裝配流水線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)x

1、長沙學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計(jì)說明書題目裝配流水線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系（部）電子與通信工程系專業(yè)（班級）10電氣1姓名盧超望學(xué)號2010042103指導(dǎo)教 師殷科生起止日 期2013.12.23 2014.1.5長沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)鑒定表姓名盧超望 學(xué)號 2010042103 專業(yè)電氣工程及其自動化班級 1班設(shè)計(jì)題目裝配流水線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師殷科生指導(dǎo)教師意見：評定成績：教師簽名：日期：答辯小組意見：評定成績： 答辯小組長簽名： 日期： 教研室意見：最終評定等級：教研室主任簽名：日期：說明課程設(shè)計(jì)成績分“優(yōu)秀”、“良好”、“中等”、“及格”、“不及格”五等。系統(tǒng)功能與要求系統(tǒng)元器件選型系統(tǒng)端口配置硬件電路

2、設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)調(diào)試與結(jié)論裝配流水線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能與要求1設(shè)計(jì)任務(wù)通過畢業(yè)設(shè)計(jì)了解PLC控制的企業(yè)裝配流水線基本原理以及工作流程，設(shè)計(jì)PLC控制實(shí)現(xiàn)的模擬裝配流水線系統(tǒng)，控制多工位裝入、多工位裝配、單工位入庫等操作。 以自動化實(shí)驗(yàn)中心綜合實(shí)訓(xùn)室的網(wǎng)絡(luò)型可編程序控制器實(shí)訓(xùn)平臺為研究對象，了解控制對象結(jié) 構(gòu)組成，熟悉控制對象實(shí)際工作流程，確定受控對象與PLC間關(guān)系，估計(jì)程序步數(shù)； 運(yùn)行框圖、硬件接線圖繪制；畫出PLC控制的梯形圖；編制出語句表；輸入指令并修改更正程序；調(diào)試運(yùn)行并反復(fù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證；整理設(shè)計(jì)思路、總結(jié)設(shè)計(jì)成果。1.2裝配流水線的基本介紹裝配流水線的起源20世紀(jì)初，美國人亨利.福特首先采

3、用了流水線生產(chǎn)方法，在他的工廠內(nèi)，專業(yè)化地將分工分的非常細(xì)，僅僅一個(gè)生產(chǎn)單元的工序竟然達(dá)到了7882種，為了提高工人的勞動效率，福特反復(fù)試驗(yàn)，確定了一條裝配線上所需要的工人，以及每道工序之間的距離。這樣里來，每個(gè)汽車底盤的裝配時(shí)間就從12小時(shí)28分縮短到1小時(shí)33分。大量生產(chǎn)的主要生產(chǎn)組織方式為流水生產(chǎn)，其基礎(chǔ)是由設(shè)備、工作地和傳送裝 置構(gòu)成的設(shè)施系統(tǒng)，即流水生產(chǎn)線。最典型的流水生產(chǎn)線是汽車轉(zhuǎn)配生產(chǎn)線。流水生產(chǎn)線是為特定的產(chǎn)品和預(yù)定的生產(chǎn)大綱所設(shè)計(jì)的；生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的主要決策問題在流水生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)階段中就已經(jīng)做出規(guī)定。裝配流水線的概述在大量生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)效率、 保證產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件，

4、不僅要求機(jī)床能自動的對工件進(jìn) 行加工，而且要求工件的裝卸、工件的工序間的輸送、工序間加工精度的檢測、廢品的剔除等都能自動 的進(jìn)行。因此，把設(shè)備按工件的加工工序順序依次排列，用自動輸送裝置將他們聯(lián)成一個(gè)整體，并用控制系統(tǒng)將各個(gè)部分的動作協(xié)調(diào)起來，使其按照規(guī)定的動作自動的進(jìn)行工作，這種自動化的加工系統(tǒng)就稱為自動化生產(chǎn)流水線。流水線是人和機(jī)器的有效組合，最充分體現(xiàn)設(shè)備的靈活性，它將輸送系統(tǒng)、隨行夾具和在線專機(jī)、 檢測設(shè)備有機(jī)的組合，以滿足多品種產(chǎn)品的輸送要求。輸送線的傳輸方式有同步傳輸?shù)? （強(qiáng)制式）也可以是非同步傳輸/ （柔性式），根據(jù)配置的選擇，可以實(shí)現(xiàn)裝配和輸送的要求。輸送線在企業(yè)的批量 生產(chǎn)

5、中不可或缺。流水線是勞動者為了方便生產(chǎn)將生產(chǎn)對象人為的通過外界設(shè)備將其按照一定的線路順序通過各個(gè) 操作點(diǎn)，以及用一定的速度來重復(fù)連續(xù)的完成生產(chǎn)過程。裝配流水線把勞動對象和專業(yè)化生產(chǎn)專業(yè)的有效的結(jié)合在一起的一種生產(chǎn)方式。它具有以下特征：工作地點(diǎn)的專業(yè)化程度非常高；具有明顯的規(guī)律性；每條生產(chǎn)線的生產(chǎn)水平相似；生產(chǎn)過程封閉、不可逆；有很強(qiáng)的連續(xù)性。裝配流水線的發(fā)展現(xiàn)代流水生產(chǎn)起源于1914年一1920年的福特制。福特制的主要內(nèi)容：在科學(xué)組織生產(chǎn)的前提下謀求高效率和低成本。因而實(shí)施產(chǎn)品、零件的標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備和工具的專用化 以及工作場所的專業(yè)化。唯一最佳的“單一產(chǎn)品原則”。創(chuàng)造了流水線的生產(chǎn)方法，建立了傳

6、送帶式的流水生產(chǎn)線。內(nèi)容和形式上的變化內(nèi)容上：產(chǎn)品的裝配、零件的機(jī)械加工、鍛壓、鑄造、熱處理、電鍍、焊接、 油漆以及包裝等。形式上：單一產(chǎn)品流水線一一可變流水線一一混合流水線一一成組流水線一一 半自動流水線一一自動化流水線裝配流水線生產(chǎn)的形式按生產(chǎn)對象的移動方式：固定流水向線和移動流水線固定流水線：是指生產(chǎn)對象位置固定，生產(chǎn)工人攜帶工具沿著順序排列的生產(chǎn)對象移動.主要用于不便運(yùn)輸?shù)拇笮椭破返纳a(chǎn)，如重型機(jī)械、飛機(jī)、船舶等的裝配；移動流水線：生產(chǎn)對象移動，工人和設(shè)備 及工具位置固定的流水線。這是常用的流水線的組織方式。按生產(chǎn)對象的數(shù)目：單品種流水線和多品種流水線單品種流水線：又稱不變流水線，是指

7、流水線上只固定生產(chǎn)一種制品。要求制品的數(shù)量足夠大，以保證流水線上的設(shè)備有足夠的負(fù)荷；多品種流水線：將結(jié)構(gòu)、工藝相似的兩種以上制品，統(tǒng)一組織到一條流水線上生產(chǎn)。按產(chǎn)品的輪換方式：可變流水線、成組流水線和混合流水線可變流水線：集中輪番地生產(chǎn)固定在流水線上的幾個(gè)對象，當(dāng)某一制品的批制造任務(wù)完成后，相應(yīng)地調(diào)整設(shè)備和工藝裝備，然后再開始另一種制品的生產(chǎn)；成組流水線：固定在流水線上的幾種制品不是成批輪番地生產(chǎn)，而是在一定時(shí)間內(nèi)同時(shí)或順序地進(jìn)行生產(chǎn)，在變換品種時(shí)基本上不需要重新調(diào)整設(shè)備和工藝裝備；混合流水線：是在流水線上同時(shí)生產(chǎn)多個(gè)品種，各品種均勻混合流送，組織相間性的投產(chǎn)。一般多用于裝配階段生產(chǎn)。按連續(xù)程

8、度：連續(xù)流水線和間斷流水線連續(xù)流水線：制品從投入到產(chǎn)出在工序間是連續(xù)進(jìn)行的沒有等待和間斷時(shí)間；間斷流水線：由于各道工序的勞動量不等或不成整數(shù)倍關(guān)系，生產(chǎn)對象在工序間會出現(xiàn)等待停歇現(xiàn)象，生產(chǎn)過程是不完全連續(xù)的。按節(jié)奏性程度：強(qiáng)制節(jié)拍流水線、自由節(jié)拍流水線和粗略節(jié)拍流水線強(qiáng)制節(jié)拍流水線：要求準(zhǔn)確地按節(jié)拍出產(chǎn)制品；自由節(jié)拍流水線：不嚴(yán)格要求按節(jié)拍出產(chǎn)制品，但要求工作地在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)的生產(chǎn)率應(yīng)符合節(jié)拍要求；粗略節(jié)拍流水線：各個(gè)工序的加工時(shí)間與節(jié)拍相差很 大，為充分地利用人力、物力，只要求流水線每經(jīng)過一個(gè)合理的時(shí)間間隔，生產(chǎn)等量的制品，而每道工序并不 按節(jié)拍進(jìn)行生產(chǎn)。按機(jī)械化程度：手工流水線、機(jī)械化

9、流水線和自動線1.2.5 裝配流水線生產(chǎn)的組織條件品種穩(wěn)定單一，產(chǎn)量足夠大，長期供貨，單位勞動量大，保證設(shè)備足夠負(fù)荷。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝相對穩(wěn)定：先進(jìn)性；良好的工藝性和互換性；標(biāo)準(zhǔn)化程度高。工藝過程既可劃分為簡單的工序，又可以相互合并。原材料和協(xié)作件的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化，且按時(shí)供應(yīng)。機(jī)器設(shè)備始終處于完好狀態(tài)，嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)劃預(yù)修制度。工作必須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。廠房和生產(chǎn)面積適合安裝流水線。1.3 PLC控制飲料裝瓶流水線的優(yōu)勢生產(chǎn)效率高相對于傳統(tǒng)的飲料裝瓶流水線，由PLC控制的裝瓶流水線其電氣部分由PLC控制。這一電氣控制系統(tǒng)能很快的發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線上的問題和不足，PLC靈活的可編程性能很快的對程序進(jìn)行改進(jìn)。PLC

10、中大量使用了軟繼電器，使得外部接線更加簡單，更容易維護(hù)。因此， 使用了 PLC控制的飲料裝瓶流水線的生產(chǎn)效率更高，更好地為企業(yè)創(chuàng)造利潤。衛(wèi)生條件好由于飲料的裝瓶、蓋蓋、貼簽到成品入庫都可以用流水線來完成。這樣可以創(chuàng)造一個(gè)相對封閉的生產(chǎn)環(huán) 境和減少人工操作。為飲料裝瓶創(chuàng)造了一個(gè)很好的衛(wèi)生條件。安全性提高由于PLC的穩(wěn)定性好，這樣就降低了生產(chǎn)過程中的事故的發(fā)生。同時(shí)由于飲料從裝瓶到入庫全由機(jī)器完成，進(jìn)一步降低了員工在生產(chǎn)線上發(fā)生事故的概率，更好地保護(hù)了員工的人身安全和企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全。1.4傳感器的基本介紹及選擇1.4.1 傳感器的概念與組成概念：傳感器是一種以一定精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系、

11、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。其中包含了以下幾方面的含義：傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)；它的輸入量是某一被測量，如物理量、化學(xué)量、生物量等；它的輸出是某種物理量，這種量要便于傳輸、 轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電量， 但主要是電量；輸出與輸入間有對應(yīng)關(guān)系，且有一定的精確度。組成：傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路3部分組成，框圖如下:圖1.1 傳感器的組成敏感元件：直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。 轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)。轉(zhuǎn)換電路：將上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成點(diǎn)亮輸出。實(shí)際上，有些傳感器很簡單，

12、有些則較為復(fù)雜，大多數(shù)是開環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 最簡單的傳感器由一個(gè)敏感元件組成，它感受被測量時(shí)直接輸出電量，如熱電偶傳感器。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路，如壓電式加速度傳感器。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不止一個(gè)， 需經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。 1.4.2 傳感器的選擇由于本次設(shè)計(jì)是以飲料裝瓶的裝配為例。 在實(shí)際生產(chǎn)過程中， 接觸到的基本上塑料制品，所以我選擇光敏傳感器。在自動化流水線生產(chǎn)過程中， 要用到很多傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的不同狀態(tài)。使生產(chǎn)線處在正常工作狀態(tài)或者最佳工作狀態(tài)。本次設(shè)計(jì)用到的傳感器主要用在飲料瓶到達(dá)操作工位或倉庫時(shí)，通過傳感器給PLC 一個(gè)反饋信號

13、使傳送帶停止運(yùn)行。操作工位和入庫感應(yīng)上用到的傳感器可以使用光敏傳感器，光敏傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近， 包括紅外線波長和紫外線波長。 光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測， 只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可（即光敏傳感器對于物體的存在進(jìn)行反映，不管部件的移動與否，只要處在光敏傳感器檢測范圍內(nèi)，它都會做出一個(gè)輸出信號）。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一， 它在自動控制和非電量電測技術(shù)中占有非常重要的地位。系統(tǒng)元器件選型2.1可編程控制器概述2.1.1 PLC 的產(chǎn)生上世紀(jì)60年

14、代，在沒有可編程控制器以前，在大部分工業(yè)生產(chǎn)中是以繼電器控制來實(shí)現(xiàn)各種功能，傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)主要有一下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較簡單，易于操作，價(jià)格便宜等，在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用甚廣，于此同時(shí)繼電器控制系統(tǒng)也有以下缺點(diǎn)體積比較大，動作速度比較慢，耗電量多，壽命短，更有接線復(fù)雜，更改困難等。繼電器控制系統(tǒng)對當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)力發(fā)展中起到了巨大的作用，在工業(yè)生產(chǎn)過程中， 大量開關(guān)量順序控制被使用，它按照邏輯條件（即實(shí)現(xiàn)編制好的程序）進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn) 行連鎖保護(hù)動作的控制， 以及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。在PLC沒有出現(xiàn)以前，這些功能是通過繼電器控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。世界上公認(rèn)的第一臺 PLC （即PDD-14）是美

15、國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年根據(jù)美國通用汽車 公司的要求研制成功的。背景：1968年，美國通用汽車公司（ GM）為了增強(qiáng)產(chǎn)品在市場上的競爭力，適應(yīng)汽車型號的不斷 更新和生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)汽車的多品種、 小批量生產(chǎn)和不斷翻新汽車品牌的目的。 通用汽車公司（GM）希望有一種可編程序的邏輯控制器來取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置的要求，這種控制器能做到盡可能減少設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和用盡可能少的電氣控制裝置以及電氣接線，以減少重復(fù)設(shè)計(jì)率，更好的適應(yīng)當(dāng)代生產(chǎn)的需要，以減少故障，降低生產(chǎn)成本和縮短生產(chǎn)周期。設(shè)計(jì)思想：將傳統(tǒng)的繼電器的控制技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)有效的結(jié)合起來，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

16、傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)有其本身的優(yōu)點(diǎn)，如：簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜；但是也有其的缺點(diǎn)， 如體積大、可靠性低、接線復(fù)雜、不易查找、更改和排除故障，對不斷變化生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性差； 計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、有復(fù)雜的邏輯能力、運(yùn)算能力、靈活、通用性好，但用計(jì)算機(jī)來編程其困難程度 很大；所以就有了將兩者有點(diǎn)有效的結(jié)合起來，來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的需要的想法，從而產(chǎn)生了現(xiàn)代的可編程控制器。PLC吸取繼電器和計(jì)算機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了將控制系統(tǒng)面向控制過程、面向客戶，在不同環(huán)境下 適應(yīng)性強(qiáng)、操作方便、體積小、可靠性高，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。GM對汽車流水線控制系統(tǒng)提出的具體要求，歸納起來是： 編程簡單易懂，可在現(xiàn)

17、場修改和調(diào)試程序； 維護(hù)方便，采用插入式模塊結(jié)構(gòu)； 可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)；體積比繼電器控制裝置小；數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； 成本可與繼電器控制系統(tǒng)競爭； 可直接用115V交流電壓輸入； 輸出量為115V、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥、接觸器等；通用性強(qiáng)，易于擴(kuò)展； 用戶程序存儲器容量至少4kB。2.1.2 PLC 的定義隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡稱PC）的出現(xiàn)和發(fā)展起來，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)以及區(qū)別個(gè)人計(jì)算機(jī)，將可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller （ PLC），不過現(xiàn)在仍常常將PLC簡 PC。稱在PLC的發(fā)展過程中，PLC的定義有好幾種。

18、其中國際電工委員會 IEC）對PLC的定義是：可編（程序控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過 數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。2.2 PLC的特點(diǎn)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)可靠性作為電氣控制設(shè)備的重要性能。PLC也不例外，為了讓PLC的可靠性更高，很多廠家都做了一下措施：在PLC內(nèi)部電路中，一般將其電路集成化，在生產(chǎn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格的按需

19、要的工藝制造，并運(yùn)用現(xiàn)在流行的功能模塊，將其電路模塊化以及加入抗干擾功能，讓其擁有更好的可靠性。在PLC的外部電路上，其電氣連接線和開關(guān)連接點(diǎn)相對于同等規(guī)模的繼電器控制系統(tǒng)已經(jīng)少了很 多。這也使PLC的故障率大大的降低，同時(shí)很大程度上使PLC的可靠性大大的提高。PLC中設(shè)置了一些自我診斷、警戒報(bào)警和可恢復(fù)等功能，在PLC出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，若發(fā)生一些小故障也能自我恢復(fù)等。用戶可以通過PLC的應(yīng)用軟件將外部器件的故障診斷程序編入PLC，使這也使PLC具有極高的可靠性。整個(gè)這也使PLC具有極高的可靠性。在工作方式上，PLC采用了周期掃描、集中采樣、集中輸出等工作方式極高了自身的扛干擾能力。配套

20、和功能齊全，適應(yīng)性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，各個(gè)生產(chǎn)廠家也形成了各自不同大小規(guī)模的系列化產(chǎn)品。這些產(chǎn)品能有效的滿足市場中不同規(guī)模的工業(yè)自動化控制場合。由于PLC本身具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和速度以及可編程控制器 的網(wǎng)絡(luò)通信能力的提高，所以它能適應(yīng)不同的工業(yè)自動化控制領(lǐng)域。簡單易學(xué)，方便易用，受到工程技術(shù)人員的好評作為現(xiàn)代通用的工業(yè)自動化控制計(jì)算機(jī)。PLC的匯編語言相對于計(jì)算機(jī)更簡單易學(xué)，使用起來也很方便 以及接口簡單很容易被熟悉電氣知識的和不熟悉的用戶所掌握。它可以用相對于繼電器少很多的接線和開關(guān) 量就能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的功能。為用戶打開了方便之門。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建造工作量小，容易改造、方便維護(hù)由

21、于PLC出色的程序匯編使控制設(shè)備的外部接線和開關(guān)量大大的減少，這不僅縮短了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期和外部設(shè)備的組成時(shí)間，也使電氣設(shè)備的故障維修和維護(hù)容易起來。特別是通過PLC控制其電氣部分，在同一個(gè)控制系統(tǒng)中改變程序來改變生產(chǎn)過程成為了可能。這給小企業(yè)帶來了充分的靈活性，十分適合多品種和小批量的生產(chǎn)場合。體積小，重量輕，能耗低由于半導(dǎo)體集成電路的應(yīng)用，PLC的體積相對很小。如超小型PLC，其新出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小，很容易裝進(jìn)機(jī)械內(nèi)部，是機(jī)電一體化的理想裝置。2.3 PLC的組成及其工作原理2.3.1 PLC 的組成PLC的組成：PLC的種類很多

22、，其基本功能和指令也有差異，但是其基本結(jié)構(gòu)和工作原理則大同小 異。一般由CPU板、I/O接口電路、存儲器、擴(kuò)展接口、電源、顯示面板等硬件組成。其硬件簡化框圖 如下：圖2.1 PLC 硬件簡化圖1 .中央處理單元（ CPU）中央處理單元（CPU ）是PLC的核心組成部分，在 PLC系統(tǒng)中它通過與其他硬件結(jié)合起來，使整個(gè)系統(tǒng)就像人體神經(jīng)中樞額，從而來協(xié)調(diào)控制整個(gè)系統(tǒng)。它主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器、數(shù)據(jù)和總線 等組成。每一個(gè) PLC都有一個(gè)CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、接收和儲存。2.存儲器存儲器主要用于存儲程序和數(shù)據(jù)，可編程控制器（PLC）的存儲器可分為兩種：系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器是

23、用來固化PLC生產(chǎn)廠家在研制系統(tǒng)時(shí)編寫的各種系統(tǒng)工作程序。主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序由廠家固定，用戶自己不能更改。用戶存儲器是用來存放從編程器或個(gè)人計(jì)算機(jī)輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，所以又可分為用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩種。主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果。3.I/O接口電路I/O 接口是PLC與電氣回路的通信接口。開關(guān)量輸入接口可分為直流輸入單元和交流輸入單元。它能把現(xiàn)場的開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部處理的標(biāo)準(zhǔn)信號。開關(guān)量輸出接口可分為繼電器輸出方式、晶體管輸出方式和晶閘管輸出方式。它能把PLC內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn) 信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的開關(guān)量信

24、號。4.電源PLC電源是用來給PLC內(nèi)部各個(gè)模塊提供工作電源的。一般采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電，PLC的功能，同時(shí)向CPU、存儲器及輸入/輸出接口提供各自所需的直流電壓。電源的性能將直接影響 也影響著PLCPLC的功能，同時(shí)PLC根據(jù)型號的不同，其電源供電可分為交流供電和直流供電。交流一般為單相 220V，直流一般為24V。5.擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）連接在一起。6 .通信接口編程器編程器是用來編寫、輸入、編輯用戶程序和監(jiān)視可編程控制器運(yùn)行時(shí)各種元器件的工作狀態(tài)。檢查維護(hù)的器件，它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。可分為簡易編程器和圖形編程器。其他部件人機(jī)

25、界面：現(xiàn)在最簡單的人機(jī)界面由指示燈和按鈕組成。目前比較先進(jìn)的有觸摸屏一體式的用戶終端應(yīng)用也越來越廣泛，當(dāng)然由計(jì)算機(jī)來當(dāng)作人機(jī)界面也是十分普及的。2.3.2 PLC 的工作原理在PLC進(jìn)入工作狀態(tài)后，其工作過程主要分為：輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC首先掃描所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們先后存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中。輸入采樣結(jié)束以后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會隨之改變。因此，如果輸入是脈沖信號，那么 該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才可以保證不管在什

26、么情況下，該輸入均能被讀入。用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC根據(jù)梯形圖的掃描原則進(jìn)行掃描程序，它總是按從左到右、從上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)的。在用戶程序執(zhí)行過程中，當(dāng)指令涉及到了輸入輸出狀態(tài)的時(shí)候， 根據(jù)用戶需要的數(shù)據(jù)從映像寄存器中將元件的“0/1 ”狀態(tài)讀取出來，按照程序的要求進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果寫入對應(yīng)的元件映像寄存器中。因此，每個(gè)元件的映像寄存器(除輸入映像寄存器外)的狀態(tài)都會隨著程序的執(zhí)行而發(fā)生著變化。輸出刷新階段當(dāng)用戶程序掃描結(jié)束后，元件映像寄存器中的所有輸出映像寄存器的“ 0/1 ”狀態(tài)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這

27、時(shí)，才是PLC的真正輸出。PLC工作原理如下圖所示：圖2.2 PLC 的工作原理2.4 PLC的編程語言PLC為用戶提供了功能十分完整的編程語言，用來適應(yīng)PLC在工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用。利用 PLC的匯編語言，按照不同的控制要求編制不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變繼電器控制的硬件接線，也就是所謂的“可編程序”。PLC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了五種標(biāo)準(zhǔn)語言，其中梯形圖( Ladder diagram )和功能塊圖(Function block diagram)為圖形語言，指令表(Instruction list )和結(jié)構(gòu)文本(Struction text )為文字語言，還 有一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖(Sequen

28、tial function chart，又稱為順序功能圖)。梯形圖由于其出色PLC的易掌握性、程序表達(dá)清晰性以及與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖相似，使其成為目前使用最廣泛的 圖形匯編語言。PLC本次設(shè)計(jì)PLC程序采用了梯形圖語言，編程軟件為GX developer 。GX developer 軟件能夠完成程序編寫、對可編程控制器CPU的寫入/讀出、監(jiān)控程序運(yùn)行、調(diào)試程序和PLC錯(cuò)誤診斷等一系列功能。PLC的分類及其應(yīng)用領(lǐng)域初期的PLC主要在以開關(guān)量居多的電氣順序控制系統(tǒng)中使用，但在上世紀(jì)90年代后，PLC逐漸在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用。隨著生產(chǎn)的需要 PLC被廣泛地在流程工業(yè)自動化系統(tǒng)中使用。 直到現(xiàn)在PLC

29、在現(xiàn)場總 線控制系統(tǒng)中，PLC更是其中的主角，其應(yīng)用面越來越廣泛。PLC主要可以分為大中小三類。小型PLC小型PLC的I/0點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下，小型PLC由于其體積較小，結(jié)構(gòu)緊密使它的硬件系統(tǒng)更好。它能連接除開關(guān)量以外的特殊功能模塊。中型PLC中型PLC的I/0點(diǎn)數(shù)一般是在2562048點(diǎn)之間。大型PLC一般I/0點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上的稱為大型PLC。大型的可編程控制器其性能更高，速度更快和超大 的存儲量，多CPU 一起工作更讓其在工業(yè)領(lǐng)域得到了更廣泛的運(yùn)用。PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較PLC控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)相比較：繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點(diǎn)和“硬”線連接，為全硬件控制；P

30、LC內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點(diǎn)和“軟”線連接，為軟件控制。在PLC的外部電路上，其電氣連接線和開關(guān)連接點(diǎn)相對于同等規(guī)模的繼電器控制系統(tǒng)已經(jīng)見了很多。PLC的可靠性比繼電接觸控制的高。PLC與微型計(jì)算機(jī)的比較：PLC編程簡便，匯編語言簡單易懂適合不管有無電氣知識的用戶都能很快上手。計(jì)算機(jī)使用匯編語 言或其他高級語言編程，比 PLC編程復(fù)雜。PLC可靠性高，PLC采用掃描方式進(jìn)行工作等。PLC與單片機(jī)的比較：PLC的電路設(shè)計(jì)比較成熟，穩(wěn)定性高，軟件集成化，學(xué)習(xí)容易，開發(fā)周期短。單片機(jī)的穩(wěn)定性相對于PLC稍差，接線外部設(shè)備相對復(fù)雜，單片機(jī)牽扯到得知識很多，不容易學(xué)習(xí)和上手。從上邊對PLC的

31、簡單介紹和比較可以看出。由PLC的軟件編程和硬件連接決定了它的可靠性和控制功能比繼電器控制系統(tǒng)高的多，它是專門為工業(yè)控制場合設(shè)計(jì)的控制器，所以他的穩(wěn)定性也比一般通用計(jì)算機(jī)要好的多，而且它操作簡單靈活，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級和功能擴(kuò)展。由于PLC的穩(wěn)定性和安全性相對單片機(jī)更高，更被企業(yè)在工業(yè)自動化生產(chǎn)中所接受和應(yīng)用。所以在本設(shè)計(jì)中對裝配流水線的控制采用PLC來進(jìn)行控制。PLC 選型本次設(shè)計(jì)我選用的是日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列 PLC。三菱公司作為日本生產(chǎn)PLC的主要廠的家之一。該公司生產(chǎn)的 FX2N系列的機(jī)型，屬于高性能疊裝式機(jī)型，是目前三菱公司最先進(jìn)的PLC產(chǎn)品，F(xiàn)X2N系 PLC具有數(shù)十種編程

32、元件，能滿足本次設(shè)計(jì)。FX2N系 PLC編程元件的編號分為兩部分：第列列一部分是代表功能的字母。如輸入繼電器用“X”表示、輸出繼電器用“ Y”表示。第二部分為數(shù)字，數(shù)字為該類型器件的序號。根據(jù)所需的用戶輸入輸出設(shè)備及I/O點(diǎn)數(shù)，選擇我們實(shí)驗(yàn)室的 FX2N-32MR型來滿足控制系統(tǒng)的要求。圖 2.3 FX2N 系列 PLC2.7.1 FX2N系列PLC的功能及基本性能FX2N系列是FX系列PLC家族中最為先進(jìn)的一個(gè)系列。由于 FX2N系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的 包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、 程式執(zhí)行更加快速、 全面補(bǔ)充了網(wǎng)絡(luò)通信功能、更適合世界各國不同的電源和更好的滿足了單個(gè)需要的大量特殊的功能模塊，它可

33、以為你的工廠工業(yè)自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。其中為很多特殊功能是為實(shí)際運(yùn)用而開發(fā)的，通過這些特殊功能滿足了工業(yè)生產(chǎn)范圍內(nèi)的不同需求，如模擬I/O、計(jì)數(shù)器。 其他功能如下表：表2.1 FX2N功能表內(nèi)置24V的直流電源24V、400mA直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳 感器或其它元件?？焖贁嚅_端子模塊因?yàn)槊子昧藘?yōu)良的可維護(hù)性快速斷開端子 塊，即使接著電纜也可以更換單元。時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能在所有的FX2NPLC中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。時(shí) 間設(shè)置和比較指令易于操作。小時(shí)表功能對 過程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價(jià)值的信息。持續(xù)掃描功能為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時(shí)間定義操作周 期。輸入濾波器調(diào)節(jié)功能可以用輸

34、入濾波器平整輸入信號（在基本單 元中 x000 到 x017 ）。注解記錄功能元件注解可以記錄在程序寄存器中。在線程序編輯在線改變程序不會損失工作時(shí)間或停止生產(chǎn) 運(yùn)轉(zhuǎn)。RUN/STOP 開關(guān)面板上運(yùn)行/停止開關(guān)易于操作。遠(yuǎn)程維護(hù)遠(yuǎn)處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來 監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù)密碼保護(hù)使用一個(gè)八位數(shù)字密碼保護(hù)您的程序。2.7.2 FX2N系列適用范圍FX2N系列在自動化控制系統(tǒng)中充分地發(fā)揮了其強(qiáng)大的功能。它的使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制系統(tǒng)到更復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)，它覆蓋了所有與自動化檢測和控制相關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，如各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、中央空調(diào)、電梯控

35、制、運(yùn)動系統(tǒng)、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等。系統(tǒng)端口配置表3.1 I/O 端口分配表輸入輸出設(shè) 備端口編號設(shè) 備端口編號啟動按鈕X0AY0操作1移動按鈕X1BY1操作2復(fù)位按鈕X2CY2操作3DY3傳送EY4 傳感器1FY5 傳感器2GY6 傳感器3HY7入庫硬件電路設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)的外部接線圖如圖所示。左邊為輸入主要由3個(gè)點(diǎn)動開關(guān)組成。這3個(gè)開關(guān)X0、X1、X2分別實(shí)現(xiàn) 了啟動、移動和復(fù)位的功能。右邊為輸出部分主要由8個(gè)LD燈組成。通過LD燈的閃爍能直觀的觀察程序運(yùn) 行情況。啟動移動復(fù)位X1X2COM1Y0Y1Y2Y3COM2Y4Y5Y6Y7AB:W C啟動移動復(fù)位X1X2COM1Y0Y1Y2Y3COM2Y4

36、Y5Y6Y7AB:W C月D7 E-G圖 3.3 PLC圖 3.3 PLC的外部接線圖程序設(shè)計(jì)梯形圖分析圖3.4 梯形圖分析圖3.4 ( a )程序啟動圖3.4 ( a)是為程序開始運(yùn)行和傳送(D)實(shí)現(xiàn)通斷而設(shè)計(jì)的。PLS:上升沿微分輸出指令，在輸入信號上升沿產(chǎn)生脈沖信號。只能作用于Y與M，在輸入信號接通或斷開的一個(gè)周期內(nèi)置位為“1 ”；SET :置位指令，使動作保持；M8000為運(yùn)行監(jiān)視繼電器。當(dāng) PLC處于RUN狀態(tài)時(shí)它始終為ON，相反則為OFF。當(dāng)X000點(diǎn)動接通瞬間，軟繼電器M0輸出一個(gè)周期的ON信號。(但是開關(guān)連續(xù)接通對M0沒有影響)； PLC處于RUN，M8000接通在M0、T4脈

37、沖上升沿、X001脈沖上升沿以及M18接通與T3脈沖上升沿作用下 SET將Y0003置位為ON，即傳送(D)動作(燈亮)。,圖3.4（c）操作和入庫的置位動作圖3.4 （ b ）傳送D和傳感器E的復(fù)位動作圖3.4 （ b）是通過時(shí)間繼電器T0來實(shí)現(xiàn)傳送（D,圖3.4（c）操作和入庫的置位動作圖3.4 （ b ）傳送D和傳感器E的復(fù)位動作當(dāng)Y003常開閉合，時(shí)間繼電器T0動作開始計(jì)時(shí)1秒，在T0的脈沖上升沿的作用下即傳送1（D）燈滅；同時(shí)傳感器 1（ E）燈亮。圖3.4 即傳送1（D）燈滅；同時(shí)傳感器 1（ E）燈亮。M8000 處于ON狀態(tài)，程序給定一個(gè)時(shí)間繼電器T3 一個(gè)上升沿脈沖，傳感器

38、3（ G）復(fù)位。M18處于常閉狀態(tài)，若 M2常開閉合則操作1（ A）被置位；若M5閉合則操作2（ B）被置位；若同時(shí)當(dāng)M8閉合則操作3（C）被置位；若 M11閉合則入庫（H）同時(shí)當(dāng)M8閉合YQOOYOdl圖3.4 （ d）時(shí)間繼電器通斷圖3.4 （ d）是實(shí)現(xiàn)對操作1、2、3和入庫LD燈的通斷時(shí)間控制。當(dāng)Y000、Y001、Y002或Y007常開閉合時(shí)，時(shí)間繼電器T4計(jì)時(shí)3秒。圖3.4（e）操作和入庫的復(fù)位動作圖3.4（ e）實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對操作1、2、3和入庫的復(fù)位動作。ADDP:脈沖執(zhí)行型的ADD指令（加法指令）執(zhí)行一個(gè)掃描周期。當(dāng)T4閉合，若 Y000閉合則操作1（ A）被復(fù)位；操作2、3和入

39、庫同理。在 T4閉合的瞬間，ADDP執(zhí)行一個(gè)掃描周期，即循環(huán)選擇ABCH的條件。叩Q|%* I TOC o 1-5 h z *1S環(huán)后謎舞A叩Q|%* I(CMP UO K1 如 * dS環(huán)后迭擇b4匚花 &0 K2網(wǎng)*網(wǎng)6拜后詵攜匚彳CMP M K3 M7 * 1時(shí)，M3置位；以下幾條同上。 *往上返回選拇女N141 VP KIEB 1洶IHE洶IHE圖3.4 ( g)返回初始狀態(tài)圖3.4 ( g)是實(shí)現(xiàn)一次循環(huán)結(jié)束后，返回初始狀態(tài)的動作(即返回選擇a)。MOVP: P為脈沖；在時(shí)一個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行一次數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)M14、X000、X001或M8002 OFF 一 ON時(shí)，數(shù)值1寫入寄存器 D0

40、 一次。圖3.4 圖3.4 ( h )程序復(fù)位圖3.4 ( h)是實(shí)現(xiàn)程序復(fù)位動作的。Y/M/S/T/C/DZRST :全部復(fù)位指令(區(qū)間復(fù)位指令)其操作對象主要為Y/M/S/T/C/DX002接通(點(diǎn)動)，區(qū)間復(fù)位指令執(zhí)行，位元件M0M18,Y000Y007成批復(fù)位。調(diào)試與結(jié)論由于沒有實(shí)驗(yàn)臺，無法進(jìn)行調(diào)試，所以沒有調(diào)試內(nèi)容。通過這次裝配流水線的 PLC控制設(shè)計(jì)，我不僅對裝配流水線有了了解， 更讓我對PLC的知識得到了鞏 固和深化。其中讓我對梯形圖、功能指令表、順序功能圖等都有了更好的了解。在開始準(zhǔn)備設(shè)計(jì)的時(shí)候，我收集了很多有關(guān)PLC的資料并了解了一些PLC的設(shè)計(jì)原理，這讓我知道了傳統(tǒng)工業(yè)控制

41、系統(tǒng)向現(xiàn)代工業(yè) 自動化控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化離不開 PLC的應(yīng)用，它使企業(yè)的生產(chǎn)周期大大縮短，同時(shí)減少勞動力和生產(chǎn)成本。 目前我國很多地區(qū)的企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備還比較落后的，而且大部分工序都是通過人工來完成的，而流水線因其出色的規(guī)律性、連續(xù)性和多條生產(chǎn)線可同時(shí)操作的可操作性以及其操作簡單很適合中小企業(yè)的發(fā) 展要求。但隨著科技不斷進(jìn)步我相信會有功能更齊全工藝水平更高的裝配流水線在不久的將來將會出 現(xiàn)，所以在今后的學(xué)習(xí)和生活中我們還要不斷的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，只有這樣才能設(shè)計(jì)出更符合現(xiàn)代社會所需求的產(chǎn)品。在未來的發(fā)展中我認(rèn)為會有越來越多的PLC會在裝配流水線中應(yīng)用。因?yàn)檠b配流水線由于其工藝的重復(fù)性和連續(xù)性的要求剛好符合PLC的使用功能。PLC由于其強(qiáng)大的可編程性和靈活性來控制裝配流水線的電氣部分十分符合流水線的工藝要求。同時(shí)PLC更可是通過編程讓同一條流水線