機電一體化畢業(yè)設計（論文）-PLC控制的飲料瓶自動裝箱系統(tǒng).doc

南通職業(yè)大學畢業(yè)設計南通職業(yè)大學畢業(yè)設計論文PLC控制的飲料瓶自動裝箱系統(tǒng)姓名 系別 機械系 專業(yè) 機電一體化 班級 機電053 指導老師 2008年 5 月 17 日摘 要可編程控制器（PLC）的發(fā)展史 讓我們追溯到 20 世紀的六十年代末，認識一下可編程控制器的發(fā)展史吧。 在可編程控制器出現(xiàn)以前，繼電器控制在工業(yè)控制領域占主導地位，由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)都是按預先設定好的時間或條件順序地工作，若要改變控制的順序就必須改變控制系統(tǒng)的硬件接線，因此，其通用性和靈活性較差。 20 世紀的六十年代，計算機技術(shù)開始應用于工業(yè)控制領域，由于價格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大以及難于適應惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領域獲得推廣。 1968 年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司 (GM) 為了適應生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠，功能更齊全，響應速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶角度提出了新一代控制器應具備的十大條件，立即引起了開發(fā)熱潮。主要內(nèi)容是： 編程方便，可現(xiàn)場修改程序； 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)； 可靠性高于繼電器控制裝置； 體積小于繼電器控制盤； 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機； 成本可與繼電器控制盤競爭； 輸入可為市電； 輸出可為市電，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動接觸器等； 擴展時原系統(tǒng)改變最少； 用戶存儲器大于 4KB 。 這些條件實際上提出將繼電器控制的簡單易懂、使用方便、價格低的優(yōu)點與計算機的功能完善、靈活性、通用性好的優(yōu)點結(jié)合起來，將繼電接觸器控制的硬接線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C的軟件邏輯編程的設想。 1969 年，美國數(shù)字設備公司 (DEC 公司 ) 研制出了第一臺可編程控制器 PDP14 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生。 可編程控制器自問世以來 , 發(fā)展極為迅速。 1971 年，日本開始生產(chǎn)可編程控制器。 1973 年，歐洲開始生產(chǎn)可編程控制器。到現(xiàn)在，世界各國的一些著名的電氣工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器裝置?？删幊炭刂破饕炎鳛橐粋€獨立的工業(yè)設備被列入生產(chǎn)中，成為當代電控裝置的主導。編程控制器的名稱演變 從可編程控制器發(fā)展歷史可知，可編程控制器功能不斷變化，其名稱演變經(jīng)歷了如下過程：早期產(chǎn)品名稱為“ Programmable Logic Controller ”（可編程邏輯控制器），簡稱 PLC ，主要替代傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器的功能也不斷地增加，因而可編程邏輯控制器（ PLC ）不能描述其多功能的特點。 1980 年，美國電氣制造商協(xié)會（ NEMA ）給他一個新的名稱“ Programmable Controller ”，簡稱 PC 。 1982 年，國際電工委員會（ IEC ）專門為可編程控制器下了嚴格定義。然而 PC 這一簡寫名稱在國內(nèi)早已成為個人計算機（ Personal Computer ）的代名詞，為了避免造成名詞術(shù)語混亂，因此國內(nèi)仍沿用早期的簡寫名稱 PLC 表示可編程控制器，但此 PLC 并不意味只具有邏輯功能。 4 可編程控制器的定義 可編程控制器一直在發(fā)展中，因此直到目前為止 , 還未能對其下最后的定義。 美國電氣制造商協(xié)會 NEMA （ National Electrical Manufacturers Association ）在 1980 年給可編程控制器作了如下的定義： “可編程控制器是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶以存儲指令，用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)和演算等功能，并通過數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機械或生產(chǎn)過程。一部數(shù)字電子計算機若是用來執(zhí)行 PLC 之功能者 , 亦被視同為 PLC, 但不包括鼓式或機械式順序控制器?！?國際電工委員會 (IEC) 曾于 1982 年 11 月頒發(fā)了可編程控制器標準草案第一稿， 1985 年 1 月又頒發(fā)了第二稿， 1987 年 2 月頒發(fā)了第三稿。草案中對可編程控制器的定義是： “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入 / 輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設備，都按易于工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！?此定義強調(diào)了可編程控制器是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)“，即它也是一種計算機。它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計”的計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)操作，它還具有“數(shù)字量或模擬量的輸入 / 輸出控制”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴充”。 定義還強調(diào)了可編程控制器直接應用于工業(yè)環(huán)境，它須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍。這也是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。應該強調(diào)的是，可編程控制器與以往所講的鼓式 , 機械式的順序控制器在 ” 可編程 ” 方面有質(zhì)的區(qū)別 . 由于 PLC 引入了微處理機及半導體存儲器等新一代電子器件 , 并用規(guī)定的指令進行編程 , 能靈活地修改 , 即用軟件方式來實現(xiàn) ” 可編程 ” 的目的。此篇設計的優(yōu)點是可以節(jié)省人力，加快工作效率。所以說運用PLC控制是現(xiàn)代社會的一大進步，以后的很長一段時間內(nèi)PLC控制將繼續(xù)被應用。關(guān)鍵詞：裝箱系統(tǒng) PLC控制 飲料瓶裝箱PLC automatic control of the bottle crates systemAbstractProgrammable Logic Controller (PLC) history of the development so that we traced back to the 20th century the late 1960s, awareness of the PLC history of the development of it. Appear before the PLC, control relays in industrial control dominated the field, which constitute the control system are at a pre-determined time or good order of conditions to work, to change the control of the order must change control The hardware connection, therefore, its common and less flexibility. The 20th century the 1960s, computer technology began to be used on the field of industrial control, as high prices, input and output circuits do not match, programming is very difficult and hard to adapt to poor industrial environment, and other reasons, can not control in the field of industrial promotion. 1968, the largest U.S. car manufacturers - General Motors Corp. (GM) production technology in order to meet the needs of constantly updated to find a more reliable than the relay, function more complete, faster response to the new industrial controller, And from the user point of view put forward a new generation of controllers should have the top 10 conditions, immediately aroused the development boom. Main contents are: programming convenience, the scene could modify the program; easy maintenance, use plug-in architecture; higher than the reliability of the relay control device; smaller than the relay control panel; data directly into the management Computer; with the cost-control relay competition; input for electricity; output for the electricity capacity requirements in the 2 A more direct contact with driver, etc.; expand the system to change at least the original; users Memory more than 4 KB. These conditions will be put in practice the easy-to-understand control relay, easy to use, the advantages of lower prices and improve the function of the computer, flexibility and versatility combined with the advantages, will relay contact with the control of hard-wire connections into the logic Computer software programming logic of the idea. 1969, the United States Digital Equipment Corporation (DEC) developed the first programmable logic controller PDP-14, the U.S. General Motors production line of successful trial, and has achieved satisfactory results, since the PLC This was born. Since the PLC since the advent of the development of extremely rapid. 1971, Japan began producing PLC. In 1973, began production in Europe PLC. Now, some well-known around the world almost all of the electrical plant in the production of PLC devices. PLC has as an independent industrial equipment were included in the production of modern electronic control devices become the dominant. Programming controllers name evolved from the PLC know the historical development, programmable logic controller features constantly changing, and its name evolved through the following process: Early product name for Programmable Logic Controller (programmable logic controller ), Or PLC, the main alternative of traditional relay access control systems. With the development of microprocessor technology, programmable logic controller function also constantly increase, which will programmable logic controller (PLC) can not describe its multi-functional characteristics. 1980, the United States Electrical Manufacturers Association (NEMA) give him a new name Programmable Controller, referred to PC. 1982, the International Electrotechnical Commission (IEC) specifically for the PLC under a strict definition. However, the abbreviated name PC at home has long been a personal computer (Personal Computer) a synonym for, in order to avoid confusion in terminology, so the domestic apparent early that the abbreviated name PLC programmable logic controller, but this does not mean that only a PLC Logic function. 4. PLC has been the definition of programmable logic controller in development, so far, failed its final definition. U.S. Electrical Manufacturers Association NEMA (National Electrical Manufacturers Association) in 1980 to the PLC made the following definition: programmable logic controller is a digital electronic devices, which use a programmable memory to Storage instructions, such as the logic used to implement the order, timing, counting and calculation functions and, through digital or analog input and output to control all kinds of machinery or production process. If a digital computer to the implementation of the PLC function , Was also deemed as PLC, but does not include drum controller or mechanical order. International Electrotechnical Commission (IEC) in November 1982 issued a programmable logic controller first draft of the draft standards, 1985 1 , Also issued a second draft, in February 1987 presented the third draft. In the draft of the PLC is defined as: programmable logic controller is a digital computing operation of electronic systems, designed for use in industrial environments designed using a programmable memory, used in its The implementation of internal storage logical, sequential control, timing, counting and arithmetic operations, such as user-oriented command and, through digital or analog input / output and control various types of machinery or production process. PLC and its Related peripherals, are easy on the industrial system as a whole, easy to expand its capabilities of the design principles. Stressed that this definition of a programmable logic controller is the digital computing operation of electronic systems, that is, it is also a computer. It is designed for use in industrial environments designed computer. This industrial computers using user-oriented direction, so to facilitate programming. It completed logical, sequential control, timing, counting and arithmetic operations, it also has digital or analog input / output control capability, and very easy and industrial control systems into one of the easy to expand . Definition also stressed the PLC directly applied to industrial environment, it must be a strong anti-interference capability, adapt to a wide range of capabilities and applications. This is different from the general computer control system of an important feature. It should be stressed that the PLC and by the stresses of the past Drum, a mechanical controller in the order of programmable a qualitative difference. PLC due to the introduction of the microprocessor and a new generation of semiconductor memory and other electronic Devices and use provisions of the directive programming, the flexibility to modify that software used to them programmable purposes. 此篇design has the advantage of saving human resources, speed up the work efficiency. So PLC control the use of modern society is a big step forward, after a long time PLC control will continue to be appliedKey words: PLC control system packing boxes of bottled drinks1. 計劃任務書此設計題目是：PLC控制的飲料瓶自動裝箱系統(tǒng)1.1對設備的基本介紹：一個步進電機帶動機械手移動，2個氣缸：一個用于抓緊小瓶，一個用于機械手的上下移動。此外還有2個電機，一個用于1號皮帶的傳動，一個用于2號皮帶的傳動，此設計中對此2個電機要求不是太高。另外還有傳感器一個，用于檢測小瓶是否符合要求。還有一些限位開關(guān)等。如圖1所示： 工作示意圖11.2基本流程要求是：當1號皮帶上的小瓶在電機的帶動下，到達傳感器可以檢測到的位置時，傳感器將檢測是否有小瓶，當小瓶傾倒或沒貼標簽時，氣動手將把此位置的東西推到備用紙箱內(nèi)，1號皮帶將繼續(xù)運轉(zhuǎn)。當傳感器檢測到小瓶符合要求時，機械手將進行工作，有小瓶是，機械手下降，當下降到指定的位置時，機械手將抓緊小瓶，然后上升，上升到指定的高度，機械手將左移，到達指定的紙箱時，機械手將會下降，到達指定位置時，機械手松開將小瓶放入紙箱內(nèi)，依次放入24個，當滿24時，2號皮帶運轉(zhuǎn)，將此紙箱帶走，同時將下一紙箱帶到指定的位置，進行下一次的裝相。1.3設計要求：控制系統(tǒng)方案設計統(tǒng)計控制系統(tǒng)的I/O點，PLC系統(tǒng)選型繪制電氣連接原理圖一張PLC控制程序清單一份系統(tǒng)調(diào)試運行外文資料翻譯一份2 總體設計方案設計方案1：一首先對計數(shù)進行設計此設計的計數(shù)要求為每箱裝計24瓶，然后，移走紙箱。對飲料瓶進行計數(shù)，因機械手不可旋轉(zhuǎn)，所以紙箱中，每排放置8瓶飲料，每箱放置3排。當8瓶放好，皮帶2則移動1/3紙箱長度，然后放置第2排，依次類推，當?shù)?排放置完成，則移走該紙箱。當下一紙箱被檢測到是，2皮帶移動1/3紙箱長度，然后停止，當8瓶放好同上面所說。二對飲料瓶進行檢測當1號皮帶輪帶動小瓶移動時，此時計數(shù)器開始檢測，檢測的依據(jù)是小瓶是否有標簽。如有標簽，則算為一計數(shù)，機械手將此瓶抓入紙箱內(nèi)。如沒標簽，則用氣動手將其推到2號紙箱內(nèi)，1號皮帶繼續(xù)移動，不算計數(shù)。三對皮帶 機械臂和機械手的控制1 首先對皮帶運行進行控制2 對機械臂運行進行控制3 對機械手升降和抓緊進行控制11號皮帶的控制，是由電機控制的。所以控制皮帶就是控制電機的運轉(zhuǎn)。1號皮帶是帶動小瓶運行的，所以要想控制該皮帶則應從小瓶入手。當檢測裝置檢測到有小瓶時，皮帶暫停運轉(zhuǎn)10秒，此控制由時間繼電器控制。反之，皮帶則不停，一直運轉(zhuǎn)。2號皮帶的移動也是由電機帶動。上面說到計數(shù)，當一紙箱移動到檢測位置，檢測裝置檢測到此紙箱時，電機繼續(xù)帶動皮帶移動1/3紙箱長度，此控制應由時間繼電器控制。當8瓶裝滿，電機運轉(zhuǎn)，繼續(xù)移動1/3紙箱長度，以此類推，當?shù)?排裝好，該紙箱由皮帶帶走，下一紙箱進來。2機械臂的控制是由一號步進電機控制的。當檢測裝置檢測到有小瓶時，機械臂向右快速移動，當?shù)竭_指定位置時，同時機械手抓住小瓶，然后機械臂快速向左移動。此控制對步進電機要求較高，并且此控制要有保護裝置，當保護裝置運行，所有電機立即停止運轉(zhuǎn)。3機械手的控制也是由二號和三號步進電機控制。二號控制機械手的升降，三號控制機械手的抓緊。當檢測裝置檢測到有小瓶，機械臂快速移動，當機械臂停止，同時機械手快速下降，三號電機快速啟動，機械手抓住小瓶，二號電機啟動，機械手上升，同時機械臂左移，二號電機啟動，機械手下降，三號電機啟動，機械手松開，小瓶放入紙箱，同時機械手上升，等待下一控制。此控制也應該有保護裝置，當保護裝置啟動，所有電機立即停止運轉(zhuǎn)。設計方案2：一首先對計數(shù)進行設計此設計的計數(shù)要求為每箱裝計24瓶，然后，移走紙箱。對飲料瓶進行記數(shù)。不考慮擺放位置等因數(shù)，此方案比較簡單。二對飲料瓶進行檢測當1號皮帶輪帶動小瓶移動時，此時計數(shù)器開始檢測，檢測的依據(jù)是小瓶是否有標簽。如有標簽，則算為一計數(shù)，機械手將此瓶抓入紙箱內(nèi)。如沒標簽，則用氣動手將其推到2號紙箱內(nèi)，1號皮帶繼續(xù)移動，不算計數(shù)。三對皮帶 機械臂和機械手的控制4 首先對皮帶運行進行控制5 對機械臂運行進行控制6 對機械手升降和抓緊進行控制11號皮帶的控制，是由電機控制的。所以控制皮帶就是控制電機的運轉(zhuǎn)。1號皮帶是帶動小瓶運行的，所以要想控制該皮帶則應從小瓶入手。當檢測裝置檢測到有小瓶時，皮帶暫停運轉(zhuǎn)10秒，此控制由時間繼電器控制。反之，皮帶則不停，一直運轉(zhuǎn)。2號皮帶的移動也是由電機帶動。2機械臂的控制是由一號步進電機控制的。當檢測裝置檢測到有小瓶時，機械臂向右快速移動，同時機械手抓住小瓶，然后機械臂快速向左移動。此控制對步進電機要求較高，并且此控制要有保護裝置，當保護裝置運行，所有電機立即停止運轉(zhuǎn)。3機械手的控制也是由二號和三號步進電機控制。二號控制機械手的升降，三號控制機械手的抓緊。當檢測裝置檢測到有小瓶，機械臂快速移動，當機械臂停止，同時機械手快速下降，三號電機快速啟動，機械手抓住小瓶，二號電機啟動，機械手上升，同時機械臂左移，二號電機啟動，機械手下降，三號電機啟動，機械手松開，小瓶放入紙箱，同時機械手上升，等待下一控制。此控制也應該有保護裝置，當保護裝置啟動，所有電機立即停止運轉(zhuǎn)。3 總體設計方案根據(jù)設計要求，考慮采用以下設計方案：1 傳動系統(tǒng)根據(jù)設計任務書，本系統(tǒng)需2臺步進電動機，一個M1控制機械手的左右移動任務，一個M2控制2號皮帶的傳動。2個氣缸，一個控制機械手上下移動，一個控制機械手的抓緊。1臺三相異步電動機，控制2號皮帶的傳動。2起動 根據(jù)設計任務書，系統(tǒng)中用到的電動機只有800W，起動電流也比較小，所以采用直接起動。3制動根據(jù)控制要求，控制機械手的步進電機和控制1號皮帶的電機要準確停位，所以M1和M2要求運用脈沖控制。4 調(diào)速根據(jù)設計任務書要求，本系統(tǒng)不需調(diào)速。5正反轉(zhuǎn)根據(jù)控制要求，只有M1要正反轉(zhuǎn)根據(jù)脈沖信號控制其正反轉(zhuǎn)。6聯(lián)鎖根據(jù)控制要求，M1，M2，M3，3臺電機都要聯(lián)鎖，可利用交流接觸器長閉觸點來完成控制任務7限位保護根據(jù)控制要求，可采用行程開關(guān)實現(xiàn)限位保護要求。8短路保護根據(jù)控制要求，可利用熔斷器來實現(xiàn)短路保護。9零壓保護 根據(jù)設計任務書，零壓是控制電路中的，暫時不用考慮10時間限定因裝箱機械手的夾緊，松開，移動都需要時間，所以各個部分延時時間用時間繼電器完成序 號符 號功 能 描 述1I0.0啟動2I0.1無工件檢測3I0.2下限4I0.3上限5I0.4左限6I0.5右限7I0.6氣動手左移8I0.7停止9I1.0下降10I1.1上升11I1.2左移12I1.3右移13I1.4夾緊14I1.5放松15I2.01帶動16I2.12帶動17I2.2復位18Q0.0氣動手動19Q0.1機械手下降20Q0.2機械手夾緊21Q0.3機械手上升22Q0.4機械手左移23Q0.5機械手放松24Q0.6機械手右移25Q0.71帶轉(zhuǎn)動26Q1.02帶轉(zhuǎn)動27Q1.1復位指示I/O和內(nèi)部輔助繼電器地址分配表15