畢業(yè)設計（論文）編組行車自動運行PLC改造設計

1、?？飘厴I(yè)設計（論文）設計題目：編組行車自動運行plc改造設計 系 部： 電氣工程系 專 業(yè)： 電氣自動化（工業(yè)企業(yè)） 班 級： 工企091301 姓 名： 學 號： 093905130145 指導教師： 職 稱： 講 師 2012年6月 南京摘 要 該自動運行系統(tǒng)采用（三菱fx2n-16ex）plc輔以（三菱fr-e700）變頻器對行車進行自動控制改造。原來行車運行時，通過人為控制使每組上的產(chǎn)品進行傳送，這樣的半自動化生產(chǎn)容易由于人為的失誤造成生產(chǎn)的損失?，F(xiàn)在，plc通過檢測安裝在行車上傳感器的各種信號向變頻器和電磁閥發(fā)出指令，讓行車以不同的速度自動運行，從而實現(xiàn)生產(chǎn)線的順利運作。通過變頻器的

2、控制，行車以慢速啟動，運行平穩(wěn)后就轉(zhuǎn)以快速運行，在停止前，行車由快速轉(zhuǎn)入中速，然后以慢速運行，直至停留在目標位置上。通過控制流量閥流量的大小，用以對行車慢速上下啟動和擺放物品。該自動運行系統(tǒng)在很多生產(chǎn)線上有著很大的發(fā)展前途，尤其在那些要求對產(chǎn)品輕拿輕放的生產(chǎn)線上。關鍵詞 plc 變頻器 電磁閥 流量閥abstractthe automatic operation system uses (mitsubishi fx2n-16 ex) plc with (mitsubishi fr-e700) drives on the traffic for automatic control reform.

3、 the original driving operation, through the human control on each group of products to transfer, such half automatic production by a human error to the loss of production. now, through testing the installation at the car plc of the sensor to all kinds of signal converter and electromagnetic valve i

4、ssue commands, let the traffic in different speed automatic operation, so as to realize the smooth operation of the production line. through the control of frequency converter, driving to slow start, smooth operation after the turn in a quick run, in stop before, by driving fast into the middle, and

5、 then at the slow speed operation until stay on target position. through the control flow valves of the size of the flow, to slow start up and down on the traffic and put the items. the automatic operation system in many production line has the very big development outlook, especially in the require

6、ments on product gentle with on the production line.keywords plc inverter electromagnetic valve flow valve目 錄 1 緒論12 設計的可行性分析22.1設計任務分析22.2 硬件分析22.3 軟件分析33 硬件設計43.1運行系統(tǒng)主電路設計43.2 運行系統(tǒng)控制電路的設計54 軟件設計104.1 gx developer編程軟件介紹104.2 plc自動控制i/o分配表104.3plc自動控制程序設計11結 論17致 謝18參 考 文 獻19附錄一：編組行車外形圖20附錄二：控制面板圖20

7、1 緒論本文介紹了一種利用plc來實現(xiàn)自動控制的編組行車自動運行系統(tǒng)。假如該編組行車完全利用繼電器來實現(xiàn)自動控制，那么其控制電路會很復雜，也就會造成很大的浪費。本文介紹一條產(chǎn)品生產(chǎn)線上用plc結合變頻器控制行車運行的自動控制系統(tǒng)。行車通過檢測安裝在上面的傳感器，向變頻器和電磁閥發(fā)出指令，從而實現(xiàn)行車的左右，上下行走速度的控制。當達到指定位置時，plc通過檢測傳感器，從而發(fā)出指令，實現(xiàn)產(chǎn)品的停放。這一控制系統(tǒng)在生產(chǎn)線上的到了很好的應用。本文以plc控制為背景，將行車自動運行由原來的半自動化變成全自動化。全文分為六章：第一章簡要的介紹了該課題的意義； 第二章在分析了任務書的基礎上，對本課題的可行性

8、進行了分析和研究； 第三章對硬件設計部分進行了研究，并設計出自動運行電路圖； 第四章對軟件部分進行了研究，并設計出了plc程序； 第五章對全文的工作進行了總結，并給出了存在的問題和需要完善的地方。2 設計的可行性分析根據(jù)設計任務書的要求，硬件系統(tǒng)主要采用（三菱fx2n-16ex）plc、（三菱fr-e700）變頻器等。其主要設計思想是：整個系統(tǒng)用plc為中央控制器，由plc檢測各傳感器發(fā)出的信號向變頻器、電磁閥、換向閥等元件發(fā)出指令，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動運行控制。其中變頻器用來改變行走電機左右行走的速度，換向閥用來實現(xiàn)行車支架的上下運行，節(jié)流閥用來實現(xiàn)直接上下運行的速度。2.1 設計任務分析由于

9、控制要求，整個系統(tǒng)的控制如下： 1. 行車在起始位置抬起產(chǎn)品，支架載重緩慢上升，達到位置停止，然后行車右移。到達指定軌道后，緩慢將產(chǎn)品放下。軌道一共分為6組，通過選擇，來要求行車停留軌道位置。一次運行結束后，行車自動回到起始位置待命。2.設備上裝有上、下限位和左、右限位開關。3.起動后從起始位置開始順序動作，單周期工作過程如下：原位載重加緊上升 左移上升放松下降右移4.行車左右行走速度控制要求，通過設置變頻器頻率60、40、15；來實現(xiàn)快速、中速、慢速行走。2.2 硬件分析2.2.1 （三菱fx2n-16ex）plc介紹plc 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機其硬件結構基本上與微型計算機從結構

10、上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。2.2.2 （三菱fr-e700）變頻器介紹變頻器對于異步電動機的調(diào)速起了核心作用。控制回路輸入接線端子簡介：輸入信號出廠設定為漏型邏輯。在這種邏輯中，信號端子接通時，電流從相應輸入端子流出，端子sd是觸點輸入信號的公共端，其結構如圖1所示。圖1 控制回路輸入信號結構圖1.正轉(zhuǎn)啟動信號（stf）：stf信號處于on便正轉(zhuǎn)，處于off便停止2.反轉(zhuǎn)起動信號

11、（str）：str信號處于on為逆轉(zhuǎn)，off為停止。當stf和stf同時為on時相當于給出停止指令。 3.起動自保持選擇信號（stop）：使stop信號處于on，可以選擇起動信號自保持。4輸入信號中具有功能設定端子的有rl、rm、rh、rt、au、jog、cs,這些端子功能選擇通過pr.180-pr.186來設定。2.2.3 24v開關電源介紹用24v開關電源的主要是為了達到穩(wěn)定輸出的目的。2.3 軟件分析本設計主要采用gx developer編程軟件。gx developer編程軟件是三菱系列通用的一種編程軟件，其制作程序如圖2所示。圖2 三菱系列制作程序3 硬件設計該設計的硬件電路主要由p

12、lc、變頻器、斷路器、接觸器、小型中間繼電器、熱繼電器、開關電源、阻容吸收回路（由電阻電容夠成用來濾除高次諧波從而保護電路）等器件連接而成。其中開關電源為plc提供穩(wěn)定的24v電壓。硬件電路具體設計如下：3.1 運行系統(tǒng)主電路設計主電路主要由行走電機、油泵電機、變頻器構成。變頻器和行走電機接在一起，用來實現(xiàn)左右行走速度的改變。油泵電機主電路如圖3所示，行走電機主電路如圖4所示，其中變頻器上stf為反轉(zhuǎn)，str為正轉(zhuǎn)；變頻器p/+和pr端接一制動電阻。圖3 油泵電機 圖4 行走電機主電路 3.2 運行系統(tǒng)控制電路的設計控制電路中主要由plc、繼電器、接觸器、接近開關等元件構成。其中plc起著核心

13、作用，相當于整個系統(tǒng)的心臟。由它來檢測各接近開關發(fā)出的信號，并做處理后傳給其它控制器件，以起到自動控制的作用。熱繼電器主要用來保護電路，防止因過流，發(fā)熱等引起的電路損壞。整個控制系統(tǒng)我將它分為了一下幾個模塊：1.總啟動模塊；2.輸入電源模塊；3.油泵液壓啟動模塊；4.plc輸入模塊；5.plc輸出模塊3.2.1 總啟動模塊整個系統(tǒng)由一紅一綠兩燈（兩種顏色更容易引起注意）的亮滅來判斷控制電路中是否有電。先通過旋鈕sa選擇手動還是自動模式，本設計主要考慮其自動模式，所以當按下啟動按鈕sb，繼電器ka，接觸器km2得電，自此整個系統(tǒng)啟動。啟動部分如圖5所示。 圖5 啟動部分3.2.2 輸入電源模塊

14、輸入電源模塊主要就是為電路中各器件提供合適的電壓。這部分主要由熔斷器、380v/220v控制變壓器、24v開關電源構成。熔斷器每條支路上都裝有，用來保護各支路，防止因漏電，過載等引起電路的損壞。380v/220v控制變壓器用來提供220v的電壓，做為plc、接觸器、繼電器的電源。24v開關電源為各接近開關和油泵上的換向閥等提供穩(wěn)定的24電壓。輸入電源模塊的電路如圖6所示。圖6 輸入電源模塊3.2.3 油泵液壓啟動模塊油泵液壓啟動模塊由3個換向閥和7ka、8ka、9ka三個中繼的常開觸點構成。其所需電源由輸入電源模塊的“620”、“510”兩個接線口提供。當中繼7ka得電作用，其常開觸點閉合，換

15、向閥yv1啟動，實現(xiàn)吊具向上的功能，當中繼8ka得電作用，其常開觸點閉合，換向閥yv2啟動，實現(xiàn)吊具向下的功能，當中繼9ka得電作用，其常開觸點閉合，換向閥yv9啟動，實現(xiàn)吊具緩速向下的功能。其運行部分如圖7所示。 圖7 油泵液壓啟動模油泵電機和行車行走警示器由線圈km1、繼電器5ka、13ka、警示器構成，其中警示器由繼電器11ka、13ka、電鈴、2個顯示燈組成。這部分由輸入電源模塊的“l(fā)c”“l(fā)n”兩端口提供電源。當繼電器5ka得電作用，其常開觸點閉合，線圈km1通電，油泵電機啟動。當繼電器13ka得電作用，其常開觸點閉合，警示器的顯示燈通電。當繼電器11ka得電，其常開觸點閉合，電鈴得

16、電，開始報警。其運行部分如圖8所示。 圖8 警示器運行部分3.2.4 plc輸入模塊該設計一共用到plc的42個輸入點，用x1-x42來表示。l、n作為plc電源輸入口與ln、la兩接線口連接。com為公共接口。x0,x1接編碼器，由開光電源為其提供24v電壓。x2接旋轉(zhuǎn)開關1sa，用來手-自動模式之間的切換。x3-x5接旋轉(zhuǎn)開關2sa，用來進行編組軌道的選擇，一共三組，每組控制兩個軌道。啟動和停止按鈕分別為1sb、2sb，接在x6、x7兩輸入點上?？偼ｉ_關由一組雙聯(lián)開關（3sb、4sb）組成，接在x10輸入點上。行車行走部分分為：快速向前、快速向后、慢速向前、慢速向后。分別由按鈕5sb、6s

17、b、7sb、8sb作用，接入輸入點x11-x14上。按鈕9sb用來控制油泵的啟動和停止，接在x15輸入點上。吊具的上升、下降、慢下分別由按鈕10sb、11sb、12sb來實現(xiàn)其功能，接在x16、x17、x20這三個輸入點上。以上說明是用來實現(xiàn)行車行走和載物的功能。要實現(xiàn)行車的自動控制，則需要不少的傳感器。此設計中一共用到14個接近開關來實現(xiàn)其位置設定功能。接近開關bq1-bq7依次接在plc輸入點x21-x27上，用來實現(xiàn)吊具各位置高度的限定。輸入點x30、x31接2個行程開關，分別用來表示切割處可以進行產(chǎn)品胚體的傳送和擺放出可以停留胚體。x32輸入點處接兩個熱繼電器用來防止電機負荷過載。行車

18、停留的起點位置用接近開關bq8來表示，接入輸入點x33。輸入點x35-x42分別連接bq10-bq15這6個接近開關，用來實現(xiàn)6道軌道的選擇。plc輸入模塊具體如圖9所示。圖9 plc輸入模塊3.2.5 plc輸出模塊 此設計中輸出點一共有16個，分別用y1-y16來表示。輸出電源模塊中的lb、ln兩端口為plc輸出口提供電源。y0、y1、y2分別和指示燈2hl、3hl、4hl相連，用來顯示手動、自動、自動運行三種模式。從輸出點y3-y16所接電路都是由一個繼電器和一阻容吸收回路并聯(lián)而成。繼電器由1ka-12ka依次表示，其顯示功能可見表格1.繼電器顯示功能繼電器顯示功能1ka行車向前7ka吊

19、具向下2ka行車向后8ka吊具慢速向下3ka行車快速9ka胚體可傳送4ka行車慢速10ka胚體可擺放5ka油泵電機運行11ka行車行走聲光警示6ka吊具向上12ka行車行走寸行表格1 繼電器顯示功能 plc輸出模塊具體如圖10所示。圖10 plc輸出模塊4 軟件設計4.1 gx developer編程軟件介紹gx developer軟件是三菱系列plc通用的編程軟件之一，它區(qū)別去fx系列專用編程軟件。此軟件可以進行一下操作：1. 連接梯形圖邏輯測試技能的時候，可以使用電腦單體進行調(diào)試作業(yè)；2. 用次軟件能夠進行fx系列和a系列之間的程序變換；3. 在此軟件中，fx系列的程序文件只能制作一件，選

20、擇fx系列的時候， 只顯示main程序；4. 對應讀出和寫入fxgp（dos），fxgp（win）格式文件，但是有一部分不在其中；5. 為了fx系列的sfc程序作為步梯形圖命令來記述，在此軟件的回路編集畫面上用stl，ret命令表示。并且能夠在回路上實行編集。4.2 plc自動控制i/o分配表輸入器件輸入點x輸出點y輸出器件旋轉(zhuǎn)開關1sax2y0指示燈2hl選擇開關2sax3y1指示燈3hl選擇開關2sax4y2指示燈4hl選擇開關2sax5y3中繼1ka啟動按鈕1sbx6y4中繼2ka停止按鈕2sbx7y5中繼3ka總停按鈕3sb、4sbx10y6中繼4ka快前啟動按鈕5sbx11y7中繼5

21、ka快后啟動按鈕6sbx12y10中繼6ka慢前啟動按鈕7sbx13y11中繼7ka慢后啟動按鈕8sbx14y12中繼8ka油泵啟動按鈕9sbx15y13中繼9ka上啟動按鈕10sbx16y14中繼10ka下啟動按鈕11sbx17y15中繼11ka慢下按鈕12sbx20y16中繼12ka接近開關bq1x21y17中繼13ka接近開關bq2x22接近開關bq3x23接近開關bq4x24接近開關bq5x25接近開關bq6x26接近開關bq7x27接近開關bq8x33接近開關bq9x34接近開關bq10x35接近開關bq11x36接近開關bq12x37接近開關bq13x40接近開關bq14x41接近

22、開關bq15x424.3 plc自動控制程序設計對于控制系統(tǒng)的設計，要求plc滿足系統(tǒng)初始化和復位、暫停子程序的控制。4.3.1 系統(tǒng)初始化每一套系統(tǒng)程序都要用到初始化，每一次plc上電或者強制復位都要初始化，主要是對程序中運用到的plc各種定時器、計數(shù)器、寄存器等進行復位和設置，同時保留上次運行需要記憶的各種數(shù)據(jù)，完成運行前的各項準備工作。4.3.2 復位和暫停子程序由于行車在工作過程中時有突發(fā)事件或停一下進行其它操作，因此在系統(tǒng)中設計了復位和暫停兩個功能，針對行車需要時使用，為使行車在運行過程中可以隨時對系統(tǒng)進行復位或暫停行車工作。中斷子程序在這兩個系統(tǒng)中都得到應用。在任何情況下按下復位按

23、鈕，都將轉(zhuǎn)入復位中斷子程序，停止所有動作輸出并清零，動作步數(shù)顯示清零，計數(shù)器、定時器、繼電器和寄存器等全部清零，所有記憶數(shù)據(jù)全部清楚，同時轉(zhuǎn)入初始化主程序，重復plc上電工作過程，不同的是所有運行數(shù)據(jù)都清除了。同樣在任何情況下按下暫停按鈕，都將轉(zhuǎn)入暫停中斷子程序，暫時停止plc的輸出，在暫停狀態(tài)下，可以進行手動操作行車，可以重新設置程序步，在恢復運行時使程序從所設置的程序步開始。當解除暫停時，如果沒有重新設置程序步，暫停中斷子程序就會恢復到plc原來的運行狀態(tài)和原來步數(shù)的顯示，繼續(xù)暫停前的工作并從中斷子程序返回。4.3.3 自動控制的plc程序在設計程序之前先介紹下plc匯編語言和幾個基本指令

24、。1. plc匯編語言采用面向控制過程，面向問題，簡單直觀的plc編寫橫語言，常用的有：梯形圖，語句表，功能圖等。2. plc的幾個基本指令（1） 輸入輸出指令（ld/ldi/out）下面把ld/ldi/out三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以說明： 符號功 能梯形圖表示操作元件ld（?。┏ｉ_觸點與母線相連x，y，m，t，c,sldi（取反）常閉觸點與母線相連x，y，m，t，c,sout（輸出）線圈驅(qū)動y，m，t，c，s,fld與ldi指令用于與母線相連的接點，此外還可用于分支電路的起點。out 指令是線圈的驅(qū)動指令，可用于輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、狀態(tài)寄存

25、器等，但不能用于輸入繼電器。輸出指令用于并行輸出，能連續(xù)使用多次。地址指令數(shù)據(jù)0000ldx0000001outy000 x000 y000 （2） 觸點串連指令（and/andi）、并聯(lián)指令（or/ori） （3） 電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（orb、anb）（4） 程序結束指令（end）由于本設計plc程序比較多，在此不便全部列出，以下僅是部分程序展示：結 論用plc輔以變頻器對自動化生產(chǎn)線進行自動控制，具有結構簡單、編程方便、操作靈活、使用安全、工作穩(wěn)定、性能可靠和抗干擾能力強的特點，是一種很有效的自動控制方式，是公司生產(chǎn)實現(xiàn)高效、低成本、高質(zhì)量自動化生產(chǎn)的發(fā)展方向。本文介紹了一種利用plc來實現(xiàn)自動控制的編組行車自動運行系統(tǒng)。假如該編組行車完全利用繼電器來實現(xiàn)自動控制，那么其控制電路會很復雜，也就會造成很大的浪費。本文介紹一條產(chǎn)品生產(chǎn)線上用plc結合變頻器控制行車運行的自動控制系統(tǒng)。行車通過檢測安裝在上面的傳感器，向變頻器和電磁閥發(fā)出指令，從而實現(xiàn)行車的左右，上下行走速度的控制。當達到指定位置時，plc通過檢測傳感器，從而發(fā)出指令，實現(xiàn)產(chǎn)品的停放。這一控制系統(tǒng)在生產(chǎn)線上的到了很好的應用。致 謝當我以學子的身份踏入大