[定稿3]肖磊的毕业设计 基于PLC的自动传输系统.doc

技师专业论文专业：电气工程及其自动化题目：基于PLC的自动传送控制 姓 名： 肖 磊身份证号 级：技 师 准考证号： 培训单位: 镇江技师学院鉴定单位：镇江市X X X鉴定所日 期：2010年10月基于PLC控制的自动传送控制肖 磊摘 要自动化传输线是工业生产过程中最常见的设备之一。自上个世纪60年代PLC问世以来，由于其在控制方面的优点，目前利用PLC作为核心控制器件的工业应用越来越广泛，本论文对PLC及其相关的外围器件进行了研究，提出了基于PLC的自动化传输线控制系统框架。为提高学生动手能力，更直观的学习和了解机电一体化传输线，根据该设备中传输线部分的工作要求，本论文设计了自动化传输线教具。该教具是一种利用PLC作为主控器件，包含机械手下降、夹紧、上升、右移、下降、松开、上升、左移，送料车前进、后退这几个基本环节的自动化传输控制系统。首先阐述了机械手、送料车的工作原理，然后介绍了自动化传输线各个部分的工作原理及整体框图。在此基础上，选择出相应的硬件并简单介绍其技术参数，根据其原理设计出自动化传输线的硬件控制框图，并利用FPWIN软件编写了相应的梯形图程序。通过实际调试运行，该系统运行稳定，安全可靠，取得了较好的效果，达到了实际运行要求。关键词传输线 PLC 梯形图 机械手 送料车目 录第一章 绪论11.1概述11.2课题来源和意义2第二章 基于PLC的自动传送控制工作原理4 2.1自动传送控制的任务42.2自动传送控制的要求42.3自动传送的操作要求4第三章 自动化传输系统的设计53.1确定系统控制方案53.2系统PLC电路图53.3 PLC控制系统气动回路图63.4控制系统评价内容63.5自动传输系统电气设备表63.6自动传输系统I/0地址分配表73.7 PLC梯形图程序83.8 PLC的指令表93.9系统调试11第四章 自动化传输系统11 4.1系统操作使用说明114.2自动化传输系统动的作过程114.3 自动化传输系统的框图13第五章 设计体会14参考文献14第一章 绪 论1.1 概述在传统的工业控制中，一般都是由继电器来进行控制的，当今的PLC吸收了微电子技术和计算机技术的成果，因此在很多领域，PLC已经取代了继电器进行控制。上世纪60年代，计算机技术已开始应用于工业控制了。但由于计算机本身的复杂性，编程难度高、难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因，未能在工业控制中广泛应用。当时的工业控制，主要还是以继电器接触器组成控制系统。1968年，美国通用汽车制造公司，为适应汽车型号的不断翻新，设想把计算机的完备功能、灵活及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种适合于工业环境的通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用 “面向控制过程，面向对象”的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能方便地使用。1969年，美国数字设备公司（GEC）首先研制成功第一台可编程序控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。1971年，日本从美国引进了新技术，很快研制出了日本第一台可编程序控制器。1973年，西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。早期的可编程序控制器是为取代继电器控制线路、存储程序指令、完成顺序控制而设计的。主要用于逻辑运算和计时、计数等顺序控制，均属于开关量控制。进入70年代，随着微电子技术的发展，PLC采用了通用微处理器，这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了，功能不断增强。在80年代，国际电工学会（IEC）对PLC作了如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。随大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展。使PLC在概念、设计、性能、价格以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。1.2课题来源和意义当今的PLC吸取了微电子技术和计算机技术的最新成果，以单机自动化到整条生产线的自动化乃至整个工厂的生产自动化；从柔性制造系统、工业机器人到大型分散控制系统，PLC都承担着重要角色。随着PLC的性能价格比的不断提高：微处理器的芯片及有关的元件价格大大降低，PLC的成本下降PLC的功能大大增强，因而PLC的应用日益广泛。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保等各行各业。PLC的应用范围大致可归纳为以下几种：1.开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域。它取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制、顺序控制。开关量的逻辑控制可用于单机控制，也可用于多机群控，亦可用于自动生产线的控制等等。2运动控制PLC可用于直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机械，现在一般使用专用的运动模块。目前，制造商已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。即：把描述目标位置的数据送给模块，模块移动一轴或多轴到目标位置。当每个轴运动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。运动的程序可用PLC的语言完成，通过编程器输入。3闭环过程控制PLC通过模拟量的I/O模块实现模拟量与数字量的A/D、D/A转换，可实现对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的PID控制。4数据处理现代的PLC具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算），数据传递、排序和查表、位操作等功能；可以完成数据的采集、分析和处理。数据处理一般用在大中型控制系统中；具有CNC功能：把支持顺序控制的PLC与数字控制设备紧密结合。5通讯连网PLC 的通讯包括PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间和它的智能设备之间的通讯。PLC和计算机之间具有RS-232接口，用双绞线、同轴电缆将它们连成网络，以实现信息的交换。还可以构成“集中管理，分散控制”的分布控制系统。I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后利用网络联结构成集中管理信息的分布式网络系统。PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日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、品种不断翻新。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，较有名的美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：TE 施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。我国在plc应用方面的发展速度是非常快的，应用的行业也很广。专家估计，2000年plc的国内市场销量为15-20万套（其中进口占90%左右），约25-35亿元人民币，年增长率约为12%。预计到2010年全国plc需求量将达到25万套左右，约35-45亿元人民币。 plc市场反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。但是，按照有关专家的预测，尽管全球经济下滑，plc市场将会复苏，估计全球plc市场在2000年为76亿美元，到2010年底将回到76亿美元，并继续略微增长。 微型化、网络化、pc化和开放性是plc未来发展的主要方向。在基于plc自动化的早期，plc体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型plc（小于32I/O）已经出现，价格只有几百欧元。随着软plc（softplc）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软plc组态软件和pc-based控制的市场份额将逐步得到增长。在我国应用的PLC系统中，I/O 64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点-256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现八国联军的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。在PLC的应用上，近年来我国每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用于越来越多的行业。特别是在工业生产领域，以PLC作为主控设备的自动化传输线是自动化生产的关键设备之一，有着广泛的应用和发展前景。因此设计一个具备基本传输功能的全自动化传输线，可以满足日益发展的自动化传输需要，直接运用于相关的工业生产。第二章 基于PLC的自动传送控制工作原理2.1自动传送控制的任务根据PLC在我国的发展和应用实际，针对工业生产领域中全自动化传输系统的特点，利用PLC作为主控器件，设计出一种包含机械手下降、夹紧、上升、右移、下降、松开、上升、左移，送料车前进、后退这几个基本环节的自动化传输系统。2.2自动传送控制的要求(1)总体要求 用PLC实现对自动传送系统机械手和送料车两部分的控制。(2)控制要求 自动传送系统工作示意图如图1-1-1所示，自动传送PLC控制系统由机械手和送料车两部分构成。机械手的工作是将工件从A点移送到停留在B点的送料车上，机械手的起点在左上方，动作过程按下降、夹紧、上升、右移、下降、松开、上升、左移的顺序依次进行，机械手的上升下降、右移左移以及机械手对工件的夹紧松开，都是由两位电磁阀驱动气缸完成的。送料车的起点在B处，由电动机驱动，其工作是将放在车上的工件从B点送到C点，经卸料所需设定的时间10s后，送料车自动返回。要求两部分各由一台PLC控制，相互独立工作，但在接料时要配合准确，两部分的起动、停止要相互联锁，确保设备运行安全可靠，两台PLC之间通过并行通信适配器连接，数据自动传送。2.3自动传送的操作要求1)机械手手动操作：合上开关SAl，机械手手动操作，通过相应按钮实现机械于夹紧、松开，上升、下降，左移、右移动作控制。2)机械手自动运行：打开开关SAl，机械手处于自动运行状态，确认机械手在起点原位，送料车在B点，送料车PLC控制站发出机械手起动信号，机械手开始起动，自动将工件送至送料车上，然后返回，一个流程结束。3)送料车点动操作：合上开关SA0，送料车手动操作，通过相应按钮实现送料车点动前进、后退控制。4)送料车自动运行：打开开关SA0，送料车处于自动运行状态，确认送料车在B点，机械手PLC控制站发出机械手已将工件送至送料车上信号，送料车开始前进，到C点后卸料，10s后自动返回，一个流程结束。第三章 自动化传输系统的设计3.1确定系统控制方案自动传送系统分成机械手和送料车两部分，采用PLC独立控制，两台PLC之间通过并行通信适配器FX2N485-BD建立通信联系，将机械手的PLC设为主站，送料车的PLC设为从站，系统结构框图如图1-1-2所示。机械手控制程序分手动操作和自动运行两部分，手动操作采用主控指令设计，自动运行采用步进指令设计；送料车控制程序采用主控指令设计，也分手动操作和自动运行两部分。3.2系统PLC电路图根据系统控制方案，绘制自动传送系统PLC电路图，如图1-1-3所示。数据通信示意图，如图1-1-4所示。3.3 PLC控制系统气动回路图根据系统控制方案，绘制PLC控制系统气动回路图，如图1-1-5所示。3.4控制系统评价内容1)系统具有手动自动控制功能。2)机械手、送料车具有独立手动操作功能。3)机械手能通过按钮实现夹紧、松开、上升、下降、左移、右移手动操作。4)机械手与送料车配合完成自动运行，系统具有软件联锁功能。5)送料车能通过按钮实现点动前进、点动后退操作。6)送料车自动运行到C点后卸料，设定时间10s。7)系统具有硬件短路保护、欠电压失电压保护功能。3.5自动传输系统电气设备表电气设备表，如表2-1-1所示表2-1-1 电气设备表序 号名 称型 号数 量1可编程序控制器FX2N-24MR12可编程序控制器FX2N-16MR13通信适配器FX2N-485-BD24按钮LA10-3H105转换开关LW6-526行程开关LX19-11167指示灯24VDC/0.5W28接触器CJ10-2029单电控2位5通阀VF3130110双电控2位5通阀VF323023.6自动传输系统输入/输出地址分配表 自动传输系统输入/输出地址分配表，如表2-1-2所示。表2-1-2 I/O分配表输入信号输出信号输入地址设备名称设备符号输出地址设备名称设备符号X0机械手手动/自动转换开关SA1Y0机械手上升电磁阀线圈YV10X1机械手松开SB1Y1机械手下降电磁阀线圈YV11X2机械手夹紧SB2Y2机械手左行电磁阀线圈YV12X3机械手上升SB3Y3机械手右行电磁阀线圈YV13X4机械手下降SB4Y4机械手夹紧电磁阀线圈YV14X5机械手左行SB5Y5机械手起点指示灯HL1X6机械手右行SB6Y6送料车起点指示灯HL0X7机械手上限位开关SQ1Y7送料车前进接触器KM1X10机械手下限位开关SQ2Y10送料车后退接触器KM2X11机械手左限位开关SQ3X12机械手右限位开关SQ4X13送料车手动/自动转换开关SA0X14送料车准停按钮SB7X15送料车启动按钮SB8X16送料车点动前进按钮SB9X17送料车点动后退按钮SB10X20送料车前进限位开关SQ5X21送料车后退限位开关SQ63.7 PLC梯形图程序3.8 PLC的指令表 PLC的指令表，如表2-1-3所示。 表2-1-3 PLC的指令表步序号助记符操作数步序号助记符操作数0000LDM80380055OUTY0030001MOVK00056LDX0120002MOVK10057ANDM9000003MOVK10058SETS240004MOVK30059STLS340005MOVK50060OUTY0010006LDX0000061LDX0100007MCN00062SETS250008LDX0020063SETS250009SETX0040064STLS250010LDX0020065RSTY0040011SETY0040066OUTT10012LDX0010067LDT10013RSTY0040068SETS260014LDX0030069STLS260015ANIX0070070OUTY0000016ANIY0010071LDX0070017OUTY0000072SETS270018LDY0040073STLS270019ANIX0100074OUTY0020020ANIY0000075LKDX0010021OUTY0010076OUTS00022LDX0050077RET0023ANIX0110078LDM80380024ANIY0030079MOVK10025OUTY0020080LDIX0130026LDX0060081MCN00027ANIX0120082LDM80020028ANIY0020083ORM10029OUTY0030084ANIX0200030LDX0070085ANIY0100031ANDX0110086OUTM10032ANIY0040087LDT00033OUTY0050088ORM20034LDM80020089ANIX0210035SETS00090ANIY0070036STLS00091OUTM20037LDIX0000092LDX0200038ANDX0270093OUTT00039ANDY0050094MCRN00040SETS200095LDX0130041STLS200096ANDX0160042OUTY0010097ORM10043LDX0100098ANIX0200044SETS210099ANIY0100045STLS210100OUTY0070046SETY0040101LDX0130047OUTT00102ANDX0170048LDT00103ORM20049SETS220104ANIX0210050STLS220105ANIY0070051OUTY0000106OUTY0100052LDM70107LDX0210053SETS230108OUTY0060054STLS230109END3.9系统调试(1)程序的输入和编辑。将机械手和送料车的控制程序分别输入各自的PLC中，通过编辑和检查，确保程序无误。(2)单机调试和模拟。分别对两台PLC进行单机调试，模拟机械手和送料车各自的动作，直到符合要求为止。其中，通信信号可先由外部输入信号代替，在单机运行正常后，方可联机运行。(3)联机调试和运行。联机运行首先确保通信设备正确可靠，先手动后自动，进行调试，直到符合项目要求为止。第四章 自动化传输系统4.1系统操作使用说明在确保电路正确连接，系统无异常的情况下，合上电源开关，接通气动执行器的气源，PLC通电。1)机械手手动操作：合上开关SAl，机械手手动操作，按机械手站的SBl-SB6按钮实现机械手相应松开、夹紧、上升、下降、左移、右移动作控制。2)机械手自动运行：打开开关SAl，机械手处于自动运行状态，确认机械手在起点原位，送料车在B点，送料车PLC控制站发出机械手起动信号(按送料车站的SB2按钮)，机械手开始起动，自动将工件送至送料车上，然后返回，结束一个流程。3)送料车点动操作：合上开关SA0，送料车手动操作，按送料车站的SB16、SB17按钮实现送料车点动前进、后退控制。4)送料车自动运行：打开开关SA0，送料车处于自动运行状态，确认送料车在B点，机械手PLC控制站发出机械手已将工件送至送料车上信号，送料车开始前进，到C点后卸料，10s后自动返回，结束一个流程。4.2自动化传输系统的动作过程 （1）械手手动工作方式动作过程：合上开关X0（SA1），转换为机械手手动模式；按下夹紧按钮X2（SB2），夹紧电磁阀线圈Y4（YV14）得电，机械手夹紧；按下松开按钮X1（SB1），夹紧电磁阀线圈Y4（YV14）失电，机械手松开；按下上升按钮X3（SB3），上升电磁阀线圈Y0（YV10）得电，机械手上升，当碰到上升限位开关X7（SQ1）时，SQ1常闭触头断开，上升电磁阀线圈Y0（YV10）失电，机械手停止上升；按下下降按钮X4（SB4），下降电磁阀线圈Y1（YV11）得电，机械手下降，当碰到下降限位开关X10（SQ2）时，SQ2常闭触头断开，下降电磁阀线圈Y1（YV11）失电，机械手停止下降；按下左行按钮X5（SB5），左行电磁阀线圈Y2（YV12）得电，机械手左行，当碰到左行限位开关X11（SQ3）时，SQ3常闭触头断开，左行电磁阀线圈Y2（YV12）失电，机械手停止左行；按下右行按钮X6（SB6），右行电磁阀线圈Y3（YV13）得电，机械手右行，当碰到右行限位开关X12（SQ4）时，SQ4常闭触头断开，右行电磁阀线圈Y3（YV13）失电，机械手停止右行。（2）机械手自动运行工作方式动作过程：断开开关X0（SA1），转换为机械手自动模式；通电后，触发脉冲使用下降电磁阀线圈Y1（YV11）得电，机械手开始下降，当碰到限位开关X10（SQ2）时，SQ2常闭触头断开，常开触头闭合，机械手停止下降。夹紧电磁阀线圈Y4（YV14）得电，机械手夹紧，时间继电器线圈得电，开始计时，1秒后上升电磁阀线圈Y0（YV10）得电，机械手上升。右行电磁阀线圈Y3（YV13）得电，机械手右行，碰到右行限位开关X12（SQ4）后，SQ4常闭触头断开，常开触头闭合，下降电磁阀线圈Y1（YV11）得电，机械手下行，当碰到下行限位开关X10（SQ2）时，SQ2常闭触头断开，常开触头闭合，夹紧电磁阀线圈失电，机械手放松，时间继电器线圈得电，开始计时，1秒后时间继电器常开触头闭合，上升电磁阀线圈Y0得电，机械手上升，当碰到上升限位开关X7（SQ1）时，SQ1常闭触头断开，常开触头闭合，上升电磁阀线圈失电，机械手停止上升，左行电磁阀线圈Y2（YV12）得电，机械手左行，碰到左行限位开关X11（SQ3）时，SQ3常开触头闭合，常闭触头断开。一次完整动作过程完毕，以此往复。（3）送料车手动运行工作方式动作过程：断开开关X0（SA0），转换为手动模式；按下点动前进按钮X3（SB3），前进接触器Y1（KM1）线圈得电，KM1常开触头闭合，小车点动前进，碰到前进限位开关X5（SQ1）后，SQ1常闭触头断开，小车停止；按下点动后退按钮X4（SB4），后退接触器Y2（KM2）线圈得电，KM2常开触头闭合，小车点动后退，碰到后退限位开关X6（SQ2）后，SQ2常闭触头断开，小车停止。（4）送料车自动运行动作过程：合上开关X0（SA0），转换为自动模式：通电后，前进接触器