基于plc的打包机控制系统设计

本科毕业设计（论文）XXXX 大学毕 业 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 专 业： 题 目： 基于 plc 的打包机控制系统设计 指导教师： 职称: 职称: 20*年 12 月 5 日本科毕业设计（论文）摘要打包机是一种动作步骤复杂的机床设备，在打包机控制系统中应用可编程序控制器能简化系统的设计并提高系统的工作效率和可靠性。在这篇文章中以化纤打包机的控制系统为例。首先介绍了三菱 FX2N 的特性特点、程序设计方法和编程方法，程序设计方法和编程方法包括经验设计法、顺序控制设计法和 STL（Step Ladder Instruction）步进梯形指令，然后详细具体地分析和介绍了化纤打包机控制系统的组成、电气特征和程序。最后介绍了应用个人计算机来向可编程序控制器中输入程序。所使用的软件是三菱公司的 SWOPCFXGP/WINC。关键字：打包机；可编程序控制器；步进梯形指令；个人计算机本科毕业设计（论文）ABSTRACTThe packageing machinery is a kind of steping complicated machine tools.Applying Programmable Logic Controller to the control system of packageing machinery can simplify the system design and raise the effectiveness and reliability of the system.In this paper,the control systems of chemical fiber baler are used as a example.At first it introduces the characteristics,method of designing the program,and method of editing the program of Mitsubishi FX2N.The method of designing and editing the program include the Experience Designing Method ,Sequencely Controlling Designing Method,and STL(Step Ladder Instruction).Then,it concretely analyses and introduces the electrical construct,electrical feature,and program of the control systems of chemical fiber baler.At last it introduces using the personal computer to input the program into the Programmable Packageing Machinery.The used software is SWOPC-FXGP/WIN-C of Mitsubishi company.Keywords: packageing machinery; Programmable Logic Controller; Step Ladder Instruction; personal computer本科毕业设计（论文）目录摘要 .IABSTRACT.I前言 .I1 绪论 .11.1 可编程控制器在打包机中的应用概述 .11.2 我国包装机械的现状及与国际水平的差距 .11.3 发达国家包装机械技术水平及发展趋势 .11.4 我国包装机械发展的对策 .12 FX2N 系列 PLC 性能、程序设计和编程方法介绍 .12.1 三菱 FX2N 系列可编程控制器性能特点 .12.2 梯形图的经验设计法简介 .12.3 顺序控制设计法简介 .12.4 顺序控制设计法的本质 .12.5 STL 指令的编程方式简介 .13 化纤打包机控制系统的设计实现 .13.1 化纤打包机的基本动作、工艺要求和运行控制方式 .13.2 打包机控制系统设计的实现 .14 应用个人计算机程序开发系统向 PLC 中导入程序 .14.1 个人计算机程序开发系统概述 .14.2 向 PLC 中输入程序的过程 .1结论 .1参考文献 .1致谢 .1附录 .1本科毕业设计（论文）前言随着现代工业和现代科学技术的发展,不断涌现出对落后的操作机械和复杂生产系统实现自动控制。以适应现代生产的需要,在我国打包机的种类很多,但大部分的打包机是由手工操作或是开关型液压控制系统完成,打包的劳动强度大,打包的落后状态直接影响产品质量。所以自动打包机的研究需要很迫切。自动打包机是现代高速线材生产线特有的设备,它集机械、电气、液压控制为一体,动作准确,为现代化的线材生产线构筑了一道靓丽的风景线。可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）在打包机控制系统中的应用具有十分重要的意义，与以往复杂的继电器控制系统相比，其功能强、性能价格比高、硬件配套齐全、用户使用方便，适应性强、无触点免配线、可靠性高、抗干扰能力强、维护工作量小、维修方便。大大提高了打包机的精度、可靠性、灵活性和工作效率，为各种智能型仪表提供了可靠的技术基础。从而降低了打包机的生产成本。解决了打包机继电器控制系统以往采用众多的电器元件,逻辑布线复杂,接点多,故障率高,设备运行可靠性差的缺陷，所以可编程序控制器非常适合应用于各种机床设备的控制系统中。有着广泛的应用前景，对打包机控制系统的研究对提升我国包装设备的自主创新、提高国际竞争力、促进工业化发展、提升产品质量具有着重要的影响。我国包装机械产品与发达国家相比，其差距主要表现在：控制技术和产品可靠性方面较差，且技术更新的速度太慢，新技术、新材料、新工艺推广的范围太.。整体水平比发达国家要落后 20 年，现在我国包装机械产品中仅有 5左右能够达到发达国家 90 年代初期的水平，还有 20 的产品仅能和国外 80 年代的产品相比，其余 60左右仅能达到国外 70 年代的水平。我国的包装机械在产品的开发、性能、质量、可靠性、价格、服务等方面与进口产品在竞争中处于劣势，抵挡不了进口产品的大量涌入。在进口设备中，一般是技术含量高或大型设备，大都是国内不能制造或达不到使用技术要求的。如无菌包装机大型高速饮料灌装机、贴标机、组合电子秤等。有的设备国内虽然也能制造，但可靠性不好，生产出的食品质量、保质期等都不如进口设备目前国外包装机械产品的品种大约有 2300 多种，成套数量多，并且不断有新技术、新产品出现。国外的包装机械产品一方面向高精度、大型化发展，另一方面向多功能方向发展。本设计重点研究的是基于 PLC 的打包机控制系统，采用了日本三菱公司的FX2N 系列当中的 FX2N-128MR 型号可编程控制器，由于打包机的工作原理也属于机床设备，所以涉及到很多的动作，本设计中的打包机程序的编制设计采用了顺序控制设计法和经验设计法，顺序控制设计法中采用步进梯形指令（Step Ladder Instruction）STL 的编程方法，使得程序简洁且能方便的是维护人员读懂程序，本科毕业设计（论文）同时用到了 FX 系列可编程控制器的状态初始化指令 IST(Initial State), 更简化了程序的结构设计，其中打包机的自动程序和回原点程序采用了步进梯形指令STL 的编程方法，而手动程序采用了经验设计法的设计。在向 PLC 中输入程序采用了个人计算机（Personal Computer）输入，所用的软件是三菱公司的 SWOPCFXGP/WINC。本科毕业设计（论文）1 绪论1.1 可编程控制器在打包机中的应用概述近几年来可编程控制器(PLC)技术的普及为各种智能型仪表提供了可靠的技术基础,在打包机控制系统方面的应用,提高了系统的可靠性和灵活性。与工控机和单片机相比,可编程控制器应用广泛,使打包机控制系统的开发更加简单、周期更短、使用更可靠、维护更简便。大大的提高了经济效益。旧机床电气控制部分大多采用继电器控制,这种控制方法中采用众多的电器元件,逻辑布线复杂,接点多,故障率高,设备运行可靠性差。用 PLC 能有效地解决这些问题。在我国打包机的种类很多,但大部分的打包机是由手工操作或是开关型液压控制系统完成,打包的劳动强度大,打包的落后状态直接影响产品质量。所以自动打包机的研究需要很迫切。自动打包机是现代高速线材生产线特有的设备,它集机械、电气、液压控制为一体,动作准确,为现代化的线材生产线构筑了一道靓丽的风景线。可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）在打包机控制系统中的应用具有十分重要的意义，与以往复杂的继电器控制系统相比，其功能强、性能价格比高、硬件配套齐全、用户使用方便，适应性强、无触点免配线、可靠性高、抗干扰能力强、维护工作量小、维修方便。大大提高了打包机的精度、可靠性、灵活性和工作效率，为各种智能型仪表提供了可靠的技术基础。从而降低了打包机的生产成本。解决了打包机继电器控制系统以往采用众多的电器元件,逻辑布线复杂,接点多,故障率高,设备运行可靠性差的缺陷，所以可编程序控制器非常适合应用于各种机床设备的控制系统中。有着广泛的应用前景，对打包机控制系统的研究对提升我国包装设备的自主创新、提高国际竞争力、促进工业化发展、提升产品质量具有着重要的影响。 1.2 我国包装机械的现状及与国际水平的差距我国早在 50 年代中期就有少数工厂生产包装机械，5060 年代，我国包装机械如烟草加工、制糖、制盐、酿酒等行业水平很低。改革开放初期，引进了一批食品机械和包装机械，具有一定的促进作用。80 年代后期，随着国民经济的突飞猛进，市场对包装机械的需求日趋扩大。在此间期，我国的一大批机床、通用机械、农机行业的企业开始转产从事包装机械的生产。据 1986 年不完全统计，当时仅有县以上包装机械企业 1062 年，工业总产值 278 亿元。进入 90 年代，全行业实现了高速发展，年平均增长率达 30。据中国食品和包装机械工业协会1994 年统计，当时我国包装机械生产厂家有 1540 家，包装机械行业总产值为2556 亿元，包装机械的产量总数 258420 台，其中，包装容器制造机械 17112台，直接包装机械 213303 台，包装装潢印刷机械 10508 台，辅助包装机械 7493本科毕业设计（论文）台。据中国包装总公司计划部第三次全国工业普查资料表明，1995 年包装机械总产量为 489569 台，其中，包装容器制造机械 29514 台，直接包装机械 455284 台，专用包装机械 4771 台。1997 年底，全国增加至 1600 余家从事包装机械的生产厂家；同时，从事包装机械研究及开发的科研院所达 75 个，另有 21 所高等院校从事包机械专业的教学和科研工作。我国进口额较大并增长幅度较大的有纸浆、纸或纸板的制造和整理机械，其次是包装或打包机器，各种容器的装封、贴标签机器，其他干燥器等。1.2.1 产品技术方面的差距我国的包装工业过去长期处于一种生产力水平低下、主体技术不高、规模过小、游离分散生产、企业管理水平不高、国家投入不足的状况，大部分企业仍然处于需要技术改造、技术创新、提高产品质量、加强现代化管理以及体制转轨的关键时期。包装行业的结构调整、技术升级、产品换代、规模效益以及布局合理、经营体制的转换等，仍是新世纪的大大重要课题。我国包装机械产品与发达国家相比，其差距主要表现在：控制技术和产品可靠性方面较差，且技术更新的速度太慢，新技术、新材料、新工艺推广的范围太窄。从整体水平上看，比发达国家要落后 20 年，现在我国包装机械产品中仅有5左右能够达到发达国家 90 年代初期的水平，还有 20的产品仅能和国外 80年代的产品相比，其余 60左右仅能达到国外 70 年代的水平。我国的包机在产品的开发、性能、质量、可靠性、价格、服务等方面与进口产品在竞争中处于劣势，抵挡不了进口产品在竞争中处于劣势，抵挡不了进口产品的大量涌入。进口设备中，一般是技术含量高或大型设备，大都是国内不能制造或达不到使用技术要求的。如无菌包装机，大型、高速饮料灌装机、贴标机、组合电子秤等。有的设备国内虽然也能制造，但可靠性不好，生产出的食品质量、保质期等都不如进口设备，如冰淇淋包装机。包装机械进出口比例相差太大，以 1998 年为例：包装机械进出口总额 148 亿美元，进口总额 144 亿美元，比 1997 年增长213，出口仅为 045 亿美元，比 1997 年还下降 89，进口约为出口的近33 倍。我国出口的大多是低档次、低附加值或劳动密集型产品，而进口产品都是大型成套设备和高技术含量的产品。 1.2.2 产品品种方面的差距目前国外包装机械产品的品种大约有 2300 多种，成套数量多，并且不断有新技术、新产品出现。国外的包装机械产品一方面向高精度、大型化发展，另一方面向多功能方向发展。如意大利 ILAPAK 公司的小剂量颗粒包装机采用机械转鼓式计量，连续式封合并裁切，一机多工位，包装速度可达 120 袋分钟，其控制系统采用微机和可编程控制器。与发达国家相比，我国包装机械产品品种及配套数量少，只有 1300 多种。缺少高精度和大型化包装机械产品，在钢制两片罐成型设备、高精度电子计量装置、高速电阻焊机、大型中空容器成型机械等方面仍属空白。 本科毕业设计（论文）1.3 发达国家包装机械技术水平及发展趋势上世纪 50 至 70 年代，电子技术和合成化工的迅速发展，对包装机械产生了委大的影响，出现了一系列以采用合成材料为包装材料的新包装工艺及设备。如机电密切结合的高速自动化包装机、调整操作方便的多功能包装机和劳动生产率极高的自动包装线的大量出现，使包装机械在产业机械中成为瞩目的一个领域。日本在那个时期的包装机械生产每年平均增长率达 20，进入稳定发展的 80 年代，增长率仍然高于 10。80 年代，各发达国家为了维护本国包装机械市场，扩大出口能力，积极采用其他领域的新技术（如微电子、激光、热管、新材料等），成为开创包装机械新局面的关键性年代。欧 家的包装机械生产，以大、中型企业为主，以联合经营的方式扩大在国际市场上的竞争实力。欧美制造厂在经营上，重视展览会上的成交和销售；在发展方针上，不太注重本公司产品的品种，而是注重增加在原有品种的基础上继续研究改进性能。日本的包装机械制造厂则中小企业为主，最拿手的是微电子技术，用它来控制包装机，达以安全性高、无人操作、高生产率，大大提高了国际市场竞争能力。美国、德国、日本、意大利是世界上包装机械四强。美国美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械体系，其品种和产量均居世界之首。其产品以高、大、精、尖产品居多。现有包装机械制造企业 700 多家，1996 年全美包装机械产值为 439 亿美元，90 年代以来，美国包装机械市场以 6左右的年均速度增长，据预测， 2000 年美国包装机械市场规模将达到 50 亿美元，2005 年将达到 68 亿美元。新型机械产品中以成型、填充、封口三种机械的增长最快，裹包机和薄膜包装机占整个市场份额的15，厚纸盒封盒包装机在市场占有率中居第二位。美国的包装机械制造厂大部分附属于大包装材料厂，销售也完全依赖母公司。这是因为包装材料的产值一般是包装机械的 20 倍左右，机械产业与材料产业结合，自然获得了强大的资本后盾。而包装机械常常与包装材料一起进行系统化的销售，从而保证了其产品技术领先的地位。过去美国包装机械业是由小规模、家族式生产所构成，技术也甚为散乱，各自竞争。到今天，包装机械业务越来越多是由专业经理人员经营，建造的机械不单供应庞大的美国市场，也出口到全世界。美国的包装机械与计算机紧密结合，实现了机电一体化控制。据世界包装机械协会总会（COPAMA）表示，1997 年全球的包装机械销售额为 180 亿美元，其中美国制造商占了 50 亿美元，约为总数的28。据最近统计信息表明，美国包装机械占美国产业机械总值的 1强，1995后美国包装机械产值 402 亿美元，产业机械产值为 3536 亿美元，比例为11；1996 年此项比例为 12。美国国内包装机械市场规模在世界上也是名称前茅。1992 年为 438 亿美元，1998 年为 483 亿美元。美国包装机械出口额本科毕业设计（论文）也较大，1998 年美国对中国的包装出口额为 3578 万美元，与 1992 年的 641 万美元相比，增长了 401 倍。中国已成为继加拿大、墨西哥、日本、英国、德国之后，美国包装机械的第 6 大出口市场。日本日本与美国、德国相比，起步虽较晚，且包装设备经历了引进一消化一发展的研究过程，吸收国外的长处，并加以改进，目前已成为世界上仅次于美国的包装机械生产国。60 年代以前，生产厂家不足 60 家，只能包装糖果、香烟等。6070 年代，是日本包装机械工业起步阶段，产值增长非常高。包机由 1960 的38 亿日元剧增到 1970 年的 560 亿日元。7080 年代，增长速度虽不如 60 年代那么高，但年均增长率仍达 13。8090 年代，是日本包装机稳定增长的阶段，将微电子技术成功地应用于包装机械的控制，以后又将光导纤维技术、工业机械人技术、模块技术应用于包装机械，达到安全性高、无人操作、高生产率的水平，大大提高了其国际市场竞争力。日本的包装机械制造厂以中小企业为主，包装机械的品种齐全，产品品种近500 种,规格有 700 多个。其中，包装机械以中小型单机为主，具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点。90 年代以来，已将变频调整、光电追踪、无触点电子开关、动态数据显示等技术运用在包装机械中。1992 年产值达 4670 亿日本，近几年有所下降，1995 年为 4280 亿日元，1996 年回升到4400 亿日元。亚洲是日本包装机械的主要出口市场。1996 年日本对亚洲的包机出口额为 221 亿日元，比上一年增加 22。占出口总额的比例，也由 1994 年底的59、1995 年的 60提高到 1996 年的 65。从 90 年代以来，日本对中国的包机出口额连年大幅增长，由 1991 年的 128 亿日元分别增加到 1993 年的 404亿日元和 1995 年的 594 亿日元，1996 年又增加了 14 亿日元。自 1995 年起，中国取代美国而成为日本包装机械的最大出口国。1996 年，日本对中国的包装机械出口额为 734 亿日元，占出口总额的 216。也就是说，日本出口的 5 台包装机械中就有一台是销往中国的。德国德国的包装设备在计量、制造、技术性能等方面居领先地位，特别是啤酒、饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点，享誉全球。如Hassiag、Boch、Rovema 等大公司生产的集机一电一液及微机控制于一体，采用光电感应，靠光标控制袋长，并配有防静电装置。其中袋包装机速度达 160 袋分钟，大型自动包机 UPM600 的最大包装容积达 80L，制袋尺寸达800mm1200mm。并能集制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序在一台单机上完成。Teepach Co.（茶叶包装公司）生产出世界上最高速的茶叶包装机，其速度达 350 袋分钟。所以为了使我国的包装设备在当今激烈的国际竞争当中占有一席位置，我国必须在这方面加大科技投入，积极培养具有良好创新能力的人才设计队伍，摆脱本科毕业设计（论文）我国在某些大型号、高精密包装设备长期依赖国外进口的现状，研发出具有我国自主知识产权的先进包装设备。1.4 标题内容1.4.121 世纪包装机械基础技术的发展重点：从发达国家的包装机械企业发展的成功经验可以得到启示：美、日、德、意等国家积极采用其他领域的新技术（如微电子、激光、热管、新材料等），开创包装机械新局面。21 世纪包装机械基础技术的发展重点：机电一体化技术的应用、热管技术、基础配套技术、设计技术、模块化技术、制造技术。机电一体化技术和微机应用可提高包装自动化程度及可靠性和智能化程度；热管技术可提高包装机械的封口质量；基础配套技术中配套的电子元件、专用泵、阀产品、传感器、电机及电器控制元件，开发各种在线或离线的检测设备；采用模块化设计技术和CADCAM 技术，可以提高包装机械在材料选择、加工装备与工艺技术的水平。 1.4.2 坚持技术创新，不断提高产品质量和开拓新品种加入企业集团后，企业将逐步成为产业技术开发和投 e 的主体。如美国的包装机械产业与材料产业结合，自然获得了强大的资本后盾。而包装机械常常与包装材料一起进行系统化的销售，从而保证其产品技术领先的地位。我国也可以尝试借鉴他们的成功建立技术创新的运行机制，采用产、学、研相结合的方式，积极创造条件，鼓励科研院所与企业结合的经验。国外包装机械的成功经验表明：企业用于研究与开发的投资占销售额的 1，企业难以生存，占 2可勉强维持，占 5才有竞争力，而我国的包装机械企业平均水平不足 1。因此，在技术日新月异的今天，国际竞争日趋激烈的今天，仅靠扩大投资、扩大规模的粗放经营已被淘汰，要多渠道、多层次的增加科研经费，积极引进人才，开发出产销对路的高新技术产品。 1.4.3 调整出口产品结构，开拓国际市场我国应该立足接受国外技术，洋为中用，开发出“新、奇、特” 的包装设备，开拓国际市场。世界已进入信息时代，竞争呈现出高速度、高强度、全方位的新特点，实施电子商务是包装机械企业开拓国际市场的必然趋势。 1.4.4 增加智力投入、加强科研队伍建设经济竞争的关键是技术竞争，技术竞争的实质是人才竞争，要在国内外市场竞争中取胜，必须重视培养和用好包装机械的技术人才，做到人尽其才。包装机械产品中的大部分生产线都是技术密集性产品，它是集机、光、电、磁、声、化、生、美为一体的高技术、高智能的产品，发展速度快、更新速度快。因此，有远见的领导和企业家要切实地从政策上与物质上支持包装机械的教育、科研、设计部门，使它们走在包装机械生产的前面，而不是滞后于生产需求。科研体制与机本科毕业设计（论文）制改革，将使包装机械的工作与产品开发和生产更密切地结合，它们或者联合生产产品，或者组成科技企业、企业集团，或者与生产企业形成合体。总之，包装机械科研单位要向经济实体方向转变。例如，株洲工学院与广东中山包装集团共同成立的广东中山包装分院，就是产、学、研相结合的典范，已取得了良好的经济效益和社会效益，值得推广。发展包装机械行业。既要有一大批学术带头人，专家队伍，也需要一批高级有管理技术人才，既懂经营、善于管理、有开拓精神懂得企业家队伍。在培养专门人才的同时，也要有计划、全面系统地提高行业职工的整体素质。 本科毕业设计（论文）2 FX2N 系列 PLC 性能、程序设计和编程方法介绍2.1 三菱 FX2N 系列可编程控制器性能特点1.1.1 标题内容FX2N 是 FX 系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行时间高达 0.08s 每条指令，远远超过了很多大型可编程程序控制器。用户存储器容量可扩展到 16K 步，最大可扩展到 256 个 I/O 点，有 5 种模拟量输入/输出模块、高速记数模块、脉冲输出模块、4 种位置控制模块、多种 RS-232C/RS-422/RS-485 串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。FX2N 有 3000 多点辅助继电器、1000 点状态、200 多点定时器、200 点 16 为加计数器、35 点 32 位加/减计数器、8000 多点 16 位数据寄存器、128 点跳步指针、15 点中断指针，这些编程元件对于一般的系统是绰绰有余的。FX2N 有 128 种功能指令，具有中断输入处理、修改输入滤波器时间常数、数学运算、逻辑运算、浮点数运算、数据检索、数据排序、PID 运算、开平方、三角函数运算、浮点数运算、脉冲输出、脉宽调制、ASC码输出、BCD 与 BIN 的相互转换、串行数据传送、校验码、比较触点等功能指令。FX2N 内装时实钟，有时钟数据的比较、加减、读出/写入指令，可用与时间控制。FX2N 还有矩阵输入、10 键输入、16 键输入、数字开关、方向开关、7 段显示器扫描显示、示教定时器等方便指令。详细技术性能表格参见附录。2.2 梯形图的经验设计法简介在可编程控制器发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，不断地增加中间编程元件和辅助触点，最后才能得到一个较为满意的结果。这种设计方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法叫做经验设计法，它可以用于简单的梯形图（如手动程序）的设计。用经验设计法设计复杂系统的梯形图，存在着以下问题：1设计方法很难掌握，设计周期长用经验法设计系统的梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计本科毕业设计（论文）方法。在设计复杂系统的梯形图时，用大量的中间单元来完成记忆、联锁和互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些应该考虑的问题。修改某一局部电路时，很可能会“牵一发而动全身” ，对系统的其他部分产生意想不到的影响，因此梯形图的修改也很麻烦。2装置交付使用后维修困难用经验法设计的梯形图往往非常复杂，对于其中某些复杂的逻辑关系，即使是设计者的同行，分析起来都很困难，更不用说维修人员了，给可编程控制器控制系统的维修和改进带来了很大的困难。 2.3 顺序控制设计法简介所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。顺序控制设计法又称步进控制设计法，它是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师。也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。三菱公司的 PLC 编程手册称，使用这种设计方法可以使设计时间减少 2/3。某厂有经验的电气工程师用经验设计法设计某控制系统的梯形图，花了两周的时间，同一系统该用顺序控制设计法，只用了不到半天的时间，就设计完成了梯形图的设计和模拟调试，现场试车一次成功。顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（Step） ，并用编程元件（例如辅助继电器 M 和状态S）来代表各步。步是根据输出量的状态变化划分的，在任何一步之内，各输出量的 ON/OFF 的状态不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的，步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，转换条件可能是外部的输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等；也可能是可编程控制器内部产生的输入信号，如定时器、计数器常开触点的接通等，转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。顺序控制设计法用当转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制各输出继电器。顺序控制设计法的这种设计思想由来已久，在继电器控制系统中，顺序控制是用有触点的步进式选线器（或鼓形控制器）来实现的，但由于触点的磨损和接触不良，工作很不可靠。20 世纪 70 年代出现的顺序控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成，因为其功能有限，可靠性不高早已被淘汰。可编程控制器的设计者们继承了顺序控制的思想，为顺序控制程序的设计提供了大量通用的和专用的编程元件和指令，开发了供设计顺序控制程序用的顺序功能图语言，使这本科毕业设计（论文）种先进的设计方法成为当前梯形图设计的主要方法。 顺序功能图是设计顺序控制程序的一种极为重要的图形编程语言和工具。 2.4 顺序控制设计法的本质经验设计法实际是试图用输入信号 X 直接控制输出信号 Y，如果无法直接控制，或为了实现记忆、联锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助触点。由于不同的系统的输出量 Y 与输入量 X 之间的关系各不相同，以及它们对联锁、互锁的要求千变万化，不可能找出一种简单通用的设计方法。顺序控制设计法的则是用输入量 X 控制代表各步的编程元件（如辅助继电器M） ，再用它们控制输出量 Y。步是根据输出量 Y 的状态划分的，M 与 Y 之间具有很简单的“与”的逻辑关系，输出电路的设计极为简单。任何复杂系统的代表步的辅助继电器的控制电路，其设计方法都是相同的，而且很容易掌握，所以顺序控制设计法具有简单、规范、通用的优点。由于 M 是依次顺序为 ON/OFF 状态的，实际上已经基本解决了经验设计法中的记忆、联锁等问题。2.5 STL 指令的编程方式简介步进梯形指令（Step Ladder Instruction）简称为 STL 指令，FX 系列可编程序控制器还有一条使 STL 指令复位的 RET 指令。利用这两条指令，可以很方便地编制顺序控制梯形图程序。如果使用个人计算机用 FX 编程软件，可以用符合IEC1131-3 标准的顺序功能图（SFC ）编程语言来编程，根据顺序功能图可以生成指令表程序，也可以将梯形图或指令表转换为顺序功能图。使用计算机用的 FX编程软件，还可以用顺序功能图来进行运行监视和自动显示运行状态，很容易查找到发生故障的地方。使用步进梯形指令编制的程序简洁、清晰、明了。其中FX2N 系列可编程控制器的状态 S0S9 用于初始步， S10S19 用于返回原点，S20S499 是通用状态，S500S899 有断电保持功能，S900S999 用于报警。用它们编制顺序控制程序时，应于步进梯形指令一起使用。使用 STL 指令的状态的常开触点称为 STL 触点，STL 触点驱动的电路块具有三个功能，即对负载的驱动处理、指令转换条件和指定转换目标。STL 触点是与左侧母线相连的常开触点，当某一步为活动步时，对应的 STL 触点接通，该步的负载被驱动。当该步后面的转换条件满足时，转换实现，即后续步对应的状态被 SET 指令置位，后续步变为活动步，同时与原活动步对应的状态被系统程序复位，原活动步对应的 STL 触点断开。STL 指令有以下一些特点：1与 STL 触点相连的触点应使用 LD 或 LDI 指令，即 LD 点移到 STL 触点的右侧，直到出现下一条 STL 指令或出现 RET 指令，RET 指令使 LD 点返回左侧母线。各 STL 驱动的电路一般放在一起，最后一个 STL 电路结束时一定要使用本科毕业设计（论文）RET 指令，否则将出现“程序错误”信息，可编程控制器不能运行。2. STL 指令触点可以直接驱动或通过别的触点驱动 Y，M，S，T 等元件的线圈。由于 CPU 只执行活动步对应的电路块，使用 STL 指令时允许双线圈输出，即不同的 STL 触点可以分别驱动同一编程元件的一个线圈。3. 在状态转移过程中，相临两步的两个状态同时 ON 一个扫描周期，为了避免不能同时接通的两个外部负载（如控制异步电动机正、反转的两个接触器）同时接通，应在可编程控制器外部设置硬件联锁。同一定时器的线圈可以在不同步使用，但是如果用于相邻的两步，在步的活动状态转换时，该定时的线圈不能断开，当前值不能复位。STL 触点驱动的电路块中不能使用 MC 和 MCR 指令，虽然不禁止在 STL 触点驱动的电路块中使用 CJ 指令，但因其操作复杂，建议不要使用。在中断程序与子程序内，不能使用 STL 指令。复杂的控制系统不仅 I/O 电数多，顺序功能图一般也相当复杂。任何复杂的顺序功能图都由单序列、选择序列和并行序列组成，掌握了选择序列和并行序列的编程方式，就可以将复杂的顺序功能图转换为梯形图。对选择序列和并行序列编程的关键在于对它们的分支与合并的处理，转换实现的基本规则是设计复杂系统梯形图的基本准则。与单序列相比，在选择序列和并行序列的分支、合并之处，某一步或某一转换可能有几个前级步或几个后续步，在设计顺序控制梯形图时应注意这个问题。本科毕业设计（论文）3 化纤打包机控制系统的设计实现3.1 化纤打包机的基本动作、工艺要求和运行控制方式生产中要求化纤打包机完成以下的基本动作：进料、进料门关、预压升降、主压升降、抬箱、左右转箱、落箱、预压右行和左行、捆包、顶包升降、放包布。这些动作里给料动作由电动机 4M 直接控制；主压泵电动机 1M 和电磁阀YV4、YV5 完成主压活塞的升降及抬箱、落箱动作；预压泵电动机 2M 和电磁阀YV2、YV3 完成预压活塞的升降动作；控制油泵电动机 3M 完成左右转箱电磁阀YV6、YV7 的动作，顶包升降电磁阀 YV11、YV12 的动作、挡料门关闭电磁阀YV1 的动作、捆包 YV9 的动作和放包布 YV12 的动作；预压右行和左行由电动机5M 控制，各动作到位均有限位开关、行程开关进行位置控制。化纤打包机的工艺要求：（1）箱体左右正确定位后，其他动作才允许进行。（2）预压、主压升至上限位才允许左右转箱动作。 （3 ）主压升、抬箱同时在上限位才允许左右转箱动作。化纤打包机的样机如图 31 所示。图（31）化纤打包机样机本科毕业设计（论文）图（32）打包机的动作原理图本科毕业设计（论文）打包机的运行控制方式要求：手动、回原点、单步运行、连续、回原点起动、自动起动、停止。控制要求具体为：首先产品给料右行，产品从传送带移动到主压上，关闭进料门，此时主压和预压同时上升。当主压和预压都到达上限位时，主压开始抬箱，当主压到达抬箱上限同时主压上限也已到达时开始左右转箱，使其中的物品放置均匀。然后主压开始落箱，当落箱到位时，产品开始右行 2 到达预压上，主压降到初始位置，下一步开始对产品进行捆包。当捆包完毕后，预压开始右行进行下一步的放包布的工序，顶包降开始放包布，包步放完之后顶包升，之后产品包装完毕被移走。接下来预压左行并降到初始位置。本管理信息系统的主要功能是把各系别3.2 打包机控制系统设计的实现：本设计中的可编程控制器的输入/输出继电器地址编排详见下表所示。其中输入信号有 41 个，输出信号有 31 个，所以选用的是三菱公司 FX2N128MR 可编程序控制器。此可编程序控制器输入和输出口都为 64 个口，完全满足对控制器的要求。I/O 地址编排输 入器件号 地址号 功能说明 器件号 地址号 功能说明SQ1 X0 预压上限 SB1 X30 预压升按钮SQ2 X1 预压下限 SB2 X31 预压降按钮SQ3 X2 主压上限 SB3 X32 主压升按钮SQ4 X3 主压下限 SB4 X33 主压降按钮SQ5 X4 抬箱上限 SB5 X34 给料右行按钮SQ6 X5 左转限位 SB6 X35 产品右行 2 按钮SQ7 X6 右转限位 SB7 X36 抬箱按钮SQ8 X7 给料右行到位SB8 X37 左转按钮SQ9 X10 落箱到位 SB9 X40 右转按钮SQ10 X11 产品右行 2到位SB10 X41 落箱按钮YJ1 X12 捆包压力传感器SB11 X42 捆包按钮SQ11 X13 预压右行到位SB12 X43 预压右行按钮SQ12 X14 顶包降下限 SB13 X44 顶包降按钮YJ2 X15 包布压力传 SB14 X45 顶包升按钮本科毕业设计（论文）感器SQ13 X16 顶包上限 SB15 X46 放包布YJ3 X17 进料门关闭压力传感器SB16 X47 预压右行按钮X20 手动 SQ14 X50 预压右行到位X21 回原点 X25 回愿点起动X22 单步运行 X26 自动起动X23 单周期 X27 停止X24 连续输 出 器件号 地址号 功能说明 器件号 地址号 功能说明KM5 Y0 给料右行 YV8 Y10 产品右行 2YV1 Y1 进料门关 YV9 Y11 捆包YV2 Y2 预压升 KM6 Y12 预压右行YV3 Y3 预压降 YV10 Y13 顶包降YV4 Y4 主压升 YV11 Y14 顶包升YV5 Y5 主压降 YV12 Y15 防包布YV6 Y6 左转 KM7 Y16 预压右行YV7 Y7 右转（其中 SQ 为位置开关，SB 为按钮，YJ 为检测开关，YV 为电磁阀，KM 为接触器）手动和自动（包括连续、单周期、单步等、自动返回初始状态）工作方式。手动程序比较简单。采用经验设计法，复杂的自动程序根据系统的顺序功能图用顺序控制法设计。为了保证在紧急情况下（包括可编程程序控制器发生故障时）能可靠地切断可编程序控制器的负载电源，设置了交流接触器 KM。在可编程序控制器开始运行时按下“负载电源”按钮，使 KM 线圈得电并自锁，KM 的主触点接通，给外部负载提供交流电源，出现“紧急停车”按钮断开负载电源。系统设有手动、单周期、单步、连续和回原点 5 种工作方式，打包机在进料门开、主压位于下限位、预压位于下限且预压位于左行限位、停止捆包、顶包位于上限且停止放包布时，称为系统处于原点状态（或初始状态） 。如果选择的是单周期工作方式，按下起动按钮 X26 后，从初始状态 S20 开始打包机按顺序功能图的规定完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。如果选择连续工作方式，在初始状态下按下起动按钮后，打包机从初始步开始一个周期一个周期地反复连续工作，完成最后一个周期的工作后，系统才返回并停留在初始步。在单步工作方式，从初始步开始，按一下起动按钮，系统转换到下一步，完成该步的任务后，自动停止工作并停在该步。单步工作方式常用于系统的调试。本科毕业设计（论文）在选择单周期、连续和单步工作方式以前，系统应处于原点状态；如果不满足这一条件，可选择回原点工作方式，然后按回原点起动按钮 X25，使系统自动返回原点状态。为进入单周期、连续和单步工作方式作好了准备。X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16X17X20X21X22X23X24X25X26X27X30X31X32X33X34X35X36X37X40X41X42X43X44X45X46X47X50COMY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16AC220V紧 急 停 车 负 载 电 源COM1COM8KMKMKM KMKM5YV1SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8SQ9SQ10YJ1YJ2YJ3SQ11SQ12SQ13SQ14SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8SB9SB10SB11SB12SB13SB14SB15SB16YV2YV3YV4YV5YV6YV7YV8YV9KM6KM7YV10YV11YV12Y17Y18Y36给 料 右 行进 料 门 关预 压 升预 压 降主 压 升主 压 降左 转右 转产 品 右 行 2捆 包 预 压 右 行顶 包 升顶 包 降放 包 布预 压 左 行FX2N128MR. .本科毕业设计（论文）图（33）主接线图M3FR1QS1QS2M31M3M3M3FR22FR3M34KM5FR43KM6KM75380V34V 6.3V FU1FU2HL1HL2主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主L1L2L3. .图（34）打包机电动机接线图本科毕业设计（论文）图（35） 打包机主压和预压液压系统图（1）采用单向顺序阀式平衡回路，可防止立式液压缸或垂直运动的工作部件自行下滑，这种回路有利于提高垂直运动的工作部件在下行时的运动平稳性。本科毕业设计（论文）（2）方向控制阀在液压系统中起阻止和引导油液按规定的流向进出通道，即在油路中起控制油液流动方向的作用。（3）溢流阀用于定量油泵液压系统。溢流阀常开，随着执行元件所需油量的不同，阀的溢流量时大时小，使系统压力保持恒定。调节溢流阀弹簧的弹力，即可调节系统的供油压力。图（36） 控制面板图FX 系列可编程序控制器的状态初始化指令 IST（Initial State）的功能指令编本科毕业设计（论文）号为