基于PLC的物料自動控制系統(tǒng)
[導(dǎo)讀]該物料自動控制系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試和運行，其生產(chǎn)物料自動配送能力可以滿足各種產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，可以滿足相關(guān)物流公司的設(shè)備和生產(chǎn)的高水平和高效率運轉(zhuǎn)的。
一.引言
連續(xù)配料輸送自動控制系統(tǒng)在水泥、煤炭、冶金、化工、飼料、食品等行業(yè)有很廣泛的應(yīng)用。具有功能全面，靈活性強(qiáng)，性價比高等特點，受到連續(xù)配料系統(tǒng)集成商和用戶的歡迎。該系統(tǒng)集現(xiàn)代物流技術(shù)、倉儲技術(shù)、自動化技術(shù)于一體，是CIMS中的重要環(huán)節(jié)，在國外已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)也正在逐漸地應(yīng)用于我國許多行業(yè)中。
加盟WTO后，我國商品分銷、配送服務(wù)市場將逐步擴(kuò)大開放的領(lǐng)域和范圍。而物流是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題，物流會影響企業(yè)總體的生存和發(fā)展。在2000年物流成本占國內(nèi)國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值（GDP）的16.7%，而美國僅為10%以下。尤其是企業(yè)的物流設(shè)備水平與發(fā)達(dá)國家之間存在著巨大的差距，主要表現(xiàn)為，運輸效率低，物流過程浪費驚人。我們知道，差距就是潛力和發(fā)展空間，因此，提高物流設(shè)備化水平，已成為當(dāng)務(wù)之急。自動配料車是物流體系中運輸分配的重要組成部分，它是能自動地存儲和取出物料的系統(tǒng)。
二. 物料自動控制系統(tǒng)工藝生產(chǎn)控制
物流自動控制系統(tǒng)主要是控制輸送系統(tǒng)完成其物料的輸送任務(wù)。在物料的入口處和出口處設(shè)有升降機(jī)和輸送線。這樣在庫房、生產(chǎn)車間和包裝車間范圍內(nèi)形成了一個既可順暢到達(dá)各個生產(chǎn)位置同時又是封閉的循環(huán)輸送線系統(tǒng)。所有生產(chǎn)過程中使用的有關(guān)物料和成品等，最后都須裝在貼有條形碼的貨箱里輸送裝車。在生產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)出的生產(chǎn)指令的作用下，物料的從指定的入口處進(jìn)入輸送系統(tǒng)。物流自動控制系統(tǒng)如圖1所示。
總體控制要求：如圖所示，系統(tǒng)由料斗、傳送帶、檢測系統(tǒng)組成。配料裝置能自動識別貨車到位情況及對貨車進(jìn)行自動配料，當(dāng)車裝滿時，配料系統(tǒng)自動停止配料。料斗物料不足時停止配料并自動進(jìn)料。
其工藝流程控制要求如下:
（1）初始狀態(tài)
系統(tǒng)啟動后，紅燈L2滅，綠燈L1亮，表明允許汽車開進(jìn)裝料。料斗出料口D2關(guān)閉，若料位傳感器S1置為OFF（料斗中的物料不滿），進(jìn)料閥開啟進(jìn)料（D4亮）。當(dāng)S1置為ON（料斗中的物料已滿），則停止進(jìn)料（D4滅）。電動機(jī)M1、M2、M3和M4均為OFF。
（2）裝車控制
裝車過程中，當(dāng)汽車開進(jìn)裝車位置時，限位開關(guān)SQ1置為ON，紅燈信號燈L2亮，綠燈L1滅；同時啟動電機(jī)M4，經(jīng)過2S后，再啟動啟動M3，再經(jīng)2S后啟動M2，再經(jīng)過2S最后啟動M1，再經(jīng)過2S后才打開出料閥（D2亮），物料經(jīng)料斗出料。
當(dāng)車裝滿時，限位開關(guān)SQ2為ON，料斗關(guān)閉，2S后M1停止，M2在M1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。同時紅燈L2滅，綠燈L1亮，表明汽車可以開走。
（3）停機(jī)控制
關(guān)閉啟動SD開關(guān)，自動配料裝車的整個系統(tǒng)終止運行。
三. 系統(tǒng)硬件設(shè)計
1. 系統(tǒng)原理圖
電動機(jī)M1～M4，通過接觸器KM1～KM4控制;為了方便操作人員監(jiān)控，也可以采用信號燈顯示出電動機(jī)的運行狀態(tài)。
四. 系統(tǒng)軟件設(shè)計
1.主程序流程圖
2.系統(tǒng)的PLC控制程序的結(jié)構(gòu)
用基本邏輯指令編程自動配料裝車控制系統(tǒng)中，進(jìn)料閥受料位傳感器S1的控制，S1無監(jiān)測信號，表明料不滿，經(jīng)5S后進(jìn)料;S1有監(jiān)測信號，表明料已滿，中止進(jìn)料。配料系統(tǒng)的啟動，可以通過臺秤下面的限位開關(guān)SQ1實現(xiàn)。當(dāng)汽車開進(jìn)裝車位置時，在其自重作用下，接通SQ1，配料系統(tǒng)啟動;當(dāng)車裝到噸位時，限位開關(guān)SQ2斷開，停止配料。
采用梯形圖語言編制PLC控制程序。該控制程序以清晰的線性模塊化方法體現(xiàn)出物流控制方式和結(jié)構(gòu)。可分為以下幾個部分：
①.運動設(shè)備/輸送路徑控制
對所有皮帶輸送機(jī)、滾輪輸送機(jī)和升降機(jī)按照所需的模式運行，保證貨箱在輸送線上能夠暢通、連續(xù)運行。按照貨箱的路徑識別碼，控制輸送線和別的輸送線交換裝置，實現(xiàn)貨箱輸送當(dāng)中的路徑選擇。
②.自動識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理
把條形碼激光掃描儀和PLC的實時數(shù)據(jù)庫相通信，完成對輸送線上貨箱的自動識別。
③.上位機(jī)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的通信接口/實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
主要處理與上位機(jī)的信息交換，包括通訊規(guī)約、報文格式、通訊編碼和解碼及診錯等。利用數(shù)據(jù)塊建立記錄存儲區(qū)，存儲貨箱的信息。利用功能塊實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作，為輸送系統(tǒng)路徑識別提供控制依據(jù)。
④. MCGS組態(tài)監(jiān)控的數(shù)據(jù)處理
配合MCGS監(jiān)控，進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理，主要有報警處理、設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)處理等。
⑤.缺料換倉
當(dāng)配料過程中，該倉號物料已配完，系統(tǒng)自動提示缺料報警。按[缺料換倉]按鈕，彈出對話框，輸入需更換的倉號，確定，再按[清故障]按鈕，即可完成換倉，并進(jìn)入自動配料狀態(tài)。注：換倉后，須更改配料順序。將缺料倉設(shè)為0，新更換的倉號設(shè)為與原來的順序一致，便于報表統(tǒng)計。
經(jīng)分析可知，本系統(tǒng)是一個按一定順序動作的控制過程，采用可使每一工步嚴(yán)格按順序動作，若用步進(jìn)指令編程則程序更容易理解和方便閱讀。
五. 結(jié)束語
該物料自動控制系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試和運行，其生產(chǎn)物料自動配送能力可以滿足各種產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，可以滿足相關(guān)物流公司的設(shè)備和生產(chǎn)的高水平和高效率運轉(zhuǎn)的。在現(xiàn)代工業(yè)控制中，該系統(tǒng)猶如不知疲憊的搬運工，嚴(yán)格按照程序指令連續(xù)不斷地進(jìn)行物料輸送。該系統(tǒng)的投入使企業(yè)徹底拋棄了手工操作，配料方式進(jìn)入科學(xué)數(shù)據(jù)化生產(chǎn)，個人也從粉塵、噪音等惡劣的勞動環(huán)境中解脫出來。不僅如此，穩(wěn)定的高質(zhì)量的配料更帶來了產(chǎn)品質(zhì)量的提高。系統(tǒng)投入后，產(chǎn)品密度、假比重等主要技術(shù)指標(biāo)有較大提高，所以，物流自動控制系統(tǒng)在生產(chǎn)制造和加工領(lǐng)域里，尤其是在大規(guī)模、高效率、連續(xù)生產(chǎn)的物流公司現(xiàn)場，的確是一項值得推廣的技術(shù)。整個系統(tǒng)現(xiàn)已投入使用，它對于網(wǎng)絡(luò)信息時代企事業(yè)計算機(jī)集成制造過程以及網(wǎng)絡(luò)銷售領(lǐng)域等物流自動化系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計具有重要的參考價值。
連續(xù)配料輸送自動控制系統(tǒng)在水泥、煤炭、冶金、化工、飼料、食品等行業(yè)有很廣泛的應(yīng)用。具有功能全面，靈活性強(qiáng)，性價比高等特點，受到連續(xù)配料系統(tǒng)集成商和用戶的歡迎。該系統(tǒng)集現(xiàn)代物流技術(shù)、倉儲技術(shù)、自動化技術(shù)于一體，是CIMS中的重要環(huán)節(jié)，在國外已經(jīng)得到較廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)也正在逐漸地應(yīng)用于我國許多行業(yè)中。
加盟WTO后，我國商品分銷、配送服務(wù)市場將逐步擴(kuò)大開放的領(lǐng)域和范圍。而物流是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題，物流會影響企業(yè)總體的生存和發(fā)展。在2000年物流成本占國內(nèi)國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值（GDP）的16.7%，而美國僅為10%以下。尤其是企業(yè)的物流設(shè)備水平與發(fā)達(dá)國家之間存在著巨大的差距，主要表現(xiàn)為，運輸效率低，物流過程浪費驚人。我們知道，差距就是潛力和發(fā)展空間，因此，提高物流設(shè)備化水平，已成為當(dāng)務(wù)之急。自動配料車是物流體系中運輸分配的重要組成部分，它是能自動地存儲和取出物料的系統(tǒng)。
二. 物料自動控制系統(tǒng)工藝生產(chǎn)控制
物流自動控制系統(tǒng)主要是控制輸送系統(tǒng)完成其物料的輸送任務(wù)。在物料的入口處和出口處設(shè)有升降機(jī)和輸送線。這樣在庫房、生產(chǎn)車間和包裝車間范圍內(nèi)形成了一個既可順暢到達(dá)各個生產(chǎn)位置同時又是封閉的循環(huán)輸送線系統(tǒng)。所有生產(chǎn)過程中使用的有關(guān)物料和成品等，最后都須裝在貼有條形碼的貨箱里輸送裝車。在生產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)出的生產(chǎn)指令的作用下，物料的從指定的入口處進(jìn)入輸送系統(tǒng)。物流自動控制系統(tǒng)如圖1所示。
總體控制要求：如圖所示，系統(tǒng)由料斗、傳送帶、檢測系統(tǒng)組成。配料裝置能自動識別貨車到位情況及對貨車進(jìn)行自動配料，當(dāng)車裝滿時，配料系統(tǒng)自動停止配料。料斗物料不足時停止配料并自動進(jìn)料。
其工藝流程控制要求如下:
（1）初始狀態(tài)
系統(tǒng)啟動后，紅燈L2滅，綠燈L1亮，表明允許汽車開進(jìn)裝料。料斗出料口D2關(guān)閉，若料位傳感器S1置為OFF（料斗中的物料不滿），進(jìn)料閥開啟進(jìn)料（D4亮）。當(dāng)S1置為ON（料斗中的物料已滿），則停止進(jìn)料（D4滅）。電動機(jī)M1、M2、M3和M4均為OFF。
（2）裝車控制
裝車過程中，當(dāng)汽車開進(jìn)裝車位置時，限位開關(guān)SQ1置為ON，紅燈信號燈L2亮，綠燈L1滅；同時啟動電機(jī)M4，經(jīng)過2S后，再啟動啟動M3，再經(jīng)2S后啟動M2，再經(jīng)過2S最后啟動M1，再經(jīng)過2S后才打開出料閥（D2亮），物料經(jīng)料斗出料。
當(dāng)車裝滿時，限位開關(guān)SQ2為ON，料斗關(guān)閉，2S后M1停止，M2在M1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。同時紅燈L2滅，綠燈L1亮，表明汽車可以開走。
（3）停機(jī)控制
關(guān)閉啟動SD開關(guān)，自動配料裝車的整個系統(tǒng)終止運行。
三. 系統(tǒng)硬件設(shè)計
1. 系統(tǒng)原理圖
2. I/O配置及接線
為了提高自動控制系統(tǒng)的可靠性和設(shè)備的工作效率，系統(tǒng)選用MITSUBISHI的 FX1N-40MR型PLC作為控制器，根據(jù)自動配料裝車控制的要求，設(shè)計的I/O配置及接線如圖3所示。
電動機(jī)M1～M4，通過接觸器KM1～KM4控制;為了方便操作人員監(jiān)控，也可以采用信號燈顯示出電動機(jī)的運行狀態(tài)。
四. 系統(tǒng)軟件設(shè)計
1.主程序流程圖
2.系統(tǒng)的PLC控制程序的結(jié)構(gòu)
用基本邏輯指令編程自動配料裝車控制系統(tǒng)中，進(jìn)料閥受料位傳感器S1的控制，S1無監(jiān)測信號，表明料不滿，經(jīng)5S后進(jìn)料;S1有監(jiān)測信號，表明料已滿，中止進(jìn)料。配料系統(tǒng)的啟動，可以通過臺秤下面的限位開關(guān)SQ1實現(xiàn)。當(dāng)汽車開進(jìn)裝車位置時，在其自重作用下，接通SQ1，配料系統(tǒng)啟動;當(dāng)車裝到噸位時，限位開關(guān)SQ2斷開，停止配料。
采用梯形圖語言編制PLC控制程序。該控制程序以清晰的線性模塊化方法體現(xiàn)出物流控制方式和結(jié)構(gòu)。可分為以下幾個部分：
①.運動設(shè)備/輸送路徑控制
對所有皮帶輸送機(jī)、滾輪輸送機(jī)和升降機(jī)按照所需的模式運行，保證貨箱在輸送線上能夠暢通、連續(xù)運行。按照貨箱的路徑識別碼，控制輸送線和別的輸送線交換裝置，實現(xiàn)貨箱輸送當(dāng)中的路徑選擇。
②.自動識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理
把條形碼激光掃描儀和PLC的實時數(shù)據(jù)庫相通信，完成對輸送線上貨箱的自動識別。
③.上位機(jī)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的通信接口/實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
主要處理與上位機(jī)的信息交換，包括通訊規(guī)約、報文格式、通訊編碼和解碼及診錯等。利用數(shù)據(jù)塊建立記錄存儲區(qū)，存儲貨箱的信息。利用功能塊實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作，為輸送系統(tǒng)路徑識別提供控制依據(jù)。
④. MCGS組態(tài)監(jiān)控的數(shù)據(jù)處理
配合MCGS監(jiān)控，進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理，主要有報警處理、設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)處理等。
⑤.缺料換倉
當(dāng)配料過程中，該倉號物料已配完，系統(tǒng)自動提示缺料報警。按[缺料換倉]按鈕，彈出對話框，輸入需更換的倉號，確定，再按[清故障]按鈕，即可完成換倉，并進(jìn)入自動配料狀態(tài)。注：換倉后，須更改配料順序。將缺料倉設(shè)為0，新更換的倉號設(shè)為與原來的順序一致，便于報表統(tǒng)計。
經(jīng)分析可知，本系統(tǒng)是一個按一定順序動作的控制過程，采用可使每一工步嚴(yán)格按順序動作，若用步進(jìn)指令編程則程序更容易理解和方便閱讀。
五. 結(jié)束語
該物料自動控制系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試和運行，其生產(chǎn)物料自動配送能力可以滿足各種產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，可以滿足相關(guān)物流公司的設(shè)備和生產(chǎn)的高水平和高效率運轉(zhuǎn)的。在現(xiàn)代工業(yè)控制中，該系統(tǒng)猶如不知疲憊的搬運工，嚴(yán)格按照程序指令連續(xù)不斷地進(jìn)行物料輸送。該系統(tǒng)的投入使企業(yè)徹底拋棄了手工操作，配料方式進(jìn)入科學(xué)數(shù)據(jù)化生產(chǎn)，個人也從粉塵、噪音等惡劣的勞動環(huán)境中解脫出來。不僅如此，穩(wěn)定的高質(zhì)量的配料更帶來了產(chǎn)品質(zhì)量的提高。系統(tǒng)投入后，產(chǎn)品密度、假比重等主要技術(shù)指標(biāo)有較大提高，所以，物流自動控制系統(tǒng)在生產(chǎn)制造和加工領(lǐng)域里，尤其是在大規(guī)模、高效率、連續(xù)生產(chǎn)的物流公司現(xiàn)場，的確是一項值得推廣的技術(shù)。整個系統(tǒng)現(xiàn)已投入使用，它對于網(wǎng)絡(luò)信息時代企事業(yè)計算機(jī)集成制造過程以及網(wǎng)絡(luò)銷售領(lǐng)域等物流自動化系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計具有重要的參考價值。
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