《综合设计》课程设计-PLC柔性实验课程设计供料单元的设计.doc

综合设计课程设计任务书供13级机械设计及其自动化专业学生用引言：（课程）综合设计是机械专业的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，又不同于课堂教学。它需要学生统筹运用所学各个专业的基本理论、基本方法对现实生活中的实际系统进行设计和调试。一、 设计题目一：供料检测单元本设计要求熟练使用西门子公司的S7-200系列产品各基本指令和部分应用指令，根据控制要求进行PLC梯形图编程，主要完成将物料依次送至皮带传送检测单元上。二、 系统工作过程说明1. 供料单元组成： 由井式工件库、光电传感器、物料、推料气缸、直流电机、传输线、安装支架等组成。主要完成将物料依次送至皮带传送检测单元上。 光电传感器：此传感器为光电漫反射型传感器，用来检测有无物料。有物料时为PLC提供一个输入信号。 磁性传感器：用于气缸的位置检测。当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个到位信号。（磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。 警示灯：用于系统运行状态的信号指示。 推料气缸：将物料推到皮带传送单元上，由单相电控气动阀控制。 井式工件库：用于存放物料，料筒侧面有观察槽。 安装支架：用于安装工件库和推料气缸等。 控制按钮板：用于系统的基本操作、单机控制、联机控制。 电气网孔板：主要安装PLC主机模块、空气开关、开关电源、I/O转接端子、各种接线端子等。2控制要求：系统上电后“复位”按钮灯闪烁，按“复位”按钮，清空传输线上的物料，同时“开始”按钮灯闪烁；按“开始”按钮，进入工作状态，按调试按钮，推料气缸动作，推料至传输线上，工件在10秒内没有送到物料台上时，同时警示红灯亮（表示工件库卡料）；工件送到传输线上，电机带动传输线进行输送，到位后停止运行。 若按下“复位”按钮3秒钟，系统开始复位，复位完成后“开始”按钮灯闪烁，按“开始”按钮，系统直接进入等待工作状态，要再次运行系统时，按下“调试”按钮即可按工作流程动作。 当出现异常，按下该单元“急停”按钮， “停止”按钮灯点亮，该单元立刻会停止运行，当排除故障后，旋开“急停”按钮，并按下“上电”按钮，该单元可接着从出现异常的断点继续运行。 单机运行时，若该单元运行时需停止，但要等该周期运行结束再停止，按下该单元“停止”按钮即可，当排除故障后或该周期运行结束，“开始”按钮灯闪烁，然后按下“开始”按钮，系统进入工作状态。三、 设计步骤：（1） 熟悉该单元用到的元件，并测出数据，建模、装配（UG/CATIA）；（2） 对系统进行需求分析，确定I/O点数，分配I/O地址；（3）画出PLC硬件接线图；（用CAD画）（4）绘制PLC梯形图；（5）简述工作过程。（6）设计报告-2-目 录摘 要1一、绪论3二、PLC概述4三、硬件设备的说明61、电感式接近开关的设备说明62、电感式接近开关传感器的基本工作方式63、继电器的设备及微动开关的设备说明64、电磁阀的设备说明75、光电传感器设备说明7四、系统分析及硬件设计81、系统工作说明82、UG三维模型83、系统I/O分配94、PLC外部接线10五、系统软件设计111、系统流程图112、系统程序设计12六、系统调试15总结18参考文献19附录20I摘 要PLC是应用面非常广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。本文应用可编程控制器实现自动化生产线加工系统的供料单元控制，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）的功能，加上传感器、传动气压的技术实完成原料的供给配送。这一控制的实现和应用，充分体现了PLC控制在工业生产中的优势，并可以提高制造工业的柔性和生产效率。关键词：PLC；自动化；控制ABSTRACTPLC is a universal industrial control device with a very wide application, powerful function and easy to use. It has become one of the main pillars of modern industrial automation. The programmable controller to realize the feeding unit processing system of automatic production line control based on BECKHOFF, the system makes full use of the programmable controller (PLC) function, coupled with the pressure sensor, the transmission technology to realize mechanical hand up and down, grasping and releasing, moving around a series of movements the supply of raw materials, complete distribution. The realization and application of this control fully embodies the advantages of PLC control in industrial production, and can improve the flexibility and production efficiency of manufacturing industry.Key Word : PLC ; Automation; Control一、绪论1、设计目的（1） 掌握可编程控制器硬件电路的设计方法。（2） 熟练使用小型可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法。（3） 掌握可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法（4） 通过课程设计熟练掌握资料的查询（图书、网络），将PLC课程所获知识在工程设计工作中综合地加以应用，使理论知识和具体案例设计结合起来。2、设计内容（1） 设计物料送出的气动装置及物料的储存。（2） 选用合适的传感器检测物料的颜色对物料进行分类及其物料的传送装置。（3） 选用合适的电动机。（4） PLC的外部接线和PLC的内部程序设计。3、要实现的目标对物料的颜色进行分类，把物料推出并传送的指定的位置，为下一步工序做好准备。在整个过程中实现自动控制。二、PLC概述 1、PLC（Programmable Logic Controller）即可编程逻辑控制器。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。使用方便，编程简单 采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。功能强，性能价格比高 一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。3、可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。4、系统的设计、安装、调试工作量少 PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。5、维修工作量小，维修方便 PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。三、硬件设备的说明1、电感式接近开关的设备说明电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量（如位移、压力、流量、振动等）转换成线圈自感系数L或互感系数M，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。电感式传感器具有结构简单、工作可靠、测量精度高、零点稳定、输出功率较大等一系列优点，其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约，传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动控制系统中被广泛采用。2、电感式接近开关传感器的基本工作方式电感式接近开关传感器可以检测从传感器侧向水平接近的被测体，也可以检测从传感器迎面垂直接近的被测体。被测体接近传感器到传感器开关动作的距离为动作距离；不受温度和电压上下浮动影响的动作距离为实际的工作距离。传感器在工作中存在着动作距离与复位距离的差值，被称为动作带差。被测量体进入或退出检测有效范围时将出现动作上的时间延迟，称为相应时间。在传感器的应用中，应根据实际情况考虑这些参数对检测结果是否有影响。电感式接近开关传感器，是一种利用涡流感知物体接近的器件。它的敏感元件为检测线圈，它是振荡电路的一个组成部分，在检测线圈的工作面上存在一个交变磁场。当金属物体接近检测线圈时，金属物体就会产生涡流而吸收振荡能量，使振荡减弱直至停振，振荡与停振这两种状态经检测电路转换成开关信号输出。3、继电器的设备及微动开关的设备说明加盖单元中用到继电器的主要部分是：摆臂动作的水平方向上的运动。水平运动动力依靠直流电机，而继电器在此处的应用就是实现这两个电机的正反转控制，也就是摆臂的运行和复位的控制。通过继电器的吸合和断开，实现电压的正负变化，达到控制电机正反转的目的。继电器是根据电流、电压、时间、温度和速度等信号的变化，来接通或断开小电流电路和电器的控制元件。常用的继电器有热继电器、过电流继电器、欠电压继电器、时间继电器、速度继电器、中间继电器等。按作用它们分为保护继电器和控制继电器两类：其中热继电器、过电流继电器、欠电压继电器属于保护继电器；时间继电器、速度继电器、中间继电器属于控制继电器。微动开关由一个定触点和一个动触点组成，通过动触点的动作，实现微动开关的断开和闭合的过程。在本设计中的应用是：采用限位开关作为PLC中控制电机正反转的条件，当摆臂取、放件时只有碰到行程开关时才认为摆臂到位，（且PLC上有相应的输入指示灯显示）方可启动电机或控制电机正反转。同时也启到保护电机的作用。4、电磁阀的设备说明电磁铁，它是电磁阀的主要部件之一，其作用是利用电磁原理将电信号转换成阀芯的位移。电磁铁的结构可分为T型、I型和平板型，T型电磁铁为减少铁损，用高磁通的硅钢片叠制成，能够获得较好的效率和较大的吸引力，但所需的行程和体积较大，主要用于行程较大的直动式电磁阀。I型电磁铁适用于直流电磁铁和小型交流电磁铁，用圆柱形普通材料制成，其铁心的端面通常制成平面装货圆锥状。与T型电磁铁相比，I型电磁铁的吸力小，行程较短。圆柱形铁心的重量轻、吸引时的冲击较小，所以使用寿命长，主要用与小型直动式和先导式电磁阀。5、光电传感器设备说明光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的1。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。四、系统分析及硬件设计1、系统工作说明当设备接通电源与气源、PLC 运行后，首先执行复位动作，推料缸缩回到位。然后进入工作运行模式，在料仓中有工件、各个执行机构都在其初始位置的情况下，当按触开始按钮时，供料单元的执行机构将把存放在料仓中的工件取出并转送出去（例如：送到下一个工作单元）；并且，只要料仓中有工件，此工作就继续，即：自动连续运行。在运行过程中，当按触停止按钮后或者当料仓中无工件时，供料单元应该在完成了当前的工作循环之后停止运行，并且各个执行机构应该回到初始位置。在启动前，供料单元的执行机构若不在初始位置、料仓中若无工件，则不允许启动单机运行时，若该单元运行时需停止，但要等该周期运行结束再停止，按下该单元“停止”按钮即可，当排除故障后或该周期运行结束，“开始”按钮灯闪烁，然后按下“开始”按钮，系统进入工作状态。2、UG三维模型（1） 工作台图 3-1（2） 送料装置3、系统I/O分配有些设备的运动部件的位置常常需要进行调整，这就要用到具有点动调整的功能。这样除了一些启动按钮、停止按钮外，还需要增添点动按钮，对应的I/O地址分配见表4-1表4-1单元I/O分配形式序号名称PLC地址编号地址设置输入1 有料检测 I0.0S2EM277总线模块设置的站号为：8与总站通讯的地址为：232颜色检测I0.1S13到料检测I0.2S34推出限位I0.3SA5上电I0.7SB16手动开始I1.0SB27手动复位I1.1SB38手动调试I1.2SB4输出1手动-自动I1.3M22单机-联机I1.4HL23手动停止I1.5KM4电机转Q0.0M15红灯Q0.4M36绿灯Q0.2HL17上料汽缸Q0.1HA18蜂鸣器Q0.3HA24、PLC外部接线PLC电路接线图中电气控制电路中个支路是同时加上电压并行工作的，而PLC则采用不断循环、顺序扫描方式工作。虽然扫描的时间很短，但在设计梯形图是对这种并行处理方式与串行处理的差别要注意。图 4-1 PLC外部接线图五、系统软件设计1、系统流程图否到料检测I0.1延时3秒等待取料有料检测I0.0推动气缸Q0.1推出限位I0.3手动调试I1.2电机启动Q0.0气缸退回上电I0.7初始状态急停按下程序不会执行是图 5-1 流程图2、系统程序设计SM0.1在程序执行的第一个扫描周期接通，通常用于程序的初始化。图5.2-1 程序初始化工步一：上电后调试灯闪烁。图5.2-2 工步二：检测到有料，气缸启动推出物料。图5.2-3工步三：电动机启动，传送物料。图5.2-4工步四：物料将要到达指定位置，程序延时3S后电动机停止。图 5.2-5图5.2-6六、系统调试在编写好程序后编译没有错误后将程序下载到PLC。如图6-1。图 6-1 程序的下载在程序执行的过程中我们可以打开监控观察程序的运行情况。图6-2为程序在运行的过程的电动机的运行。可见运用了程序的“自保持”。图6-2 电动机的运行程序延时3S图6-3.图6-3 延时3秒总结通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理