包裝生產(chǎn)線的PLC控制

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日期xxxx包裝生產(chǎn)線的PLC控制【精品文檔】【精品文檔】【精品文檔】【精品文檔】XX技術學院畢業(yè)設計（論文）題目:包裝生產(chǎn)線的PLC控制班級:姓名:指導教師:摘要在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中常常需要對產(chǎn)品進行計數(shù)，包裝，如果這些繁雜的工作讓人工去完成的話不但麻煩，而且效率低，勞動強度大，不適合于現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要，并且加重了工人的勞動強度。在這個迅速發(fā)展的信息社會，社會在進步，科技在迅猛發(fā)展，一切工業(yè)生產(chǎn)都在講究生產(chǎn)效率。如果想在競爭激烈的社會中生存下去，必須順應社會的發(fā)展，科學的改革，運用科學技術，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，創(chuàng)造效益，方能使企業(yè)得以站穩(wěn)腳步，立足于不敗之地?，F(xiàn)代的科技信息化時代，逼著工廠企業(yè)去探索，創(chuàng)新!為了適應現(xiàn)代化的大規(guī)模生產(chǎn)某種產(chǎn)品，而且需要對其進行計數(shù)，包裝，就必須設計一套完整的自動化生產(chǎn)線，以便用這自動化的生產(chǎn)線來代替人工完成這些繁雜的工作。進一步加快工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，提高國民經(jīng)濟，改善人民的生活水平。本文主要對包裝生產(chǎn)線系統(tǒng)進行運用可編程控制器（PLC）控制研究，對可編程控制器（PLC）以及所用到的各個器件的功能進行了詳細的介紹。關鍵詞：自動，包裝，PLC，控制，設計目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 ②模塊式把各個組成部分CPU、I/O、電源等分開，做成各自獨立的模塊，各模塊做成插件式，插入機架底板的插座上?？砂凑湛刂埔螅x用不同檔次的CPU模塊、各種I/O模塊和其它特殊模塊，構成不同功能的控制系統(tǒng)。模塊式結構的PLC具有配置靈活、組裝方便，擴展容易。其缺點是結構較復雜，造價也較高。一般大、中型PLC都采用這種結構，如三菱A2NQ系列PLC。圖3—3三菱FX1S系列PLC圖3—4三菱A2NQ系列PLC（2）按I/O點數(shù)和功能分類按I/O點數(shù)、內(nèi)存容量和功能來分，PLC可分為微型、小型、中型、大型和超大型五類。小型PLC的存儲器容量一般在2KB～4KB之間，I/O點數(shù)一般在64～128之間。小型PLC具有邏輯運算、定時和計數(shù)等功能，適合于開關量控制、定時和計數(shù)控制等場合，常用于代替繼電器控制的單機線路中。（3）PLC按功能分類PLC根據(jù)功能可分為低檔機，中檔機和高檔機。3.1.4PLC的結構PLC是專為工業(yè)控制而設計,采用了典型的計算機結構,主要由CPU、存儲器、采用掃描方式工作的I/O接口電路和電源等組成。圖3-5PLC硬件系統(tǒng)結構框圖PLC是微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產(chǎn)物，它按照用戶程序存儲中預先編制的控制程序，通過輸入接口采入現(xiàn)場信息，執(zhí)行邏輯或數(shù)值運算，進而通過輸出接口控制各種執(zhí)行機構動作。作為一種以微處理器為核心的用作數(shù)字控制的特殊計算機，它的硬件配置與一般微機裝置類似，主要是由CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源等部分組成。（1）CPU中央處理單元CPU是可編程序控制器的控制中樞。每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路，與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，還有外圍芯片、總線接口及有關電路。（2）I/O模塊：PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入輸出模塊可分為：數(shù)字I/O接口、模擬I/O接口、智能I/O接口、通信接口、擴展接口。（3）電源模塊：有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。3.1.5PLC的工作原理PLC控制PLC采用循環(huán)掃描工作方式，集中進行輸入采樣，集中進行輸出刷新。I/O映像區(qū)分別存放執(zhí)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程中各結果的狀態(tài)。任務的完成是建立在其硬件的支持下，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的，這一點是和計算機工作原理一致的。因此，PLC的工作原理是建立在計算機工作原理基礎上的。PLC是采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描。如果無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到程序結束，然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。周而復始。PLC的掃描工作過程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，并進行周期性循環(huán)。3.2電源開關和按鈕的選擇開關是用于接通和斷開電路的電器。常用的開關有刀開關、鐵殼開關、組合開關和自動空氣開關。隨著社會和科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代工廠企業(yè)車間甚至用戶都不在運用這些“古董”產(chǎn)品，被取而代之的是斷路器。斷路器是指能夠關合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流，并能關合在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異?；芈窏l件（包括短路條件）下的電流的開關裝置。斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發(fā)生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關與過欠熱繼電器等的組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件。目前，已獲得了廣泛的應用。斷路器的分類方式有多種，常見的有按操作方式分：有電動操作、儲能操作和手動操作；按結構分：有萬能式和塑殼式；按使用類別分：有選擇型和非選擇型；按滅弧介質(zhì)分：有油浸式、六氟化硫、真空式和空氣式；按動作速度分：有快速型和普通型；按極數(shù)分：有單極、二極、三極和四極等；按安裝方式分：有插入式、固定式和抽屜式等。在這里我們主要介紹三種根據(jù)使用級別和分斷能力從大到小依次是：框架式（萬能式）斷路器；塑殼式斷路器；小型斷路器。(1)框架式（萬能式）斷路器智能型萬能式斷路器適用交流50Hz，額定電壓380V、660V，額定電流為200A-6300A的配電網(wǎng)絡中,主要用來分配電能和保護線路及電源設備免受過載、欠電壓、短路，單相接地等故障的危害，該斷路器具有多種智能保護功能，可做到選擇性保護，動作精確，避免不必要的停電，提高供電可靠性。萬能式斷路器用來分配電能和保護線路及電源設備的過載、欠電壓、短路等，在正常的條件下，可作為線路的不頻繁轉換之用。1250A以下的斷路器在交流50Hz電壓380V的網(wǎng)絡中可用作保護電動機的過載和短路。在正常條件下還可作為電動機的不頻繁起動之用。圖3-6萬能式斷路器圖3-7西門子塑殼斷路器3VL系列(2)塑殼式斷路器塑殼斷路器在低壓配電系統(tǒng)中的應用已經(jīng)越來越普遍。塑殼式斷路器不僅功能強大、性能優(yōu)良，和各種電器部件的兼容性也很好。塑殼式斷路器可以和漏電器、測量模塊、電操模塊等功能單元配合使用。塑殼斷路器憑借著種種優(yōu)點，在低壓配電系統(tǒng)中起到了越來越重要的作用。目前，塑殼式斷路器常被用作低壓電路的終端開關或支路開關。塑殼式斷路器已經(jīng)在一定程度上，逐步取代了熔斷器和閘刀開關的位置，成為低壓配電系統(tǒng)的主要開關。塑殼斷路器隨著應用需求的變化和技術的發(fā)展，額定電流的覆蓋范圍逐步增大，目前普通塑殼斷路器的額定電流可以達到1250A，足以滿足工業(yè)供電線路的使用需求。塑殼式斷路器較常應用于工業(yè)配電系統(tǒng)，如電動機回路、出線回路等。(3)小型斷路器小型斷路器適用于交流50/60Hz額定電壓230/400V，額定電流至63A線路的過載和短路保護之用，也可以在正常情況下作為線路的不頻繁操作轉換之用。小型斷路器主要用于工業(yè)、商業(yè)、高層和民用住宅等各種場所。圖3-8正泰小型斷路器DZ47-603.2.2按鈕開關按鈕開關是一種結構簡單，應用十分廣泛的主令電器。在電氣自動控制電路中，用于手動發(fā)出控制信號以控制接觸器、繼電器、電磁起動器等。按鈕開關的結構種類很多，可分為普通撳鈕式、蘑菇頭式、自鎖式、自復位式、旋柄式、帶指示燈式、帶燈符號式及鑰匙式等，有單鈕、雙鈕、三鈕及不同組合形式，一般是采用積木式結構，由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸頭和外殼等組成，通常做成復合式，有一對常閉觸頭和常開觸頭，有的產(chǎn)品可通過多個元件的串聯(lián)增加觸頭對數(shù)。按鈕的分類方式很多，生產(chǎn)廠家也很多，下面我們主要介紹幾種常用的按鈕開關。正泰NP4系列按鈕適用于交流50Hz或60Hz、電壓至380V，直流工作電壓至220V的電路控制系統(tǒng)中。作為電磁起動器、接觸器、繼電器及其它電氣線路的控制之用。圖3-9正泰NP4按鈕圖3-10帶燈指示按鈕還有一種工廠企業(yè)里常用的一種帶燈按鈕，這種按鈕相對于一般的按鈕開關來說主要是使操作者能夠清晰的觀察按鈕的動作狀態(tài)，這種按鈕一般有指示燈電源。另一種常見按鈕主要運用于機床一級流水線上，這便是我們所說的急停按鈕。急停按鈕也可以稱為“緊急停止按鈕”，業(yè)內(nèi)簡稱急停按鈕。顧名思義急停按鈕就是當發(fā)生緊急情況的時候人們可以通過快速按下此按鈕來達到保護的措施。3.3熔斷器的選擇熔斷器其實就是一種短路保護器，主要進行短路保護或嚴重過載保護。根據(jù)電流超過規(guī)定值一段時間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開；運用這種原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設備中，作為短路和過電流的保護器，是應用最普遍的保護器件之一。對熔斷器的選擇要求是：在電氣設備正常運行時，熔斷器不應熔斷；在出現(xiàn)短路時，應立即熔斷；在電流發(fā)生正常變動（如電動機起動過程）時，熔斷器不應熔斷；在用電設備持續(xù)過載時，應延時熔斷。對熔斷器的選用主要包括類型選擇和熔體額定電流的確定。選擇熔斷器的類型時，主要依據(jù)負載的保護特性和短路電流的大小。例如，用于保護照明和電動機的熔斷器，一般是考慮它們的過載保護，這時，希望熔斷器的熔化系數(shù)適當小些。所以容量較小的照明線路和電動機宜采用熔體為鉛鋅合金的RC1A系列熔斷器，而大容量的照明線路和電動機，除過載保護外，還應考慮短路時分斷短路電流的能力。若短路電流較小時，可采用熔體為錫質(zhì)的RCIA系列或熔體為鋅質(zhì)的RM10系列熔斷器。用于車間低壓供電線路的保護熔斷器，一般是考慮短路時的分斷能力。當短路電流較大時，宜采用具有高分斷能力的RL1系列熔斷器。當短路電流相當大時，宜采用有限流作用的RT0系列熔斷器。熔斷器有高壓熔斷器和低壓熔斷器熔之分，在這里我們運用的是380V電壓，主要介紹低壓熔斷器。低壓熔斷器種類很多，有插入式（RC型），螺旋式（RL型），無填料密閉管式（RM型），有填料封閉管式（RT型）及高分段能力的NT型等。RT14系列高分斷能力有填料圓柱型熔斷器符合GB13539、IEC60269、VDE0636標準!適用于交流50Hz，額定電壓交流380/500V，額定電流至63A的配電線路中，作過載和短路保護。圖3-11RT系列熔斷器圖3-12NT型熔斷器3.4接觸器和熱繼電器的選擇3.4.1接觸器接觸器（Contactor）狹義上是指能頻繁關合、承載和開斷正常電流及規(guī)定的過載電流的開斷和關合裝置。它應用于電力、配電與用電。接觸器廣義上是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。它的控制對象主要是電動機、電熱設備、電焊機及電容器組等。接觸器分為直流接觸器和交流接觸器，在該系統(tǒng)中我們運用交流接觸器，下面我們主要介紹一下交流接觸器。交流接觸器工作原理為,當線圈通電時，靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力，將動鐵芯吸合，由于觸頭系統(tǒng)是動鐵芯聯(lián)動的，因此動鐵芯帶動三條動觸片同時運行，觸點閉合，從而接通電源。當線圈斷電時，吸力消失，動鐵芯聯(lián)動部分依靠彈簧的反作用力而分離，使主觸頭斷開，切斷電源。由于控制系統(tǒng)的主電路中有兩臺電機，需要選擇與之匹配的接觸器去控制電機的通斷情況。這里我選擇的是交流接觸器。根據(jù)主電路中各個電動機的功率情況，系統(tǒng)選擇的型號為CJX2-D09。市場上有多種接觸器，在這里我們運用國產(chǎn)CJX2-D09型號交流接觸器。圖3-13國產(chǎn)CJX2-D09圖3-14西門子3TF系列交流接觸器市場上還有一種常見接觸器，那就是西門子生產(chǎn)的接觸器，西門子接觸器主要有以下優(yōu)點：安全性能好，導電部件不外露；體積小，重量輕，滅弧罩材料采用不飽和樹脂，耐弧好，不會碎裂；滅弧室呈封閉型，飛弧距離小，可縮小電氣箱體寸；主觸頭系統(tǒng)結構獨特，觸頭磨損小，電壽命增加；電磁鐵工作可靠，損耗少，噪音小，且具有很高的機械度；操作頻率和控制容量高。3.4.2熱繼電器熱繼電器是由流入熱元件的電流產(chǎn)生熱量，使有不同膨脹系數(shù)的雙金屬片發(fā)生形變，當形變達到一定距離時，就推動連桿動作，使控制電路斷開，從而使接觸器失電，主電路斷開，實現(xiàn)電動機的過載保護。繼電器作為電動機的過載保護元件，以其體積小，結構簡單、成本低等優(yōu)點在生產(chǎn)中得到了廣泛應用。主電路中有兩臺電機，電動機在實際運行中，如拖動生產(chǎn)機械進行工作過程中，若機械出現(xiàn)不正常的情況或電路異常使電動機遇到過載，則電動機轉速下降、繞組中的電流將增大，使電動機的繞組溫度升高。若過載電流不大且過載的時間較短，電動機繞組不超過允許溫升，這種過載是允許的。但若過載時間長，過載電流大，電動機繞組的溫升就會超過允許值，使電動機繞組老化，縮短電動機的使用壽命，嚴重時甚至會使電動機繞組燒毀。所以，這種過載是電動機不能承受的。熱繼電器就是利用電流的熱效應原理，在出現(xiàn)電動機不能承受的過載時切斷電動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。在運行當中都會產(chǎn)生熱量，而產(chǎn)熱過高就會影響整個系統(tǒng)的工作狀況，甚至造成生產(chǎn)事故，為了防止此類事件的發(fā)生，就要在電機的控制中加入熱繼電器，當有過載現(xiàn)象時，就自動將電路斷開，減少事故的發(fā)生，也便于將事故排出。圖3-15電子式熱繼電器圖3-16施耐德IR2熱繼電器施耐德熱繼電器主要應用于工業(yè)控制、能源及基礎設施、建筑等；標準的電動機保護；線路保護；電動機過載保護、電動機堵轉及缺相保護；這里我們選擇的是施耐德IR2熱過載繼電器。傳感器的選擇傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器一般由敏感元件、轉換元件和測量電路組成。（1）電容式接近開關這種開關的測量通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是開關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關的接通或斷開。這種接近開關檢測的對象，不限于導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。當檢測體為非金屬材料時，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應選用電容型接近開關。（2）霍爾接近開關霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關，叫做霍爾開關。當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應而使開關內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。對于檢測體為金屬時，若檢測靈敏度要求不高時，可選用價格低廉的磁性接近開關或霍爾式接近開關。（3）電感式接近開關電感式接近開關它是利用導電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的接近開關時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用到接近開關，使開關內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是導電體。（4）光電式接近開關金屬體和非金屬要進行遠距離檢測和控制時，應選用光電型接近開關或超聲波型接近開關?？刂葡到y(tǒng)中要收集膜信號、動盤到位情況和料位情況，所以采用光電傳感器。光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成，如圖所示。圖3-17光電傳感器內(nèi)部電路圖圖3-17是光電開關原理圖,在該圖中光電開關具有電源極性及輸出反接保護功能。光電開關具有自我診斷功,當對設置后的環(huán)境變化（溫度、電壓、灰塵等）的裕度滿足要求，穩(wěn)定顯示燈顯示（如果余度足夠，則燈亮），當接收光的光敏元件接收到有效光信號，并且光的強度足夠大，控制輸出的三極管導通，同時動作顯示燈顯示。這樣光電開關能檢測自身的光軸偏離、透面鏡（傳感器面）的污染、地面和背景對其影響、外部干擾的狀態(tài)等傳感器的異常和故障，有利于進行養(yǎng)護，以便設備穩(wěn)定工作。圖3-18光電傳感器光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此,圖3-18光電傳感器這里所選用的是歐姆龍公司的J0SRW-05型光電傳感器。如圖3-18。第四章控制系統(tǒng)硬件設計PLC控制系統(tǒng)的電氣原理圖（電路）設計是硬件與軟件設計的基礎，原理圖設計關系控制系統(tǒng)安全、可靠運行等諸多問題，設計完成后不可以隨意修改，因此必須引起重視，設計時不能因為PLC具有靈活通用的特點，將全部控制都寄希望于軟件。PLC控制系統(tǒng)的電路設計包括如下內(nèi)容：1、控制系統(tǒng)主回路設計；2、控制系統(tǒng)控制回路設計；3、控制系統(tǒng)安全電路設計；4、I/O連接電路設計。主回路、控制回路、安全電路、I/O連接電路的設計思想與要求統(tǒng)一體現(xiàn)在電路圖上。電路圖是系統(tǒng)軟件設計、安裝與連接設計、系統(tǒng)調(diào)試、維修最為重要的技術資料，它應全面反映系統(tǒng)所使用的全部電氣元器件及它們之間的連接要求、主要規(guī)格參數(shù)等內(nèi)容。設計應遵循國際、國家或行業(yè)的標準與規(guī)范，涉及安全性、可靠性的準則不可違背。4.1主回路設計4.1.1主回路設計原則在電氣控制系統(tǒng)中可以直接向負載提供電能的電路稱為主回路。PLC控制系統(tǒng)的主回路通常包括電動機主回路、各種驅(qū)動裝置的電源回路與動力回路、變壓器的初級輸入回路、向控制裝置提供電能的電源輸入回路等。PLC控制系統(tǒng)的主回路設計與其他電氣控制系統(tǒng)無區(qū)別，主回路設計主要應考慮以下方面的內(nèi)容。（1）電源總開關為了使得控制系統(tǒng)與電網(wǎng)隔離，機械設備的電氣控制裝置必須安裝電源總開關?？傞_關必須具有足夠的分析能力，分斷電流必須大于系統(tǒng)中功率最大的電動機處于堵轉、其他所有用電設備和電動機處于額定工作狀態(tài)的電源總和。總開關原則上應能斷開系統(tǒng)中的所有用電設備的電源,例外的是,當系統(tǒng)安裝有總電源切斷情況下使用的安全保護裝置時,這部分的電源允許直接連接在進線上。（2）保護裝置的安裝為了對主回路進行有效保護，設備中的每一獨立部件都必須安裝短路、過流保護（斷路器）。保護裝置必須具有足夠的分斷能力，能夠可靠分斷被保護的用電設備。出于調(diào)試、維修的需要與可靠性、安全性的考慮，原則上應對不同類型的主回路分類安裝總保護斷路器。對于I/O點數(shù)、種類較多，構成復雜，控制要求較高的控制系統(tǒng)，I/O宜采用分離供電，并安裝獨立的保護斷路器。（3）接地與抗干擾電氣控制系統(tǒng)應安裝接地母線，與主回路連接的各獨立控制裝置應有獨立的接地線與接地母線連接。系統(tǒng)易受干擾或產(chǎn)生諧波的電氣控制裝置（如PLC、CNC、驅(qū)動器、變頻器等），應安裝隔離變壓器、濾波電抗器等。需要進行通/斷感性負載，應安裝浪涌電壓吸收器，以抑制過壓。（4）輔助控制電源的設計用于系統(tǒng)安全保護、緊急停機控制裝置的電源，應確保不會因急停等操作而分斷。系統(tǒng)中可靠性要求較高的控制部件（如PLC、CNC），如采用直流供電，應盡量采用穩(wěn)壓電源；如采用交流供電，應安裝獨立的隔離變壓器。PLC、CNC原則上不應與其他控制電路和執(zhí)行元件（如電磁閥、控制電路）共用電源。PLCI/O傳感器、開關、執(zhí)行元件所需要的電源盡可能采用外部供電，以防損壞PLC。4.1.2主電路電源供電模塊包裝系統(tǒng)中，設備多，工作電壓也不盡相同。三相異步電動機工作電壓是380V(AC)，PLC的工作電壓為220V（AC）,傳感器的工作電壓為24VDC。（1）電源進線如圖4-1所示，電源由滑線引入電器柜中，經(jīng)過刀開關QS后，再經(jīng)由熔斷器后供給系統(tǒng)的控制回路及主電機電路部分。三相電源的線電壓為380V，相電壓為220V，因此系統(tǒng)采用三相中的A相相電壓提供220V的交流電壓。（2）電源模塊如圖4-2所示，直流電源能使電路中形成恒定電流的裝置，如干電池、蓄電池、直流發(fā)電機等。在24V電壓范圍內(nèi)又叫24V直流電源，直流電源有正負兩個電極，正極的電勢高，負極的電勢低；當兩個電極與電路連通后，直流電源能維持兩個電極之間的恒定電勢差，從而在外電路中形成由正極到負極的恒定電流。24V電源模塊開關電源為系統(tǒng)中的A/D模塊和電磁閥提供24VDC電壓。圖4-2電源模塊主電路圖圖4-1電源進線主電路圖圖4-2電源模塊主電路圖圖4-1電源進線主電路圖4.1.3包裝生產(chǎn)線的繼電器控制主電路原理圖圖4-3主電路原理圖4.2控制回路設計PLC控制系統(tǒng)中的控制回路是指由繼電器、接觸器等低壓電器構成的強電控制回路?？刂苹芈芬话阌蠥C220V與DC24V兩類。（1）AC220V控制回路PLC控制系統(tǒng)中的AC220V控制回路通常包括以下部分。eq\o\ac(○,1)AC220V安全電路，如緊急分斷電路、安全門控制電路、雙手控制電路等。

eq\o\ac(○,2)控制裝置、電動機的啟動、停止控制回路。eq\o\ac(○,3)AC220V接觸器通/斷控制電路。雖然部分PLC的輸出可以直接驅(qū)動AC220V負載，但出于安全、可靠性及線路互鎖方面的考慮，主回路的接觸器控制宜用AC220V電路。eq\o\ac(○,4)各種驅(qū)動裝置、控制裝置的AC220V輔助控制電路等。（2）DC24V控制回路PLC控制系統(tǒng)中的DC24V控制回路一般包括以下部分。eq\o\ac(○,1)DC24V繼電器/接觸器控制回路。eq\o\ac(○,2)DC24V緊急分斷電路、安全電路、防護門聯(lián)鎖電路。eq\o\ac(○,3)DC24V電磁閥、制動器、電磁離合器等執(zhí)行元件的驅(qū)動電路等。作為控制回路設計同樣必須以系統(tǒng)運行的安全、可靠性作為最高準則?？刂苹芈返脑O計不僅要考慮設備的正常運行情況，還要考慮到設備的機械部件、電氣元件發(fā)生故障，以及出現(xiàn)誤操作、誤動作情況下的緊急處理。無論出現(xiàn)任何情況?？刂苹芈繁仨毐ＷC設備的安全、可靠停機，且不會對操作及維修人員的人身與設備造成傷害?？刂苹芈返膭幼髟O計應盡可能簡潔、明了，以方便操作與維修；電氣元件盡可能統(tǒng)一，生產(chǎn)廠家不宜過多；控制回路的電壓應符合標準規(guī)定，種類不宜過多等。4.3PLC的I/O分配表4.1PLC的I/O分配表編程元件I/O端子電路器件元件作用輸入繼電器SB1啟動按鈕SB1SB2停止按鈕SB2SB3計數(shù)器復位按鈕SB3SC1傳感器SC1SC2傳感器SC2輸出繼電器KM1電動機M1KM2電動機M2控制系統(tǒng)I/O分配表見表1。根據(jù)以上輸入輸出器件的數(shù)量（輸入5點，輸出2點），選用小型西門子S7-200可編程控制器，交流供電，繼電器輸出。控制系統(tǒng)I/O分配表如表一所示。根據(jù)系統(tǒng)控制工作流程，我們分析啟動按鈕開關SB1（I0.0）、停止按鈕開關SB2(I0.1)、計數(shù)器復位按鈕SB3（I0.2）、傳感器SC1（I0.3）、傳感器SC2（I0.4）、電動機M1（Q0.0）、電動機M2（Q0.1）。表4.2元器件列表電路元器件符號型號數(shù)量（個）空氣開關QS西門子3VL型1熔斷器FURT14型3熱繼電器FR施耐德IR2型2按鈕開關SBLAY3型3傳感器SCJOSRW-052交流接觸器KMCJX2-D09型2電動機MY132S2-22PLC控制系統(tǒng)的大多數(shù)I/O都屬于開關量信號，信號的連接方式與PLC、I/O模塊有關，下面主要介紹PLC常用的開關量I/O信號的連接方式、接口電路原理與I/O接口線路的設計特點。PLC控制系統(tǒng)的各種按鈕、行程開關、接觸器/繼電器觸點、傳感器的檢測輸入等都屬于開關量輸入信號的范疇。開關量輸入信號一般都可以與PLC直接連接，通過接口電路轉換成內(nèi)部信號，不同PLC的輸入接口電路可能有所不同，但其工作原理類似。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力與可靠性，輸入接口電路一般都需要用光耦進行一次與兩次電路的絕緣，接口電路通常還設計有RC濾波電路，因此輸入信號的響應一般有10ms左右延時。該系統(tǒng)PLC輸入接線圖如下圖圖4-5PLCI/O輸入接線圖4.3.2輸出電路設計在PLC控制系統(tǒng)中的各種接觸器、繼電器、電池閥、電磁鐵的線圈輸出及指示燈輸出等均為開關量輸出。PLC的輸出接口電路采用了光電隔離的措施，并設計有濾波電路。輸出負載驅(qū)動的電源要有外部提供，如果負載較小，PLC的開關量輸出可直接驅(qū)動；對于大電流負載，則需要中間繼電器等進行驅(qū)動。S7-200PLC的輸出形式主要有繼電器觸點、直流晶體管和雙向晶閘管輸出3鐘，但是我們最常用的是繼電器觸點輸出。繼電器觸點輸出是PLC最為常用的輸出形式，它使用靈活，既可以驅(qū)動交流負載，也可以驅(qū)動直流負載。選用擴展模塊時最大驅(qū)動能力可以達到AC250V/10A。繼電器觸點輸出有使用壽命的限制（數(shù)十萬次），當輸出信號的工作頻率高、負荷重或需要承受沖擊電流時，觸點的壽命將顯著降低，故不宜用來驅(qū)動電磁閥。制動器等大電流負載。此外，受觸點接觸性能與響應速度（一般需要10ms左右）的限制，繼電器觸點輸出不宜用DC12V或3mA以下的小電流/低電壓負載驅(qū)動或高頻輸出控制。右下圖是該系統(tǒng)的PLC繼電器觸點輸出接線圖圖4-6PLC繼電器觸點輸出接線圖4.3.3PLC外部接線圖圖4-7PLC外部接線圖第五章PLC程序設計5.1系統(tǒng)工作流程圖開始開始按啟動按鈕SB1按啟動按鈕SB1傳輸線2運行傳輸線2運行SC2動作后停SC2動作后停計時器延時2S１計時器延時2S１傳輸線１運行傳輸線１運行SC１檢測并計數(shù)SC１檢測并計數(shù)計數(shù)器計數(shù)１０計數(shù)器計數(shù)１０１０１０個按下復位按鈕SB3按下復位按鈕SB3按下停止按鈕SB2按下停止按鈕SB2結束結束5.2包裝生產(chǎn)線梯形圖5.2.1包裝生產(chǎn)線流程圖圖5-2包裝生產(chǎn)線流程圖合上電源開關QS，按下啟動按鈕SB1,KM2線圈得電及自鎖，電動機2運行，傳輸線2運行，當?shù)街付ㄎ恢脮r，傳輸線2停。定時器延時2S，時間一到KM1線圈得電并自鎖，傳輸線1運行，當蘋果下落SC1傳感器發(fā)出脈沖信號并計數(shù)10個，10個蘋果一到，傳輸線1停止。按下計數(shù)器復位按鈕SB3,計數(shù)器常閉觸頭斷開，常開觸頭吸合，KM2線圈得電自鎖，傳輸線2運行，循環(huán)執(zhí)行。當按下停止按鈕SB2，傳輸線1，2均停止。5.2.2梯形圖的設計PLC的編程方法主要有經(jīng)驗設計法和邏輯設計法。邏輯設計是以邏輯代數(shù)為理論基礎，通過列寫輸入與輸出的邏輯表達式，再轉換成梯形圖。由于一般邏輯設計過程比較復雜，而且周期較大，大多采用經(jīng)驗設計的方法。如果控制系統(tǒng)比較復雜，可以借助流程圖。所謂經(jīng)驗設計是在一些典型應用基礎上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，選用一些基本環(huán)節(jié)，適當組合、修改、完善，使其成為符合控制要求的程序。一般經(jīng)驗設計法沒有普通的規(guī)律可以遵循，只有在大量的程序設計中不斷地積累、豐富自己，并且逐漸形成自己的設計風格。一個程序設計的質(zhì)量，以及所用的時間往往與編程者的經(jīng)驗有很大關系。所謂常用基本環(huán)節(jié)很多是借鑒繼電接觸器控制線路轉換而來的。它與繼電接觸器線路圖畫法十分相似，信號輸入、輸出方式及控制功能也大致相同。對于熟悉繼電接觸器控制系統(tǒng)設計原理的工程技術人員來講，掌握梯形圖語言設計無疑是十分方便和快捷的。上面我們繪制了包裝生產(chǎn)線的流程圖，下面我們使用起保停電路的順序控制的方法編制PLC程序。起保停電路使用于觸點和線圈有關的指令，任何一種PLC的指令系統(tǒng)都有一類指令，因此這是一種通用的編程方法，可以用于任意型號的PLC。設計起保停電路的關鍵是找出它的起動條件和停止條件。根據(jù)轉換實現(xiàn)的基本規(guī)則，轉換實現(xiàn)的條件是它的前級步為活動步，并且滿足相應的轉換條件，如該系統(tǒng)中步M0.1變?yōu)榛顒硬降臈l件是它的前級步M0.0為活動步，且二者之間的轉換條件為I0.0為1，在起保停電路中，則應該將代表前級步的M0.0的常開觸點和代表轉換條件的I0.0的常開觸點串聯(lián)，作為控制M0.1的起動電路。當M0.1和I0.3的常開觸點均閉合時，步M0.2變?yōu)榛顒硬?，這時步M0.1應變?yōu)榛顒硬?。因此可以將M0.2為1作為使存儲器位M0.1變?yōu)镺FF的條件，即將M0.2的常閉觸點與M0.1的線圈串聯(lián)，上述邏輯關系可以用邏輯代數(shù)式表示為：?I0.0+M0.1）?“斷電”初始步變?yōu)椴换顒硬健Ｏ旅嫖覀兒唵谓榻B一下設計順序控制梯形圖的輸出電路部分。由于步是根據(jù)輸出變量的狀態(tài)變化來劃分的，它們之間的關系極為簡單，可以分為兩種情況來處理：某一輸出變量僅在某一步變?yōu)镺N，如該系統(tǒng)中的Q0.0/Q0.1，可以將它們的線圈與對應的存儲器位M0.3/M0.1的線圈并聯(lián)。某一輸出在幾步中都為ON，應將代表各有關步的存儲器位的常開觸點并聯(lián)后，驅(qū)動該輸出的線圈。當然PLC的程序有多種繪制方法，除了起保停順序控制設計，還有置位/復位，SCR指令等設計方法，在這里不做介紹。5.2.3PLC程序在該程序中我們用到了計數(shù)指令，下面我們簡單學習一下計數(shù)器的用法。S7—200共有256個計數(shù)器（不包括高速計數(shù)器），計數(shù)形式分為加計數(shù)、減計數(shù)與加/減計數(shù)3類。加計數(shù)（CTU）加計數(shù)指令通過輸入信號的上升沿計數(shù)，計數(shù)值從0開始增加，到達設定值PV時，輸出觸點接通。計數(shù)到達設定值后，如繼續(xù)輸入計數(shù)信號，計數(shù)值仍增加，觸點保持接通；計數(shù)器在復位信號R輸入為“1”時，清楚現(xiàn)行計數(shù)值，觸點被強制斷開。減計數(shù)（CTD）減計數(shù)指令通過輸入信號的上升沿計數(shù)，計數(shù)值從設定值PV開始減少，減到0時，輸出觸點接通。計數(shù)值為0后，如繼續(xù)輸入計數(shù)信號，計數(shù)值保持“0”觸點保持接通狀態(tài)；計數(shù)器在復位信號R輸入為“1”時，寫入設定值，觸點被強制斷開。加/減計數(shù)（CTUD）加/減計數(shù)指令CTUD有加計數(shù)和減計數(shù)兩個輸入端，利用輸入信號的上升沿，對同一計數(shù)器進行加/減計數(shù)。CTUD的加計數(shù)與CTU相同，計數(shù)輸入信號的每次上升沿，都可使現(xiàn)行計數(shù)值加1，當計數(shù)到達設定值PV時，輸出觸點接通。計數(shù)到達設定值后，如繼續(xù)輸入計數(shù)信號，計數(shù)值仍增加，觸點保持接通狀態(tài)；當計數(shù)值達到最大值32767時，如繼續(xù)輸入計數(shù)信號，將從-32768開始繼續(xù)計數(shù)。CTUD的減計數(shù)與CTD相同，計數(shù)輸入信號的每次上升沿，都可使現(xiàn)行計數(shù)值減1，當現(xiàn)行值減到最小值-32768后，如再輸入減計數(shù)信號，將從32767開始繼續(xù)計數(shù)。程序圖總結在本次課題工作中，除了鍛煉自己的能力外，也積累了不少的經(jīng)驗，同時發(fā)現(xiàn)有不少值得改進的地方，現(xiàn)總結如下：完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計工作，使系統(tǒng)能夠按預期的目標正常地運行。程序設計時結構清晰，易于檢查和修改。而且為以后軟件的維護和改進提供了方便。對系統(tǒng)的可靠性進行了充分的考慮，加入了各種的保護措施，盡量消除了各種可能的事故隱患。PLC非常利于小型自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)，用PLC作為下位機實現(xiàn)現(xiàn)場的信號輸入和實時控制，