裝配流水線課程設(shè)計(jì).docx

一、控制要求傳送帶共有八個(gè)工位，工件從0號(hào)位裝入，分別在1、3、5、7號(hào)工位完成四種裝配操作；0、2、4、6號(hào)工位用于傳送工件，在0號(hào)位裝有傳感器，工件裝入時(shí)傳感器發(fā)出信號(hào)，當(dāng)合上電源啟動(dòng)傳送帶（為裝入工件，傳送帶不動(dòng)）時(shí)，每5s移動(dòng)一個(gè)工位。二、方案1、裝配流水線示意圖操作一操作二操作三操作四工件裝入01234567成品庫2、i/o地址分配這是一個(gè)典型的順序控制，利用移位寄存器操作最為方便。設(shè)定一個(gè)8位移位寄存器（如下圖），每位移位寄存器相應(yīng)于一個(gè)工位，每5s移位一次，控制相應(yīng)的操作。設(shè)定400接電源開關(guān)qg，401接傳感器發(fā)出的工件裝入信號(hào)st,402接總復(fù)位信號(hào)sb，430433四位輸出繼電器分別由移位寄存器1、3、5、7位的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)，并設(shè)定時(shí)器的地址號(hào)為450，移位寄存器的地址號(hào)為110，這樣就可以畫出plc的實(shí)際接線圖和梯形圖以及指令語句表。 三、plc的選擇及連接圖的繪制1、plc控制系統(tǒng)基本介紹1.1基本介紹plc即可編程控制器（programmable logic controller），是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有plc。1.2 plc的功能 （1）邏輯控制 （2）定時(shí)控制 （3）計(jì)數(shù)控制 （4）步進(jìn)(順序)控制 （5）pid控制 （6）數(shù)據(jù)控制：plc具有數(shù)據(jù)處理能力。 （7）通信和聯(lián)網(wǎng) （8）其它：plc還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，crt模塊。 1.3 plc的特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造（5）體積小，重量輕，能耗低1.4 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則（1）最大限度的滿足被控對象的控制要求。（2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。（3） 保證控制系統(tǒng)安全可靠。（4） 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇plc容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量。2、plc的選擇2.1可編程控制器選擇的基本性能指標(biāo)（1）工作速度 工作速度是指plc的cpu執(zhí)行指令的速度及對急需處理的輸入信號(hào)的響應(yīng)速度。工作速度是plc工作的基礎(chǔ)。速度高了，才可能通過運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)控制，才可能不斷擴(kuò)大控制規(guī)模，才可能發(fā)揮plc的多種多樣的作用。 （2）控制規(guī)模 控制規(guī)模代表plc控制能力，看其能對多少輸入、輸出點(diǎn)及對多少路模擬進(jìn)行控制。 控制規(guī)模與速度有關(guān)。因?yàn)橐?guī)模大了，用戶程序也長，執(zhí)行指令的速度不快，勢必延長plc循環(huán)的時(shí)間，也必然會(huì)延長plc對輸入信號(hào)的響應(yīng)。為了避免這個(gè)情況，plc的工作速度就要快。所以，大型plc的工作速度總是比小的要快。 （3）組成模塊 plc的結(jié)構(gòu)雖有箱體及模塊式之分，但從質(zhì)上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把plc的模塊組成當(dāng)作所有plc的結(jié)構(gòu)性能。 這個(gè)性能含義是指某型號(hào)plc具有多少種模塊，各種模塊都有什么規(guī)格，并各具什么特點(diǎn)。 （4）內(nèi)存容量 plc內(nèi)存有用戶及系統(tǒng)兩大部分。用戶內(nèi)存主要用以存儲(chǔ)用戶程序，個(gè)別的還將其中的一部分劃為系統(tǒng)所用。系統(tǒng)內(nèi)存是與cpu配置在一起的。cpu既要具備訪問這些內(nèi)存的能力，還應(yīng)提供相應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)。 用戶內(nèi)存大小與可存儲(chǔ)的用戶程序量有關(guān)。內(nèi)存大，可存儲(chǔ)的程序量大，也就可進(jìn)行更為復(fù)雜的控制。從發(fā)展趨勢看，內(nèi)存容量總是在不斷增大著。大型plc的內(nèi)存容量可達(dá)幾十k，以至于一百多k。系統(tǒng)內(nèi)存對于用戶，主要體現(xiàn)在plc能提供多少內(nèi)部器件。不同的內(nèi)部器件占據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存的不同區(qū)域。在物理上并無這些器件，僅僅為ram。但通過運(yùn)行程序進(jìn)行使用時(shí)，給使用者提供的卻實(shí)實(shí)在在有這些器件。 內(nèi)存器件種類越多，數(shù)量越多，越便于plc進(jìn)行種種邏輯量及模擬控制。它也是代表 plc性能的重要指標(biāo)。 plc內(nèi)部器件有： i/o繼電器，或稱映射區(qū)。它與plc所能控制的i/o點(diǎn)數(shù)及模擬量的路數(shù)直接相關(guān)。 內(nèi)部繼電器數(shù)，有的稱為標(biāo)志位數(shù)，代表著plc的內(nèi)部繼電器數(shù)。它與i/o繼電器區(qū)相聯(lián)系著，有時(shí)與后者相聯(lián)系進(jìn)行處理。內(nèi)部繼電器多，便于plc建立復(fù)雜的時(shí)序關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)多種多樣的控制要求。一般講，內(nèi)部繼電器數(shù)比i/o繼電器要多得多。 有的內(nèi)部繼電器還可丟電保持，即它的狀態(tài)（on或off）、plc丟電后，靠內(nèi)部電池仍予以保持。再上電后可繼續(xù)丟電前的狀態(tài)。保持繼電器可增強(qiáng)plc控制能力，特別對記錄故障，故障排除后恢復(fù)運(yùn)行，更顯得有用。 定時(shí)器，可進(jìn)行定時(shí)控制。定時(shí)值可任意設(shè)定。定時(shí)器有多少，設(shè)定范圍有多大，設(shè)定值的分辨率又是多少，這些都代表定時(shí)器件的性能。 計(jì)數(shù)器，可進(jìn)行計(jì)數(shù)，到達(dá)某設(shè)定計(jì)數(shù)值可發(fā)送相應(yīng)信號(hào)?？蛇M(jìn)行什么樣的計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)范圍多大，怎么設(shè)定，有多少計(jì)數(shù)器，則是plc計(jì)數(shù)器性能的代表指標(biāo)。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，用以存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)。多以字、兩字或多字為單位予以使用，是plc進(jìn)行模擬量控制，或記錄數(shù)據(jù)所必不可少的。這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的大小代表plc的性能也是越大越好。趨勢也是越來越大。小型機(jī)也如此。如日本omron公司的cqm1機(jī)，其dm區(qū)就有6k字。而過去同是小型機(jī)的c60p的dm區(qū)才64個(gè)字。大型機(jī)的dm可達(dá)10k以至幾十k。 此外還有其它一些內(nèi)部器件，了解某plc性能時(shí)，也都必須掌握它。 內(nèi)部器件也是plc指令的操作數(shù)，不弄清楚是無法編程的。 （5）指令系統(tǒng) plc有多少條指令，各條指令又具有什么功能，是了解與使用plc的重要方面。你不懂plc指令怎么編程，沒有程序，plc又怎么工作？ plc的指令越來越多，越來越豐富。功能很強(qiáng)的指令，綜合多種作用的指令日見增多。 plc的指令繁多，但主要的有這么幾種類型： 基本邏輯指令，用于處理邏輯關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)邏輯控制。這類指令不管什么樣的plc都總是有的。 數(shù)據(jù)處理指令，用于處理數(shù)據(jù)，如譯碼，編碼，傳送、移位等等。 數(shù)據(jù)運(yùn)算指令，用于進(jìn)數(shù)據(jù)的運(yùn)算，如十、一、x、/等，可進(jìn)行整形數(shù)計(jì)算，有的還可浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算；也可進(jìn)行邏輯量運(yùn)算，等等。 流程控制指令，用以控制程序運(yùn)行流程。plc的用戶程序一般是從零地址的指令開始執(zhí)行，按順序推進(jìn)。但遇到流程控制指令也可作相應(yīng)改變。流程控制指令也較多，運(yùn)用得好，可使程序簡練，并便于調(diào)試與閱讀。 狀態(tài)監(jiān)控指令，用以監(jiān)視及記錄plc及其控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對提高plc控制系統(tǒng)的工作可靠性大有幫助。 當(dāng)然，并不是所有的plc都有上述那么多類的指令，也不是有的plc僅有上述幾類指令。以上只是指出幾個(gè)例子，說明要從哪幾個(gè)方面了解plc指令，從中也可大致看出指令的多少及功能將怎樣影響plc的性能。 除了指令，為進(jìn)行通訊，plc還有相應(yīng)的協(xié)議與通訊指令或命令，這些也反映了plc的性能。 （6）支持軟件 為了便于編制plc程序，多數(shù)plc廠家都開發(fā)有關(guān)計(jì)算機(jī)支持軟件。 從本質(zhì)上講，plc所能識(shí)別的只是機(jī)器語言。它之所以能使用一些助記符語言、梯形圖語言、流程圖語言，以至高級(jí)語言，全靠為使用這些語言而開發(fā)的種種軟件。 助記符語言是最基本也是最簡單的plc語言。它類似計(jì)算機(jī)的匯編語言，plc的指令系統(tǒng)就是用這種語言表達(dá)的。這種語言僅使用文字符號(hào)，所使用的編程工具簡單，用簡易編程器即可。所以，多數(shù)plc都配備有這種語言。 梯形圖語言是圖形語言，它用類似于繼電器電路圖的符號(hào)表達(dá)plc實(shí)現(xiàn)控制的邏輯關(guān)系。這種語言與符號(hào)語言有對應(yīng)關(guān)系，很容易互相轉(zhuǎn)換，并便于電氣工程師了解與熟悉，故用得很普遍，幾乎所有的plc都開發(fā)有這種語言。由于它是用圖形表達(dá)，小的編程器不好使用它，得有較大的液晶畫面的編程器，才能使用它。多數(shù)是在計(jì)算機(jī)對plc編程時(shí)，才使用這種語言。 流程圖語言，它也是圖形語言，不過所用的符號(hào)不與電氣元件符號(hào)相似，而與計(jì)算機(jī)用的流程圖符號(hào)相似，便干計(jì)算機(jī)工作人員了解與熟悉。流程圖語言與符號(hào)語言也有一一對應(yīng)關(guān)系，只是它對應(yīng)的符號(hào)語言與梯形圖的對應(yīng)不一樣。熟悉計(jì)算機(jī)而又未從事過一般電氣工作的人員，樂于用這種語言對plc編程。日本omron公司開發(fā)的f系列機(jī)就是使用這種語言。 梯形圖與流程圖混合語言。這種語言，梯形圖與流程圖兩者兼用，可使plc程序結(jié)構(gòu)化。它用流程圖把plc程序劃分成若干結(jié)構(gòu)塊，并規(guī)范塊間的邏輯聯(lián)系。用梯形圖再確定塊中的種種量間的邏輯關(guān)系。這種混合語言有不同的實(shí)現(xiàn)方法，而且多用于大型的plc的編程 高級(jí)語言，plc編程也可以使用高級(jí)語言，如basic、c語言等。可以在dos，也可在windows平臺(tái)上運(yùn)行。關(guān)鍵在于要把用高級(jí)語言編寫的程序轉(zhuǎn)換成助記符語言，或直接轉(zhuǎn)換成plc所能識(shí)別的機(jī)器語言。從根本上講，只要能實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)換的，什么高級(jí)語言都可以。而編寫這個(gè)轉(zhuǎn)換的軟件工作量很大，當(dāng)然應(yīng)由有關(guān)廠家開發(fā)與提供。當(dāng)前不少plc廠家已有提供。如gefanac的plc就提供有可用c語言編程的軟件。 再前進(jìn)一步，從理論上講使用自然語言編程也是完全可能的。只是要下力氣去開發(fā)，以及市場有這個(gè)需要。 支持軟件不僅編制plc程序需要，監(jiān)控plc運(yùn)行，特別是監(jiān)視plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況也需要。所以，多數(shù)支持編程的軟件，也具有監(jiān)視plc工作的功能。 此外，也有專用于監(jiān)控plc工作的軟件，它多與plc的監(jiān)視終端連用。 有的plc廠家或第三方廠家還開發(fā)了使用plc的組態(tài)軟件，用以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對plc控制系統(tǒng)監(jiān)控，以及與plc交換數(shù)據(jù)。 plc的用戶也可基于dos或windows平臺(tái)開發(fā)用于plc控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，以提高plc系統(tǒng)自動(dòng)化及智能化水平。這方面的軟件已日益受到重視。 總之，為了用好plc，plc的支持軟件越來越豐富，性能也越來越好，其界面也越來越友好，也因此，它的情況如何，已成為評(píng)判plc性能的指標(biāo)之一。 （7）可靠控制 為使plc能可靠工作，在硬件與軟件兩個(gè)方面plc廠家都采取了很多措施，對一些特殊可靠要求的plc，還有相應(yīng)的特殊的措施，如熱備、冗余等等。這在介紹plc的特點(diǎn)時(shí)已作了敘述?？煽看胧┑哪康氖窃黾觩lc平均故障間隔時(shí)間、mtbf（meantimebetweenfailure）及減少plc的平均修復(fù)時(shí)間、mttr（meantimetorepair），以提高plc的有效度a（availability）。 a=mtbf/(mtbf+mttr) 式中a-有效率 mtbf-平均故障間隔時(shí)間 mttr-平均修復(fù)時(shí)間 當(dāng)然，a值越大越好，它可使plc系統(tǒng)得到充分的利用，是為什么要使用plc的重要指標(biāo)。而從上式可知，mtbf越大，mttr越小，則a越大。所以，plc的可靠措施都是圍繞提高mtbf及mttr值進(jìn)行的。 鑒于可靠工作是plc的重要特點(diǎn)，至關(guān)重要，故有關(guān)提高mtbf及降低mttr的措施如何，以及plc的mtbf與mttr值也成為plc性能的重要指標(biāo)。 （8）經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 以上七條講的都是plc的技術(shù)性能。其實(shí)，使用plc，還要考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)是基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)上不合算，不能帶來經(jīng)濟(jì)效益，使用plc也就沒有基礎(chǔ)。所以，這個(gè)指標(biāo)也是重要的。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最簡單的就是看價(jià)格。一般講，同樣技術(shù)性能的plc，價(jià)格低其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)就好 此外，還要看供貨情況，供貨不及時(shí)，影響使用，價(jià)格即使低，也不一定就好；看技術(shù)服務(wù)，資料不全，用戶出現(xiàn)問題得不到技術(shù)支持也不好。 對經(jīng)濟(jì)指標(biāo)還要作綜合分析，要看使用了plc能否帶來效益，然后，再分析使用哪家的plc效益更好些。 2.2 plc的分類plc產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對plc的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和i/o點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。1按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)plc的結(jié)構(gòu)形式，可將plc分為整體式和模塊式兩類。（1）整體式plc（2）模塊式plc 還有一些plc將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式plc。疊裝式plc其cpu、電源、i/o接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。2按功能分類根據(jù)plc所具有的功能不同，可將plc分為低檔、中檔、高檔三類。（1） 低檔plc （2） 中檔plc（3）高檔plc 3按i/o點(diǎn)數(shù)分類根據(jù)plc的i/o點(diǎn)數(shù)的多少，可將plc分為小型、中型和大型三類。(1).小型plci/o點(diǎn)數(shù) 2048點(diǎn)；多cpu，16位、32位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量816k 如： s7-400 德國西門子公司ge- ge公司c-2000 立石公司k3 三菱公司等2.3 本課題所選plc根據(jù)plc的分類及性能指標(biāo)的對照以及方案的具體情況，本課題選擇小型機(jī)即可。最終確定使用日本三菱電機(jī)f-40m。下表是f-40m的內(nèi)部等效繼電器及地址編號(hào)表。等效繼電器基本單元擴(kuò)展單元地址號(hào)數(shù)目地址號(hào)數(shù)目輸入繼電器x40041350051312124144275145271212輸出繼電器y4304375305378844044754054788時(shí)間繼電器t4504575505570.1999s88-計(jì)數(shù)繼電器c4604675605671999次88-輔助繼電器m10027730037712864特殊繼電器m70.71.72.76.775 表一3、實(shí)際接線圖4、方案描述合上電源開關(guān)，一方面開始傳送工件，當(dāng)有工件時(shí)，st閉合，401得電閉合，使移位寄存器第0位110為“1”；另一方面，400得電閉合，定時(shí)器450得電，延時(shí)5s后，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，100得電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，使移位寄存器右移一位，將工件信號(hào)“1”移至第1位，即111為“1”（且工件移到第1號(hào)工位），動(dòng)合觸點(diǎn)111閉合，430