《可编程控制器》课程设计-PLC在MB322型联合烫剪机上的应用.doc

设 计 说 明 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目：PLC在MB322型联合烫剪机上的应用 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 2014级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院电气工程系2017年 3月 1日目录1、引言11.1背景11.2设计内容及目的12、系统总体方案设计32.1 系统硬件配置及组成原理32.1.1系统硬件配置32.1.2 PLC系统的结构组成32.1.3自动双层停车场组成原理32.2 系统变量定义及分配表42.3 系统接线图设计53、控制系统程序设计53.1 控制程序流程图设计63.2 控制系统的设计思路及设计程序73.3 创新设计内容114、控制系统的上位机设计124.1 人机界面选择124.2 人机界面设计124.2.1通讯连接124.2.2变量设置144.2.3画面组态145、系统调试及结果分析155.1 PLC程序调试及解决的问题165.2 PLC与上位机联调175.3 结果分析17结束语17附录：程序梯形图181 引言1.1背景联合烫剪机是人造毛皮生产的专用设备，一次性完成后整理的两个重要工序，工效较高。在采用PLC作为中心控制单元后，其自动化程度得到了大大提高，具有自动避让布缝及断针检测多种保护功能，深受人造毛皮厂家的欢迎。1.2设计内容及目的（一）设计题目PLC在MB322型联合烫剪机上的应用（二）情况简介联合烫剪机是人造毛皮生产的专用设备。它先烫后剪，一次性完成后整理的两个重要工序，工效较高。在采用PLC作为中心控制单元后，其自动化程度得到了大大提高，具有自动避让布缝及断针检测多种保护功能，深受人造毛皮厂家的欢迎。1. MB322型联合烫剪机的构造及人造毛皮后整理的工艺过程MB322型联合烫剪机是一种流水作业式生产设备，其构成如图所示。从图中可看出，待整理的人造毛皮经导向辊、张紧辊展开并绷紧在各个加工面上，并在驱动辊的带动下边前进边加工。依加工整理工序过程，人造皮毛先经过金属探测器，该工序的目的是检出前面生产工序中可能夹带在毛皮中的金属断针，以保障烫剪安全。其二是经过毛皮接缝检测器，因为接缝处无毛不宜经过剪毛工序。再是先烫后剪，加工完成后的人造毛皮最后经摆动辊折叠打包成为成品。在MB322型联合烫剪机中，烫毛工艺是烫辊完成的，烫辊是一种电加热的圆筒形设备，由电机带动高速旋转，在加热到一定温度后与人造毛皮接触，完成烫毛工序，烫辊的温度由温控仪手动控制。烫辊与人造皮毛的接触依赖烫毛支呢架。由于烫辊是加热而又高速旋转的，为了使烫辊不发生与平衡位置有关的热变形，烫辊需先起动旋转再加热，高温停车时需在停止加热后30min停车，温控仪除了提供烫加工温度调节外，还提供一路烫辊热状态的信号用于烫辊的停车控制。剪毛工序由剪辊完成，剪辊是高速旋转的圆盘剪刀，正转时用于剪毛，反转时用于磨刀。剪辊加工前不与人造毛皮接触，剪毛时则经剪毛支呢架将毛皮推向刀口。在MB322型联合烫剪机中，布进用来加工生产，布进由驱动辊电机实现，电机为交流电动机，采用变频调速以改变布进速度适应不同规格产品的需要。驱动辊电机还需反转，反转时为布退，布退用于加工位置的调节。（三）设计要求1、系统配置空压机一台，用于产生烫辊支呢架及剪辊支呢架操作所需压缩空气。空压机设启动、停止按钮各l。2、 系统配置吸风机一台，用于吸走剪辊中剪下的断毛。吸风机设启动、停止按钮各1。3、烫辊需要正转，设启动、停止按钮各1只，但烫辊在热态停车时，需延时30min停止转动。4、剪辊需正反转，设正、反及停止按钮各1只。5、布驱动辊电机及摆布辊电机采用变频拖动，布驱动电机为正反转，摆布电机为正转。布进、布退各设启动按钮1只，布停按钮1只。摆布辊设启动及停止按钮各1只。 6、烫辊支呢架及剪辊支呢架设开关控制，当开关接通时，支呢架升起，开关断开时支呢架落下。根据生产的安全及工艺要求，MB322型联合烫剪机还有以下联锁控制要求：1、系统只有在剪辊剪刀罩安放到位，刀罩限位开关接通时方可操作 。2、吸风机仅在剪辊正转时才能启动。3、在步进状态时，摆布辊电机才能得电，烫毛支呢架及剪毛支呢架才能升起。4、当金属探测器检出断针时，蜂呜器发声报警，剪辊、烫毛支呢架、剪毛支呢架、伽驱动辊均须立即停止，等查出并排除断针后系统方可再次启动。5、当缝头检测限位开关发现缝头，并发出缝头信号时，系统将启动避缝程序，使布缝通过剪辊时，剪毛支呢架下降片刻以使布缝避开剪刀。（4） 设计目的根据上述设计要求，设计出PLC在MB322型联合烫剪机上的应用的控制屏的控制程序和触控屏模块，使MB322型联合烫剪机能有效且正确的处理毛皮，使工作效率得到提高带来更大的经济效益。2、系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1系统硬件配置（1）Siemens S7-200 CPU226（2）维控触摸屏2.1.2 PLC系统的结构组成图2-1 PLC系统的结构框图2.1.3 MB322型联合烫剪机组成原理MB322型联合烫剪机由空压机、驱动电机、加热器、吸风机、支呢架、检测开关等部件组成，由驱动电机带动毛皮的传动进行加工，由烫锟和烫锟支呢架对毛皮进行热处理，由剪锟和剪锟支呢架对毛皮进行裁剪工作，并且通过缝头传感器、金属传感器、限位开关对系统工作的安全性进行保证，最后由摆布锟电机进行装入吸布小车。其原理图2-2所示。图2-2 MB322型联合烫剪机原理图2.2 系统变量定义及分配表根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。在我的设计方案中，I/O分配如表2-1、表2-2所示。表2-1 输入信号的定义及地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号系统总开关常开按钮SB1I0.0空压机开关SB2I0.1吸风机开关SB3I0.2烫锟启动开关SB4I1.7烫锟停止开关SB5I2.0剪锟正转开关SB6I0.4剪锟反转开关SB7I0.5布驱动锟正转开关SB8I0.6布驱动锟反转开关SB9I0.7摆布锟开关SB10I1.0烫锟支呢架开关SB11I1.1剪锟支呢架开关SB12I1.2金属检测信号SB13I1.4金属排除信号SB14I1.5缝头检测信号SB15I1.6温度检测信号SB16I0.3剪刀罩信号限位开关SQ17I1.3表2-2 输出信号的定义及地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输出信号空压机输出接触器KM1Q0.0吸风机输出KM2Q0.1烫锟电机输出KM3Q0.2烫锟加热器输出KM4Q1.3剪锟正转输出KM5Q0.3剪锟反转输出KM6Q0.4布驱动锟正转输出KM7Q0.5布驱动锟反转输出KM8Q0.6摆布锟输出KM9Q0.7烫锟支呢架输出KM10Q1.0剪锟支呢架输出KM11Q1.1蜂鸣器输出KM12Q1.2系统工作指示灯指示灯KM13Q1.4刀闸到位指示灯KM14Q1.52.3 系统接线图设计接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。 根据系统变量定义及分配表可以看出，要实现控制目的要利用PLC中的17个输入继电器和14个输出继电器，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7200(CPU226)，这种机型的I/O点数分别为24/16；而输入部分的电压可以采用DC24V的直流电，输出部分的电压则必须采用AC220V的交流电，并且热继电器的辅助常闭触点要接在主线上，这样才能达到保护的目的。此PLC在MB322型联合烫剪机控制的接线图可如图2-3所示。图2-3 MB322型联合烫剪机控制的接线图3控制系统程序设计3.1 控制程序流程图设计我设计的PLC在MB322型联合烫剪机上的控制主要包括设备正反转间的互锁和多个设备的相互关联及控制要求。具体的程序流程图如图3-1到图3-10所示。SB1 否剪刀罩是否到位 是 系统启动 无法启动图3-1 系统总开关的程序流程图 SB2 系统是否启动 否 空压机启动 无法启动 是图3-2 空压机控制的程序流程图SB3 否 系统是否启动 是 否无法启动正常启动 剪锟是否正转 是 图3-3 吸风机控制的程序流程图 SB4 系统是否启动 否烫锟电机启动 是 延时1min无法启动烫锟加热器启动图3-4 烫锟启动的程序流程图 SB5加热器停止加热 否 烫锟是否处于热态 是延时30min电机停止转动图3-5 烫锟停止的程序流程图 SB6 SB7 系统是否启动 否 否 系统是否启动是是 是 是 是否检测出断针 是否检测出断针是是 否 否 剪锟是否反转 剪锟是否正转 否 否剪动锟反转输出无法启动剪锟正转输出图3-6 剪锟启动的程序流程图图3-7 驱动锟启动的程序流程图 SB10否 系统是否启动 是是 无法启动摆布锟启动 驱动锟是否正转否 图3-8 摆布锟启动的程序流程图 SB11否 布驱动锟是否正转 是 是否检测到断针 是 否 无法启动 烫锟支呢架启动图3-9 烫锟支呢架启动的程序流程图 SB12 系统是否启动 否 是 是否检测到断针 是 否 延时5S 是否检测到缝头 否无法启动剪锟支呢架启动图3-10 剪锟支呢架启动的程序流程图3.2 控制系统的设计思路及设计程序设计思路：我先就本系统所需的点数进行了大致的估算，将CPU的地址进行分配。然后先将没有限制启动条件和互锁条件的设备先进行设计，再将有互锁条件、启动条件的设备进行设计，在程序梯形图中串入其他设备输出线圈的常开或常闭触点来构成启动条件。在本系统中总共设置了17个开关，分别是I0.1、I0.2、一直到I2.0在设备启动之前，首先要查询系统工作的标志位是否为1，只有系统总开关开启以后，各设备才能正常启动。空压机的启动：（1）如果系统工作标志为1，则空压机正常启动。（2）如果系统工作标志为0，则空压机无法启动。布驱动锟的正转与反转：（1）如果系统工作标志（Q1.4）为1，且系统未检测到断针（即蜂鸣器Q1.2未接通）则布驱动锟可正常启动。（2）布驱动锟的正转（Q0.5）与反转(Q0.6)间设置了互锁，若布驱动锟正转时，则无法直接反转，应先将正转停止后，在进行反转。（3）若布驱动锟工作时系统检测到断针（即蜂鸣器Q1.2接通），则布驱动锟立即停止（Q0.5或Q0.6立即为0）。剪锟的正转与反转：（1） 如果系统工作标志（Q1.4）为1，且系统未检测到断针（即蜂鸣器Q1.2未接通）则剪锟可正常启动。（2）剪锟的正转（Q0.3）与反转(Q0.4)间设置了互锁，若剪锟正转时，则无法直接反转，应先将正转停止后，在进行反转。（3）若剪锟工作时系统检测到断针（即蜂鸣器Q1.2接通），则剪锟立即停止（Q0.3或Q0.4立即为0）。吸风机的启动与停止：（1）如果系统工作标志（Q1.4）为1，且剪锟正转（即Q0.3为1）则吸风机可正常启动（Q0.1为1）。（2）如果剪锟停止工作或剪锟反转（Q0.4为1），则吸风机也停止工作（Q0.1为0）。摆布锟电机的启动与停止：（1）如果系统工作标志（Q1.4）为1，且布驱动锟正转（即Q0.5为1）则摆布锟电机可正常启动（Q0.7为1）。（2）如果布驱动锟停止工作或布驱动锟反转（Q0.6为1），则摆布锟电机也停止工作（Q0.7为0）。烫锟的启动与停止：（1）如果系统工作标志（Q1.4）为1，则按下启动开关（I1.7）烫锟电机立即启动（即Q0.2为1），同时定时器（T37）开始定时，延时待电机启动完成后（本程序中设定延时时间为30S），将加热器输出线圈（Q1.3）置1，则启动完成。（2）按下停止按钮时，首先检测热态信号是否为1（即M0.3），若热态信号为0，则电机和加热器（即Q0.2和Q1.3）同时停止。若热态信号为1，则先将加热器（Q1.3置位0），同时启动定时器（T38）开始定时，待定时时间到后（本系统要求延时时间为30min），再关闭电机（即Q0.2置为0）。烫锟支呢架的启动：（1） 按下启动开关（I1.1）时，如果布驱动锟正转（Q0.5）且系统未检测到断针（即Q1.2为0），则烫锟支呢架升起（Q1.0为1）。剪锟支呢架的启动：（1） 按下启动开关（I1.2），如果布驱动锟正转（Q0.5）且系统未检测到断针（即Q1.2为0），则剪锟支呢架升起（Q1.1为1）。（2） 若检测到缝头（即M0.5为1），则剪锟支呢架下落（即Q1.1），同时定时器开始定时（T39）（本系统定时时间为5S），待时间到后，剪锟支呢架在升起。具体的逻辑程序见附录。3.3 创新设计内容在我的程序中，主要的创新点：（1） 是剪锟和布驱动锟的正反转间加入了互锁保护，使系统无法同时操作正转与反转，更加安全可靠。（2） 是在程序中使用了部分的置位和复位指令，可以避免双线圈带来的麻烦。（3） 是在程序中将两个开关控制一台设备改成了单开关控制启停程序，并配合维控触摸屏的位状态指示将设备的运行状态显示在触摸屏上，使得运行状态一目了然，且减少了部分的IO点数，若系统需要扩展时还有空出的IO口可以使用。4、控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择对于人机界面，我选择用维控科技Levi Studio触摸屏来制作。运用触摸屏，可以避免启动等按键的机械损耗，并且，触摸屏拥有可视化界面，用户可以通过触摸屏对系统的运行状态进行实时监控。4.2 人机界面设计4.2.1通讯连接在系统的设备栏里，点击COM1，设备类型选Siemens S7-200 CPU224XP PPI,HMI型号选LEVI 777A,然后进行串口参数设置，如下图所示。26图4-1 通讯连接相关图4.2.2变量设置表4-1 上位机输入、输出变量4.2.3画面组态我的人机界面具体分为两个界面：系统总界面界面和操作界面（如下图）。图4-2 系统总界面图图4-3 操作界面图图4-3为操作的界面图，我设置了15个按钮和15个指示灯。当系统总开关开启后，可进入操作界面进行操作，设备工作时相应的指示灯会点亮，用户可通过触摸屏状态实时监控设备的运行状态。5、系统调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为226，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。利用S7-200仿真软件调试各设备的启动结果如下图（图5-1）。图5-1 各设备启动的仿真图5.2 PLC与上位机联调上位机我是采用维控科技Levi Studio软件编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新