基于PLC傳送帶自動裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

常州工學(xué)院學(xué)士學(xué)位成果報(bào)告書PAGE目錄TOC\o"1-2"\h\u15734第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研 2261151.畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及調(diào)研 31901第二部分設(shè)計(jì)說明 6260302.1基于PLC的生產(chǎn)線自動裝箱系統(tǒng)的理論分析 621492.2可編程控制器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和工作過程 764002.3.基于PLC的生產(chǎn)線自動裝箱系統(tǒng) 927751第三部分設(shè)計(jì)成果 18222253.1設(shè)計(jì)成果 1833783.2作品特點(diǎn) 1963103.3PLC程序梯形圖 1931792第四部分結(jié)束語 2219152第五部分致謝 234712第六部分參考文獻(xiàn) 24第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研1.畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及調(diào)研1.1任務(wù)分析解決的控制任務(wù)：根據(jù)控制要求解決傳送帶B拖動空箱到達(dá)指定位置的控制，以及傳送帶B制動后傳送帶A的啟動和傳送帶A制動后傳送帶B的啟動怎么形成一個循環(huán)的過程。利用光電開關(guān)SQ2檢測傳動帶拖動集裝箱B是否到達(dá)指定位置，到達(dá)指定位置SQ2得電傳送帶B制動停止，同時(shí)傳送帶A得電運(yùn)行，利用計(jì)數(shù)器C0來控制A制動后傳送帶B的啟動計(jì)數(shù)器復(fù)位，可使上述過程反復(fù)循環(huán)。在研究在兩傳送帶下使產(chǎn)品裝箱的自動化控制，使其系統(tǒng)能夠正常自動運(yùn)行完成產(chǎn)品的裝箱。其過程為對生產(chǎn)線上某種產(chǎn)品自動按指定數(shù)量裝箱，產(chǎn)箱裝箱前及裝箱后都由傳送帶傳送。利用PLC進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)。本次任務(wù)的主要目的是通過某一生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制裝置的設(shè)計(jì)實(shí)踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計(jì)方法。1.2傳送帶傳送帶是傳送帶用來輸送元件，PCB和其他器件，材料一般為塑料，纖維制品或橡膠。如果傳送帶要接收從機(jī)器其他部分傳來的器件，那么它應(yīng)該采用耗散性材料。當(dāng)傳送帶表面電阻率為1～106歐時(shí)，它會使帶電器件放電速度太快，對器件造成損害；當(dāng)表面電阻在106～109歐時(shí)，只要傳送帶通過轉(zhuǎn)輪滑輪和機(jī)架良好接地，傳送帶上就不會帶電[1]。1.3可編程邏輯控制器（PLC）PLC即為可編程控制器，是一種以CPU為核心的計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置。早期的可編程控制器稱做可編程邏輯控制器（programmablelogiccontroller）,簡稱PLC，用它來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等的飛速發(fā)展，可編程控制器的功能已大大超過了邏輯控制的范圍，所以，目前人們都把這種裝置稱做可編程控制器，簡稱PC.為了避免與目前應(yīng)用十分廣泛的個人計(jì)算機(jī)（personalcomputer,簡稱PC）相混淆，本文仍將可編程控制器簡稱PLC[2]。PLC產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代末。1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司研究出第一臺可編程控制器，用于通用汽車公司的生產(chǎn)線，取代生產(chǎn)線上的繼電器控制系統(tǒng)，開創(chuàng)了工業(yè)控制的新紀(jì)元。1971年，日本開始生產(chǎn)可編程控制器，德、英、法等各國相繼開發(fā)了適于本國的可編程控制器，并推廣使用。1974年，我國也開始研制生產(chǎn)可編程控制器，1977年應(yīng)用于工業(yè)。經(jīng)過40年的發(fā)展，可編程控制器已經(jīng)成為工業(yè)自動化的三大支柱（PLC技術(shù)、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造）之一。概括起來，PLC的發(fā)展可以歸納為以下四個階段[1]。初級階段。（2）功能擴(kuò)展階段。聯(lián)機(jī)通信階段（4）網(wǎng)絡(luò)化階段1.3.1按容量分。大致可分為“小”、“中”、“大”三種類型。（1）小型PLC。I/O點(diǎn)總數(shù)一般小于256點(diǎn)。其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)以及各種指令，如OM-RON的CPM1A系列、CPM2A系列，SIEMENS的S7-200系列。（2）中型PLC。I/O點(diǎn)總數(shù)256點(diǎn)至2048點(diǎn)，內(nèi)存8K以下，I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入、刷新輸出。它能連接各種特殊功能模塊，通信聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快，如OMRON的C200P/H，SIEMENS的S7-300系列。（3）大型PLC。一般I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通信聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通信聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化，如OMRON的C500P/H，SIEMENS的S7-400系列。1.3.2按硬件結(jié)構(gòu)分。（1）整體式PLC。它是將PLC各組成部分集裝在一個機(jī)殼內(nèi)，輸入、輸出接線端子以及電源進(jìn)線分別在機(jī)箱的上、下兩側(cè)，并有相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示輸入/輸出狀態(tài)。面板上留有編程器的插座、EPROM存儲器插座、擴(kuò)張單元的接口插座等。編程器和主機(jī)是分離的，程序編寫完畢后即可拔下編程器。（2）模塊式PLC。輸入/輸出點(diǎn)數(shù)較多的大、中型和部分小型PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)。模塊式PLC采用積木搭接的方式組成系統(tǒng)，便于擴(kuò)展，其CPU、輸入、輸出、電源燈都是獨(dú)立的模塊，有的PLC的電源包含在CPU模塊之中。PLC由框架和各模塊組成，各模塊插在相應(yīng)的插槽上，通過總線連接。PLC廠家備有不同槽數(shù)的框架供用戶選用。用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I/O模塊和其他特殊模塊，硬件配置靈活，維修時(shí)更換模塊板也很方便。采用這種結(jié)構(gòu)形式的有SIEMENS的S5系列、S7-300、S7-400系列，OMRON的C500、C1000H及C2000H等以及小型CQM系列。（3）疊裝式PLC。上述兩種結(jié)構(gòu)各有特色，整體式PLC結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、體積小，易于與被控設(shè)備組成一體，但有時(shí)系統(tǒng)所配置的輸入輸出點(diǎn)不能被充分利用，且不同PLC的尺寸大小不一致，不易安裝整齊；模塊式PLC點(diǎn)數(shù)配置靈活，但是尺寸較大，很難與小型設(shè)備連成一體。為此開發(fā)了疊裝式PLC，它吸收了整體式和模塊式PLC的優(yōu)點(diǎn)，其基本單元、擴(kuò)展單元等高等寬，它們不用基板僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個整體的體積小巧的長方體，而且輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的配置也相當(dāng)靈活。帶擴(kuò)展功能的PLC，擴(kuò)展后的結(jié)構(gòu)即為疊裝式PLC。第二部分設(shè)計(jì)說明2.1基于PLC的生產(chǎn)線自動裝箱系統(tǒng)的理論分析2.1.1如何實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動化此次設(shè)計(jì)是由兩個電機(jī)分別控制兩條傳送帶的運(yùn)動以及制動，由傳送帶B先行拖動空箱到達(dá)指定的位置，由光電開關(guān)檢測空箱是否到達(dá)指定位置后，光電開關(guān)檢測到空箱到達(dá)了指定位置后，光電開關(guān)得電將連接到控制傳送帶B的電機(jī)反轉(zhuǎn)的接觸器得電實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)制動，由于光電開關(guān)2得電只是瞬時(shí)性的所以不必?fù)?dān)心會成為反轉(zhuǎn)。且與此同時(shí)光電開光得電后控制傳送帶A的電機(jī)得電傳送帶A運(yùn)行，此時(shí)產(chǎn)品逐個落入空箱內(nèi)，由光電開光1檢測，檢測到產(chǎn)品落下后由一個上升沿接入計(jì)數(shù)器C0計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)滿12個時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位。且此時(shí)由于計(jì)數(shù)器同時(shí)得電而使得控制傳送帶A電機(jī)的接觸器得電實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)制動。同時(shí)可將C0的得電使得傳送帶B開始運(yùn)動拖動箱體前行使其上述過程反復(fù)循環(huán)。2.1.2PLC控制過程分析按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1得電自鎖拖動箱體運(yùn)行，到達(dá)指定位置后光電開關(guān)2得電其與Q0.1相連的常閉觸點(diǎn)斷開，與KM6常開觸電閉合實(shí)現(xiàn)制動，與傳送帶A相連的接觸器KM2得電閉合傳送帶A啟動運(yùn)行產(chǎn)品逐個落入箱體。光電開關(guān)1得電計(jì)數(shù)器獲得一個上升沿計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一個，當(dāng)檢測到12個時(shí)計(jì)數(shù)器復(fù)位，傳送帶A制動停止，傳送帶B開始啟動運(yùn)行。其運(yùn)動的工藝流程如圖2.1所示：按下啟動按鈕按下啟動按鈕傳送帶B運(yùn)行傳送帶B運(yùn)行光電開關(guān)2得電光電開關(guān)2得電傳送帶A運(yùn)行傳送帶A運(yùn)行光電開關(guān)1得電光電開關(guān)1得電計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器復(fù)位計(jì)滿12個數(shù)計(jì)數(shù)器復(fù)位計(jì)滿12個數(shù)傳送帶停止傳送帶停止圖2.12.2可編程控制器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和工作過程PLC實(shí)質(zhì)上是一種專門用于工業(yè)控制的通用計(jì)算機(jī)，雖然各國生產(chǎn)的PLC外型各異，但其控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)基本相同。PLC主要由CPU與存儲器模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。2.2.1電源PLC一般使用AC220V或DC24V電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供DC5V、DC±12V和DC24V等電源。小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC24V電源，驅(qū)動PLC負(fù)載的交、直流電源一般由用戶提供。此外，PLC還為掉電保護(hù)提供了后備電池。除上面介紹的幾個主要部分外，PLC上還常常配備有連接各種外圍設(shè)備的接口，并均留有插座，可通過電纜方便地配接諸如串行通信模塊、EPROM寫入器、打印機(jī)、錄音機(jī)等。2.2.2I/O模塊。輸入模塊和輸出模塊簡稱為I/O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁，起著PLC和外圍設(shè)備之間傳遞信息的作用。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等送來的開關(guān)量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化模擬量電流電壓信號。開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制調(diào)節(jié)閥變頻器等執(zhí)行裝置。CPU模塊的工作電壓一般是5V，而PLC的輸入/輸出信號電壓較高，例如DC24V和AC220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能會損壞CPU模塊中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I/O模塊中，用光電耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC的內(nèi)部電路和外部I/O電路。I/O模塊除了傳遞信號外還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。2.2.3CPU與存儲器模塊。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU相當(dāng)于一個人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出，負(fù)責(zé)PLC系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致的工作。PLC的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于個人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，它使PLC具有基本的只能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序由PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)并固化在ROM中，用戶不能直接讀取。用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，它決定了PLC輸入信號與輸出信號之間的具體關(guān)系。2.3可編程邏輯控制器（PLC）的工作過程2.3.1輸入處理PLC以重復(fù)掃描的方式執(zhí)行用戶處理，在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài)（輸入信號）讀入輸入映象寄存器中，然后開始執(zhí)行用戶處理程序。在執(zhí)行過程中，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不變，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才重新讀取輸入狀態(tài)。2.3.2程序控制在程序執(zhí)行階段，PLC順序掃描用戶程序，每執(zhí)行一條程序所需要的信息都從輸入映象寄存器和其他內(nèi)部寄存器中讀出并參與計(jì)算，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)輸出映象寄存器中。2.3.3輸出處理當(dāng)全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構(gòu)成PLC的實(shí)際輸出并由輸出端子送出。2.3.基于PLC的生產(chǎn)線自動裝箱系統(tǒng)2.3.1主要內(nèi)容(1)按下控制裝置啟動按鈕后，傳送帶B先啟動運(yùn)行，拖動空箱體前移至指定位置，達(dá)到指定位置后，由SQ2發(fā)出信號，使傳送帶B制動停止。(2）傳送帶B停車后，傳送帶A啟動運(yùn)行，產(chǎn)品逐一落入箱內(nèi)，由傳感器檢測產(chǎn)品數(shù)量，當(dāng)累計(jì)產(chǎn)品數(shù)量達(dá)到12個時(shí)，傳送帶A制動停車，傳送帶B啟動運(yùn)行。(3)上述過程周而復(fù)始進(jìn)行，直到按下停止按鈕，傳送帶A和傳送帶B同時(shí)停止。(4)應(yīng)有必要的信號指示，如電源有電、傳送帶A工作和傳送帶B工作等。(5)傳送帶A和傳送帶B應(yīng)有獨(dú)立點(diǎn)動控制，以便于調(diào)試和維修。2.3.2I/O分配表:輸入輸出啟動SB1I0.0控制傳送帶B運(yùn)動KM1Q0.1停止SB2I0.1控制傳送帶A運(yùn)動KM2Q0.0手動計(jì)數(shù)復(fù)位SB3I0.2傳送帶A制動KM3Q0.3光電開關(guān)1SQ1I0.3傳送帶B制動KM4Q0.2光電開關(guān)2SQ2I0.4傳送帶B點(diǎn)動KM5Q0.1熱繼電器FRI0.5傳送帶A點(diǎn)動KM6Q0.0傳送帶B點(diǎn)動SB4I0.6電源有電LQ0.4傳送帶A點(diǎn)動SB5I0.72.3.3控制電路圖2.3.4主電路圖2.3.5模擬硬件接線圖2.3.6PLC梯形圖

2.3.7語句表2.3.8二級傳送帶控制要求用兩條皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳送系統(tǒng)，分別用兩臺電動機(jī)帶動，控制要求如下：啟動時(shí)先起動最末一條皮帶機(jī)，經(jīng)過5秒延時(shí)，再依次起動其它皮帶機(jī)到最前一條后5秒Y5得得電貨物開始裝填貨物。停止時(shí)應(yīng)先停止Y5貨物停止裝填，待料運(yùn)送完畢后5秒后最前一條皮帶機(jī)停止再依次停止其它皮帶機(jī)。當(dāng)某條皮帶機(jī)發(fā)生故障時(shí)，該皮帶機(jī)及其前面的皮帶機(jī)立即停止且Y5也立即停止裝填貨物，而該皮帶機(jī)以后的皮帶機(jī)待運(yùn)完后才停止。例如M2故障，Y5、M1、M2立即停，經(jīng)過5秒延時(shí)后，M3停，再過5秒，M4停。控制功能：（1）單動與循環(huán)控制連鎖，任何一個單動按鈕“ON”，循環(huán)控制不能建立，反之，如果循環(huán)控制已建立，單動按鈕的動作對循環(huán)操作沒有任何影響。（2）當(dāng)“手動/循環(huán)”旋轉(zhuǎn)按鈕置“手動”位置時(shí)，方可對單機(jī)進(jìn)行單動。（3）如當(dāng)2#皮帶出現(xiàn)故障時(shí)，1#皮帶必須緊停，2#皮帶可以保持運(yùn)行，當(dāng)故障解除，復(fù)位，按“啟動”按鈕，2#機(jī)可直接起動，當(dāng)2#機(jī)起動完畢，再延時(shí)起動1#機(jī)。（4）對于短路等，故障解除，按“復(fù)位”按鈕，故障鎖存復(fù)位，未循環(huán)起動按鈕/旋轉(zhuǎn)單動按鈕，皮帶不會自行起動。（5）循環(huán)控制時(shí)，如果某臺皮帶起動失敗，則其上游設(shè)備不能啟動，下游設(shè)備可保持運(yùn)行狀態(tài)。（6）設(shè)聲、光報(bào)警。光報(bào)警閃爍。（7）不論循環(huán)控制還是單動控制，集中控制緊停按鈕均起作用。第三部分設(shè)計(jì)成果3.1設(shè)計(jì)成果基于PLC的自動裝箱系統(tǒng)所編寫的梯形圖程序經(jīng)過S7-200仿真軟件調(diào)試結(jié)果如圖3.1所示：圖3.13.2作品特點(diǎn)該系統(tǒng)經(jīng)過多次的調(diào)試表明該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠、冗余性強(qiáng)，能很好地適用于連續(xù)工作。本次設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線自動裝箱PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線裝箱的自動化控制，其硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，反應(yīng)速度快，性價(jià)比高，市場應(yīng)用價(jià)值比較高。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)以繼電器控制硬件電路的方法，采用人機(jī)界面取代繼電器，通過軟件的方式控制硬件電路。由于PLC具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，以及編程簡單，維護(hù)方便，通訊靈活等優(yōu)點(diǎn)。但是該設(shè)計(jì)尚有不足，還有很多的擴(kuò)展功能沒有實(shí)現(xiàn)，例如對產(chǎn)品計(jì)數(shù)錯誤的檢測功能傳送帶數(shù)量少不能適應(yīng)市場上更高的需求等。3.3PLC程序梯形圖

第四部分結(jié)束語本次PLC控制生產(chǎn)線的自動裝箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完成，對本次設(shè)計(jì)任務(wù)的基本要求進(jìn)行了滿足，從一開始知道任務(wù)的要求是的茫然到最終將設(shè)計(jì)完成的滿足，整個畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程讓我擁有了許多收獲。在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，為了使自己的設(shè)計(jì)更加健全，資料更加完善，我多次在網(wǎng)上和有關(guān)書籍上查找并記錄，然后再設(shè)計(jì)和編寫成果報(bào)告書的過程中加以應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)的基于PLC的生產(chǎn)線自動裝箱系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，反應(yīng)速度快，性價(jià)比都比較高，具有良好的的市場應(yīng)用價(jià)值。通過這次設(shè)計(jì)，我對自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，同時(shí)讓我的動手能力也得到了加強(qiáng)，對本專業(yè)所學(xué)知識有了更深入的了解，對PLC的功能也有了更進(jìn)一步的認(rèn)識。在完成這次設(shè)計(jì)的過程中遇到了許多困難，但是通過不斷努力和同學(xué)們和老師的指導(dǎo)，我克服了這些困難，完成了這次設(shè)計(jì)，在其中獲得了好多的寶貴經(jīng)驗(yàn)，對之前所學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的較完善的整理，使自己對所學(xué)有了更加深入了理解和對這些知識的應(yīng)用更加得心應(yīng)手。