基于plc的生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)裝箱系統(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(huà)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(xiàn)自動(dòng)裝箱的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。該系統(tǒng)有兩個(gè)傳送帶，即包裝箱傳送帶和產(chǎn)品傳送帶。包裝箱傳送帶用來(lái)傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已經(jīng)裝滿(mǎn)的包裝箱運(yùn)走，并用一只空箱來(lái)代替。為使空箱恰好對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品傳送帶的末端，使產(chǎn)品剛好落入包裝箱中，在包裝箱傳送帶的中間裝一光電傳感器，用以檢測(cè)包裝箱是否到位。產(chǎn)品傳送帶將產(chǎn)品從生產(chǎn)車(chē)間傳送到包裝箱，當(dāng)某一產(chǎn)品被送到傳送帶的末端，會(huì)自動(dòng)落入包裝箱內(nèi)，并由另一傳感器轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖。本控制系統(tǒng)具有精度高、本錢(qián)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：可編程控制器；自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)；傳送帶控制目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化開(kāi)展概況11.1生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化的開(kāi)展?fàn)顩r11.2國(guó)外生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化開(kāi)展概況2第二章PLC理論根底32.1PLC根底知識(shí)32.2PLC工作原理8第三章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)103.1繼電器控制主電路103.2梯形圖設(shè)計(jì)113.3流程圖15第四章操作分析164.1硬件整體接線(xiàn)164.2STEP7-Micro/WIN編程184.3程序下載214.3生產(chǎn)線(xiàn)仿真圖22結(jié)論24參考文獻(xiàn)25致謝26第一章生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化開(kāi)展概況1.1生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化的開(kāi)展?fàn)顩r自動(dòng)化技術(shù)的提高能大幅度的提高經(jīng)濟(jì)效益，這在包裝業(yè)中表現(xiàn)的特別明顯。近年來(lái)，包裝生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化、電子監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)持續(xù)開(kāi)展，使的包裝企業(yè)以高速度、較少的停機(jī)時(shí)間和包裝故障，以及產(chǎn)品損耗減少、工傷和老毛病降低等優(yōu)點(diǎn)而獲得出色的成就。2002年11月3至7日在芝加哥舉行的國(guó)際PACKEXPO上，可以名明白多家自動(dòng)化公司展示的最新的包裝設(shè)備和新技術(shù)。這些經(jīng)濟(jì)實(shí)用的自動(dòng)化技術(shù)將會(huì)成為未來(lái)的開(kāi)展力量.可見(jiàn)自動(dòng)裝箱技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。在中國(guó)，自動(dòng)化技術(shù)還未成熟，還需要長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)展，所以將會(huì)有很大的空間來(lái)開(kāi)展此技術(shù)。這也是未來(lái)的開(kāi)展方向和趨勢(shì)。中國(guó)的經(jīng)濟(jì)高速度開(kāi)展也需要這項(xiàng)技術(shù)來(lái)促進(jìn)和加速，相信在自動(dòng)化技術(shù)成熟以后，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)也將有飛躍性的進(jìn)步。當(dāng)前中國(guó)的經(jīng)濟(jì)開(kāi)展格局也是非常的需要高技術(shù)來(lái)支持。這樣中才會(huì)有穩(wěn)定的開(kāi)展?fàn)顟B(tài)。向西部開(kāi)展的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略思想必然需要有高技術(shù)隨之轉(zhuǎn)移，生產(chǎn)也將需要自動(dòng)化技術(shù)的支持，這樣開(kāi)展高技術(shù)自動(dòng)化也就是必然的趨勢(shì)。通過(guò)此題目的設(shè)計(jì)可以把大學(xué)四年所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)融會(huì)貫穿于實(shí)際并能鍛煉獨(dú)立思考的能力,經(jīng)過(guò)對(duì)我們的鍛煉必然成為未來(lái)自動(dòng)化技術(shù)的骨干，也將為中國(guó)的開(kāi)展奉獻(xiàn)一份力量，也使得我們能適應(yīng)未來(lái)中國(guó)以及世界自動(dòng)化技術(shù)的開(kāi)展趨勢(shì)?，F(xiàn)階段我國(guó)自動(dòng)化市場(chǎng)旺盛的開(kāi)展勢(shì)頭拉動(dòng)了對(duì)自動(dòng)化人才的巨大需求。另外，這一兩年國(guó)外自動(dòng)化企業(yè)實(shí)施的包括人員外鄉(xiāng)化在內(nèi)的全方位外鄉(xiāng)化戰(zhàn)略也使得我國(guó)對(duì)自動(dòng)化人才的需求驟增。ABB是一家國(guó)家背景淡化的跨國(guó)公司，業(yè)內(nèi)人士稱(chēng)其為“多國(guó)部隊(duì)〞。因?yàn)锳BB更重視在它的業(yè)務(wù)開(kāi)展到的每一個(gè)地方，不遺余力地推行人才外鄉(xiāng)化戰(zhàn)略。2004年10月25日，ABB集團(tuán)董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官杜曼先生在北京的新聞發(fā)布會(huì)上曾表示：5年后，中國(guó)將取代美國(guó)和德國(guó)成為ABB的第一大市場(chǎng)。為了順利實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，ABB已經(jīng)制定了清晰的5點(diǎn)戰(zhàn)略，其中包括培養(yǎng)本地人才。到2023年ABB在中國(guó)招聘新員工5000名。那時(shí)，ABB在中國(guó)的雇員總數(shù)到達(dá)約12,000名?，F(xiàn)在，與一系列的中國(guó)外鄉(xiāng)化戰(zhàn)略相對(duì)應(yīng)，更多的跨國(guó)企業(yè)都把大規(guī)模的招募方案排上了日程安排。未來(lái)兩年，施耐德中國(guó)將招收新員工2000名，今年的目標(biāo)是1000名，其中“碩士以上學(xué)位的至少需要500名〞。施耐得電氣自1979年進(jìn)入中國(guó)，目前在華已擁有4000名員工，在這4000名員工中外鄉(xiāng)化的比率到達(dá)74%。但顯見(jiàn)，這個(gè)數(shù)字在今后的幾年里將會(huì)更大提高。除此之外，目前在中國(guó)已擁有31,000名本地員工的西門(mén)子公司也方案2005年再增加5000名員工。西門(mén)子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)(A&D)作為西門(mén)子股份公司最大的集團(tuán)之一，預(yù)計(jì)，這5000名新員工中有很大一局部是為滿(mǎn)足該集團(tuán)迅猛開(kāi)展需要的。1.2國(guó)外生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化開(kāi)展概況在一些工業(yè)興旺國(guó)家中，配電自動(dòng)化系統(tǒng)受到了廣泛的重視，國(guó)外的配電自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)形成了集變電所自動(dòng)化、饋線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)測(cè)控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶(hù)負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)〔DMS〕，其功能已多達(dá)140余種。國(guó)外著名電力系統(tǒng)設(shè)備的制造廠(chǎng)家根本都涉足配電自動(dòng)化領(lǐng)域，如德國(guó)西門(mén)子公司、法國(guó)施耐德公司、美國(guó)COOPER公司、摩托羅拉公司、英國(guó)ABB公司、日本東芝公司等，均推出了各具特色的配電網(wǎng)自動(dòng)化產(chǎn)品。日本是配電自動(dòng)化開(kāi)展得比擬快的國(guó)家。到1986年，全國(guó)9個(gè)電力公司的41610條配電線(xiàn)路已有35983條〔86.5%〕實(shí)現(xiàn)了故障后的按時(shí)限自動(dòng)順序送電，其中2788條〔6.7%〕實(shí)現(xiàn)了配電線(xiàn)開(kāi)關(guān)〔指柱上開(kāi)關(guān)〕的遠(yuǎn)方監(jiān)控〔包括一般的和計(jì)算機(jī)監(jiān)控〕。日本從50年代開(kāi)始在配電線(xiàn)上采用自動(dòng)隔離故障區(qū)，并向健全區(qū)〔無(wú)故障區(qū)〕恢復(fù)送電的按時(shí)限順序送電裝置；60~70年代研究開(kāi)發(fā)了各種就地控制方式和配電線(xiàn)開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)方監(jiān)視控制裝置；70年代后半期開(kāi)始利用計(jì)算機(jī)構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)；其后由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息傳送技術(shù)的開(kāi)展，配電自動(dòng)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及配電線(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)視控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用上得到很大的開(kāi)展。新加坡公用電力局〔PUB〕在80年代中期投運(yùn)并在90年代加以開(kāi)展和完善的大型配電網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)，其規(guī)模最初覆蓋其22KV配電網(wǎng)的1330個(gè)配電站，目前已將網(wǎng)絡(luò)管理功能擴(kuò)展到6.6KV配電網(wǎng)，進(jìn)而覆蓋約4000個(gè)配電站。芬蘭“EspooSahko〞電力配電公司的配電自動(dòng)化覆蓋了該公司的85000個(gè)用戶(hù)，8座110/20KV的一次變電站，1100KM的20KV饋電線(xiàn)和1400個(gè)20/0.4KV的配電變電站。從國(guó)外配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用的通信方式看，尚沒(méi)有一種通信技術(shù)可以很好地滿(mǎn)足于配電系統(tǒng)自動(dòng)化所有層次的需要。在一個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，往往由多種通信技術(shù)組合成綜合的通信系統(tǒng)，各個(gè)層次按實(shí)際需要采用適宜的通信方式。第二章PLC理論根底2.1PLC根底知識(shí)LC的開(kāi)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM(通用汽車(chē))公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美同數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱(chēng)ProgrammableController(PC)。個(gè)人訓(xùn)算機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)PC)開(kāi)展起火后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController(PLC)。上個(gè)世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC開(kāi)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30-40％，在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。2.1.2PLC的構(gòu)成PLC雖然外觀各異，但是其硬件結(jié)構(gòu)卻大體相同。主要有中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(ROM、RAM)、輸入輸出器件(I/O接口)，電源及編程設(shè)備幾大局部構(gòu)成(如圖2-1)。這些模塊可以按照一定規(guī)那么組合配置。按鈕接觸器按鈕接觸器輸入模塊輸出模塊CPU輸入模塊輸出模塊CPU繼電器觸點(diǎn)繼電器觸點(diǎn)電磁閥存儲(chǔ)器電磁閥存儲(chǔ)器電源局部電源局部行程開(kāi)關(guān)指示燈行程開(kāi)關(guān)指示燈編程器編程器圖2-1單元式PLC結(jié)構(gòu)框圖CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的存放器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶(hù)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(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、存放器以及實(shí)現(xiàn)他們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線(xiàn)構(gòu)成。CPU單元還包括外圍芯片、總線(xiàn)接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各局部的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。存放器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I／O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。I/O接口輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)信號(hào)連接的局部。輸入輸出接口用來(lái)接收生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)。輸出接口用來(lái)可編程控制器運(yùn)算后的控制信息，并通過(guò)機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成丁業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種控制。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)可編程控制器接口的要求一是要有較好的抗十憂(yōu)能力，二是要能滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)信號(hào)的匹配要求，因此廠(chǎng)家為可編程控制器設(shè)計(jì)了不同的接口單元。主要有以下幾種：(1)開(kāi)關(guān)量輸入接口。(2)開(kāi)關(guān)量輸出接口。(3)模擬量輸入接口。〔4)模擬量輸出接口。(5)智能輸入輸出接口。電源可編程控制器的電源包括為可編程控制器各工作單元供電的開(kāi)關(guān)電源以及掉電保護(hù)電路供電的后備電源，后備電源一般為電池。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序，用戶(hù)程序及運(yùn)算的單元。和計(jì)算機(jī)一樣，位置都有嚴(yán)格的劃分。由于可編程控制器是為了熟悉繼電接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用的，可編程控制器的數(shù)據(jù)單元都叫繼電器。不同的用途的繼電器在存儲(chǔ)區(qū)中占有不同的區(qū)域。每個(gè)存儲(chǔ)單元有不同的地址編號(hào)。外部設(shè)備編程器是PLC開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，日前一般由計(jì)算機(jī)(運(yùn)行編程軟件)充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)?？删幊炭刂破鬟€配有其他的一些外部設(shè)備：盒式磁帶機(jī)，打印機(jī)，EPROM寫(xiě)入器和高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng)。2.1.8PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的丁業(yè)網(wǎng)絡(luò)拄術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來(lái)越顯著，甚至有人提出“網(wǎng)絡(luò)就是控制器〞的觀點(diǎn)說(shuō)法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS—232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過(guò)多點(diǎn)接口(MPl)的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。2.1.9PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根本原那么(1)最大限度的滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求。(2)在滿(mǎn)足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。(3)保證控制系統(tǒng)平安可靠。(4)考慮到生產(chǎn)的開(kāi)展和工藝的改良在選擇PLC容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔俊?.2PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語(yǔ)言2.1.10PLC軟件系統(tǒng)PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶(hù)程序兩局部組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、將程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由PLC廠(chǎng)家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預(yù)。用戶(hù)程序是用戶(hù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，用PLC的程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序(也就是邏輯控制)用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制。FXGPWIN是用于三菱可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶(hù)程序，我們就是使用FXGPWIN來(lái)進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線(xiàn)監(jiān)視。PLC提供的編程語(yǔ)言PLC采用最常用的兩種編程語(yǔ)言，一是梯形圖，二是指令表。采用梯形圖編程，因?yàn)樗庇^易懂，但需要一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的編程軟件；采用指令形式便于實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗恍枰慌_(tái)簡(jiǎn)易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計(jì)算機(jī)來(lái)編程。雖然一些高檔的PLC還具有與計(jì)算機(jī)兼容的c語(yǔ)言、BASIC語(yǔ)言、專(zhuān)用的高級(jí)語(yǔ)言(如西門(mén)子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP)，還有用布爾邏輯語(yǔ)言、通用計(jì)算機(jī)兼容的匯編語(yǔ)言等。不管怎么樣，各廠(chǎng)家的編程語(yǔ)言都只能適用于本廠(chǎng)的產(chǎn)品。l、編程指令指令是PLC被告知要做什么，以及怎樣去做的代碼或符號(hào)。從本質(zhì)上講，指令只是一些二進(jìn)制代碼，這點(diǎn)PLC與普通的計(jì)算機(jī)是完全札同的。同時(shí)PLC也有編譯系統(tǒng)，它叫以把一些文字符號(hào)或圖形符號(hào)編譯成機(jī)器碼，所以用戶(hù)看到的PLC指令一般不是機(jī)器碼而是文字代碼，或圖形符號(hào)。常用的助記符語(yǔ)句用英文文字(可用多國(guó)文字)的縮寫(xiě)及數(shù)字代表各相應(yīng)指令。常用的圖形符號(hào)即梯形圖，它類(lèi)似于電氣原理圖是符號(hào)，易為電氣工作人員所接受。2、指令系統(tǒng)一個(gè)PLC所具有的指令的全體稱(chēng)為該P(yáng)LC的指令系統(tǒng)。它包含著指令的多少，各指令都能干什么事，代表著PLC的功能和性能。一般講，功能強(qiáng)、性能好的PLC，其指令系統(tǒng)必然十分豐富，所能干的事也就多。我們?cè)诰幊讨氨仨毰錚LC的指令系統(tǒng)。3、程序PLC指令的有序集合，PLC運(yùn)行它，可進(jìn)行相應(yīng)的工作，當(dāng)然，這里的程序是指PLC的用戶(hù)程序。用戶(hù)程序一般由用戶(hù)設(shè)計(jì)，PLC的廠(chǎng)家或代銷(xiāo)商不提供。用語(yǔ)句表達(dá)的程序不大直觀，可讀性差，特別是較復(fù)雜的程序，更難讀，所以多數(shù)程序用梯形圖表達(dá)。4、梯形圖梯形圖是通過(guò)連線(xiàn)把PLC指令的梯形圖符號(hào)連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線(xiàn)有兩種：一為母線(xiàn)，另一為內(nèi)部橫豎線(xiàn)。內(nèi)部橫堅(jiān)線(xiàn)把一個(gè)個(gè)梯形圖符號(hào)指令近成一個(gè)指令組，這個(gè)指令組一般總是從裝載(LD)指令開(kāi)始，必要時(shí)再繼以假設(shè)干個(gè)輸入指令(含LD指令)，以建立邏輯條件。最后為輸出類(lèi)指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。母線(xiàn)是用來(lái)連接指令組的。5、梯形圖與指令表的對(duì)應(yīng)關(guān)系指令表指令與梯形圖指令有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而梯形圖的連線(xiàn)又可把指令的順序予以表達(dá)。一般講，其順序?yàn)椋合容斎?，后輸?含其他處理)：先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成指令表程序。反之根據(jù)指令表，也可畫(huà)出與其對(duì)應(yīng)的梯形圖。6、梯形圖與電氣原理圖的關(guān)系如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可以建立起一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如梯形圖的輸出(OUT)指令，對(duì)應(yīng)于繼電器的線(xiàn)圈，而輸入指令(如LD，AND，OR)對(duì)應(yīng)于接點(diǎn)，互鎖指令(IL、ILC)可看成總開(kāi)關(guān)，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經(jīng)轉(zhuǎn)換即可變成梯形圖，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，即可變成語(yǔ)句表程序。有了這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，用PLC程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是PLC技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)繼電控制技術(shù)的繼承。PLC是專(zhuān)為工業(yè)控制而開(kāi)發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠(chǎng)廣闊電氣技術(shù)人員，為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，通常PLC不采用微機(jī)的編程語(yǔ)言，而常常采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言〞編程。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)1994年5月公布的IEC1131—3(可編程控制器語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn))詳細(xì)地說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述5種編程語(yǔ)言：順序功能圖(sequentialfunctionchat)、梯形圖(Ladderdiagram)、功能塊圖(Functionblackdiagram)、指令表(Instructionlist)、結(jié)構(gòu)文本(structuredtext)。梯形圖和功能塊圖為圖形語(yǔ)言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語(yǔ)言，順序功能圖是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。梯形圖是使用得最多的圖形編程語(yǔ)言，被稱(chēng)為PLC的第一編程語(yǔ)言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠(chǎng)電氣人員掌握，特別適用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱(chēng)為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱(chēng)為編程。2.2PLC工作原理2.2.1PLC的工作原理PLC雖然以微處理器為核心，具有微型計(jì)算機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微型計(jì)算機(jī)有很大的不同，微型計(jì)算機(jī)一般采用等待命令或中斷的工作方式，如常見(jiàn)的鍵盤(pán)掃描方式或I／O掃描力式，當(dāng)有按鍵按下或I／O動(dòng)作，那么轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序或中斷效勞程序，無(wú)鍵按下，那么繼續(xù)掃描等待。PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，即順序掃描，不斷循環(huán)這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下進(jìn)行的。PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶(hù)按控制要求編寫(xiě)好并存于用戶(hù)存儲(chǔ)器中的程序，按序號(hào)作周期性的程序循環(huán)掃描，程序從第一條指令開(kāi)始，逐條順序執(zhí)行用戶(hù)的程序直到程序結(jié)束。然后重新返第一條指令，再開(kāi)始下一次掃描；如此周而復(fù)始。實(shí)際上，PLC掃描工作除了執(zhí)行用戶(hù)程廳外，還要完成其他工作，整個(gè)工作過(guò)程分為自診斷、通訊效勞、輸入處理、輸出處理、程序執(zhí)行五個(gè)階段。如圖2-2所示。用戶(hù)輸入設(shè)備用戶(hù)輸出設(shè)備程序執(zhí)行輸出端子輸出存放器輸出映像存放器輸入端子輸入鎖存器輸入映像存放器用戶(hù)輸入設(shè)備用戶(hù)輸出設(shè)備程序執(zhí)行輸出端子輸出存放器輸出映像存放器輸入端子輸入鎖存器輸入映像存放器輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新一個(gè)掃描周期圖2-2PLC工作循環(huán)示意圖工作方式(1)自診斷每次掃描用戶(hù)程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容包括I／O局部、存儲(chǔ)器、CPU等，并通過(guò)CPU設(shè)置定時(shí)器來(lái)監(jiān)視每次掃描是否超過(guò)規(guī)定的時(shí)間，如果發(fā)現(xiàn)異常，那么停機(jī)并顯示出錯(cuò)。假設(shè)自診斷正常，那么繼續(xù)向下掃描。(2)通訊效勞PLC檢杏是否有與編程器、計(jì)算機(jī)等的通訊要求，假設(shè)有那么進(jìn)行相應(yīng)處理。(3)輸入處理PLC在輸入刷新階段，首先以?huà)呙璺绞桨错樞驈妮斎肟s存器中寫(xiě)入所有輸入端子的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并將其存入內(nèi)存中為其專(zhuān)門(mén)開(kāi)辟的暫存區(qū)——輸入狀態(tài)映像區(qū)中，這一過(guò)程稱(chēng)為輸入采樣，或是如刷新，隨后關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段，即使輸入端有變化，輸入映像區(qū)的內(nèi)容也不會(huì)改變。變化的輸入信號(hào)的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入刷新階段被讀入。(4)輸出處理同輸入狀態(tài)映像區(qū)一樣，PLC內(nèi)存中也有一塊專(zhuān)門(mén)的區(qū)域稱(chēng)為輸出狀態(tài)映像區(qū)。當(dāng)程序的所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)映像區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)就在CPU的控制下被一次集中送至輸出鎖存器中，并通過(guò)一定的輸出方式輸出，推動(dòng)外部的相應(yīng)執(zhí)行器件工作，這就是PLC輸出刷新階段。(5)程序執(zhí)行PLC在程序執(zhí)行階段，按用戶(hù)程序順序掃描執(zhí)行每條指令。從輸入狀態(tài)映像區(qū)讀出輸入信號(hào)的狀態(tài)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的運(yùn)算處理等，將結(jié)果寫(xiě)入輸出狀態(tài)映像區(qū)。通常將自診斷和通訊效勞合稱(chēng)為監(jiān)視效勞。輸入刷新和輸出刷新稱(chēng)為I／O刷新?？梢钥闯?，PLC在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的掃描只是在輸入采樣階段進(jìn)行，對(duì)輸出賦的值也只有在輸出刷新階段才能被送出，而在程序執(zhí)行階段輸入、輸出會(huì)被封鎖。這種方式稱(chēng)做集中采樣、集中輸出。掃描周期掃描周期即完成一次掃描(I／O刷新、程序執(zhí)行和監(jiān)視效勞)所需要的時(shí)間，由PLC的工作過(guò)程可知，一個(gè)完整的掃描周期T應(yīng)為：T=(輸入一點(diǎn)時(shí)間X輸入點(diǎn)數(shù))+(運(yùn)算速度×程序步數(shù))+(輸出一點(diǎn)時(shí)間×輸出點(diǎn)數(shù))+監(jiān)視效勞時(shí)間。掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于三個(gè)要素：一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是每條指令占用的時(shí)間；三是執(zhí)行指令條數(shù)的多少，即用戶(hù)程序的長(zhǎng)度。第三章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1繼電器控制主電路FU1L1L2L3QSKM2KM1FR1FR2M1M2M1M2圖3-1繼電器的主電路3.2梯形圖設(shè)計(jì)梯形圖是PLC最常用的一種編程語(yǔ)音，因?yàn)樗庇^易懂用計(jì)算機(jī)就可以編輯，以下是對(duì)本設(shè)計(jì)的梯形圖設(shè)計(jì)。圖3-2原理梯形圖本梯形設(shè)計(jì)圖分為15個(gè)網(wǎng)絡(luò)塊：網(wǎng)絡(luò)1為開(kāi)始?jí)K；網(wǎng)絡(luò)2-網(wǎng)絡(luò)7為傳送帶一的控制操作，即機(jī)械手將貨物從傳感器SQ1的位置裝入箱子里；網(wǎng)絡(luò)8-網(wǎng)絡(luò)14為傳送帶二的操作控制，即機(jī)械手二將裝有貨物的箱子從傳送帶一搬運(yùn)到傳送帶二上；網(wǎng)絡(luò)15為整個(gè)流水線(xiàn)結(jié)束控制塊。3.3流程圖開(kāi)始開(kāi)始啟動(dòng)按鈕SB1啟動(dòng)按鈕SB1傳輸線(xiàn)2運(yùn)行傳輸線(xiàn)2運(yùn)行SQ2 動(dòng)作后停SQ2 動(dòng)作后停計(jì)時(shí)器延1計(jì)時(shí)器延1計(jì)時(shí)器延1數(shù)傳輸線(xiàn)1運(yùn)行傳輸線(xiàn)1運(yùn)行SQ1檢測(cè)并計(jì)數(shù)SQ1檢測(cè)并計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器計(jì)10個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)10個(gè)按鈕按下計(jì)數(shù)復(fù)位按鈕按下計(jì)數(shù)復(fù)位按鈕按下停止按鈕SB2按下停止按鈕SB2停止停止圖3-3操作流程圖第四章操作分析4.1硬件整體接線(xiàn)圖4-1plc硬件接線(xiàn)圖接線(xiàn)說(shuō)明：?jiǎn)?dòng)按鈕SA0傳感器SQ1傳感器SQ2停止按鈕SA1輸入端I0.0I0.1I0.2I0.3電磁閥Y1Y2Y3Y4Y5Y6電動(dòng)機(jī)M1M2輸出端Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.0Q0.74.2STEP7-Micro/WIN編程對(duì)于不同的設(shè)計(jì)所用到的知識(shí)不用它們對(duì)應(yīng)的編程軟件也不同，本設(shè)計(jì)運(yùn)用了STEP7-Micro/WIN編輯軟件。圖4-2編程軟件示意圖仿真編程：TITLE=//PROGRAMCOMMENTS//PressF1forhelpandexampleprogram//Network1//NETWORKTITLE(singleline)////NETWORKCOMMENTS////LDI0.0EULDQ0.1EDOLDSQ0.0,1SM1.0,1Network2LDI0.1AM1.0EULDQ0.4ANT40ANI0.3OLDRQ0.0,1=Q0.4TONT37,45SM0.4,1Network3LDT37OQ0.5OT41LPSANT51ANI0.3ANT39=Q0.5LRDANT41TONT38,45LPPANT51ANT37=M0.6Network4LDT38OQ0.6OM0.6LPSANI0.3ANT50=Q0.6LRDANT41TONT39,25LRDTONT40,50TONT41,75TONT50,120LPPTONT51,140Network5LDQ0.6EDOV0.0ANQ0.0=V0.0Network6LDV0.0AQ0.5EDSQ0.0,1Network7LDI0.2OM0.7LPSAM0.4ANI0.3ANT52=M0.7LPPTONT52,15Network8LDM0.7AM0.4OQ0.2LPSANQ0.5ANQ0.6ANQ0.4SQ0.2,1LRDANM0.0TONT42,40LRDRQ0.0,1LPPRM0.4,1Network9LDT43RQ0.2,1Network10LDT42OQ0.3LPSANI0.3ANT46=Q0.3LRDTONT43,10LPPTONT44,60Network11LDT44OQ0.1LPSANI0.3ANT48=Q0.1LPPTONT45,45Network12LDT45OM0.0LPSSQ0.2,1ANI0.3ANT48=M0.0LRDTONT46,45LPPTONT47,70Network13LDT47OM0.2LPSRQ0.2,1ANI0.3ANT48=M0.2LPPTONT48,25Network14LDQ0.1ANQ0.3EDOQ0.7LPSANI0.3ANT49=Q0.7LPPTONT49,100Network15LDI0.3RQ0.0,1RM0.4,1RM1.0,14.3程序下載編輯完程序后，我們將所編程序從軟件中下載到PLC硬件模塊中生產(chǎn)線(xiàn)仿真流程才能得以運(yùn)行。在我們下載過(guò)程中一定要注意按照?qǐng)D4-3中的考前須知進(jìn)行選擇確定，最后點(diǎn)擊下載，等到程序100%下載完成就可以進(jìn)行下一步工作。圖4-3程序下載至PLC模塊4.3生產(chǎn)線(xiàn)仿真圖4-4生產(chǎn)線(xiàn)仿真圖硬件仿真操作：按下啟動(dòng)按扭SA0電機(jī)M1運(yùn)行當(dāng)傳感器SQ1檢測(cè)到有貨物時(shí)〔SQ1亮〕電動(dòng)機(jī)M1停止運(yùn)行，機(jī)械手一向前推出〔Y4為ON〕4秒后機(jī)械手一下行〔Y5為ON〕4秒后機(jī)械手一夾緊物料〔Y6為ON〕4秒后機(jī)械手一向上提起〔Y5為OFF〕4秒后機(jī)械手一向后拉回〔Y4為OFF〕4秒后機(jī)械手一下行〔Y5為ON〕4秒后機(jī)械手一松開(kāi)物料〔Y6為OFF〕M1運(yùn)行。貨料離開(kāi)SQ1位置〔SQ1為OFF〕。當(dāng)SQ2檢測(cè)到有貨物時(shí)〔SQ2為ON〕M1停止運(yùn)行，機(jī)械手二向下運(yùn)行〔Y2為ON〕4秒后機(jī)械手二夾緊物料〔Y3為ON〕，4秒后機(jī)械手二向上提起〔Y2為OFF〕4秒后機(jī)械手二向前推出〔Y1為ON〕4秒后機(jī)械手二下行〔Y2為ON〕4秒后機(jī)械手二松開(kāi)物料〔Y3為OFF〕4秒后機(jī)械手二向上提起〔Y2為OFF〕電機(jī)M2運(yùn)行10秒，送走貨料同時(shí)，機(jī)械手二向上提起后延時(shí)4秒機(jī)械手二向后拉回〔Y1為OFF〕按下停止按鈕SA1按照以上步驟即可完成自動(dòng)裝生產(chǎn)線(xiàn)的操作。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)的根本要求，經(jīng)過(guò)屢次的調(diào)試，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠，可以很好地適用于連續(xù)工作。本次設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)裝箱PLC控制系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本錢(qián)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(guò)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)尚有缺乏，還有很多的擴(kuò)展功能沒(méi)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。畢業(yè)論文是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的時(shí)機(jī)，通過(guò)這次比擬完整自動(dòng)裝箱生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)根底知識(shí)，解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及電腦制圖等其他專(zhuān)業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。通過(guò)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(zhuān)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(guò)程中，我遇到了一些困難，也走了很多彎路。但通過(guò)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)我也獲得了很多珍貴的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)到了很多新的知識(shí)。順利如期的完本錢(qián)次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專(zhuān)業(yè)的開(kāi)展前景充滿(mǎn)信心，無(wú)論是電氣控制還是設(shè)計(jì)，我都采用了一些新的技術(shù)和設(shè)備，他們有著很多的優(yōu)越性但也存在一定的缺乏，這些缺乏在一定程度上限制了我們的創(chuàng)造力。比方在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上就有很大的缺乏，在這個(gè)電氣工程專(zhuān)業(yè)高度受重視的社會(huì)，這無(wú)疑是很讓我自身感到遺憾的，可這些缺乏正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動(dòng)力，只有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題面對(duì)問(wèn)題才有可能解決問(wèn)題，缺乏和遺憾不會(huì)給我打擊只會(huì)更好的鞭策我前行，今后我更會(huì)關(guān)注新技術(shù)新