生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)13頁

1、酒 泉 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 2012 級(jí) 機(jī)械制造與自動(dòng)化 專業(yè)題 目： 生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)時(shí)間： 二O一五年六月 學(xué)生姓名： 宋志遠(yuǎn) 指導(dǎo)教師： 趙雅蕓 班 級(jí)： 12機(jī)制班 2014 年12月11日目 錄摘要1一、設(shè)計(jì)任務(wù)1二、傳感器的設(shè)計(jì)2（一）光電傳感器概述2（二）光電傳感器的工作原理3（三）分類和工作方式31.槽型光電傳感器32.對(duì)射型光電傳感器43.反光板型光電開關(guān)44.擴(kuò)散反射型光電開關(guān)4三、計(jì)數(shù)器介紹4（一）計(jì)數(shù)器的原理41.計(jì)數(shù)器的類型4四、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5（一）I/O點(diǎn)數(shù)的估算51.系統(tǒng)輸入信號(hào)52.系統(tǒng)輸出信號(hào)5（二）

2、PLC型號(hào)的選擇51.PLC選型原則52.PLC選型53.I/O分配表6(三)主電路圖7(四)外部接線圖7五、控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)8（一）程序梯形圖8（二）程序指令表9六、結(jié)論10參考文獻(xiàn)10生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要:在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中常常需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)和包裝，如果這些繁雜的工作由人工完成的話不但效率低，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，不適合現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要。本文主要對(duì)基于生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì)。本控制系統(tǒng)具有精度高、成本低、抗干擾能力強(qiáng)、故障率低、操作維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞: PLC；現(xiàn)代化；自動(dòng)；控制；系統(tǒng)一、設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)生產(chǎn)線上某種產(chǎn)品自

3、動(dòng)按指定數(shù)量裝箱，產(chǎn)品箱裝箱前及裝箱后都由傳送帶傳送。生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱控制裝置示意圖如圖所示，生產(chǎn)產(chǎn)品由傳送帶A傳送，裝入由B傳送的空箱中。每12個(gè)產(chǎn)品裝入一箱，當(dāng)傳送帶A傳送12個(gè)產(chǎn)品裝入一箱后，傳送帶B將該箱產(chǎn)品移走，并傳送下一個(gè)空箱到指定位置等待傳送帶A傳送來的產(chǎn)品。圖1 生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱控制裝置示意圖用PLC控制要達(dá)到以下要求:1.按下控制裝置啟動(dòng)按鈕后，傳送帶B先啟動(dòng)運(yùn)行，拖動(dòng)空箱體前移至指定位置，達(dá)到指定位置后，由SQ2發(fā)出信號(hào)，使傳送帶B制動(dòng)停止。2.傳送帶B停車后，傳送帶A啟動(dòng)運(yùn)行，產(chǎn)品逐一落入箱內(nèi)，由傳感器檢測(cè)產(chǎn)品數(shù)量，當(dāng)累計(jì)產(chǎn)品數(shù)量達(dá)到12個(gè)時(shí)，傳送帶A制動(dòng)停車，傳送帶B啟動(dòng)運(yùn)

4、行。3.上述過程周而復(fù)始進(jìn)行，直到按下停止按鈕，傳送帶A和傳送帶B同時(shí)停止。4.應(yīng)有必要的信號(hào)指示，如電源有電、傳送帶A工作和傳送帶B工作等。5.傳送帶A和傳送帶B應(yīng)有獨(dú)立點(diǎn)動(dòng)控制，以便于調(diào)試和維修。生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱工作流程圖如下圖所以。圖2 生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱工作流程圖二、傳感器的設(shè)計(jì)（一）光電傳感器概述光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此光電式傳感器在檢測(cè)

5、和控制中應(yīng)用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測(cè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測(cè)直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測(cè)溫、氣體成分分析等；也可用來檢測(cè)能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。由光通量對(duì)光電元件的作

6、用原理不同所制成的光學(xué)測(cè)控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件(光學(xué)測(cè)控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖(開關(guān))式光電傳感器。模擬式光電傳感器是將被測(cè)量轉(zhuǎn)換 光電傳感器成連續(xù)變化的光電流，它與被測(cè)量間呈單值關(guān)系。模擬式光電傳感器按被測(cè)量(檢測(cè)目標(biāo)物體)方法可分為透射(吸收)式，漫反射式，遮光式(光束阻檔)三大類。所謂透射式是指被測(cè)物體放在光路中，恒光源發(fā)出的光能量穿過被測(cè)物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上：所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測(cè)物上，再?gòu)谋粶y(cè)物體表面反射后投射到光電元件上：所謂遮光式是指當(dāng)光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測(cè)物光遮其中一部份，使投射到光電元件上的光通量改變,

7、改變的程度與被測(cè)物體在光路位置有關(guān)。（二）光電傳感器的工作原理1.光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。2.光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。3.發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。（三）分類和工作方式1.槽型光電傳感器把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)組成槽形光電。發(fā)光器能

8、發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過時(shí)，光被遮擋，光電開關(guān)便動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般有幾厘米。2.對(duì)射型光電傳感器把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測(cè)距離加大，一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成對(duì)射分離式光電開關(guān)，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(guān)。對(duì)射式光電開關(guān)的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用對(duì)射式光電開關(guān)時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。3.反光板型光電開關(guān)把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在前方裝一塊反光板，利用反射原理完

9、成光電控制作用，稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光源被反光板反射回來再被收光器收到;一旦被檢測(cè)物擋住光路，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。4.擴(kuò)散反射型光電開關(guān)擴(kuò)散反射型光電開關(guān)的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但擴(kuò)散反射型光電開關(guān)前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。在檢測(cè)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。三、計(jì)數(shù)器介紹（一）計(jì)數(shù)器的原理計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中用的較多的基本邏輯器件，它的基本功能是統(tǒng)計(jì)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)，即實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作，它也可用與分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)

10、拍脈沖和脈沖序列等。例如，計(jì)算機(jī)中的時(shí)序發(fā)生器、分頻器、指令計(jì)數(shù)器等都要使用計(jì)數(shù)器。1.計(jì)數(shù)器的類型計(jì)數(shù)器的種類很多，按構(gòu)成計(jì)數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個(gè)時(shí)鐘脈沖源來分，可分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器；按進(jìn)位體制的不同，可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)過程中數(shù)字增減趨勢(shì)的不同，可分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器；還有可預(yù)制數(shù)和可編計(jì)數(shù)器等等。計(jì)數(shù)器分類按計(jì)數(shù)脈沖引入方式，分為同步和異步計(jì)數(shù)器；按進(jìn)位制，分為二進(jìn)制、十進(jìn)制和N進(jìn)制計(jì)數(shù)器；按邏輯功能，分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器；按集成度，分為小規(guī)模與中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器。四、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)自動(dòng)裝箱系統(tǒng)的控制要求,系統(tǒng)

11、應(yīng)有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制功能。系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)過程如下：（一）I/O點(diǎn)數(shù)的估算1.系統(tǒng)輸入信號(hào)啟動(dòng)（SB1）按鈕，需要1個(gè)輸入端；停止(SB2)按鈕，需要1個(gè)輸入端；手動(dòng)控制時(shí)，傳送帶A（KM1）和傳送帶B(KM2)獨(dú)立點(diǎn)動(dòng)控制按鈕(SB5，SB6)需要2個(gè)輸入端產(chǎn)品數(shù)量檢測(cè)信號(hào)SQ1和空箱位置檢測(cè)信號(hào)SQ2，需要2個(gè)輸入端；以上共需6個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)。2.系統(tǒng)輸出信號(hào)傳送帶A(KM1)和傳送帶B(KM2)，需用2個(gè)控制輸出端KM1和KM2；B帶指示燈(L1)和裝箱指示燈(L2)、電源(L3)以上共需5個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)。所以系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為11點(diǎn)。（二）PLC型號(hào)的選擇1.PLC選型原則為了以后系統(tǒng)能

12、夠升級(jí)或拓展，一般在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上應(yīng)該多10%-15%。所以該系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)。根據(jù)三菱PLC選型表，選擇的PLC為三菱FX2N-16MR-001。2.PLC選型表1 PLC的選型型號(hào)總點(diǎn)數(shù)輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)輸出方式尺寸FX2N -16MR-0011688繼電器157*87*903.I/O分配表表2 I/O分配表輸入輸出功能符號(hào)編號(hào)功能符號(hào)編號(hào)自動(dòng)控制按鈕SB1X0傳送帶AKM1Y0停止按鈕SB2X2傳送帶BKM2Y1SQ2輸入SB3X3B帶指示燈L1Y2SQ1輸入SB4X4裝箱L2Y3B帶點(diǎn)動(dòng)按鈕SB5X5電源L3Y4(三)主電路圖 圖3 主電路圖(四)外部接線圖 圖4 外部接線圖

13、五、控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)（一）程序梯形圖圖5 梯形圖（二）程序指令表表3 程序指令表0LDX10018OUTC0K121LDY00021LD2ANIM022LD3ORB23ANI4ORC024ORB5ORC025OR6ANIX00226ANI7ANIX00527ANI8ANIX00128ANI9OUTY00029OUT10OUTY00230OUT11LDX00431LD12OUTM032OUT13LDX00233LD14ORC034OUTY00415RSTC035END17LDX00336NOP六、結(jié)論對(duì)于本次設(shè)計(jì)，成功采用PLC控制多個(gè)傳送帶的工作，完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)的基本要求，經(jīng)過多次的調(diào)試，

14、該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠、冗余性強(qiáng)，可以很好地適用于連續(xù)工作。本次設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱PLC控制系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，響應(yīng)速度快，性能、價(jià)格比很高，和單片機(jī)系統(tǒng)相比具有極高的可靠性，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。本系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)以繼電器控制硬件電路的方法，采用人機(jī)界面取代繼電器，通過軟件的方式控制硬件電路。由于PLC具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，以及編程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，通訊靈活等優(yōu)點(diǎn)。但是該設(shè)計(jì)尚有不足，還有很多的擴(kuò)展功能沒有實(shí)現(xiàn)，例如對(duì)產(chǎn)品計(jì)數(shù)錯(cuò)誤的檢測(cè)功能等等。通過這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，也使自己的動(dòng)手能力和方案設(shè)計(jì)的思路有了更進(jìn)一步的提高，同時(shí)也更加熟悉了本專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件。對(duì)PLC的功能也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，了解了不同型號(hào)的PLC以及相關(guān)的編程軟件。在完成這個(gè)題目的過程中，我遇到了一些困難，也走了很多彎路。但通過不斷的努力和同學(xué)們的大力支持，以及指導(dǎo)老師的悉心教導(dǎo)，我克服了困難完成了本次設(shè)計(jì)，同時(shí)我也獲得了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)到了很多新的知識(shí)。參考文獻(xiàn)：1程周.可編程序控制器原理與應(yīng)用M北京：高等教育出版社，2003.2王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M