畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于PLC的裝配流水線控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PLC的裝配流水線的控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC在處理速度、控制功能、通信能力及控制領(lǐng)域成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最廣泛的控制設(shè)備之一，并已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要支柱。對裝配流水線的控制進行了分析設(shè)計，該系統(tǒng)主要引入了PLC編程控制器的控制方式，實現(xiàn)了對裝配流水線的工作狀態(tài)的在線監(jiān)測和系統(tǒng)自動控制。設(shè)計的控制系統(tǒng)具有較高的實用性，能夠進行啟動、移位、復(fù)位工作，較好地達到預(yù)期目標(biāo)。本次設(shè)計是裝配流水線控制的模擬，主要是模擬流水線上產(chǎn)品所經(jīng)加工過程的控制和生動的表示。模擬主要流水線有四個操作過程（包括入庫），傳輸帶用四段指示燈表示，以指示燈的明暗來顯示產(chǎn)品在運輸這一狀態(tài)。分析控制對象我們選擇用移位寄存器控制來實現(xiàn)控制目的，每隔5秒寄存器移位一次，從而控制相應(yīng)操作的執(zhí)行。關(guān)鍵詞：裝配流水線，PLC,控制系統(tǒng)DESIGN OF CONTROL SYSTEM OF ASSEMBLY LINE BASED ON PLCABSTRACTWith the development of the microelectronics technology and computer technology, PLC in processing speed, control function, communication ability and control fields have new breakthrough. Become one of the most important control equipment in the field of industrial automation, the most widely used, and has become an important pillar of the modern industrial production automation.Control of the assembly line are analyzed and designed, the system is mainly introduced PLC control programming controller, realized the on-line monitoring system of assembly line and the working state of automatic control. Practical design of the control system has high, can start, shift work, reset, can reach the expected goal. The design is simulated assembly line controle, simulation is the main line of products through the control of process and the vivid representation. Simulation of main line is four operations (including storage), transmission belt with four indicates, to display the products in the transportation of this state to light shade. Analysis of the control object we choose to use the shift register control to achieve the control objective, every 5 seconds of shift register once, so as to control the corresponding operations.KEY WORDS: assembling line, plc, the control system7目錄前言1第1章 緒論21.1 課題研究的背景21.2 課題研究的現(xiàn)狀21.2.1 可編程控制器簡介21.2.2 裝配流水線簡介41.3 課題研究的目的和意義51.4 方案設(shè)計與介紹6第2章 可編程控制器82.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)和各部分的作用82.2 PLC的工作原理92.2.1 輸入刷新階段92.2.2 程序執(zhí)行階段92.2.3 輸出刷新階段9第3章 硬件設(shè)計113.1 整體要求113.2 PLC機型選擇113.2.1 S7-200 PLC特性123.2.2 S7-200主要功能模塊介紹123.3 I/O接線圖及地址分配133.4 主電路的設(shè)計15第4章 軟件設(shè)計164.1 軟件的組成及作用164.1.1 軟件的分類164.1.2 應(yīng)用軟件的編輯語言164.2 工作流程圖164.3 梯形圖19結(jié)論26謝 辭27參考文獻28附錄29前言本設(shè)計的目的是通過對裝配流水線的PLC控制設(shè)計，進一步熟悉PLC的概念、特點和控制原理。在設(shè)計過程中，我以飲料裝瓶流水線的生產(chǎn)為對象，使我的設(shè)計更有針對性。裝配流水線是將人和機器有效的結(jié)合起來，更加充分的發(fā)揮了機器設(shè)備的靈活性和穩(wěn)定性，同時節(jié)約了人力資源，提高了效率。裝配流水線包括了輸送系統(tǒng)、隨行夾具、在線專機、檢測設(shè)備等。他們的有機組合廣泛的滿足了產(chǎn)品的裝配要求。在現(xiàn)代裝配流水線的傳輸方式中主要有兩種，分別是同步傳輸（強制式）和非同步傳輸（柔韌式），在生產(chǎn)過程中根據(jù)配置選擇，實現(xiàn)手工裝配或半自動裝配。裝配流水線是現(xiàn)在企業(yè)批量生產(chǎn)和擴大發(fā)展中不可或缺的。本次設(shè)計我主要是實現(xiàn)裝配流水線的半自動裝配。當(dāng)然隨著裝配流水線的發(fā)展，日漸成熟和新的技術(shù)的應(yīng)用，但在生產(chǎn)上也會出現(xiàn)問題，如：生產(chǎn)不平衡、效率低、生產(chǎn)事故的出現(xiàn)、現(xiàn)場管理混亂等。本次設(shè)計是在電腦上控制整個裝配流水線的流程，以現(xiàn)今較為流行的PLC（可編程控制器）為基礎(chǔ)來實現(xiàn)裝配流水線的模擬控制功能。PLC在裝配流水線中的應(yīng)用，使其更具可靠性、安全性和靈活性。PLC是現(xiàn)代通用的工業(yè)控制計算機。其接口容易，同時PLC的編程語言簡單易懂很容易被不管是否有電路基礎(chǔ)的用戶所上手和掌握。在各個領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，特別是工業(yè)自動化領(lǐng)域。本次設(shè)計我選用的PLC是三菱公司的FX2N系列。研究這個課題的意義在于通過設(shè)計和調(diào)試，讓我更好的熟悉PLC并加強我的實際動手能力。 第1章 緒論1.1 課題研究的背景在社會快速發(fā)展、競爭激烈的今天，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)工藝成本，最大限度的滿足生產(chǎn)要求將直接決定各企業(yè)工廠能否緊跟社會腳步，贏得時間，占領(lǐng)市場甚至將決定企業(yè)的生死存亡。為此，企業(yè)生產(chǎn)自動化無疑扮演著重要的角色，裝配流水線自動化作為工業(yè)自動化的一部分，能提高生產(chǎn)效率，降低工藝流程成本，最大限度的適應(yīng)產(chǎn)品變化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，它是現(xiàn)代化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的重要組成部分。1.2 課題研究的現(xiàn)狀1.2.1 可編程控制器簡介工業(yè)控制計算機(簡稱工控機)是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，目前已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，工控機是實現(xiàn)生產(chǎn)自動化的最佳配套產(chǎn)品，而工業(yè)可編程序控制器(PLC)則在工控領(lǐng)域中占有主要的地位。PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點?？删幊炭刂破魇?0年代末在美國首先出現(xiàn)的，當(dāng)時叫可編程邏輯控制器，目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。其基本設(shè)計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容寫入控制器的用戶程序內(nèi)，控制器和被控對象連接也很方便?？删幊炭刂破鲗τ脩魜碚f，是一種無觸點設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計階段選用可編程控制器，在實施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的要求專門設(shè)計控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。PLC的定義有許多種，國際電工委員會（IEC）對PLC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(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。從結(jié)構(gòu)上，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程.流水線生產(chǎn)是產(chǎn)品按照設(shè)計好的工藝過程依次順序地通過每個工作站,并按照一定的作業(yè)速度完成每道工序的作業(yè)任務(wù)。生產(chǎn)過程是一個連續(xù)的不斷重復(fù)的過程,具有高度的連續(xù)性。由于PLC控制具有可靠性，易操作性，靈活性等優(yōu)點，因而在很多領(lǐng)域內(nèi)能取代原來液壓領(lǐng)域才能實現(xiàn)的功能，如精確控制功能。PLC的產(chǎn)品系列的豐富和發(fā)展，使PLC從最小的只有十個I/O點的微型PLC，到8000點的大型PLC，本設(shè)計中的充分利用了PLC編程控制功能實現(xiàn)部件的傳遞。1.2.2 裝配流水線簡介裝配流水線是人和機器的有效組合，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、檢測設(shè)備有機的組合，以滿足多品種產(chǎn)品的裝配要求。1.裝配流水線的傳輸方式裝配流水線的傳輸方式有同步傳輸?shù)?（強制式）也可以是非同步傳輸/（柔性式），根據(jù)配置的選擇，實現(xiàn)手工裝配或半自動裝配。流水線在企業(yè)的批量生產(chǎn)中不可或缺。2.裝配流水線的用途從產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計,生產(chǎn)制造到銷售整個過程都應(yīng)做到規(guī)范化、科學(xué)化、制度化；引進流水線,通過改變生產(chǎn)流程,推進快速流水作業(yè),不僅提高了生產(chǎn)效率,也降低了經(jīng)營成本，提高企業(yè)管理效率。流水線生產(chǎn)是目前生產(chǎn)線采取的主要方式之一,在流水線生產(chǎn)作業(yè)過程中,產(chǎn)品按照設(shè)計好的工藝過程依次順序地通過每個工作站,并按照一定的作業(yè)速度完成每道工序的作業(yè)任務(wù)。生產(chǎn)過程是一個連續(xù)的不斷重復(fù)的過程,具有高度的連續(xù)性。流水線技術(shù)是一種將每條指令分解為多步，并讓各步操作重疊，從而實現(xiàn)幾條指令并行處理的技術(shù)。程序中的指令仍是按每一條順序執(zhí)行，但可以預(yù)先取若干條指令，并在當(dāng)前指令尚未執(zhí)行完時，提前啟動后續(xù)指令的另一些操作步驟。這樣顯然可以加速一段程序的運行過程。從產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計,生產(chǎn)制造到銷售整個過程都應(yīng)做到規(guī)范化、科學(xué)化、制度化；引進流水線,通過改變生產(chǎn)流程,推進快速流水作業(yè),不僅提高了生產(chǎn)效率,也降低了經(jīng)營成本，提高企業(yè)管理效率。流水線一條龍作業(yè),具有規(guī)模的生產(chǎn)能力，流水線上的工人也會被立即分配到由具有高技能和強大工作動力的同事所組成的自我管理工作小組之中,在這些自我管理小組中,他們必須快速地學(xué)會變成一位具有高生產(chǎn)率的小組成員、正是這樣可敬可愛的員工,使生產(chǎn)流水線的產(chǎn)能發(fā)揮到了極致、也給企業(yè)帶來了美好的發(fā)展藍(lán)圖。此外，裝配流水線還廣泛適用于肉類加工業(yè)、冷凍食品業(yè)、水產(chǎn)加工業(yè)、飲料及食品、乳品加工業(yè)、制藥、包裝、電子、電器、汽配、加工制造業(yè)、農(nóng) 副產(chǎn)品加工業(yè)等等多種行業(yè)。3.幾種裝配流水線及其特點板鏈?zhǔn)窖b配流水線的特點：承載的產(chǎn)品比較重，和生產(chǎn)線同步運行，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的爬坡；生產(chǎn)的節(jié)拍不是很快；以鏈板面作為承載，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的平穩(wěn)輸送。滾筒式流水線的特點：承載的產(chǎn)品類型廣泛，所受限制少；與電阻器配合使用，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的連續(xù)、節(jié)拍運行以及其它的功能；采用頂升平移裝置，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的離線返修或檢測而不影響整個流水線的運行。皮帶流水線可以通過調(diào)節(jié)線體輸送速度來滿足不同生產(chǎn)工藝的要求。輸送皮帶的材質(zhì)有防靜電、耐磨、耐高溫、耐油、耐酸堿以及食品級的皮帶等多種，可根據(jù)使用場合的不同進行靈活選擇。皮帶流水線運用輸送帶的連續(xù)或間歇運動來輸送各種輕重不同的物品，既可輸送各種散料，也可輸送各種紙箱、包裝袋等單件重量不大的件貨，用途廣泛。根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)可選用：普通連續(xù)運行、節(jié)拍運行、變速運行等控制方式；線體因地制宜選用：直線、彎道、斜坡等形式。特點：承載的產(chǎn)品比較輕，形狀限制少；和生產(chǎn)線同步運行，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的爬坡轉(zhuǎn)向；以皮帶作為載體和輸送，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的平穩(wěn)輸送，噪音?。豢梢詫崿F(xiàn)輕型物料或產(chǎn)品較長距離的輸送。1.3 課題研究的目的和意義裝配流水線是工業(yè)生產(chǎn)中主要的機器設(shè)備，物料和工人的連續(xù)流動完成了產(chǎn)品在大規(guī)模生產(chǎn)下的全部過程。設(shè)計流水線的必要步驟是分析制造每一件產(chǎn)品的組成部分，以及最終產(chǎn)品成產(chǎn)過程。所有運動的物料都被簡化，沒有橫流，回溯，或重復(fù)的程序。工作任務(wù)，號碼機，生產(chǎn)速度和編程，以使所有業(yè)務(wù)線沿線都可以運行流暢。比如制造汽車的流水線，部分匹配到組件上的相交貫線的主線，提供外部和內(nèi)部零件，發(fā)動機和其他組件。作為行動單位，每個工人沿線的執(zhí)行特定的任務(wù)，每一個部分和工具交付其使用的點與線同步。一些不同的組件上線同時進行，而由一個復(fù)雜的調(diào)度和控制系統(tǒng)來確認(rèn)生產(chǎn)的機器類型和顏色，內(nèi)飾，發(fā)動機和可選的設(shè)備組合在一起，來達到理想的組合。自動流水線包括完全的機器運行的機器，很少或根本沒有人監(jiān)督。這種自動化的連續(xù)流程比較適合石油及化學(xué)品制造，而且在許多現(xiàn)代汽車發(fā)動機廠，生產(chǎn)線是完全機械化，包括幾乎完全是自動的，自我調(diào)節(jié)的設(shè)備。但是，許多產(chǎn)品仍然以手工裝配為主，因為許多組成部分是機器不容易處理的。自動裝配機的經(jīng)濟只有在規(guī)?；a(chǎn)水平高的領(lǐng)域才有用武之地。目前在工業(yè)控制中占有重要比例的生產(chǎn)流水線控制，例如電視機、計算機的自動裝配流水線；制鞋、印染等輕工和化工行業(yè)的生產(chǎn)流水線已部分使用可編程控制器(PLC)控制其優(yōu)點：響應(yīng)時間快、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝參數(shù)改變、易與計算機接口等同時使用PLC的編程邏輯能提供隨要求而改變的“接線網(wǎng)絡(luò)”，使得生產(chǎn)線的自動過程可根據(jù)產(chǎn)品需要靈活改變這些都是傳統(tǒng)繼電器控制所不可比擬的。但在現(xiàn)行的某些工業(yè)生產(chǎn)流水線的PLC控制系統(tǒng)中，仍存在一些不足之處也即可編程控制器功能沒有充分開發(fā)利用，有些流水線只利用它控制部分參數(shù)或用于流水線生產(chǎn)過程工步順序控制，而溫度(或壓力)控制則借助于選用現(xiàn)成的儀器儀表組成生產(chǎn)過程中的時間、溫度等現(xiàn)場參數(shù)未能實時顯示，因而不利于監(jiān)視生產(chǎn)過程的運行狀況。1.4 方案設(shè)計與介紹整個設(shè)計過程是按理想工藝流程設(shè)計的，為設(shè)備安裝，運行，維護和檢修服務(wù)，設(shè)計的編寫是按照國家關(guān)于電氣自動化工程中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號（GB4728）和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫的。設(shè)計原則主要包括:工作條件；工程對電氣控制線路提供的具體資料。系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，盡可能做到經(jīng)濟、合理、合用、減小設(shè)備成本。在方案選擇，元器件選型時盡可能選擇新技術(shù)，新產(chǎn)品。控制由人工控制到自動控制，有模擬控制到微機控制，使功能的實現(xiàn)由一到多而更加趨于完善。對于本課題來說，裝配流水線系統(tǒng)是一個較大規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級新的控制裝置需要根據(jù)企業(yè)裝備和工藝現(xiàn)況來構(gòu)成并盡可能用到舊系統(tǒng)中的元件。對于人機交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于操作人員迅速掌握。從企業(yè)控制要求中可以看出在新的控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也要處理大量的開關(guān)量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)的存儲和分析匯總能力。要實現(xiàn)整個液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計，需要從怎樣實現(xiàn)各電磁閥的開關(guān)以及電動機的啟動控制這個角度去考慮，現(xiàn)在就這問題的如何實現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案。就本課題目前的現(xiàn)狀有以下主要有兩種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：可編程控制器控制，繼電器控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破骺刂瓶删幊炭刂破髋鋫涓鞣N硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設(shè)計制造硬件裝置，只需確定可編程控制的硬件配置和設(shè)計外部接線圖同時采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電氣系統(tǒng)中的觸電和接線，通過修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。可編程控制器（PLC）從上個世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它只是針對開關(guān)量進行控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著30多年的微電子技術(shù)的不斷發(fā)展PLC也通過不斷升級換代大大增強其功能，現(xiàn)在的PLC已經(jīng)發(fā)展成不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運動控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種的性能，是名副其實的多功能控制器。由PLC為主的控制系統(tǒng)具有可靠性高，控制功能前大，性價比高等優(yōu)點，是目前工業(yè)自動化首選的控制裝置。繼電器系統(tǒng)控制功能是用硬件繼電器實現(xiàn)的，本課題主要應(yīng)用中間繼電器(intermediate relay)來參與控制程序，它用于繼電保護與自動控制系統(tǒng)中，以增加觸點的數(shù)量及容量。 它用于在控制電路中傳遞中間信號。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。 它一般是沒有主觸點的，因為過載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。第2章 可編程控制器2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)和各部分的作用圖2-1 PLC的基本結(jié)構(gòu)圖1.存儲器可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。存放系統(tǒng)軟件（包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序）的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放用戶程序（用戶程序存和數(shù)據(jù)）的存儲器稱為用戶程序存儲器，所以又分為用戶存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩部分。2.中央處理單元(CPU)中央處理單元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能：a. 接收并存儲從用戶程序和數(shù)據(jù)；b.檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。 3.輸入接口電路輸入輸出信號有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實際涉及到的信號當(dāng)中，開關(guān)量最普遍。4.輸出接口電路可編程序控制器的輸出有：繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘管輸出(SSR)三種輸出形式。5.電源PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。如FX1S額定電壓AC100V240V，而電壓允許范圍在AC85V264V之間。允許瞬時停電在10ms以下，能繼續(xù)工作。一般小型PLC的電源輸出分為兩部分：一部分供PLC內(nèi)部電路工作；一部分向外提供給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。 2.2 PLC的工作原理PLC則是采用循環(huán)掃描的工作方式，一個掃描周期主要可分為3個階段。2.2.1 輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。2.2.2 程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果存入對應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。2.2.3 輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段構(gòu)成PLC一個工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。顯然掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每個掃描周期只進行一次I/O刷新，即每一個掃描周期PLC只對輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是由于其對I/O的變化每個周期只輸出刷新一次，并且只對有變化的進行刷新，這對一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成影響，還會提高抗干擾能力。這是因為輸入采樣階段僅在輸入刷新階段進行，PLC在一個工作周期的大部分時間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時間的，誤動作將大大減小。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個一般PLC都會采取高速模塊。10洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第3章 硬件設(shè)計3.1 整體要求傳送帶共有20個工位。工件從1號位裝入，依次經(jīng)過2號位、3號位20號工位。在這個過程中，工件分別在A（操作1）、B（操作2）、C （操作3）三個工位完成三種裝配操作，經(jīng)最后一個工位送入倉庫。按下啟動開關(guān)SD，程序按照DAEBFCGH順序自動循環(huán)執(zhí)行；在任意狀態(tài)下選擇復(fù)位按鈕程序都返回到初始狀態(tài)；選擇移位按鈕，每按動一次，完成一次操作；選擇單周期按鈕，順序執(zhí)行完一周后自動停止。圖3-1 控制面板圖3.2 PLC機型選擇西門子S7-200是西門子公司小型可編程序控制器，可以單機運行，由于它具有多種功能模塊和人機界面可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計時更加方便簡單，幾乎可以完成任何功能的任務(wù)，同時具有可靠性高，運行速度快的特點，繼承和發(fā)揮了它在大型PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，有豐富的指令集，具有強大的多種集成功能和實時特性，其性價比高，所以在大規(guī)模不大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。3.2.1 S7-200 PLC特性S7-200系列PLC功能強、速度快、擴展靈活，具有模塊化、緊湊的結(jié)構(gòu)。使用范圍可從替代繼電器的簡單控制到復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括電力設(shè)施、民用設(shè)施、機械、機床等領(lǐng)域。S7-200系列具有極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、操作方便快捷、內(nèi)置豐富的集成功能、實時特性，強勁得通訊能力、豐富的擴展模塊。S7-200系列的強大功能使其無論是在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。所以它具有極高的性價比。S7-200系列可以根據(jù)對象的不同，可以選用不同的型號和不同數(shù)量的模塊。并可以將這些模塊安裝在同一機架上。3.2.2 S7-200主要功能模塊介紹1.CPU模塊S7-200的CPU模塊包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，驅(qū)動外部負(fù)載，從CPU模塊的功能來看，CPU模塊為CPU22*.其中CPU226有24點輸入/16點輸出，I/O共計40點，可用于點數(shù)較多，要求較高的中、小型系統(tǒng)。2.IO擴展模塊當(dāng)CPU的I/O點數(shù)不夠或需要進行特殊功能的控制時，就要進行I/O擴展，I/O擴展包括I/O的擴展和功能模塊的擴展。典型的數(shù)字量I/O擴展模塊有：輸入擴展模塊EM221有兩種：8點DC輸入/AC輸入；輸出擴展模塊EM222有三中：8點DC晶體管輸出/AC輸出/繼電器輸出；輸入/輸出混合擴展模塊EM223有六種：分別為4點（8點、16點）DC輸入/4點（8點、16點）DC輸出、4點（8點、16點）DC輸入/4點(8點、16點)DC輸出、4點（8點、16點）DC輸入/4點（8點、16點）繼電器輸出。3.功能擴展模塊當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時，CPU主機可以擴展特殊功能模塊。典型的模擬量I/O擴展模塊有：模擬量輸入擴展模塊EM231有三種：4路模擬量輸入，2路熱電阻輸入和4路熱電偶輸入。模擬量輸入擴展模塊EM232具有2路模擬量輸出。模擬量輸入/輸出擴展模塊EM235有4路模擬量輸入/1路模擬量輸出。3.3 I/O接線圖及地址分配圖3-2 I/O接線圖表3-1 I/O地址分配表符號地址說明功能輸入信號1I0.0按鈕啟動2I0.1按鈕移位3I0.2按鈕復(fù)位4I0.3按鈕單周期5I1.0限位開關(guān)A操作處限位6I1.1限位開關(guān)B操作處限位7I1.2限位開關(guān)C操作處限位8I1.3限位開關(guān)H操作處限位輸出信號1Q0.0A燈為1時A燈亮，A操作（5s）2Q0.1B燈為1時B燈亮，B操作（5s）3Q0.2C燈為1時C燈亮，C操作（5s）4Q0.3D燈為1時D燈亮5Q0.4E燈為1時E燈亮6Q0.5F燈為1時F燈亮7Q0.6G燈為1時G燈亮8Q0.7H燈為1時H燈亮，H操作（5s）9Q0.8電動機正轉(zhuǎn)10Q0.9電動機反轉(zhuǎn)3.4 主電路的設(shè)計三相異步電動機是目前生產(chǎn)設(shè)備的主要驅(qū)動部件，應(yīng)用廣泛。如圖3-3所示，在主電路中，采用兩個接觸器KM1、KM2，分別控制正傳和反轉(zhuǎn)。當(dāng)三相異步電動機啟動時，合上電源開關(guān)QS，接觸器KM1線圈接通時，其主觸頭閉合，三相電源L1、L2、L3的相序接入電動機，電機正轉(zhuǎn)；當(dāng)接觸器KM2線圈接通時，三相電源按L3、L2、L1的相序接入電動機，電機反轉(zhuǎn)。圖3-3 主電路圖15 第4章 軟件設(shè)計4.1 軟件的組成及作用4.1.1 軟件的分類PLC的軟件包含系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件兩大部分。1.系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)的管理程序、用戶指令的解釋程序，另外還有一些供系統(tǒng)調(diào)用的專用標(biāo)準(zhǔn)程序塊等。系統(tǒng)管理程序用以完成機內(nèi)運行相關(guān)時間分配、存儲空間分配管理及系統(tǒng)自檢等工作。用戶指令的解釋程序用以完成用戶指令變換為機器碼的工作。系統(tǒng)軟件在用戶使用可編程序控制器之前就已裝入機內(nèi)，并永久保存，在各種控制工作中并不需要做什么調(diào)整。2.應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件也叫用戶軟件。是用戶采用PLC廠家提供的編程語言來編制的程序以達到某種控制目的、完成控制要求。4.1.2 應(yīng)用軟件的編輯語言應(yīng)用程序的編制需使用可編程序控制器生產(chǎn)廠提供的編程語言。至今為止還沒有一種能適合于各種可編程序控制器的通用編程語言。國際標(biāo)準(zhǔn)化的IEC1131-3編程語言詳細(xì)地說明了句法、語法和下述5種編程語言的表達方式：流程圖、梯形圖、功能塊圖、語句表、結(jié)構(gòu)文本。S7-200系列PLC的編程語言非常豐富，有梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖等，用戶可以選擇一種編程語言，如果需要，也可混合使用幾種語言編程。這些編程語言都是面向用戶的，它使控制程序的開發(fā)、輸入、調(diào)試和修改工作大大簡化。本次設(shè)計用到的編程語言表達方式有：流程圖、梯形圖、語句表。4.2 工作流程圖流程圖這是一種位于其他編程語言之上的圖形語言，用來編制順序控制程序。順序功能編程法可將一個復(fù)雜的控制過程分解為一些小的工作狀態(tài)，對這些小狀態(tài)的功能分別處理后，再把這些小狀態(tài)依一定的順序控制要求連接組合成整體的控制程序。可以用流程圖來描述系統(tǒng)的功能，使用它可以對具有并發(fā)、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進行編程，根據(jù)它可以很容易地畫出梯形圖程序。順序功能圖體現(xiàn)了一種編程思想，在程序的編制中有很重要的意義。我們根據(jù)設(shè)計要求繪制了整個系統(tǒng)的工作流程圖，以便可以更清楚的認(rèn)識該裝配流水線的全過程，整個系統(tǒng)的工作流程圖，如圖4-1所示。圖4-1 程序流程圖4.3 梯形圖圖4-2 梯形圖指令1啟動按鈕按下，I0.0得電；單周期按鈕按下，I0.3得電；中間繼電器M10.1得電時；T40得電延時并M1.0為0時繼電器M0.0為1。圖4-3 梯形圖指2繼電器M0.0為1并限位開關(guān)I1.0為0，M1.2為0時Q0.3得電并自鎖。此時D燈亮，工件向右傳送。圖4-4 梯形圖指令3限位開關(guān)I1.0得電時即工件傳至A限位，繼電器M0.1得電，同時定時器T37得電延時。圖4-5 梯形圖指令4中間繼電器M0.1得電，定時器T37延時斷開，中間繼電器M1.2為0時，Q0.0得電并自鎖，A燈亮，A操作開始。圖4-6 梯形圖指令5T37得電且M1.1為0時；M10.2得電時M0.2得電。圖4-7 梯形圖指令6繼電器M0.2為1并限位開關(guān)I1.1為0，M1.2為0時Q0.4得電并自鎖。此時E燈亮，工件向右傳送。圖4-8 梯形圖指令7限位開關(guān)I1.1得電時即工件傳至A限位，繼電器M0.3得電，同時定時器T38得電延時。圖4-9 梯形圖指令8中間繼電器M0.3得電，定時器T38延時斷開，中間繼電器M1.2為0時，Q0.1得電并自鎖, B燈亮，B操作開始。圖4-10 梯形圖指令9T38得電且M1.1為0時；M10.3得電時M0.4得電。圖4-11 梯形圖指令10繼電器M0.4為1并限位開關(guān)I1.2為0，M1.2為0時Q0.5得電并自鎖。此時E燈亮，工件向右傳送。圖4-12 梯形圖指令11限位開關(guān)I1.2得電時即工件傳至B限位，繼電器M0.5得電，同時定時器T39得電延時。圖4-13 梯形圖指令12中間繼電器M0.5得電，定時器T39延時斷開，中間繼電器M1.2為0時，Q0.2得電并自鎖, C燈亮，C操作開始。圖4-14 梯形圖指令13T39得電且M1.1為0時；M10.4得電時M0.6得電。圖4-15 梯形圖指令14繼電器M0.6為1并限位開關(guān)I1.3為0，M1.2為0時Q0.6得電并自鎖。此時F燈亮，工件向右傳送。圖4-16 梯形圖指令15限位開關(guān)I1.3得電時即工件傳至C限位，繼電器M0.7得電，同時定時器T40得電延時。圖4-17 梯形圖指令16中間繼電器M0.7得電，定時器T40延時斷開，中間繼電器M1.2為0時，Q0.7得電并自鎖, H燈亮，H操作開始。圖4-18 梯形圖指令17按下單周期按鈕，在啟動按鈕沒有按下時M1.0得電并自鎖。圖4-19 梯形圖指令18按下移位按鈕，M10.1為1，當(dāng)在按下時M10.2為1，直到M10.4為1，按此循環(huán)。圖4-20 梯形圖指令19M10.1或M10.2或M10.3或M10.4得電時M1.1得電并自鎖。圖4-21 梯形圖指令20按下復(fù)位按鈕，所有程序回到初始狀態(tài)，顯示燈滅，工件停止傳送、操作。26 結(jié)論本課題是裝配流水線PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，通過對流水線動作的連續(xù)性以及被控制設(shè)備之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進行相應(yīng)的動作輸出，從而實現(xiàn)從工件從一號位傳送到倉庫完成輸出的這樣一個周期控制工作。程序設(shè)計以流水線控制系統(tǒng)為中心的，從控制系統(tǒng)的硬件、軟件選用到系統(tǒng)的設(shè)計過程（包括設(shè)計方案，設(shè)計流程，設(shè)計要求，梯形圖設(shè)計等），旨在對其中的設(shè)計和制造過程做簡單的介紹和說明，由于本次設(shè)計是模擬設(shè)計，故對硬件系統(tǒng)的選型沒有做詳細(xì)的描述，主要是對PLC控制的編程做了重要說明，程序主要通過定時器、限位開關(guān)和中間繼電器來控制程序運行，最終完成了設(shè)計。本設(shè)計還把工作流程分成了四種操作方式，即實現(xiàn)連續(xù)、單周期、移動、復(fù)位四種情況，豐富了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文謝 辭在這大學(xué)的最后一頁里，我要感謝的人很多，首先要感謝我的指導(dǎo)老師王淑珍老師，在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，王老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。雷老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，深深地感動了我，當(dāng)我遇到難題無從下手時，王老師給予我中肯的意見，我從心底感謝她。還要感謝的是我們各科任課老師，沒有你們的諄諄教誨，就沒有我們學(xué)有所長的今天。然后，還要感謝寢室的同學(xué)們在我完成論文的過程中給予我的幫助和鼓勵，也是他們陪我度過這三年的生活。最后要感謝的就是我的父母，感謝你們對我的支持?，F(xiàn)在即將揮別我的學(xué)校、老師、同學(xué)，還有我三年的大學(xué)生活，雖然依依不舍，但是對未來的路，我充滿了信心。最后，感謝在大學(xué)期間認(rèn)識我和我認(rèn)識的所有人，有你們伴隨，才有我大學(xué)生活的豐富多彩，絢麗多姿！最后再向大家說聲謝謝！謹(jǐn)向各位審閱本文的專家、老師致意！27參考文獻1 林小峰.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，19942 李道林主編.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用.北京：電子出版社，20063 張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.124 于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版20045 李長久.PLC 原理及應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2006.86 張運波，劉淑榮.工廠電氣控制技術(shù)2版.北京：高等教育出版社,20047 廖常初主編.PLC編程及飲用.北京：機械工業(yè)出版社，20058 臺方.可編程控制器應(yīng)用教程.北京：中國水利水電出版社，20019 趙明，許廖.工廠電氣控制設(shè)備.2版.北京：高等教育出版社，200410 郭宗仁.可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù).北京：人民郵電出版社，200211 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T38得電且M1.1為0時；M10.3為1時；M0.4為1LD T38AN M1.1O M10.3= M0.4Network 10 / M0.4為1，I1.2為0時Q0.5為1，并得電自鎖，F(xiàn)燈亮，工件傳送LD M0.4O Q0.5AN I1.2= Q0.5Network 11 / 工件傳送至C限位，I1.2得電，M0.5得電，T39定時開始LD I1.2= M0.5TON T39, +50Network 12 / M0.5得電，T39延時5s斷開，Q0.2得電，C操作開始LD M0.5O Q0.2AN T39= Q0.2Network 13 / T39得電且M1.1為0時；M10.4為1時；M0.6為1LD T39AN M1.1O M10.4= M0.6Network 14 / M0.6為1，I1.3為0時Q0.6為1，并得電自鎖，G燈亮，工件傳送LD M0.6O Q0.6AN I1.3= Q0.6Network 15 / 工件傳送至H限位，I1.3得電，M0.7得電，T40定時開始LD I1.3= M0.7TON T40, +50Network 16 / M0.7得電，T40延時5s斷開，Q0.7得電，H操作開始LD M0.7O Q0.7AN T40= Q0.7Network 17 / 按下單周期按鈕，在啟動按鈕沒有按下時，M1.0為1并得電自鎖LD I0.3O M1.0AN I0.0= M1.0Network 18 / 按下移位按鈕，移位寄存器M10.1為1，再按下時M10.2為1，直到M10.4為1，按此循環(huán)LD I0.1SHRB M10.0, M10.1, +4Network 19 / M10.1或M10.2或M10.3或M10.4得電時，M1.1為1并得電自鎖LD M10.1O M10.2O M10.3O M10.4O M1.1= M1.1Network 20 / 按下復(fù)位按鈕，所有程序回到初始狀態(tài)LD I0.2R M0.0, 10R M10.1, 4END