plc自动配料系统

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摘要

PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一

种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并

通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及

其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设

备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232

接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。

配料工人收到每天的生产作业表后,将依次对每种原料进行称重?根据配料的多少,

先计算每种成分的重量,然后在各种成分的料桶中取料,送到电子称上进行称重,最后进行

包装?在这个过程中工人工作繁重,出错率高,称重重量无监测,生产数据无纪录等不能保

证企业的生产工艺?文中以PC机编程,可编程逻辑控制器(PLC),现场总线技术等现代工

控技术为基础,开发了以PC机为上位机,以PLC作为下位机的自动配料系统?在整个生产

过程中,一旦生产计划制定完成,计算机将按照计划对每种原料进行称重,不再需要人工来

干预?在这个过程中工人只是进行取料,由计算机通过电子称发来的数据校核重量,减轻

了工人的工作负担,提高了工作效率?

关键词：通信，传送，配料，故障

Abstract

There are many kinds of PLC definition. The international electrotec hnical commission (IEC) is defined as of PLC programmable controller is a kind of digital computing operations, specially designed for the electronic system in industrial environment application and des ign. It USES programmable CunZhuQi, used in its internal storage to perform the logic operation, sequence control, timing, counting and arithmetic operation instruction, and through digital, analog input and output, the control various types of machinery or production process. Programmable controller and related equipment, should press easy and industrial control system as a whole, easy to extend its function principle design.

PLC with communication networking function, it makes PLC and PLC, b etween the PLC and the PC and other intelligent equipment to excha nge information between, forming a unified whole, realize scattered centralized control. Most PLC has RS-232 interface, and some built in have to support their communication protocol interfaces.

Ingredients workers receive daily production scheduling, will in turn for each feedstock. According to how much weighing ingredients, fi rst calculated the weight of each component in various components, and then the material barrels material taking, to electronic says o n packaging weighing and finally. In this process workers to work hard, and error rate is high, weighing weight without monitoring, t he production data without records cannot guarantee the enterprise p roduction process. Taking PC programming, the programmable logic cont roller (PLC), fieldbus technology, modern industrial technology as th e foundation, developed with PC for PC, with PLC as the lower lev el computer automatic batching system. In the whole production proce ss, once the production plan according to the plan, the computer w ill be completed for each raw material for weighing, no longer nee d to artificially to intervention. In this process workers just pic king by the computer through electronic says the data from checking weight and reduce the workload of workers, improve work efficiency

Keywords: communication transmit ingredients fault

目录

摘要 (2)

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Abstract (3)

目录 (4)

第一章PLC控制系统简介 (6)

1.1 PLC的概述 (6)

1.2 PLC的主要功能及特点 (6)

1.2.1 PLC的主要功能 (6)

1.2.2 PLC的特点 (7)

1.2.3 PLC的发展趋势 (8)

1.3 PLC的组成与基本结构 (9)

1.3.1 PLC的硬件系统 (9)

1.3.2 PLC的软件系统 (10)

1.4 PLC的工作原理 (10)

1.4.1 PLC的工作原理 (10)

第二章监控系统的结构与功能 (12)

2.1 监控系统的结构............................................

12

2.2 监控系统的功能 (12)

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第三章监控系统控制过程 (13)

3.1 前配料监控系统的控制过程 (13)

3.1.1 自动称料 (13)

3.1.2 自动配料 (13)

3.3 监控系统报警控制过程 (13)

3.3.1 报警事件 (13)

3.3.2 切换报警 (13)

3.3.3 配料锅满报警 (13)

3.3.4 急停 (13)

第四章自动配料前后工艺 (14)

4.1 前配工艺 (14)

4.2 后配工艺 (14)

第五章配料系统 (15)

5.1 控制要求 (15)

5.2输入输出列表 (15)

5.3自动配料系统模拟实验面板图 (15)

5.4工作过程 (15)

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5.4.1初始状态 (15)

5.4.2装车控制.........................................................

16

5.4.3停机控制 (16)

5.5 I/O接线图 (16)

5.6 系统流程设计图 (17)

5.6.1 装车过程 (17)

5.6.2故障检测 (18)

5.7 PLC指令表 (19)

5.8 PLC控制梯形图 (23)

5.9 传送系统调试 (28)

结语 (29)

致谢 (30)

参考文献 (31)

第一章PLC控制系统简介

可编程控制器（Programmable Controller简称PLC）。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引

入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。可编程控制器具有能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单等优点，是当代工业生产自动化的主要手段和重要的自动化控制设备。由于PLC在自动化控制中的种种优势，因此被广泛的引用于自动门系统中。 1.1 PLC的概述

由于PLC在不断发展，因此，对它进行确切的定义是比较困难的。美国电气制造商协会(NEMA)经过四年的调查工作，于1980年正式将可编程序控制器命名为PC(Programmable Controller)，

但为了与个人计算机PC（Personal Computer）相区别，常将可编程序控制器简称为PLC，并给PLC作了定义：可编程序控制器是一种带有指令存储器、数字的或模拟的输入/输出接口，以位运

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算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和运算等功能，用于控制机器或生产过程的自动化控制装置。

1982年，国际电工委员会(International Electrical Committee，IEC)颁布了PLC标准草案第一稿，1985年提交了第2稿，并在1987年的第3稿中对PLC作了如下的定义：“PLC是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、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。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按照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。”

上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程的一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。 1.2 PLC的主要功能及特

点 1.2.1 PLC的主要功能

1.开关逻辑和顺序控制

这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种控制要求。

2. 模拟控制（A/D和D/A控制）

在工业生产过程中，许多连续变化的需要进行控制的物理量，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。过去，PLC长于逻辑运算控制，对于模拟量的控制主要靠仪表或分布式控制系统，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能，而且编程和使用方便。

3. 定时/计数控制

PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时器与计数器。对于定时器，定时间隔可以由用户加以设定；对于计数器，如果需要对频率较高的信号进行计数，则可以选择高速计数器。

4. 步进控制

PLC为用户提供了一定数量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步进控制功能。5．运动控制

在机械加工行业，可编程序控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动控制。

6. 数据处理

大部分PLC都具有不同程度的数据处理能力，它不仅能进行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等操作，有些PLC还可以进行浮点运算和函数运算。

7. 通信联网

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

8. 扩展功能

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扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元(即I/O扩展单元)模块来增加输入输出点数，也可通过

附加各种智能单元及特殊功能单元来提高plc的控制功能。 1.2.2 PLC的特点

PLC能如此迅速发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点。它较好地

解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。其主要特点如下：

1. 可靠性高

可靠性指的是可编程控制器平均无故障工作时间。由于可编程序控制器采取了一系列硬件和软件

抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈

干扰的工业生产现场。可编程序控制器已被广大用户公认为是最可靠的工业控制设备之一。

2. 控制功能强

一台小型可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，它具有很高的性能价格比。可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制与集中管理。

3.用户使用方便

可编程序控制器产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控

制器的安装接线也很方便，有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。硬

件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。

4. 编程方便、简单

梯形图是可编程序控制器使用最多的编程语言，其电路符号、表达方式与继电器电路原理图相似。梯形图语言形象、直观、简单、易学，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以

熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

5. 设计、安装、调试周期短

可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等

器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少，缩短了施工周期。可编程序控制器的用户

程序可以在实验室模拟调试，模拟调试好后再将PLC控制系统在生产现场进行安装和接线，在现

场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，大大缩短了设计和投运周期。

6. 易于实现机电一体化

可编程序控制器体积小、重量轻、功耗低、抗振防潮和耐热能力强，使之易于安装在机器设备内部，制造出机电一体化产品。目前以PLC作为控制器的CNC设备和机器人装置已成为典型。

1.2.3 PLC的发展趋势

PLC总的发展趋势是向高集成发展、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体

表现在以下几个方面。

1. 向小型化、专用化、低成本方向发展。

随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使得PLC结构更为紧凑，相当

于一本精装本书的大小，操作使用十分方便。PLC的功能不断增加，将原来大、中型PLC才有的

功能部分移植到小型PLC上。

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2. 向大容量、高速度方向发展

大型PLC采用多微处理系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理功能。另外，存储荣来那个大大增加。

3. 智能型I/O模块的发展

智能型I/O模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的CPU与PLC的主CPU并行工作，占用主CPU 的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。

4. 基于PC的编程软件取代编程器

随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对

PLC控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、

模块的参数、各串行通行接口的参数等。

5. 与个人计算机相比，PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件

方面，各厂家的CPU模块和I/O模块互不通用。PLC的编程语言和指令系统的功能和表达方式也

不一致，因此各厂家的可编程控制器互不兼容。为了解决这一问题，IEC制定了可编程控制器标准。标准中共有5种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种语言，这种编程能够选择不同

的语言来适应特殊的工作。

6. PLC通信的易于化

PLC的通信联网功能使它与个人计算机的其它智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一

的整体，实现分散控制和集中控制。

7. 组态软件与PLC的软件化

个人计算机(PC)的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交流的功能。8. PLC 与现场总线相结合

现场总线I/O与PLC可以组成功能强大的、廉价的DCS系统。9. 开发新型特殊功能模块

I/O组建可以提高PLC的智能化、高密集度和增大处理能力。10. CPU的处理速度进一步加

快

目前，PLC的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的CPU也不过80486，将来会全面用64位的RISC芯片，采用多CPU进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程

序用门阵列电路固化，这样可使PLC的处理速度达到纳秒级。

1.3 PLC的组成与基本结构

PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，从广义上讲，PLC也是一种计算机系统，只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的输入/输出接口，具有更适用于控制要求的编程语言，具有更适应于工业环境的抗干扰性能。因此，PLC是一种工业控制用的专用计算机，它

的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组

成。 1.3.1 PLC的硬件系统

PLC的硬件系统由主机系统（如图1-1）、输入/输出扩展环节及外部设备组成。

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图1-1 PLC的硬件系统

1.3.2 PLC的软件系统

PLC的软件系统主要包括系统程序和用户程序。 1.4 PLC的工作原理 1.4.1 PLC的工作

原理

可编程控制器是一种专用的工业控制计算机，其工作原理与计算机控制系统的工作原理基本相

同。

PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对

用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。一

个扫描周期（工作周期）主要分为以下几个阶段：

1. 输入采样扫描阶段

这是第一个集中批处理过程，在这个阶段中，PLC按顺序逐个采集所有输入端子上的信号，不论

输入端子上是否接线，CPU顺序读取全部输入端，将所有采集到的一批输入信号写到输入映像寄

存器中，在当前的扫描周期内，用户程序用到的输入信号的状态（ON或OFF）均从输入映像寄存

器中去读取，不管此时外部输入信号的状态是否变化。即使此时外部输入信号的状态发生了变化，也只能在下一个扫描周期的输入采样扫描阶段去读取，对于这种采集输入信号的批处理，虽然严

格上说每个信号被采集的时间有先有后，但由于PLC的扫描周期很短，这个差异对一般工程应用

可忽略，所以可以认为这些采集到的输入信息是同时的。

2. 执行用户程序扫描阶段

是第二个集中批处理过程，在执行用户程序阶段，CPU对用户程序按顺序进行扫描。如果程序用

梯形图表示，则总是按先上后下、从左至右的顺序进行扫描，每扫描到一条指令，所需要的输入

信息的状态均从输入映像寄存器中去读取，而不是直接使用现场的立即输入信号。对其他信息，

则是从PLC的元件映像寄存器中去读取，在执行用户程序中，每一次运算的中间结果都立即写入

元件映像寄存器中，对输出继电器的扫描结果，也不是马上去驱动外部负载，而是将其结果写入

到输出映像寄存器中。在此阶段，允许对数字量I/O指令和不设置数字滤波的模拟量I/O指令进

行处理，在扫描周期的各个部分，均可对中断事件进行响应。

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在这个阶段，除了输入映像寄存器外，各个元件映像寄存器的内容是随着程序的执行而不断变化的。

3. 输出刷新扫描阶段

这是第三个集中批处理过程，当CPU对全部用户程序扫描结束后，将元件映像寄存器中各输出继电器的状态同时送到输出锁存器中，再由输出锁存器经输出端子去驱动各输出继电器所带的负载。

在输出刷新阶段结束后，CPU进入下一个扫描周期，重新执行输入采样，周而复始。

第二章监控系统的结构与功能

2．1 监控系统的结构

自动配料监控系统由两台计算机作为整个系统的人机界面。其中一台为主站，完成全部系统参数设定、过程监控、数据记录；另一台作为从站，以主站为依托，主管后配料系统的数据设定、过程监控。主站直接同西门子S7—300 PLC系统、前配料秤自动控制仪表和后配料秤相通信。

前配料监控系统现场采用密封型接线盒，防尘、防潮，可确保信号传输可靠。前配料秤仪表采用专用工业过程控制仪，通过RS一485总线与中控室实现通信，既可独立控制，又可实现PLC联机控制。各阀位及卸料器位置信号检测采用霍尔传感器，具有无触点、抗干扰、抗粉尘、耐潮湿的特点。料仓仓位采用重锤式料位计，可实现连续仓位检测。后配料监控系统主秤采用高精度配料皮带秤，附料采用减量秤（失重秤），非离子泵、香精泵、流量检测采用间接方式，即通过压力变送器实时检测管道压力，由压力变化判断出料口、进料口是否堵塞。

2.2 监控系统的功能

监控系统具有人机交互、通讯、显示及存储、打印等功能，并具有数据、图形显示，状态监控、数据输入、信息存储等各种有关操作的功能画面。系统可实现实时过程数据监视、模拟显示工艺流程、实时数据记录查阅、系统操作员权限设定、工艺参数设定、设置运行过程事件报警及手动与自动控制切换。监控系统中现场控制仪表实时显示流量、载荷、累计值、温度等。温度指示通过现场温度显示仪表、压力指示通过现场压力显示仪表及电机的电流经现场显示仪表远传至中控室集中显示。变频器调节配备自动切换开关，与主控计算机通讯。

第一章监控系统控制过程

3．1 前配料监控系统的控制过程3．1．1 自动称料

自动称料控制单元主要为l0台称重控制仪表，PLC作为辅助控制系统，计算机人机界面显示配比参数（配方）及监控记录实时数据。在自动控制方式下，单击前配工艺画面中自动配料“启动”按钮，或前配控制柜“启动”按钮，称重控制仪表就按设定好的配方打开10台秤的称料阀。如果系统检测到某台秤配料阀未关，会发生报警并进入暂停状态。每台秤根据称料快慢设有提前量，当控制仪表检测到秤称料重量达到设定值时，会减去提前量，控制仪表则关闭进料阀。提前量可人为修正或自动修正，使控制仪表控制配料秤每次配料精度达到设定的目标值。

3．1．2 自动配料

自动配料是将已经称好的原料按一定的顺序投放到搅拌锅中，同时开启搅拌和加热。这一控制过程由温控仪表与PLC共同完成。温控仪表控制温度上限，加热由PLC控制完成。自动配料有固定

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顺序和可编程序两种控制方式。在固定顺序方式下，各种原料的放料顺序是固定的，不可改变。

在可编程序方式下，各种原料的放料顺序可根据配方在人机界面上人为没定。

3．3 监控系统报警控制过程

3．3．1 报警事件

自动称料开始时，如果某个放料阀未关，或系统检测不到放料阀关闭信号，系统会发出报警声响，暂停称重仪表的称料过程，并使运行指示灯闪烁。出现报警，自动放料不会进行，待消除故障或

认为产生的报警原因不影响放料，按复位按钮后，再按“放料”按钮，则继续放料。

3.3.2 切换报警

自动放料开始时，系统首先检查每种原料切换是否到位，如果切换不到位或切换不一致，报警系

统开始报警，自动放料就不能进行。通过检查，认为可以放料，按复位按钮后，再按“放料”按钮，则开始放料。

3.3.3 配料锅满报警

如果配料锅中已配原料浆未放出，仍往该锅放料，产生报警信号，自动放料就不能启动。待检查

确认可以放料，按复位按钮，再按“放料”按钮，则开始进行自动放料。

3.3.4 急停

称料过程中，由于紧急情况需要停止称料，按下自锁“称料急停”按钮，各个秤的进料阀就

全部关闭，停止称料。需要重新开始称料时，旋起“急停”按钮，再按“启动”按钮，则重新开

始称料。自动放料时，按一下“放料急停”按钮，系统会关闭所有放料阀，停止放料、搅拌和输送。

第二章自动配料前后工艺

4.1 前配工艺

前配工艺流程界面中可以实时显示前配料秤的瞬时流量、配方比例、称料配料状态、料位以及阀

门关闭信号、锅的温度、电机电流等。在界面上还有其他一些操作，如自动／手动控制按钮、自

动称料的单次和连续切换按钮、物料按钮及复位按钮等。 4.2 后配工艺

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后配工艺流程界面可以实时显示基粉秤、辅料秤、失重秤的流量、累积值、重量，显示基粉秤的载荷、预混器电流、卸料器状态、非离子瞬时流量、香精瞬时流量等。在界面上还可以进行一些按钮控制操作，如失重秤的运行与停止、频率调节、手动与自动转换，以及几种物料的配比设定等。

第五章配料系统

5.1 控制要求

系统启动后，配料装置能自动识别货车到位情况和能够自动对货车进行配料，当车装满时，配料系统能自动关闭。 5.2输入输出列表

5.3自动配料系统模拟实验面板图

标准文案

5.4 工作过程

5.4.1初始状态

红灯L2灭，绿灯L1亮，表明允许汽车开进装料。料斗出料口D2关闭，若料位传感器S1置为OFF（料斗中的物料不满），进料阀开启进料（D4亮）。当S1置为ON（料斗中的物料已满），则停止进料（D4灭）。电动机M1、M2、M3和M4均为OFF。

5.4.2装车控制

装车过程中，当汽车开进装车位置时，限位开关SQ1置为ON，红灯信号灯L2亮，绿灯L1灭；同时启动电机M4，经过2S后，再启动启动M3，再经2S后启动M2，再经过2S最后启动M1，再经过2S后才打开出料阀（D2亮），物料经料斗出料。

当车装满时，限位开关SQ2为ON，料斗关闭，2S后M1停止，M2在M

1停止2S后停止，M3在M2停止2S后停止，M4在M3停止2S后最后停止。同时红灯L2灭，绿灯L1亮，表明汽车可以开走。

5.4.3停机控制

按下停止按钮SB2，自动配料装车的整个系统终止运行。

5.5 I/O接线图

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5.6 系统流程设计图5.

6.1 装车过程

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5.6.2故障检测

标准文案5.7 PLC指令表

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