循环输运机构电气系统设计毕业设计.doc

学生毕业设计（论文）报告系 别： 机电工程学院 专 业： 班 号： 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设计（论文）题目： 循环输运机构电气系统设计 指 导 教 师： 设 计 地 点： 起 迄 日 期： 本页适用于毕业设计毕业设计（论文）任务书专业 数控技术 班级 数控105 姓名 马逍遥 一、课题名称： 循环输运机构电气系统设计 二、主要技术指标：（1）一个箱体单元重1000Kg；（2）箱体单元最大长度1650mm；（3）提升装置提升速度510cm/s；（4）推箱装置推箱速度815cm/s；（5）气缸活塞杆的运动速度2030cm/s 三、工作内容和要求： 1.根据原始数据、系统工作流程要求进行控制系统工况分析和方案设计；2.根据工况分析及其控制方案设计结果进行PLC等控制系统硬件选型；3.根据系统工作要求进行软件设计编制PLC控制程序；4.撰写设计说明书。 四、主要参考文献：（1）廖常初.S7-300/400 PLC应用技术M.北京：机械工业出版社 2005；（2）徐德、孙同景编著.可编程控制器（PLC）应用技术M.济南：山东科学技术出版社 2000；（3）王永华主编.现代电器控制及PLC应用技术M.北京：北京航空航天大学出版社 2003；（4）周万珍、高鸿斌编著.PLC分析与设计应用M.北京：电子工业出版社 2004:；（5）求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践M.北京：人民邮电出版社 2005；（6）刘锴、周海主编.深入浅出西门子S7-300PLCM.北京：北京航空航天大学出版社 2004；（7）郑凤翼、郑丹丹、赵春江编著.图解PLC控制系统梯形图和语句表M.北京：人民邮电出版社 2006；（8）齐从谦、王士兰编.PLC技术及应用M.北京：机械工业出版社 2000；（9）耿文学主编.可编程序控制器应用技术手册M.科学技术文献出版社 1996；（10）严盈富编著.触摸屏与PLC入门M.人民邮电出版社 2006. 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日系 主 任（签名） 年 月 日本页适用于毕业论文毕业设计（论文）任务书专业 数控技术 班级 数控105 姓名 马逍遥 一、课题名称： 循环输运机构电气系统设计 二、课题应达到的要求：1.根据原始数据、系统工作流程要求进行控制系统工况分析和方案设计；2.根据工况分析及其控制方案设计结果进行PLC等控制系统硬件选型；3.根据系统工作要求进行软件设计编制PLC控制程序；4.撰写设计说明书。 三、主要工作内容：1.根据原始数据、系统工作流程要求进行控制系统工况分析和方案设计；2.根据工况分析及其控制方案设计结果进行PLC等控制系统硬件选型；3.根据系统工作要求进行软件设计编制PLC控制程序；4.撰写设计说明书。 四、主要参考文献：（1）廖常初.S7-300/400 PLC应用技术M.北京：机械工业出版社 2005；（2）徐德、孙同景编著.可编程控制器（PLC）应用技术M.济南：山东科学技术出版社 2000；（3）王永华主编.现代电器控制及PLC应用技术M.北京：北京航空航天大学出版社 2003；（4）周万珍、高鸿斌编著.PLC分析与设计应用M.北京：电子工业出版社 2004:；（5）求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践M.北京：人民邮电出版社 2005；（6）刘锴、周海主编.深入浅出西门子S7-300PLCM.北京：北京航空航天大学出版社 2004；（7）郑凤翼、郑丹丹、赵春江编著.图解PLC控制系统梯形图和语句表M.北京：人民邮电出版社 2006；（8）齐从谦、王士兰编.PLC技术及应用M.北京：机械工业出版社 2000；（9）耿文学主编.可编程序控制器应用技术手册M.科学技术文献出版社 1996；（10）严盈富编著.触摸屏与PLC入门M.人民邮电出版社 2006. 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目一、 选题的背景和意义：作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。为了适应市场的各方面需求，各生产厂家对PLC不断进行改进，推出功能更强、结构更完善的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一是向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型、高速、多功能和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要。二、 课题研究的主要内容：此次设计是将液压、气动及电气控制集一体，运用于循环输运机构，完成箱体的运输。其中电气控制及PLC可编程控制器进行整个工作流程的控制，包括液压缸的伸缩、汽缸的伸缩、电磁溢流阀的开启与关闭及装箱动作与退箱动作。三、 主要研究（设计）方法论述：PLC运行程序的方式与微型计算机相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束。而PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断活跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行切换到停止工作状态。我们把PLC这种执行程序的方式称为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。PLC扫描工作方式主要分为三个阶段：1.输入采样 PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。PLC在运行程序时所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。2.程序执行 PLC完成了输入采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行逐条扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运输处理。再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。3.输出刷新 在执行到END指令，即执行完用户所有程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。PLC工作过程除了包括上述三个主要阶段外，还要完成内部处理、通信处理等工作。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2013.1.20-2013.2.25下发毕业设计任务书,调研,查阅资料 2013.2.26-2013.2.30撰写开题报告(含文件综述) 2013.3.1-2013.4.1根据任务书要求进行具体设计 2013.4.2-2013.4.29撰写并录入毕业设计(论文)说明书 五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日常州信息职业技术学院循环输运机构电气系统设计摘 要本文研究了电气控制与PLC顺序控制解决实际循环输运机构问题的原理，控制流程以及用PLC程序的仿真。论文首先简单回顾了电气控制与可编程控制器的历史、发展以及应用，然后详细介绍了西门子PLC编程的原理，包括西门子PLC编程的行为描述和机制原理。其次从西门子PLC编程的系统学特征出发，讨论它具有可靠性高，抗干扰能力强，通用性强，使用方便等特征。接着引出了电气控制与PLC顺序控制解决实际循环输运机构的问题，先讨论了PLC的逻辑运算问题，然后从实际循环输运机构问题的应用，实用价值，理论意义的角度对实际循环输运机构问题进行阐述。本毕业设计重点运用PLC的仿真方法，实现了PLC编程的仿真，给出了解决实际循环输运机构问题的数学模型，实现步骤，描述了西门子PLC编程的优缺点。论文最后以PLC仿真实验为基础，对西门子PLC编程的主要逻辑运算进行了详细的讨论，并且给出了优化的算法选择，解决了西门子PLC编程中存在的不足。论文实现了实际循环输运机构问题的求解和仿真。关键词：循环输运机构，西门子PLC编程，逻辑运算目 录摘 要iAbstractii第一章 引言1 1.1 毕业设计研究现状1 1.2毕业设计研究的原理和方法4 1.2.1 PLC与继电接触器控制系统的异同点4 1.2.2 PLC与计算机控制系统的异同点5 1.2.3 PLC与单片机的区别5 1.3毕业设计研究意义6 1.4本次毕业设计的主要研究内容6 1.5本次毕业设计采用的设计方法7 第二章 毕业设计任务9 2.1毕业设计基本结构9 2.2工作要求及其流程10 2.3设计任务内容及要求12 2.4毕设设计工作步骤122.5本章小结13 第三章 硬件设计14 3.1 CPU模块选型14 3.2输入输出扩展模块选型16 3.4本章小结18 第四章 PLC软件设计19 4.1 系统流程图19 4.2编写输入输出分配表20 4.4 编制程序22 4.4.1 系统程序概述234.4.2子程序244.4.3主程序254.5本章小结27第五章 调试与仿真285.1 仿真软件的使用285.1.1 S7-200的仿真软件285.1.2硬件设置295.1.3 生成ASC文本文件295.2程序调试具体说明295.3软件测试325.4 本章小结33第六章 总结和展望346.1总结346.2展望34参考文献36致 谢37附 录3841 第一章 引言1.1 毕业设计研究现状一、简述SIEMENS作为设计和制造前沿自动化技术产品的世界级公司，西门子始终坚持“创新科技铸就恒久价值”的理念，研发、制造卓越的自动化技术产品以完美匹配客户的所有要求并提供丰富全面的培训、服务和技术支持。西门子PLC行业是一个控制行业，虽然我国在PLC生产方面非常弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广泛，涉及到汽车、粮食加工、化学/制药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业，与国民经济的各个部门都密切相关。其所占的产值比例日益增大，其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。本次毕业设计是设计一组用于循环运输机构需求的PLC控制程序，该程序能够控制此循环输运机构自动完成运输工作。为编出正确可靠地PLC程序，必须首先对循环机构进行深入的分析，了解它的结构和具体工作流程，及各种元件的工作原理和在运输中所起的作用，根据分析才能进行电气系统硬件设计和软件设计。此循环输运机构将液压、气动及电气控制集一体，运用于循环输运机构，完成箱体的运输。其中电气控制及PLC可编程控制器进行整个工作流程的控制，包括液压缸的伸缩、汽缸的伸缩、电磁溢流阀的开启与关闭及装箱动作与退箱动作。在这自动化发展迅速的时代，这种用PLC来控制的工程越来越多。PLC可编程控制器在制造工业(以改变几何形状和机械性能为特征)和过程工业(以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征)中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫Programmable Controller(PC)。随着电子技术和计算机技术的发生，PC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为PC，为了方便，也为了反映或可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器Programmable Logic Controller(PLC)，并将“PLC”作为其产品的注册商标。现在，仍常常将PLC简称PC。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统，并且不断发展和完善。二、典型的PLC产品1、国外：施耐德公司， Quantum、Premium、Momentum等；罗克韦尔(A-B公司)，SLC、MicroLogix、Control Logix等；西门子公司， SIMATIC S7-400/300/200系列；GE公司，日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。2、国内：PLC生产厂约30家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产。在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别(但不绝对，国外分类有些区别)：微型：32 I/O ，小型：256 I/O，中型：1024 I/O ，大型：4096 I/O ，巨型：8192 I/O。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。我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商(代理商)、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。三、PLC发展的重点1、人机界面更加友好:PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC网络IPCCRT的模式被广泛应用。2、网络通讯能力大大加强:PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。如罗克韦尔AB公司主推的三层网络结构体系，即Ether Net、Control Net、Device Net，西门子公司在Profibus-DP及Pro fibus-FMS网络等。3、开放性和互操作性大大发展:PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。开放的进程，可以从以下方面反映：1) IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。2) IEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3，它规定了指令表(IL)、梯形图(LD)、顺序功能图(SFC)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)五种编程语言。这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。虽然PLC开发上各工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不同品牌的产品。3) OPC基金会推出了OPC(OLE for Process Control)标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。目前，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC功能。OPC与现场总线技术的结合，是未来控制系统向FCS技术发展的趋势。4、PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC(顺序控制)DCS(过程控制)的模式变成PLCIPC模式。5、工业以太网的发展对PLC有重要影响。以太网应用非常广泛，与工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。目前的挑战在于1)硬件上如合适应工业恶劣环境；2)通讯机制如何提高其可靠。1.2毕业设计研究的原理和方法本次毕业设计的目的是设计用于循环运输机构需求的控制方案，该方案能够控制此循环输运机构自动完成运输工作,从而减轻人工劳动，同时提高运输效率，以获得更高的市场效益。这就需要选择最佳的设计方法，达到最佳状态。下面我们比较一下PLC与其他几种控制系统的异同点。1.2.1 PLC与继电接触器控制系统的异同点相同点：继电器接触器线圈与所连触点的逻辑关系,和PLC的梯形图中内部线圈与内部触点的逻辑关系相同。不同点：1) 实现原理不同 继电器接触器是利用实际电磁线圈通电吸合，使触点发生动作，用来完成控制任务，有延时，设计和分析控制电路时必须考虑到这一特点。而PLC的内部继电器（也称为软继电器），它并不是真正的电磁线圈，而是电子元件，动作的时间极短，通常认为动作是瞬时完成的。2) 工作方式不同 继电接触器控制系统用实际硬件电路实现，按并行方式工作，只要形成电流通路，几个电器的动作就可能同时实现。而PLC是用程序实现内部线圈和触点的逻辑关系，并通过循环扫描的方式工作。按先后顺序执行用户程序，实现元件的逻辑控制关系，在任一时刻只能执行一条指令，输出点的刷新不是同时的。1.2.2 PLC与计算机控制系统的异同点相同点：1) 基本结构相同 PLC和计算机都是由CPU、存储器、输入和输出部分构成。有的部件（如存储器）在二者中通用。2) 程序执行原理相同 PLC和计算机都采用存储程序，按地址访问和顺序执行的基本工作思想，都是指令在内存中顺序存放， CPU从内存中顺序取指令并执行，直到最后一条指令。不同点：工作方式不同 PLC运行程序的方式与微型计算机相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束。而PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断活跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行切换到停止工作状态。而且 PLC具有更强的与工业过程相连接的I/O接口；更适用于控制要求的编程语言；更适应于工业环境的抗干扰性能；更高的可靠性。1.2.3 PLC与单片机的区别1）单片机是一种集成电路，而PLC是建立在单片机之上的产品，两者不具有可比性。2）单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型均可，PLC是单片机应用系统的一个特例。3）不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。因此从工程角度来看，对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好。对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但对研发力量和行业经验要求高。也就是说单片机适合于研发，PLC适合于应用！综上控制系统的比较，再结合本课题的设计要求，可以看出，PLC编程控制是本课题的最佳控制系统设计方法选择。1.3毕业设计研究意义本次毕业设计的研究意义主要有以下几点：首先本次毕业设计编制出的循环运输机构的控制方案，可以自动并快速的实现此循环输运机构完成运输工作,从而提高运输效率获得更高的市场效益，并可以有效缓解工作人员的工作强度。同时，通过毕业设计可以培养理论联系实际的设计思想，利用整个大学阶段所学的知识，分析、解决实际的工程设计问题，提高自身的实践动手能力。通过通过毕设中的文献检索和查找资料来提高自身获取新知识的能力。最后，通过本次毕设设计可以为将来从事产品设计类的工作打下一定的实践基础。1.4本次毕业设计的主要研究内容 毕业设计内容归纳为循环输运机构电控系统的硬件设计和软件设计，具体包括：气缸磁性开关选型，液压缸行程开关选型，工作位置负载检测开关选型，PLC系统组件选型，编制PLC输入/输出分配表，编制梯形图程序等。本次毕设中运用大学期间所学的专业课程知识、理论和毕业实习中学到的实践知识，正确地解决开关选型，PLC编程等问题。具体设计流程如下：（1）分析被控对象并提出控制要求详细分析被控对象的工作流程及工作特点，了解被控对象机、电、液、气之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。（2）确定输入输出设备根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、行程开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。（3）选择PLCPLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择（4）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路分配I/O点：画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表。（5）程序设计程序设计：a.控制程序；b.初始化程序；c.检测、故障诊断和显示等程序；d.保护和连锁程序。（6）联机调试联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。（7）整理和编写技术文件技术文件包括设计任务书、开题报告、文献翻译、PLC程序以及使用说明书等。1.5本次毕业设计采用的设计方法本次毕业设计采用的设计方法如下：1独立思考，继承和创新设计时要认真阅读参考资料，集成或借鉴前人的设计经验和成果，但不能盲目地全面抄袭，应根据具体的设计条件和要求，独立思考，大胆地进行改进和创新。只有这样，才能作出高质量地设计。2全面考虑PLC硬件的结构形式、性能、经济性和维护等要求任何硬件的选型，除去考虑它的结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式外，还应该综合考虑硬件本身及整个系统的控制性要求、经济性要求、使用要求等才能确定。3采用顺序控制设计方法由于传统的经验设计法没有普遍的规律可循，具有很大的试探性和随意性，对程序设计者要求较高，且读取时较难读懂设计者的思路，修改麻烦。而对于顺序控制设计法而言，只要一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的正常运行，这样就可以将系统的一个周期划分为若干个顺序相连的阶段，用编程元件代表各个阶段，利用转换条件控制代表各步的编程元件，用代表各步的编程元件控制PLC的各输出位。思路明了，易于编写和修改。4使用标准和规范设计时硬件应尽量使用标准和规范，这有利于系统中硬件的连接和数据的传送，同时也可减少设计工作量、节省设计时间，对于国家标准或部门规范，一般都要严格遵守和执行。因此，课程设计中，凡是有标准或规范的，应该尽量采用。第二章 毕业设计任务2.1毕业设计基本结构技术参数： (1)一个箱体单元重1000kg；(2)箱体单元最大长度1650mm；(3)提升装置提升速度510cm/s；(4)推箱装置推箱速度815cm/s；(5)气缸活塞杆的运动速度2030cm/s；基本结构（图2.1）： 图2.1自动装载装置系统元件布置图图形说明：（1）图中，代表5个工作位置；（2）图中1代表提升液压缸，2.1代表第1个推箱液压缸，2.2代表代表第2个推箱液压缸，2.3代表第3个推箱液压缸；（3）图中3.1代表第1个锁紧气缸，3.6代表第6个锁紧气缸，其中3.1和3.2，3.3和3.4，3.5和3.6均配对使用且同时动作；（4）图中4.1代表第1个定位气缸，4.12代表第12个定位气缸；其中4.1和4.2，4.11和4.12均同时动作；（5）图中5代表箱体或负载；2.2工作要求及其流程1. 系统满载工作流程（装箱）：初始状态为各液压缸全部收缩到位，各锁紧气缸全部收缩到位，各定位气缸全部伸出到位。系统流程由以下四部分组成：（1）将III号位负载运至V号位首先判断V号位有无箱体，如有则不能动作，如无则按照以下流程工作：锁紧气缸3.1、3.2伸出到位定位气缸4.1、4.2、4.3、4.4收缩到位液压缸2.1带载伸出到位定位气缸4.1、4.2伸出到位锁紧气缸3.1、3.2收缩到位液压缸2.1空载收缩到位锁紧气缸3.1、3.2伸出到位定位气缸4.1、4.2收缩到位液压缸2.1带载伸出到位锁紧气缸3.1、3.2收缩到位液压缸2.1空载收缩到位（2）将 I号位负载运至III号位首先判断III号位有无箱体，如有则不能动作，如无则按照以下流程工作：液压缸2.2空载伸出到位锁紧气缸3.3、3.4伸出到位定位气缸4.5、4.6收缩到位液压缸2.2带载收缩到位定位气缸4.3、4.4伸出到位锁紧气缸3.3、3.4收缩到位液压缸2.2空载伸出到位锁紧气缸3.3、3.4伸出到位定位气缸4.3、4.4收缩到位液压缸2.2带载收缩到位定位气缸4.3、4.4伸出到位锁紧气缸3.3、3.4收缩到位（3）将II号位负载运至I号位首先判断I号位有无箱体，如有则不能动作，如无则按照以下流程工作：定位气缸4.7、4.8收缩到位液压缸1带载伸出到位定位气缸4.5、4.6伸出到位（4）将IV号位负载运至II号位首先判断II号位有无箱体，如有则不能动作，如无则按照以下流程工作：锁紧气缸3.5、3.6伸出到位定位气缸4.9、4.10、4.11、4.12收缩到位液压缸2.3带载伸出到位定位气缸4.9、4.10伸出到位锁紧气缸3.5、3.6收缩到位液压缸2.3空载收缩到位锁紧气缸3.5、3.6伸出到位定位气缸4.9、4.10收缩到位液压缸2.3带载伸出到位定位气缸4.7、4.8伸出到位锁紧气缸3.5、3.6收缩到位液压缸2.3空载收缩到位2. 系统空载工作流程（退箱）：初始状态为各液压缸全部收缩到位，各锁紧气缸全部收缩到位，各定位气缸全部收缩到位。系统流程由以下四部分组成：（1）将V号位负载运至III号位首先判断III号位有无箱体，如有则不能动作，如无则按照以下流程工作：液压缸2.1空载伸出到位锁紧气缸3.1、3.2伸出到位液压缸2.1带载收缩到位定位气缸4.1、4.2伸出到位锁紧气缸3.1、3.2收缩到位液压缸2.1空载伸出到位锁紧气缸3.1、3.2伸出到位定位气缸4.1、4.2收缩到位液压缸2.1带载收缩到位定位气缸4.1、4.2伸出到位锁紧气缸3.1、3.2收缩到位（2）将III号位负载运至I号位首先判断I号位有无箱体，如有则不能动作，如无则按照以下流程工作：锁紧气缸3.3、3.4伸出到位定位气缸4.1、42收缩到位液压缸2.2带载伸出到位定位气缸4.3、4.4伸出到位锁紧气缸3.3、3.4收缩到位液压缸2.2空载收缩到位锁紧气缸3.3、3.4伸出到位定位气缸4.3、4.4收缩到位液压缸2.2带载伸出到位定位气缸4.5、4.6伸出到位锁紧气缸3.3、3.4收缩到位液压缸2.2空载收缩到位（3）将I号位负载运至II号位首先判断II号位有无箱体，如有则不能动作，如无则按照以下流程工作：液压缸1带载收缩到位定位气缸4.7、4.8伸出到位（4）将II号位负载运至IV号位首先判断IV号位有无箱体，如有则不能动作，如无则按照以下流程工作：液压缸2.3空载伸出到位锁紧气缸3.5、3.6伸出到位定位气缸4.7、4.8收缩到位液压缸2.3带载收缩到位定位气缸4.9、4.10伸出到位锁紧气缸3.5、3.6收缩到位液压缸2.3空载伸出到位锁紧气缸3.5、3.6伸出到位定位气缸4.9、4.10收缩到位液压缸2.3带载收缩到位定位气缸4.9、4.10伸出到位锁紧气缸3.5、3.6收缩到位2.3设计任务内容及要求(1)根据原始数据、系统工作流程要求进行控制系统工况分析和方案设计；(2)根据工况分析及其控制方案设计结果进行PLC等控制系统硬件选型；(3)根据系统工作要求进行软件设计编制PLC控制程序； (4)撰写设计说明书。2.4毕设设计工作步骤1. 熟悉系统工作流程和要求；2. 根据系统工作要求和原始数据进行计算并进行电控系统硬件设计；包括气缸磁性开关选型（每个气缸2个，共计36个），液压缸接近开关或行程开关选型（每个液压缸4个，共计16个），工作位置负载检测接近开关或行程开关选型（一个位置2个，共计10个），PLC系统组件选型（包括PLC电源模块，CPU模块，数字量输入模块，数字量输出模块等）；3. 编制PLC输入/输出分配表；其中数字量输入62个（包括18个气缸的36个磁性开关，4个液压缸的16个接近或行程开关，5个工作位置负载检测的10个接近或行程开关，共计36161062个），数字量输出17个（即控制9对气缸的9个电磁阀及每个液压缸包括前进和后退两种状态，4个液压缸共需要8个数字量输出）4. 编制梯形图程序；其中系统装箱全部工作状态可以分成以下几个子任务来完成：（1）. 将III号位负载运至V号位（2）. 将 I号位负载运至III号位（3）. 将II号位负载运至I号位（4）. 将IV号位负载运至II号位针对以上个子任务进行程序设计，即进行子程序设计，然后设计主程序调用子程序（满足调用条件时）可完成装箱全部工作状态。退箱同理可以完成。5. 进行软件测试；2.5本章小结本章对课题作了详细的介绍，对输运机构的基本结构进行了说明和参数的分析，另外，更详细的描述了输运机构的工作流程，从中可以鲜明的看出，此输运机构的工作流程具有很强的联系性和循环性。最后对课题任务要求进行了阐述并给出了具体的设计工作步骤。第三章 硬件设计3.1 CPU模块选型S7-200 CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC，参见图3.1，在下载了程序之后，S7-20将保留所需的逻辑，用于监控应用程序中的输人输出设备。图3.1 S7-200微型PLCSiemens公司提供多种类型的CPU以适应各种应用，S7-200有5种CPU模块，CPU的主机及I/O特性见表3.1，CPU电源规范见表3.2，CPU的用户存储器使用EEPROM(电可擦写可编程只读存储器)，后备电池可使用200天，布尔量运算执行时间为0.22us/指令，内部标志位（M）、顺序控制继电器各有256点，计数器和定时器各有256点；有两点定时中断，最大时间间隔为255ms；有4点外部硬件输入中断。表3.1主机及I/O特性型号主机输出类型主机输入点数主机输出点数可扩展模块数CPU221DC/继电器64无CPU222DC/继电器862CPU224DC/继电器14107CPU226DC/继电器24167表3.2 CPU电源规范CPU类型电源电压输入电压输出电压输出电流CPU221DC输出DC输入24VDC24VDC24VDC0.75A，晶体管继电器输出DC输入85264VAC24VDC24VDC24230VAC2A，继电器CPU222CPU224CPU226DC输出24VDC24VDC24VDC0.75A，晶体管继电器输出85264VAC24VDC24VDC24230VAC2A，继电器下面对各种CPU的特性作一简单比较， S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列和CPU22X系列。CPU22X系列有4个不同的基本型号：CPU221无扩展功能，适用作小点数的微型控制器。CPU222有扩展模块，CPU224是具有较强控制功能的控制器。CPU226适用于复杂的中小型控制系统，可扩展到248点数字量和35路模拟量，有两个RS-485通信接口。分析此输运机构含有五个工作位置，输入点较多，属于中小型控制系统，要求控制性较强，再比较各个型号CPU的规格参数，本系统选用CPU226型号较合适，其性能规格见表3.3：表3.3 CPU226性能规格表特性CPU226尺寸（mmmmmm）1908062质量（g）550（DC）660 (继电器)功耗（W）11（DC）17（继电器）程序存储区（字节）使用运行编程模式16384非运行编程模式24576数据存储区（字节）10240掉电数据保存时间（h）内置超级电容100外插电池卡连续使用200天本机I/O数字量24入/16出模拟量无I/O映像区数字量256（128入/128出）模拟量64（32入/32出）最大扩展模块数量7高速计数器总数6单相（kHz）306双相（kHz）204高速脉冲输出（DC）/（kHz）202定时器256（1ms4,10ms4,100ms236）计数器256中间存储器（位）256（其中，118位可存入EEPROM）时间中断特殊存储器中断2（精度1ms）+定时器中断2数字量输入硬件中断4上升沿和/或4下降沿模拟电位器2（8位精度）实时时钟内置可配外插卡存储卡、电池卡布尔指令运算速度（us）0.22本机通信口RS-4852PPI、DP/T通信速率（Kbit / s）9.6、19.2、187.5自由口通信速率（Kbit/s）1.2115.2供电能力（m A）5VDC100024VDC4003.2输入输出扩展模块选型在对该控制系统进行组态分析时要注意CPU模块本身所带的I/O端子数。本系统中CPU226本身带有24个输入和16个输出数字量端子。当主机单元模板上的I/O点数不够时,或者涉及到模拟量控制时,除了CPU221以外,都可以通过增加扩展单元模块的方法,对输入/输出点数进行扩展。对于本次设计，需要70个输入和17个输出，因此数字量端子需要扩展46个输入，数字量端子需要扩展1个输出，所以扩展模块可以选择EM221 16DI-24VDC模块2块（一块含有16个输入端）和EM223 24V DC16输入/继电器16输出1块。组态上从左至右依次为CPU224、EM221、EM221、EM223，各模块I/O端口对应的地址如表3.4：表3.4 PLC各模块I/O编址CPU224EM221EM221EM223I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3I2.4I2.5I2.6I2.7Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7I3.0I3.1I3.2I3.3I3.4I3.5I3.6I3.7I4.0I4.1I4.2I4.3I4.4I4.5I3.6I4.7I5.0I5.1I5.2I5.3I5.4I5.5I5.6I5.7I6.0I6.1I6.2I6.3I6.4I6.5I6.6I6.7I7.0I7.1I7.2I7.3I7.4I7.5I7.6I7.7I8.0I8.1I8.2I8.3I8.4I8.5