《可编程控制器》课程设计-包装生产线的PLC控制设计.docx

设 计 任 务 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目： 包装生产线的PLC控制 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14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2017年 2 月 20日可编程控制器课程设计任务书（一）设计题目包装生产线的PLC控制（二）情况简介当今社会是一个快节奏的高科技时代，自动化流水作业已经大大取代了之前的手工作业，这大大提高了生产效率。这也使得工业中的包装生产线，运用得更加广泛。为了适应现代化的大规模生产某种产品，而且需要对其进行计数，包装，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。 如果想在竞争激烈的社会中生存下去，必须顺应社会的发展，科学的改革，运用科学技术，提高生产效率，节约成本，创造效益，这也就是自动化包装生产线的重要性。（三）设计要求1.任务描述某包装生产线上，包装物品由传送带1随时运来，运送时间不固定，因此包装物品的间隔是不确定的，有的包装距离较远，有的包装则靠在了一起。在传送带1的电动机轴上安装一个旋转编码器E6A，电动机转动1圈，旋转编码器发出1个脉冲。每个包装物品的宽度是4个脉冲，当光电检测器SP1检测到包装物品，且旋转编码器发出4个脉冲时，表示有1个包装物品通过传送带1到传送带2。这样就可以通过对旋转编码器发出的脉冲数的计数，实现对包装物品的准确计数。2.控制要求说明a.按下启动按钮SB1后，传送带1和传送带2运转，传送包装物品到传送带2。b.当传送带2上有3个物品后，挡板电动机M1正转，驱动挡板上升，阻止后面的包装物品继续运送到传送带2上。c.当挡板上升到位，上限位开关SQ3动作，挡板停止上升，推动器电动机M2正转，将3个包装物品向前推出。d当推动器到达前限位开关SQ2动作，推动器停止向前，推动器电动机M2反转，驱动推动器后退。e当推动器后退到位时，后限位开关SQ1动作，推动器停止后退，推动器电动机M2停转。此时挡板电动机M1反转，驱动挡板下降。f当挡板下降到位，下限位开关SQ4动作，挡板回到初始位置。（四）设计步骤1.查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。2.确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。3.绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。4.编程。5.调试。6.编写设计说明书。（五）设计说明书要求1.完整的设计任务书。2.确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。3.正确合理地进行编程元件的地址分配。4.画出输入/输出接线图及相关电气原理图。5.设计梯形图控制程序。6.编制系统的操作说明。7.编制系统的调试说明及注意事项。8.设计体会（可选）.9.参考文献.（六）列出设计参考资料目录设计时间2017 年 2 月 20 日至 2017 年 3 月 5 日（2周）指导教师 设 计 说 明 书可编程控制器课程设计设 计 题 目： 包装生产线的PLC控制 学 院： 机电工程学院 学 号： 3146108071 专业（方向）年级： 14级电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 陈翰 福建农林大学金山学院信息与机电工程系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32.1.2PLC系统的结构组成32.1.3包装生产线的PLC控制组成原理42.2系统变量定义及分配表52.3系统接线图设计53控制系统程序设计73.1控制程序流程图设计73.2控制系统的设计思路及设计程序83.3创新设计内容124控制系统的上位机设计134.1人机界面选择134.2人机界面设计134.2.1通讯连接134.2.2变量设置134.2.3画面组态145系统调试及结果分析165.1PLC程序调试及解决的问题165.2PLC与上位机联调165.3结果分析17结束语18参考文献19附录：程序梯形图201 引言1.1 背景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，不适合于现代化的生产需要，并且加重了工人的劳动强度。 在这个迅速发展的信息社会，社会在进步，科技在迅猛发展，一切工业生产都在讲究生产效率。如果想在竞争激烈的社会中生存下去，必须顺应社会的发展，科学的改革，运用科学技术，提高生产效率，节约成本，创造效益，方能使企业得以站稳脚步，立足于不败之地。现代的科技信息化时代，逼着工厂企业去探索，创新! 为了适应现代化的大规模生产某种产品，而且需要对其进行计数，包装，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。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。1.2 设计内容及目的本次的课程设计的主题就是：包装生产线的PLC控制。1.任务描述某包装生产线上，包装物品由传送带1随时运来，运送时间不固定，因此包装物品的间隔是不确定的，有的包装距离较远，有的包装则靠在了一起。在传送带1的电动机轴上安装一个旋转编码器E6A，电动机转动1圈，旋转编码器发出1个脉冲。每个包装物品的宽度是4个脉冲，当光电检测器SP1检测到包装物品，且旋转编码器发出4个脉冲时，表示有1个包装物品通过传送带1到传送带2。这样就可以通过对旋转编码器发出的脉冲数的计数，实现对包装物品的准确计数。2.控制要求说明a.按下启动按钮SB1后，传送带1和传送带2运转，传送包装物品到传送带2。b.当传送带2上有3个物品后，挡板电动机M1正转，驱动挡板上升，阻止后面的包装物品继续运送到传送带2上。c.当挡板上升到位，上限位开关SQ3动作，挡板停止上升，推动器电动机M2正转，将3个包装物品向前推出。d当推动器到达前限位开关SQ2动作，推动器停止向前，推动器电动机M2反转，驱动推动器后退。e当推动器后退到位时，后限位开关SQ1动作，推动器停止后退，推动器电动机M2停转。此时挡板电动机M1反转，驱动挡板下降。f当挡板下降到位，下限位开关SQ4动作，挡板回到初始位置。图1-1包装生产线的PLC控制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）CPU224XP（2）常开按钮（3）旋转编码器（4）光电传感器（5）限位开关（6）电机的输入线圈2.1.2 PLC系统的结构组成PLC的一般结构主要有6个部分组成，包括CPU、存储器、输入输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。（1）中央处理单元（CPU） 与通用计算机中的CPU一样。PLC中的CPU也是整个系统的核心部件，主要有运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的地址总线、数据总线和控制总线构成，此外还有外围芯片、总线接口及有关电路。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等。（2）存储器 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器。称为用户程序存储器。PLC常用的存储器类型有RAM、EPROM、 EEPROM等。（3）I/O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的对外功能主要是通过各种I/O接口模块与外界联系而实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。通常I/O模块上还有状态显示和I/O接线端子排，以便于连接和监视。（4）电源模块 输入、输出接口电路是PLC与现场I/O设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为PLC能够接收和处理的信号，将CPU送来的弱电信号转换为外部设备所需要的强电信号。 图2-1 PLC系统的结构框图2.1.3 包装生产线的PLC控制组成原理如下图当按下启动开关后，传送带1和传送带2的电机就开始启动，此时计算 光电检测器SP1发出信号期间，旋转编码器发出脉冲个数就可以知道物品的个数。从而将挡板上什，利用推动器将物品推下。图2-2 包装生产线的PLC控制原理图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地址编码输入信号启动/停止开关I0.0暂停开关I0.1光电传感器I0.2旋转编码器I0.3挡板上限位I0.4挡板下限位I0.5推动器前限位I0.6推动器后限位I1.7表2-2 输出信号的定义及地址分配表控制信号信号名称地址编码输出信号传送带1启动Q0.0传送带2启动Q0.1挡板上升Q0.2挡板下降Q0.3推动器前移Q0.4推动器后移Q0.5传送带上有1个物品Q0.7传送带上有2个物品Q1.0传送带上有3个物品Q1.12.3 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8个输入继电器和9个输出继电器，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7200(CPU224XP)，这种机型的I/O点数分别为14/10；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。此包装生产线的PLC控制的接线图可如图2-3所示。图2-3包装生产线的PLC控制的接线图223 控制系统程序设计3.1 控制程序流程图设计按下启动/停止开关当有物品通过当物品的个数为3当挡板到达上限位当推动器到达前限位当推动器到达后限位当挡板到达下限位传送带1，传送带2启动光电检测器发出信号，旋转编码器发出4个脉冲挡板上移推动器前移推动器后移挡板下移图3-1包装生产线的PLC控制的程序流程图3.2 控制系统的设计思路及设计程序根据控制程序流程图按照“起跑停”的思路来编写程序。具体程序如下图所示（1）按下启动/停止开关I0.0，传送带1，传送带2启动图3-2按下启动/停止开关I0.0图3-3传送带1启动图3-4传送带2启动（2）当有物品通过, 光电检测器I0.2发出信号，旋转编码器I0.3发出4个脉冲图3-5当有物品通过, 光电检测器I0.2发出信号，旋转编码器I0.3发出4个脉冲（3）当物品的个数为3, 挡板上移图3-6旋转编码器的脉冲个数为12图3-7物品的个数为3图3-8挡板上移（4）当挡板到达上限位I0.4,推动器前移Q0.4图3-9挡板到达上限位I0.4,图3-10推动器前移Q0.4（5）当推动器到达前限位I0.6,推动器后移Q0.5,传送带2上的物品为0图3-11推动器到达前限位I0.6图3-12推动器后移Q0.5图3-13传送带2上的物品为0（6）当推动器到达后限位I0.7,挡板下降Q0.3图3-14当推动器到达后限位I0.7图3-15挡板下降Q0.3（7）当挡板到达下限位时，若没按下启动停止开关，则结束；反之则继续运行图3-16当挡板到达下限位时，若没按下启动停止开关，则结束图3-17当挡板到达下限位时，若按下启动停止开关，继续运行注：在任意一步中按下暂停开关，系统将暂停运行。3.3 创新设计内容1.利用指示灯来显示传送带上的物品，使使用者更有利于观察程序的行动过程2.添加停止开关，使使用者可以选择单次运行还是循环运行3.添加暂停开关，使使用者可以在任意位置暂停4.有限位保护和互锁保护，防止线圈的损坏。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，我选择用组态王6.53软件来制作。4.2 人机界面设计4.2.1 通讯连接在系统菜单栏中点击下载工程，接着在PC端口选择USB:DownloadLink,然后点击PC-HMI(D),最后点击确认即可。具体过程如下图所示。 图4-1通讯连接过程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：进入程序界面和控制界面（如下图）。图4-2进入程序界面图图4-3控制界面当打开触摸屏时，你会看到程序界面图，点击请输入密码按钮，输入密码123，则会看到控制界面。当你按下启动/停止按钮，系统将会循环运行；当你再按下启动停止按钮，系统将会执行完本次流程后停止。当你按下暂停按钮，系统将会暂停运行；当你再按下暂停按钮，系统将会从你停止的地方继续运行。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224XP，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仿真软件有物品到达传送带2如下图图5-1有物品到达传送带25.2 PLC与上位机联调上位机我是采用组态王6.53来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信