摘 要

在今天，随着工业4.0计划的提出，自动化技术在工业领域的运用更加广泛、智能。自动化控制系统由电脑控制自动完成工业生产，可以实现在单一简单的作业中提高生产效率，在精密复杂的操作中提升精度与效率，在高危有害的作业环境中取代人力。自动化技术极大促进了工业的进步，不仅提升了工业生产的效率，也大大降低了人力成本。自动化技术已经被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，成为提高劳动生产率的主要手段。

本文首先介绍了目前国内外工业自动化系统的研究现状，然后根据任务书的要求并根据当今主流工业自动化系统模式搭建一个晶英石振动台自动控制系统。系统的搭建将从工艺流程的分析入手，依次对系统的硬件、软件、人机交互界面等进行介绍，最后对该系统进行在线模拟，使其可完成高效安全的自动化工作过程，成为一个具有实用价值的工业自动化系统。

关键词：工业自动化控制系统；PLC；晶英石振动台

Abstract

Nowadays, with the Industrial 4.0 program had been proposed, the application of automation technology became more broad and intelligentin the field of industrial. Automated control-systems automate industrial productive process by controlling computers,improvingproductivity in simple and repeated operations, enhancing accuracy and efficiency in sophisticated and complex operations, and replacing manpower in hazardous environments. As the main way to improve labor productivity,automation technology has greatly promoted the progress of industry. Automation technology has been widely used in machinery manufacturing, electricity,construction, transportation, information technology and other fields.

This paper begins with introducing the current research status of industrial automation system at home and abroad.According to the requirements of the task book and the current industrial automation system model, an automatic control system of quarts shaking table will be built. The system will be introduced start from the analysis of the process, followed by the system hardware, software, human-computer interaction interface, etc., and finally the system on-line simulation will be shown.So that it can complete a efficient and safe automated work process which has practical value in the industrial automation system.

Keywords:industrial automatic control system ; PLC;quarts shaking table

目录

摘要 I

Abstract II

1绪论 2

1.1研究背景及意义 2

1.2工业自动化控制系统研究现状 2

1.3本文的主要内容 4

2晶英石振动台控制系统简介 6

2.1振动台系统工艺流程介绍 6

2.1.1料车运送填料至中途仓 6

2.1.2抽真空制造真空仓 7

2.1.3中途仓下料到振动台并填料 7

2.1.4振动台系统复位 7

2.2振动台系统硬件配置及选型 8

2.3 本章小结 9

3晶英石振动台控制系统硬件设计 10

3.1电气控制设计 10

3.1.1电源供电、保护及信号回路 10

3.1.2电机控制回路 10

3.1.3隔离变压器与引出电源 12

3.2控制原理设计 13

3.3 PLC原理图 15

3.4 外部接线图 18

3.5 本章小结 20

4晶英石振动台控制系统软件设计 21

4.1系统PLC程序介绍 21

4.1.1料车运送填料至中途仓 21

4.1.2 主仓抽真空与中途仓下料到振动台并填料 23

4.1.3振动台系统复位 26

4.2HMI界面设计 28

4.3通讯设置介绍与仿真 29

4.3.1通讯设置介绍 29

4.3.2 仿真与结果介绍 29

4.4本章小结 31

5.1总结 32

5.2展望 32

致谢 36

附录 37

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

工业自动化技术是一种运用控制系统理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现监测、改善、调节、管理和决策，达到提升产量、改善质量、减少损耗、确保安全等目的综合性高技术^[1][2]。

2013年4月，德国政府正式在汉诺威工业博览会提出了名为“工业4.0”的发展战略^[3]。“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种生产模式中，传统的行业界限将消失，并会使得新的合作形式在新的活动领域产生：如农业与互联网、医疗与互联网等。自“工业4.0概念”推出以来，它迅速成为德国的标签之一，并在全球范围内引发了新一轮的工业转型竞赛^[4][5][6]。随着工业4.0时代大潮来袭，自动化与信息化的深度融合，工业自动化将走上智能化的道路，为世界带来翻天覆地的变革。如今，中国工业控制自动化技术、产业和应用都有长足进步，中国工业自动化产业已逐步成型。由此可见，工业控制自动化技术正在向集成化、网络化和集成化这样的大方向发展^[7][8]。

借由本次课题研究，将实现一个解决晶英石模具填料时容易产生气泡空隙等问题的工业自动化控制系统——晶英石振动台控制系统。本系统主要由料车、提升系统、中途仓、下料、振动台、主门控和抽真空等部分组成，通过PLC来调节控制对应传动点电机，使整个振动台填料工艺流程高效得自动运行，以完成一个简单的工业自动化控制。

1.2工业自动化控制系统研究现状

从远古的漏壶计时，到工业革命时期的蒸汽机；从半个多世纪前的第一台电子计算机问世到如今的智能机器人。自动化技术经过千百年的提炼，尤其是近半个世纪工业实践的普遍应用，计算机技术、数字通信技术、微处理器技术等得到了迅猛发展，自动化控制技术已经延伸和拓展到几乎所有工业领域。

目前，被广泛运用的工业自动化控制系统主要有：可编程控制器（PLC）控制系统、工业计算机控制系统、分布式控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）等等。这几种系统既可以相互独立运用、又可以相互融合、相互配合运作^[8][9]。如目前以PLC为主导地位的企业Siemens、Schneider、Rockwell等公司纷纷推出了具有混合系统主命令服务，如Siemens的PCS 7、ABB的AC 800F和800M、Schneider的Modicon Quantum、Rockwell的ControlLogix等^[10][11]。

1. 可编程控制器（PLC）控制系统。在如今主流的多种工业自动化控制系统中，由于PLC控制技术具有操作方便、功能全面且适用面广泛等特点，使它如今它已成为现代化工业生产最为重要得一种控制方式。1969年，为了尽可能得减少重新设计继电器控制设计系统以及接线消耗的时间与金钱，研制开发出了世界上第一台可编程控制器，并在美国汽车制造业中的应用取得成功。随着生产工艺与科技水平的不断进步，可应用PLC控制技术的领域正处于逐步扩张与延伸中。通常，工业生产过程可以划分为连续生产过程与离散生产过程两种^[12][13][14]。由于PLC控制技术所具备的灵活性高、安全性强、易于设计组装等特点，所以在这两种类型的生产过程中都有用武之地。可以说，PLC控制技术中的各类控制功能，只需要通过改变程序并修改程序设计相应的接线端子就可以重新适应新的工艺流程就可以实现。目前，PLC主要向两极发展：向更复杂系统用高速度、高性能、大容量PLC发展，目前主要的产品有Siemens的S 7-400等；向特别简单的增强型小容量PLC发展，主要产品有三菱的FX 3 U等。随着Ethernet技术的发展，使PLC向集成化和开放式的反向发展。本文也将围绕PLC控制技术在晶英石振动台控制系统的设计应用中展开^[15]。
2. 工业计算机控制系统。在传统的过程控制系统中，现场设备层基本被PLC所垄断，过程控制层和生产管理层控制设备主要是由各种工业计算机或小型机组成。20世纪90年代以来，随着工业计算机的高速发展，特别是工业计算机的CPU运行速度得以提升、存储容量大幅加大、成本逐步降低、可靠性大幅提升等，使得这种控制方式变成工业自动化系统的主要控制方式之一，且应用范围愈来愈广。世界著名的电气公司都有推出相应产品，如Siemens的SIMATIC PC、Schneider的高性能热设备系统Premium工控机等，国内制造该系统的制造厂商主要有研祥智能、北京工控计算机厂、台湾研华等。目前，工业计算机控制系统主要向低成本和可靠性方向发展^[16][17]。
3. 分布式控制系统（DCS）。1975年，DCS问世。不久，我国对DCS的研发就已起步，开始对国外的DCS系统进行基础的引进和吸收，80年代初开始了技术攻关工作，从20世纪90年代初期我国开始形成了几家以自主研制为主的DCS专业化公司，如北京的比利时公司和航天测控公司等，如今，DCS生产厂家主要集中在国外ABB、HoneyWell等公司,如今的DCS已形成功能齐全、配置灵活的系列产品，具备硬件积木化、软件模块化、空间组态化、通信网络化、高可靠性等特点，并正向管控一体化的方向发展^[17]。
4. 现场总线控制系统（FCS）。现场控制技术给控制系统体系结构带来一场革命，是目前自动化领域最先进成熟的技术之一，过程控制系统将由FCS代替传统的DCS。FCS被广泛运用于汽车、铸造、化工、石化等行业，最近几年工业应用的Ethernet/IP、Control Net和Profibus的应用最为广泛。有赖于近年工业以太网的迅猛发展，FCS的发展也十分迅速，控制系统也将向着工业以太网和无线通信方向发展^[17]。

如今，中国工业控制自动化技术、产业和应用都有长足进步。工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集成化方向发展，发展的新趋势体现在：以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为当今工业系统的主流；PLC在向微型化、网络化和定制方向发展；控制系统正在向现场总线控制系统方向发展^[18]；工业控制软件向网络化、智能化和开放性方向发展；仪器仪表技术向智能化、微型化、数字化、网络化化方向发展；数控技术向智能化、开放性、网络化发展；工业控制网络向有线网络和无线网络相结合方向发展等^[19]。此外，由于物联网与工业自动化在许多方面存在的强关联性，随着国内物联网产业在工农业、交通、电力、医疗等领域的迅速推广，物联网从工业自动化的发展取得经验的同时，也给工业自动化的未来创造大把创新机遇。

1.3本文的主要内容

设计一种实现使晶英石振动台系统能自动运作的PLC控制系统。该系统通过PLC程序控制系统各部分高效有序得配合运作，并配备人机交互界面便于主观操纵与观测过程，最终通过仿真与调试完成自动填料系统。

本文介绍的主要内容安排如下：

（1）第1章 绪论，主要介绍了工业自动化系统研究的背景，以及国内外的现状与设计采用方案。

（2）第2章 本章描述了晶英石控制振动台系统工艺流程，并在此基础上介绍了振动台组成部分的硬件选型与整体系统的搭建。