- 相關(guān)推薦
基于FX2N –32MR可編程控制器的自動裝箱生產(chǎn)線控制系統(tǒng)(一)
目 錄
第一章 可編程控制器的概述
1.1 可編程控制器的基本概念·1
1.2 可編程控制器的硬件構(gòu)成·1
1.3 可編程控制器的用途與特點·2
1.4 可編程控制器的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢4
1.5 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域·6
第二章 方案設(shè)計
2.1 題目及控制要求7
2.2 本課題主要研究內(nèi)容·8
2.3 主要解決問題·8
2.4 功能流程圖·9
2.5 I/0地址分配·10
2.6 主控電路11
2.7 端子接線圖12
2.8 SFC流程圖13
2.9 梯形圖·14
2.10 程序指令表·15
2.11 時序圖16
2.12 調(diào)試過程·17
設(shè)計心得體會·18
參考文獻19
第一章 可編程控制器概述
可編程控制器的基本概率
可編程控制器（Programmable logic Controller）簡稱PLC，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。
可編程控制器的硬件構(gòu)成
可編程控制器的硬件結(jié)構(gòu)大體相同。主要由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出器件（I/O接口）、電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成。如圖1所示：
圖1 PLC基本結(jié)構(gòu)圖框
1）中央處理器（CPU）
中央處理器是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運算、數(shù)學(xué)運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等任務(wù)。它決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。
2）存儲器
存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序及運算數(shù)據(jù)的單元。PLC的存儲器分為只讀存儲器（ROM）和隨機讀寫存儲器（RAM）兩大類。
3）輸入輸出接口
輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。輸入接口用來接受生產(chǎn)過程的各種參數(shù)。并存放于映像寄存器中�？删幊炭刂破鬟\行程序后
4）電源
可編程控制器的電源包括為：1.開關(guān)電源：為可編程控制器個工作單元集成電路提供工作電源。2.后備電源：為掉電保護電路提供電，一般為鋰電池，其目的是為了外部電源故障是內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失。
5）外部設(shè)備
包括編程器和其他外部設(shè)備，其作用是用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)工作狀況，其是通過通訊端口與CPU聯(lián)系，建立與PLC的人機對話。
編程控制器的用途與特點
(一) 可編程控制器的用途
PLC目前在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等多個行業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷擴大。從應(yīng)用類型看，PLC的應(yīng)用大致可以歸為以下六種類型：
1 開關(guān)量的邏輯控制
這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，即可用于但臺設(shè)備的控制，又可用于多機群控制及自動化流水線。如機床、注塑機、印刷機械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。
模擬量控制
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器能夠處理模擬量信號，PLC廠家生產(chǎn)有配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器可用于模擬量控制。
運動控制
PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早起直接用開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在可使用專用的運動控制模塊。1) 工程控制
過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID控制是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的控制方法。目前不僅大中型PLC都有PID模塊，而且許多小型PLC也具有PID功能。
2) 數(shù)據(jù)處理
現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。
3) 通信及聯(lián)網(wǎng)
PLC通信包含PLC之間的通信以及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)站，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展見會加快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。最新生產(chǎn)的PLC都具有通訊接口，實現(xiàn)通訊非常方便。
(二) 可編程控制器的特點
1） 可靠性高，抗干擾能力強
PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和繁雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。
2） 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、通用性強、靈活運用
PLC產(chǎn)品品種齊全，外圍模塊品種也多，可有各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC的段子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號線即可。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，只是輸入、輸出組件和應(yīng)用軟件不同而已。
3） 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎
PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，其編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。想梯形圖語言的圖形符號和表達方式與繼電器電路圖非常接近，只用PLC的少量開關(guān)邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器接觸器電路的功能。
4） 系統(tǒng)設(shè)計周期短，維護方便，改造容易
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大地減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計周期大大縮短，由于PLC具有完善自診斷、履歷情報和監(jiān)視顯示功能，便于故障的迅速查找和處理，是維護變得十分容易。
5）體積小，重量輕，功耗低
超小型的PLC，其產(chǎn)品都采用的是單元箱體式結(jié)構(gòu)，其體積和重量只有通常的接觸器大小，功耗很低，易于安裝在機械內(nèi)部控制運動物體，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。
6）與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合
網(wǎng)絡(luò)上層大型計算機極強的數(shù)據(jù)處理能力和管理功能與現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)中的PLC的高可靠性結(jié)合起來，形成一種新型的全分布式的計算機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠程控制和集散系統(tǒng)控制。
7）易于實現(xiàn)機電一體化
PLC的體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高，使之易于安裝在機器設(shè)備內(nèi)部，構(gòu)成機電一體化產(chǎn)品。
總之，只生產(chǎn)了短短幾十年的PLC，目前的市場銷售額能超過150億美元，在全球工業(yè)控器的市場份額超過55%，主要原因在于PLC具有繼電器控制、計算機控制及其他控制不具備的顯著特點。
1.4 可編程控制器的產(chǎn)生與發(fā)展
1968年美國通用汽車公司（GM），為了適應(yīng)汽車型號的不斷更行，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換繼電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。GM公司公開招標(biāo)，提出了十項設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了第一臺可編程控制器PDP-14，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器由此誕生。所以可編程控制器是生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物。
可編程控制器自問世以來，發(fā)展極其迅速。20世紀(jì)70年代中期，美、日、德等國在可編程控制器中引入微機技術(shù)，微機處理器及其他大規(guī)模集成電路芯片成為其核心部件，使可編程控制器具有了自診斷功能，可靠性有了大幅度提高。國外工業(yè)界在1980年正式命名為可編程控制器（Programmable Controller），縮寫為PC。但由于他和個人計算機（Personal Computer）的簡稱容易混淆，仍把可編程控制器縮寫為PLC。
在新的世紀(jì)，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通訊設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展
20世紀(jì)80年代初，小型PLC在價格上價格上還高于小系統(tǒng)用的續(xù)電器控制裝置。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊，功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上。
向大容量，高速度方向發(fā)展
大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時進行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數(shù)據(jù)處理功能。另外，存儲容量大大增加。
與計算機聯(lián)系密切
從功能上看，PLC不僅能完成邏輯運算，且計算機的復(fù)雜運算功能在PLC中也進一步得到利用；從結(jié)構(gòu)上看，計算機的硬件和技術(shù)越來越多地應(yīng)用到PLC。
發(fā)展多樣化
可編程控制器發(fā)展的多樣化體現(xiàn)在3個方面：產(chǎn)品類型、編程語言、和應(yīng)用領(lǐng)域。
網(wǎng)絡(luò)與通訊能力增強
多樣化與標(biāo)準(zhǔn)化
1.5 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，可編程控制器在國內(nèi)外都取得了長足的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域。隨著PLC的小型化，它不僅僅應(yīng)用在工業(yè)中，還擴大到遠離工業(yè)控制的其他行業(yè)，如醫(yī)院手術(shù)室，酒店的旋轉(zhuǎn)門和車庫門等。甚至引入了人類的日常生活中，如：交通十字路口的紅綠燈控制、自帶電梯、廣告的霓虹燈、各個娛樂場所和城市的夜景燈等等。
總之隨著微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件設(shè)置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面的進步，將使可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域得到進一步的擴展。
第二章 方案設(shè)計
2.1 題目及控制要求
1. 設(shè)計題目：
基于FX2N – 32MR可編程控制器的自動裝箱生產(chǎn)線控制系統(tǒng)
控制要求：
如圖2所示為自動裝箱生產(chǎn)線，系統(tǒng)控制要求如下為：
按SB1，啟動系統(tǒng)，傳送帶2開始運行，當(dāng)箱子進入定位位置時，SQ2動作，傳送帶2停止。
SQ2動作后1s，起動傳送帶1；物品隨傳送帶1運動逐一落入箱內(nèi)，并由SQ1檢測，即每當(dāng)落入一個物品，SQ1發(fā)出一個脈沖信號。
當(dāng)落入箱內(nèi)物品達10個，傳送帶1停止，同時起動傳送帶2。
按下停止按鈕，傳送帶1和傳送帶2均停止。
圖2 自動裝箱生產(chǎn)線
2.2 本課題主要研究內(nèi)容
本課題主要對自動裝箱控制系統(tǒng)進行研究，對所用到的各個器件的功能進行詳細的介紹。
文章先將設(shè)計的總體思路做了具體的概括，主體部分采用兩條傳送帶，一條是包裝箱傳送帶，另外一條是產(chǎn)品傳送帶，對產(chǎn)品技數(shù)則采用光電傳感器。電機部分采用固態(tài)交流SSR。
2.3 主要解決的問題
1）在系統(tǒng)啟動前應(yīng)該先對傳送帶1和傳送帶2進行復(fù)位。
2）按下控制裝置啟動按鈕（即SB1）后，傳送帶2先啟動運行，拖動傳送帶上面的空箱體前移至指定位置，達到指定位置后，由位置傳感器SQ2發(fā)出信號，使傳送帶2制動停止，并且計數(shù)傳感器SQ1進行復(fù)位。
3）當(dāng)傳送帶2停止運動后，經(jīng)過1s后使時間續(xù)電器KT動作，并啟動傳送帶1運行，此時放置在傳送帶1上的物品就會向前前移，最終逐一掉入箱子。
4）在傳送帶1運行的同時，計數(shù)傳感器SQ1制動，并檢測產(chǎn)品數(shù)量，當(dāng)累計產(chǎn)品數(shù)量達到10個時，傳送帶1制動停止，并且復(fù)位，傳送帶2制動啟動。
5）上述自動過程周而復(fù)始，直到按下停止按鈕SB2，傳送帶1和傳送帶2就會同時停止運行。
6）應(yīng)該有必要的信號指示，如電源有電，傳送帶1工作和傳送帶2工作等。
7）傳送帶1和傳送帶2應(yīng)該有獨立點動控制，便于維修和調(diào)試。
2.4 功能流程圖
如下圖功能流程圖所示：當(dāng)按下開關(guān)SB1時，整個系統(tǒng)就會照著下圖流程開始運行，而當(dāng)在傳送帶一停止的時候，如果沒有按下停止開關(guān)SB2，則整個系統(tǒng)就會循環(huán)動作。
圖3 功能流程圖
2.5 I/O地址分配表
如下表I/O地址分配表所示：
編程元件 I/0端子 電路器件 元件作用
輸入續(xù)電器
X0 SB1 啟動按鈕SB1
X1 SB2 停止按鈕SB2
X2 C0 計數(shù)傳感器SQ1
X3 SQ2 位置傳感器SQ2
X4 T0 時間續(xù)電器KT
輸出續(xù)電器 Y0 KM1 電動機M1
Y1 KM2 電動機M2
表1 I/O地址分配表
2.6 主控電路
如下圖主控電路圖所示：M1,M2分別為控制傳送帶1和2的電動機，F(xiàn)U1是為防止主控電路過載的熔斷器，而FR1,FR2是用來防止電動機1和2過載的熱斷電器。
圖4 主控電路圖
2.7 端子接線圖
如下圖端子接線圖所示：
圖5 端子接線圖
2.8 SFC流程圖
如下圖SFC流程圖所示
圖6 SFC流程圖
2.9 梯形圖
如下圖梯形圖所示
圖7 梯形圖
2.10 程序指令表：
0 LD M8002 22 STL S23
1 SET S0 23 RST Y0
2 STL S0 24 SET Y1
3 RST Y1 25 LD X1
4 RST Y0 26 OUT S0
5 LD X0 27 RET
6 SET S20 28 END
7 STL S20
8 SET Y1
9 RST C0
10 LD X3
11 SET S21
12 STL S21
13 RST Y1
14 OUT TO
K10
15 LD TO
16 SET S22
17 STL S22
18 SET Y0
19 OUT C0
K10
20 LD C0
21 SET S23
表2 程序指令表
時序圖
如下圖時序圖所示：X0為啟動按鈕輸入端，X1為停止按鈕輸入端，X2為計數(shù)傳感器輸入端，X3為位置傳感器輸入端，X4為時間續(xù)電器輸入端，Y0為傳送帶1的輸出端，Y1為傳送帶2輸出端。
圖8 時序圖
調(diào)試過程
1 實驗設(shè)備：FX2N – 32MR 可編程控制器一臺，手持編程器一個。
2 PLC規(guī)格：FX2N – 32MR系列
3 過程分析
1）在沒有按下啟動按鈕前，所有傳送帶處于停止工作狀態(tài)。
2）當(dāng)按下啟動按鈕X0時，先是Y1燈亮（傳送帶2開始運行），當(dāng)空箱子進入指定的位置時，定位開關(guān)X3開始工作，Y1燈滅（傳送帶2停止運行工作）。且傳送帶2復(fù)位，計數(shù)裝置開始運行。
3） Y1等滅后1s，Y0燈亮（傳送帶1啟動），物品隨傳送帶1落入空箱內(nèi)，由計數(shù)裝置檢測落入物品個數(shù)10個。
4）當(dāng)落入箱內(nèi)的物品達到所要求的10個時，Y0燈滅（傳送帶1停止工作）的同時，Y1等亮（傳送帶2啟動）。
5）按下停止按鈕X1后，Y1燈滅，傳送帶1和傳送帶2都停止工作，系統(tǒng)復(fù)位。
6）重復(fù)以上操作，可重復(fù)實現(xiàn)以上現(xiàn)象。
4 調(diào)試過程中存在的問題
1） 對PLC可編程控制器試驗臺（編程器）的輸入不是很了解。
2） 有些程序達不到當(dāng)初設(shè)計預(yù)期的理想效果。
設(shè)計心得體會
在現(xiàn)在化的工業(yè)生產(chǎn)中常常需要對產(chǎn)品進行計數(shù)、包裝，如果這些繁雜的工作讓人工去完成的話不但麻煩，而且效率底，勞動大，不適合現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要，并且加重了人工的勞動強度。隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，為了提高效率、減輕勞動者的負擔(dān)就必須對以上生產(chǎn)設(shè)計一套完整的自動化生產(chǎn)線，而PLC技術(shù)就能很好的解決這一問題。
隨著PLC技術(shù)的不斷完善，現(xiàn)已成為各個領(lǐng)域的重要部分，在生活中可以說是無處不在。而這次學(xué)校為我們安排PLC的課程設(shè)計，不僅很好的鞏固所學(xué)知識，提高學(xué)生綜合運用知識來發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題的能力，而且還是對學(xué)生實際工作能力的一次重要考察，以便發(fā)現(xiàn)自己某些方面不的不足，并加以加強。
PLC的課程設(shè)計是一個難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的自動裝箱生產(chǎn)系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計，使我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，鍛煉我綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識來解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計規(guī)范及其電腦制圖等其他專業(yè)能力水平和獨立思考能力。
雖然這課題不是所有課題當(dāng)中比較難的，但在設(shè)計中難免會出現(xiàn)不懂，甚至老師上課沒講的知識。這時就必須通過自學(xué)來分析解決問題，同時也要和同組同學(xué)一起研究討論，必要時還需向老師尋求幫助，指導(dǎo)。所以，通過自己的自學(xué)，同學(xué)的互幫互助以及雷慧和王大鎮(zhèn)兩位老師的細心指導(dǎo)，才得以順利的解決設(shè)計過程中的問題，并完成針對自動裝箱生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的課程設(shè)計。
這次的PLC課程設(shè)計，雖然我這個設(shè)計做的不太好，所設(shè)計的程序比較簡單，但在整個PLC控制系統(tǒng)的課程設(shè)計中，不僅加深了對PLC控制系統(tǒng)知識的了解，同時也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，大大提高了動手能力，相信這些會對今后的學(xué)習(xí)工作有非常重要的影響。
參考文獻
[1]使國生，《電氣控制與可編程控制器技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2010
[2]齊蓉，肖維榮《可編程計算機控制技術(shù)》，業(yè)電子工業(yè)出版社，2005
[3]田淑珍，《可編程控制其原理及應(yīng)用》，機械工業(yè)出版社，2005
[4]魏志精，《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》，北京電子工業(yè)出版社，1995
[5]廖常初，《PLC編程及應(yīng)用》，北京機械工業(yè)出版社，2002
[6]陳忠華，《可編程控制器與工業(yè)自動化》，北京機械工業(yè)出版社，2005
[7]趙繼文，《傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計》，北京科學(xué)出版社，2006
[8]于慶廣，《可編程控制器原理與系統(tǒng)設(shè)計》，清華大學(xué)出版社，2004
[9]吳明亮，《可編程控制器實訓(xùn)教程》，化學(xué)工業(yè)出版社
[10]江秀汗，湯楠，《可編程控制器原理及應(yīng)用》，西安電子科技大學(xué)出版社，2001
【基于FX2N –32MR可編程控制器的自動裝箱生產(chǎn)線控制系統(tǒng)(一)】相關(guān)文章：
基于FCS的選礦自動化控制系統(tǒng)設(shè)計03-04
陶瓷生產(chǎn)線控制系統(tǒng)現(xiàn)狀(一)03-07
基于PLC全自動洗衣機控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究03-07
基于FX2N-32MR可編程控制器的水塔液位控制系統(tǒng)(一)11-22
基于matlab的節(jié)電模糊控制系統(tǒng)03-07
淺析自動控制系統(tǒng)12-11