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XXXXX 本科畢業(yè)設計 畢 業(yè) 論 文 課題 電池包裝送料裝置總體方案及控制 系統(tǒng)設計 專 業(yè) 學 生 姓 名 班 級 學 號 指 導 教 師 完 成 日 期 XXXXX 本科畢業(yè)設計 I 摘 要 可編程控制器 PLC 作為控制系統(tǒng)的核心裝置 功能強大 性能穩(wěn)定可靠 在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產中得到了廣泛的應用 取得了理想的控制效果 本論文以高速全自動電池包裝機控制系統(tǒng)為背景 理論與實踐相結合 詳 細闡述了集 PLC 技術 光電位感應技術等先進控制技術在該包裝機控制系統(tǒng)中 的應用 論文主要內容如下 概述了可編程控制器 PLC 的現(xiàn)狀及其在包裝機械 上應用的可能性和前景 通過對電池包裝機生產工藝流程的了解 統(tǒng)計其輸入 輸出 I O 點 然后進行 PLC 選型 程序的仿真設計 電池的包裝是一個典型的 順序控制 因此我們利用步進控制指令實現(xiàn)了包裝過程的程序控制 利用三菱 公司的編程軟件 GX Developer 軟件進行程序的編寫和仿真 本設計的主要任務就是完成 PLC 控制系統(tǒng)的設計和控制電路的設計 關鍵詞 可編程控制器 電池包裝機 仿真 XXXXX 本科畢業(yè)設計 II Abstract Programmable logic controller PLC as the core device of the control system powerful stable and reliable performance It is widely used in modern industrial automation production To obtain the ideal control effect In this paper the high speed automatic battery packaging machine control system as the background combining theory with practice elaborated PLC technology application of photoelectric position sensor technology and advanced control technique in the packing machine control system The main contents are as follows an overview of the status of programmable controller PLC and its possibilities and prospects of application in packaging machinery through the production process of battery packaging machine understanding statistics of its input and output I O and then PLC selection simulation design program battery pack is a typical sequential control therefore we use the step control command to realize the packaging process control program program using the software programming software GX Developer of the Mitsubishi Co s programming and simulation Design the design of the main tasks is to complete the design of PLC control system and control circuit Keywords programmable controller battery packaging machine simulation XXXXX 本科畢業(yè)設計 I 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1 1 全自動包裝機 PLC 控制的目的及意義 1 1 2 包裝機控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與分析 1 1 3 本文的設計任務 2 第二章 控制方案要求 3 2 1 該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)的功能 3 2 2 電池包裝送料裝置的工作過程 3 2 3 控制方案論證與選擇 4 2 3 1 PLC 與其它控制裝置的比較 4 2 3 2 系統(tǒng)方案的確立 8 2 5 本章小結 8 第三章 電池包裝送料裝置控制系統(tǒng)的硬件設計 9 3 1 PLC 控制系統(tǒng)結構組成 9 3 2 PLC 和 I O 擴展模塊的選型 9 3 3 PLC 控制的優(yōu)點 9 3 4 其他元器件的選擇 10 3 4 1 固態(tài)繼電器的選擇 10 3 4 2 斷路器的選擇 11 3 4 3 傳感器的選型 11 3 4 PLCI 0 的分配 11 3 6 系統(tǒng)電氣控制接線圖設計 12 3 7 本章小結 14 第四章 系統(tǒng)軟件設計 15 4 1 PLC 的程序設計環(huán)境 15 4 2 系統(tǒng)程序設計 16 4 3 PLC 控制系統(tǒng)軟件程序的編寫 18 4 4 本章小結 18 第五章 程序的調試與仿真 19 5 1 仿真的步驟 19 XXXXX 本科畢業(yè)設計 II 5 2 本章小結 21 結論 22 致 謝 23 參考資料 24 附錄一 25 XXXXX 本科畢業(yè)設計 1 第一章 緒論 1 1 全自動包裝機 PLC 控制的目的及意義 電池是人們生活中的必須品 隨著人們對紙質品用量的增加 對電池的需 求也越來越大 且對電池的安全性 方便性要求也越來越高 為使包裝出的物 品整齊 美觀并具有良好的包裝質量 研制高速 高效 高質 經濟的新型包 裝機是市場的迫切需求 目前 該類包裝機多半為進口產品 價格昂貴 為此 我選擇了 PLC 在高速電池包裝機上的應用 1 2 包裝機控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與分析 包裝機械的最大特點是動作復雜 頻繁 且有較多的執(zhí)行元件 在這種場 合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器 而這些中間繼電器在用 PLC 控制的情況下 就可以對其內部的輔助繼電器進行編程后來取代 從物理 介質方面來講 前者是要用具體的電氣元件來組合 而后者只是 PLC 的內部寄 存器 在 PLC 編程容量許可的范圍內 可以不花費額外的費用來實現(xiàn)復雜的控 制邏輯 一般的 PLC 都有上百點內部輔助繼電器甚至更多 且還有多種專用的 內部電器 足可以應付一般的控制要求 唯一需要做的工作就是對 PLC 進行編 程 事實上 PLC 用于這種場合是最能顯現(xiàn)出其經濟性 從上述意義上來講 PLC 最適合于需要大量中間繼電器的場合 且 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具 有許多優(yōu)點 1 更改控制邏輯只需修改軟件 無需對硬件作改動 2 程序可以復制 批量生產很容易 3 電氣硬件設計大大簡化 4 由于 PLC 除有繼電器功能外 尚有多種其它功能 可以實現(xiàn)繼電器 無法實現(xiàn)的控制功能 實現(xiàn)某種程度上的智能化 并有可能使機構簡化 5 可靠性高 6 成本相對于繼電控制而言稍高 但繼電器控制隨著所用中間繼電器數(shù) 量的增加 成本急驟上升 而 PLC 控制幾乎保持不變 這一點對于復雜的控制 來講具有無可比擬的優(yōu)越性 7 具有擴展單元或擴展模塊 當需要較多 I 0 時可以方便地擴展 XXXXX 本科畢業(yè)設計 2 因此 國外在注塑機 各種包裝機上已經大量地采用了 PLC 來取代傳統(tǒng)的 繼電器控制屏 故障率大大降低 性能有了很大提高 我國包裝機械目前控制 部件大多還沿用繼電器方式 如果能用 PLC 來取代的話 則可以簡化機械結構 機械和電氣設計都可以得到簡化 更重要的是可以使原來無法實現(xiàn)的某些功能 得以實現(xiàn) 使機器在某種程度上實現(xiàn)智能化 通過對各種控制系統(tǒng)的分析比較 我們決定采用 PLC 控制系統(tǒng) 1 3 本文的設計任務 1 對可編程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢作一簡單的介紹 明確背景知識 與選型根據(jù) 分析 PLC 在包裝機械上應用的可能性與前景 2 電池包裝機各動作控制工藝的研究 了解電池包裝機的工作過程及工 藝要求 總結各機構的動作順序 將其用流程圖的形式表示出來 為實現(xiàn)全自 動運動控制做準備 3 可編程控制器部分的設計 包括控制方案的選取與設計 I 0 接口信 號的確定 模塊的選擇 包裝過程控制程序的設計 4 控制程序的在線仿真 XXXXX 本科畢業(yè)設計 3 第二章 控制方案要求 2 1 該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)的功能 1 能夠實現(xiàn)全自動連續(xù)工作 2 能夠實現(xiàn)點動操作 3 必須高速運行 2 2 電池包裝送料裝置的工作過程 電池包裝送料裝置的工作示意圖如圖 2 1 所示 圖 2 1 示意圖 電池由進料裝置將兩節(jié)電池送到推桿 1 前 電動機 1 轉動控制推桿 1 向前 推進 將電池推到推桿 2 前 在推桿 1 向前推進電池的同事膠輥電機轉動帶動 膠輥將放在托架上的包裝袋輸送到吸盤處 然后電磁閥控制吸盤將膜上層起 當膜的上層被吸起后 此時的電池已經進入二號通道 二號通道的電動推桿 2 將橫放的電池推入到由吸盤吸起的包裝袋內 到位后上吸盤和切斷刀連接的推 桿向下運動時帶著切刀將包裝袋切斷 切斷后推桿 2 退回 刀片氣缸退回 吸 盤停止工作 當推桿 2 和刀片氣缸全部退到位后 第三通道的推桿 3 將縱向的 含在包裝袋里的電池推入到四號通道 推桿 3 推到位后 第四號通道的推桿 4 將電池推送到傳送帶 推桿 4 推到位后 推桿 3 和推桿 4 同時退回 推桿 3 和 推桿 4 全部退到位后 傳送帶由步進電動機控制 傳送帶上有等間距的小格 每一小格能容納兩節(jié)五號電池 每次工作時格子底部與電池底部在同一水平面 電池經傳送帶送入高溫箱 出來冷卻即達到包裝效果 電池包裝機主要功能是將來自料池的電池以每分鐘 100 個的速率包裝成合 格的電池 簡單的工藝流程如圖 2 2 所示 XXXXX 本科畢業(yè)設計 4 PLC 送料 供電 切割 圖 2 2 包裝工藝流程圖 2 3 控制方案論證與選擇 2 3 1 PLC 與其它控制裝置的比較 可編程控制器與繼電器控制的區(qū)別 在可編程控制器的編程語言中 梯形圖是最為廣泛使用的語言 通過可編 程控制器的指令系統(tǒng)將梯形圖變成可編程控制器能接收的程序 由編程器將程 序鍵入到可編程控制器的用戶存儲區(qū)中去 可編程控制器的梯形圖與繼電器控 制線路圖十分相似 主要原因是可編程控制器梯形圖的發(fā)明大致上沿用了繼電 器控制的電路元件符號 僅個別地方有些不同 同時 信號的輸入 輸出形式及 控制功能也是相同的 但可編程控制器的控制與繼電器的控制還是有不同之處 主要表現(xiàn)在以下幾個方面 1 可靠性高 抗干擾能力強 這是 PLC 用戶關心的首要問題 為了滿足 PLC 專在工業(yè)環(huán)境下應用的要求 PLC 采用了如下硬件和軟件措施 1 光電耦合隔離和 R C 濾波器 有效的防止了各類電磁干擾信號的進入 2 采用內部電磁屏蔽 防止輻射干擾 3 采用優(yōu)良的開關電源 防止電源線引入的干擾 4 具有良好的自診斷功能 可以對 CPU 等內部電路進行檢測 一旦出錯 立即報警 5 程序及有關數(shù)據(jù)用電池供電進行備份 一旦電源斷電或運行停止 有 關狀態(tài)及信息不會丟失 XXXXX 本科畢業(yè)設計 5 6 采用了冗余技術進一步增強可編程序控制器的可靠性 對于某些大型 的 PLC 采用雙 CPU 構成冗余系統(tǒng) 或三 CPU 構成表決式系統(tǒng) 7 對采用的器件都進行嚴格的篩選和老化處理 排除了因器件可靠問題 而造成的故障 隨著構成 PLC 的元器件自身性能的提高 PLC 整體的可靠性也在相應提高 一般 PLC 的平均無故障時間可達到幾萬小時以上 某些 PLC 的生產廠家甚至宣 布 今后生產的可編程序控制器不再標明可靠性這一指標 因為對可編程序控 制器這一指標已毫無意義了 經過大量實踐 人們發(fā)現(xiàn) PLC 系統(tǒng)在使用中發(fā)生 的故障 大多是由于 PLC 的外部開關 傳感器 執(zhí)行機構引起的 而不是 PLC 自身的問題產生的 2 通用性強 使用方便 現(xiàn)在的 PLC 產品都已系列化了 PLC 配備有各種各樣 種類齊全的 I O 模 塊和配套部件用戶選用 可以很方便地搭建成可滿足不同控制要求的控制系統(tǒng) 用戶不再需要自己設計和制作相應的硬件裝置 在確定了 PLC 的硬件配置和 I O 外部接線后 用戶所做的工作只是程序設計而已 3 程序設計簡單 易學易懂 PLC 是一種工業(yè)自動化控制裝置 其主要的使用對象是廣大電氣技術人員 PLC 生產廠家大都根據(jù)這種實際情況 一般不采用微機所用的編程語言 而采 用與繼電器控制原理圖非常相似的梯形圖語言 工程技術人員學習和使用這種 語言十分方便 4 采用先進的模塊化結構 系統(tǒng)組合靈活方便 PLC 的各個部件 包括 CPU 電源 I O 通道等均采用模塊化設計 由機架 和電纜將各模塊連接起來 系統(tǒng)的功能和規(guī)模可根據(jù)用戶的實際需求自行組合 這樣便可滿足用戶要求的合理的性能價格比 5 系統(tǒng)設計周期短 由于系統(tǒng)硬件的設計任務僅是依據(jù)對象的要求配置適當?shù)哪K 如同吃飯 從菜單中點菜一樣方便 這就大大縮短了整個設計所花費的時間 加快了整個 工程設計的進度 6 安裝簡便 調試方便 維護工作量小 可編程序控制器一般不需要專門的機房 可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行 使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與 PLC 相應的 I O 端子相連 系統(tǒng)便可以投入運 行 安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)小得多 PLC 軟件的設計和調試大都可 以在實驗室里進行 用模擬實驗開關代替輸入信號 其輸出狀態(tài)可以觀察 PLC 上的相應發(fā)光二極管顯示 也可以另接輸出模擬實驗板 模擬調試完成后 再 將本身故障率很低 又有完善的自診斷能力和顯示功能 一旦發(fā)生故障可以根 XXXXX 本科畢業(yè)設計 6 據(jù) PLC 上發(fā)光二極管或編程器提供的信息 迅速查明原因或直接找到發(fā)生故障 的外圍設備 如果是 PLC 本身故障 則可用更換模塊的方法迅速排除故障 這 樣既提高了維護的工作效率 使故障造成的對工業(yè)生產的影響降低到最低程度 也保證了生產的正常進行 PLC 是以微處理器為核心 綜合了計算機技術 自動控制技術和通信技術 而發(fā)展起來的一種新型 通用的自動控制裝置 具有結構簡單 可靠性高 靈 活通用 易于編程 使用方便等優(yōu)點 近年來在工業(yè)自動控制 機電一體化 改造傳統(tǒng)產業(yè)方面得到了廣泛應用 近年來 隨著微處理器芯片及其有關元器件的價格大幅度下降 使得 PLC 成本也隨之下降 與此同時 PLC 的性能卻在不斷完善 功能也在增多增強 應用領域也在逐漸拓寬 使 PLC 的應用已由早期的開關邏輯到現(xiàn)在工業(yè)控制的 各個領域 根據(jù) PLC 的特點 可以將應用形式歸納為如下幾種類型 1 開關邏輯控制 這是 PLC 的最基本最廣泛的應用領域 PLC 具有較強的邏輯運算能力 可 以實現(xiàn)各種開關量從簡單到復雜的邏輯控制 2 模擬量控制 在現(xiàn)代工業(yè)生產過程中 除必不可少的開關量和數(shù)字量外 還有許多連續(xù) 變化的模擬量 如溫度 壓力 流量 液位等都是模擬量 而 PLC 所處理的量 為數(shù)字量 為了能接受模擬量輸入和輸出模擬量信號 PLC 配置有 A D 和 D A 轉換模塊 現(xiàn)將現(xiàn)場的溫度 壓力等模擬量經過 A D 模塊轉換為數(shù)字量 送入 微處理器進行處理 微處理器處理過的數(shù)字量 又經 D A 模塊轉換為模擬量后 去控制被控對象 這樣就可實現(xiàn) PLC 對模擬量的控制 3 順序控制 在工業(yè)控制中 用 PLC 實現(xiàn)順序控制 可以用移位寄存器和步進指令編寫 程序 也可采用 IEC 規(guī)定的用于順序控制的標準化語言 順序功能圖 SFC 編 寫程序 使得 PLC 在實現(xiàn)按照事件或輸入狀態(tài)的順序 控制相應輸出更加容易 4 定時控制 PLC 具有定時控制的功能 它可以為用戶提供幾十甚至上百個計時器 其 計時的時間可由用戶根據(jù)控制時間要在編寫用戶程序時設定 定時時間可以從 0 1 秒至若干小時 時間長短可任意設定 也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場通過 編程器進行修改或重新設定 實現(xiàn)定時或延時的控制 通過編程既可以實現(xiàn)通 電延時功能 也可以實現(xiàn)斷電延時的功能 5 計數(shù)控制 計數(shù)控制也是控制系統(tǒng)不可缺少的 PLC 也同樣為用戶提供了幾十甚至上 XXXXX 本科畢業(yè)設計 7 有個計數(shù)器 實現(xiàn)對某些信號的計數(shù)功能 其設定方式如同定時器一樣 可實 現(xiàn)增計數(shù)控制 也可實現(xiàn)減計數(shù)控制 若用戶需要對頻率較高的信號進行跟蹤 計數(shù) 可選用高速計數(shù)模塊 6 閉環(huán)過程控制 運用 PLC 不僅可以對模擬量進行開環(huán)控制 而且還可以進行閉環(huán)控制 現(xiàn) 代大中型的 PLC 及部分小型的 PLC 配備有專門的 PID 控制模塊 當控制過程中 某一個變量出現(xiàn)偏差時 PLC 就按照 PID 算法計算出正確的輸出去控制被控制 量 把被控制量保持在整定值上 PLC 的 PID 控制已廣泛地應用在洗煤 釀酒 反應堆 鍋爐以及位置和速度等控制中 7 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 都具有數(shù)據(jù)處理的能力 它不僅能進行算術運算 數(shù)據(jù)傳送 而 且還能進行數(shù)據(jù)比較 數(shù)據(jù)轉換 數(shù)據(jù)顯示和打印以及數(shù)據(jù)通信等 對于大中型 PLC 還可進行浮點運算 函數(shù)運算等 8 通信和聯(lián)網 PLC 的控制已從早期的單機控制發(fā)展到了多機控制 實現(xiàn)了工業(yè)自動化 現(xiàn)代的 PLC 一般都具有通信功能 應用遠程 I O 模塊 可實現(xiàn)遠程控制 應用 通信模塊 可實現(xiàn) PLC 與 PLC PLC 與計算機之間的通信 也可以構成 集中管 理 分散控制 的分布式控制系統(tǒng) 因此 PLC 是實現(xiàn)工業(yè)生產自動化的理想 工業(yè)控制裝置 本系統(tǒng)選用日本三菱公司生產的 FX2N 32MT PLC 屬于整體式 PLC 整體式 PLC 提供多種不同的 I O 點數(shù)的基本單元和擴展單元供用戶選用 基本有 CPU 模塊 I O 模塊和電源 擴展單元內有 I O 模塊和電源 一般配有許多專用的 特殊功能單元 如模擬量 I O 單元 位置控制單元 和通信單元等使 PLC 的功 能得到擴展 主要的控制功能有如下幾項 主令操作控制和保護監(jiān)視控制 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最普通的系列 其功能最強 速度最快 成本較低 由于 FX2N 系列具備如下特點 最大范圍的包容了標準特點 程式執(zhí) 行更快 全面補充了通信功能 適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的 大量特殊功能模塊 它可以為你的工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能 力 為大量實際應用而開發(fā)的特殊功能開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足 不同的需要 模擬 I O 定位控制達到 16 軸 脈沖串輸出或為 J 和 K 型熱電 偶或 Pt 傳感器開發(fā)了溫度模塊 對每一個 FX2N 主單元可配置總計達 8 個特殊 功能模塊 網絡和數(shù)據(jù)通信連接到世界上最流行的開放式網絡 CC Link Profibus Dp 和 DeviceNet 或者采用傳感器層次的網絡解決您的通信需 要 其它功能內置式 24V 400mA 直流電源可用于外圍設備 如傳感器或其它元 XXXXX 本科畢業(yè)設計 8 件 快速斷開端子塊因為采用了優(yōu)良的可維護性快速斷開端子塊 即使接著電 纜也可以更換單元 時鐘功能和小時表功能在所有的 FX2NPLC 中都有實時時鐘 標準 時間設置和比較指令易于操作 小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供 了有價值的信息 持續(xù)掃描功能為應用所需求的持續(xù)掃描時間定義操作周期 輸入濾波器調節(jié)功能可以用輸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間或停止生產運轉 RUN STOP 開關面板上運行 停止 開關易于操作 遠程維護遠處的編程軟件可以通過調制解調器通信來監(jiān)測 上 載或卸載程序和數(shù)據(jù)密碼保護使用一個八位數(shù)字密碼保護您的程序 2 3 2 系統(tǒng)方案的確立 在此綜合各種方面因素選擇 PLC 作為電池包裝送料裝置控制系統(tǒng)的核心 如 2 3 1 小節(jié)所分析的 PLC 具有其他任何一種控制器所不具備的優(yōu)點 更符合 設計要求 2 5 本章小結 本章主要介紹了電池包裝送料裝置控制系統(tǒng)的功能要求 控制器的選擇和 控制方案的論證選擇 XXXXX 本科畢業(yè)設計 9 第三章 電池包裝送料裝置控制系統(tǒng)的硬件設計 3 1 PLC 控制系統(tǒng)結構組成 本設計的電池包裝送料裝置控制系統(tǒng)硬件主要由PLC 普通電機 步進電機 傳感器 數(shù)字量開關 輸入擴展模塊 電源模塊 固態(tài)繼電器等組成 3 2 PLC 和 I O 擴展模塊的選型 選擇能滿足本電池包裝送料裝置控制要求的適當型號的PLC是應用設計中至 關重要的一步 合理選擇PLC 對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術經濟指標有著重要 作用 PLC的選擇包括機型 容量 I O模塊的選擇等幾個方面 3 2 1 機型的選擇 本系統(tǒng)選取的是三菱公司生產的小型整體式可編程控制器FX2N 32MT 001系 列 輸入端子選擇16點 輸出端子選擇16點 輸出點滿足控制要求 輸入無法 滿足 因此還需要外加一個外部輸入模塊FX 16EX 它的性能價格比很高 在小 規(guī)?？刂浦蝎@得廣泛應用 三菱FX2N 32MT 001的CPU單元規(guī)格是 輸入16點 輸 出16點 輸入 輸出為晶體管型形式 電源AC220V FX2N 32MT 001PLC的價格為 1050元 FX2N 16EX價格為 400元 3 3 PLC 控制的優(yōu)點 高可靠性 1 所有的I O接口電路均采用光電隔離 使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內部 電路之間電氣上隔離 2 各輸入端均采用R C濾波器 其濾波時間常數(shù)一般為10 20ms 3 各模塊均采用屏蔽措施 以防止輻射干擾 4 采用性能優(yōu)良的開關電源 5 對采用的器件進行嚴格的篩選 6 良好的自診斷功能 一旦電源或其他軟 硬件發(fā)生異常情況 CPU立 即采用有效措施 以防止故障擴大 7 大型PLC還可以采用由雙CPU構成冗余系統(tǒng)或有三CPU構成表決系統(tǒng) 使 可靠性更進一步提高 豐富的I O接口模塊 PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號 如 交流或直流 開關量或模擬量 電壓或 XXXXX 本科畢業(yè)設計 10 電流 脈沖或電位 強電或弱電等 有相應的I O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設 備 如 按鈕 行程開關 接近開關 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥等 直接連接 另外為了提高操作性能 它還有多種人 機對話的接口模塊 為了組成工業(yè) 局部網絡 它還有多種通訊聯(lián)網的接口模塊 等等 采用模塊化結構 為了適應各種工業(yè)控制需要 除了單元式的小型PLC以外 絕大多數(shù)PLC均 采用模塊化結構 PLC的各個部件 包括CPU 電源 I O等均采用模塊化PLC 由機架及電纜將各模塊連接起來 系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組 合 編程簡單易學 PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式 對使用者來說 不需要具備計算機的專門知識 因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握 安裝簡單 維修方便 工業(yè)環(huán)境下直接運行 使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的I O端相 連接 即可投入運行 各種模塊上均有運行和故障指示裝置 便于用戶了解運 行情況和查找故障 由于采用模塊化結構 因此一旦某模塊發(fā)生故障 用戶可以通過更換模塊 的方法 使系統(tǒng)迅速恢復運行 3 4 其他元器件的選擇 3 4 1 固態(tài)繼電器的選擇 固態(tài)繼電器是具有隔離功能的無觸點電子開關 在開關過程中無機械接觸 部件 因此固態(tài)繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外 還具有邏輯電路兼 容 耐振耐機械沖擊 安裝位置無限制 具有良好的防潮防霉防腐蝕性能 在 防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳 輸入功率小 靈敏度高 控制功率小 電磁兼容性好 噪聲低和工作頻率高等特點 固態(tài)繼電器專用的固態(tài)繼電器可 以具有短路保護 過載保護和過熱保護功能 與組合邏輯固化封裝就可以實現(xiàn) 用戶需要的智能模塊 直接用于控制系統(tǒng)中 固態(tài)繼電器目前已廣泛應用于計 算機外圍接口設備 恒溫系統(tǒng) 調溫 電爐加溫控制 電機控制 數(shù)控機械 遙控系統(tǒng) 工業(yè)自動化裝置 信號燈 調光 閃爍器 照明舞臺燈光控制系統(tǒng) 儀器儀表 醫(yī)療器械 復印機 自動洗衣機 自動消防 保安系統(tǒng) 以及作為 XXXXX 本科畢業(yè)設計 11 電網功率因素補償?shù)碾娏﹄娙莸那袚Q開關等等 另外在化工 煤礦等需防爆 防潮 防腐蝕場合中都有大量使用 固態(tài)繼電器的選擇通常異步電動機起動電流為額定值的5 7倍 直流電機 起動電流還要大 不但如此 感性負載還具有較高的反電勢 這是一個不定值 隨L和di dt的不同而不同 通常為電源電壓的1 2倍 這樣和電源電壓疊加 有高達三倍的電源電壓 這里采用都是直流微型電機 每個電機的功率只有幾百瓦 這里我們選用 歐姆龍固態(tài)繼電器 G3R 202SLN 輸入電壓24VDC 輸出5 48VDC 電流10A 價格80元每個 3 4 2 斷路器的選擇 短路器是為了保證系統(tǒng)短路引發(fā)的危險 通常短路器為系統(tǒng)總電流的1 2 1 5 倍 3 4 3 傳感器的選型 傳感器是推桿的位置檢測元件 將位移轉換為電脈沖 用于在線測量活塞 位移 以便送到控制器中進行處理 根據(jù)傳感器工作原理 可分為物理傳感器和化學傳感器二大類 物理傳感 器應用的是物理效應 諸如壓電效應 磁致伸縮現(xiàn)象 離化 極化 熱電 光 電 磁電等效應 被測信號量的微小變化都將轉換成電信號 化學傳感器包括那些以化學吸附 電化學反應等現(xiàn)象為因果關系的傳感器 被測信號量的微小變化也將轉換成電信號 我們此次的選擇的主要是物理傳感器中的開關傳感器 當一個被測量的 信號達到某個特定的閾值時 傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信 號 用于判斷位置信號的有無 根據(jù)以上我們選擇光電開關來作為傳感器 型 號為 TL Q5MCI Z 數(shù)量為10個 價格為36元每個 3 4 PLCI 0 的分配 分配輸入 輸出點信號 輸出點與輸出控制是一一對應的 分配好后 按系 統(tǒng)配置的通道與接點號 分配給每一個輸入信號和輸出信號 即進行編號 FX2N型PLC的輸入 輸出通道號采用自由配置 固定通道方式 輸入輸出繼電器 可自由選擇 與輸入點對應的即為輸入繼電器 與輸出點對應的即為輸出繼電 器 包裝生產線控制系統(tǒng)輸入輸出接口如表3 1所示 XXXXX 本科畢業(yè)設計 12 表 3 1 I O 接口分配 3 6 系統(tǒng)電氣控制接線圖設計 系統(tǒng)供電電源采用兩相線制上機供電 供電電源等級為 AC220V 5 50Hz 其中QF給整個系統(tǒng)提供電源 電機的主回路包括熱繼電器 等安全回路 整機的接地保護與系統(tǒng)的接地保護網相聯(lián)接 電氣控制主電路圖 輸入 輸出 名稱 接口 名稱 接口 啟動 X0 步進電機脈沖輸入 Y0 停止 X1 步進電機脈沖方向 Y1 急停 X2 推桿 1 電機正轉 Y2 手動 X3 推桿 1 電機反轉 Y3 自動 X4 推桿 2 電機正轉 Y4 推桿 1 電機手動正轉 X5 推桿 2 電機反轉 Y5 推桿 1 電機手動反轉 X6 推桿 3 電機正轉 Y6 推桿 2 電機手動正轉 X7 推桿 3 電機反轉 Y7 推桿 2 電機手動反轉 X10 真空吸盤電磁閥 Y10 推桿 3 電機手動正轉 X11 切料氣缸電磁閥 Y11 推桿 3 電機手動反轉 X12 推桿 4 電機正轉 Y12 膠輥電機手動轉動 X13 推桿 4 電機反轉 Y13 步進電機手動正轉 X14 步進電機手動反轉 X15 步進電機手動步距 X16 推桿 1 前進到位 X17 推桿 1 后退到位 X20 推桿 2 前進到位 X21 推桿 2 后退到位 X22 推桿 3 前進到位 X23 推桿 3 后退到位 X24 吸盤氣缸下降到位 X25 吸盤氣缸上升到位 X26 吸盤手動吸料 X27 吸盤氣缸手動升降 X30 推桿 4 電機手動正轉 X31 推桿 4 電機手動反轉 X32 推桿 4 電機推進位 X33 推桿 4 電機退到位 X34 XXXXX 本科畢業(yè)設計 13 見3 1 PLC的接線圖如圖3 2所示 圖 3 1 主接線圖 XXXXX 本科畢業(yè)設計 14 圖 3 2 PLC 接線圖 3 7 本章小結 本章是本文的重點 主要介紹了電池包裝送料裝置控制系統(tǒng)的硬件設計部分 分 小節(jié)介紹了各子模塊的功能 能讓人清晰直觀的了解 此外在本章開始幾個小 節(jié)還介紹了PLC的選型 接線等 思路清晰 目的明確 XXXXX 本科畢業(yè)設計 15 第四章 系統(tǒng)軟件設計 4 1 PLC 的程序設計環(huán)境 PLC的編程主要是通過編程器或用PLC生產廠家提供的編程軟件來完成的 每個PLC公司都有自己的編程器 一般比較小 而且比較輕 適合在現(xiàn)場使用 但是這種編程器只能使用助記符語言對PLC進行編程 而且由于屏幕較小 每次 只能顯示一 兩行程序 難于對程序從整體上分析 PLC公司提供的編程軟件則 能使用梯形圖 助記符或功能圖語言等進行編程 通過編程軟件 不僅能從宏 觀上對程序進行編輯和分析 而且還能對程序的運行情況進行監(jiān)視 4 1 1 PLC公司的編程軟件 編程軟件的作用是編輯 調試 輸入用戶程序 也可在線監(jiān)控PLC內部狀態(tài) 和參數(shù) 與PLC進行人機對話 它是開發(fā) 應用 維護PLC不可缺少的工具 編 程軟件一般由PLC生產廠家提供 各家用各家 不通用 而且多是商品化的 這 些軟件一般功能都差不多 大體上有以下幾種功能 1 脫機編程 可用梯形圖語言或助記符語言編程 這兩者可相互轉換 另外 程序還可加注解 2 文件管理 對所編程序可存儲為磁盤文件 還可建立數(shù)據(jù)庫文件以及 與PLC工作相關的系統(tǒng)設計軟件 3 文件的上傳與下載 程序文件 數(shù)據(jù)文件等可在計算機與PLC建立起通 信聯(lián)系后下載給PLC 也可從PLC中上傳 將PLC的程序 數(shù)據(jù)上傳到計算機中 然后計算機在對其做相應管理 4 監(jiān)控運行 PLC與計算機建立通信后 計算機可監(jiān)視PLC的工作 觀察 任何工作位的狀態(tài) 可讀所有的數(shù)據(jù) 可強置某些工作位處于ON或OFF狀態(tài) 還 可修改一些參數(shù) 5 在線更改 監(jiān)視運行時發(fā)現(xiàn)程序存在問題 有兩種解決的辦法 脫 機更改 即先回到脫機狀態(tài)修改程序 然后再聯(lián)機 重新把程序下載到PLC 在線更改 在問題不太多 又是允許的情況下可在線更改程序 這種邊運行 邊監(jiān)視 邊更改的方式 既不耽誤PLC的工作 可直接地發(fā)現(xiàn)與排除故障 是較 為方便的調試與完善程序的方法 6 其他功能 編程軟件還有一些其他功能 如可用來進行只讀存儲器的 程序寫入 有的還可進行對PLC作組網參數(shù)的設定等 4 1 2 三菱的GX Developer 編程軟件簡介 進入GX Developer初始界面后 在 文件 下拉菜單中 單擊 新建 菜 單項 選擇創(chuàng)建一個新文件 在 設備名稱 中填寫設備名稱 設備類型選擇 XXXXX 本科畢業(yè)設計 16 PLC的類型 然后單擊設定按鈕選擇CPU的類型 單擊確定后 即可進入梯形圖 編程界面 開始編程 如圖4 1所示界面 圖 4 1 編程界面 程序編寫完成后 下一步就可進行編譯 鏈接和調試了 如果編譯沒有錯 誤 就可以進行在線運行 在編譯過程中 如果出現(xiàn)錯誤要進行修改時 我們 既可以在梯形圖編程下修改 也可在助記符方式下修改 編譯完成 沒有語法 錯誤 可加載程序到PLC 進行在線運行 4 2 系統(tǒng)程序設計 4 2 1 程序設計方法及語言 工程設計中 可編程控制器應用程序的設計大體上有三種方法 也是使用 最多的方法 這些方法的應用 也因不同設計人員有著不同的技術水平和習慣 存在著差異 下面介紹一下常用的幾種應用程序的設計方法 以便對下面的設 計更有一個清晰的認識 也使讀者更加明白可編程控制器的設計方法和技巧 1 經驗設計法 經驗設計法也叫湊試法 在掌握一些典型控制環(huán)節(jié)和電路設計的基礎上 根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求 憑經驗進行選擇 組合 這種方法對于 一些簡單的控制系統(tǒng)的設計是比較湊效的 可以收到快速 簡單的效果 但是 它沒有一個普遍的規(guī)律可遵循 具有一定的試探性和隨意性 最后得到的結果 也不是唯一的 設計所用的時間 設計的質量與設計者的經驗的多少有關 經驗設計法的具體步驟如下 1 確定輸入 輸出電器 XXXXX 本科畢業(yè)設計 17 2 確定輸入和輸出點的個數(shù) 選擇PLC機型 進行I O分配 3 做出系統(tǒng)動作工程流程圖 4 選擇PLC指令并編寫程序 5 編寫其它控制控制要求的程序 6 將各個環(huán)節(jié)編寫的程序合理地聯(lián)系起來 即得到一個滿足控制要求的 程序 2 邏輯設計法 工業(yè)電氣控制線路中 有很多是通過繼電器等電器組件來實現(xiàn)的 而繼電 器 交流接觸器的觸點都只有兩種狀態(tài)即 斷開和閉合 因此用 0 和 1 兩種取值的邏輯代數(shù)設計電氣控制線路是完全可以的 該方法法是根據(jù)數(shù)字電 子技術中的邏輯設計法進行PLC程序的設計 它使用邏輯表達式描述問題 在得 出邏輯表達式后 根據(jù)邏輯表達式畫出梯形圖 因此用邏輯設計法也可以適用 于PLC應用程序的設計 順序控制法 對那些按動作的先后順序進行控制的系統(tǒng) 非常適合使用順序控制設計法 進行編程 順序控制法規(guī)律性很強 雖然編程相當長 但程序結構清晰 可讀 性 在用順序控制設計法編程時 功能圖是很重要的工具 功能圖能夠清楚地 表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能 步與步之間的轉換順序及其轉換條件 功能圖由流程步 有向線段 轉移和動作組成 在使用時它有一些使用規(guī) 則 具體如下 1 步與步之間必須用轉移隔開 2 轉移與轉移之間必須用步隔開 3 轉移和步之間用有向線段連接 正常畫順序功能圖的方向是從上向下 或則從左向右 按照正常順序畫圖時 有向線段可以不加箭頭 否則必須加箭 頭 4 一個順序功能圖中至少有一個初始步 可編程控制器設計語言也有多種形式 因其在繼電器的基礎上研制而成 所以大部分都是以開關量為主的控制方式 很多表達形式也都是電氣符號的沿 用 或直接使用 這樣 PLC的語言就有所不同 梯形圖語言是設計中使用最多 的 還有流程圖 語句表 這些都為程序的閱讀提供了不同形式的方法 適合 電氣方面的工程人員閱讀 也適合電子方面的工程人員進行參考使用 本控制系統(tǒng)是典型的順序控制 因此我們采用步進指令編寫程序最為方便 其順序功能圖如圖4 2所示 XXXXX 本科畢業(yè)設計 18 圖 4 2 順序功能圖 4 3 PLC 控制系統(tǒng)軟件程序的編寫 包裝產線控制系統(tǒng)是基于PLC集成控制的系統(tǒng) 根據(jù)本節(jié)敘述的內容中的系 統(tǒng)整體控制流程圖及系統(tǒng)的輸入和輸出信號 來編制PLC的梯形圖 PLC采用循 環(huán)掃描方式 按梯形圖從上而下 從左而右的先后順序予以執(zhí)行 下面給出的 是程序的梯形圖 使用三菱公司編程軟件GX Developer軟件進行編輯 編程方 式是梯形圖 見附錄梯形圖一 4 4 本章小結 本章主要介紹了PLC控制電池包裝送料裝置系統(tǒng)設計的具體流程 其中包括 PLC編程軟件的介紹 程序設計 梯形圖設計等內容 使讀者對該系統(tǒng)設計的方 法和具體步驟有了詳細的了解 XXXXX 本科畢業(yè)設計 19 第五章 程序的調試與仿真 仿真軟件的功能就是將編寫好的程序在電腦中虛擬運行 如果沒有編好的 程序 是無法進行仿真的 首先 在安裝仿真軟件GX Simulator 6c 之前 必須 先安裝編程軟件GX Developer 5 1 仿真的步驟 1 啟動編程軟件GX Developer 2 通過 快捷圖標 啟動仿真如圖5 1所示 圖5 1 仿真啟動畫面 啟動仿真后 程序開始在電腦上模擬PLC寫入過程 并且可以通過 在線 中的 軟元件測試 來強制一些輸入條件ON或者 OFF 監(jiān)控程序的運行狀態(tài) 如圖5 2所示 XXXXX 本科畢業(yè)設計 20 圖5 2 軟元件X0強制 如圖5 2所示 我們強制X000為ON 得出M1輸出 也就是啟動保持狀態(tài) 條 件符合 我們強制X001 X002 X004 M0 M1為ON 其顯示結果如圖5 3a所示 然后再 強制X017 X020為ON 其顯示結果如圖5 3b所示 所明程序步跳轉 達到控制要 求 XXXXX 本科畢業(yè)設計 21 圖 5 3b X1 X2 X4 M0 M1 為 0N 狀態(tài) 圖 5 3b X17 X20 為 0N 狀態(tài) 按照以上的步驟我們步步測試 最終結果符合要求 證明控制程序無誤 5 2 本章小結 本章主要對PLC程序進行仿真測試 通過仿真軟件的測試 最終確認編寫的 程序無誤 XXXXX 本科畢業(yè)設計 22 結論 本文是以達到實現(xiàn)電池包裝送料裝置的實用和可靠性為目的而進行的設計 在本次設計中經過對礦井電池包裝送料裝置的控制要求的分析 采用可編程控 制器 PLC 實現(xiàn)對電池包裝機控制系統(tǒng)的設計 減少了硬件和控制線 克服 了傳統(tǒng)繼電器 接觸器系統(tǒng)的不足 系統(tǒng)安全可靠 且控制程序可根據(jù)需要進行 修改 本文旨在按實際生產要求進行理論上的設計 并未在實際應用中得到驗 證 在實際應用之前還需經過反復的調試實驗 以確保系統(tǒng)安全可靠的運行 從而達到實際生產中的要求 當然 鑒于本人水平有限 在設計過程中難免有不足之處 希望您能諒解 并提出寶貴意見 以便我對其進行改正 XXXXX 本科畢業(yè)設計 23 致 謝 本論文的設計是在XXX老師的精心指導下完成的 論文的每一步進展都傾注 著X老師的關懷 教導和幫助 X老師知識淵博 經驗豐富 嚴謹求實的工作態(tài) 和誨人不倦的工作作風都使我受益匪淺 X老師對待工作嚴肅認真的態(tài)度 求實 創(chuàng)新的精神深深地激勵著我 在為人處世上和藹 謙遜 踏實 積極的態(tài)度將 會影響我一生 在他耐心細致的指導下 我的專業(yè)知識得以擴充 論文的工作 也得以順利地進行 每一個細節(jié) 每一個過程都凝聚著X老師的心血 讓我很感動 所以 在此首先向X老師表達我最誠摯的感謝 與此同時 我向所有給予我關心 支持和幫助的其他老師和同學們也致以深 深的謝意 設計中正是有他們的陪伴以及細心的幫助 我才能順利的完成這次 論文的設計 在此我也要說聲謝謝 XXXXX 本科畢業(yè)設計 24 參考資料 1 阮毅 陳伯時 電力拖動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng) 北京 機械工業(yè)出版社 2009 2 段波 李明偉 電機及電力拖動基礎 北京 人民郵電出版社 2009 3 陳伯時 電力拖動自動控制系統(tǒng) 北京 機械工業(yè)出版社 1992 4 劉敏 可編程控制技術 北京 機械工業(yè)出版社 2001 5 王時軍 輕輕松松學三菱 PLC 北京 機械工業(yè)出版社 2011 6 楊青杰 三菱 FX 系列 PLC 應用系統(tǒng)設計指南 北京 機械工業(yè)出版社 2008 7 高春甫 賀新升 陸爽 鄂世舉 三菱可編程序控制器應用技術 北京 機械工業(yè)出版社 2010 8 王時軍 輕輕松松學三菱 PLC 北京 機械工業(yè)出版社 2011 XXXXX 本科畢業(yè)設計 25 附錄一 XXXXX 本科畢業(yè)設計 26 XXXXX 本科畢業(yè)設計 27 XXXXX 本科畢業(yè)設計 28 XXXXX 本科畢業(yè)設計 29 XXXXX 本科畢業(yè)設計 30 XXXXX 本科畢業(yè)設計 31 XXXXX 本科畢業(yè)設計 32 XXXXX 本科畢業(yè)設計 33 XXXXX 本科畢業(yè)設計 34 XXXXX 本科畢業(yè)設計 35