中南民族大学
计算机科学学院
PLC课程设计报告
课程 PLC技术及应用
设计题目高炉上料PLC控制系统
年级专业 12级自动化
学号
学生姓名
指导教师
2015年 6 月 22 日
目录
引言 (4)
1. 课题要求 (4)
2. 系统总体方案设计 (4)
2.1 系统硬件配置及组成原理 (4)
2.2 系统变量定义及分配表 (4)
2.3 系统接线图设计 (6)
2.4 系统可靠性设计 (7)
3 控制系统设计 (7)
3.1 控制过程工艺流程图设计 (7)
3.2 控制程序顺序功能图设计 (10)
3.3 控制程序设计思路 (11)
4 人机界面设计 (11)
4.1 选用界面介绍 (11)
4.2 画面制作及设计 (12)
5 系统调试及结果分析 (12)
5.1 系统调试及解决的问题 (12)
5.2 结果分析 (13)
结束语 (13)
参考文献 (14)
附录一：源程序 (14)
附录二：调试运行中的部分运行图 (19)
高炉上料PLC控制系统
引言
高炉上料PLC控制系统主要运用于工业现场，例如混凝土加工厂、炼钢厂等大型工业现场。
这些大型工业现场由于设备笨重、车间安全系数低，容易发生事故等原因，采用PLC控制可以轻松、方便、安全操作设备，防止意外事故发生，并能够实现自动控制，大量的减轻了工人的工作强度，提高了生产效益。
1. 课题要求
高炉上料控制系统主要是在工业现场中对物料混合加工进行配料控制，自动或者手动实现控制，方便人员操作，减轻工作负担。
系统设备：运料小车、小钟、大钟、料尺、各相关位置开关。
工作过程描述：初始小车停在底部，人工启动后20秒时间装料，装料完毕小车上行，到达顶部位置自动卸料到小钟内（卸料时间5秒）；而后小车自动下行到底部。
物料从小车中放到小钟后，小钟下放，使物料落入大钟。
小钟下放到位5秒后提升，提升到位（关到位）后下放大钟，使物料落入高炉，大钟下放到位延时7秒后提升到位（注意互锁关系：大、小钟不得同时下放）料尺每隔2分钟下探一次料位。
当料位上限开关动作，表明炉内物料已满，应停止上料（将本次上料完成后停止上料），直到料位下降到上极限以下。
可由人工在任何时间停止所有设备，但大小钟在停止操作发生时应先确保都提升到位才不再工作。
人工停止后转手动控制，PLC不再干预。
相关时间参数：小车运行时间：30S；小钟下放/提升时间：10S 大钟下放/提升时间：15S；料尺下探/提升时间：10S
2. 系统总体方案设计
2.1 系统硬件配置及组成原理
该系统采用CJ1M系列PLC控制器作为开发设备，使用CJ1M-CPU22型号设备，该设备程序容量10Ksteps、DM（字）32K、I/O点数320点，可以从以太网、Controller-Link、DeviceNet和CompoBus/S中选择最适合的网络。
能基本实现高炉上料工业现场的控制。
外围器件使用行程开关作为行程指示信息，使用触摸屏和CJ1M组合系统实现现场监控，从而达到自动和手动监控功能。
2.2 系统变量定义及分配表
图2：系统I/O表2.3 系统接线图设计
图3：系统接线图
2.4 系统可靠性设计
首先，该系统采用PLC设计，可以抵抗干扰，可靠性强；此外，为了防止各道工序交互操作使加工失败，充分考虑了各道工序间的先后顺序和互锁条件。
比如：当小钟到达底部将物料卸下时，大钟要等到小钟完全到达顶部才能开始下行，否则当物料小车到达顶部直接卸料到小钟时，小钟还未到位，物料已经卸下到大钟了，这样就会是物料混合不均匀，达不到制作要求，从而使整个系统瘫痪。
系统采用触摸屏进行模拟控制，可以清楚的看到各道工序进行位置，并在第一时间找到故障位置，为工人操作、调试、检查故障节约了大量时间。
3 控制系统设计
3.1 控制过程工艺流程图设计
图4：工艺流程图
3.2 控制程序顺序功能图设计
图5：顺序功能图
3.3 控制程序设计思路
主控制程序采用IL及ILC组合指令选择自动、手动控制程序，在主程序下，有料尺的扫描工作程序，即每两分钟下行一次，查看物料是否已经到达限度。
自动控制程序通过时间继电器和位置行程开关实现自动流程，手动程序则依照按钮条件进行操作控制。
整个程序清晰明朗，易于查看。
4 人机界面设计
4.1 选用界面介绍
本次系统设计界面采用CX-Designer。
它是欧姆龙公司系列PT专用的组态王软件，主要用指示灯指示位置状况和报警情况，实现了手动和自动控制的模拟过程，下面是界面效果。
图6：PT界面效果图
4.2 画面制作及设计
高炉上料系统输入、输出点比较多，17个输入点，13个输出点。
控制按钮输入采用按钮界面控制，位置行程开关采用开关装置控制，输出都使用指示灯显示，便于查看。
5 系统调试及结果分析
5.1 系统调试及解决的问题
系统调试时按照需求进行手动或者自动调试。
首先要模拟现场环境，将小车、小钟、大钟都放置于初始位置，小车置于“小车低位”、“小钟高位”、“大钟高位”。
手动操作是步进方式进行。
手动调试时，按下启动按钮，选择HAND操作，指示灯小车装料，时间20s，然后按下CAR1按钮，小车上行指示灯亮，这时为了模拟现场环境，将“小车低位”指示灯熄灭，“小车高位”指示灯点亮，表示小车到达高位，然后“小车卸料灯”亮5s，停止，然后按住“CAR2下”按钮，“小车下行灯”亮；按住“SC1小下”，“小钟下行灯”亮，转
换小钟位置指示灯，模拟现场环境，熄灭“小钟高位灯”，点亮“小钟低位灯”，模拟小钟下行到低位置，然后“小钟下行灯”灭掉，“小钟卸料灯”亮5s，然后熄灭；按住小钟上行按钮“SC1上”，切换小钟高低位行程指示，按下“小钟高位”行程指示开关，指示小钟到达高位。
按住大钟下行按钮“BC2大下”，“大钟下行灯”亮，复位大钟高位开关，置位大钟低位开关，“大钟卸料灯”亮7s，表示大钟卸料7s，然后按住大钟上行控制按钮“BC1大上”，“大钟上行灯”亮，置位“大钟高位”开关，复位“大钟低位”开关。
此时一次手动操作完成了。
自动操作只需要切换到自动运行状态，按下“AUTO”按钮，程序就开始自动进行，为了体现自动的快捷性，方便性，将小车装料时间设置为5s。
小车装料5s后，自动上行到顶端，等到小钟到达初始位置之后，5s自动卸料到小钟，然后开始自动下行；小钟则下行到末位置，等到大钟到达初始位置时就卸料到大钟，时间5s，然后自动上行到初始位置；大钟灯小钟到达初始位置后则开始下降，到达末位置之后进行卸料，时间7s，将物料卸到高炉内，完成一次自动过程，大钟上行到初始位置。
5.2 结果分析
整个仿真过程很顺利，能够达到设计要求，并能充分考虑到大小钟之间的互锁关系，还有自动及手动操作的互锁。
从而使系统能安全运行，使物料能充分混合。
高炉上料PLC控制系统在功能上已经能满足题目需求及其用户需求，但是对于一个安全、可靠、高效率的PLC控制系统来说，还是存在许多的问题：没有时间预警功能，若操作工人选择自动操作离开工作台，机器发生故障，没有报警提示功能反馈给工人，不能及时处理故障，影响生产效率；此外，在手动、自动间进行切换的时候没有充分考虑到运行状况，若小钟还在上升途中就切换到了自动运行模式，那么自动过程将会失效，因为小钟没有到达初始位置，程序不会进行。
结束语
本次PLC课程设计能够加深对书本知识的掌握，锻炼实际操作能力，真正进行上机调试的时候，要考虑的问题很多，如何连接PLC，如何下载程序到PLC，以及如何使用组态王或者PT软件进行模拟调试，这些都是课堂上学不到的。
在实际编程过程中也能够充分去理解各种编程指令，去使用已经掌握的各种指令，从而更加了解PLC编程。
在模拟仿真时，上机模拟和在线模拟又是不同的效果，仔细分析这些不同之处，然后找到实际原因，并进行处理。
实际过程中比如这台机器下不进去程序，原因可能是没有安装驱动程序、没有选对机型、没
有选用正确的下载链路USB or TOOLBUS、程序没有编译通过等，很多原因，这些都是实际操作过程中才能发现并学习去解决的，所以，PLC课程设计是一个非常好的课程，可以学到很多课堂不能学到的。
参考文献
樊金荣．[欧姆龙CJ1系列PLC原理及应用]．第一版．北京：机械工业出版社，2008．9
王冬青. [欧姆龙CP1系列PLC原理及应用] ．电子工业出版社，2011．10
附录一：源程序
附录二：调试运行中的部分运行图
小车第二次装料灯亮，小钟装料结束下行灯亮：
自动装料结束，小车上行灯亮，大钟上行灯亮，料尺下行灯亮：。