生产线自动装箱装置控制系统设计

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改!)攀枝花学院本科毕业设计(论文)生产线自动装箱装置控制系统设计学生姓名：学生学号：年级专业：指导教师：助理指导教师：二○一三年五月在现代化工业生产中时常需要对生产产品进行包装和计数，如果这么多繁杂的工作都完全由人工去完成的话不仅效率低下，而且劳动强度非常大，不能够满足现代化的生产需要。本文主要对生产线自动装箱的PLC控制系统进行了细密的科学研究。此系统拥有有两个传送带，即生产产品传送带和包装箱传送带。产品传送带将生产产品从生产车间流水线传送到包装箱，当某一刻生产产品被送到传送带的末端时，就会自动地进入包装箱中，并由另一个传感器将其转换成计数脉冲。包装箱传送带则用来传第产品包装箱，其作用就是把已经装满了的包装箱运走，并用另外一只空箱来代替。为了使传送过来的空箱刚好对准产品传送带的末端，使产品准确落入空箱中，因此在包装箱的传送带中间装有一个光电传感器，用来检测空箱是否按照正确的方式传送到位。此控制系统具有成本低、精度高、故障率低、抗干扰能力强、操作维护简单等特点，具有优良的实际应用价值。Oftenneedtocarryoutcountingandpackabeingmodernized,notonlytheinefficient,morethewordsthatthemanpowebig,thechildbirthbeingunfittoDetailedresearchthemainbodyofaboconveyerbelts,bepackageboxconveyerbeltboxconveyerbeltisusedtodelivertheproductpackagebox,whosefunctionisthatthespaceboxand.Endbeingtomaketheemptyspaceboxaifitly,justthedrop-inpackageboxishitbytconveyerbeltcentreinstallonephotoelectricitysensor,inordertocheckifpaNavarhasaccuracyheight,thelow,antKeywords:System,Produce,Voluntarily,Design摘要I.............ABSTRACT1.1本课题研究的意义21.2生产线自动化的发展概况31.2.1国内生产线自动化发展概况31.2.2国外生产线自动化发展概况41.3生产线自动化的发展趋势51.4本文主要研究内容71.4.1设计任务书71.4.2主要解决的问题81.4.3自动化生产线的应用92.1方案论证1.12.1.1采用传统继电—接触器电气控制系统112.1.2采用PLC可编程序控制器控制系统112.1.3方案比较与选择1.12.2PLC的硬件结构及工作原理122.2.1PLC控制系统组成122.2.2PLC的工作过程132.2.3控制系统构成图152.2.4控制系统工作流程图163.1.3PLC的应用领域183.2PLC的系统组成193.3PLC的工作原理204.1系统控制要求224.2输入输出端确定224.3.1主机模块简介234.3.2CPU模块选择244.5PLC接线图285电气元件的选型…………………………29.............5.1熔断器选择295.1.1熔断器的分类295.1.2熔断器的型号选用295.2接触器选择315.2.1接触器的结构及工作原理315.2.2接触器的型号选用315.3热继电器选择325.4时间电器选择335.5控制按钮选择345.6行程开关选择345.6.1行程开关分类345.6.2行程开关的选用及安装365.7光电开关选择365.7.1光电开关的分类365.7.2光电开关使用原则375.8电源开关选择385.9驱动设备选择395.9.1电机设备简介396.1设计原理416.2梯形图416.3指令表437.1仿真软件简介457.2程序调试与仿真过程46在现代化工业生产中时常需要对生产产品进行包装和计数，如果这么多繁杂的工作都完全由人工去完成的话不仅效率低下，而且劳动强度非常大，不能够满足现代化的生产需要。为了能够适应大规模生产某种产品的现代化需要，并且还要对产品进行包装、计数，就必须完整的设计出一套自动化生产线，以便将这些繁杂的工作由自动化生产线来代替人工完成。进一步促进工业现代化的发展，增加国民经济，改提高人民的生活水平。本文主要对生产线自动装箱装置控制系统进行研究，详细的介绍了所用到的各个元器件的功能。本文先具体的概括了设计的总体思路，主体部分使用两条传送带，一条是产品传送带，另外一条是包装箱传送带，产品计数则采用了光电传感器，而电机部分采用性能良好的固态交流SSR而且可以根据所装箱的产品的重量对内部器件数值的大小进行设置。主电路部分则是由803174LS3732764组成一个单片机最小系统。为了方便地读出键盘给定植，以及完成各种检测和控制，本设计专门扩展了一个8255A可编程接口及程序存储器EPROM2764对各控制系统进行程序编制，这样运用软硬件结合的方式完成整个生产线自动装箱装置控制系统的设计。1.1本课题研究的意义当今时代，由于科学技术的快速发展，自动化生产技术在工业生产中得到越来越广泛的应用。在机械制造、电子等行业已经设计和制造出大量的类型各异的自动化生产线。这些自动化生产线的使用，在提高劳动效率和产品的质量、改善工人劳动条件、降低能源消耗、节约材料等方面均取得了显著的成效1]。而对于以前，当生产力还远远不如现在代，生产线都十分复杂并且严重浪费财力物力，从而生产出来的商品的合格率也令人堪忧，生产的发展受到了很大的制约。这种情况下先驱改革者们开始思考用一种方法来改变这一现实，生产者们希望能通过制造各种机器来完全代替手工制作，而其他工人就只需要在旁边对机器进行控制与操作即可，每一道工序如：清点产品的数目，自动包装等工序都能让机器精确很而快速的进行。1969年，美国数字设备公司(DEO研制出第一台可编程控制器，用于通用汽车的生产线，取代生产线上的继电器控制系统，开创了工业控制的新纪元。1971年，日本、德国、英国、法国等相继开发了适于本国的可编程控制器，并推广应用[2]。从此之后，这项新得技术迅速在全球得到广泛推广与应用，这项技术最大限度的按照人们预先的期望来实现生产及控制，使生产效率大大的提高，使繁重的再自动化生产逐步普及的当今，包装机械自动化程度的优劣直接会对产品的质量和生产效率产生重大的影响。在工业的现代化生产中时常需要对产品进行计数，包装。但是这些繁咋的工作如果都让人工去完成的话不但麻烦，而且生产效率低下，劳动强度让人难以忍受，这不能够达到现代化生产的需要。为了适应现代化大批量生产一种产品，促进工业现代化的飞速发展，增加国民经济，提高广自动化生产线来取代人工完成各种各样的繁杂工作。而且还需要有对产品进行计数，包装等各道程序。生产自动化技术的使用大幅度的提高了工厂的经济效益，这在包装业中体现的尤为明显。特别是近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统的大力发展，使包装企业以高速度、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至的包装设备和新技术。这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展力量。可由于生产线生产的产品会有所不同不同，所以各种类型的自动化生产线均拥有自己的特点，这样就导致了生产线的大小有所差别，根据实际生产而设计的不同结构，在功能上也有诸多的不同。在这种情况下自动化生产线就被人们广泛的分为了：生产线的机械本体，工作过程的生产检测，各类信息的归纳及处理，运行机构的各种执行装置和与各类设备相连接的接口五个部分。生产线的不同导致功能的差异，但是所有的自动化生产线都应具备四大功能，它们分别是：运转，控制，检测和驱动这四大最基础的功能。动力源能为自动化生产线中的运转功能可编程控制器或其他一些电子装置来承担完成的。在工作过程中，设在各部位的传感器把信号检测出来，控制装置对信号进行储存、运输、运算、变换等等，然后用相应的接口电路向执行机构发出命令，完成必要的动作。检测功能主要有位置传感器、直线位移传感器、角位移传感器等各种传感器来实现。传感器收集生产线上的各种信息，如：位置、温度、压力、流量等传递给信息处理部分完成控制作用。驱动功能主要有电动机、液压缸、气压缸、电磁阀、机械手或机器人等o1.2.1国内生产线自动化发展概况中国的包装业相对于如美国和欧盟等这些发达国家而言就相当落后，但是却具有非常大的发展潜力。控制系统早在20世纪四十年代就已经开始运用了，最初的现场基地式仪表和后来的继电器成为了控制系统的前身。现在通常所说的控制系统，大多指的是采用电脑或微处理器进行智能控制的电子系统，在控制系统多年发展的历史上，它被称为第三代控制系统。这一代系统以PLC为代表，从70年代开始应用以来，在轻工、电力和石油等工业过程控制中得到飞速的发展。PLC即可编程控制器，开始主要是从顺序控制发展而来，但自从90年代以来，随着通应用范围也逐渐向连续流程工业生产方面进军，这一应用极大的使得自动化生产线得到了前所未有的发展。在中国，自动化技术还没有成熟，需要较长一段时间的积累和发展，因此在以后各行业将会有足够的空间来发展这项技术，这理所当然的成为未来很长一段时间内的发展方向和趋势。目前而言中国的经济发展局势也表明了十分需要各种高技术来支持，这样才能满足有一个比较稳定的发展基础。国家西部大开发的政策方针就必然伴随着许多高技术的转移，各类工业生产也将需要自动化技术大力支持，因此加大发展自动化生产的力度也就成为了目前以及未来必然的趋势。相信中国经济跨越式进步的背景下必将有生产自动化技术成熟后的深远影响。现阶段我国自动化市场有着活跃的发展状况，这种前提下剧烈地促进了对各种自动化人才的大量需求。此外，国外自动化企业正在实施的包括人员本土化在内的全方位战略，这一举措也使得我国对自动化人才需求的与日骤增。ABB是一家国家著名的跨国公司，被广大业内人士称为“多国部队”。因为ABB更加重视在它的业务发展到的任何一个地方，都毫不犹豫并全力地推行人才本土化战略。2004年10月25日，ABB集团董事长兼首席执行官杜曼先生在北京的新闻发布会上曾表示：5年后，中国将取代美国和德国成为ABB的第一大市场。为了顺利实现这一目标，ABB已经制定了清晰的5点战略，其中包括培养本地人才。根据计划，到2008年ABB将在中国招聘新员工5000名。那时，ABB在中国的雇员总数将达到约12,000名。这些目标在此后一一得到了具体体现。现在，与一系列的中国本土化战略相对应，更多的跨国企业都把大规模的招募计划排上了日程安排甚至早已经在实施。1.2.2国外生产线自动化发展概况)是一种实时的工业控制装置，可编程控制器(PLO是专为在工业的复杂环境下运用而开发设计的。可编程控制器(PLO毫无疑问已经成为了现代工厂的生产自动化的最佳配置之一。随着越来越发达的微电子技术，现代化的工业控制技术等先进技术的飞速发展，可编程控制器(PLO在各种配置、程序的编辑、网络技术等先进功能方面已经有了非常优良的进步。根据实际工艺要求，借助于顺序功能图(SFO和梯形图来编制用户程序，实现单台设备或生产过程的顺序控制，则是PLC主要功能的具体体现[3]。在许多工业比较发达的国家的工业系统网络中，电力系统的自动化得到了各个企业甚至国家的高度重视，他们电力系统的自动化程度已经达到了一个非常高的高度。到目前为止它们的已经形成了集各种调节控制、自动化、实现远距离的抄表和各种先进测控等系统于一体的电力网络管理系统(DMS,这些功能已经多达140余种。另外，国外许多著名电力系统设备的制造厂家几乎都已经涉足电力系统自动化领域，如美国COOPEE司、德国西门子公司、日本东芝公司、法国施耐德公司等，他们均已经推出了具有自主产权的配电网自动化产品。在这些产品中PLC的运用占有举足轻重的作用，它对自动化生产产生了深远的影响。在国外，自从上个世纪30年代开始，许多机械加工企业为了大幅度提高生产效率，就开始采用机械化流水生产线的作业方式，并且大型自动生产线所需要加工的对象也发生了很大的变化。但是由于生产线的控制系统大量地使用继电器，而继电器在频繁工作情况下使用寿命都不长，这种状况使的生产线的可靠性大为降低。因此许多公司为了解决这一问题而投入了大量的财力物力，直到20世纪60直以来使用的继电器控制装置后，PLC的发展开始进入黄金时期，迅速在全球各地得到了大规模使用。20世纪末期，现代化的工业控制已经更加的离不开PLC的调控。从发展的规模上来讲，各种大型号得控制机器和微型号的控制机在这个时段有了举世瞩目的发展。从功能上来讲，许多具有特殊能力的单元相继被开发出来，这些特殊的能力单元大多被运用在不同环境的管理制控场合中。从机械配套组合上来讲，各类信号传递科目和人、机交流界面大量产生，使运用PLC的工业自动化的自动管理控制系统的搭配更加不具备难度。21世纪的最初几年，伴随着现场总线技术的不断进步，可编程控制器重点发展了网络通讯能力。可编程控制器在工业控制网络的各个层面上开始发挥重要作用。这标志着可编程控制器已从单台设备的控制及小型生产线的控制发展为石油化工、冶金钢铁、机械制造、汽车、轻工业等领域的大型或集散控制系统中的基oPLC之所以在全球范围内得到广泛推崇，它的工作原理是不可指令下达之后，程序从起始步(步序号为零)起依次执行到最终步(通常为END指令),每当执行一步之后计数器都要自动加1,之后再返回起始步开始循环运在扫描的过程之中要进行4个方面的工作：以故障诊断和处理为主的公共操作；传统的流水线来说自动化生产线不仅要求能够完成生产线上已经被预定好了的种种工序以及各种路线的生产工艺过程，大量的生产出合格的产品。而且要求对各类工件的装卸，不同类型的工件夹紧定位，工件的传送包装等各方面都能自动地进行并且完成工作任务。为了达到以上所提出的各种条件并且能够正常的执行，人们把通过精心设计把各种机械加工装置组合在一起，而将各个部分动作联系起来是通过液压控制系统、气压控制系统和电气自动化控制系统来完成的，这样这些装置就能按照预先设定的工序步骤自动地进行作业。所以就把这种具备自动工作的装置系一律统称为自动化生产线。目前阶段，自动化生产线需要满足下列几项指标才能满足众多的要求：(1)提高产品生产质量；(2)增加生产线产品的生产量；(3)更换各种模具的时间比较简短以便适应各种变化；(4)能够监察控制整个生产流程；(5)对生产人员的为了满足上述要求，自动化系统的应用增加了下列任务：(1)收集与管理产品及机器参数。这个任务的增加可以提高工作效率，同时也可给设备的维护提供方便。(2)存储最佳生产数据，为连续生产过程制作实验数据以及自动纠正加工数据[1]。自动化生产线所涉及的技术领域是很广泛的，所以它的发展、完善是与各种相关技术的进步及互相渗透是紧密相连的。因而自动化生产线的发展概况就必须以整个支持自动化生产线有关技术的发展联系起来。技术应用发展如下：(1)应用可编程控制器(PLO技术：PLC主要以顺序控制作为主要的控制方式，而以回路的各种调节作为辅住功能的一种工业控制计算机。它不仅能够完成逻辑运算、时间控制、数量计量和对工作过程的记忆等功能，而且能对开关控制量和)技术的运用完美地解决了工业上控制用的计算机诸多难题，比如复杂的程序编程，由于外部接口的不标准引起的组合复杂问题，各种生产机械的不合理运用导致的资源浪费以及适应能力差等各种缺陷。但是运用PLC技术就能非常好的解决这些问题，于是大量的传统顺序控制器被其广泛所取代。(2)应用机械手、机械人技术：在现代化自动生产线中工件的装卸及自身的夹紧定位，工件在各个阶段的传送，排除生产过程中的各种加工余量和生产线包装等方面，机械手技术都得到了广泛的运用。而新一代的机器人正在火热的研发当中，它具有传统机器人所不具备的许多操作技能，而且更加的智能化，具备许多人类具备的感知能力。并且这种机器人判断，应急能力均达到了一个新的高度能。这些技术正逐渐应用到自动生产线中。(3)应用传感技术：随着现代科学技术的飞速发展，新材料不断地被开发出来，不断出现的各式物理效应，一个新兴的科学体系诞生--传感器应用技术。随着“智能传感器”加载的微型处理器的广泛运用，传感技术在自动生产线的生产中起到了不可忽视的作用，他被大量的运用于各种复杂的自动控制程序监视。(4)应用液压和气压传动技术：特别是气动技术，由于使用的是取之不尽的的空气作为介质，具有传动反应快、动作迅速、气动元件制作容易、成本小和便于集中供应和长距离输送等优点。而引起人们的普遍重视。气动技术已经发展成为一个独立的技术领域。在各行各业，特别是在自动线中得到迅速发展和广泛地应用。(5)应用网络技术的飞跃发展：就是网络技术的飞跃，无论是现场总线还是工业太网络，使得自动线中的各个控制单元构成一个协调运转的整体[15]。自动化生产线综合应用机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术、人机接口技术等，通过一些辅助装置按工艺顺序将各种机械加工装置连成一体，并控制液压、气压和电气系统将各个部分的动作联系起来，完成预定的生产总之，所有这些支持自动线的机电一体化技术的进一步发展，使得自动线功能更加齐全、完善、先进，从而能完成技术性更加复杂的操作和生产线装配工艺要求更高的产品。1.4.1设计任务书一、设计的主要任务及目标：SB1系统起动，传输线2起动运行，当箱子进入指定位置时SQ2动作，传输线2停止；2)SQ2动作后延时1秒起动传输线1,物品逐一落入箱内，由SQl检测物品 (在物品通过时发出脉冲信号),当落入箱内的物品达到12个，传输线1停止，同时起动传输线2;3)按下停止按钮，传输线1和2均停止。目标：通过各种方式查阅大量的参考资料，能够基础地掌握工程初步设计方法和进行亲身实践的一般技能，给以后工作为生产技术方面的内容打下一定的基础；学会善于运用曾经学习的各种知识，并且能够不停地汲取新的知识能力，拥有良好的创造设计理念。二、设计的基本要求：1、对设计地任务进行初步分析。2、能够恰当地选择PLC输出输入端的个数。3、PLC的选择及输出输入模块的选择。5、画出PLC地接线图以及I/O接点的合理分配。6、作出梯形图。7、能够写出指令表程序。8、软件的一般流程图。法并且能够描绘出接线图。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。在很多领域，PLC已经取代了继电器进行控制。在传统的控制中，传送带的控制通常是通过继电器来完成，维护复杂。本设计介绍了通过PLC来对传送带进行自动控制。该系统有两个传送带，即包装箱传送带和产品传送带。包装箱传送带用来传送产品包装箱，其功能是把已经装满的包装箱运走，并用一只空箱来代替。为使空箱恰好对准产品传送带的末端，以便使产品刚好落入包装箱中，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。产品传送带将产品从生产车间传送到包装箱，当某一产品被送到传送带的末端，会自动落入包装箱内，并由另一传感器转换成计数脉冲。依据提出的要求，我们需要解决的关键是对传送带B拖动空箱到指定位置的控制；以及传送带B制动后传送带A的启动和传送带A制动后传送带B的启动，怎么使其形成一个循环的过程，对传送带的控制还应该设置报警功能；同时传送带A和传送带B应有独立点动控制，以便于调试和维修；最后还要对传送带A运送的产品进行指定数量的检测。对于传送带的控制可采用步控指令实现步进控制；而对于传送带的独立点动控制可设置一个手动控制按钮，当其按下时，系统可进行独立点动控制。对于PLC这些都可通过软件完成要求；其中需要用传感器来进行位置检测和产品计数。1.4.3自动化生产线的应用图1.1所示是塑壳式断路器自动生产线(正泰电器股份有限公司),这其中包括自动装上物料、自动铆接和打上标签、进行完整的通电检查等工序，采用PLC各个单元虽然都相互联系，但是它们都有自己的独立的控制、报警等各种功能。一个完善的网络系统在这个网络技术生产线中构成，对产品的质量和劳动率都有大大提高。图1.2塑壳式断路器自动生产线图1.2所示是某汽车配件厂的生产线，它采用制动器自动化装配线。它充分的考虑了设备的各种性能，以及生产过程中各种变化因素。实现了生产线的自动管图1.3某汽车制动器自动化装配线图图1.4所示是某饮料厂的自动化生产线，它为一种自动化灌装线。主要完成上料，灌装，检测，包装等几个生产过程，充分实现了实现集约化大规模生产的图1.4某饮料厂的自动灌装线算、逻辑运算等)、位操作、排序等一些比较复杂的功能，因此PLC可以出色的完成所需数据的收集、辨析和处理。而这些经过整理过后的数据就可以和早就储存在存储器中的大量合理的参考值进行对比，从而完成所需要的操作及控制。数据处理即可以在过程控制系统中得到大规模的使用，比如冶金和食品行业等工业生产中的控制系统；也可以用于大型的控制系统，比如柔性制造系统中的无人控制等方面。(5)过程控制PLC的这种控制主要是指对温度和流量等各种模拟量的闭环控制，作为一种具有广泛用途的工业控制计算机，PLC能完成闭环控制的主要原因是因为它能够编写出所需的各种控制算法程序。在闭环控制系统当中PID调节是使用得比较多的一种调节方法，PID模块主要存在于大中型的PLC当中，但是此功能模块也存在于许多小型的PLC不过PID的处理过程基本上是运行专用的子程序。PLC的过程控制广泛应用在化工、冶金和锅炉控制等场合。(6)通信及联网通信包括了PLC相互之间的一种通信和其它一些智能设备与PLC之间的一种相互通信。伴随着飞速发展的计算机控制能力，世界的工厂网络自动化也得到了迅猛的发展。PLC那种强大的通信功能被全世界PLC生产厂商前所未有的重视，新型的网络系统如雨后春笋一般纷纷被他们推出，而最具特色的就是新生产的PLC基本上都留有了通信接口的位置，使得通信更加方便起来。在几乎所有的国家PLC的应用范围仍然在不停地开拓之中，在一些发达国家，从最初的生产产业设备以及机械自动控制为PLC的主要应用范围，已经发展到下面这些领域当中：远程系统维护服务、监视节能系统控制，以及与人们平常生活环境息息相关的各种机器等，并且他们的发展趋势仍在不停的上升之中。3.2PLC的系统组成可编程控制器是微型计算机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用于控制的特殊计算机。从广义上讲，可编程控制器是一种计算机系统，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的I/O接口，具有更适用于控制要求的编程语言和更适应于工业环境的抗干扰性能。因此，可编程控制器是一种用于工业控制的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统类似，也由硬件系统和软件系统两大部分组成12]。PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用PLC实施控制，其实质是按控制功能要求，通过程序按一定算法进行输入/输出变换，并将这个变换给以物理实现，并应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组PLC的结构框图如下图所示：输出接口单元输入(接口单元在系统程序的管理下，通过运行应用程序，对控制要求进行处理判断，并通过用户程序的执行来实现控制任务。但是，在时间上，PLC按照直行的方式进行任务的执行。但是完整的运行方式不仅与计算机系统控制方式不同，还与各类继电器和接触器相组合的系统控制不同。可编程控制器(PLO的工作分为三个阶段进行，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。当可编程控制器(PLO开始运行时，首先I/O映像区的内容被清除，然后进行自我诊断，在没有任何异常的情况下开始扫描。CPU从最初的一个指令开始执行对每一个用户程序，并且按照指令开始做周期性不间断的程序扫描循环。如果在没有指令跳转的情况下，就开始从最初的那一条指令开始，对用户程序依次进行执行。在遇到了结束指令的情况下又返回第最初的指令。如此周而复始不断循环，因此，PLC的工作方式是一种串行循环工作方式12]。PLC与其他计算机系统一样，也是采用分时操作原理一个时刻执行一个操作，随着时间推移，一个操作一个操作顺序地进行，这种分时操作进程称作CPU对程序“扫描”。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。行方式执行程序输出处理YN致命错误YN4.1系统控制要求1)按SB1起动系统，传输线2起动运行，当箱子进入指定位置时SQ2动作，传输线2停止。(2)SQ2动作后延时1秒起动传输线1,物品逐一落入箱内，由SQl检测物品(在物品通过时发出脉冲信号),当落入箱内的物品达到12个，传输线1停止，同时起动传输线2。(3)按下停止按钮，传输线1和2均停止。4.2输入输出端确定PLC通过输入接口检测输入设备的状态，以此作为对输出设备控制的依据，同时PLC又通过输出接口对输出设备进行控制。PLC的I/O接口能接受的输入和输出信号的个数被称为PLC的I/O点数。I/O点数是选择PLC的重要依据之一。(1)输入接口。PLC的输入接口分为开关量输入接口和模拟量输入接口，开关量输入接口用于接受开关量通短信号，模拟量输入接口用于接受模拟量信号。模拟量输入接口通常采用A/D转换电路，将模拟量信号转换为数字信号。开关量输入信号采用的电路形式较多，根据使用电源型号不同，可分为内部直流输入接口、外部交流输入接口和外部交/直流输入接口。本文采用外部交流输入接口。(2)输出接口。PLC的输出接口也分为开关量输出接口和模拟量输出接口。模拟量输出接口通常采用D/A转换电路，将数字量信号转换为模拟量信号，开关量输出信号采用的电路形式较多，依据使用的输出开关器件不同可分为：继电器输出接口、晶体管输出接口和双向晶甲管输出接口。本文采用继电器输出接口[13]。名称代号点名称代号点启动按钮传输线1驱动电机位、8位、16位、32位等。PLC大多用8位和16位微处理器。控制器的作用是控制整个微处理器的的各个部件有条不紊地进行工作，其基本功能就是从内存中读取指令和执行指令。微型处理器和主机内部各个区域进行信息传递的部件是控制器接口电路。微型处理器通过控制器接口电路来实现与各个区域相互之间的可靠的通信交换及最适合的时序控制配合。控制器的功能主要有以下几点：(1)采集由现场输入装置送来的状态或数据，通过输入接口存入输入印象寄存器或数据寄存器中，用扫描方式接收输入设备的状态信号，并存入相应的数据区(输入印象寄存器)。(2)根据要求按照先后顺序依次读取用户程序存储器中存放的指令，完成各种数据的运算、传递和存储等功能。任务的完成则按照指令规定各种运算和操作来进(3)将各种运算结果向外界输出。(4)监测和诊断电源PLC内电路工作状态以及用户程序编程过程中出现的语法上的错误。(5)根据数据处理的结果，刷新有关状态和寄存器的内容，对外围设备(如编程器、打印机、计算机、判读器等)的工作请求进行答复，以实现输出控制、制表CPU22*系列PIC主机(CPU模块)的外形如图4—2所示。S7—200PLC的CPU模块包括一个中央处理单元、电源以及I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序，输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则输出控制信号，驱动外部负载。模块按I/O点数多少不同和效能不同而有五种不同结构配置的品种，即CPU221CPU222CPU224CPU224X和CPU226每个品种里又分出2种类型：一种是DC24V供电/晶体管输出；一种是AC220V供电/继电器输出，所以一共有10种CPU模块。新一代的CPU模块在运算速度、程序存储区容量、变量存储区容量和其他性能STEP7-Micro/WIN40(及以上)中新增加的指令和某些软件工具的功能。(1)CPU221本机集成6输入/4输出，无扩展能力，程序和数据存储容量较小，有一定的高速计数功能和通信功能，非常适合于少点数的或特定的控制系统使用。(2)CPU222本机集成8输入/6输出，和CPU221相比，它最多可以扩展2个模块，因此是应用更广泛的全功能控制器。(3)CPU224本机集成14输入/10输出，和前两者相比，程序存储容量扩大了一倍，数据存储容量扩大了四倍，它最多可以有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是使用得最多的S7—200产品。(4)CPU224XP这是最新推出的～种实用机型，其大部分功能和CPU224相同，但和CPU224相比，它的程序存储容量和数据存储容量都增加了不少，处理高速计数器的能力也有增强；其最大的区别是在主机上增加了2输入/1输出的模拟量单元和一个通信口，非常适合在有少量模拟量信号的系统中使用，在有复杂通信要求的场合也非常合适。本文CPU模块型号为CPU2212、CPU221的接线(1)DC的输入和DC的输出DC的输入端由0.0～0.3,1M作为第1组。0.4、0.5,2M则作为第2组的组成。各组的公共端分别为1M2MDC24V的负极部分要接接公共端1M或2M上，不然就会发生错误，引起误判。DC24V的正极连接到输入开关的一端；CPU221各个输入端则连接到输入开关的另DC的输出端由ML+,0.0～0.3这三部分组成。L+为其中的公共端部分。DC24V的负极接M端，正极接L+端，系统的输出部分的一端则会接到M端，输出负部分的另外一端理所当然的接到CPU221各个输出端上。CPU221的DC的输入和DC的输出的接线图如下图所示：图4.2CPU221的DC的输入和DC的输出接线(2)DC的输入及继电器的输出DC的输入端部分与CPU221的DC的输入和DC的输出相同。继电器的输出端部分由两组构成，其中N(-)、IL、0.0～0.2为第一组，N(-)、2L、0.3为第2组。1L和2L分别为各组的公共端。负载电源的一端N接负载的N(-)端，电源的另外一端L(+)接继电器输出端的IL端。负载的另一端分别接到各继电器输出端子。CPU221的DC输人继电器输出的接线图如下图所示：4.4主电路设计MA1图4.4主电路根据所选CPU模块型号，接线方式为DC输入继电器输出。运用CAD绘制PLC接线图如下图所示：HAM鲁●5电器元件的选择5.1.1熔断器的分类熔断器串联在被保护电路中，负载电流流经熔体。当电路正常工作时，熔断器允许通过熔体的额定电流，其熔体长期不化；当电路发生严重过载或短路时，将有很大的故障电流通过熔断器使熔断器的熔体发生熔断，从而切断电路，达到保护的目的。当电路发生严重过载时，熔体在较短的时间内熔化；当电路发生短路时，熔体能在瞬间熔化。熔断器对过载保护不灵敏，主要作短路保护7]。熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三个部分组成。熔断器主要有以下几种形式的分类：(1)按结构形式分类可分为半封闭插入式熔断器、无填料密闭管式熔断器、有填料封闭管式熔断器、快速熔断器和自复熔断器五类。(2)按使用对象分类可分为专职人员使用和非熟练人员使用两大类。(3)按工作类型分类可分为g和a两类。g类即全范围分段熔断器，a类即部分范围分段熔断器。(4)按使用类别分类可分为G和M两类。G类即一般用途熔断器，M类即电动机5.1.2熔断器的型号选用熔断器的规格选择：1.选择熔体的额定电流：(1)对于日常生活及各种生产中的变压器和照明等不同类型的负载，额定电流的选择应该略微大于或者是等于负载中通过的电流，一边熔体能够正常工作；(2)在日常生活及各种生产中的输电、配电线之中路，额定电流的选择应该略微地大于或者是等于线路中通过的安全电流；(3)当作线路短路保护的情况下，电动机回路应该要考虑到电动机的不同地启动条件，此时熔体额定电流的选择应该按照电动机启动所需要的时间长短来进行判断。并且应该选用aM型熔断器来作为电动机的末端回路的保护熔断器，此时的额定电流In必须要略大于电动机所标示的额定电流才能使其在工作中不发生故(4)一般情况下应该选用gG型熔断器来作为电容补偿柜回路的保护熔断器，这种情况下熔断体的额定电流In应该在约等于1.8-2.5倍的线路计算电流。但是熔断体的额定电流In可以约等于1-2.5倍的线路电流如果此时选用aM型熔断器(5)通电线路中上、下级之间的电流选择性保护，上级熔断器的额定电流In应该等于或者是大于下级熔断器额定电流In的1.6倍，就能够避免扩大故障以及停电范围当因不恰当操作或是其他意外情况时发生越级动作的时候。(6)降容使用如果在20℃的室温环境下，熔断体此时的实际工作电流最好不应超过自身的额定电流值。并且在选用熔断体的时后要求人们该应考虑到熔断体的工作条件和工作环境，比如周围的封闭程度等等一些因素的影响。熔断体实际生产工作时的使用会受到环境温度变化的影响因为熔断器熔体的电流承载能力的实验是在20℃的环境温度下进行的，所以在选用时这一因素应考虑在内。并且熔断器所在的环境温度越高，它工作时的温度就会越高，这就导致熔断器的寿命大为减短；当然相反的是，熔断体的寿命将会在较低的温度环境下运行而得到延长。(7)在生活生产的配电线路当中，为了避免因为发生越级动作而导致扩大故障停电的范围，一般情况下要求前一级熔体的额定电流要比后一级熔体的额定电流大2-3倍。2.熔断器的选择：(1)熔断器的额定电压：应大于或等于实际电路的工作电压，即UN熔断器≥(2)熔断器的额定电流：应大于熔体的额定电流，即IN熔断器≥IN线路。(3)熔断器的额定分析分析能力：指在规定的额定电压和功率因素(时间常数)的条件下，能分析的最大电流值它必须大于电路中可能出现的最大故障电流]。3.类型的选择：根据线路要求、使用场合、安装条件、和各类熔断器的使用范围来选择。电网配电一般选用刀型触头熔断器(如HDLRTORT36系列)就可满足；电动机一般选用螺旋式熔断器进行保护；照明电路一般选用圆筒帽形熔断器则可；保护可控硅元件用半导体保护用快速式熔断器保护。常用的熔断器有：(a)RS3系列有填料快速熔断器；(b)RT10有填料管熔断器[8]。本设计选用RL1系列螺旋式熔断器：5.2接触器选择5.2.1接触器的结构及工作原理交流接触器是一种自动控制电器可频繁接通和切断电路。它的结构主要由触头系统、电磁机构、灭弧装置和其他部分等组成。灭弧装置是用陶瓷制成的，盖在三个主触头上，使产生的电弧迅速熄灭，不外溅。当线圈通电后，线圈中因有电流流过而产生磁场，静铁心在电磁力的作用下，克服弹簧的反作用力，将动铁心吸合，从而使动、静触头接触，主电路接通；而当线圈断电时，静铁心的电磁吸力消失，动铁心在弹簧的反作用力下复位，从而并且交流接触器具有欠压保护作用。5.2.2接触器的型号选用1选择接触器主触头的额定电流。接触器的额定工作电流应不小于被控电路的2选择接触器主触头的额定电压。接触器的额定工作电流应不小于被控电路的最大工作电压。3接触器的额定通断能力应大于通断时电路中的实际电流值；耐受过载电流能力应大于电路中最大工作过载电流值。4应根据系统控制要求确定主触头和辅助触头的数量和类型，同时要注意其通断能力和其他额定参数。5如果接触器用来控制电动机的频繁起动、正反转或反接制动时，应将接触器的主触头额定电流降低使用，通常可降低一个电流等级9]。5.3热继电器选择热继电器常用来对电动机进行过载保护、断相及电流不平衡运动的保护及其他电气设备发热状态的控制。电动机在继电器可以根据过载电流的大小自动调整动作时间，具有反时限保护特性。即过载电流大，动作时间短；过载电流小，动作时间长；当电动机的工作电流为额定电流时热继电器应长期不动作10]。热继电器的选择：1.类型的选择：选用热继电器时应根据使用条件、工作环境、电动机的型式及其运行条件及要求，电机的起动情况及负载情况等几个方面综合加以考虑。安装时热继电器应布置在整个开关柜(箱)的下部。2.原则上热继电器的电流选择范围应该按电动机对电流的要求来选择。如果电动机的过载能力不理想的情况下，热继电器就应该选用比较小些的额定电流。通常额定电流的选择对热继电器是否能正常工作十分重要，为电动机额定电流的60%-80%,并应校验动作特性。如果在不频繁的起动场合，要保证热继电器在电动机的起动过程中不产生误动作。一般情况下电动机自身的起动电流值应当是它的额定电流的6倍及以下，并且这个时候的起动时间不超过5s时。如果电动机很少连续起动的话，这种条件下就可以按照电动机已经确定的额定电流值选用热继电器。3.热元件自身的各种运用电流范围由热继电器的各种主要参数来确定。选择热继电器各种参数的正确与否，会大大的对热继电器对工作电路的保护能力以及工作过程当中的可靠能力产生大为不利的影响。所以在这种情况下热继电器对于电流的适用范围选择有着一定的要求，它的中间值部分最好是应该至少稍微的大于电动机的额定电流。4.由于热继电器有热惯性，不能作短路保护，应考虑与短路保护配合问题。5.当电动机工作于重复短时工作制时，要注意确定热继电器的允许操作频率。因为热继电器的操作频率是有限的，操作频率较高时，热继电器的动作特性就会变差，甚至不能正常工作。6.热继电器安装接线时应注意连线的导线截面和长度在允许范围内11]。时间继电器是一种呢感延时动作的控制电器，其特点是电磁线圈通电后其触头经过一定时间间隔动作。选用时间继电器应注意：其线圈(电源)的电流种类和电压等级应与控制电路相同，按控制要求选择延时方式和触点形式；校核触点容量和数量，若不够时，可用中间继电器扩展。常用的时间继电器有JSJ系列晶体管式、JS7系列空气阻尼式、JS20系列单结晶体管式、JS17系列电动式。5.5控制按钮选择按钮又称按钮开关或控制按钮，是一种短时间接通或断开小电流电路的手动控制器，一般由于电路中发出启动或停止指令，以控制电磁起动器、接触器、继电器等电器线圈的电流的接通或断开，再由他们去控制主电路。按钮的工作原理：当用手按下按钮帽时，动断触头断开，动合触头接通；而当松开手后，复位弹簧便将按钮的触头恢复原位，从而实现对电路的控制。(1)应根据使用场合和具体用途选择按钮的类型。列如，控制台柜面板上的按钮一般可用开启式；若需显示工作状态，则选用带指示灯式；在重要场合，为防止无关人员误操作，一般用钥匙式；在有腐蚀的场合一般用防腐式。(2)应根据工作状态指示和工作情况的要求选择按钮和指示灯的颜色。如停止或分段用红色；起动或接通用绿色；应急或干预用黄色。(3)应根据控制回路的需要选择按钮的数量。列如，需要作“正(向前)"、反“反(向后)”及“停”三种控制处，可用三只按钮，并装在同一按钮盒内，只需做“起动”及“停止”控制时，则用两只按钮，并装在同一按钮盒内。[9]5.6行程开关选择行程开关又称位置开关限位开关，是一种很重要的小电流主令电器。行程开关利用生产设备中某些运动部件的机械位移而碰撞位置开关，使其触点动作，将机械信号变为电信号，接通、断开或变换某些控制电路的指令，借以实现对机械的电气控制要求。这类开关时常用来限制机械运动的位置或行程，是运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动或自动往返元件为基础，装置不同的操作头而得到各种不同的形式。行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式。(1)直动式行程开关其动作原理与按钮开关类似，只是它用运动部件上的撞块来碰行程开关的推杆。这种开关的优点是结构简单，成本较低；缺点是触点部分的分合速度取决于撞块的移动速度。若撞块移动的太慢，触点就不能瞬时切断电路，使电弧在触点上停留(2)滚轮式的行程开关滚轮式的行程开关工作过程：当电路中已经被控制不同类型的机器元件上的运动撞块在控制下与滚轮撞杆相互撞击的情况下，被撞击的撞杆就会向整个装置的右边转向。在这个转动的过程中就会带着凸轮按照一定位置的转动，这个时候凸轮就会把推杆顶下去，这种情况下就会使开关当中的触点发生快速准确的动作。完成一系列动作过后运动当中的控制机械元件又开始返回，这个时候在弹簧的复位作用的条件下，以上完成各自动作过程的元器件就开始相继复位。单滚轮的自动复位式行程开关和双滚轮的羊角式非自动复位式行程开关为滚轮式的行程开关的两种主要分类。不过双滚轮式的行程开关具有一种特定的装置使得它拥有不错的有“记忆”功能，这种功能如果运用得好会在一些工作环境之中起到简化线路的作用。(3)微动式行程开关微动开关采用弯片状弹簧瞬。当推杆被压下时，弹簧片发生变形，储存能量并产生位移；当达到预定的临界点时，弹簧片连同动触点产生瞬时跳跃，从而导致电路接通、分断或转换。同样，减小操作力时，弹簧片会向相反方向跳跃。微动开关的体积小，动作灵敏，适合在小型机构中使用。[8]常用的有LXW-1系列产品。1.行程开关的选择(1)根据适用场合和控制对象来选择行程开关的种类。当生产机械运动速度不是太快时，通常选用一般用途的行程开关；而生产机械行程通过的路径不宜装设直动式行程开关时；应选用凸轮轴转动式的行程开关；而在工作效率很高、对可靠性及精度要求也很高时，应选用接近开关。(2)根据使用环境条件，选择开启式或保护式防护形式。(3)根据控制电路的电压和电流选择系列。(4)根据生产机械的运动特征，选择行程开关的结构形式(即操作方式)行程开关安装时，应注意滚轮的方向，不能接反。与挡铁碰撞的位置应符合控制电路的要求，并确保能与挡铁可靠碰撞9]。光电开关(即人们通常所说的光电传感器)是光电接近开关的一种简称，光电开关的使用原理是利用被检测物体对发出光线的反射或者是遮挡，并且选通电路由同步回路控制，经过信息传递从而检测物体有还是没有的。不论是何种属性的物体只要能够反射光线就均可以被其检测到。光电开关工作时可以经过发射器把输入的电流转换为光信号再发射出去，然后光电开关的接收器再根据传递过来被接收到的光束的有无或者是强弱，再探测是否有目标物体的存在。光电开关按照结构可以分为放大器内藏型、电源内藏型以及放大器分离型三光电开关的放大器内藏型使用了专用的集成电路以及表面安装工艺制作而成的，电源工作则采用内部直流通过的原则，并且它还能够将将放大器与传感一体化。光电开关的响应速度有1ms和0.1ms两种，不仅能够检测到狭小物体，还能够对高速运动的物体作出准确的判断。并且放大器内藏型有电流和电压两种不同的输出方式，这种情况下即能有效的防止相互干扰，又在系统安装过程中十分电源内藏型也是采用了专用集成电路以及表面安装工艺制作而成的，但是它却能够实现传感器、放大器与电源装置的一体化。电源内藏型普遍使用交流电源；但是也有直接用于强电控制电路的情况，比如用于生产现场用来取代接触式的行程开关；电源内藏型还可以自行设置自诊断，以便于用来稳定工作区的指示灯。输出备有继电器常开、常闭接点或者SSR固态继电器，即可以防止相互之间的干扰，又可以紧密地安装在系统当中。放大器分离型采用的是专用集成电路和混合安装工艺制作而成，它是将放大器与传感器分离的一种装置。此类型的光电开关采用的是端子台的连接形式，并且交流电源和直流电源都可以通用。它具有接通延时和断开延时的功能，众多的实践表明它能控制6种输出状态，可设置亮、音动几种切换开关，拥有接点和电平两种不同的输出方式。本文选择电源内藏型光电开关：)避免强光源在环境光照强度比较高的条件下，光电开关基本上都能够比较稳定的工作。但是对于太阳光和白炽灯等强光源传感器光轴应当避免正面正对。如果强光源与传感器的光轴角度不能改变时，解决办法就是将装遮光板装在传感器上方或者是套上遮光长筒。(2)防止相互干扰将投光器及受光器交叉设置是防止相互干扰最有效的办法，另一种比较好的办法就是使用不同频率的机种。(3)镜面角度影响当被测物体表面比较光法时，会发生镜面的高反射作用，这时应将的夹角调为10～20°(投光器与检测物体之间的夹角),使得被检测物体不被光轴垂直，以此来避免误动作的发生。(4)消除台面影响一般情况下遮光板应加装在受光器与投光器离开台面的一定距离上，用来防止投光器和受光器在贴近台面安装时，可能会出现的台面反射光线照射到受光器，从而造成工作不稳定的现象。5.8电源开关选择开关是用于接通和断开电路的电器。常用的开关有组合开关、铁壳开关、刀开关和自动空气开关。组合开关也称转换开关，它是一种体积小、接线方式多、使用非常方便的开关电器。组合开关一般用于电气设备中，作为非频繁的接通和分断电路、换接电源和负载、测量三相电压以及控制小容量异步电动机的正反转和Y-△起动等用。它又称铁壳开关。是封闭式负荷开关主要由触头及灭弧系统、熔断器以及操作机构等三部分共装一个防护外壳内构成。它主要用于工矿企业电气装置、农村电力排灌及电热和照明等各种配电设备中，供手动不频繁接通、分断电路及线路末端保护之用，其中较小着(开关的额定电流为60A及以下的),还可用着电动机非频繁全压起动(又称直接起动)的控制开关。刀开关它分单级、双级和三级。它主要用于成套配电设备中隔离电源之用，亦可作为不频繁地接通和分断电路之用。还可用于转换电路，从一组联接转换至令一组联接。当刀开关加装栅片灭室(灭弧罩),并用杠杆操作时，也能接通或分断额定电流。在安装刀开关时刀口应朝上，防止热空气拉弧或重力闸[9。自动空气开关又叫自动空气断路器，它能对电路进行短路、欠压、严重过载保护，同时也可作不频繁地启动电动机。本设计采用，梅兰日空气开关C65—4P16A:电动机(Motors)的原理就是把电能转换成机械能的一种机械设备。它是利用通电线圈即定子绕组，产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。按使用的电源不同，电动机分为交流和直流两种形式，不过交流电机是电力系统中运用的最广泛的一种电动机，可以是同步电机或者是异步电机。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。一般电动机的旋转运动为主要的作功部分，因此称其为转子电动机。而作直线运动的直线电动机用的相对较少。电动机能提供从毫瓦到万千瓦级的功率范围，因此它能够满足于诸多不同的使用条件。电动机的控制使用非常方便：具有自起动、加速和反转等能力，各种运行要求都能够满足。电动机效率高，即无尘无味，又不污染环境，所以由于它的这些优点，在工农业生产、交通、商业家电等各方()电动机的选用要求它的机械特性应满足生产机械提出的要求，要具有与它相符合的负载特性，因为这样可以保证电动机在生产过程之中工作的稳定，这种情况下电动机不但具有合理的调节转速的范围，更是对电动机自身的起动和制动能(2)在设计的过程当中一般会对电动机的结构形式提出各种各样的要求，使得电(3)根据电动机的不同的负载和不同的工作方式，以此来的正确选择电动机的容量。电动机在工作的过程当中应当使它自身的容量得到充分的发挥，并且电动机的其温升与温升值相比，应该尽可能的接近或者是达到规定的温升值。(5)在没有特殊要求的场合，一般采用交流电动机，仅在起动、制动和调速不满足要求时才选择直流电动机。随着电力电子及控制技术的发展，交流调速装置的性能和成本已能与直流调速装置媲美，交流调速的应用范围越来越广泛。另外，在需要补偿电网功率因数及稳定工作时，应优先考虑采用同步电动机；在要求大的起动转矩和恒定功率调速时，常采用直流串级电动机。(6)根据生产机械的功率负载和转矩负载选择电动机的额定功率7]。考虑本设计的要求，设计中选用最常用的驱动设备：三相笼型异步电动机。QS合上后，按下启动按钮SB1。KM2线圈得电并自锁，电动机2运行，传输线2运行。当到指定位置时，传输线2停止。时间继电器KT线圈得电，并计时1S。时间一到KT常开触头闭合，KM线圈得电并自锁，电动机1运行，传输线1运行。当苹果下落，SQ1传感器发出脉冲信号并计数12个，12个苹果一到，按下计数器复位按钮SB3,计数器常闭触头断开，传输线1停，常开触头吸合，KM2线圈得电并自锁，传输线2运行。再按下停止按钮SB3,传输线1、2均停止。按下SB1,I0.0接通，M0.1接通使得Q0.1接通，传输线2运行，线2运行指示灯亮。当箱子进入定位位置，SQ2动作，I0.3接通，M0.1断电，Q0.1断电，传输线2停止；同时M0.2通电自锁。通过T37延时1S后，M0.3通电自锁，使Q0.0通电，传输线1启动。传输线1启动后，物品逐一落入箱内，由光电传感器I0.2检测物品，在物品通过时发出脉冲信号，并由计数器计数，计数达12个，计数器的状态位接通，启动传输线2,同时传输线1停止。按下停止按钮I0.1传输线1、线2同时停止。根据控制要求得出如下控制梯形图：//))二