【电气工程及其自动化】基于plc的具有人机界面的自动装卸控制系统的设计

本科生毕业论文（设计）基于PLC的具有人机界面的自动装卸控制系统的设计二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2014年5月10日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1绪论111设计背景及意义112生产线自动化的发展概况1121国内生产线自动化的发展概况1122国外生产线自动化的发展概况213人机界面的现状及发展趋势314设计研究内容和实现功能4141设计任务4142人机界面设计内容52控制系统方案设计521方案论证5211采用传统继电接触器电气控制系统5212采用PLC可编程序控制器控制系统6213方案比较与选择622控制系统的总体设计7221控制系统构成图7222各模块功能的简单介绍73控制系统硬件设计831PLC选型832触摸屏的概述及选型1033主要电气元件的配置104控制系统软件设计1341编程和仿真软件1342控制系统程序框图1343系统实现功能及PLC程序1444触摸屏程序的设计145程序调试146系统仿真147结论14参考文献14附录14附录A指令表14附录B梯形图14致谢基于PLC的具有人机界面的自动装卸控制系统的设计摘要本文设计了自动装卸控制系统，以PLC作为控制系统的核心，以触摸屏作为人机界面，实现了自动装箱、手动装箱和空箱到位检测等功能，并介绍了控制系统方案及软硬件结构的设计思路。关键词自动装箱机；PLC；触摸屏THEDESIGNOFTHELOADINGANDUNLOADINGCONTROLSYSTEMBASEDONPLC,MANMACHINEINTERFACEABSTRACTTHEAUTOMATICLOADINGANDUNLOADINGCONTROLSYSTEMISSTUDIEDINTHISTHESISPLCISUSEDASTHECOREOFTHECONTROLSYSTEMTOUCHSCREENISUSEDASTHEMANMACHINEINTERFACEANDTHEFUNCTIONSOFAUTOMATICPACKING,MANUALPACKINGANDEMPTYCONTAINERSDETECTIONAREACHIEVEDFINALLY,THETHESISINTRODUCESTHESCHEMEOFCONTROLSYSTEMANDTHEDESIGNOFSOFTWAREANDHARDWARESTRUCTUREKEYWORDSAUTOINCASINGEQUIPMENTPLCTOUCHSCREEN1绪论11设计背景及意义进入21世纪，中国是一个发展中大国，要加快科学技术发展、缩小与发达国家的差距，仍需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有利条件。我国企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得生产物的输送成为生产物流系统中的一个重要环节。自动装卸线控制系统，由于其控制简单，成本低，因此广泛应用于工厂、车站、码头、仓库、矿井等生产场所。另外，随着工业生产自动化水平的不断加快，对控制系统提出了愈来愈严格的要求。随着大规模集成电路广泛应用，控制系统本身也得到长足发展，已由原来的分立元件、继电器控制，发展成为大规模集成电路的微机控制。控制方式也由原来的分散控制发展为集中控制。正是在这种发展的需求下，可编程控制器应运而生。现将PLC应用到自动装卸控制系统，可实现运料系统的自动化控制，降低系统的运行费用。PLC自动装卸线控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便、设计施工调试周期短等优点。在自动生产线检测控制系统中，可编程控制器主要用作下位机，检测各状态点的状态，直接控制系统的启、停和其他控制单元的投切，并将各点的状态送给上位机计算机，计算机综合可编程控制器和其他设备的数据，作出相应的处理和显示。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。112生产线自动化的发展概况121国内生产线自动化的发展概况国内的包装业相对发达国家如日本和美国相对落后，具有非常大的发展潜力。控制系统从20世纪四十年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统。这一代系统以PLC和DCS为代表，从七十年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。其中PLC，即可编程控制器，主要是从顺序控制发展而来的，但从九十年代开始，随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，PLC的性能扩展的越来越广，PLC的应用也逐渐向连续流程工业拓展。同时，DCS也开始向小型化的方向拓展。之后，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等。在国内，自动化技术相对外国还未成熟，还需要一定时间的发展，所以将会有很大的空间来发展此技术，这也是未来的发展方向和趋势。中国的经济高速度发展也需要这项技术来促进和加速，相信在自动化技术成熟以后，中国的经济也将有飞跃性的进步。122国外生产线自动化的发展概况从上世纪30年代开始，机械加工企业为了提高生产效率，采用机械化流水作业的生产方式，大型自动生产线承担的加工对象也随之改变。生产线的控制系统使用的继电器数量很多，在频繁动作情况下寿命较短，使生产线的可靠性降低。为了解决这一问题，自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为2030。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS方式要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。近十几年来，国外PLC技术取得了飞跃，其容量成倍扩大、体积不断缩小、功能不断增强，不但具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有PID等特殊控制功能，可直接进行A/D、D/A转换，还开发管控一体化。213人机界面的现状及发展趋势近年来，随着计算机硬件的发展，新一代的计算机用户，在应用软件的可操作性以及软件操作的舒适性等方面对应用软件提出了更高的要求，除期望所用的软件拥有强大的功能外，更期望应用软件尽可能的为他们提供一个轻松、愉快、感觉良好的操作环境，因而人机界面已变得相当重要，而人机界面设计也逐渐盛行和受人们欢迎。人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化的多功能显示屏幕。随着机械设备的飞速发展，以往的操作界面由熟练的操作人员才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率。但是使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本。同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值和提高工作效率。3人机界面（HUMANMACHINEINTERFACE，简称HMI）一般指用于操作人员与控制系统之间进行对话和相互作用的专用设备。各主要的控制设备生产厂商，例如西门子、AB、施耐德、三菱和欧姆龙等公司，均有它们的人机界面系列产品，此外还有一些专门生产人机界面的厂家。人机界面其主要应用之一就是触摸屏，触摸屏是一种直观的操作设备，可以由用户在触摸屏的画面上设置具有明确意义和提示信息的触摸式按键和用于输入数字的输入域。只要用手指触摸屏幕上的图形对象，计算机便会执行相应的操作，人的行为和机器的行为变得简单、直接、自然，达到了完美的统一。使用触摸屏后，能明确告知操作员机器设备目前的状况，给出操作的提示，使操作变得简单生动，降低培训成本，减少操作失误，及时反映系统状态和故障，提高生产效率和减少故障停机时间。触摸屏还可以用画面上的按钮和指示灯等来代替相应的硬件元件，减少PLC需要的I/O点数。与大量使用薄膜按键的操作员面板相比，触摸屏具有直观和节省空间等优点。触摸屏是人机界面发展的主流方向，几乎成了较高级的人机界面的代名词。414设计研究内容和实现功能141设计任务1系统概述该自动装箱系统可把24瓶饮料装成一箱。本系统由皮带传输机传送瓶子，当到达装箱位置时，机械手下降夹起瓶子后上升，上升到位后再向左移动，把瓶子装进纸箱内，然后机械手返回原位，开始下一个动作。该系统中皮带传输机、机械手均由PLC控制，机械手由三台电动机控制，一台电机带动夹紧机构，一台电机带动升降机构，一台电机带动移动机构。2设计任务和要求1、按下启动按钮后，传送带A运行直到光电开关PS1检测到饮料瓶，才停止。传送带A停止后，机械手下降。下降到位后机械手夹紧饮料瓶，2S后开始上升，而机械手保持加紧。上升到位左转，左转到位下降，下降到位2S后机械手松开，将饮料瓶放进B传送带上的空箱内，机械手上升。上升到位右转，右转到位下降，开始下一循环，用PLC作计数控制，对机械手这一循环计数。计到24次循环后，传送带B开始运行，当光电开关PS2检测到下一空箱后，传送带B停止。2、上述过程周而复始的进行，直到按下停止按钮，传送带A和传送带B同时停止。其工作流程图如图1所示。3、应有必要的信号指示，如运行和停止指示灯，手动操作指示灯，传送带A工作指示灯和传送带B工作指示灯。4、传送带A、机械手和传送带B应有独立点动控制，以便于调试和维修。图1自动装箱机生产线工作流程图142人机界面设计内容1进入主界面需要密码，确保操作的安全。2有工作状态显示，方便直观。3有自动操作和手动操作页面。4用触摸屏的虚拟按钮代替手动操作开关，减少PLC需要的I/O点数。2控制系统方案设计21方案论证211采用传统继电接触器电气控制系统启动传送带A动计数24机械手下降并松开机械手左转机械手下降并夹紧机械手到传送带A传送带A停PS1检测传送带B动PS2检测传送带B停机械手上升由于继电接触器电气控制线路简单，价格低廉，多年来在各种生产机械的电气控制领域中，应用十分广泛，而且技术上也十分成熟，因此受到大力推广。但是在一些较为复杂的控制系统中，特别是涉及到时序控制的自动控制系统，必须使用大量的中间继电器、时间继电器、接触器等，而且控制线路复杂、器件多、接点多，因而在这类控制系统中可靠性低、可维护性差。212采用PLC可编程序控制器控制系统PLC可编程序控制器其实就是工业控制计算机，用以取代传统的中间继电器、时间继电器、计数器等，并具有一切计算机控制系统的功能。目前PLC已成为工业控制的标准设备，其应用面几乎覆盖了整个工业企业，广泛应用于化工、石油等企业的现代过程控制中。213方案比较与选择采用传统据电接触器电气控制系统，虽然价格低廉，但大量的中间继电器、时间继电器，使得线路复杂、器件多、接点多、可靠性低，而且一旦出现故障，检修困难。用于自动控制系统中，其反应时间、跟踪能力差，有可能使得系统不能正常运行。而采用PLC可编程序控制器，其优点如下1具有高可靠性。PLC除采用优质器件等外，在硬件方面采用了较先进的电源，用以防止由电源回路串入干扰。其内部采用了电磁屏蔽，以防辐射干扰。而外部输入/输出电路则一律采用光电隔离，加上常规滤波和数字滤波；软件方面设置了警戒时钟WDT、自诊断等措施。因而使得PLC的平均无故障时间达到30万小时，被称为“永远不坏的控制器”，因而可靠性优于传统继电接触器电气控制系统。2灵活性高、扩展性好、通用性强。它采用程序使得硬件软件化，对于不同的控制系统，只需改变程序即可，因而通用性强。而且现场接口容易，设计周期短。3功能强。PLC具有自诊断、监控和各种报警功能既可完成过程控制，又可进行闭环回路的调节控制，而且在将来的工控领域，可以说是无所不能。由于生产线上的恶劣环境和电磁干扰，一般的电子仪器都会受到干扰。而PLC是从取代工厂内继电器线路、进行顺序控制发展开来的工业控制产品。PLC由于具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等优点。在电器控制系统中得到广泛应用。PLC不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算、计数和各种闭环控制功能。整个控制系统利用PLC的控制实现了空箱传送、产品运输、产品计数等功能。并且有手动控制和自动控制两种控制方式。在生产线自动装箱控制的控制系统应用，可使生产线的控制更加灵活、可靠。进而提高生产效率，突现节约用工，改善工人工作环境，减轻工人劳动强度，节约材料消耗和用工。因此，本文选择PLC作为系统控制核心。522控制系统的总体设计221控制系统构成图生产线自动装箱机控制系统图，如图2所示。图2生产线自动装箱的PLC控制系统图222各模块功能的简单介绍1PLC主控负责控制机械手的动作和传送带的启停，接收触摸屏发出的控制信号及各个检测模块反馈的报警信号。2人机界面负责控制机械手工作方式的选择，显示当前工作状态及报警内容。3机械手负责转移饮料瓶，即把传送带上的饮料瓶送到饮料箱中。4传送带负责饮料瓶输送和包装箱的替换，即把已经装满的包装箱运走用一只空箱代替，是系统重要的输送机构。5光电传感器负责检测包装箱和产品饮料瓶是否到位，提高整个自动装箱过程的准确度和精确率。光电传感器控制传送带电机输出报警灯指示灯控制机械手电机输出PLC限位开关信号停止按钮手动操作输入启动按钮人机界面6限位开关限制工作机械手的位置，提高工作的安全性。7手动操作方便于系统的调试和维修。3控制系统硬件设计31PLC选型在PLC选型时，基本原则是满足系统的功能需要，同时要兼顾维修和设备的通用性，根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，具体选型如下1I/O点数的估算系统输入信号启动按钮，需要1个输入端；停止按钮，需要1个输入端；急停按钮，需要1个输入端；机械手的上、下、左、右限位开关，需要4个输入端；产品到位检测信号PS1和空箱位置检测信号PS2，需要2个输入端；以上共需9个输入信号点。系统输出信号机械手的上升,下降，左移,右移，夹紧放松，需要5个输出端；传送带A和传送带B，需用2个控制输出端；系统工作指示灯和手动操作指示灯；需要2个输出端；以上共需9个输出信号点。在选择机型时还要考虑以后系统的调整和扩充，在实际统计I/O点数基础上，预留1020的数量，因此可以确定要选择输入输出总量点数是32点的PLC。2用户应用程序占用内存大小的估算用户应用程序占用多少内存与I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等因素有关，因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，此应用程序占用内存的大小可作如下估算开关量输入91090字节；开关量输出9654字节；定时器/计数器（2313）9字节。共计153字节，在加上程序存储空间和备用存储空间，初步估计共1K字节。3PCL型号的选择FX2N系列三菱PLC特点1、集成型、高性能。CPU、电源、输入输出三为一体，对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。2、高速运算。基本指令008S/指令，应用指令152100S/指令。3、安心、宽裕的存储器规格。内置8000步RAM存贮器，安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。4、丰富的软元件范围。辅助继电器3072点，定时器256点，计数235点数据寄存器；8000点。5、除了具有输入输出16256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。6综合以上要求，最终选择三菱PLC型号为FX2N32MR001,32个I/O点（16点输入，16点继电器输出），工作电压为AC220V。4系统I/O点的分配系统I/O点的分配如表1所示。表1系统I/O点分配表输入输出启动X00系统指示灯Y00停止X01机械手上升Y01急停X02机械手下降Y02上限开关X03机械手左移Y03下限开关X04机械手右移Y04左限开关X05机械手夹紧和松开Y05右限开关X06传送带AY06瓶子检测X07传送带BY07箱子检测X10手动指示灯Y10系统输入/输出接线图，如图3所示。图3系统输入/输出接线图32触摸屏的概述及选型按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，把触摸屏分为4种，它们分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。每一类触摸屏都有各自的优缺点，看在哪种环境下使用，在工业环境中我们选择电阻式触摸屏。电阻式触摸屏利用压力感应进行控制。电阻触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面盖有一层外表面经硬化处理、光滑防擦的塑料层，它的内表面也有一层涂层，在它们之间有许多细小的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后将这两个信号送至触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出（X和Y）的位置，在根据模拟鼠标的方式运作，这就是电阻触摸屏的最基本的原理。这种触摸屏是对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘和水汽，它可以用任何物体来触摸，也可以用来写字画画，比较适合工业控制领域的使用。因此本系统选用触摸屏的型号三菱GT1150QLBDC触摸式面板,GT1150的显示尺寸是57寸，分辨率是320240，显示色彩是TFT液晶显示，触摸板精密电阻网络，连接端口I/FRS232、RS422。733主要电气元件的配置1三相异步电动机的选择通过对控制要求的分析，控制系统需要二台三相异步电动机M,为满足传送带动力要求，电动机的功率选定为1KW,型号J02224,15KW1410转/分，380V，349安。2传感器的选择光电开关可分为两类透射型和反射型两种。透射型光电开关是由分离的发射器和接收器组成并相对放置。发射器发射的红外线直接照射到接收器上，当有物品通过时，将红外线光源切断遮挡住了，接收器收不到红外光，于是就发出一个信号。可用于产品计数。反射型光电开关的接收部分和发射部分合做在一起，利用物体对发射部分发射出的红外线反射回去，由接收部分接收，从而判断是否有物体存在。当有物体通过，接收器接收不到红外光，于是就发出一个信号。可用于空箱是否到位检测。当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可能出现错误的输入信号而导致PLC的误动作，此时可在PLC输入端并联旁路电阻，如图4所示。当漏电流不足LMA时可以不考虑其影响。图4PLC与光电开关的连接反射式光电传感器的工作原理如图5所示。图5反射式光电传感器原理图该系统选择的反射式光电传感器型号为PM2LF10,其性能参数如表2所示。反射物发光反射式光电传感器接受表2PM2LF10反射式光电传感器的性能参数性能参数检测距离258MM中心5MM白色无光泽纸1515MM最小检测物体005MM铜线设定距离5MM应差使用白色无光泽纸1515MM工作距离的20以下重复精度垂直于检测轴008MM以下电源电压524VDC10脉动PP5以下消耗电流平均25MA以下峰值80MA以下输出NPN开路集电极晶体管最大流入电流100MA外加电压30VDC以下输出和0V之间剩余电压1V以下流入电流为100MA时04V以下流入电流为16MA时短路保护装备反应时间08MS以下3开关的选择在该系统的主电路中，采用三级的组合开关。电动机的最大容量为1KW，则三级组合开关的额定电流为10A，型号为HZ1010。4熔断器的选择在本系统中，需要熔断器保护一台三相异步电动机，启动电流为额定电流四至七倍，为了防止启动时烧断熔体，熔体的额定电流一般去电动机额定电流的15至25倍，则额定电流为，所以熔体的最MAX10/245NIA大额定电流为11375A。熔断器的额定电压为AC380V，则可选择型号为RT1420的熔断器，额定电流20A，单极。5热继电器的选择热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。热继电器的热元件额定电流应略大于电动机额定电流。当电动机启动电流为其额定电流的6倍及启动时间不超过5S时，热元件的整定电流调节到等于电动机的额定电流，当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件的整定电流调节到电动机额定电流的11115倍。综合以上要求，一台电动机的额定电流为45A，则选择热继电器的型号为JR2016，热元件号为1S，其热元件整定电流范围为36A54A，额定电流为16A。6接触器的选择额定电流为采用的接触器要与继电器相配合，10382NCPIAKU则选择CJ20型号的交流接触器。表3元件清单序号代号名称型号数量1M三相异步电动机J0222423FR热继电器R201624PS光电传感器PM2LF1025KM交流接触器CJ2076SB按钮LAY857ST限位开关LXK248FU熔断器RT142079L导线若干4控制系统软件设计41编程和仿真软件编程软件采用三菱公司的编程软件GXDEVELOPER，三菱触摸屏制作软件采用GTDESIGNER3，仿真软件采用GTSIMULATOR3，在仿真中，触摸屏是通过标准RS422连接三菱PLC。42控制系统程序框图1系统自动控制程序流程图，如图6所示。图6系统自动控制流程框图2控制系统逻辑分析1、送料按下启动按钮X00后，M00接通，传送带A运行Y06接通，当光电开关PS1检测到饮料瓶时，X07发出信号，X07常闭触点断开，Y06断开，传送带A停止；2、机械手下降和夹紧当X07发出信号Y02接通，机械手下降。下降到下降限位开关X04后机械手停止下降，同时Y05被置位，机械手夹紧瓶子；3、机械手上升和左移Y05被置位的同时，定时T0开始计时，2S后Y01接通，机械手开始上升，同时机械手保持夹紧。上升到上升限位开关X03，Y03接通，机械手停止上升开始左转；4、机械手下降和松开机械手左转到左转限位开关X05，Y02接通；机械手停止左转开始下降。下降到位后X04接通，Y05被复位和定时器T1接通，使加紧电磁阀断电，机械手松开；5、机械回原点T1计时2S后，机械手开始上升。上升到上升限位开关X03，Y04接通，机械手停止上升开始右转，到右转限位开关，机械手停止右，回到原点，等待下一次循环；6、计数C0计数在机械松开同时，计数器C0发出一个计数信号，机械手继续循环运动，当计数器计数够24次时，计数器C发出信号，使Y07置位，传送带B启动。当PS2检测到下一个空箱时，X10发出信号到Y07复位，传送带B停止运行，同时X10向计数器C0发出信号，使计数器清零，重新计数。此循环结束，开始装下一箱。843系统实现功能及PLC程序1自动控制和手动控制方式的选择在触摸屏中，按下自动按键M20接通一次，M1被置位，同时M2被复位，在SFC块中，M1置位是进入自动控制模式的条件，M2置位是进入手动控制模式的条件，程序如图7所示。图7控制方式的选择程序2机械手的下降在自动控制模式下，当机械手在原点时，有瓶子到位，X07发出信号Y02接通，机械手下降，下降到下降限位开关X04后机械手停止下降。机械手的上升、左移和右移也是同一个道理，程序如图8所示。图8自动控制模式的机械手下降程序3机械手的夹紧和松开在自动控制模式中，机械手在下降和右移限位开关都接通的情况下，Y05会被置位，机械手夹紧，在下降和左移限位开关都接通的情况下，Y05会被复位，机械松开，程序如图9所示。图9机械手的夹紧和松开程序4控制系统的紧急停止当生产过程发生突发事件时，可以通过急停按钮停止整个控制系统，急停按钮按下时，对所有工作步、中间断电器和存储器进行强制复位，程序如图10所示。图10急停程序44触摸屏程序的设计触摸屏的基本原理是用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，所触摸的位置由触摸屏控制器检测，并通过接口（本设计通过RS422串行口）送到PLC。根据系统的控制与操作要求，设计了人机交互界面，该界面直观、方便，有关部件的工作状态都可在触摸屏上动态显示。91登录密码设计考虑到操作的安全性和机密性，所以在进入操作界面时设置了操作权限，在安全等级上设置为15级，登录窗口如图11所示。图11密码登录界面2首界面设计首页说明了操作系统的名字，同时写明了设计者的名字和联系方式，方便仪器出现故障能及时联系维修，有进入操作界面按钮，点击便可以进入操作，如图12所示。图12欢迎使用界面3方式选择及运行状态界面设计在该界面设计了2个模块，分别为控制面板和运行状态，在控制面板模块中有启动、停止、急停按钮和自动、手动操作方式的选择；在运行状态模块中可以方便直观地看到当前系统的运行状态，如图13所示。图13方式选择及运行状态界面4自动操作界面设计在自动操作界面设计了2个模块，分别是开关模拟和运行状态，在开关模拟模块中有纸箱到位、瓶子到位、上限、下限、左限和右限，主要是方便仿真，如图14所示。图14自动操作界面5手动操作界面设计手动操作主要是方便于系统的调试和维修，在该界面中有机械手的手动操作和传送带的手动操作，如图15所示。图15手动操作界面5程序调试PLC程序和触摸屏程序写完后，进入程序调试阶段，在这过程中遇到下列的一些问题1在自动运行状态下，停止按钮不能马上停止，要完成所有未完成的步才能停止。原因用顺序功能图编写程序时，只有条件满足才能跳到下一步去。解决办法通过和老师讨论和结合课本内容，在每一步的开始加入M0的常开触点。2在使用急停按钮后，按下启动按钮后，系统没有正常运行。原因使用急停后，没有返回初始步S0。解决办法在急停的常开触点串上返回S0的程序。3仿真的时候有时按下触摸屏上的键时，没有反应，检查PLC程序和触摸的程序都没错。原因经上网查询及阅读一些有关资料，确定是电脑硬件的问题，有时因为电脑的反应速度与仿真软件的读取速度不同步，导致有时按下按钮的时候PLC读取不了该动作。解决办法暂时还没找到有效的解决办法，只有在仿真的时候，对着PLC时序图来按键，如果发现有问题，就多按一次。6系统仿真在GXDEVELOPER打开PLC程序，点击“梯形图逻辑测试起动”按钮，进入PLC程序仿真，再打开GTSIMULATOR，打开触摸屏程序，入系统调试仿真，观察并记录现象，在仿真的过程中，所有功能都能正常实现。图16是自动运行状态下机械手夹紧瓶子上升的截图。图16机械手夹紧瓶子上升的工作状态图7结论通过本次自动装卸控制系统的设计，并在申老师的精心指导和自我三个月以来的艰辛努力下，使我对自动装卸控制系统的分析与设计有了切身的认识与体会，特别是对PLC应用系统的设计与触摸屏有了比较全面的认识，并在学习和实践过程中增长了知识，丰富了设计经验，增强了从事实际应用设计的信心。系统的分析和设计的过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习和探索的过程。在这个过程中，我对利用可编程控制器与触摸屏的进行控制系统的设计与开发有了深刻的认识，对机械手的原理有了进一步的掌握。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须严格的按照系统分析、系统设计、系统试验、系统运行与调试的过程来进行。系统的分析与设计是一项非常辛苦的工作，同时也是一个充满乐趣的过程，在设计的过程中，坚持理论联系实际，在实践中得到真理，遇到新的问题就不断探索和努力解决问题。在设计中，体会到理论必须联系实际相结合。虽然收集的了大量资料，但在实际的应用中却遇到了很多瓶颈，出现了很多意料之外的问题。只有在经过不断的修改，才设计出达到控制要求的系统。尽管在设计中我做出了很多方面的努力，但是由于我的水平有限，设计中难免会存在一些疏漏和不妥之处，恳请各位老师在阅读本设计时多提一些宝贵的意见和建议。参考文献1田宝森可编程控制器技术应用教程M北京中国电力出版社，20129352李绍炎自动机与自动线J北京清华大学出版社，20079573高钦和可编程控制器应用技术与设计J北京人民邮电出版社，20101821884王文人机界面设计M北京科学出版社，201121395傅龙飞现代电气控制及应用M北京中国水利水电出版社，201323696周丽芳三菱系列PLC快速入门与实践M北京人民邮电出版社，20103287王建触摸屏实用技术/三菱M北京机械工业出版社，201233768谭浩强PLC程序设计教程M北京清华大学出版社，2010891259徐新人机界面与网络应用技术M北京机械工业出版社，2012112134附录附录A指令表0LDX0001ORM02OUTM03LDX0014ZRSTM0M29LDM2010ANDM011SETM112RSTM213LDM2114ANDM015SETM216RSTM117LDX00318ANDX00619OUTY00020LDX00221ZRSTS20S5026ZRSTM0M3031SETS033LDM800234SETS036STLS037LDC038OUTY00739LDPX01041RSTC043LDM144ANDX01045ANDM046ANIM24