机械毕业设计（论文）-瓷砖自动包装系统设计（全套图纸）

上海机电学院毕业设计(论文) 瓷砖自动包装系统设计 （上砖模块） 学 生： 学 号： 专 业：机械电子工程 班 级： 指导教师： 上海机电学院 二 O 一六年六月 上海机电学院本科毕业（设计）论文 I 摘 要 自动打包控制系统是现在工厂生产应用最普遍的控制系统之一，它能够提高 生产效率，大大降低人工成本，使工厂效益达到最大，真正实现无人化、智能化 操作管理。 通过对瓷质砖从窑炉输出过程的分析， 考虑采用西门子公司 S7- 200 PLC 来设计整个控制系统。PLC 的抗干扰能力强，可以直接用于有强烈干扰的工业生 产现场。控制系统的硬件采用 S7- 200 的 CPU223 模块，并扩展了两个数字量模块 EM223CN， 留有一定的 I/O 点数供以后扩展功能使用， 软件部分采用梯形图编写。 详细分析了瓷质砖从窑炉输出到打包结束过程，系统的信号采集使用光电传感器 和接近开关。在瓷质砖最后的传输阶段采用了微动开关，砖到达此处触动微动开 关，发出声光提示，使操作人员及时将砖装箱，防止落下，避免了意外情况发生。 关键词：关键词：S7- 200 PLC；EM223；瓷质砖；打包控制系统 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 上海机电学院本科毕业（设计）论文 II ABSTRACT Automatic packaging control system is now the factory production of one of the most common control system application, it can improve the efficiency of production, greatly reduce labor costs, maximize the factory benefit, realize unmanned, intellectualized operation management. Through the analysis of ceramic tile from the kiln output process, consider adopting Siemens S7- 200 PLC to design the whole control system. PLC anti- jamming capability is strong, can be directly used for industrial production field have a strong interference. The hardware of the control system of the S7- 200 CPU223 module, and extends the two digital modules EM223CN, leaving the I/O points of extensions for later use, software part USES the ladder diagram. Porcelain tiles are analyzed in detail from the kiln output to the end of the packaging process, system of signal acquisition using photoelectric sensor and proximity switch. Transmission phase from the end of the porcelain tiles used the micro switch, brick arrive here touch the micro switch, a sound and light hint, make the operation personnel to pack the brick, prevent fall, avoids the accident happens. Key words: S7- 200PLC；EM223；Porcelain tiles；Packaging control system 上海机电学院本科毕业（设计）论文 目录 摘摘 要要 I ABSTRACT . II 第第 1 章章 引言引言 . 1 1.1 课题研究背景 . 1 1.2 自动打包系统的发展状况 . 2 1.3 本文主要研究内容 . 2 第第 2 章章 瓷质砖打包系统工艺流程瓷质砖打包系统工艺流程 . 4 2.1 瓷砖砖打包整体工艺流程介绍 . 4 2.2 检测元件的选择 . 4 2.3 瓷质砖排列过程设计 . 5 2.4 瓷质砖打包过程设计 . 9 第第 3 章章 打包控制系统的实现过程打包控制系统的实现过程 14 3.1 PLC 的基本概念 14 3.2 PLC 的基本组成及结构 14 3.3 硬件设计 15 3.3.1 硬件的选择 . 15 3.3.2 PLC 外部接线图 . 18 3.3.3 PLC 的 I/O 点配置 . 19 3.4 软件设计 20 3.4.1 排砖过程设计 20 3.4.2 打包过程设计 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第第 4 章章 电气控制设计电气控制设计 28 4.1 电源电路 28 4.2 PLC 输出驱动 28 4.3 低压电机主控制电路 30 4.4 开关柜操作面板 31 4.5 打包操作面板 33 第第 5 章章 结束语结束语 35 致致 谢谢 37 参考文献参考文献 . 38 附附 录录 39 附录 瓷质砖打包系统源程序 . 39 上海机电学院本科毕业（设计）论文 附录 瓷质砖打包系统控制总图纸 . 43 上海机电学院本科毕业（设计）论文 1 第 1 章 引言 1.1 课题研究背景 现代社会中，无论在任何行业，从工厂的生产，到能源的输送，到与人民生 活息息相关的各种生活用品，甚至人们的工作和休息的楼宇，到处都可以看到自 动化系统的身影。自动化系统不仅早就成为了工业和社会生活的一个组成部分， 而且是经济发展水平的重要标志。 在自动化生产日渐普及的今天，在现代化的工业生产中常常需要对产品进行 计数，包装，如果这些繁杂的工作让人工去完成的话不但麻烦，而且效率低，劳 动强度大，不适合现代化的生产需要。为了适应现代化的大规模生产某种产品， 进一步加快工业现代化的发展，提高国民经济，改善人民的生活水平,就必须设计 一套完整的自动化生产线，以便用这自动化的生产线来代替人工完成这些繁杂的 工作。自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明 显。近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使包装企业 以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低 等优点而获得出色的成绩。 近年来，生产线上的自动化控制应用已越来越多，越来越广泛。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。由于可编程控 制器（PLC）具有体积小、抗干扰能力强、组态灵活等优点，因而在工业控制系统 中得到非常广泛的应用12。 可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继承计算机、 自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便 宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的 喜欢，因此 PLC 已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。 自动打包控制系统是现在很多工厂里面都在使用的自动控制装置，它能自动 的将生产好的产品通过皮带传输，然后再通过一系列的工序将产品自动打包好或 上海机电学院本科毕业（设计）论文 2 者是摆放整齐，或者是达到其他的包装要求。 1.2 自动打包系统的发展状况 中国的包装业相对发达国家如日本和美国比较落后，所以具有非常大的发展 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。而现在的控制系统，基本上都是采用的微处理 器进行智能化控制的系统，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。 在中国，自动化技术还未成熟，还需要长时间的发展，所以发展空间很大， 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。当前中国 的经济发展格局也是非常的需要高技术来支持。这样中才会有稳定的发展状态。 向西部发展的经济战略思想必然需要有高技术随之转移，生产也将需要自动化技 术的支持，这样发展高技术自动化也就是必然的趋势3。 自动打包系统在工厂的生产过程中得到广泛应用，特别是在生产一些可以直 接使用的产品，如瓷质砖，各种饮料，书，等。 1.3 本文主要研究内容 本文主要研究基于 S7- 200 的瓷质砖自动打包系统控制。瓷质砖通过窑炉输出 后，有可能大部分砖都不是均匀排列的，所以首先让砖要通过自动排列系统，将 不整齐的砖排列整齐。这个过程依靠各种传感器对砖的位置进行检测，来控制电 机以及门及挡板达到使砖排列整齐的目的。排列整齐的砖通过皮带传输至打包系 统，通过传感器检测砖的位置，使 PLC 发出相应的信号来控制电磁阀以及电机最 终使砖叠成一叠， 再通过皮带将叠好的砖送走， 在叠好的砖被传输到皮带末端时， 砖触动微动开关发出声光提示，让操作人员及时将砖装箱。 上海机电学院本科毕业（设计）论文 3 本控制系统中采用自动运行方式与手动运行方式，正常情况下系统都是自动 运行，当出现紧急情况或者是需要单步运行时可以进行手动操作对系统进行控制， 所有控制开关及按钮都集成在开关柜上。 上海机电学院本科毕业（设计）论文 4 第 2 章 瓷质砖打包系统工艺流程 2.1 瓷砖砖打包整体工艺流程介绍 瓷质砖首先经过生产线生产通过干燥装置将其干燥后，然后通过皮带传送出 来并进行打包。瓷质砖从窑炉输出后大部分都是排列不整齐的，所以在打包前应 该将砖排列整齐。整个打包过程如图 2- 1 所示。 图 2- 1 打包系统工艺流程图 设计时考虑到砖排好后出现的应急情况，所有在将排好的砖送至打包的过程 中有 N1 和 N2 两个通道， N1 为应急通道， 当出现异常情况时砖走此条通道避免影 响打包的正常进行。通道 N2 为正常传输至打包的过程。 2.2 检测元件的选择 瓷质砖在传输的过程中，需要对砖做出相应的控制以达到控制的目的。砖在 传输的过程中必须对砖的位置进行检测，使电机及相应的机械装置动作，对砖进 上海机电学院本科毕业（设计）论文 5 行有效控制。 光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感 器的结构简单， 形式灵活多样， 因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 接近开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关， 当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使 开关动作，从而驱动直流电器或给计算机（PLC)装置提供控制指令。接近开关是 种开关型传感器（即无触点开关） ，它既有行程开关、微动开关的特性，同时具有 传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、 并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。产品有电感式、电容式、霍尔式、交、直流 型。接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。 微动开关是一种尺寸很小而又非常灵敏的弹簧引动的磁吸附式行程开关。微 动开关是具有微小接点间隔和快动机构，用规定的行程和规定的力进行开关动动 作的接点机构，用外壳覆盖，其外部有驱动杆的一种开关，因为其开关的触点间 距比较小，故名微动开关，又叫灵敏开关5。 所以本次设计采用的检测元件为光电传感器和接近开关以及微动开关作为检 测输入信号。 2.3 瓷质砖排列过程设计 瓷质砖刚从窑炉输出时，大部分砖可能是没有排列整齐的，如果让这样的砖 直接打包的话，这是非常困难的，所以在打包过程之前应该先将砖排列整齐，再 传输至打包过程，这样就使打包过程变得简单容易。 为了对瓷质砖的位置准确控制，在生产线上设置了必要的测控点以及将皮带 分为 A、B、C、D 4 段方便对砖的控制传输。如图 2- 2 和 2- 3 所示瓷质砖的排列过 程的生产线。 上海机电学院本科毕业上海机电学院本科毕业（设计）论文 6 图 2-2 窑炉输出过程主视图 上海机电学院本科毕业 图 上海机电学院本科毕业（设计）论文 7 图 2- 3 窑炉输出过程俯视图 上海机电学院本科毕业（设计）论文 8 图 2-2 和图 2-3 中各传感器和电机符号说明如表 2-1 所示。 表 2- 1 传感器及电机符号说明表 符号 说明 FP 光电传感器 1 FA 光电传感器 2 CG 接近开关 1 CB 接近开关 2 ML 慢速运行电机 MV 快速运行电机 MC 将砖送至打包处电机 MFG 控制门及挡板电机 MSC 控制皮带上升电机 从图 2- 3 和图 2- 4 可以看出，砖从窑炉输出首先到达 A 区域，刚开始时是门打 开挡板处于向上的状态，砖通过门到达 B 区域，到达挡板处时，FA 光电传感器检 测到砖，此时 PLC 内部定时器开始延时，延时时间到，关门挡板下降，此时砖到 达 C 区域，电机 MV 是一个加速电机，快速将砖送传送到 D 区域，此时瓷质砖有 两条通道可以走，一条通道为正常打包，另一条通道为紧急情况。电机 MC 正转 使砖传送到 E 区域，最终进行打包的过程。电机 MC 反转使砖通过应急通过传输 走，此时操作人员可以按紧急按钮 PBTE 使电机接触器 TCS 断开从而使电机 MC 停止运行，以确保瓷质砖能够正常输出不影响生产线的正常工作。紧急情况传输 通道如图 2- 4 所示。 图 2-4 紧急情况传输通道图 上海机电学院本科毕业（设计）论文 9 2.4 瓷质砖打包过程设计 将排好的瓷质砖通过皮带传输至打包处，对其进行打包。如图 2- 5 及 2- 6 所示 皮带的传输过程及打包过程。 图 2- 5 正常情况传输过程图 上海机电学院本科毕业 上海机电学院本科毕业（设计）论文 10 图 2- 6 瓷质砖打包过程图 上海机电学院本科毕业（设计）论文 11 整个控制系统中各传感器和电机符号说明如表 2-2 所示。 表 2-2 各传感器及电机符号说明表 符号 说明 FS 光电传感器 1 FPD 光电传感器 2 CPA 接近开关 1 CPM 接近开关 1 CPB 接近开关 1 EF 控制挡板电磁阀 EDL 使底板慢速下降电磁阀 EDV 使底板快速下降电磁阀 ES 使底板上升电磁阀 RP 微动开关 1 SP 微动开关 2 MI 使砖匀速传输至打包出电机 MIP 使叠好的一叠砖传输走 砖到达 G 区域后，通过皮带传送到达底板，光电传感器 FPD 及接近开关 CPA 检测到砖，发出控制信号使电磁阀 EDL 动作，使底板慢速下降到中间位置，接近 开关 CPM 检测到砖延时一段时间后电磁阀 EDV 使底板快速下降到达最下面，通 过皮带将堆好的一叠砖传送走，此时触动微动开关 RP 以及接近开关 CPB 检测到 砖，则电磁阀 ES 动作使底板上升到最上端，继续重复打包的过程。叠好的砖通过 皮带传送至皮带末端触动微动开关 SP，此时发出报警信号，提示操作人员及时将 叠好的砖装箱。 2.4 瓷质砖上砖气动部分设计 由设计要求可知,瓷砖上砖装置有四个移动自由度,其工作程序为:机构下降 夹具夹紧机构上升手臂右摆手臂右移机构下降夹具松开机构上升 手臂左移手臂左摆退至原位。 气动原理图如图 2- 1 所示。整个气动系统就是要对摆动气缸、夹紧气缸、伸缩 气缸和升降气缸的动作进行控制。 上海机电学院本科毕业（设计）论文 12 图 2- 1 气动原理图 气路元件表如图 3- 1 所示： 图 2- 1 气路元件表 序号 型号规格 名称 数量 1 L1- 25 单向节流阀 6 2 24D2H- 10- S1 三位四通电磁滑阀 3 3 QF- 44 手动截止阀 1 4 QSL- 26S1QTY- 20- S1 压力组件 1 5 YJ- 1 压力继电器 1 6 Q24DH- 10- S1 两位三通电磁滑阀 1 各执行机构的调速，凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安 装节流阻尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩 气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可加快起动速度，也可调节全程上的速 上海机电学院本科毕业（设计）论文 13 度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自 重下降，其度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器 气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。为简化气路，减少 电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器，这样可以省去电磁阀和切 换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺 寸、行程、速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电磁阀在压力状态下的公称 使用流量相适应来确定的。 上海机电学院本科毕业（设计）论文 14 第 3 章 打包控制系统的实现过程 3.1 PLC 的基本概念 PLC 是可编程序控制器的英文简写， 英文全称： Programmable Logic Controlle. 现代社会要求制作业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、 多规格、低成本和高质量的产品，PLC 正是顺应了这一要求的出现，它是继 承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置，其核心是以微 处理器为基础，其性能优越，已被广泛地应用于工业控制的各个领域。 可编程控制器是一种工业控制计算机， 英文全称： Programmable Controller， 为了和个人计算机(PC)区分，一般称其为 PLC。可编程控制器(PLC)是继承计 算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。其性能优越，已被 广泛地应用于工业控制的各个领域。 可编程控制器自问世以来，发展极为迅速。1971 年日本开始生产可编程控制 器，而欧洲是 1973 开始的。如今，世界各国的一些著名的电气工厂几乎都在生产 可编程控制器1。 本设计是基于 S7- 200 瓷质砖自动打包控制系统，瓷质砖从窑炉输出，经皮带 传输，通过电机转速以及挡板的控制，使其排放整齐，再使其叠放成一堆砖最后 输出的过程。此过程中主要的器件有电机及各种传感器。 3.2 PLC 的基本组成及结构 PLC 主要由 CPU 模块、I/O 模块、内存模块、电源模块、底版或机架组成。 1、CPU 模块（中央处理器） 和一般的微机一样，CPU 模块主要由微处理器（CPU 芯片）和存储器组成。 CPU 模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新 系统的输出。存储器用来存储程序和数据。CPU 在很大程度上决定了 PLC 的整体 性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量。CPU 控制着 PLC 工作，通 过读取、解释指令，指导 PLC 有条不紊的工作。 2、存储器 存储器（内存）主要用语存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成部分。PLC 上海机电学院本科毕业（设计）论文 15 中的存储器一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序一般由 厂家编写的，用户不能修改；而用户程序是随 PLC 的控制对象而定的，由用户根 据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序。 3、输入输出模块 输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。 PLC提供了各种工作电平、 连接形式和驱动能力的 I/O 模块，有各种功能的 I/O 模块供拥护选用。按 I/O 点数 确定模块的规格和数量， I/O 模块可多可少， 但其最大数受 PLC 所能管理的配置能 力，即底版的限制。 PLC 还提供了各种特殊的 I/O 模块，如热电阻、热电偶、高速计算器、位置控 制、以太网、现场总线、温度控制、中断控制、声音输出、打印机等专用型或智 能型模块，用以满足各种特殊功能的控制要求。智能接口模块是一独立的计算机 系统，它有自己的 CPU、系统程序、存储器及与 PLC 系统总线相连接的接口。 4、编程装置 编程器作用是将用户编写的程序下载至 PLC 的用户程序存储器， 并利用编程 器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示 PLC 状态、内部 器件及系统的参数等。常见的编程器有简易手持编程器、智能图形编程器和基于 PC 的专用编程软件。目前 PLC 制造厂家大都开发了计算机辅助 PLC 编程支持软 件，当个人计算机安装了 PLC 编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程 序的编辑、修改，并通过个人计算机和 PLC 之间的通信接口实现用户程序的双向 传送、监控 PLC 运行状态等。 5、电源 PLC 的电源将外部供给的交流电转换成供 CPU、存储器等所需的直流电，是 整个 PLC 的能源供给中心。PLC 大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强 的开关稳压电源，许多 PLC 电源还可向外部提供直流 24V 稳压电源，用于向输入 接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置4。 3.3 硬件设计 3.3.1 硬件的选择 西门子 S7- 200PLC 共有 5 种 CPU 模块，最多可以扩展 7 个扩展模块，扩展到 上海机电学院本科毕业（设计）论文 16 248 点数字量 I/O 或 38 路模拟量 I/O，最多有 30 多 KB 的程序存储空间和数据存 储空间。S7- 200CPU 技术规范如表 3- 1 所示。 本次设计的控制系统输入量为 22 路，输出量为 16 路，通过表 3- 1 的对比， CPU226 刚好能够满足本设计的要求， 但是设计中都要对 I/O 点数要有一定的预留， 方便以及技术改进使用，而且 PLC 的价格与 CPU 的 I/O 点数有关，点数越多价格 越高，从综合角度考虑，本次设计选择 CPU224，14 路输入 10 路输出，这种型号 的 CPU 模块在工程中也是最常用的。 表 3- 1 S7- 200CPU 技术规范表 技术规范 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP CPU226 存储器特性 存储器用户程序 运行模式下编辑 非运行模式下编 辑 4096 字节 4096 字节 4096 字节 4096 字节 8192 字节 12288 字节 12288 字节 16384 字节 16384 字节 24576 字节 用户数据 2048 字节 2048 字节 8192 字节 10240 字节 10240 字节 掉电保持 （超级电容） 50 小时/典 型值（40C 时最少 8 小 时） 50 小时/典型 值（40C 时 最少 8 小时） 100 小时/典 型值（40C 时最少 70 小 时） 100 小时/典 型值（40C 时最少 70 小 时） 100 小时/典型值 （40C时最少 70 小时） (可选电池) 200 天/典型 值 200 天/典型 值 200 天/典型 值 200 天/典型 值 典型值 200 天 本机 I/O 特性 本机数字量 I/O 6 输入/4 输 出 8输入/6输出 14输入/10输 出 14输入/10输 出 24 输入/16 输出 本机模拟量 I/O 无 无 无 2输入/1输出 无 数字 I/O 映象区 256(128 输入/128 输出) 模拟 I/O 映象区 无 32(16 输入 /16 输出) 64(32 输入/32 输出) 允许最大的扩展 I/O 模块 无 2 个模块 7 个模块 7 个模块 7 个模块 允许最大的智能 模块 无 2 个模块 7 个模块 7 个模块 7 个模块 选用 CUP224 模块还不能满足本次设计要求，还需要扩展 I/O 点数。PLC 的 I/O 扩展分为数字量扩展模块和模拟量扩展模块，本设计中输入和输出信号都是数 上海机电学院本科毕业（设计）论文 17 字信号，故采用数字量扩展模块。数字量扩展模块主要分为：数字量输入模块 （EM221） 、数字量输出模块（EM222）及数字量输入/输出模块（EM223） ，它们 的各种参数如表 3- 2 所示。 通过表 3- 2 对各模块的参数比较，选择两个 EM223CN 8 路输入/8 路输出数字 量扩展模块， DC24V 直流电压。 PLC 内部也是采用 DC24 直流电压， 可与 EM223CN 数字量扩展模块并联使用，刚好能够满足设计要求，并且也预留有足量的 I/O 点方 便以后技术改进及扩展使用。 表 3- 2 数字量 I/O 扩展模块表 型号 各组输入点数 各组输出点数 EM221 CN,8 输入 DC 24V 4,4 EM221，8 输入 AC 230V 8 点相互独立 EM221 CN,16 输入 DC 24V 4,4,4,4 EM222，4 输出 DC24V，5A 4 点相互独立 EM222，4 继电器输出，10A 4 点相互独立 EM222 CN,8 输出 DC 24V 4,4 EM222 CN,8 继电器输出 4,4 EM222，8 输出 AC 230V 8 点相互独立 EM223 CN,4 输入/4 输出 DC 24V 4 4 EM223 CN,4 输入 DC24V/4 继电器输出 4 4 EM223 CN,8 输入 DC24V/8 继电器输出 4,4 4,4 EM223 CN,8 输入/8 输出 DC 24V 4,4 4,4 EM223 CN,16 输入/16 输出 DC 24V 8,8 4,4,8 EM223 CN,16 输入 DC24V/16 继电器输出 8,8 4,4,4,4 EM223，32 输入/32 输出 DC 24V 16,16 16,16 EM223，32 输入 DC24V/32 继电器输出 16,16 11,11,10 上海机电学院本科毕业（设计）论文 18 3.3.2 PLC 外部接线图 图 3- 1 PLC 外部接线图 上海机电学院本科毕业（设计）论文 19 PLC 内部工作电压为 24V 直流电压，数字量扩展模块 EM223 工作电压也是 24V 直流电压，与 PLC 采用并联的方式连接，各 I/O 点的连接如图 3- 1 所示。 PLC 外部接线图的各符号说明如表 3- 3 所示。 表 3- 3 PLC 外部接线图的符号说明表 符号 说明 X1 开关柜接线端子 X1 X2 开关柜接线端子 X2 IRF 排砖过程中间继电器控制 IRFI 打包系统中间继电器控制 VT291 开关柜 3.3.3 PLC 的 I/O 点配置 PLC 的 I/0 点的分布以及各功能的详细说明如表 3- 4 所示。输入用 I 表示，输 出用 Q 表示。 除了设计中使用的 I/O 点外， 还预留了部分 I/O 点作为以后扩展功能 或者是技术改进使用。 表 3- 4 PLC 的 I/O 点配置表 模块名称 地址 符号 功能 备注 CPU224 输入端 I0.0 PBF 停止开关 窑炉输入 I0.1 PAF 自动运行开关 I0.2 LTF 热磁式继电器常闭触电 I0.3 FA 光电开关 1 I0.4 FP 关电开关 2 I0.5 CG 接近开关 1 I0.6 CB 接近开关 2 I0.7 SI 反转开关 I1.0 PBI 停止开关 打包输入 I1.1 PAI 自动运行开关 I1.2 LTI 热磁式继电器常闭触电 I1.3 FPD 光电开关 3 I1.4 FS 关电开关 4 I1.5 CPA 接近开关 3 EM223 模块 1 输入端 I2.0 CPM 接近开关 4 I2.1 CPB 接近开关 5 I2.2 RP 微动开关 1 I2.3 SP 微动开关 2 I2.4-I2.7 输入备用 上海机电学院本科毕业（设计）论文 20 续表 3- 4 PLC 的 I/O 点配置表 模块名称 地址 符号 功能 备注 EM223 模块 2 输入端 I3.0 PSP 底座上升按钮 I3.1 PDP 底座慢速下降按钮 I3.2 PTP 驱动电机 MTP 按钮 I3.3 PT 警告 I3.4-I3.7 输入备用 CPU224 输出端 Q0.0 RLV 电机快速、慢速运行 窑炉输出 Q0.1 RFG 控制瓷质砖输出的门、挡板 Q0.2 RSC 驱动电机 MSC 使砖传输至 C 处 Q0.3 RCD 驱动电机 MC 右转使砖传输至 D 处 Q0.4 RCS 驱动电机 MC 左转使砖传输至 E 处 Q0.5 RT1 驱动电机 MT1 打包输出 Q0.6 RTP 驱动电机MTP将打包好的一堆砖送走 Q0.7 RIL 驱动电机 MI 慢速运转 Q1.0 RIV 驱动电机 MI 快速运转 Q1.1 EF 驱动电磁阀 1 使挡板下降 EM223 模块 1 输出端 Q2.0 EDL 驱动电磁阀 2 使底板慢速下降 Q2.1 EDV 驱动电磁阀 3 使底板快速下降 Q2.2 ES 驱动电磁阀 4 使底板上升 Q2.3-Q2.7 输出备用 EM223 模块 2 输出端 Q3.0 RL1 指示灯 L1 Q3.1 RL2 指示灯 L2 Q3.2 RS 报警输出 Q3.3-Q3.7 输出备用 3.4 上砖机构的 PLC 控制设计 3.4.1 由图 2- 1 可知,上砖机构装置的上升、下降分别由电磁铁 1YA、2YA 控制, 上砖机构装置的夹紧和松开由电磁铁 3YA、4YA 控制,上砖机构装置的左摆、右摆 由电磁铁 5YA、 6YA 控制， 上砖机构装置的左伸、 右伸由电磁铁 7YA、 8YA 控制。 当工件已搬到工作台 B 返回时,为安全起见,用光电开关发出有无工件信号， 电磁铁 动作顺序如表 2- 1。 表 3- 1 电磁铁动作顺序 工 位号 动作 名称 电磁铁 YA 2Y A 3Y A 4Y A 5Y A 6Y A 7Y A 8Y A 0 原位 - - + - - - - 上海机电学院本科毕业（设计）论文 21 1 下降 + - + - - - - 2 夹紧 - + - - - - - 3 上升 - + - - - - - 4 右摆动 - + - + - - - 5 右伸 - + - - - + - 6 下降 + + - - - - - 7 放松 - - + - - - - 8 上升 - - + - - - - 9 左伸 - - + - - - + 1 0 左摆动 - - + - + - - 该系统除了开关量的输入、输出外,没有其他方面的要求。确定输入点数为 22 个,其中行程开关 6 个,光电开关 1 个,操作按钮 11 个,工作方式选择开关 2 个;输出点 数为 12,其中电磁铁 8 个,指示灯 4 个。 4.2 I/O 分配 根据以上分析，要选择输人点的个数大于 14、输出点个数大于 10 的 PLC。对 PLC 的扫描速度及其它方面无特殊要求。选用 S7- 200(CPU226)型号的 PLC。它共 有 24 个输人、16 个输出点、随机存储器为 8KB、计数器 256 个、定时器 256 个； 有 2 个高速脉冲输出端和 2 个 RS- 485 通信口；具有 PPI 通信协议、MPI 通信协议 和自由口协议的通信能力；运行速度快、功能强，适用于要求较高的中小型控制 系统。PLC 与器件的逻辑接线电路图，见图 3- 1： 上海机电学院本科毕业 图 3- 1 PLC 与器件的逻辑接线电路图 3.3 PLC 控制梯形图 由以上 I/O 分配和电磁铁的动作顺序采指令编写梯形图程序 上海机电学院本科毕业（设计）论文 22 与器件的逻辑接线电路图 分配和电磁铁的动作顺序采指令编写梯形图程序，见图见图 4- 2 上海机电学院本科毕业（设计）论文 23 图 3- 2 梯形图 3.3 PLC 控制程序指令 地址 指令 数据 0000 LD I1.0 0001 A I0.7 0002 O Q1.0 0003 = Q1.0 0004 LD SM0.0 0005 A I1.1 0006 A I0.6 0007 = Q1.1 0008 R Q0.0,8 0009 LD I2.2 0010 A I2.4 0011 AN Q1.3 0012 = M0.3 上海机电学院本科毕业（设计）论文 24 0013 = Q1.2 0014 LD I2.3 0015 AN Q1.2 0016 = Q1.3 0017 LD M0.3 0018 A Q1.1 0019 O Q0.6 0020 AN Q0.7 0021 O Q1.3 0022 A I2.1 0023 = Q0.6 0024 LD I2.0 0025 A I0.2 0026 A I0.4 0027 A Q0.6 0028 O Q0.3 0029 AN Q0.2 0030 AN Q0.7 0031 O Q1.3 0032 A I1.3 0033 = Q0.3 0034 LD Q0.3 0035 A I0.2 0036 A I0.4 0037 A I0.1 0038 O Q0.7 0039 AN T37 0040 O Q1.3 0041 A I2.0 0042 = Q0.7 上海机电学院本科毕业（设计）论文 25 0043 LD Q0.7 0044 AN Q0.3 0045 AN Q0.0 0046 O Q1.3 0047 A I1.2 0048 = Q0.2 0049 LD Q0.2 0050 A I0.0 0051 A I0.2 0052 A I0.4 0053 O Q0.0 0054 AN Q0.0 0055 AN Q0.5 0056 O Q1.3 0057 A I1.7 0058 = Q0.0 0059 LD Q0.0 0060 A I0.0 0061 A I0.3 0062 A I0.4 0063 O Q0.5 0064 AN Q0.4 0065 AN Q0.3 0066 O Q1.3 0067 A I1.5 0068 = Q0.5 0069 LD Q0.5 0070 A I0.0 0071 A I0.3 0072 A I0.5 上海机电学院本科毕业（设计）论文 26 0073 O Q0.3 0074 AN Q0.2 0075 AN Q0.6 0076 O Q1.3 0077 A I1.3 0078 = Q0.3 0079 TON T37,+100 0080 LD Q0.3 0081 A I0.1 0082 A I0.3 0083 A I0.5 0084 O Q0.6 0085 A T37 0086 AN Q0.7 0087 O Q1.3 0088 A I2.1 0089 = Q0.6 0090 LD Q0.6 0091 AN Q0.3 0092 AN Q0.1 0093 O Q1.3 0094 A I2.1 0095 = Q0.2 0096 LD Q0.2 0097 A I0.0 0098 A I0.3 0099 A I0.5 0100 O Q0.4 0101 AN Q0.5 0102 AN Q0.1 上海机电学院本科毕业（设计）论文 27 0103 O Q1.3 0104 A I1.4 0105 = Q0.4 0106 LD Q0.4 0107 A I0.0 0108 A I0.3 0109 A I0.4 0110 O Q0.1 0111 AN Q0.0 0112 AN Q1.1 0113 O Q1.3 0114 A I1.6 0115 = Q0.1 0116 LD I2.5 0117 R Q0.0,12 上海机电学院本科毕业 第 4 4.1 电源电路 电路模块是最基本的部分， 计电机采用三相异步电动机， 所以需要 西门子 S7- 200PLC 以及扩展模块所需要的工作电压是直流 其进行变压，得到所需电压等级 保证安全。L1、L2、L3 分别为三相电压的 要的电压。图中 FAN 为开关柜中的散热风扇 设备。电源部分设计如图 4- 1 所示 4.2 PLC 输出驱动 PLC 自身的驱动能力很小 过驱动继电器，使继电器驱动交流接触器 4-2 所示。 上海机电学院本科毕业（设计）论文 28 4 章 电气控制设计 ，也是所有电机及其 PLC 所需要的基本电能 所以需要 380V 电压， 继电器工作电压为交流 以及扩展模块所需要的工作电压是直流 24V，用三相变压器对 得到所需电压等级，图中 PE 为接地，三相交流电机均需要接地 分别为三相电压的 U 相 V 相 W 相，通过变压器得到所需 为开关柜中的散热风扇，防止开关柜中的温度过高烧毁电器 所示。 图 4-1 电源电路图 自身的驱动能力很小，不能直接驱动驱动功率较大的电机，所以只能通 使继电器驱动交流接触器，从而控制电机的运行。控制电路如图 所需要的基本电能。本设 继电器工作电压为交流 110V， 用三相变压器对 三相交流电机均需要接地，以 通过变压器得到所需 防止开关柜中的温度过高烧毁电器 所以只能通 控制电路如图 上海机电学院本科毕业 图 4-2 瓷质砖排列过程中间 当自动运行开始按钮 PAF 电器RLV此时接触器TL和TV 从而使整个系统开始处于自动运行状态 Q0.1 发出脉冲信号驱动继电器 挡板下降最终使瓷质砖达到 C RSC 使接触器 TSC 接通从而控制电机 达 D 区域后，PLC 的 Q0.3 接通驱动继电器 转，最终让瓷质砖通过 N2 通道 通驱动继电器 RCD 使接触器 TCD 反转，让瓷质砖通过应急通道 打包过程中间继电器驱动和瓷质砖输出过程类似 图纸的第 5 张图。 上海机电学院本科毕业（设计）论文 29 瓷质砖排列过程中间继电器驱动电路图 按下时，则此时 PLC 的 Q0.0 输出脉冲信号驱动继 TV接通从而带动慢速电机ML和快速电机MV 从而使整个系统开始处于自动运行状态。当瓷质砖在 B 区域延时后此时 发出脉冲信号驱动继电器 RFG 使接触器 TFG 接通从而控制电机 MFG 区域，此时 PLC 的 Q0.2 发出脉冲信号驱动继电器 接通从而控制电机 MSC 运行使 D 区域的皮带上升，瓷质砖到 接通驱动继电器 RSC 使接触器 TCS 接通使电机 通道传输至打包处。当出现紧急情况时，线圈 TCD 接通， 改变三相电压的相序， 从而控制电机 （N1）传输走。 打包过程中间继电器驱动和瓷质砖输出过程类似，见附录打包系统控制总 输出脉冲信号驱动继 MV运行， PLC 的 MFG 运行让 发出脉冲信号驱动继电器 瓷质砖到 接通使电机 MC 正 Q0.4 接 从而控制电机 MC 打包系统控制总 上海机电学院本科毕业 4.3 低压电机主控制电路 低压电机主电路采用三相交流电压 热磁式继电器、交流接触器和三相异步电动机串联 流接触器的控制，从而对电机运行进行控制 壳全部都接地，这主要是为了防止电机在运行时机壳带电造成安全事故 电器的控制过程参考图 4- 2。MC 和 TCD 的主触点改变进入电动机的三相电源的相序 向。 当瓷质砖能够正常通过则电机 接触器 TCD 接通，此时电机反转通过通道 法来将砖装箱。图 4- 3 为窑炉输出排砖过程的电机控制电路图 路图也是同样的连接方法。 图 4-3 整个自动打包控制系统中各电机的主接线图参见附录 3/11，控制系统中所有电机的符号及功能说明见如表 上海机电学院本科毕业（