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湖南娄底职业技术学院毕业设计（论文）任务书课题名称：生产线分类自动装箱控制系统的设计系 别： 机 电 工 程 专 业： 机电一体化 班 级： 10机电五班 姓 名： 金宾 同 组 人： 起迄日期： 2012.11.18 2013.01.03 指导教师： 唐立伟 职称： 副教授 娄底职业技术学院教务处印制摘 要随着工业自动化水平日益提高，众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计问题。PLC（可编程序控制器）是以微处理器为核心的工业控制装置，它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。作为通用工业控制计算机，其实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃，在世界工业控制中发挥着越来越重要的作用。鉴于此，设计者利用PLC的功能和特点设计出了plc控制的饮料瓶自动装箱系统PLC控制系统.文章刚开始介绍了PLC的相关知识，接着以饮料瓶自动装箱系统为例，采用三菱系列可编程序控制器，介绍了PLC 在饮料瓶自动装箱系统中的应用，给出了详细的程序设计过程。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, 上升到位后再向右移动,把瓶子装进纸箱内,然后机械手原位,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,一台电动机带动夹紧机构,一台电动机带动升降机构, 一台电动机带动移动机构,可有效提高装箱生产效率，并显著增加控制系统的可靠性和柔性.关键词：传送带控制；自动装箱控制系统；可编程控制器; 机械手目录第1章 系统概述一：绪论3 1.1 课题研究背景31.1 生产线自动化的发展概况11.2 国内生产线自动化发展概况11.3 国外生产线自动化发展概况21.4 本文主要研究内容3二 ：可编程控制器的概述42.1 可编程控制器的基本知识42.2可编程编程控制器的应用与前景 7 2.2.1可编程编程控制器的应用7 2.2.2国内外PLC发展概况 8 2.2.3 PLC的发展前景三： 可编程控制器的编程语言14 3.1 可编程控制器的几种语言14 3.2 梯形图编程语言15 3.3 功能块图编程语言17四：整体方案设计21 4.1 方案论证214.2采用传统继电接触器电气控制系统21 4.3 采用PLC可编程序控制器控制系统22 4.4 方案比较与选择234.5 PLC的硬件结构及工作原理22 4.6 PLC控制系统组成23一： 绪论1.1、 课题研究背景几年前，自动化技术只占包装机械设计的30%，现在已占50%以上，大量使用了微电脑设计和机电一体化控制。提高包装机械自动化程度的目的：一是为了提高生产率；二是为了提高设备的柔性和灵活性；三是为了提高包装机械完成复杂动作的能力。本设计的目的是利用“PLC”技术平台自主开发创新，将机械、电气和自动化等技术有机结合，构成实用的饮料瓶自动装箱系统。1.2、课题研究内容根据控制要求，以PLC为核心，设计出一款流质瓶装自动灌装线瓶口检测段的PLC控制系统。设计系统控制硬件电路，编写软件控制系统程序，实现对流质瓶装自动灌装线瓶口检测段的PLC的控制。1.3 国外生产线自动化发展概况第一条著名的自动线(美国于1908年制造)是加工铁路枕木的,具有4个工位.但是首先大力发展自动线是在五十年代的汽车工业中.随着生产批量不断扩大,精度要求越来越高.自动线进入了一个稳定高速发展的阶段。这种发展今天还仍然在持续着.仅在1960年到1970年间,西德生产的组合机床文章通过对实例的分析论述了组合机床自动线近年来的发展情况和近期的发展趋势,认为总的方向是提高生产率、适应性和扩大工艺范围。提高生产率的关键是缩短节拍时间,为此有越来越多地采用机械传动的趋势。为了提高适应性,目前已有80以上的自动线采用程序控制器。自动线的配置型式将随其应用范围的扩大而变得多样化,而且生产能力也在扩大。由于高强度材料薄壁零件的应用,使自动线在保证工件刚性的情况下对其进行高效高速加工,成为近期内最大的研究和发展任务.1980年7月公布的数字说明,日本的汽车产量超过了美国。自动线是生产现代汽车各种零件的必要设备之一。 虽然自动线作为一种机床来说,只存较短的历史,但从五十年代中期以来,特别是由于大量生产的汽车工业产量不断增加而得到了迅速的发展。 ,1.4、课题研究方法步骤如下：1.控制系统总体设计：分析控制要求，了解系统工作过程。2.控制系统硬件的设计：PLC型号、相关元器件的选择以及外部接口电路的设计。3.控制系统软件设计：绘制顺序功能图和梯形图4.系统调试：利用仿真软件对所编制的程序进行软件调试。1.5 设计目的通过这次毕业设计，可以达到以下目的： 1) 培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力； 2）强化工程实践能力和意识，提高本人综合素质和创新能力； 3）使本人受到从事本专业工程技术科学研究工作的基本训练，提高工程绘图、计算，数据处理、外文资料文献阅读、使用计算机、使用文献资料和手册、文字表达等各方面的能力； 4）培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。二： 可编程控制器的概述2.1 可编程控制器的基本知识PLC的种类繁多，其规格和性能也各不相同，对PLC的分类，通常根据其形式的不同、功能的差异和I/O点的多少进行大致分类。1. 根据PLC的结构形式可将PLC分为整体式和模块式两类。 （1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等各件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式机构。整体PLC由不同PLC点数的基本单元和扩展单元组成，基本单元内有CPU、I/O接口，与I/O扩展单元相连的扩展口、以及编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电等，没有CPU，基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。（2） 模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分分别作成诺干个单独的模块，如CPU模块、I/O 模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及其他模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成，模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活、可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用这种模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU，电源，I/O接口等也是各自独立的模块。但它们之间是非电缆进行联接，并且各模块可以应地叠装，这样不但系统可以灵活配置，还可以做的体积小巧。2. 按功能分 根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低，中，高档次。抵挡PLC具有逻辑运算、定时、计数、位移以及自诊断监控等基本功能，还有少量模拟量输入/输出，算数运算，数据传送和比较等功能，主要用于逻辑控制，顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。中档PLC除具有抵挡PLC的功能外，还有模拟量输入/输出，算数运算，数据传送和比较；数据转换，远程I/O，子程序，通信联网等功能，还有些可增设中断控制，PID控制等功能，适应于复杂的控制系统。高档PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了符号算术运算，矩阵运算，位逻辑运算，平方根运算及其他特殊功能函数的运算，制表及表格传递功能等。高档PLC具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或结构分布式网络控制系统，实现工厂自动化。3. 按I/O点数分类 根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型，中型和大型三类。小型PLCI/O点数小于256点，单CPU，8位或16微处理器，用户存储器容量4K字以下。小型PLC有以下几种系列： CE-I型 美国通用电气（GE）公司 TI100 美国德州仪器公司 F、F1、F2 日本三菱电气公司 C20 C40 日本欧姆龙公司 SF200 德国西门子公司 EX20、EX40 日本东芝公司 SR-20/21 中外合资无锡华光电子工业有限公司中型PLC点数在256-2048点，双CPU，用户存储器容量2-8K。中型PLC有以下几种系列： S7-300 德国西门子 SR-400 中外合资无锡华光电子工业有限公司 SU-5、SU-6 德国西门子公司 C-500 日本立石公司 CE- GE公司大型PLCI/O点数大于2048点，多CPU,16位、32位处理器，用户存储器容量8-16K。大型PLC有以下几种系列： S7-400 德国西门子公司 GE- GE公司 C-2000 立石公司 K3 三菱公司2.2 可编程控制器的应用与前景2.2.1 可编程控制器PLC的应用 目前，在国内外PLC已经广泛应用于冶金，石油，化工，建材，机械制造，电力，汽车，轻工，环保以及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能的不断提高，同时价格不断下降，其应用领域不断扩大，从应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：1） 逻辑运算利用PLC最基本的逻辑运算，定时，计数等功能的实现逻辑运算功能，可取代传统的继电器控制以及单片机控制，多机群控制，生产自动线控制等。例：机床，注塑机，印刷机械，装配生产线，电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。2） 运动控制大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，这一功能广泛用于各种机械设备。例如：各种机床，装配机械，机器人等机型运动控制。 3） 过程控制 大，中型PLC都具有多路模拟量I/O模拟和PID控制功能。有点小型PLC也具有模拟量输入输出，所以PLC可实现模拟量控制而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于铝炉，反应堆，水处理，酿酒及闭环位置控制和速度控制等方面。4） 数据处理 现代的PLC都具有数学运算数据传递，转换，排序和查表等功能，可进行数据的采集，分析和处理，同时通过通信接口将这些数据传送给其电智能装置。例如：CNC设备进行处理。5） 通信联网 PLC的通信包括PLC与PLC,PLC与计算机，PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元，通信转换单元相连构成网络，已实现信息的交换和构成。集中管理分散控制的多级分布式控制系统。满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。2.2.2国内外PLC发展概况 PLC在问世以来，经过40多年的发展，在美国、德国等工业发达国家已成为重要的产业之一，世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，产品不断翻新，产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC。较多的有美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：松下、三菱|富士|欧姆龙等；德国：西门子公司；法国：TE施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。 2.2.3 PLC的发展前景：（1） 产品规模向大小两个方向发展大：I/O点数达14336点，32位微处理器，多CPU并行工作，大容量存储器，扫描速度快；小：整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。（2） PLC在闭环过程中应用日益广泛；（3） 不断加强通讯功能；（4） 新器件和模块不断推出。三： 可编程控制器的编程语言3.1 可编程控制器的几种编程语言 可编程控制器的编程语言按IEC61131-3国际标准来分主要包括图形化编程语言和文本化编程语言。图形化编程语言包括：梯形图（LD-Ladder Diagram）、功能块图（FBD-Function Chart）.文本化编程语言包括：指令表（IL-Instruction List）和结构化文本（ST-Structured Text）。这些语言是基于WINDOWS操作系统的编程语言。而SFC变成语言则在两类编程语言中均可使用。下面分别来介绍这几种编程语言。3.2梯形图编程语言（LD-Ladder Diagram）梯形图来源于继电器逻辑控制系统的描述，是PLC编程中被最广泛使用的一种图形化语言，由于梯形图类似于继电器控制的电气接线图，便于理解，因此许多编程人员和维护人员都选择了这一编程方式。而且其图形结构类似于登高用的梯子，故名梯形图。梯形图程序的左右两侧有两垂直的电力轨线，左侧的电力轨线名义上为功率从左向右沿着水平梯级通过各个触电、功能、功能块、线圈等提供能量，功率流动终点是右侧的电力轨线。每一个触点代表了一个布尔变量的状态，每一个线圈代表了一个世纪设备的状态，一个简单的梯形图程序如图1所示：图3.1 一个简单的梯形图程序梯形图的每个梯级表示一个因果关系，事件发生的条件表示在梯形的左面，事件发生的结果表示在梯级的右面。梯形图编程语言具有如下特点：（1） 与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；（2） 与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于学习和掌握；（3） 对于复杂控制系统描述，仍不够清晰；（4） 可读性仍不够好。 几乎所有的PLC厂商提供的PLC都支持梯形图编程语言而且比较容易理解，只是在梯形图结构上可能稍有变化。比如西门子的S7系列梯形图就没有右边的电力轨线。有时在有些参考书中右边的电力轨线也常常被省略。3.3 功能块图编程语言（FBD-Function Block Diagram）功能块图编程语言采用功能模块表示所具有的功能，不同的功能模块具有不同的功能。功能模块用矩形来表示，每一个功能模块的左侧有不少于一个的输入端，右侧有不少于一个的输出端。功能模块的类型名称通常写在块内，其输入输出名称写在块内的