基于三菱fx3u系列PLC的教学系统设备开发系统毕业论文

广东水利电力职业技术学院毕业设计（论文）第 0 页 共 48 页广东水利电力职业技术学院毕业设计（论文）基于三菱 fx3u系列 PLC的教学系统设备开发统年 级:2013 级学 号:12、40、14、16、49姓 名:专 业:机电一体化技术指导老师:黄诚二零一六年一月广东水利电力职业技术学院毕业设计（论文） 第 1 页 共 48 页摘 要在工业生产中有时必须对生产过程的某些参数进行控制，使其保持定值或按规律变化，确保生产正常进行，因此精确的参数控制显得尤为重要，本设计通过PLC，变频器、A/D、D/A 模块等设备完成对液位、流量等参数的控制，利用 PID进行调节校正，实现生成各个参数的趋势曲线图，达到对流量的稳定控制的目的。结构简单，安装方便，操作简单直观，可以长期连续稳定在无人监控下稳定工作。本设计基于三菱 PLC FX3u 可编程控制器，以两个水箱作为控制对象，实现对水箱系统的过程控制。总设计方案：通过人机界面对水箱系统的压力、液位、流量给出设定值，通过 PLC 控制系统运行，使得水箱系统能够按照要求进行工作，人机界面可以实时监控各项数据，并随时对相关参数进行更改。通过温控调节器调节温度。现场水箱的数据采集后经过 A/D 转换给 PLC 进行 PID 处理，PLC 处理的结果再经过 D/A 转换给变频器控制电机的转速，实现对参数的稳定控制。关键词：PLC； PID 控制； 过程控制；广东水利电力职业技术学院毕业设计（论文） 第 2 页 共 48 页AbstractIn the industrial production, some parameters of the production process must be controlled to keep the fixed value or change according to the law, to ensure the normal production, so the precise parameter control is particularly important. The design of the control of liquid level, flow and other parameters through the PLC, frequency converter, A/D, D/A module and other parameters, the use of PID to adjust the correction, to generate the trend curve of each parameter, to achieve the purpose of stable control of the flow. The structure is simple, the installation is convenient, the operation is simple and intuitive, and can stably work stably under the unmanned monitoring for a long time.This design based on the MITSUBISHI FX3u PLC programmable controller, with two water tanks as the control object, to achieve the process control of the tank system.Overall design program: through the man-machine interface to the tank system pressure, liquid level, flow is given set value, through the PLC control system operation, make the water tank system can work according to the requirements, the man-machine interface can monitor the data in real time, and at any time to change the relevant parameters. Adjust the temperature by the temperature controller.After the data acquisition of the water tank, the PLC was converted to PID for A/D treatment, the results of PLC treatment and then after D/A conversion to the inverter control motor speed, to achieve the stability of the control parameters.Key words: PID; PLC control; process control;广东水利电力职业技术学院毕业设计（论文） 第 3 页 共 48 页目 录摘 要 .2Abstract.3绪 论 .5一、 开发背景和意义 .5二、 PLC 系统的应用及目前的研究现状 .6三、 主要研究内容 .7第一章 设备机械结构设计 .91.1. 设备操作流程 .91.2. 供料单元设计 .101.2.1. 功能描述 .101.2.2. 顺序描述 .111.2.3. 料仓模块 .111.2.4. SMC 型 CDQSB 薄型气缸 .12 产品特性 .13 气缸的安装 .13 注意事项 .141.2.5. MHC2-16D 手指气缸 .15 参数明细 .15 工作原理 .16 结构优点 .161.3. 输送单元设计 .161.3.1. 管状感应式接近传感器 .161.3.2. 磁感应器式接近式传感器 .161.3.3. 欧姆龙旋转编码器 .171.3.4. 4IK25GN 电机 .181.4. 机械手单元设计 .191.4.1. 推杆装置的设计 .191.4.2. EMA 系列不锈钢迷你气缸 .201.4.3. 机架的设计 .211.4.4. 分拣装置的设计 .211.4.5. 电机的选择 .221.4.6. 丝杆的设计 .231.4.7. 机架的设计 .24第二章 开发设备的电气原理图及 I/O 接口分配 .24第三章 系统程序设计 .263.1. 主站 .273.2. 从站 .36总 结 .43致 谢 .45参考文献 .46广东水利电力职业技术学院毕业设计（论文） 第 4 页 共 48 页绪 论1、开发背景和意义实验因其直观性、实践性、科研性及综合性等独特条件，在高等职业学院教学中有着不可替代的重要性。实验教学是高等教育中一个非常重要的环节，它比课堂讲授更贴近实际，学生在做实验时更容易激发他们的求知欲，理解晦涩难懂的科学原理，使得他们对所学科目产生浓厚的兴趣。在高等学院中，大多数的实验都是在实验室完成的。实验室的建设和管理是影响实验教学的重要因素。高等学院要培养能对国家科技建设做出贡献的高素质人才，就必须加强实验室的建设，不断完善实验教学的中软硬件。可编程序控制器近几十年来迅速，它拥有操作简单，稳定，高性能等优点，可以使人们不用到现场就对工业现场的设备进行实时控制。可编程序控制器原理及应用现在是高校电气工程、自动化等专业的必修课，实验教学是学生理解可编程序控制器原理的重要途径。/ 组态控制技术属于一种先进的基于计算机的控制技术，由组态技术构成的计算机采用的是工业级 PC，它不需要设计单独的电路，通过输入输出接口连接各种现场设备，从而达到自动控制的目的，基于此我们运用组态模拟现场设备自制了 PLC 实验教学系统。可编程控制器实验系统的现状：可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算技术、控制技术、通讯技术等高科技，而在近年来发展迅速、应用极广的一类工业装置。自从 1969 年问世以来，已经更改了世界工业生产的方式。在发达的工业国家，可编程序控制器已经广泛应用于各行各业，用可编程序控制器设计自动控制系统已成为潮流的方向标，我国可编程序控制器发展较晚，但应用范围也在不断的扩大。可编程序控制器原理及应用现已成为电气工程、自动化、电子等专业的主要课程之一。 可编程序控制器原理及应用这门课程原理部分比较晦涩难懂，应用部分与生产实践紧密结合，在这个过程中学生要做大量实验，在很多高等学校中可编程序控制器课程的实验教学内容主要是练习可编程序控制器的程序编程，有的学校配备了实验平台，但却面临着以下几种缺点： 1 实验器材更新太慢，支持的软硬件很少，学生许多实验无法实现。 广东水利电力职业技术学院毕业设计（论文） 第 5 页 共 48 页2 学校的实验器材维护困难，在实验教学过程中容易损坏，维修过于繁琐。3 没有控制对象，学生对可编程序控制器进行编程以后，只能通过输出口的状态来验证程序的正确性，实验现象不直观，学生无法与工业现场联系起来。4 有的实验用发光二极管模拟现场设备，但是与实物相差太大，学生不易理解。 基于此，本课题运用组态王软件模拟多种被控对象，开发出能够直接观测、易于维护、实验类型丰富的 PLC 实验教学系统。可编程序控制器（Programmable Logic Controller 简称 PLC），是以微处理器为基础，综合了计算机技术、控制技术、通讯技术等高新技术，并在近年来发展迅速、应用极广的一类工业装置。自 20 世纪 60 年代未问世以来，以其可靠性高、通用性高和使用简便等优点广泛应用于工业控制的各个领域，它与CAD、CAM ，机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱之一。可编程控制器（PLC）以其特有的优势，已经广泛的应用于工业生产过程自动控制的各个领域，它与 CAD/CAM、机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱。很多高校对这方面的人才培养也一直很重视，普遍开设了 PLC 相关的课程，实验或实训室也加大了投人力度，添置了各种实训装置与试验装备，一定程度上培养了学生动手实践的能力，满足了基础教学对 PLC 实践的基本需求。但很多实训系统，因其开放程度不高，灵活组建自己的控制模块受限制，市场上有灵活组建自己模块的实训系统，但往往售价又偏高。基于此，设计研发了一种开放程度高，模块化程度强的实训装置，既满足了实际需求，又锻炼了学生实践与实际解决工程问题的能力。2、PLC 系统的应用及目前的研究现状随着科技的不断进步，PLC 的性能也飞速增强，其应用和研究现状主要在以下方面体现:5 .控制规模的扩大，控制大型机的规模越变越大，开关量高的达到了几万。广东水利电力职业技术学院毕业设计（论文） 第 6 页 共 48 页6 组成模块的增多，现在 PLC 己经新增了很多模块，如 PDI 控制、温度以及运动模块等等。7 开放性和互操作性大大发展，在 PLC 的发展过程中，制造商为了垄断和扩大各自市场，都各自发展自己的标准，开放是发展的一个趋势，各厂商都意识到这一点，并形成了长时期的妥协与竞争，这一过程还将继续。8 工作速度的提高可以对系统实现实时控制。9 .联网的能力增强，由于通信、信息及控制技术的大力发展，联网也得到了的发展，己经可以实现的远程控制。正是由于这些性能、使得工业系统可以实现远程化、自动化、控制信息化及智能化。现在应用在不断前进,尤其在运动控制、模拟量控制及驱动控制上广泛使用，已经成为现在系统工作自动化中最有效的工具之一了。为了更好的联系实际工业系统与学校教学系统，作为教学系统的三菱 FX3U系列的 PLC 应更好的开发设计，因此需设计研发了一种开放程度高，模块化程度强的实训装置，既满足了实际需求，又锻炼了学生实践与实际解决工程问题的能力。3、主要研究内容基于三菱 fx3u 系列 PLC 的教学系统设备，很多高校对这方面的人才培养也一直很重视，普遍开设了 PLC 相关的课程，实验或实训室也加大了投人力度，添置了各种实训装置与试验装备，一定程度上培养了学生动手实践的能力，满足了基础教学对 PLC 实践的基本需求。但很多实训系统，因其开放程度不高，灵活组建自己的控制模块受限制，市场上有灵活组建自己模块的实训系统，但往往售价又偏高。基于此，设计研发了一种开放程度高，模块化程度强的实训装置，既满足了实际需求，又锻炼了学生实践与实际解决工程问题的能力。为了使学生能够对 PLC 控制系统有更全面和深刻的理解及实践，本实训系统在设计开发中主要围绕三个放向：广东水利电力职业技术学院毕业设计（论文） 第 7 页 共 48 页1.实训内容丰富全面，包含 PLC 所能应用到的大部分典型控制类别举例;2.优化实训设置，所设计实训类型不冗余，且均为当前社会和工程实践中的常用的类型；3.模块设置新颖，跟随 PLC 发展方向，例如模拟量控制和工业通信网络的设计，PLC 与触摸屏相结合的应用。本实训系统着重学生能力的培养，并给学生留有足够的发挥空间，具有很好的开发柔性和扩展性。在系统中设计了指示显示、运动控制、机械手、模拟量控制和变频调速、工业通讯网络级 PLC 与触摸屏六大模块，学生不仅可以实践模块中的已设计好的实训，还可以根据已有的资源和模块中的接口以及自己的思想进行创新实训设计，每个模块项目的设计致力于从整个控制系统的角度出发，让学生理论联系实际动手设计控制系统，从“工程化”、“标