辽 宁 工 业 大 学
题目： 基于PLC 的混矿流量控制系统设计
院（系）： 电气工程学院
专业班级： 自动化 班
学 号：
学生姓名：
指导教师： （签字）
起止时间： 2014.6.30~2014.7.11
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电气工程学院 教研室： 自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘 要
本文主要介绍了基于PLC 的混矿流量控制系统的设计。PLC 因具备多种优点而在工业领域中充当着非常重要的角色。
本设计内容上包括了控制器的型号选择、I/O分配、控制程序的编写。同时也介绍了控制对象的介绍。本文也阐述了控制对象皮带秤系统以及传送带控制系统的工作特性以及主要特点。利用PLC 顺序控制的硬件组成以及软件控制的设计方法。介绍了罗克韦尔自动化控制系统的高端产品A-B ControlLogix 系列Logix5000在工业控制系统中的应用。对于控制对象的介绍，我们主要针对电子皮带秤的结构组成以及工作原理，并从硬件、软件的角度阐述了如何利用PLC 实现对电子皮带秤的信号进行采集，以及对传送带进行控制。
通过PLC 对皮带秤进行控制所组成的流量控制系统，运行稳定可靠，操作安装简单，是一种非常有优势的自动控制设备。
关键词：流量控制；皮带秤；罗克韦尔；传送带
目 录
第1章 绪论 .......................................................... 1
第2章 课程设计的方案 ................................................ 3
2.1 概述 ......................................................... 3
2.2 系统组成总体结构 ............................................. 3
第3章 硬件设计 ...................................................... 6
3.1 PLC 结构以及工作原理 . ......................................... 6
3.1.1 PLC 结构 . ............................................... 6
3.1.2 PLC 工作原理 . ........................................... 7
3.2 皮带秤结构以及控制原理 ....................................... 8
3.2.1 皮带秤结构 ............................................. 8
3.2.2 工作原理 ............................................... 9
3.3 PLC 外部接线原理图 . .......................................... 10
3.4 控制系统的I/O分配表 ........................................ 10
3.5 设备选择 .................................................... 11
第4章 软件设计 ..................................................... 12
4.1 主程序 ...................................................... 12
4.1.1 ....................................................... 12
4.1.2 ....................................................... 12
4.2 ............................................................. 13
4.2.1 ....................................................... 14
4.2.2 ....................................................... 14
第5章 课程设计总结 ................................................. 16
参考文献 ............................................................ 17 附录 ................................................ 错误！未定义书签。
第1章 绪论
现今以应用工业计算机、PLC 的自动配料技术已广泛应用于耐火、玻璃、水泥、医疗、建材、饲料、炼钢、筑路及包装生产等各种行业中。以前在这类控制中大多是以继电器，接触器等电器设备来完成每一步的顺序控制，自动化程度低，而且许多地方都需要人来手动完成，不仅工作效率低控制精度也难以提高。特别是随着现代化生产的不断进步，更是对应用于过程生产中的各种自动化控制系统提出了更高的要求。配料工序是企业生产工艺过程中的一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重，落后的配料系统不仅效率低而且配料不准，手工操作又将人为因素引入配料环节，使工艺配方难以在生产中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高，因此实现高精度自动配料对工业企业生产有极为重要的意义。另外对于一些现有的中小企业，特别是一些中小型的冶金企业由于建设之初的自动
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。随着计算机、网络、数据库等相关技术的不断发展和完善，自动化系统得到极大的完善。本说明书根据配料生产的特点和要求，介绍了皮带秤自动配料控制系统的设计方案及仿真、使用方法。 系统完成了配料系统的设计要求，并对控制系统的主要控制功能以及结构作了详细的介绍。而且着重说明了Logix5000软件选用、安装、梯形图程序设计及整体系统的调试等情况。
目前，PLC 在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC 从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID 回路调节等功能的现代PLC 。但是，仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。
PLC 之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC 的下端(输入端) 为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而
上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进
行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。
PLC 是采用大规模集成电路、微型计算机技术和通信技术的发展成果，逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大型等各种规格的PLC 系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。它最适合用于以开关量为主的控制功能；通过模拟/数字（A/D）转换器和数字/模拟（D/A）转换器，也可以控制模拟量，例如控制温度、压力、流量、成分等参数。在工业生产中，经常会遇到以上情况。在手动控制状态下，需要根据生产情况，计算出各物料的配比，再根据配比，分别计算出各物料的理想下料量，对各台设备分别设定，来满足配比的要求。当生产情况发生变化，需要改变下料量时，则需要再次分别计算各物料的设定值，再次分别设定。计算, 操作时间长，且容易出错，给生产带来不良因素。而采用PLC 控制方式以及新颖的变频调速喂料机构，配合配料控制软件包，实现物料传送、配料控制、配方设计、生产数据管理等功能。并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。专利技术解决物料结拱、粘稠液体物料传送、 配料过程中下料冲击和空中悬料误差的自动校正等问题，提高了配料精度。
第2章 课程设计的方案
2.1 概述
本AB 的PLC 除性能好，可靠性高等特点外还在网络通讯，编程软件等方面具有独特优势。为用户提供一个开放性的网络，包括三个网络层：设备网，控制网和信息网。在制浆造纸生产过程中实现离散控制，过程控制及高速传动控制。
RSLINX 是专门为AB PLC 开发的数据通讯服务软件。具有广泛的设备连接能力。 OPC 通信驱动支持，可作为OPC 服务器向其他OPC 客户机应用数据存放提供必要的接口，还提供DDE 等多种数据通信方式。远程网关能力RSLINX 客户机能够通过TCP/IP 网络访问RSLINX 网关设备, 数据的通信可以通过
DE/OPC 实现，而且支持远程OPC 应用, 可以和车间级进行动态数据交换，实现数据的显示，记录，趋势等，在制浆造纸的液位，压力，温度，车速，流量等数据显示，及趋势的应用提供了完整的驱动程序
次基于PLC 流量控制系统在全自动配料控制系统在各个行业的应用已屡见不鲜，特别是皮带秤的应用在各行各业中应用也较为广泛。如：冶金，有色金属，化工，建材，食品等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开放性，免维护性，可扩展性是工厂自动化FA 所追求的一致目标。化水平低或者设备已经老化陈旧，造成对资源的浪费，环境的污染，同时也加大了工人的劳动强度。因此对一些落后的中小企业的自动化改造也是急需解决的问题。
皮带秤是对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的，皮带秤是对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的衡器。主要有机械式(常见的为滚轮皮带秤) 和电子式两大类。配料系统一般由多台皮带机组成，系统可以同时控制多台皮带机，进行各种散装物料的连续称量、自动配料和流量控制。而本设计中的系统控制软件采用PLC 正是符合现代化的要求，它具有相当高的可靠性和稳定性。
2.2 系统组成总体结构
自动配料系统中，设置上位机进行配料、料流计量控制，建立配料模型，统计打印，下位机采用PLC 进行皮带顺序控制、电磁振动给料机变频控制。皮带输
送机用变频器驱动控制，确保系统配料误差
监控功能：对皮带称配料过程的瞬时流量、日累计、月累计、年累计等参数进行检测和监视；
画面显示：通过计算机显示器可显示配料过程中有关控制参数的运行状况，以及显示实时配料曲线和表格通讯功能：工控机与PLC 和仪表之间进行可进行双向数据及信息交换；
数据处理配料系统可自动对采集的信号进行运算处理，并输出到相应的控制量；控制功能根据操作前相应的设定值，自动控制设备的正常运行，包括PID 调节；
报警功能：上位机以画面方式和声光信号方式对各种参数超限或设备状态异常进行报警。
整个配料混合系统由料仓、混合机、称重模块、电磁振动给料机、放料闸门等装置及控制系统构成。控制系统采用PLC 控制、上位机管理的方式设计。
(1)工业现场
工业现场包括驱动皮带的电动机，皮带秤秤体，称重传感器、控制电振给料机的变频器，料斗料位传感器，各种电磁阀，罗克韦尔可编程控制器及其扩展模块等。
PLC 采集电机、电磁阀、变频器等有关的控制对象的信息，经过对输入信息的处理，反馈控制监控对象，将信息送入上一级监控机(上位机) 。另一方面接受监控机(上位机) 的控制指令，通过对输入和操作指令的分析、判断，进行综合处理，输出控制信号，控制变频系统的工作，完成监控机对监控对象的实际控制。
本系统中，实行一台变频器对一台电振给料机控制。用PLC 输出的数字量信号作为变频器的控制端输入信号，通过接受PLC 的信号控制电机转速大小，并且向PLC 反馈自身工作状态信号; 当发生故障时，向PLC 及上位机发出报警信号。变频器对电振给料机的控制具有完善的自我保护和电机保护功能。
为了保证系统的可靠性，应采用较高性能的PLC ，选择合适的工业现场应用的数据采集模块，选用合适的变频器。
(2)控制室
由一台控制计算机(PC ) 以及打印机、组态软件等组成。上位PC 接受PLC 采集的信息，对监控对象进行故障报警以及参数显示，向下属PLC 发送控制信息。在本系统中，它具有生产工艺流程图显示、电机启动停止控制、变频器工作状态显示、事故报警显示、变频器运行参数设置和显示等功能。
（1）配料现场粉尘大，环境恶劣；
（2）各组份在配方中所占比例不同，有时甚至差异悬殊；
（3）配料速度和精度要求高；
（4）配方可能经常变换、调整；
（5）物料可能受环境温度、湿度影像；
在工业生产中，经常会遇到以上情况。在手动控制状态下，需要根据生产情况，计算出各物料的配比，再根据配比，分别计算出各物料的理想下料量，对各台设备分别设定，来满足配比的要求。当生产情况发生变化，需要改变下料量时，则需要再次分别计算各物料的设定值，再次分别设定。计算, 操作时间长，且容易出错，给生产带来不良因素。
而采用PLC 控制方式以及新颖的变频调速喂料机构，配合配料控制软件包， 实现物料传送、配料控制、配方设计、生产数据管理等功能。并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。专利技术解决物料结拱、粘稠液体物料传送、配料过程中下料冲击和空中悬料误差的自动校正等问题，提高了配料精度。系统总体结构图如图2.1所示。
图2.1 控制系统总体结构图
第3章 硬件设计
3.1 PLC 结构以及工作原理
3.1.1 PLC 结构
PLC 的实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上是与微型计算机相同的，如下图2.2所示。
图3.1 PLC结构图 1. 中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU ) 是PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/0以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
2. 存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
3. 电源
PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动在
10%--15%范围内，可以不采取其它措施而将PLC 直接连接到交流电网上去。
4. 输入输出元件(I/O模块)
I/O模块是CPU 与现场I/O装置或其它外部设备之间的连接部件。将外部输入信号变换成CPU 能接受的信号，或将CPU 的输出信号变换成需要的控制信号去驱动控制对象，以确保整个系统正常工作。
5. 编程器
编程器适用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视，还可以通过其键盘去调用和显示PLC 的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU 联系，完成人机对话连接。
6. 外部设备
一般PLC 都配有盒式录音机、打印机、EPA 写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。
3.1.2 PLC 工作原理
PLC 采用了一种不同于一般计算机的运行方式，即扫描方式。 1. 工作过程
当PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，如下图所示。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
图3.2 PLC的工作过程
1) 输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中相应单
元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2) 用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图) 。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态; 或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态; 或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用; 相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
3) 输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时才是PLC 的真正输出。
2. 扫描周期
PLC 的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示。一个周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间之和。
3.2 皮带秤结构以及控制原理
3.2.1 皮带秤结构
皮带秤的结构图如图2.1所示。
图3.3 皮带秤机构图
3.2.2 工作原理
通过产臂上皮带装置及料的重量测定流量，由电磁振动给料机控制给料量，连续计量秤。优点连续计量，缺点动态计量影响精度。称重给料机将经过皮带上的物料，通过称重秤架下的称重传感器进行检测重量，以确定皮带上的物料重量；重量信号送入皮带给料机控制器，产生并显示累计量/瞬时量。给料控制器将该量与设定量进行比较, 由控制器输出信号控制变频器，实现定量给料的要求。可由上位PC 机设定各种相关参数，并与PLC 实现系统的自动控制。它可以采用两种运行 方式：自动方式和半自动/手动方式。系统控制流程图如图2.2所示。
图3.4 皮带秤控制流程图
3.3 PLC 外部接线原理图
PLC 外部接线图如图3.5所示。
图3.5 PLC外部接线原理图
3.4 控制系统的I/O分配表
I/O分配表的作用是在用户编程时所依据的一个重要的辅助信息。根据控制
系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，表明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。I/O分配表如表3.1所示。
表3.1 I/O分配表
3.5 设备选择
第4章 软件设计
系统软件总体设计的过程如图4.1所示。
图4.1 系统软件总体设计流程图
4.1 通信驱动
1）打开“RSlinx ClassicGateway”，点击“Configer Drivers”，如图4.2所示，在“AvailableDriverTypes”中选择“Ethernet/IP Driver”，点击“Add New”命名通信驱动，应用设定IP 地址，点击“确定”。
图4.2 通信驱动
4.2 梯形图程序的编写和I/O 组态
打开RSLogix5000，，点击“File” “New”，新建工程。选择正确的控制器类型，如图4.3，输入控制器名称，选择合适的存储路径，点击“OK”。
图4.3 I/O组态图
右键点击“ControlNet ”，选择FLEXI/O 通信接口“1794ACN15”, 命名该模块，正确设置模块节点数，“ElectronicKeying ”选择“DisableKeying ”，点击OK 。
同理，添加数字量输出模块（1756-OB16A ），槽号为5，添加模拟量输入输出模块1794-IF2XOF2I/A,槽号为2。
组态好I/O点后，“Tasks ”文件夹下的“MainTask ”文件夹，点击“MainProgram ”文件夹，在“Program Tag”，添加程序标签。ControlLogix 系统是一个模块化系统，需要用 1756 I/O框架容纳不同的模块。本次实验所用框架为10槽。可以将网络通讯接口模块和 1756 I/O模块放在槽内任意的位置。ControlLogix 系统集成了NetLinx 架构，背板上直接应用了CIP 的生产者/消费者技术，控制器不再是控制世界的中心，因为背板的任何设备能够广播或与任何其他设备通讯，而无需控制器干预。通过这种方式，可以增加系统带宽和性能，构造控制系统时更灵活，控制器可以致力于控制。如图4.4所示，或者在程序编写的过程中，定义标签。
接下来我们开始编写梯形图。打开“MainProgram ”文件夹下“MainRoutine ”，如图4.5所示，即可打开梯形图程序编写界面。
图4.4 程序标签添加
梯形图编写主界面。
图4.5 梯形图编写界面
程序编写完成后，选择主例程上方“Verify Controler”图标，对所编程序进行编译。编译完成，且程序无误后，即可将程序下载到控制器，点击“Who A ctive”图标，或者点击工具条“C ommunications”在下拉菜单中选择“Who A ctive”,弹出对话框中，如图4.6所示，选择对应的背板的控制器，点击“D ownload”，确定程序没有错误可以下载程序。
图4.6 程序下载界面
第5章 课程设计总结
在本次课程设计中，得到了老师和同学的帮助，借此机会向他们表示诚挚的谢意。通过这一阶段的努力，我对《电气控制与PLC 》了更深刻的理解，对PLC 的正确编程、调试更加熟练，对我们将来工作有很大的帮助。这次自动配料系统模拟的设计与老师、同学的帮助、鼓励是分不开的。
基于时间的因素，本设计虽然已经在实验室得到了模拟，但是在实际现场的各种复杂的工作环境和不同工厂的具体要求下，软件部分可能还有一些不尽如人意的地方，这一点还有待于大量实践的检验以促使整个皮带秤配料系统的优化。
在这次设计中我对PLC 技术有了进一步了解，在PLC 与计算机相结合控制的基础上我对RSLogix5000编程软件的使用也有了初步的认识，对罗克韦尔系列PLC 有了更深的了解，尤其是在PLC 的梯形图编程方面又学到了好多知识和编程技巧。对控制系统的设计过程有了一个整体的认识，从而能设计出一套比较完整的皮带秤PLC 控制系统梯形图。我感谢这次设计以及在设计过程中帮助我的同学和老师，让我有机会对大学期间所有知识有一个总结，也是所学理论与实践的结合，使我受益非浅。同时还培养了我独立思考问题、分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下了坚实的基础。也让我意识到一个完整的系统要团结合作才能达到最好的效果，学习需要交流。
本科生课程设计（论文）
参考文献
[1] 徐亲知，陈淑华. 石油经济学. 第二版. 哈尔滨：黑龙江人民出版社，1988: 38-135
[2] 米契尔·卡特，罗德尼·马多克. 合理预期理论. 余永定译. 北京：中国金融出版
社，1988：43-85
[3] 张文中. 论石油价格与石油工业发展. 世界石油经济，1990（2）:14-21
[4] 齐中英，叶元煦. 对我国能源问题的回顾与思考. 邱大雄. 市场经济与中国能源发
展战略论文集. 北京：原子能出版社，1992：53-58
[5] 黄良君. 大庆地区经济发展战略研究. 哈尔滨工业大学硕士学位论文.1994：
23-30
[6] 李欣. 世界石油市场发展趋势预测. 国务院发展研究中心信息网:
[7] Programming J2EE
[8] in Europe. XXXJ
小4号宋体，折行
后与文字对齐
注意：中文用小四宋体，英文用小四Times New Roman。
参考文献不少于15篇，近5年不少于5篇，期刊占10篇以上。
电路图
程序清单
17
辽 宁 工 业 大 学
题目： 基于PLC 的混矿流量控制系统设计
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专业班级： 自动化 班
学 号：
学生姓名：
指导教师： （签字）
起止时间： 2014.6.30~2014.7.11
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电气工程学院 教研室： 自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘 要
本文主要介绍了基于PLC 的混矿流量控制系统的设计。PLC 因具备多种优点而在工业领域中充当着非常重要的角色。
本设计内容上包括了控制器的型号选择、I/O分配、控制程序的编写。同时也介绍了控制对象的介绍。本文也阐述了控制对象皮带秤系统以及传送带控制系统的工作特性以及主要特点。利用PLC 顺序控制的硬件组成以及软件控制的设计方法。介绍了罗克韦尔自动化控制系统的高端产品A-B ControlLogix 系列Logix5000在工业控制系统中的应用。对于控制对象的介绍，我们主要针对电子皮带秤的结构组成以及工作原理，并从硬件、软件的角度阐述了如何利用PLC 实现对电子皮带秤的信号进行采集，以及对传送带进行控制。
通过PLC 对皮带秤进行控制所组成的流量控制系统，运行稳定可靠，操作安装简单，是一种非常有优势的自动控制设备。
关键词：流量控制；皮带秤；罗克韦尔；传送带
目 录
第1章 绪论 .......................................................... 1
第2章 课程设计的方案 ................................................ 3
2.1 概述 ......................................................... 3
2.2 系统组成总体结构 ............................................. 3
第3章 硬件设计 ...................................................... 6
3.1 PLC 结构以及工作原理 . ......................................... 6
3.1.1 PLC 结构 . ............................................... 6
3.1.2 PLC 工作原理 . ........................................... 7
3.2 皮带秤结构以及控制原理 ....................................... 8
3.2.1 皮带秤结构 ............................................. 8
3.2.2 工作原理 ............................................... 9
3.3 PLC 外部接线原理图 . .......................................... 10
3.4 控制系统的I/O分配表 ........................................ 10
3.5 设备选择 .................................................... 11
第4章 软件设计 ..................................................... 12
4.1 主程序 ...................................................... 12
4.1.1 ....................................................... 12
4.1.2 ....................................................... 12
4.2 ............................................................. 13
4.2.1 ....................................................... 14
4.2.2 ....................................................... 14
第5章 课程设计总结 ................................................. 16
参考文献 ............................................................ 17 附录 ................................................ 错误！未定义书签。
第1章 绪论
现今以应用工业计算机、PLC 的自动配料技术已广泛应用于耐火、玻璃、水泥、医疗、建材、饲料、炼钢、筑路及包装生产等各种行业中。以前在这类控制中大多是以继电器，接触器等电器设备来完成每一步的顺序控制，自动化程度低，而且许多地方都需要人来手动完成，不仅工作效率低控制精度也难以提高。特别是随着现代化生产的不断进步，更是对应用于过程生产中的各种自动化控制系统提出了更高的要求。配料工序是企业生产工艺过程中的一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重，落后的配料系统不仅效率低而且配料不准，手工操作又将人为因素引入配料环节，使工艺配方难以在生产中实现，严重影响产品质量的稳定及进一步提高，因此实现高精度自动配料对工业企业生产有极为重要的意义。另外对于一些现有的中小企业，特别是一些中小型的冶金企业由于建设之初的自动
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。随着计算机、网络、数据库等相关技术的不断发展和完善，自动化系统得到极大的完善。本说明书根据配料生产的特点和要求，介绍了皮带秤自动配料控制系统的设计方案及仿真、使用方法。 系统完成了配料系统的设计要求，并对控制系统的主要控制功能以及结构作了详细的介绍。而且着重说明了Logix5000软件选用、安装、梯形图程序设计及整体系统的调试等情况。
目前，PLC 在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC 从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID 回路调节等功能的现代PLC 。但是，仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。
PLC 之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC 的下端(输入端) 为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而
上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进
行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。
PLC 是采用大规模集成电路、微型计算机技术和通信技术的发展成果，逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大型等各种规格的PLC 系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。它最适合用于以开关量为主的控制功能；通过模拟/数字（A/D）转换器和数字/模拟（D/A）转换器，也可以控制模拟量，例如控制温度、压力、流量、成分等参数。在工业生产中，经常会遇到以上情况。在手动控制状态下，需要根据生产情况，计算出各物料的配比，再根据配比，分别计算出各物料的理想下料量，对各台设备分别设定，来满足配比的要求。当生产情况发生变化，需要改变下料量时，则需要再次分别计算各物料的设定值，再次分别设定。计算, 操作时间长，且容易出错，给生产带来不良因素。而采用PLC 控制方式以及新颖的变频调速喂料机构，配合配料控制软件包，实现物料传送、配料控制、配方设计、生产数据管理等功能。并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。专利技术解决物料结拱、粘稠液体物料传送、 配料过程中下料冲击和空中悬料误差的自动校正等问题，提高了配料精度。
第2章 课程设计的方案
2.1 概述
本AB 的PLC 除性能好，可靠性高等特点外还在网络通讯，编程软件等方面具有独特优势。为用户提供一个开放性的网络，包括三个网络层：设备网，控制网和信息网。在制浆造纸生产过程中实现离散控制，过程控制及高速传动控制。
RSLINX 是专门为AB PLC 开发的数据通讯服务软件。具有广泛的设备连接能力。 OPC 通信驱动支持，可作为OPC 服务器向其他OPC 客户机应用数据存放提供必要的接口，还提供DDE 等多种数据通信方式。远程网关能力RSLINX 客户机能够通过TCP/IP 网络访问RSLINX 网关设备, 数据的通信可以通过
DE/OPC 实现，而且支持远程OPC 应用, 可以和车间级进行动态数据交换，实现数据的显示，记录，趋势等，在制浆造纸的液位，压力，温度，车速，流量等数据显示，及趋势的应用提供了完整的驱动程序
次基于PLC 流量控制系统在全自动配料控制系统在各个行业的应用已屡见不鲜，特别是皮带秤的应用在各行各业中应用也较为广泛。如：冶金，有色金属，化工，建材，食品等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开放性，免维护性，可扩展性是工厂自动化FA 所追求的一致目标。化水平低或者设备已经老化陈旧，造成对资源的浪费，环境的污染，同时也加大了工人的劳动强度。因此对一些落后的中小企业的自动化改造也是急需解决的问题。
皮带秤是对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的，皮带秤是对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的衡器。主要有机械式(常见的为滚轮皮带秤) 和电子式两大类。配料系统一般由多台皮带机组成，系统可以同时控制多台皮带机，进行各种散装物料的连续称量、自动配料和流量控制。而本设计中的系统控制软件采用PLC 正是符合现代化的要求，它具有相当高的可靠性和稳定性。
2.2 系统组成总体结构
自动配料系统中，设置上位机进行配料、料流计量控制，建立配料模型，统计打印，下位机采用PLC 进行皮带顺序控制、电磁振动给料机变频控制。皮带输
送机用变频器驱动控制，确保系统配料误差
监控功能：对皮带称配料过程的瞬时流量、日累计、月累计、年累计等参数进行检测和监视；
画面显示：通过计算机显示器可显示配料过程中有关控制参数的运行状况，以及显示实时配料曲线和表格通讯功能：工控机与PLC 和仪表之间进行可进行双向数据及信息交换；
数据处理配料系统可自动对采集的信号进行运算处理，并输出到相应的控制量；控制功能根据操作前相应的设定值，自动控制设备的正常运行，包括PID 调节；
报警功能：上位机以画面方式和声光信号方式对各种参数超限或设备状态异常进行报警。
整个配料混合系统由料仓、混合机、称重模块、电磁振动给料机、放料闸门等装置及控制系统构成。控制系统采用PLC 控制、上位机管理的方式设计。
(1)工业现场
工业现场包括驱动皮带的电动机，皮带秤秤体，称重传感器、控制电振给料机的变频器，料斗料位传感器，各种电磁阀，罗克韦尔可编程控制器及其扩展模块等。
PLC 采集电机、电磁阀、变频器等有关的控制对象的信息，经过对输入信息的处理，反馈控制监控对象，将信息送入上一级监控机(上位机) 。另一方面接受监控机(上位机) 的控制指令，通过对输入和操作指令的分析、判断，进行综合处理，输出控制信号，控制变频系统的工作，完成监控机对监控对象的实际控制。
本系统中，实行一台变频器对一台电振给料机控制。用PLC 输出的数字量信号作为变频器的控制端输入信号，通过接受PLC 的信号控制电机转速大小，并且向PLC 反馈自身工作状态信号; 当发生故障时，向PLC 及上位机发出报警信号。变频器对电振给料机的控制具有完善的自我保护和电机保护功能。
为了保证系统的可靠性，应采用较高性能的PLC ，选择合适的工业现场应用的数据采集模块，选用合适的变频器。
(2)控制室
由一台控制计算机(PC ) 以及打印机、组态软件等组成。上位PC 接受PLC 采集的信息，对监控对象进行故障报警以及参数显示，向下属PLC 发送控制信息。在本系统中，它具有生产工艺流程图显示、电机启动停止控制、变频器工作状态显示、事故报警显示、变频器运行参数设置和显示等功能。
（1）配料现场粉尘大，环境恶劣；
（2）各组份在配方中所占比例不同，有时甚至差异悬殊；
（3）配料速度和精度要求高；
（4）配方可能经常变换、调整；
（5）物料可能受环境温度、湿度影像；
在工业生产中，经常会遇到以上情况。在手动控制状态下，需要根据生产情况，计算出各物料的配比，再根据配比，分别计算出各物料的理想下料量，对各台设备分别设定，来满足配比的要求。当生产情况发生变化，需要改变下料量时，则需要再次分别计算各物料的设定值，再次分别设定。计算, 操作时间长，且容易出错，给生产带来不良因素。
而采用PLC 控制方式以及新颖的变频调速喂料机构，配合配料控制软件包， 实现物料传送、配料控制、配方设计、生产数据管理等功能。并可以通过网络实现多个配料系统的集合控制。专利技术解决物料结拱、粘稠液体物料传送、配料过程中下料冲击和空中悬料误差的自动校正等问题，提高了配料精度。系统总体结构图如图2.1所示。
图2.1 控制系统总体结构图
第3章 硬件设计
3.1 PLC 结构以及工作原理
3.1.1 PLC 结构
PLC 的实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上是与微型计算机相同的，如下图2.2所示。
图3.1 PLC结构图 1. 中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU ) 是PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/0以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
2. 存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
3. 电源
PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动在
10%--15%范围内，可以不采取其它措施而将PLC 直接连接到交流电网上去。
4. 输入输出元件(I/O模块)
I/O模块是CPU 与现场I/O装置或其它外部设备之间的连接部件。将外部输入信号变换成CPU 能接受的信号，或将CPU 的输出信号变换成需要的控制信号去驱动控制对象，以确保整个系统正常工作。
5. 编程器
编程器适用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视，还可以通过其键盘去调用和显示PLC 的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU 联系，完成人机对话连接。
6. 外部设备
一般PLC 都配有盒式录音机、打印机、EPA 写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。
3.1.2 PLC 工作原理
PLC 采用了一种不同于一般计算机的运行方式，即扫描方式。 1. 工作过程
当PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，如下图所示。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
图3.2 PLC的工作过程
1) 输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中相应单
元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2) 用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图) 。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态; 或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态; 或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用; 相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
3) 输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时才是PLC 的真正输出。
2. 扫描周期
PLC 的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示。一个周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间之和。
3.2 皮带秤结构以及控制原理
3.2.1 皮带秤结构
皮带秤的结构图如图2.1所示。
图3.3 皮带秤机构图
3.2.2 工作原理
通过产臂上皮带装置及料的重量测定流量，由电磁振动给料机控制给料量，连续计量秤。优点连续计量，缺点动态计量影响精度。称重给料机将经过皮带上的物料，通过称重秤架下的称重传感器进行检测重量，以确定皮带上的物料重量；重量信号送入皮带给料机控制器，产生并显示累计量/瞬时量。给料控制器将该量与设定量进行比较, 由控制器输出信号控制变频器，实现定量给料的要求。可由上位PC 机设定各种相关参数，并与PLC 实现系统的自动控制。它可以采用两种运行 方式：自动方式和半自动/手动方式。系统控制流程图如图2.2所示。
图3.4 皮带秤控制流程图
3.3 PLC 外部接线原理图
PLC 外部接线图如图3.5所示。
图3.5 PLC外部接线原理图
3.4 控制系统的I/O分配表
I/O分配表的作用是在用户编程时所依据的一个重要的辅助信息。根据控制
系统要求将顺序功能图转换为梯形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如内部继电器、定时器、计数器等）列表，表明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。I/O分配表如表3.1所示。
表3.1 I/O分配表
3.5 设备选择
第4章 软件设计
系统软件总体设计的过程如图4.1所示。
图4.1 系统软件总体设计流程图
4.1 通信驱动
1）打开“RSlinx ClassicGateway”，点击“Configer Drivers”，如图4.2所示，在“AvailableDriverTypes”中选择“Ethernet/IP Driver”，点击“Add New”命名通信驱动，应用设定IP 地址，点击“确定”。
图4.2 通信驱动
4.2 梯形图程序的编写和I/O 组态
打开RSLogix5000，，点击“File” “New”，新建工程。选择正确的控制器类型，如图4.3，输入控制器名称，选择合适的存储路径，点击“OK”。
图4.3 I/O组态图
右键点击“ControlNet ”，选择FLEXI/O 通信接口“1794ACN15”, 命名该模块，正确设置模块节点数，“ElectronicKeying ”选择“DisableKeying ”，点击OK 。
同理，添加数字量输出模块（1756-OB16A ），槽号为5，添加模拟量输入输出模块1794-IF2XOF2I/A,槽号为2。
组态好I/O点后，“Tasks ”文件夹下的“MainTask ”文件夹，点击“MainProgram ”文件夹，在“Program Tag”，添加程序标签。ControlLogix 系统是一个模块化系统，需要用 1756 I/O框架容纳不同的模块。本次实验所用框架为10槽。可以将网络通讯接口模块和 1756 I/O模块放在槽内任意的位置。ControlLogix 系统集成了NetLinx 架构，背板上直接应用了CIP 的生产者/消费者技术，控制器不再是控制世界的中心，因为背板的任何设备能够广播或与任何其他设备通讯，而无需控制器干预。通过这种方式，可以增加系统带宽和性能，构造控制系统时更灵活，控制器可以致力于控制。如图4.4所示，或者在程序编写的过程中，定义标签。
接下来我们开始编写梯形图。打开“MainProgram ”文件夹下“MainRoutine ”，如图4.5所示，即可打开梯形图程序编写界面。
图4.4 程序标签添加
梯形图编写主界面。
图4.5 梯形图编写界面
程序编写完成后，选择主例程上方“Verify Controler”图标，对所编程序进行编译。编译完成，且程序无误后，即可将程序下载到控制器，点击“Who A ctive”图标，或者点击工具条“C ommunications”在下拉菜单中选择“Who A ctive”,弹出对话框中，如图4.6所示，选择对应的背板的控制器，点击“D ownload”，确定程序没有错误可以下载程序。
图4.6 程序下载界面
第5章 课程设计总结
在本次课程设计中，得到了老师和同学的帮助，借此机会向他们表示诚挚的谢意。通过这一阶段的努力，我对《电气控制与PLC 》了更深刻的理解，对PLC 的正确编程、调试更加熟练，对我们将来工作有很大的帮助。这次自动配料系统模拟的设计与老师、同学的帮助、鼓励是分不开的。
基于时间的因素，本设计虽然已经在实验室得到了模拟，但是在实际现场的各种复杂的工作环境和不同工厂的具体要求下，软件部分可能还有一些不尽如人意的地方，这一点还有待于大量实践的检验以促使整个皮带秤配料系统的优化。
在这次设计中我对PLC 技术有了进一步了解，在PLC 与计算机相结合控制的基础上我对RSLogix5000编程软件的使用也有了初步的认识，对罗克韦尔系列PLC 有了更深的了解，尤其是在PLC 的梯形图编程方面又学到了好多知识和编程技巧。对控制系统的设计过程有了一个整体的认识，从而能设计出一套比较完整的皮带秤PLC 控制系统梯形图。我感谢这次设计以及在设计过程中帮助我的同学和老师，让我有机会对大学期间所有知识有一个总结，也是所学理论与实践的结合，使我受益非浅。同时还培养了我独立思考问题、分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下了坚实的基础。也让我意识到一个完整的系统要团结合作才能达到最好的效果，学习需要交流。
本科生课程设计（论文）
参考文献
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[3] 张文中. 论石油价格与石油工业发展. 世界石油经济，1990（2）:14-21
[4] 齐中英，叶元煦. 对我国能源问题的回顾与思考. 邱大雄. 市场经济与中国能源发
展战略论文集. 北京：原子能出版社，1992：53-58
[5] 黄良君. 大庆地区经济发展战略研究. 哈尔滨工业大学硕士学位论文.1994：
23-30
[6] 李欣. 世界石油市场发展趋势预测. 国务院发展研究中心信息网:
[7] Programming J2EE
[8] in Europe. XXXJ
小4号宋体，折行
后与文字对齐
注意：中文用小四宋体，英文用小四Times New Roman。
参考文献不少于15篇，近5年不少于5篇，期刊占10篇以上。
电路图
程序清单
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