磚頭生產(chǎn)線的PLC控制論文

1、 編號(hào)： 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)(論文)說明書 題 目： 磚頭生產(chǎn)線的PLC控制 系 別： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 余文林 學(xué) 號(hào)： 1253400410 指導(dǎo)教師： 廖曉梅 職 稱： 高級(jí)工程師 題目類型：理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 應(yīng)用研究2015年 6 月 20 日摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)生產(chǎn)已占據(jù)了工業(yè)中不可取代的位置在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，機(jī)械加工企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，采用機(jī)械化流水作業(yè)的方式，對(duì)不同類型的零件分別組成的自動(dòng)生產(chǎn)線。隨著產(chǎn)品機(jī)型的更新?lián)Q代，生產(chǎn)線承擔(dān)的加工對(duì)象也隨之改變，這就需要改變控制程序，

2、使生產(chǎn)線的機(jī)械設(shè)備按新的工藝過程運(yùn)行，而繼電接觸器控制器系統(tǒng)是采用固定接線，很難適應(yīng)這個(gè)要求，大型自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用的繼電器數(shù)量很多，隨著PLC的應(yīng)用日益普及,其使用方法簡(jiǎn)單,便于掌握,且可靠性極高,抗干擾性很強(qiáng),自身具有完善的功能.模塊化的結(jié)構(gòu),使其在工業(yè)生產(chǎn)線上的應(yīng)用越來越廣泛。當(dāng)然，培養(yǎng)設(shè)計(jì)和操作自動(dòng)產(chǎn)線的人才也是至關(guān)重要的。磚塊的自動(dòng)化生產(chǎn)也離不開PLC的控制，主要使用的電氣設(shè)備有注水機(jī)和原料注入機(jī)、傳送帶、擠磚機(jī)、切磚機(jī)、高溫成型機(jī)等由PLC控制最終形成成型的磚頭。本系統(tǒng)由三菱FX2N型PLC控制整個(gè)生產(chǎn)線，包括自動(dòng)加原料、自動(dòng)工作攪拌機(jī)、傳送機(jī)、擠磚機(jī)、切磚機(jī)、高溫成型機(jī)等幾

3、個(gè)部分組成。關(guān)鍵詞：自動(dòng)生產(chǎn)線；PLC；控制；磚頭生產(chǎn)；FX2N型PLCAbstractWith the development of science and technology, automatic production has dominated the industry irreplaceable position in the areas of industrial production, machinery processing enterprises in order to improve the production efficiency, with the method of

4、 mechanized production line, for different types of parts of automatic production line, respectively. With the upgrading of products, the production line for processing object changes, this will require a change control procedures, make the production line of machinery and equipment according to the

5、 new process to run, and relay contactor control system is to adopt the fixed connection, it is hard to adapt this requirement, a large number of relay automatic production line control system using a lot, as the application of PLC is increasingly popular, the use method is simple, easy to master, a

6、nd high reliability, strong anti-interference, itself has the perfect function. Modular structure, make its application more and more widely in industrial production line. Of course, training design and operation of automatic production line to talents is also very important.Bricks is also inseparab

7、le from the PLC control of automated production, the main use of electrical equipment are water injection machine and raw material injection machine, conveyor belt, brick, brick extruding machine, cutting machine, such as high temperature molding machine is controlled by PLC to eventually become the

8、 molding bricks.This system from mitsubishi FX2N PLC control the entire production line, including automatic raw material mixer, automatic work, transfer machine, brick brick extruding machine, cutting machine, such as high temperature molding machine parts.Key words： automatic production line;PLC;C

9、ontrol; The brick production; Type FX2N PLC目 錄引言11 課題的意義及設(shè)計(jì)方案論證1 1.1 課題意義1 1.2 各品牌PLC的選擇22 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 23 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)要求與產(chǎn)品的概述 33.1 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)要求33.2 產(chǎn)品概述33.3 產(chǎn)品的特點(diǎn)53.4 系統(tǒng)框圖54 設(shè)計(jì)項(xiàng)目及所需器材設(shè)備54.1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目54.1.1傳感器應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)54.1.2氣動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)54.2 所需器材設(shè)備5PLC6技術(shù)性能 84.3 系統(tǒng)組成85 自動(dòng)生產(chǎn)線各個(gè)電氣設(shè)備85.1 注水機(jī)和原料注入機(jī)85.1.1主要組成和功能9在PLC中工作流程95.2 自動(dòng)攪拌機(jī)和自動(dòng)

10、放機(jī)9主要組成和功能105.2.2在PLC中工作流程105.3 傳送帶105.3.1主要組成和功能105.3.2在PLC中工作流程105.4 擠磚機(jī)115.4.1主要組成和功能125.4.2在PLC中工作流程125.5 切磚機(jī)125.5.1主要組成和功能135.5.2在PLC在工作流程135.6 高溫成型機(jī)135.6.1主要組成和功能135.6.2在PLC中工作流程146 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)146.1 I/O地址分配146.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則156.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟156.4 PLC型號(hào)的選擇167 結(jié)論17謝辭18參考文獻(xiàn)19引言隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技水平的提高，人類控

11、制活動(dòng)的范圍越來越廣，控制的能力也原來越強(qiáng)。特別是在現(xiàn)在的大工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了保證正常的生產(chǎn)和工作條件或?yàn)榱松a(chǎn)出更高質(zhì)量、更高性能的產(chǎn)品，必須對(duì)某些物理量（如溫度、壓力、力矩、重量、流量、液位、電壓、電流、位移、速度和轉(zhuǎn)速等）進(jìn)行精確的控制，盡量使這些物理量保持在某個(gè)數(shù)值附近，或按特定的規(guī)律變化。如在藥品生產(chǎn)過程中，要控制溫度保持恒定或按一定規(guī)律變化，以保證生產(chǎn)出高質(zhì)量的藥品。為了滿足這種控制上述物理量的需求，就必須對(duì)生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的、適當(dāng)?shù)牟僮骺刂?，以消除或減弱外界干擾對(duì)設(shè)備的影響。這種操作控制，如用人工來執(zhí)行就稱為人工控制，如用自動(dòng)裝置來完成就稱為自動(dòng)控制，也成為自動(dòng)化技術(shù)。就

12、目前發(fā)展看，自動(dòng)化技術(shù)是綜合利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、制造技術(shù)、控制技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)和管理科學(xué)等學(xué)科知識(shí)，采用設(shè)備集成和信息集成，實(shí)現(xiàn)了從規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、管理銷售等功能的自動(dòng)化控制。所涵蓋內(nèi)容從最底層的感應(yīng)元件、傳感器到執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等非常廣泛，是現(xiàn)代化工業(yè)建立與發(fā)展的一個(gè)重要支柱技術(shù)，是關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活改善的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是本世紀(jì)工業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)，其地位的重要不言而喻。自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)就是用合適的機(jī)械和電氣設(shè)備來充當(dāng)給定元件、測(cè)量元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件、以及校正元件等控制器的構(gòu)成要素，并把這些機(jī)械和電氣設(shè)備有機(jī)地、按邏輯地結(jié)合在一起，以實(shí)

13、現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算、判斷、調(diào)節(jié)、控制的功能?，F(xiàn)代的生產(chǎn)工藝對(duì)自動(dòng)控制的要求越來越高，單純使用機(jī)械或電氣很難滿足這種要求，實(shí)際上大部分的自控系統(tǒng)是由機(jī)械設(shè)備和電氣元件相互配合來實(shí)現(xiàn)的，機(jī)械和電氣之間有著密切的聯(lián)系，既相互配合，有時(shí)又相互取代，而且又相互融合的趨勢(shì)，即機(jī)電一體化。當(dāng)機(jī)械或電氣都能實(shí)現(xiàn)某一功能時(shí)，要考慮價(jià)格、性能、可靠性、壽命、參數(shù)調(diào)整、維護(hù)維修等多種因素來進(jìn)行選擇。一般來說，機(jī)械和電氣相比，具有制造成本高、易磨損、不便于修改工藝參數(shù)、維護(hù)成本高等缺陷。因此，隨著電子電氣技術(shù)的發(fā)展，越來越多的原先必須使用復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合都逐步使用電氣設(shè)備來取代機(jī)械設(shè)備，特別是智能化的控制設(shè)備，如可編

14、程控制器（PLC）、工控計(jì)算機(jī)等出現(xiàn)后，電氣設(shè)備在自動(dòng)控制領(lǐng)域越來越多地起著核心作用，電氣控制的地位正變得越來越重要。1 課題的意義及設(shè)計(jì)方案論證1.1 課題意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷快速發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)已占據(jù)了現(xiàn)代工業(yè)的半壁江山。當(dāng)然，培養(yǎng)設(shè)計(jì)和操作自動(dòng)產(chǎn)線的人才也是至關(guān)重要的。學(xué)生在校園學(xué)到的只是理論知識(shí)，理論結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)是關(guān)鍵，所以本次實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)選擇一個(gè)接近生產(chǎn)生活的課題磚頭生產(chǎn)線的PLC控制。本課題的目的是：1掌握按鈕、行程開關(guān)和接觸器等與PLC各模塊的正確接線；2掌握PLC編程的設(shè)計(jì)、調(diào)試方法和技巧；3. 掌握GX-Developer軟件和GT-Designer軟件的使用方法。 通過基

15、于該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的使用、訓(xùn)練和培訓(xùn)，引導(dǎo)我們學(xué)習(xí)的興趣和方向，促進(jìn)了工學(xué)結(jié)合高等技能人員培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和改革，培養(yǎng)出更多能適應(yīng)企業(yè)需求的高素質(zhì)、多技能的、自動(dòng)化控制人才，同時(shí)推動(dòng)時(shí)代及工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2 設(shè)計(jì)方案論證方案一：可用西門子PLC控制該系統(tǒng)，西門子PLC是德國(guó)品牌，指令比較抽象，學(xué)習(xí)難度較大，但指令較少，容易記住指令。西門子的模擬量模塊價(jià)格便宜，程序簡(jiǎn)單過程控制與通信控制西門子是強(qiáng)項(xiàng)，而要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動(dòng)作控制西門子是弱項(xiàng)，沒有特別為某項(xiàng)功能開發(fā)的指令，雖然對(duì)伺服或步進(jìn)定位控制可以實(shí)現(xiàn)，但是程序量大，控制精度相對(duì)較低。若本系統(tǒng)利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和變頻器，根據(jù)學(xué)生在

16、校所學(xué)的知識(shí)是難以完成的，參數(shù)設(shè)定需要的軟件學(xué)校不能提供和涉及的知識(shí)較深短時(shí)間難以掌握，另外，步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和變頻器價(jià)格較貴，提高成本，操作麻煩。方案二：可用三菱PLC控制該系統(tǒng)，三菱PLC是日系品牌，編程直觀易懂學(xué)習(xí)起來比較輕松。三菱品牌具有針對(duì)離散控制以及運(yùn)動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)，三菱的指令豐富，有專用的定位指令，易于控制定位，要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動(dòng)作控制是三菱的強(qiáng)項(xiàng)。而西門子在這塊就較弱，沒有專用的指令。但是，三菱的模擬量模塊價(jià)格昂貴，程序復(fù)雜，相對(duì)西門的通信，三菱是處于弱勢(shì)的。另外，直流電機(jī)比步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和變頻器便宜，節(jié)約成本。作者在校學(xué)習(xí)的也是三菱PLC，利用自己已學(xué)知識(shí)來解決問題。綜上

17、所述，要根據(jù)不同的設(shè)備選用不同的控制方式，要合理的選用PLC，用其長(zhǎng)處，避其短處。本次實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)大部分是離散控制和運(yùn)動(dòng)控制，所以該系統(tǒng)選用方案二。2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)招標(biāo)要求研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器PLC（DPD-14型），并成功地應(yīng)用在通用汽車的生產(chǎn)線上，而后的20世紀(jì)80年代改革開放時(shí)期可編程控制器被引入我國(guó)，以可編程控制器代表的自動(dòng)化設(shè)備在我國(guó)工業(yè)控制領(lǐng)域取得了很大的貢獻(xiàn)。跟國(guó)際同行業(yè)相比，我國(guó)的自動(dòng)化水平還顯得不夠成熟，在運(yùn)用于開發(fā)方面尤其不足，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的改造尚處于起步階段，這與自動(dòng)化水平成熟的發(fā)的國(guó)家差距明顯。因此，國(guó)家在本世紀(jì)頭

18、20年經(jīng)濟(jì)建設(shè)和改革的主要任務(wù)是基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，大力推進(jìn)信息化，并進(jìn)一步提出信息化是本國(guó)加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇。目前，對(duì)于不同品牌的PLC控制器而言，他們的共同趨勢(shì)都是向小型微型和巨型兩個(gè)方向發(fā)展，功能越來越往兩個(gè)方面：特殊功能模塊，產(chǎn)品規(guī)格會(huì)系列會(huì)更多、更全，周邊相關(guān)產(chǎn)品線也會(huì)越來越豐富；性價(jià)比越來越高，能更加恰當(dāng)而不浪費(fèi)地滿足控制系統(tǒng)的要求。近幾年來，國(guó)外興起了工廠自動(dòng)化（Factory Autoimmunization，簡(jiǎn)稱EA）系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（ Flexible Manufacture System,簡(jiǎn)稱FMS）及集散型控制系統(tǒng)（Distributed Control Sy

19、stem,簡(jiǎn)稱DCS）等發(fā)展得需要，但是在我國(guó)還鮮有這樣的例子。從這一現(xiàn)狀可以看出，我國(guó)的自動(dòng)化水平與國(guó)外技術(shù)還有一個(gè)明顯的差距。根據(jù)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展來看，可編程控制器目前已應(yīng)用于冶金、石油化工、汽車制造、機(jī)床、紡織、環(huán)保等行業(yè)，可就其發(fā)展趨勢(shì)來看，在今后的發(fā)展和改革中，可編程控制器還將在生活、娛樂、交通等諸多與人們?nèi)粘Ｏ⑾⑾嚓P(guān)的領(lǐng)域占有一席之地，而且比重將會(huì)越來越高，占領(lǐng)的速度也會(huì)越來越快。可見，在21世紀(jì)這個(gè)信息化、自動(dòng)化、智能化的大時(shí)代，可編程控制器的前景會(huì)無限寬廣，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)人才的需求也會(huì)不斷增長(zhǎng)，自動(dòng)化專業(yè)也必將成為21世紀(jì)的一個(gè)新熱門專業(yè)。總之，PLC已成為解決自動(dòng)控制問題的最有效

20、工具，必將越來越廣泛地受到人們的關(guān)注。3 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)要求與產(chǎn)品的概述3.1 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)要求可編程控制器(PLC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱(PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM)之一。PLC的應(yīng)用已成為一個(gè)世界潮流，在不久的將來PLC技術(shù)在本國(guó)將得到更全面的推廣和應(yīng)用。所以培養(yǎng)利用PLC控制自動(dòng)生產(chǎn)線的人才迫在眉睫，為了讓學(xué)生能更好的把在學(xué)校學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，本次實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)要求學(xué)生使用FX2N型PLC，提升學(xué)生融會(huì)貫通的能力。3.2 產(chǎn)品概述本系統(tǒng)是磚頭自動(dòng)化

21、生產(chǎn)線PLC程序，它在接近工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)上又針對(duì)教學(xué)及實(shí)訓(xùn)目的進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論的應(yīng)用能力。該系統(tǒng)由七部分組成，分別為：水和原料注入、自動(dòng)攪拌機(jī)、放料機(jī)、傳送帶、擠磚機(jī)、切磚機(jī)和高溫成型機(jī)等幾個(gè)部分。完成工件上料、攪拌、放料、搬運(yùn)、加工成型、燒結(jié)等功能，產(chǎn)品界面如圖3-1所示。涵蓋了自動(dòng)化類中機(jī)電一體化和電氣自動(dòng)化專業(yè)中所涉及的PLC控制、傳感檢測(cè)、限位開關(guān)、機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝與系統(tǒng)調(diào)試等內(nèi)容，產(chǎn)品密碼圖片如圖3-2所示、產(chǎn)品仿真圖片如圖3-3所示。通過基于該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的使用、訓(xùn)練和培訓(xùn)，鍛煉自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員裝配檢修能力、成本與安全意識(shí)。通過該系統(tǒng)的教學(xué)，可引導(dǎo)高校自動(dòng)化類專業(yè)的教

22、學(xué)發(fā)展以及改革的走向，促進(jìn)了工學(xué)結(jié)合高等技能人員培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和改革，培養(yǎng)出更多能適應(yīng)企業(yè)需求的高素質(zhì)、多技能的、自動(dòng)化控制人才，同時(shí)推動(dòng)時(shí)代及我國(guó)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。圖3-1 產(chǎn)品界面圖片 圖3-2 產(chǎn)品密碼輸入圖片圖3-3 產(chǎn)品仿真圖片3.3 產(chǎn)品的特點(diǎn)（1）本實(shí)訓(xùn)裝置貼近工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要求，是典型的自動(dòng)生產(chǎn)線，設(shè)備從選材、工藝、流程、結(jié)構(gòu)、控制等各方面都從實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出發(fā)，考慮工學(xué)結(jié)合要求，有機(jī)融合了機(jī)械、電氣、傳感器、限位開關(guān)、PLC控制及工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)，能開展任務(wù)驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目教學(xué)法。（4）該實(shí)訓(xùn)裝置PLC模塊I/O端子、各常用模塊接線端子，均采用安全型插座，使用帶安全插頭的導(dǎo)線進(jìn)行電路

23、連接；各指令開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器和指示元件的電路通過端子排進(jìn)行連接。插拔線連接電路與端子排連接電路相結(jié)合，既保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。3.4 系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)主要完成工件的加工與傳送任務(wù)，通過PLC控制接收、處理數(shù)據(jù)，只要一旦有輸入信號(hào)，經(jīng)過PLC處理，就會(huì)在輸出端有相應(yīng)的輸出。本設(shè)計(jì)是基于FX2N-64MR型PLC控制為核心，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，有自動(dòng)注水和加料機(jī)、自動(dòng)攪拌機(jī)、傳送帶、擠磚機(jī)、切磚機(jī)、高溫成型機(jī)等組成，系統(tǒng)原理框圖如圖3-2所示。 正常運(yùn)行 經(jīng)過限位開關(guān)、傳感器 正常生產(chǎn)系統(tǒng)正常啟動(dòng) 停止當(dāng)前 檢修完成 繼續(xù)生產(chǎn) 緊急停止 檢測(cè)完成

24、 系統(tǒng)啟動(dòng)圖3-2 系統(tǒng)原理框圖4 設(shè)計(jì)項(xiàng)目及所需器材設(shè)備4.1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目傳感器應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)涵蓋的傳感器數(shù)量很多，包括電感式、光電式、光纖式以及色標(biāo)，每種傳感器都有其特性和原理，它們的作用及用法也不盡相同，它們共同協(xié)作時(shí)可使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。學(xué)生可通過了解各類傳感器在不同工作環(huán)境下的特性來加深對(duì)這些傳感器的認(rèn)識(shí)。電氣控制電路設(shè)計(jì)自動(dòng)生產(chǎn)線個(gè)工作機(jī)構(gòu)其電控部分全部按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且以附件方式提供全部設(shè)計(jì)圖紙和說明書。學(xué)員在該設(shè)備上可學(xué)習(xí)電路原理圖分析、PLC各I/O 地址查對(duì)和設(shè)備電路連線方法。4.2 所需器材設(shè)備本系統(tǒng)采用三菱PLC FX2N-64MR作為主控CPU，顯示

25、數(shù)據(jù)與參數(shù)輸入通過三菱觸摸屏與PLC連接實(shí)現(xiàn)。CPU：三菱FX2N型64點(diǎn)I/O型CPU(其中64點(diǎn)為32口輸入、32口輸出)。 通訊線：USB接口連線、RS-232接口連線。計(jì)算機(jī) 。PLCFX系列PLC實(shí)物圖如圖4-1所示：圖4-1 FX系列PLC實(shí)物圖(1)PLC概述PLC是英文Programmable Logic Controller的縮寫，意為可編程序邏輯控制器。時(shí)間上第一臺(tái)PLC于1969年由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制成功，隨著技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能大大增強(qiáng)，不僅限于邏輯控制，因此美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)NEMA于1980年對(duì)它進(jìn)行重命名，稱為可編程邏輯控制器（Programmabl

26、e Controller），簡(jiǎn)稱PC，但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)PC（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣將PLC當(dāng)做可編程控制器的縮寫。由于可編程控制器一直在發(fā)展中，至今尚未對(duì)其下最后的定義。國(guó)際電工學(xué)會(huì)（IEC）對(duì)PLC最新定義為：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用了可編程序的儲(chǔ)存器，用來在其內(nèi)部?jī)?chǔ)存執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的、輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，可編程控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體。PLC是一種專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的控制器，它主

27、要有以下特點(diǎn)。 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。為了適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用要求，PLC從硬件和軟件方面采用了大量的技術(shù)措施，一遍能在惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行，現(xiàn)在大多數(shù)PLC的平均無故障運(yùn)行時(shí)間可達(dá)幾十萬小時(shí)。通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便。PLC可利用期權(quán)的各種硬件裝置來組成控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，無需大量改變PLC的硬件配置，只需要改程序就可以滿足要求。功能強(qiáng)，適應(yīng)范圍廣?，F(xiàn)代PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示的功能，既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械

28、、一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過程。編程簡(jiǎn)單，易用易學(xué)。目前大多PLC采用梯形圖編程方式，梯形圖語言的編程元件符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理非常接近，這樣使大多數(shù)學(xué)習(xí)電氣控制的技術(shù)人員非常容易接受和掌握。系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修方便。PLC用軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。另外，PLC的用戶程序可以通過電腦在實(shí)驗(yàn)室仿真調(diào)試，減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。此外，由于PLC結(jié)構(gòu)模塊化及很強(qiáng)的自我診斷能力，維修業(yè)極為方便。(2)三菱PLC三菱PLC按照自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的時(shí)期，開發(fā)出了與當(dāng)時(shí)工業(yè)控制方式相對(duì)應(yīng)的不同系列的PLC其中包括

29、F系列、0系列、2系列、0S系列、1S系列、0N系列、1N系列、2N系列、2NC系列、Q系列等。不同的系列都有不同的特點(diǎn)。例如FX2是1991年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC。在三菱PLC的眾多系列中，F(xiàn)X2N系列是一款性能極佳的產(chǎn)品，根據(jù)不同的功能，它還延伸出了以不同類型、不同點(diǎn)數(shù)輸入輸出端口作為區(qū)別的經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品，用戶可根據(jù)需求選擇能實(shí)現(xiàn)不同功能的產(chǎn)品。同時(shí)，三菱公司還特別為個(gè)系列的PLC開發(fā)了與之對(duì)應(yīng)的拓展模塊、特殊模塊、通信接口以及通信模塊等。本控制系統(tǒng)選用了一款名為FX2N-48MR的PLC，其參數(shù)見表4-1。表4-1 FX2N型CPU參數(shù)FX2N型 CPU單元（4

30、8 點(diǎn)I/O型CPU）外觀程序容量2K步DM區(qū)容量2K字，其中1500字可被寫入到內(nèi)置EEPROM。安裝擴(kuò)展I/O單元和擴(kuò)展單元不可帶晶體管輸出的型號(hào)不可用脈沖輸出不支持內(nèi)置串行通信端口無選件板不支持用于編程設(shè)備的連接端口USB 端口時(shí)鐘無使用電池不可使用4.2.2技術(shù)性能(1)輸入電源：?jiǎn)蜗?20V±10% 50Hz(2)工作環(huán)境：溫度-1040 相對(duì)濕度85%（25）海拔4000m(3)裝置容量：1.5kVA(4)外形尺寸：198cm×104cm×130cm(5)安全保護(hù)：具有漏電壓、漏電流保護(hù)，安全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)4.3 系統(tǒng)組成該系統(tǒng)由自動(dòng)攪拌機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、

31、加工沖壓機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)成型機(jī)構(gòu)電源模塊、按鈕模塊、PLC模塊、各種傳感器、警示燈、電磁閥和I/O接口板等組成，完成工件上料、搬運(yùn)、加工、裝配、等功能。整體結(jié)構(gòu)采用開放式和拆裝式設(shè)計(jì)，學(xué)生可以對(duì)各零件、部件、單元、直至整體機(jī)構(gòu)進(jìn)行零部件拆裝、調(diào)試、運(yùn)行。5 自動(dòng)生產(chǎn)線各個(gè)電氣設(shè)備5.1 注水機(jī)和原料注入機(jī)5.1.1主要組成與功能(1)注水機(jī)Y001和原料注入機(jī)Y002：通過三相交流電機(jī)工作將水和原料注入攪拌機(jī)。(2)限位開關(guān)X2和X3：當(dāng)水位到達(dá)S1高度時(shí)注水機(jī)停止注水，然后原料注入機(jī)開始工作（注入原料）當(dāng)原料要達(dá)S2高度時(shí)，原料注入機(jī)停止工作，接著攪拌機(jī)開始工作。5.1.2在PLC中工作流程電源接

32、通后，按啟動(dòng)按鈕設(shè)備開始工作。通過三相交流電機(jī)工作將水和原料注入攪拌機(jī)；當(dāng)水位到達(dá)S1高度時(shí)注水機(jī)停止注水，然后原料注入機(jī)開始工作（注入原料）當(dāng)原料要達(dá)S2高度時(shí)，原料注入機(jī)停止工作，接著攪拌機(jī)開始工作。梯形圖如圖5-1所示。其中X000是啟動(dòng)按鈕；Y001是注水機(jī)；Y002是原料注入機(jī)；X001和X002分別是S1和S2高度限位開關(guān)。 圖5-1 注水機(jī)和原料注入機(jī)梯形圖5.2 自動(dòng)攪拌機(jī)和自動(dòng)放料機(jī)5.2.1主要組成與功能(1)攪拌機(jī)Y003：通過三相交流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，將水和原料攪拌。(2) 攪拌機(jī)定時(shí)器T000：攪拌機(jī)自動(dòng)工作5s后停止工作，然后放料機(jī)開始工作。(3) 自動(dòng)放料機(jī)Y004：攪

33、拌機(jī)工作完后，放料機(jī)打開放料開關(guān)將攪拌后的原料放入運(yùn)輸帶。(4) 放料機(jī)定時(shí)器T001：放料完成后，放料機(jī)自動(dòng)關(guān)閉放料開關(guān)。5.2.3在PLC中的工作流程攪拌機(jī)自動(dòng)開始工作同時(shí)T0開始計(jì)時(shí)，到了T0時(shí)間，攪拌機(jī)停止工作，接著放料機(jī)打開放料開關(guān)同時(shí)T1開始計(jì)時(shí)；T1時(shí)間到后放料機(jī)關(guān)閉放料開關(guān)。梯形圖如圖5-2所示。 圖5-2 自動(dòng)攪拌機(jī)和自動(dòng)放料機(jī)梯形圖5.3 傳送帶5.3.1主要組成與功能(1)傳動(dòng)輪：動(dòng)力源。(2)皮帶：動(dòng)力傳遞。(3)功能和特點(diǎn)：輸送機(jī)以動(dòng)力，一般由電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器(停止器)等組成；漲緊裝置一般有螺桿式和重錘式兩種，可使?fàn)恳３忠欢ǖ膹埩痛苟?，以保證傳送帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)

34、；支承件用以承托牽引件或承載構(gòu)件，可采用托輥、滾輪等。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：利用工作構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，或利用介質(zhì)在管道中的流動(dòng)使物料向前輸送。例如，輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的工作構(gòu)件為一系列輥?zhàn)?，輥?zhàn)幼餍D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以輸送物料；螺旋輸送機(jī)的工作構(gòu)件為螺旋，螺旋在料槽中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以沿料槽推送物料；振動(dòng)輸送機(jī)的工作構(gòu)件為料槽，料槽作往復(fù)運(yùn)動(dòng)以輸送置于其中的物料等。5.3.2在PLC中工作流程Y005傳送帶在放料機(jī)關(guān)閉后開始啟動(dòng)，然后一直運(yùn)行下去，直到接觸到下一個(gè)限位開關(guān)X4停止運(yùn)行。Y007傳送帶在擠磚機(jī)Y006工作結(jié)束后，將物料傳送到下一個(gè)限位開關(guān)X5停止運(yùn)行。Y011傳送帶在切磚機(jī)Y010工作結(jié)束后，將物料傳送到下

35、一個(gè)限位開關(guān)X6停止運(yùn)行。Y013傳送帶在高溫成型機(jī)Y012工作結(jié)束后，將成型磚頭傳送到下一個(gè)限位開關(guān)X7停止運(yùn)行。傳送帶梯形圖梯形圖如圖5-3所示。圖5-3 傳送帶梯形圖5.4 擠磚機(jī)5.4.1主要組成與功能主要結(jié)構(gòu)：由電機(jī)、離合器、減速機(jī)、聯(lián)軸器、主軸、壓泥板等主要部分組成。啟動(dòng)電機(jī)。操作離合器，經(jīng)減速機(jī)帶動(dòng)主軸，同時(shí)經(jīng)一對(duì)齒輪傳動(dòng)。亦帶動(dòng)壓泥板轉(zhuǎn)動(dòng)，將泥料壓入絞刀內(nèi)輸送到擠壓處通過進(jìn)一步擠壓送至機(jī)口擠壓成泥條。用 途：將經(jīng)過處理的泥料，擠成一定斷面形狀的泥條，經(jīng)切坯機(jī)割成一定規(guī)格的磚坯。分類：分為軟塑、半硬塑和硬塑真空擠出成型3種型式5.4.2在PLC中工作流程 擠磚機(jī)Y006將物料擠壓

36、成磚條然后經(jīng)過運(yùn)輸帶傳送帶切磚機(jī)。擠磚機(jī)梯形圖如圖5-4所示。圖5-4 擠磚機(jī)梯形圖5.5 切磚機(jī)5.5.1主要組成與功能主要組成：機(jī)架、刀架、擋磚裝置、調(diào)寬夾緊裝置和傳動(dòng)裝置。 特點(diǎn)：切割效率高、無噪音、無粉塵飛揚(yáng)、切割尺寸精確且材料利用率高。 注意事項(xiàng)：切磚機(jī)的砂輪片，必須安裝防護(hù)罩。砌磚應(yīng)用碳化硅的砂輪片，必須有出廠合格證。安裝時(shí)應(yīng)檢查砂輪片是否有裂紋或潮濕，確認(rèn)合格方可使用。不得用力壓擠調(diào)整踏板而使切磚砂輪片受負(fù)荷過大；壓力大時(shí)，砂輪片易破碎。切磚開始時(shí)，踏板亦不能壓的過重。5.5.2在PLC中工作流程 切磚機(jī)Y010是把從擠磚機(jī)傳送過來的磚條切按照等長(zhǎng)切成一塊一塊。然后由傳送帶運(yùn)輸?shù)?/p>

37、下一個(gè)電氣設(shè)備高溫成型機(jī)。切磚機(jī)Y010工作梯形如圖5-5所示。圖5-5 切磚機(jī)梯形圖5.6 高溫成型機(jī)5.6.1主要組成和功能 介紹：又稱實(shí)驗(yàn)電爐，主要用于各工礦企業(yè)、科研單位化驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)室加溫、熱處理，是各類化驗(yàn)室中不可缺少的儀器設(shè)備。 功能和特點(diǎn)：爐體、智能控制器分體設(shè)計(jì)，美觀、大方，爐門采用側(cè)開門設(shè)計(jì)。采用兩側(cè)襯板式加熱元件，便于更換爐絲，采用進(jìn)口超高溫發(fā)熱體，抗氧化性能更加優(yōu)異，大大增加使用壽命。采用陶瓷纖維絕熱，大幅度的提高了升溫速度，并減少了熱能消耗，與傳統(tǒng)的馬弗爐相比重量減輕1/2,升溫速度提高1倍，大大節(jié)約能源，壽命提高3.5倍；保溫效果好，爐外表溫度低采用進(jìn)口溫控儀表，全新

38、數(shù)字顯示，數(shù)字設(shè)定的溫度，智能控制輸出，可減少視讀和人為操作誤差，大大提高工作效率。在PLC中工作流程高溫成型機(jī)Y012是將由切磚機(jī)傳送過來的磚塊高溫成型。蒸發(fā)原本磚塊上的水。梯形圖如圖5-6所示。圖5-6 切磚機(jī)梯形圖6 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6.1 I/O地址分配X000：?jiǎn)?dòng)按鈕 X001：強(qiáng)制停止 X011：停止當(dāng)前運(yùn)行 X002：到S1高度 X003：到S2高度 X004：到S3位置 X005：到S4位置 X006：到S5位置 X007：到S6位置 Y001：注水機(jī) Y002：原料注入機(jī) Y003：自動(dòng)攪拌機(jī) Y004：自動(dòng)放料機(jī) Y005：傳送帶 Y006：機(jī)磚機(jī) Y007：傳送帶Y010：

39、自動(dòng)切磚機(jī) Y011：傳送帶 Y012：高溫成型機(jī) Y013：傳送帶6.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象(生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程)的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)原則往往會(huì)涉及很多方面，其中最基本的設(shè)計(jì)原則可以歸納為4點(diǎn)。(1)設(shè)計(jì)原則完整性原則：最大限度的滿足工業(yè)生產(chǎn)過程或機(jī)械設(shè)備的控制要求。可靠性原則：確保計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)濟(jì)型原則：力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、合理。發(fā)展性原則：適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。6.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件

40、設(shè)計(jì)。所謂硬件設(shè)計(jì)，是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)，而軟件設(shè)計(jì)即PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分以下5步進(jìn)行。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟，如圖6-1所示。圖6-1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。所謂硬件設(shè)計(jì)，是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)，而軟件設(shè)計(jì)即PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分以下5步進(jìn)行。（1）熟悉被控對(duì)象深入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)真調(diào)查研究，收集資料，并于相關(guān)技術(shù)人員和操作人員一起分析討論，相互配合，共同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。這一階段必須對(duì)被控對(duì)象所有功能全面的了解，對(duì)對(duì)象的各種動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)序、動(dòng)作條件、必要的互鎖與保

41、護(hù)；電氣系統(tǒng)與機(jī)械、液壓、氣動(dòng)及各儀表等系統(tǒng)間的關(guān)系；PLC與其他設(shè)備的關(guān)系，PLC之間是否通信聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)的工作方式及人機(jī)界面，需要顯示的物理量及顯示方式等。（2）硬件選擇具體包括如下：系統(tǒng)I/O設(shè)備的選擇。輸入設(shè)備包括手動(dòng)按鍵、位置檢測(cè)元件、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種位置傳感器、數(shù)字或模擬量傳感器等。輸出設(shè)備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等。選擇PLC。PLC選擇包括對(duì)PLC的處理器機(jī)型、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存容量、I/O模塊及其拓展模塊、相應(yīng)的電源模塊等的選擇。PLC的I/O端口分配。在進(jìn)行I/O通道分配時(shí)應(yīng)給出I/O通道分配表，表中應(yīng)包含I/O編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱及功能等。計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及內(nèi)部

42、輔助繼電的地址分配器。（3）編寫應(yīng)用程序根據(jù)不同類型的系統(tǒng)編程需求，應(yīng)當(dāng)選擇采用對(duì)應(yīng)的程序設(shè)計(jì)方法來編寫設(shè)計(jì)PLC程序。程序編寫要以滿足控制系統(tǒng)的使用要求為最終目的，按模塊編寫實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制功能的程序語句、程序塊、功能或個(gè)子程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。（4）程序調(diào)試程序調(diào)試分為兩個(gè)階段，第一階段是模擬調(diào)試、第二階段是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。程序模擬調(diào)試是，以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件。根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。 硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并將這些信號(hào)以硬接線的方式連到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)。 軟件

43、模擬法是在PLC中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。當(dāng)控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完畢，程序模擬調(diào)試完成后，就可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，如不能滿足要求，須重新檢查程序和接線，及時(shí)更正軟硬件方面的問題。（5）編寫技術(shù)文件技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、PLC程序以及使用說明書等。6.3 PLC的選型本控制系統(tǒng)選擇三菱公司的PLC，作為新一代小型PLC，具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、高效的特點(diǎn),更加適用于集成系統(tǒng)對(duì)于低成本的要求，除更經(jīng)濟(jì)外，也簡(jiǎn)單高效，有更豐富的控制指令和更大程序容量，現(xiàn)在PLC還可以通過USB口與電腦通訊，提供更高100KHZ的脈沖采集/輸出，提供更靈活的串口選擇

44、功能，PLC將是對(duì)應(yīng)更多的全球競(jìng)爭(zhēng)的設(shè)備控制。FX2N系列是一種由三菱制造的設(shè)計(jì)用于簡(jiǎn)單應(yīng)用的集成式PLC，包含了通過基本、移動(dòng)、算術(shù)和比較指令能夠用于標(biāo)準(zhǔn)控制操作的E型CPU單元（基本型號(hào)），以及支持連接到可編程終端、變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)的N型CPU單元（應(yīng)用型號(hào)）。7 結(jié)論P(yáng)LC（可編程控制器）以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、體積小、能耗低等顯著特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)控制之中，對(duì)大部分控制對(duì)象都有良好的控制效果。三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相當(dāng)FX系列中最高檔次的超小程序裝置，除輸入出1625三菱PLC- FX2N1點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制