、通信等集成为一体。人-机界面及监控软件集成了所有开放的标准接口，可直接从生产中获得大量实时数据，并对这些数据进行分析和打包，然后传送到管理层，同时它能将过程优化数据和生产细节的参数迅速地反馈到控制层和现场，从而为集成ERP系统铺平道路。 (5) 微型可编程序控制器异军突起 传统的微型可编程序控制器一般为864点数字量I/O，14点模拟量I/O，体积很小，可直接安装在机器内。但现在的微型可编程序控制器除了上述功能外，在网络功能和人机接口功能上已可与中大型的可编程序控制器相比，这一类微型可编程序控制器是目前发展最快的。西门子公司的LOGO，罗克韦尔自动化公司的PICO都是这类微型可编程序控制器的代表。 (6) 信息技术渗入可编程序控制器 信息技术渗入可编程序控制器是为了适应工厂控制系统和企业信息管理系统日益有机结合的发展趋势，适应在控制层面上让不同品牌的可编程序控制器之间、可编程序控制器与分布式控制系统之间有效交换数据的要求。实际上多任务系统的实现、网络能力的提高、软件集成的发展使得信息技术很容易的就与可编程序控制器系统融为一体。 (7) 加强安全技术 随着可编程序控制器应用领域的扩大，对可编程序控制器系统的可靠性要求也越来越高，加强可编程序控制器的安全技术也成为了一个新的发展方向。具有容错和冗余性能的故障防止型可编程序控制器已经出现，具备在线插拔的双通道的信号模板和电源模板。内藏冗余的CPU系统的过程控制器也已出现，这种过程控制器利用内部测试电路检查、诊断I/O模板的运行状况，而不是采用冗余的I/O模板。GE Fanuc公司推出了三合一的可编程序控制器，这种可编程序控制器是目前世界唯一实现全系列兼容、热备和三取二表决的高可靠性安全型可编程序控制器。 1.4.1 我国可编程序控制器发展中的问题及对策 目前我国的可编程序控制器的发展主要面临着三大问题。一是技术层面上的，在国际上可编程序控制器迅速发展的形势下，我国还没有具有自主知识产权，能够参与国际竞争的可编程序控制器产品，原因主要在于我国的整个基础工业还有一定差距，如芯片制造、模具加工等方面限制了我们的发展。二是竞争层面上的，实际上也是一个经济竞争的问题。现在95%的国内市场由外国的可编程序控制器产品所占领，中、大型可编程序控制器中，几乎全部由国外几大公司垄断，随着我国使用可编程序控制器领域的不断扩大，市场越来越大，然而国外几大公司几乎每年都会针对市场推出新的产品，一旦人们使用了新的产品后，他们就会逐渐的提高产品市场价格，没有我国自己的自主知识产权的产品，在经济竞争中就只能处于被动。三是市场秩序层面上的，随着我国改革开放的不断深入，特别是加入WTO后，我国巨大的市场份额极大的吸引了国外的大公司，他们开拓市场的方法都是采用大范围建立代理销售渠道，每个公司的分销商、系统集成商都会有数十家，甚至上百家之多，造成了我国的分销商、系统集成商之间的激烈竞争，而这些无序的竞争为国际大公司分而治之、获取稳定的高额利润创造条件。面对这些问题，笔者认为我国可编程序控制器的发展应该采取如下对策： (1) 面对如此巨大的市场，我国应该集中资金和技术力量力量，尽快研制生产出具有自主知识产权的可编程序控制器的系列产品，就像以前的家电行业一样。其实随着我国整个民族工业的不断发展，特别是近年来芯片工业的迅速发展，推出具有国际竞争力的可编程序控制器产品已成为可能。 (2) 继续发挥我国科学技术人员可编程序控制器应用技术的优势，扩大可编程序控制器的应用领域。特别是我国加入WTO后，中国成为“世界制造工厂”的过程正在加速，我国在努力将可编程序控制器应用在国民经济的各个领域同时，还要凭借技术和劳动力优势，进入可编程序控制器在外商投资企业中的应用，并逐渐进入国际上可编程序控制器的应用市场，让我国的应用技术优势形成真正的增值服务，从而带动我国相关成套设备和软件产业的发展。 (3) 在扩大可编程序控制器应用的同时，要在软件集成化上下功夫。针对不同的工业生产过程，形成具有我国特点的系统集成软件、人机界面软件和系统应用软件，在一些我国领先的工业行业中制造出具有核心技术的系统应用软件。真正形成具有国际标准的、可进行复制的模块化软件。采取上述策略后，我国就能在可编程序控制器的应用上率先实现突破，融入全球一体化经济之中，形成具有自主知识产权的软件产业，进而研制、开发、生产出具有自主知识产权，能够参与国际竞争的可编程序控制器产品。笔者相信，随着我国国民经济的全面发展，随着整个民族工业的提高，这一天会很快到来。 期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块和各种特殊功能模块。在软件方面，PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。(4)在发达工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。据“美国市场信息”的世界PLC以及软件市场报告称，1995年全球PLC及其软件的市场经济规模约50亿美元。随着电子技术和计算机技术的发展PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点：a可靠性高。PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。b具有丰富的I/O接口模块。PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。c采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。d编程简单易学。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。4安装简单，维修方便。PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。由于PLC强大功能和优点，使得PLC在我国的配料生产线中得到广泛的应用。PLC在配料系统中的应用主要有配料监控系统、自动控制系统、配料网信息管理系统等。其主要功能是进行工艺参数的采集、生产过程控制、信息处理、设备运行状态监测以监测等。第二章 可编程控制配料系统设计和工作原理2.1 PLC硬件组成硬件系统就如人的躯体。PLC的硬件系统主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（IO）、电源、通信接口、IO扩展接口等组成，这些单元都是通过内部的总线进行连接的。2.1.1 PLC基本结构介绍（1）主机主机由CPU（微处理器）、存储器、输入输出单元、电源等部分组成。CPU是PLC的核心，其作用类似于人的大脑。它能够识别用户按特定格式输入的指令，并按照指令完成预定的控制任务。另外，它还能识别用户所输入的指令序列的格式和语法错误，还具有系统测试与诊断功能。PLC的存储器有两种：系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器主要用于存放系统正常工作所必须的程序，如系统诊断程序、键盘输入处理程序、指令解释程序、监控程序等。这些程序与用户无直接关系，已由厂家直接固化进EPROM中，不能由用户直接存取、修改。用户程序存储器主要存放用户程序（用户利用PLC的编程语言按不同控制要求所编制的控制程序或数据，这相当于设计继电器控制系统硬接线的控制电路图），可修改。输入输出（IO）单元是PLC与输入控制信号和被控制设备连接起来的部件，输入单元接收从开关、按钮、继电器触点和传感器等输入的现场控制信号，并将这些信号转换成CPU能接收和处理的数字信号。输出单元接收经过CPU处理过的输出数字信号，并把它转换成被控制设备或显示装置所能接收的电压或电流信号，以驱动接触器、电磁阀和指示器件等。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量I/O单元、数字量I/O单元两大类。电源单元的作用是把外部电源（220V的交流电源）转换成内部工作电压。外部连接的电源，通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（直流5伏、±12伏、24伏），并为外部输入元件（如接近开关、）提供24V直流电源（仅供输入端点使用），而驱动PLC负载的电源由用户提供。电源组件内还装有备用锂电池，以保证在断电时保存必要的信息。PLC还有各种外设接口电路，用于连接编程器或其他图形编程器、文本显示器、触摸屏、变频器等并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。（2）I/O扩展机每种PLC都有与主机相配的扩展模块，用来扩展输入、输出点数，以便根据控制要求灵活组合系统。PLC扩展模块内不设CPU，仅对I/O通道进行扩展，不能脱离主机独立实现系统的控制要求。（3）外部设备外部设备包括编程器、盒式磁带机、打印机、EPROM写入器、图形监控系统等。其中编程器是PLC必不可少的重要外围设备，由键盘、显示器、工作方式选择开关和外存储器接插口等部件组成，主要用于对用户程序进行输入、检查、调试和修改，并用来监视PLC的工作状态。编程器有简易型和智能型两类。简易型编程器只能联机编程，且需将梯形图转化为助记符后才能送入。智能型编程器又称图形编程器，它既可联机编程，又可脱机编程，具有图形显示功能，可直接输入梯形图和通过屏幕对话，但价格较贵。现在也可在计算机上填加适当的硬件接口，利用生产厂家提供的编程软件包就可将计算机作为编程器使用，而且还可以在计算机上模拟调试。PLC与打印机相连可将过程信息，系统参数等输出打印。当与监视器相连时可将控制过程图象显示出来。当PLC与PLC相连时，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。当PLC与计算机相连时，可组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合系统。2.1.2 PLC基本工作原理(1) PLC的等效电路PLC的工作酷似一个继电器系统，其等效电路可分为三部分：输入部分、内部控制电路和输出部分。如图2-1所示。图2-1 PLC的等效电路图输入部分-这部分的作用是收集被控设备的信息或操作命令。输入端子外接行程开关、按钮等的触头，内连输入继电器线圈。输入继电器由外部信号通过输入端子驱动，可提供无限多对常开、常闭的软触点供内部使用。内部控制电路-由用户根据控制要求编制的程序所组成，其作用是按用户程序的控制要求对输入信号进行运算处理，判断哪些信号需要输出，并将得到的结果输出给负载。输出部分-这部分的作用是驱动外部负载，所以输出端子是PLC向外部负载输出信号的端子，其内连输出继电器（Q）的一对常开触点。输出继电器除提供一对常开触点驱动负载以外，还可以提供无数对常开、常闭触点供内部使用。2.1.3 PLC的周期工作方式PLC是通过一种周期工作方式来完成控制的，每个周期包括输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。输入采样阶段-PLC以扫描方式按顺序将所有输入端的状态读入到输入状态寄存器中存储，这一过程称为采样。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，而且将在PLC执行程序时被使用。程序执行阶段-PLC按顺序对程序进行扫描，即从上到下、从左到右地扫描每条指令，并分别从输入状态寄存器和输出状态寄存器中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入输出状态寄存器中保存。但这个结果在全部程序未执行完毕之前不会送到输出端口上。输出刷新阶段-在所有用户程序执行完毕后，PLC将输出映像寄存器中的内容送入输出锁存器中，通过一定的方式输出，驱动外部负载。PLC重复执行输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。PLC的一个扫描周期一般为40100ms之间。 2.2 系统简介系统组成可见图2-2所示，该系统主要由料仓、仓壁振动器、喂料振动器、称料仓、排料振动器、传送带、中间仓、混合仓、搅拌机组成；各振动器、传送带、搅拌机均由电机拖动；下料门、中间仓门、卸料门则由电磁阀控制，称料仓料量由传感器来检测。设计中均采用倒置上锥体结构同时为了防止物料卸入时引起的振动干扰选用压力式称重传感器（1）料仓料仓位于称料仓以上，为称料仓提供物料，当系统启动时，下料电磁阀打开时开始下料。（2）称料仓称料仓用于储存配比物料并具有上下料位显示当物料高于上料位时关闭该料仓的进料系统当物料低于下料位时打开该料仓的进料闸门并同时发出允许进料的灯光指示信号物料量采用压力传感器它抗干扰能力强对环境要求低同时设有报警装置当高于上料位或低于下料位时报警。（3）称重传感器称重传感器以自动称重方式将散状或液状物料按预定的配比进行称重可控制物料的秤量卸料。当需要配料时,首先将所需要的配料物料的质量数字输入到单片机系统中,由于压力的作用此时称重传感器内部的电阻应变片发生变形,电桥平衡状态被破坏,桥式电路会输出相应的电压信号,经过运算放大电路和A/ D 转换电路输入到单片机系统中,即可实时计算出所受配料的质量,并和开始时输入的数值进行比较。如果此次所受的料重小于输入的料重,则料仓继续下料,同时单片机记下这次的质量,直到称重传感器承受的配料与实际质量之和满足输入配料的误差要求时;也就是说称重传感器检测值与设定值相等时，称重传感器的开关闭合同时停止下料、喂料仓壁振动器，当检测到实际质量在所要求的误差范围内时,单片机系统立即触发可控硅,输出较高的电压,以防过多的配料下落,影响配料精度。此称重传感器性能稳定抗干扰能力强功耗低可靠性高, 具有较强的抗过载能力和较长的使用寿命特别适用于工业现场恶劣环境下高准确度配料的技术要求。图2-2 可编程控制配料系统图2.3 系统控制要求物料的定量控制曲线如图 2-3 所示。按下启动按钮料仓一（二）下料仓壁振动器一（二）启动喂料振动器一（二）启动将料喂入称料仓当传感器S1（S2）都为1时喂料振动器停止，下料停止，同时仓壁振动器一（二）也停止送料皮带一启动10S后排料振动器一（二）启动进行排料300S后中间仓门打开3S后调合机启动300S后启动送料皮带二并打开御料门将料送到送料斗车里300S后全部停止。一个周期结束。本设计能自动、单周期运行、可进行手动操作（传送带1、传送带2、搅拌电机）。图2-3 物料的定量控制曲线图0 t0 称料仓处于空秤阶段下料仓电磁阀静止t0 t1 启动下料仓电磁阀快速加料t1 t2 下料仓电磁阀中速加料t2 t3 下料仓电磁阀慢速加料t3 t4 关闭下料仓电磁阀后由于惯性而落入称料仓的物料t4 t5 称料仓处于稳定状态传感器将称重数据发送给上位机t5 t6 排料振动器启动传送带一运行打开放出物料至中间仓门并由称量传感器输出空信号2.4 系统工作原理该系统有手动和自动、单周期运行三种功能模式。（1）手动运行按下按钮启动或停止电机，实行对1号传送带、2号传送带和搅拌机的手动调整。该方式主要供检修及还有剩料时用。（2）自动运行合上自动开关后，下料电磁阀通电，仓壁振动器、喂料振动器相继工作，同时A/ D 转换电路将接受到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给PLC，对配料进行调节，当传感器都为时停止下料、仓壁、喂料振动器，同时送料皮带一得电，送料皮带一启动10S后排料振动器一（二）启动进行排料300S后中间仓门打开3S后调合机启动300S后启动送料皮带二并打开御料门将料送到送料斗车里300S后全部停止。系统自动完成对多台电机软起动、停止、循环工作的全部操作过程。直到按下停止按钮（3）单周期运行当系统出现故障时会自动停机，不论电机过载还是称料仓没料，都会做出相应的保护，不至于系统损坏。2.5 可编程控制器的选型及控制系统的地址分配2.5.1 PLC选型 从上面的分析可以知道，系统共有开关量输入点10个，开关量输出点13个，如果选用CPU222 / PLC，也需要扩展单元 PLC，参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU224（14 输入/10继电器输出）。根据我们的实际情况，这里我们设计选用CPU226。其外形图如下图2-4所示。 图2-4 CPU 226 DC/DC/DC 端子连接图2.5.1 I/O分配如下图2-5所示。输入代码输出代码名称代码编码名称代码编码紧急停止按钮SB1I0.0料仓下料电磁阀1YA1Q0.0单周期运行启动按钮SB2I0.1料仓下料电磁阀2YA2Q0.1自动运行启动按钮SB3I0.2仓壁振动器电机1KM1Q0.2自动运行停止按钮SB4I0.3仓壁振动器电机2KM2Q0.3传送带1号手动按钮SB5I0.4喂料振动器电机1KM3Q0.4搅拌机手动运行按钮SB6I0.5喂料振动器电机2KM4Q0.5传送带2号手动按钮SB7I0.6送料皮带1电机KM5Q0.6传感器1S1I0.7排料振动器电机1KM6Q0.7传感器2S2I1.0排料振动器电机2KM7Q1.0热继电器过载FRI1.1中间仓门电磁阀YA3Q1.1搅拌机KM8Q1.2送料皮带2电机KM9Q1.3卸料门电磁阀YA4Q1.4图2-5 I/O分配2.6主电路设计该系统包括9台电动机M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9，5个熔断器起短路保护的作用。9个热继电器起过载保护的作用主电路图2-4如下所示。图2-4 主电路图其中接触器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9分别控制M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9电机运行。2.7控制电路的设计控制电路分继电器控制电路及PLC外部接线图电路，电路图2-5如下。图2-5 继电器控制电路图上图2-5所示给出了系统的控制电路图：其中KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9分别控制M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9电机运行。YA1、YA2、为下料电磁阀，YA3为中间仓门电磁阀YA4为卸料门电磁阀。SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7分别为紧急停止按钮、单周期运行启动按钮、自动运行启动按钮、自动运行停止按钮、传送带1手动运行按钮、搅拌机手动运行按钮、传送带2手动运行按钮，S1、S2|、分别为两个压力传感器。FR1、FR2、FR3、FR4、FR5、FR6、FR7、FR8