基于PLC控制的自动装箱系统.doc

大学本科生毕业设计说明书论文题目： 基于PLC控制的自动装箱系统学 院： 机电工程学院 年 级： 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 28摘要在现代化的工业生产中常常需要对产品进行装箱，如果这些繁杂的工作由人工完成的话不但效率低，而且劳动强度大，不适合现代化的生产需要。本文主要对基于生产线饮料瓶自动装箱的PLC控制系统进行了详细的研究。该系统有机械手和传送带组成，传送带用来传送产品和包装箱，其功能是运送饮料瓶和把已经装满的包装箱运走并用一只空箱来代替。机械手是用来将饮料瓶从一个传送带搬运到另一个传送带上的包装箱内。在包装箱传送带的中间装一光电传感器，用以检测包装箱是否到位。到位则机械手将下落把饮料瓶放入包装箱内。本控制系统具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单等特点，具有良好的应用价值。关键词可编程控制器；自动装箱控制系统；传送带控制AbstractIn the modern industrial production the products often need to be packing, if the complexity of the work done by hand, it not only inefficient but also labor intensity and cant accommodate the modern production needs. In this paper, you will learn about the PLC control system production line that can automatic packing beverage bottle. The system is composed of mechanical hand and conveyor belt; the conveyor belt used to deliver products and packaging-case, its function is to transport beverage bottle and remove the box which will be filled with an empty box instead. The mechanical hand is used to transport bottles from a conveyor belt to another conveyor belt and put them in the packaging-case. There is a photoelectric sensor installed in the middle of conveyor belt to detect whether the boxes in place and robot will place the bottle into the box if the boxes in place. The control system has many features such as high accuracy, low cost, anti-interference ability, low failure rate, easy operation and maintenance, etc., has a good value.KeywordsProgrammable Controller；Automatic Boxing Control System； Conveyor Control目 录摘要Abstract 第1章 序论 1 1.1 生产线自动化的发展概况1 1.2 国内生产线自动化发展概况1 1.3 国外生产线自动化发展概况3第2章 PLC的基本知识介绍42.1 PLC的定义4 2.2 PLC的特点5 2.3 PLC的控制功能6 2.4 PLC的应用领域72.5 PLC的未来展望82.6 PLC的构成92.7 PLC的工作原理10第3章 基于PLC控制的自动装箱系统 113.1 思路分析113.2分析系统工作的工艺过程123.3机械手的控制要求133.4 确定PLC的I/O端子数并选择PLC 143.5 PLC控制机械手的系统程序设计16第4章 基于PLC控制的自动装箱系统传送带部分214.1 传送带的构成及控制方法214.2 确定PLC的I/O端子数224.3 PLC控制传送带的系统程序设计 23结论26参考文献27致谢28PLC控制自动装箱系统第1章 绪论1.1 生产线自动化的发展概况现代社会中，无论在任何行业，从工厂的生产，到能源的输送，到与人民生活息息相关的市政工程，甚至人们的工作和休息的楼宇，到处都可以看到自动化系统的身影。自动化系统不仅早就成为了工业和社会生活的一个组成部分，而且是经济发展水平的重要标志。 在自动化生产日渐普及的今天，包装机械的自动化程度直接影响到产品的质量和生产效率。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，不适合现代化的生产需要，并且加重了工人的劳动强度。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。自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明显。近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使的包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成績。2002年11月3至7日在芝加哥举行的国际PACK EXPO上，我們可以看到多家自动化公司展示的最新的包裝设备和新技术。这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展力量。可见自动装箱技术的应用前景十分广阔。1.2国内生产线自动化发展概况自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明显。近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使的包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成。2002年11月3至7日在芝加哥举行的国际PACK EXPO上，可以名明白多家自动化公司展示的最新的设备和新技术。这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展力量.可见自动装箱技术的应用前景十分广阔. 在中国，自动化技术还未成熟，还需要长时间的发展，所以将会有很大的空间来发展此技术。这也是未来的发展方向和趋势。中国的经济高速度发展也需要这项技术来促进和加速，相信在自动化技术成熟以后，中国的经济也将有飞跃性的进步。 当前中国的经济发展格局也是非常的需要高技术来支持。这样中才会有稳定的发展状态。向西部发展的经济战略思想必然需要有高技术随之转移，生产也将需要自动化技术的支持，这样发展高技术自动化也就是必然的趋势。 通过此题目的设计可以把大学四年所学的专业知识融会贯通于实际并能锻炼独立思考的能力,经过对我们的锻炼必然成为未来自动化技术的骨干，也将为中国的发展贡献一份力量，也使得我们能适应未来中国以及世界自动化技术的发展趋势。现阶段我国自动化市场旺盛的发展势头拉动了对自动化人才的巨大需求。第二次世界大战以后，随着科学技术革命的兴起，随着新科学技术在生产中的应用，一些发达资本主义国家出现了生产自动化现象，例如，出现了由人遥控的自动化机器体系、机械手、机器人等。自动化机器体系和机器人的出现，在一定程度上代替了人的体力劳动，甚至是部分脑力劳动，它们能够代替工人在高温、易爆、剧毒、具有腐蚀性和放射性的环境中不知疲劳、不发牢骚地每天工作24小时，并且成本每小时只相当于雇佣工人的1/2左右，从而为资本家带来了大量的剩余价值。西方一些资产阶级学者如美国社会学家托夫勒、奈斯比特等认为，第二次世界大战后到70年代中期，科学技术的进步主要是以工业生产的大型化、标准化和自动化为中心的；70年代中期以后，科学技术的进步则转向以信息化为中心，人类社会进入了以电脑为主的信息社会、知识社会。因为自动化机器体系和机器人能够创造价值和剩余价值，马克思的劳动价值论和剩余价值论已经“过时”了。这种观点是极其错误的。首先，自动化机器体系和机器人虽然在一定程度上可以代替人的体力劳动和脑力劳动，但它毕竟只是由各种机械、精密仪表、电子计算机、人工智能、传动装置等组装起来的机器，是生产资料。在生产过程中，这些生产资料作为生产的物的因素，只是转移自身的价值，即在生产商品的使用价值的同时，把自身的价值转移到新产品中去。它只是资本家获取剩余价值不可缺少的物质条件，是作为雇佣工人的劳动的“吸收器”发挥作用的，是生产剩余价值的手段。其次，自动化机器体系和机器人并不能完全代替人的劳动，它们不仅要由人来发明、设计和制造，而且在运转中也要由人来控制、调试和维修等等。即使在资本主义所谓的“无人工厂”中，在生产现场可能会看不到人，但是，在总控制室里、在设计室里、在研究室里却大有人在。商品的价值和剩余价值就是由这些在自动化机器体系和机器人背后操纵它们工作的劳动者所创造的，自动化机器体系和机器人只不过是被人的指令和意志所推动的一种生产工具。第三，在自动化企业中，劳动者所从事的劳动是一种复杂劳动，自动化机器体系和机器人只是工人、科学家、工程师复杂劳动的一种物化。复杂劳动是倍加的简单劳动，在同一劳动时间内，复杂劳动所创造的价值大于简单劳动所创造的价值。因此，在自动化企业中，直接参加生产的工人人数尽管会减少，但是，在同一劳动时间内，复杂劳动创造的新价值不但不会减少反而会增加，从而使资本家能够获取更多的剩余价值。总之，自动化机器体系和机器人的出现，使资本主义商品生产的产量增加了，资本家获取的剩余价值增多了，但是，自动化机器体系和机器人是生产剩余价值的手段，不是剩余价值的源泉；剩余价值由雇佣工人的剩余劳动所创造的实质并没有改变。科学技术的进步和自动化机器体系、机器人的出现，不可能否定马克思的劳动价值论和剩余价值论。1.3国外生产线自动化发展概况机械工业肩负为国民经济各部门提供各种先进技术装备的任务，而机床工业则是机械工业重要组成部分，是为机械工业提供先进制造技术和装备的工业。机床的拥有量、产量、品种和质量，是衡量一个国家工业水平的 一个重要标志之一。因此，机床工业在国民经济中占有重要的地位。机床工作母机的属性，决定了它与国民经济各工业部门之间的关系。机床工业可以生产出各种各样的基础机械产品、专用设备和机电一体化的产品；，为能源、交通、农业、轻纺、石油化工、冶金、电子、兵器、航空航天和矿山工程等各种行业部门提供先进的制造技术与优质高效的工艺装备，从而推动这些行业的 发展。机床工业对国民经济和社会进步起着重大的作用。我国正在重点发展能源、交通、水利、原材料与通讯等行业。这些行业的发展都直接或间接地依赖机床工业。我国的机床工业是在新中国成立后建立起来的。在旧中国，基本上没有机床制造工业。直至解放前夕，全国只有少数几个机械修配厂生产结构简单的少量机床。解放后近50年来，我国机床工业获得了高速发展。目前我国已形成了布局比较合理相对完整的 机床工业体系。机床的产量和质量不断上升，机床产品除满足国内建设的需求外，还有一部分已远销国外。我国已制定了完整的机床系列型谱。生产的机床品种也日趋齐全，能生产上千个品种。现在已经具备了成套装备现代化工厂的能力。如：我国汽车工业中东风集团的设备80%以上是我国机床工业装备的。目前我国已经能生产从小型仪表机床到重型机床的各种机床，也能生产出各种精密的、高度自动化的以及高效率的机床和自动线。我国机床的性能也在逐步提高，有些机床已经接近世界先进水平。我国数控技术近年也有较快的发展，目前已经能生产上百种数控机床。我国机床工业已经取得了很大成就，但与世界发达国家相比，还有较大差距。主要表现在机床产品的精度、质量稳定性、自动化程度以及基础理论研究等方面。随着制造生产规模从“小批量-少品种大批量-多品种变批量”的演进，制造业自动化系统相应地从20世纪70年代以前刚性连接的自动线和自动化单机发展到80 年代的计算机数控（CNC）、柔性生产线和柔性制造系统（FMS）以及80 年代中期以后的计算机集成制造系统（CIMS），并向更高水平的智能制造系统（IMS）和全球敏捷制造系统推进，亦即制造自动化系统正沿着数控化-柔性化-集成化-智能化-全球化的螺旋式阶梯向前发展。第2章 PLC的基本知识介绍2.1 PLC的定义PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2.2 PLC的特点1可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 5体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 2.3 PLC的功能及控制方法目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 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电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2. 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3. 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.4 PLC的应用领域在工业生产过程中，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，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的第一台PLC. 限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 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。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。 2.5 PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 2.6 PLC的结构PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，它按照用户程序存储中预先编制的控制程序，通过输入接口采入现场信息，执行逻辑或数值运算，进而通过输出接口控制各种执行机构动作。作为一种以微处理器为核心的用作数字控制的特殊计算机，它的硬件配置与一般微机装置类似，主要是由CPU模块、输入/输出模块、电源等部分组成。 图2.1 PLC基本结构框图（1）CPU 中央处理单元CPU是可编程序控制器的控制中枢。每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。PLC的CPU模板主要完成以下各项工作：接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；用扫描的方式接收现场输入设备的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器中；诊断电源和PLC内部电路工作状态的编程过程中的语法错误；执行用户程序，完成各种数据的处理、传输和存储等功能；根据数据处理的结果，刷新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输出映象寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容，实现输出的控制、制表、打印或数据通讯等功能。（2）I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入输出模块可分为：数字I/O接口、模拟I/O接口、智能I/O接口、通信接口、扩展接口。（3）电源模块： 有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。2.7 PLC的工作原理PLC控制任务的完成是建立在其硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，这一点是和计算机工作原理一致的。因此，PLC的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的。PLC是采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作的。即PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描。如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直到程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。周而复始。图3.2 PLC工作示意图PLC的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期性循环。第3章 基于PLC控制的自动装箱系统机械手部分3.1 思路分析机械手控制系统是PLC控制自动装箱系统的主系统，机械手的结构和各部分动作的示意图如图所示，机械手的所有动作均由液压驱动，他的上升与下降，左移与右移等动作均由双线圈双位电磁阀控制，即当下降电磁阀通电时，机械手下降；下降电磁阀断电时，机械手停止下降；只有当上升电磁阀通电时，机械手才上升，机械手的夹紧和放松用的是一个单线圈双位电磁阀来控制，线圈通电时夹紧，线圈断电时放松。两个传送带的起停由PLC带单独控制。搬运机械手工作时的动作示意见下图。搬运机械手工作时的动作示意图3.2分析系统工作的工艺过程械手的动作顺序和检测元件，执行元件的布置示意图如图所示，机械手的初始位置停到原点，按下启动按钮后，机械手将依次完成下降夹紧上升右移再下降放松再上升左移8个动作。机械手的下降，上升，右移，左移等动作的转换，是由相应的限位开关来控制的，而夹紧，放松动作的转换是有时间来控制的。21211111下降电磁阀下降电磁阀上升电磁阀下限位开关下限位开关上限位开关右限位开关左限位开关上限位开关夹紧电磁阀夹紧电磁阀原点指示上升电磁阀搬运机械手的动作顺序和检测元件、执行元件的布置示意图为保证安全，机械手右移到位后，必须在右工作台上有纸箱时才能下降，若下面无纸箱，机械手应自动暂停等待，为此设置了一个光电开关。3.3机械手的控制要求控制不同的工作方式，搬运机械手的控制要求分为如下几个方面；1).手动工作方式 利用按钮对机械手的每一动作单独进行控制。例如按下“下降”按钮，机械手下降。按下“上升”按钮，机械手上升。用手动操作可以使机械手置于原点位（机械手唉最左边和最上边，且机械手夹紧装置松开），还便于维修时机械手的调整。2).单步工作方式 从原点开始，按照自动工作循环的工序，每按下启动按钮，机械手完成一步的动作后自动停止。3).单周期工作方式 按下启动按钮，从原点开始机械手按工序完成一个周期的动作，放回原点后停止。4).连续工作方式 按下启动按钮，机械手从原点开始按工序自动反复连续循环工作，直到按下停止按钮，机械手自动停机，或者将工作方式选择开关转换到“单周期”工作方式，此时机械手在完成最后一个周期的工作后，返回原点自动停机。根据以上控制要求，操作台面板布置示意图如图所示。原点上升左移放松启动停止下降右移夹紧连续手动单步单周期操作台面板示意图3.4 确定PLC的I/O端子数并选择PLC1.输入信号输入信号是将机械手的工作状态和操作的信息提供给PLC。PLC的输入信号共有18个输入信号点，需占用18个输入端子。具体分配如下：位置检测信号有下限、上限、右限、左限共4个行程开关，需要4个输入端子；“无工件”检测信号采用光电开关作检测元件，需要1个输入端子；“工作方式”选择开关有手动、单步、单周期和连续4种工作方式，需要4个输入端子；自动工作时，尚需启动按钮，停止按钮，需占2个输入端子。以上共需18个端子。 2.输出信号PLC的输出信号用来控制机械手的下降、上升、右移、左移和夹紧5个电磁阀线圈，需要5个输出点，机械手从原点开始工作，需要有1个原点指示灯，要占用1个输出端子。所以，至少需要6个输出信号端子。如果功能上再无其他特殊要求，则有多种型号的PLC可选用，此处选用S7-200CPU226. S7-200CPU226共有输入24个端子，输出16个端子，采用继电器输出性。 3.分配PLC的I/O端子根据对机械手的I/O信号的分析以及所选的外部输入设备的类型级PLC的机型，分配PLC的I/O端子接线如图所示。PLC控制机械手的外部接线图3.5 PLC控制机械手的系统程序设计为了便于编程，在设计软件时常将公用程序、手动程序和自动程序分别编出相对独立的程序段，再用条件跳转指令进行选择。搬运机械手的控制系统程序结构框图如图所示。系统运行时首先执行公用程序，而后当选择手动工作方式（手动、单步）时，I0.7或者I1.0接通，并调至手动程序执行；当选择自动工作方式（单周期、连续）时I0.7、I1.0断开，而I1.1或I1.2接通则调至自动程序执行。由于工作方式选择转换开关采取了机械互锁，因。而此程序中手动程序和自动程序可采用互锁，也可以不互锁。1.公用程序公用程序用于处理各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间相互切换的处理，公用程序如图。控制系统程序结构框图左限位开关I0.4，上限位开关I0.2的常开触点和表示机械手夹紧的Q0.1的常闭触点的串联电路接通时“原点条件”M0.5变为ON。当机械手处于原点状态（M0.5为ON），在开始执行用户程序（SMO.1为ON），系统处于手动状态或自动回原点状态（I0.7或I2.1）时，初始步对应的M0.0将被置位，为进入单步，单周期和连续工作方式做好准备，如果此时M0.5为OFF状态，M0.0将被复位，初始步为不活动步，按下启动按钮也不进入步M2.0，系统不能在单步、单周期和连续工作方式下工作。公用程序：2.手动程序手动操作不需要按工作顺序动作，所以可按普通继电器程序来设计，手动操作的梯形图如图所示。手动按钮I0.7、I1.3I2.1分别控制下降、上升、右移、左移、夹紧、放松和回原点各个动作，为了保证系统的安全运行，设置的一些必要的连锁，其中在左右移动的梯形图中加入了I0.2作为上限连锁，因为机械手只有处于上限位置时才允许左右移动。由于夹紧、放松动作是用单线圈双位电磁阀控制，故在梯形图中用置位、复位指令使之有保持功能。手动程序：3.自动操作流程图由于自动操作的动作比较复杂，可先画自动操作流程图，如图所示。用以表明动作的顺序和转换条件，然后在根据所采用的控制方法设计程序，矩形框表示“工步”，相邻两工步用有向线段连接，表明转换的方向，小横线表示转换的条件，若转换条件得到满足，则程序从上一工步转到下一工步。有纸箱否有纸箱原点下降夹紧上升原点指示下降电磁阀夹紧电磁阀上升电磁阀 夹紧延时右移上升电磁阀下降放松上升左移右移电磁阀夹紧电磁阀上升电磁阀左移电磁阀放松延时1启动2下限位3夹紧延时4上限位5678右限位下限位放松延时左限位自动操作流程框图4.自动程序设计根据自动操作流程图就可以画出自动控制程序的梯形图，如图所示。自动程序：第4章 基于PLC控制的自动装箱系统传送带部分4.1 传送带的构成及控制方法1.设备概况传送装置在自动装箱系统中负责传送酒瓶和包装箱，来配合机械手的工作，主要由PLC来控制异步电机的起动停来实现传送功能，按不同的工作方式，传送带的控制要求分如下几个方面：(1) 手动工作方式 利用按钮对传送带的每一个动作单独控制，可以实现两个传送带的单独动作，便于维修和调整。带1正转启动自动停止带1反转手动自动带2正转带2反转(2)自动工作方式 当旋钮旋到自动档后，按下启动按钮，两个传送带会自动的配合机械手动作，来实现对酒瓶和包装箱的运输。操作面板布置示意图如下所示。传送带操作面板布置示意图4.2 确定PLC的I/O端子数1.输入信号输入信号是将传送带的工作状态和操作信息提供给PLC。PLC的输入信号共有8个输入信号点，需占用8个输入端子。具体分配为：4个用于传送带1的正反转及传送带2的正反转，2个用于切换自动手动，1个用于自动控制的启动，1个用于停止。2.输出信号PLC的输出信号用于控制传送带1和2的正转反转，需要用4个输出输出端子。根据以上要求，选择S7-200 CPU222共有8个输入端子，6个输出端子，采用继电器输出型。3.分配PLC的I/O端子数Q0.3Q0.2Q0.1Q0.01YAPLC2YA3YA4YA带1正转带2正转带1反转带2反转自动启动停止切换自动切换手动I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7带1正转带2正转带1反转带2反转根据对机械手的I/O信号的分析以及所选的外部输入设备的类型级PLC的机型，分配PLC的I/O端子接线如图所示。PLC传送带控制的外部接线图4.3 PLC控制传送带的系统程序设计在设计传送带控制程序时，也采用跳转法，这样便于程序的简单化，当切换到手动控制时，程序会跳转到手动控制区