捆扎机电气系统设计及制作

1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸目 录引言 31绪论 41.1可编程控制器在捆扎机中的应用概述 41.2捆扎机的发展历史 42 FX2N系列PLC性能、程序设计和编程方法介绍 62.1三菱FX2N系列可编程控制器性能特点 62.2梯形图的经验设计法简介 62.3顺序控制设计法简介82.4两种设计法的本质 92.5 STL指令的编程方式简介 93 PLC的结构和工作原理 113.1 PLC的基本结构113.2 PLC各部分介绍 113.3基本指令123.4 PLC的工作原理 133.4.1 PLC编程方式133.4.2主要技术性能134选型 144.1 PLC选型的方法144.1.1机型

2、选择的原则144.1.2PLC容量选择144.1.3 I/O模块的选择154.1.4确定I/O点及选择PLC164.2 A/D模块选型174.3电机选型194.4继电器选型194.5接触器选型204.6行程开关选型214.7电缆线选型224.8传感器的选型 225捆扎机控制系统的设计实现 245.1捆扎机工作原理 245.2设计的基本思路255.3液压系统255.4捆扎机的基本动作和运行控制方式 255.5松紧调节和烫头自动控制265.6计数器275.7保护系统285.8向PLC中输入程序的过程 286装机过程 337结论 37谢辞 38参考文献 39附录I 40附录II 45附录III 46

3、1桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸引言在我国经济高速发展的今天，工业正在向着全自动化这一目标前进。自动控制在产 品捆扎这一方面运用得越来越多，也越来越重要。尤其在纸箱包装这一行业。我国的自动捆扎机从20世纪80年代中期开始发展，最初在书籍、报刊发行部门获 得推广，近年来发展异常迅速，已广泛应用于轻工、食品、外贸、百货印刷刷、医药、 化工、邮电、纺织等行业。目前某些生产捆扎机的厂家通过采用国际标准和吸收国外先进技术的特点，在标准 水平、设计制造技术和产品质量方面都有了较大的改善，比如永创机械的全自动无人化 捆扎机，在质量上达到国外同类设备的先进水平，可自动定位、捆扎、转位，以进行十 字型

4、、井字型等花样捆扎，采用微机控制，已实现无人操作的自动捆扎生产线。捆扎机 的未来发展趋势在向全自动化、高级化和多样化等方面伸。本设计重点研究的是基于PLC的捆扎机控制系统，采用了日本三菱公司的FX2N系列 当中的FX2N-64MR型号可编程控制器，由于捆扎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，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

5、), 更简化了程序的结构设计。3桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸1 绪论1.1可编程控制器在捆扎机中的应用概述近几年来可编程控制器（PLC）技术的普遍应用为各种智能型仪器仪表提供了可靠的 技术基础,在捆扎机控制系统方面的应用，提高了系统的可靠性和灵活性。与单片机相比, 可编程控制器应用广泛，使捆扎机控制系统的开发更加简单、使用更可靠、维护更简便。 大大的提高了经济效益。而且发展前景非常乐观。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，故障率高，设备运行可靠性 差，且经常发生故障。用PLC能有效地解决这些问题。大大提高了打包机的精度、可靠 性、

6、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。从而降低了捆扎机 的生产成本。在我国捆扎机的种类很多，但大部分的捆扎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。所以自动捆扎机的研究发展需要很迫切。对捆扎 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捆扎机的发展历史国外生产捆扎机械的国家较多，有美国，日本，德国等。他们的产品在国际市场占 有一定地位。60年代以来，新材料逐渐代替传统的包装材料，特别是采用塑料包装材料 后，包装机械发生重大变革。超级市场的兴起，对商品的包装提出了更新的要求。为保 证商品输

7、送快捷安全，集装箱应运而生，集装箱体尺寸也逐渐实现了标准化和系列化， 从而促使包装机械进一步完善和发展我国的捆扎机起步较晚，最先是书籍，报刊的发行部门先应用起来。直到年代末、 70年代初，我国的一些单位曾先后试制过纸袋捆扎机和塑料带捆扎机，但由于机器可靠性差等原因而不能获得推广使用。到 70年代中期，北京新华书店储运公司，邮电部邮 政科学技术研究所等单位在参照国外捆扎机的基础上，研制成功了SK型塑料带机械式自动捆扎机，开始了我国的捆扎机生产。在此基础上，邮电部邮政科学技术研究所于1976 年研制成功了 YK型塑料带液压式自捆扎机，这种中国首创的塑料带捆扎机械获得了 1978年全国科学大会科技成

8、果奖。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。我国捆扎机行业要想实行走出去战略，就必须要建立国际化标准。掌握了国际标准 化的主动权就掌握了市场的主动权， 我国捆扎机企业标准化的现状在很大程度上阻碍了 行业的发展，在国际贸易中不断遭遇壁垒和挫伤。所以，国际标准化的建立亟需上路， 而我国也在这方面不断的探索和建设中。国际标准化不仅是在捆扎机技术标准的国际 化，更包括捆扎机生产材料的国际化。在国际化标准下，需要我们更新观念，开拓新局 面和新市场，更好地走向国际化。92 FX2N系列PLC性

9、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FX2N是 FX系列中性能最好、速度最高的微型可编程控制器（PLC。它最大范围的 包容了标准特点、程序执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各地不同的电源以及 满足单个需要的大量特殊功能模块，可以为工厂自动化应用提供最好的灵活性和控制能 力。它的基本指令执行时间为0.08卩,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，有多种模拟量输入/输出模块、 高速记数模块、脉冲输出模块，以及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

10、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都可满足。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、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。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

11、教定时器等方便指令。2.2梯形图的经验设计法简介经验设计方法也叫试凑法，经验设计方法需要设计者掌握大量的典型电路，在掌握这 些典型电路的基础上，充分理解实际的控制问题，将实际控制问题分解成典型控制电路， 然后用典型电路或修改的典型电路进行拼凑梯形图。梯形图经验设计法的步骤如下分解梯形图程序输入信号逻辑组合使用辅助元件和辅助触点使用定时器和计数器使用功能指令画互锁条件画保护条件图2.1 PLC控制系统设计步骤流程图但是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 随意性和试探性，对于各种

12、不同的控制系统，没有一种统一的容易掌握的设计方法。在 设计复杂系统的梯形图时，要用大量的中间单元来完成记忆、联锁和互锁等功能，由于 需要考虑的各方面因素很多，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，很可能会改变整体的设计，对系统的 其他部分产生影响，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，即使是一起 设计的同行，分析起来都有点困难，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麻烦。2.3顺序控制设计法简介顺序控制就是按照生产工艺预先规定的顺序，

13、在每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，程序的修改、调试和阅读也很方便。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）来代替各 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的状态都不变，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每步的编程 元件的状态与各输出量的状态之间有

14、着极为简单的逻辑关系。使系统由当前状态进入下一状态的信号称为转换条件，转换条件可能是外部的输入 信号，如指令开关、按钮、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，如计数器、定时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

15、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。 顺序控制设计法的设计基本步骤1. 步的划分步是根据PLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的 步进入新的步。在每一步内PLC各输出量状态均保持不变，但是相邻两步输出量总的状 态是不同的。2. 转换条件的确定转换条件是使系统从当前步

16、进入下一步的条件。常见的转换条件有按钮、行程开关、定 时器和计数器的触点的动作（通/断）等。3顺序功能图的绘制顺序功能图主要有以下几种结构：单序列结构选择序列结构并行序列结构子步结构4.梯形图的绘制根据顺序功能图，采用某种编程方式设计出梯形图。 常用的设计方法有三种：起-保-停电路设计法以转换为中心设计法 步进顺控指令设计法2.4两种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

17、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丫。步是根据输出量丫的状态划分的，M与丫之间具有很简单的 “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

18、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

19、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。

20、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 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 丫，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

21、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旨令，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

22、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。桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸3 PLC的结构和工作原理3.1 PLC的基本结构PLC实质是一种用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构 形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。整体式结构的PLC由中央处理器(CP)、存储器、I/O单元、电源电路和通信端口等组成， 并将这些组装在一起。模块式结构的PLC是将中央处理器(CP、存储器、输入/输出单元、电源电路和通信端 口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据要求插在机架上，各模块间通过机架上的总 线想到联系。3.2 PL

23、C各部分介绍(1、中央处理器中央处理器(CPU是PLC勺核心部分，相当于PLC勺“大脑”它通过系统总线与用户存储器、 输入/输出(I/O)、通信端口等单元相连。通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。其主要功能是由编程器写入控制程序和数据到存储 器、检验用户程序、从存储器上读取和执行程序，还可以进行PLC内部故障的诊断等。(2) 存储器根据存储器存储内容的不同，我们把存储器分为系统程序存储器、用户程序存储器和数据存 储器。系统程序存储器：用来存入软件的存储器。系统程序相当于计算机操作系统，是PLCT家根 据选用的CPU勺指令系统编写的，并固化到ROM!，用户不能修改其内容。用户

24、程序存储器：用来存放用户根据控制要求编制的程序。不同类型的PLC其存储容量也 不一样。数据存储器：用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。因为运行中数据不断变化，所以这 种存储器必须可读写。(3) 输入/输出单元输入/输出单元是PLC与外部设备连接的纽带。输入单元接收现场设备向PLC提供的开关量 信号，经过处理后，变成CPI能够识别的信号。输出单元将CPU勺信号经处理后来控制外部设 备的。(4) 电源部分不同型号的PLC有不同的供电方式，所以PLC电源的输入电压既有12V和 24V直流，又有 110V和 220V交流。(5) 编程器几乎每个PLC厂家都有自己的编程器，用户通过编程器来编写控制程

25、序，并通过编程器接口 将自己的控制程序输入到PLC它还可以在线检测程序的运行情况。在出现故障时，通过编程 器可能很方便的找出错误。编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。另一种是通过PLC的RS232口，与计算机相 连，然后敲击键盘，通过NSTP-G软件(或WINWORD软件)向PLC内部输入程序。(6) 特殊功能单元主要包括模拟量输入/输出单元、远程I/O模块、通信模块、高速计数模块、中断输入模块 和PID调解模块等。随着PLC的进一步发展，特殊功能单元的应用也越来越多。3.3基本指令1 LD/LDI指令：LD和LDI指令是连接在母线连接的触点表示操作开始.LD是常开触 点,LDI是常闭触点

26、2 AND/AN指令：AN丙ANI指令是串联连接的触点AND是常开触点,ANI是常闭触点.3 OR/ORI指令：OR和ORI指令是并联连接的触点执行逻辑“或”的功能.OR是常开触 点,ORI是常闭触点4 OUT旨令：OUT旨令执行逻辑输出的功能条件成立时为ON条件不成立时为OFF.5 ANB/OR指令：ANSI成支路间的串联的功能用于执行支路之间“于”操作；OR完成 支路间的并联的功能，用于执行支路之间“或”操作.6比较指令：CMP(Compar)的功能指令编号为FNC1016位运算占7个程序步，32位运 算占13个程序步.7传送指令：MO的功能号为FNC12它是将源操作数的内容传送目标操作数

27、8四则逻辑运算指令二进制加法指令ADDADD勺功能号为FNC20它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相加，然后运算结果传 送到指定的目标操作数中(2) 二进制减指令SUBSUB勺功能号为FNC2佗是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相减，然后运算结果传 送到指定的目标操作数中(3) 二进制乘法指令MULMU的功能号为FNC22它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相乘，然后运算结果传 送到指定的目标操作数为首地址的软元件中(4) 二进制除法指令DIVDIV的功能号为FNC22它是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相除，然后运算结果传 送到指定的目标操作数D中,余数传送到D+仲

28、.11桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸3.4 PLC的工作原理PLC的工作原理与继电器构成的控制装置一样，但是工作方式不太一样。继电器控制是并 行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作。而PLC则不同，它采用循 环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作。 也可以说继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要 输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。3.4.1 PLC编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件 布线逻辑”。PLC编程语言有

29、梯形图、布尔助记符语言等等。尤其是前两者为常用。梯形图语言特点：1. 每个梯形图由多个梯级组成。2. 梯形图中左右两遍的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过。3. 继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。4. 每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。5. 输入继电器受外部信号控制，只出现触点，不出现线圈。3.4.2主要技术性能用户程序存储容量：是衡量可存储用户应用程序多少的指标。通常以字或K字为单位。16位二进制数为一个字，每1024个字为1K字。PLC以字为单位存储指令和数据。一般 的逻辑操作指令每条占1个字。定时/计数，移位指

30、令占2个字。数据操作指令占2-4 个字。154选型4.1 PLC选型的方法随着PLC的工业方面的普及，PLC产品的种类越来越多，而且功能也不断完善。PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法等各不相同，适用场合也 大不一样。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。4.1.1机型选择的原则机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使 用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述：（1）结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC 否则，选用模块式结构的PLC（2）功能强、弱

31、适当对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用抵挡的PLC对于以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目，可选用含有A/D转换的模拟量输入模块和含有D/A转换的模拟量输出模块，以及具有加减乘除运算和数据传输功能的低档机 的PLC对于控制比较复杂、控制要求比较高的工程项目，如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可根据控制规模及复杂程度的程度，选用中档机或高档机。其中高档机主 要用于大规模过程控制、全 PLC的分布式控制系统和整个工厂的自动化等。当系统的各个控制对象分布在不同地域时，应根据各个部分的具体要求来选择 PLC， 以组成一个分布式的控制系统。（3）机型统一PLC的结构分

32、为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于 整体式结构的PLC功能有限，只适合于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统 都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。（4）是否在线编程PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修 改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。4.1.2PLC容量选择PLC容量包括两个方面：一是I/O的点数；二是用户存储器的容量（字数）。PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储 容

33、量时，一般按实际需要的10%-25%考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数为开 关量乘以8;对于有模拟量控制功能的PLC所需存储器字数为模拟内存单元数乘以 100。 通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指 令占用存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手册。I/O点数也应留有适当裕量。由于目前I/O点数较多的PLC价格较高，若备用的I/O 的点的数量太多，将使成本增加。根据被控对象的输入和输出信号的总点数，并考虑到 今后的调整和扩充，通常I/O点数按实际需要的10%-15%考虑备用量。4.1.3 I/O模块的选择PLC是一种工业控制系统，

34、他的控制对象是工业生产设备或工业生产过程他的工作 环境是工业生产现场。他与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为对被 控对象进行控制的依据。同时控制器又通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业 生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程中的信号 电平各种各样，各种机构所需的信息电平也是各种各样的，而PLC的CPU所处理信息只能是标准电平，所以I/O接口模块还需实现这种转换。PLC从现场收集的信息及输出给 外部设备的控制信号都需经过一定距离。为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口

35、模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，PLC相应有许多种I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入及模拟量输出模块，可以根据实际需 要进行选择使用。标准的I/O模块用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开 /关）设 备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。典型的交流 I/O信号为24 240V （AC，直流 I/O 信号为 010V （DC。I/O点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便的对功能进行扩展。对一个控制对象， 由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，I/O所用的点数就可能有所不同，现具体 分析如下：（1）开关量输入模块输入电压的选择输入模块

36、的输入电压一般为DC24V和 AC220V。直流输入电路的延迟时间较短，可 以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触点接触可靠，适 合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。（2）开关量输出模块的选择继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流 的能力较强，但是动作速度较慢，寿命有一定的限制。如果系统的输出信号变化不是很桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸频繁，选用继电器型。选择时应考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载状态变化是否 频繁等，还应注意同一输出模块对电阻性负载、电感性负载和白炽灯的驱动能力的差异。 输出模块的输出电流额

37、定值应大于负载电流的最大值。本系统设计中根据实际选用的是 AC220V开关量输入模块和继电器型输出模块。以此为 依据，本系统的设计选用三菱公司的 FX2N系列(见表3.1 )可编程序控制器。FX2N是 FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器，完全符合此设计的要求。FX2N系列基本单元型号输占入数输占 八、出 数扩展模块可用点数继电器输出可控硅输出晶体管输出FX2N-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT8824 32FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT161624 32FX2N-48MR-001FX2N-48MSFX2N-48MT242448

38、64FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT323248 64FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT404048 644.1.4确定I/O点及选择PLC输入设备一一用来产生输入控制信号(如按钮、指令开关、限位开关、接近开关、 传感器等)按钮开关15个。输出设备一一由PLC的输出信号驱动的执行元件，接触器、电磁阀、指示灯等。该 系统中有接触器2个，电磁阀7个，指示灯3个。本系统中实际需要输入点15点，输出点12点，根据输入输出点数，以及考虑到今 后对系统的维护和扩充使用，要保留一定的裕量，因此我们选用的 PLC型号为三菱公司 的FX2N系列，其选择如

39、下：基本单元：FX2N-48MR输入点24点，输出点24点)。功能模块：FX2N- 4AD-TC模块1个。在确定了控制对象的控制任务和选择好 PLC的机型后，即可安排输入、输出的配置, 并对输入、输出进行地址编号。分配I/O地址时要注意以下问题：(1) 设备I/O地址尽可能连续；(2) 相邻设备I/O地址尽可能连续；(3) 输入/输出I/O地址分开；(4) 每一框架I/O地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本。（5）充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系， 合理地安排I/O地址，减少它们之间的内部连线。4

40、.2 A/D模块选型在工业生产过程中，除了有大量的开/关信号外，还有大量的连续变化的信号，例 如温度、压力、流量、湿度等。通常先用各种传感器将这些连续变换的物理量变换成电 压或电流信号，（一般来说，PLC莫拟量输入的电压范围为1到5伏或-10到10伏，电流范 围为4到20mA或-20到20mA，然后再将这些信号连接到适当的模拟量输入模块的接线端 上，经过A/D功能模块内的模数转换器，最后将数据传入 PLC内。本课题是利用温度变送器，压力变送器三相电流变送器将温度，压力的三相电流信 号转变成电压信号,该电压信号再通过A/ D转换器转为五位二进制的数字量，传入 PLC 内。三菱FX2N-4A/D模

41、块性能指标表4.1项目电压输入电流输出可以选择电压或电流方式，一次可以使用4个输入点模拟输入范围DC-10 到 10V（输入阻抗：2000K?）。 注意：如果输入电压超过 土 15V，单 元会被损坏。DC-20到20mV（输入阻抗：250?）注 意：如果输入电流超过 土 32mV,单元 会被损坏。数字输出12位的转换结果以16位二进制补码方式存储。最大值：+2047,最小值：-2048分辨率5mV（ 10V默认范围：1/2000 ）20uV （20 mV 默认范围 1/1000 ）总体精度1% （对于-10V到10V范围）1% （对于-20mV到 20mV转换速度15ms/通道（常用），6ms

42、/通道（快速）2缓冲存储器（BFM的分配表4.2BFM内容*# 0通道初始化，缺省值=H000*# 1通道1包含采样数（1-4096 ）,用于得到平均结果，缺省值设为8 （正常速度），高速操作可选择1。*# 2通道2*# 3通道3*# 4通道4# 5通道1这些缓冲区包含采样数的平均输入值，这些采样数是分别输入 在#1 #4缓冲区中的听到数据。# 6通道2# 7通道3# 8通道4# 9通道1这些缓冲区包含每个输入通道读入当前值。# 10通道2# 11通道3# 12通道4#13-#14保留# 15选择A/D转换速度如设为0,则选择正常速度，15ms/通道（缺省）如设为1,则选择高速，6ms/通道。

43、模拟量通过带屏蔽的双绞线把信号输入每个通道，因为是电压信号，则将电压信 号两端接到通道的V+ , V I- 端。同时为防止噪音和纹波干扰，在V +和V -两端短接 一个0.47uf 的电容。A/D模块的参数配置三菱公司的PLC的I/O映象区中不设专门的模拟量I/O映象 区。当用户程序需对模拟量输入进行处理时，由于经过转换后的数字量此时还存放在该 模块的数据缓冲区中，因此，首先必须在用户程序中使“ FROM指令将数据缓冲区中 的数字量读入到PLC数据寄存器中，然后才能在用户程序中使用该数据寄存器作为操作 数，实现对模拟量输入的处理。寄存器# 0是通道初始化寄存器,由4位16进制数HXXXX确定：

44、X= 0:预置范围（-10 V+ 10 V ）X= 1:预置范围（+ 4mA+ 20mA ）X= 2:预置范围（-20mA- + 20mA ）X= 3:不用本课题要求2个电压2个电流输入，选用三菱FX2N-4AD4.3电机选型液压电机是捆扎机的动力的来源，主要从选用的电动机的功率、工作电压、种类、 型式及其保护电器考虑。液压电机是指输出旋转运动的，将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。从能量转换的观点来看，液压泵与液压电机是可逆工作的液压元件，向任何一种液 压泵输入工作液体，都可使其变成液压电机工况；反之，当液压电机的主轴由外力矩驱 动旋转时，也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基

45、本结构要素-密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构本课题中用到一个完成捆扎动作的液压电机，经过比较，决定选用XHM2-15C型液压电机。为了能使电机平稳安全的启动，在此我选用电阻降压启动。液压电机启动电路 如图所示图4.3液压电机启动电路4.4继电器选型继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又 称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流 的一种 自动开关”故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端 加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电

46、磁效应，衔铁就会在 电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静 触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹 簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这 样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为常开触点”；处于接通状态的静触点称为常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。以下为其参数的选择问题1、_继电器额定工作电压的选择继电器额定工作电压是继电器最主要的一项技术参数。在使用继电器时，应该首

47、先考虑所在电路（即继电器线圈所在的电路 ）的工作电压，继电器的额定工作电压应等于所在电路的工作电压。一般所在电路 的工作电压是继电器额定工作电压的0.86。注意所在电路的工件电压千万不能超过继电器额定工作电压，否则继电器线圈烧毁。另外，有些集成电路，例如NE555电路是可以直接驱动继电器工作的，而有些集成电路，例如COMS电路输出电流小，需要加一级晶体管放大电路方可驱动继电器，这就应考虑晶体管输出电流应 大于继电器的额定工作电流。2、继电器的选择触点负载的选择。触点负载是指触点的承受能力。继电器的触点在转换时可承受一定的电压和 电流。所以在使用继电器时，应考虑加在触点上的电压和通过触点的电流不

48、能超 过该继电器的触点负载能力。例如，有一继电器的触点负载为28V（DC）X 10A，表明该继电器触点只能工作在直流电压为28V的电路上，触点电流为10A，超过28V或10A，会影响继电器正常使用，甚至烧毁触点3、继电器的选择_继电器线圈电源的选择这是指继电器线圈使用的是直流电（DC）还是交流电（AC）。通常，初学者在进行电子制作活动中，都是采用电子线路，而电子线路往往采用直流电源供电，所以必 须是采用线圈是直流电压的继电器。本设计我选用的是 JC系列的磁电式继电器。4.5接触器选型接触器是指工业电网中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载 的电器。接触器由电磁系统（铁心，静铁心

49、，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触 头）和灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静19桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是 联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原： 常闭触头闭合；常开触头断开。在工业电气中，接触器的型号很多，电流在5A-1000A的不等，其用处相当广泛。因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流 控制(某些型别可达800安培)电路的装置，所以经常运用于电动机作为控制对象，也可 用作控制工厂设备、电热器、工作母机和各样电

50、力机组等电力负载，并作为远距离控制装置。(1) 选择接触器的类型根据电路中负载电流的种类选择。交流负载应选用交流接触器，直流负载应选用直 流接触器，如果控制系统中主要是交流负载，直流电动机或直流负载的容量较小，也可 都选用交流接触器来控制，但触点的额定电流应选得大一些。(2) 选择接触器主触头的额定电压应等于或大于负载的额定电压。(3) 选择接触器主触头的额定电流。被选用接触器主触头的额定电流应不小于负载电路的额定电流。也可根据所控制的电动机最大功率进行选择。如果接触器是用来控制电动机的频繁启动、正反或反接制动 等场合，应将接触器的主触头额定电流降低使用，一般可降低一个等级。根据控制电路要求确

51、定吸引线圈工作电压和辅助触点容量如果控制线路比较简单，所用接触器的数量较少，则交流接触器线圈的额定电压一 般直接选用380V或220乂如果控制线路比 较复杂，使用的电器又比较多，为了安全起 见，线圈的额定电压可选低一些，这时需要加一个控制变压器。直流接触器线圈的额定电压应视控制回路的情况而定。而一系列、同一容量等 级的接触器，其线圈的额定电压有好几种，可以选线圈的额定电压和直流控制电路的电 压一致。本课题中对电机的启停控制用到 3个接触器，主电机为降压启动，我选用了两 个接触器，型号为CJ20-40,抽风电机我选用一个接触器，型号为 CJ20-25.交流接触线 圈的额定电压均为380V。4.6

52、行程开关选型行程开关是实现行程控制的小电流 (5A以下)的主令电器，它是利用机械运动部件 的碰撞使触头动作，即将机械信号转换为电信号，通过控制其他电器来控制运动部件的 行程大、运动方向或限位保护。选择行程开关是应考虑几点：第一，根据使用场合和控制对象来确定行程开关的种 类；第二，根据使用的环境条件，选择开启式或保护式等防护形式；第三，根据控制电 路的电压和电流选择系列；第四，根据生产机械的运动特征，选择行程开关的结构形式。本系统设计我选用的是LX19K型号的行程开关。4.7电缆线选型三相功率的计算公式是：P=1.732IUcos 。由三相功率公式可推出线电流公式：匸P/1.732Ucos 式中

53、：P为负载功率U为线电压，一般是380Vcos 是负载功率因数，一般取 0.75，现在新型电机也有达到0.8或者0.9的。 计算线电流：I=P/1.732Ucos 。按主电机1500瓦计算：l=1.5kW心.732*380*0.75)=1.5kW/493.62=3.09 A4.8传感器的选型现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环 境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取 决于传感器的选用是否合理。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，

54、然后再考虑传感器的具体性 能指标。(1)灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高 时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传 感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测 量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的厂扰信号。(2)频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有 一定延迟，希望延迟时间越短越好。线性范围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏

55、 度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在 选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这 会给测量带来极大的方便。稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳 定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良 好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的 传感

56、器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定 传感器的性能是否发生变化。精度精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重 要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系 统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中 选择比较便宜和简单的传感器。当传感器的输出为规定的标准信号时，则称为变送器。标准信号与PLCA/D模块上的信号相对应。在此设计中，我用到4种传感器，分别测量压力、温度、电压和电流。设计中采用PT100温度传感器测温探头采用PtIOO铂电阻，J、K、E、热电偶，精度高，稳定性好，集传感变送于一体，结构紧凑，安装方便，精度高、功耗低 电 流输出型适合长距离传送，抗电磁干扰电路设计，保证传感器在受到各种干扰下能够安 全可靠的工作，整体密封性能良好，产品结构设计合理，过程连接接口灵活方便，体积 小，重量轻，安装位置任意，壳体保护材料多样化