【基于PLC 自动选料机的控制系统设计与仿真研究12000字（论文）】

基于PLC自动选料机的控制系统设计与仿真研究机控制系统便是PLC应用技术的实例代表之一。自动选料机控制系统最早出现于20世可24小时营业，后续维护成本较为低廉，占地面积较小受到了很多国家的青睐，我国代，科技不断发展，使得自动化工业需求也是飞速增长。自动选此次设计采用了三菱FX2N系列可编程控制器进行程序设计，在大致了解了自动选进行梯形图设计，使用gx-works2进行调试检验。在此次设计当中，进行一次模拟地流dailylife,andthecontrolsystemofautomaticmaterialselectionrepresentativeexamplesofPLCapplicationtechnology.Automaticmaterialselectionma1970sinJapananditsEuropeanandAmericancounAtpresent,thewayofautomaticmaterialselectioniToday'ssocietyisintheeraofrapiddevelopmeThisdesignusesMitsubishiFX2Nseriesprogrammablecoandasimpleextern I I 11.1课题研究意义 1 11.3自动选料机控制系统研究的重点与难点 3 5 5 7 73.1.1主电路设计 73.1.2I/O点接线图 73.1.3交流接触器控制电机图 83.1.4电机主电路图 93.2电器选型 93.2.1PLC选型 93.2.2空气开关选型 3.2.3交流接触器选型 3.2.4热继电器选型 3.2.5开关选型 3.2.6电源指示灯选型 3.2.7熔断器选型 3.2.8中间继电器选型 4软硬件介绍及程序设计 4.1PLC简单介绍 4.2GX-WORKS2简单介绍 4.3梯形图语言特点 4.4程序流程图 4.5.1启停程序块 4.5.2电容程序块 4.5.3气缸程序 4.5.5压缩机工作程序块 4.7.1启停程序块 4.7.2电容程序块 4.7.3气缸运行程序 4.7.4传送带运行程序 4.7.5压缩机工作程序块 2 2 25.2.1组态软件的通信参数设置 25.2.2新建工程与组态变量 6结论 27梯形图 在邻国日本，自动选料机控制系统的普及率相当之高，平均每23人就拥有一台自动选相较于拥有近14亿人的中国几十万的自动选料机控制系统很难满足消费者们对当今社会多样化的消费需求，根据中国自动选料机控制系统专业委员会的预测，在未来的发展时期我国至少要布置60万台自动选料机控制系统，在产业的成熟期，我国至少要拥有300万台自动售卖机，年生产总值将会达到600亿元人民币左右。械行业的取得的成就也是空前绝后的，不仅提升了在国内的认知度要体现在自动选料机控制系统产品的技术、质量以及生产相对不集中，生产不集中所带来的困扰就是企业的经营效率仍然赶不上时代进步的标准。目前虽然我国投入大量的人力物力以及财力来对自动选料机控制系统进行自主研发，可是相对于国外发展了百余年的大品牌来说丝毫没有与其竞争的优势。为了能够增强我国综合实力，取其精华吸收国外先进技术，更好与国际接轨，开设合资公司共同对自动选料机控制系统进行制造生产，相对于以往来说产品质量以及技术水平都有所提高，但是仍然与国外许多发达国家有一定的差距。从对市场调研的长远发展来看以及对自动选料机控制系统的实用性而言，自动选料机控制系统依旧存在一些致命的问题，例如自动选料机控制系统的可靠性以及使用寿命都不高，外观形象存在一些欠缺，无法满足现代人们的审美，因此导致自动选料机控制系统的销量一而再再而三的打破历史低谷。通过对以往的调查研究表明，目前我国制造自动选料机控制系统的能力还较为薄弱，技术跟不上，创新又无法找到合适的突破点，所以加大科研的投入以及快速找到技术创新的突破点才是目前的重中之重，争取早日缩短与国外的差距。与此同时，自动选料机控制系统的制造行业组织结构的分配也具有很大的不合理性，由于自动选料机的使用规模性没有达到相应的效果，以至对于生产这来说没有产生相应的经济利润。为此合理的安排自动选料机控制系统制造行业组织结构的合理性也是目前大力发展自动选料机控制系统的重要指标，主要体现在整改规模较小的企业，提高行业内部从创造水平，为发展自动选料机控制系统铺出一条正确的道路。为了解决这些致命的问题，我国又耗费大量的人力前往自动选料机控制系统发展比较好的国家进行调研，并且花费大量的财力从相应的国家引进较为先进的技术，因为我国加入世贸组织，经济一体全球你化依然将我国纳入其中，这样更加有利于我国发展自动选料机控制系统技术的同时能够与国际接轨。起初，我国对自动选料机控制系统的机械零部件是采用国外进口采购的形式，由于这样做的成本较高，不能够符合我国目前基本的国情，因此为了减少制造自动选料机控制系统的成本，我国重金聘请国外专家进行指导，经过两方的精准磨合，自动选料机控制系统的零部件也就再也不用从国外进口了。在“十五”的优质条件下，我国机械行业的发展已经步入一个新的高峰，与此同时对机械行业的产业调整也顺势而为。国外自动选料机控制系统先进的制造技术依旧是我国目前无法觊觎的，主要体现在以下几点：机器做工的精密程度。想要制造的自动选料机控制系统更为精密，就要从它的切削、磨削以及研磨等加工中体现出来，这样所制造出来的机器除了机械结构更为紧密之外，它的实用性以及使用寿命也会更高。自动一体化的程度。目前国外的一体化的技术已经非常的成熟了，这一技术除了能够增强工作效率之外，还能让制造出来的自动选料机控制系统质量更好。除此以外，有了自动一体化技术的驻足，能够代替人工在比较危险的工作环境工作，并且不会产生任何的影响。信息技术的植入以及产出。信息技术的提取需要花费大量的财力物力以及时间成本，为了能够得到对于自动选料机控制系统研究的有用信息，国外对自动选料机控制系统的研究已经长达十年之久。通过这几年的发展，欧美等发达国家对自动选料机控制系统的发展以及达到了新的高度，制造自动选料机控制系统的技术以及实现了全面的机械化生产，并且它的生产体系也稳定了下来，不会再受到其他行业发展的影响。通过了解对1970年初期的德国制造自动选料机控制系统的历史之后，我们得知在那个时候德国就已经制造出了自动选料机控制系统，并且根据当时国情的体现来说，这已经超越了当时90%的发达国家。对于美国而言，一个建国仅有245年的国家来说，它的迅速崛起是有目共睹的，直到今天我们也不得不承认它是世界第一的超级大国。美国地广人稀，因此机械自动化应用的进程不得不迅速发展，这样能够有效缓解人口少带来的劳动力不足的现象。早在20世纪初期，自动选料机控制系统的应用就在美国普及开来，但是目前为止为了让自动选料机控制系统向更加多元化的方向发展。在2010年之后，一些发达国家为了促进自动选料机控制系统的智能化发展，在自动选料机控制系统的制造上不断的创新，引用新的技术来让自动选料机控制系统改新换代，让自动选料机控制系统的发展更上一层台阶，在这上面他们这些国家也是不惜血本的加大投入，当然付出必有回报，如今自动选料机控制系统在这些国家当中的性能已经不是其他国家能够媲美的了。在零售领域，无人售卖服务将会是一大趋势，随着人力成本的不断提高，科技生产力水平的提升，单位效益产生的收益更多的无疑是机器，所以研究自动选料机控制系统领域的相关问题具有代表意义。1.3自动选料机控制系统研究的重点与难点重点：为了能够独立做好本次对自动选料机控制系统的设计，在遇到问题以及困难的同时应该在第一时间去想办法解决，而不是去怨天尤人，实在找不到相关资料的话，应该抱着求教的态度去询问导师，再根据导师的意见再进行分析与汇总。在这个时候参考和借鉴是及其有必要的，记录的以往经验也是非常需要认真对待的，必要时可以查询官网或者打电话给相关制造厂商询问一些信息。难点：首先对于本次设计的自动选料机控制系统自身的认识度不是很高，其主要的运用场合很多，因此考虑方面要求比较全面，并且设计经验也不充足，而过于理想化的设计理念还无法保证本次设计的正常实施，对于计算的正确程度也难以拿捏，在绘制装配图的同时对他的尺寸难以把控。解决办法：为了能够快速的把方案确定下来，需要询问导师；在网上、图书馆认真的搜查相符合的资料。对于CAD制图软件的应用也要得心应手。对自动选料机控制系统正常运行的工作原理要铭记于心，运行方式和故障问题应该熟记于心。与大学所的学知识相结合，再通过查阅相关有用的资料来完成本次的设计。1.4本论文研究的主要内容本次的课程设计是自动选料机的控制设计，使用的plc是三菱的FX的2n系列。在此次设计当中会涉及到PLC的编程语言和相关定义，PLC控制系统的主要硬件组成部分及其外部接线图，通过硬件和软件的配套实现自动选料机控制系统的基本功能实现。先简要概述各plc功能及控制优势，然后对课题方案确定，对主线路、plc接线的控制设计，选料设备的大概电器元件的选用。设计ilo分配，根据控制色集程序编写及仿2.1设计要求本课题主要研究基于PLC的自动选料机控制系统设计。本设计采用PLC作为本次系统的主要控制，然后在当下众多的仪器设备中优先选用了功能强大、安装简便智能传感器，对物料识别功能12。研究步骤：(1)首先对需要控制的对象做到一定的认知认真分析原理。对控制对象的运行原理以及机械性能要了如指掌，之后要对电气以及流体的控制方面选用PLC能更好地匹配系统控制的需要，满足系统条件，将系统控制的方案落实下来，对相应内容简要解释。(2)PLC的I/O来说也要尽早确定下来。通过对以往的学习以及相关经验来说，输入设备以及输出设备之间必须要使用PLC的I/O点来进行连接，这样他们才能够正常的运行。通过对以往的学习以及相关经验来说，机型、容量、I/O模块、电源等部件的好换是对选择PLC型号的重要指标。因此与其是说在PLC型号方面做出选用，总的来说是对控制线路系统的电源选择、IO模块的选用、控制机型等方面质量的考虑³。2.2系统方案在本次设计的系统当中选择PLC控制系统的主要原因在以往的控制器当中只有PLC控制系统的性能是最好的，并且PLC控制系统的组成较为简单，它的梯形语言系统图示也能够让人一目了然简单易懂，在通过以往对PLC控制系统的测试当中，它的抗震、防潮、耐热等能力具有较为突出的特点。本次的毕业主题是对基于PLC自动选料机控制系统进行相应的设计，在传统的设计当中有许多品牌的PLC控制核心，在本次的设计当中我们选择了三菱PLC来当作的控制核心，并且通过传感器以及液压泵或者气缸等控制元件来操控自动选料机控制系统，监控系统的品牌选择的主要还是以计算机为主。下图是本次控制系统简要展示图：品种传感器上位机PLC控制单元状态指示灯输出图2-1系统框架图如图3-1所示，将一根火线和一根零线连接到空气开关Q2上，然后再连接到保险丝F1上。这样，当电源开关出现问题时，在设计设备时，考虑到当前外围电源可能缺图3-1主电路接线图备PLC输入输出电路图，分析了电路的工作原理，根据系统图3-2绘制了I/O接线原理如3-3所示，在设计过程中，考虑到电流交流接触器线圈在工作时会出现问题，在电路进线处增加了2A保险丝。最后，只要PLC输出端控制中间继电器线圈，就可以完成自动控制系统。本本本2图3-3电机控制电路图 3.1.4电机主电路图如图3-4所示，由于电机的工作电压为三相或单相，且电机的工作功率较大，PLC的触点只能驱动负载在2a左右的设备，因此在运行过程中当设备的功率大于2a时，如果当前电机发生故障，电流回路的相关热继电器将被断开，以保护当前交流电机的工作N传送带电机空压机传送带电机空压机图3-4电机主电路图3.2电器选型在自动选料机机的控制中PLC控制器的主要功能是对各部件的动作进行集中调度和管理。然后在选型时要选择性价比、通讯和处理速度等性能优越的产品。本设计是简易小型系统的控制所以我们plc选用要求点数少、控制好、相对反应比较灵活的。这里我们选择三菱PLC,具体型号如下：2N系列plc有FX2N-16、、24、32、48等满足各种需求的型号。综合考虑本次设计控制系统中的输入点数相对来说比较少，输出点数也不是很多，所以在设计中PLC取用的是Fx2n-48的型号。图3-8热继电器实物图于比较稳定，但是还需要确保在出现电流短路的情况下交流接触器具有相应的分断技图3-7交流接触器实物图图3-8热继电器实物图(63)等众多型号来供我们进行选择，以上为空开起跳电流，空开选型要结合总线路最图3-6空气开关实物图 图3-9按钮开关实物图3.2.7电源指示灯选型通过电源指示灯所反映的灯光颜色我们能够得知机器内部的现实状况，红色灯光表“通电”的现象。图3-10电源指示灯实物图3.2.8熔断器选型熔断器属于常用电器原件，熔断器的主要作用也是在电路的运行当中起到对线路的保护的作用，主要体现在电路的电流在高出了恒定的数值之后，熔断器自身的温度会有所提高，从而断开电路，防止设备受到损伤。图3-11熔断器实物图3.2.9中间继电器选型首先对于中间继电器选型而言一定要考虑控制系统的适用性，并且还要为了今后的运行进行长远的考虑要选择使用寿命较长的中间继电器图3-12中间继电器实物图3.3IO符号表说明说明启动气缸1电磁阀电容传感器气缸2电磁阀气缸3电磁阀空压机3.4基本器件清单表3-4基本器件清单元件名称元件型号元件规格塑壳断路器电流100A交流接触器热过载继电器G1系列，单相开放式，单输出50W,24V,2.1AΦ22金属短柄，2位保持，1(NO+NC),继电器行程开关限位开关FX2NT32MT,14输入10输出GXSimulator和Gx-works2一样都是在计算机上的软件都是属于对可编放的编程软件。作为通用的FX所使用的编程软件。两个开发软件来说GX2是我们比较开发时能高效率使用界面功能解决问题。使用的程序基本界面图4-1所示。PLC是当今自动化社会的必不可少的一部份，PLC的种类也有很多比如我们常见的三程序的热衷。三菱PLC的多样的输入输出点数，更加为其方便性增分，优势不仅仅这些使用来说可靠性还是比叫看重的，对于生产者来说仪器的性价比也是对PLC重大考虑方面，三菱PLC往往具备着人们的需求。GX-WORKS2编程软件的使用操作主要是在Windows当中的，这个编程软件的由来是三菱工作专门开发的，主要目的是为了方便FX系列的所设计的更为先进的可编程方面做得非常完善，非常的强大，能够让操作人员过GX-WORKS2软件后各种简便效果让之成为本次设计编程仿真当选，因此在FX系列编程软件中，GX编程软件在可编程序控制工作方面是不可小看的它的操作界面展示图由图4-1所示。工程(P)编辑(E)搜索/替换(E)转换/编译(C)视图V在线(◎调试(B)诊断(D)工具(D窗口W帮助(H)-5×◎[PRG]写入MAIN198步软元件注释COMME…×田函参数田编程序设置日色程序田墓软元件存储器?图4-1编程GX-W2主界面梯形图在图形编程的语言当中堪称NO.1,也是PLC可编程控制当中的NO.1编程①和电气操作的原理图并没有太大的差异，它的直观性以及对应性都能够很好的契②跟我们所见的唏嘘平常的继电器逻辑控制技术没有太大的差别，能够轻易的学明③其中梯形图当中的能量不是指的实际的电流，这和继电器逻辑控制技术也有一定项弹框选择USB转换的通讯信号，如下图4-2所TEL(FXCPU)...(Co-existenceNetwork)NET/10(H)NET/10(H)NET/10(H)NET(II)Network)图4-2通信参数设置(2)当连接有外部设备时可在视图通讯中打开该画面双击SERIAL,弹出接口页面选择usb连接端口，才能将电脑程序写入到plc。如图4-3所示。传送速度19.2Kbps确定取消详细设置...图4-3接□对话框(3)单击属性按钮，查看弹窗信息参数是否符合设置需求(如图4-4所示)。计算机侧计算机侧I/F串行详细设置奇偶校验偶数图4-4通信参数设置4.4程序流程图如图4-1所示，根据工艺要求设计了对自动选料设备的动作流程，流程为本设计极为重要的一部分，能清楚明了知道选料设备的运行操作方式，及设备运行的主要组成部分，更加是以便在编程时可以根据当前工艺对当前程序进行编程，以便在后期调试设计时可以参考当前动作流程图，并确定当前设备的参数程序也可根据当前的流程图进行修改，可供参考，以节省后期现场设备的调试时间。运行模式运行模式启动电容传感器开始工作铁质传感器开始工作开始工作启动如图4-7所示，当PLC此时运行到网络4时，PLC判断电流输入继电器电容传感器助继电器M10开始连接并自锁当前程序块。然后时间继电器T200开始连接，工作时间为0.93秒。选料动作完成，气缸会回到原来的位置，等待X2信号再次发出形成自动选器图4-7电容传感器如图4-8所示，当时间继电器T200自动接受产生上升沿信号时，此时输出继电器Y1气缸1电磁阀接通，输出继电器Y1接通后，当前程序块自动锁定。此时时间继电器T1开始工作，工作时间为1.5秒。时间到达后，此时输出继电器Y1将打开，然后PLC将图4-8物料选取序块Y1气缸1电磁阀、输出继电器Y2气缸2电磁阀、输出继电器Y3气缸3电磁阀等条件图4-9传送装置程序块如图4-10所示，程序启动M0得电辅助继电器动作，空压设备运行为气缸储能，那图4-10空压机工作程序4.6.1启停程序块如图4-10所示，在PLC上电，这个时候用户按下启动按钮XO后，如果X1条件满足，那么辅助继电器M0接通，固此时整个选料机系统进入工作状态。图4-10启停程序块4如图4-11所示，当辅助继电器接通后，传输装置物料到X2电容传感器反应区域，上升沿信号发出，程序步启动M0得电辅助继电器动作，T200赋值时间0.93秒，时间继电器读取时间，反映动作时间结束，断开辅助继电器M10。4器图4-11电容传感器图4-12气缸工作程序块如图4-13所示，当辅助继电器M0接通时，这个时候PLC阀判断当前的输出继电器Y1、Y2、Y3等条件是否满足设定值，外接PLC设备接收程序信号，气缸电磁阀处于预备状态，传输装置Y0也是接收到程序启动指令，属于启动状态，便于物料传动工作。图4-13传送带工作程序块如图4-14所示，表示仿真正运行系统运行，空压机工作，为气缸动作准备动力。66图4-14空压机运行程序5组态结构设计5.1组态简介1995年通用于各计算机系统的组态仿真软件开发出来，这个归功于北京亚控，该软件模拟仿真效果得到很多开发者的青睐。经过继续的升级完善该软件更为智能化、方便化，其中能够满足设计者们所需的各种功能画面的演示，其中简便的配件选用更能体现灵活性；这个软件使用的技术性不会是很高，所以上手很快，它不属于C++这种需要专业性很强的技术性开发软件，组态综合多版本，是一款很不错的入门仿真软件91。在这次毕业设计中为了更加清楚表述设计的机构与动作方式，认真考虑多种仿真软件中选用组态王作为结构模拟验收使用，该软件能简要清楚展示设备动作、仪器运行中的情况，不需要现场观察设备运行，从而达到远程控制的功能。5.2结构开发设计5.2.1组态软件的通信参数设置此次设计条件有限没有可以使用的仿真实物设备，所以在组态软件中模拟外部通讯设备的信号连接模块，软件中有很多设备导向，本次选用入门级S7-200的通讯PPI编程模拟现实计算机于plc通讯。为了做到仿真更为真实，与实物仿真操作方式一样在模拟软件中选择“COM”端串口连接，使用usb信号转换为RS信号输入，就窗口输入信号参数。如图5.1所示。通讯参数-数据位：停止位：1主ModemAT控制字：从ModemAT控制字：图5.1串行通信接口参数设置选择组态软件左边功能窗□点开“com”端，会弹出系统原有的通讯信息的新建通道，然后选用相应的plc,如松下、三菱、西门子等。选择通讯厂家型号PP1,最后填写plc地址，按步骤下一步设置通讯。 设备配置向导一一生产厂家、设备名称、通讯方式设备配置向导一一生产厂家、设备名称、通讯方式图5.2通信导向描述5.2.2新建工程与组态变量单击运行组态软件，单击开发选项，进入组态开发界面根据左边功能窗口，单击点开功能窗□变量选项，得到弹窗定义变量(参见图5.3),在该界面赋值定义参数。定义成功后，变量内存会出现在系统工作界面。下一步动作也是继续在该界面下一个新建设置下一个输入输出的定义变量，逐步完成工作步骤。定义变量定义变量基本属性变量名：铁质垂直移动动画变量类型：内存整数描述：结构成员：变化灵敏度初始值最小值最大值最小原始值最大原始值连接设备读写属性：只读只写确定取消采集频率1000□保存数值高级毫秒图5.3定义变量(1)建立新画面在计算机中运行组态软件，进入系统界面，选择系统开发进入件选项详见(参见图5.4)弹出窗口，新建所要命名的画面名称。完成完成画面设置，进入设计界面，可根据自身设计要求浏览工具箱中的元器件样式，左边|0顶边|0二显示高度400图5.4开发界面设置命令语言...(2)元器组态打开组态王设备工具箱中的元器件，根据要求填写相关价值。以下为本设计的选料机机构图。基于基于plc自动选料机的控制系统设计运行指示故障指示仿真复位启动停止电容传感器铁质传感器颜色传感器图5.5选料机结构图界面 本次设计整个自动选料机系统控制，收获丰富，唯一不足就是没有符合条件的设备能现实进行程序的仿真操作，设计分为大三个部分：控制程序的编写及仿真；简要的选用基本的选料机设备的元器件及控制PLC;组态进行设备的理想结构动画界面。通过GX进行程序编辑利用监视窗□对程序进行规划仿真调试自动选料系统的可行性，充分适应系统设计需要。硬件的控制部份是使用三菱FX系统的PLC,还有许多零部件的选用也是对设计极大的要求，编程软件部份采用的是GX-WORKS2编软件对设备起到发号施令动作控制的工作方式的实现。在这次毕设完整的过程中，不仅仅只是让我巩固了一下专业知识技能，在过程中的耐心，责任感也得到了一定的磨练，经过不断努力的设计也有不足之处是需要继续改进的。通过对本次设计的不断研究发现虽然我国目前自动选料机的发展还有待提高，如今社会的发展速度堪比火箭升空，因此很多产品更新换代的速度也非常的快，自动化装置的形成也是根据时代的要求来变化的。本设计是自动选料机的控制，为了能够高质高量完成物料的分拣选取工作，将传统工业逐渐向自动化的转型性发展。在高速发展的科技社会，对自身来说整个设计也是非常尽心尽力了的，从无到有的程，其中的心里变化也是很丰富的。课题的纠结，程序的反复实验，都离不开实践。直到最后的仿真才让脸上流露出欣喜的表情，在这满载成就感的时刻，也将是我们大学生涯最后的答卷，也是给自身大学的一个肯定。[13]金轶锋，秦玉伟.用PLC实现液位分段控制系统设计[J].科技信息，2009(23):9[14]丁楚芮.基于PLC的人造板热压机自动控制系统设计[D].西北农林科技大学，2009.[16]王立乾.触摸屏、PLC在空压机检测试验台中的应用[J].机械与电子，2008(08)[17]SIEMENSCorp.SIMATICS7[18]李胜永.压缩木压缩机械PLC控制系统的研究与开发[D].南京林业大学，2008.[20]邓贞贞.基于PLC的人造板连续压机热压控制系统研究[D].中南林业科技大学，2012.[21]吕绍岩，张玉波，玄立恒.浅谈我国人造板机械技术发展方向[J],2009(01):123+198.[22]孙康岭；张海鹏.电气控制与PLC应用[M]北京：化学工业出版社，2009.03[23]刘爽；李鹏威；梁亮；PLC原理与应用技术[24]BugrovYu.N.KurnasovE.V..AnalysisofCyclicAutomaticSystemsinEquipmentforCNCandPLCSystems[J].RussianEngineeringResearch,2[25]何晓龙.水泥配料自动化系统的研制[D].南京：南京理工大学机械电子工程学院，2007[26]邢进.基于Profibus;的预混料自动配料控制系统的研究与开发[D].武汉：武汉理工大学物流工程梯形图电磁阀)X001—启动X002申容传感器阀器((阀器T阀F阀))))步号指令I/O(软元件)2ANI5