PLc课程设计报告 啤酒装箱自动生产线的设计 23页.docx
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PLc课程设计报告啤酒装箱自动生产线的设计23页
班级:
07自动化
姓名:
学号:
指导老师:
引言
可编程控制器(PLC)是一种数字式运算操作的电子系统,转为工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器,用来在启内部存贮执行逻辑运算、模拟式的输入与输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及有关设备,都遵循易于与工业控制系统形成统一的整体,易于扩充其功能的原则进行设计,因此,可编程控制器以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用性高、通用灵活、体积小、使用寿命长凳一系列优点,在汽车、钢铁、航空航天、化工、食品、造纸、等工业领域获得了广泛的应用。
本实验通过对啤酒装箱自动生产线的设计,学习PLC在带式传送机控制系统中的应用及机械手控制中的应用。
通过PLC与具体生产相结合实践,提高对PLC的深入学习程度与解决问题,分析问题的能力。
同时巩固对PLC的学习与应用。
同时本设计可加深大家对顺序功能指令集启动、保持、停止编程方法的认识,加深对功能指令及特殊辅助继电器的灵活应用,加深大家对一些典型常用PLC梯形图的学习与应用。
一、设计任务…………………………………………...4
二、系统总体方案设计………………………..............5
2.1系统硬件配置及组成原理………………………...6
2.2系统变量定义及分配表………………………….7
2.3PLC原理接线图….................................………....8
2.4系统可靠性设计…………………………………..8
三、控制系统设计……………………………………...8
3.1控制系统程序流程设计…………………………......9
3.2控制程序设计思路……………………………..........10
四、系统调试及结果分析………………………….....11
4.1系统调试及解决的问题……………………………..12
4.2结果分析……………………………………….....12
结束语………………………………………..................13
参考文献……………………………………………....13
附录:
啤酒装箱程序
1、设计任务
啤酒装箱自动生产线模拟控制
图1啤酒装箱自动生产线组态仿真界面
图2传送带电动机主电路图
控制要求:
1.啤酒装箱自动生产线组态仿真界面如图1所示,装好的啤酒一个接一个不断地进入装箱生产线,在装箱生产线上有一个光电传感器,每当一个啤酒瓶经过时,会产生一个脉冲信号,可以用这个脉冲信号计数已经经过的啤酒瓶个数,并将计数的结果用2个7段数码管显示。
当啤酒数达到24个时(减计数),进行装箱动作。
2.系统是利用一只机械手来完成整个装箱动作过程。
机械手的上升、下降、左移、右移、动作分别由四个电磁阀控制,夹紧与放松由一个电磁阀控制。
3.机械手左侧传送带1和右侧传送带2均由三相异步电动机驱动,电动机应有相应的保护。
传送带电动机主电路图如图2所示。
4.在生产线开始运动之前,机械手可能位于任何位置,要求在生产线的初始化阶段将机械手送到左上角的位置。
5.4个行程开关:
左行程开关、右行程开关、上行程开关和下行程开关。
当机械手向左运动时,若碰到左侧的行程开关,则左侧行程开关闭合,同时行程开关变成红色,表示机械手已经到达最左侧。
其他3个方向行程开关的作用相同。
另外,还有一个夹紧开关,机械手夹紧时闭合。
6.装箱过程:
1)计数器从23减计数到0时,传送带1停止,开始装箱动作。
2)先将机械手沿着最左侧从上向下运动,直到碰到最下端行程开关为止,此时表示机械手已经碰到了酒瓶;
3)机械手夹住啤酒后,夹紧时,夹紧开关动作;
4)机械手向上运动,升到上限位时碰到最上面的行程开关;
5)机械手右行,同时传送带1又起动,计数器继续累计啤酒瓶数,机械手到右限位碰到右侧的行程开关;
6)机械手下行,直到碰到下端的行程开关为止;
7)机械手松开,表示已经把啤酒装入箱中,夹紧开关复位;
8)传送带2运转,将装满的箱运走,并在下一个空箱到达后停止,同时机械手上行左行回到左上角的原位,一次的装箱过程完成。
二、系统总体方案设计
2.1系统硬件配置及组成原理
本设计使用三菱FX2N-64MT,LC-IV型可编程控制器教学实验装置,机械手,GX-developer仿真软件来实现设计。
FX2N-64MT指标:
FX2N-64MT-001输入点32,32点晶体管输出,CPU处理速度:
0.065μs/,基本指令64K步大容量内存实现了系列中最快的高速处理大幅增加软元件数量:
M:
7680,S:
40%,T:
512,D:
40768,高速计数器功能:
单相100kHz×6点+10kHz×2点,独立3轴定位(脉冲输出)功能,强化密码功能具备各种功能强大的扩展板和适配器:
3通道端口;16通道模拟量入出;200KHZ高速计数和定位,连接FX2N扩展设备实现最多达384点I/O控制。
PLC的基本结构如下;
PLC工作原理:
PLC则是采用循环扫描的工作方式。
对每个程序,CPU从第一条指令开始执行,按指令步序号做周期性的程序循环扫描,如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条执行用户程序,直至遇到结束符后又返回第一条指令,如此周而复始不断循环,每一个循环称为一个扫描周期。
扫描周期的长短主要取决于以下几个因素:
一是CPU执行指令的速度;二是执行每条指令占用的时间;三是程序中指令条数的多少。
一个扫描周期主要可分为3个阶段。
输入刷新阶段程序执行阶段输出刷新阶段
机械手工作原理:
实现控制机械手运动将工件从一个地方转移到另一个地方,其工序包括下降,夹紧,上升,右移,左移,放松几个工序。
上升,下降,左移,右移分别由对应的线圈控制,属于双线圈双位置控制。
夹紧,放松仅由一个线圈控制即单线圈双位置。
上升,下降,左移,右移有各自对应有限位开关。
机械手处于最上面,最左边且是放松时称为系统处于初始状态,机械手能连续工作。
其模型如下图所示:
2.2系统变量定义及分配表
输入
输出
输入继电器
控制按钮
作用
输出继电器
作用
X000
SB0
启动开关
Y000--Y007
显示
X001
SB1
左限位开关
Y021
机械手下降
X002
SB2
右限位开关
Y022
机械手上升
X003
SB3
上限位开关
Y023
机械手右移
X004
SB4
下限位开关
Y024
机械手左移
X005
SB5
光电传感器
Y025
机械手夹紧或放松
X006
SB6
纸箱检测传感器
Y026
KM1
X007
SB7
无工件检测传感器
Y027
KM2
X010
SB10
停止按钮
Y030
复位指示灯
X011
QF1
电机1保护开关
X012
QF2
电机2保护开关
X020
SB20
自动复位启动按钮
2.3PLC接线图设计
PLC外部接线图如下图所示:
2.4PLC可靠性设计
在程序设计时为了充分考虑系统的可靠性,防止断电引起的程序中断,所有的计时器和计数器均采用具有锁存功能的计时器和计数器。
同时为了保护电机的正常运转,在两台电机电路接线中分别加入熔断器FR,电机正常工作时熔断器闭合,当电机由于非正常工作引起温度过高时,熔断器熔断,使电机停止工作。
当计数台上的啤酒为24瓶时,立刻停止传送带一的运动,即电机一。
为了保证啤酒运送过程的安全,在一次循环没结束时,停止按钮无效,仅当工序都完成后,停止信号才有效。
3、控制系统设计
3.1控制系统程序流程设计
程序主要流程图如下图所示
开始
初始化使机械手位于左上端复位指示灯亮,
指示灯是否亮
N
Y
传送带1运动,计数器开始减计数
是否到N
达24瓶
Y
机械手下降夹取啤酒,上升
机械手右移,下移释放啤酒
传送带2运动,机械手上升,左移
机械手及传送带工作过程:
开始时机械手可能位于任意位置,启动按钮按下时,使机械手复位位于左上位置且机械手松开。
这时使电机1带动传送带1开始运动,开始减计数,当显示为“0”时,机械手自动下移夹取啤酒,延时0.5s,以保证机械手夹紧,延时时间到,机械手自动上升,当碰到上限为,机械手开始右移,同时传送带1又开始运动,减计数又重新开始计数,机械手碰到右限位开关后,当传送带2上有纸箱,且没有啤酒时,机械手才能下降,当碰到下限位开关时,延时0.5s,以保证完全释放。
然后机械手上移,同时传送带2开始运动一定时间,保证下一个纸箱停放在机械手释放啤酒的位置,机械手碰到上限位开关时,机械手左移,碰到左限位开关时,复位指示灯亮,等待计数器计数显示为"0"时,机械手开始下一步夹取,重复上述生产过程。
当电机1,2出现异常工作时,可闭合紧急停机按钮,以保护电机。
当突然断电时,为了保证下计数器及定时器的准确性,采用具有锁存功能的定时计数单元,以保证生产的正常进行。
3.2控制程序设计思路
通过流程图及设计控制要求,再设计程序时,最好使用SFC(顺序功能图)的方法,但又考虑到程序需使用并行的分支与汇合,且含有返回的并行分支,再加上自动复位程序,若只采用SFC法则有些难以实现,综合考虑,先使用SFC的设计方法,列出生产流水过程,然后通过综合设计方法,将其转换为启动、保持、停止为中心的设计方法,在自动复位过程中,为了使复位逻辑不与工作时逻辑相矛盾,可以采用调用子程序的方法来实现自动复位,显示是该程序设计的一大难点,要求时时输出计数器里内的数据,若用一般的显示,显得很繁琐,逻辑很混乱复杂,这里可以通过采用M8000的监视功能来时时输出显示,这样使程序显得简单可靠。
在机械手释放啤酒后上升过程中要求传送带2也运动,这时,传送带2的停止控制便不太好实现,这时可以根据生产具体情况来对传送带2的运动进行定时从而来控制其停止。
这样可行性不错,同时可以减少外部传感器的使用,节省成本。
对于程序的停止,在机械手夹取期间停止,可能会造成啤酒的悬空,下次重新启动时,会有危险产生,因此,停止需在一次完整工序完成后才能有效。
自动复位子程序:
显示程序:
4、系统调试及结果分析
4.1系统调试及解决的问题
在编写程序完成后,先在计算机上进行仿真,发现程序存在逻辑错误,通过梯形图分析,发现存在同一线圈多输出问题和一些逻辑错误。
改正逻辑错误,将多输出线圈通过添加中间寄存器来解决线圈多输出问题。
在实验室内调试显示程序时,LED数字显示位数个位和十位顺序颠倒,这样需要通过交换数据寄存器的数据位置,但这样增加了软件设计的负荷,也增加了错误的几率,可能导致数据不匹配,这样可通过将外部LED顺序交换便可实现正确显示。
调试时,有些输出指示灯不能正确输出,但通过监视,程序逻辑完全真确。
经过反复查找原因,发现由于实验设备的限制,有些设备之间接触不良,或者电路老化,导致输出不能正确显示。
换一台仪器,这些问题便迎刃而解。
程序的调试中,输入输出口较多,有时会产生错位现象,误以为程序错误,通过不断地反复调试,最终程序各个功能都得以实现。
4.2结果分析及运行
令机械手位于最右端,即X2指示灯亮,启动程序,闭合X20,给X0一个脉冲,此时,Y24亮,断开X2,闭合X1,Y24灭,复位指示灯Y30亮,表示复位程序正常,复位结束。
此时,Y26亮表示传送带1开始运动,给X5脉冲,计数器开始计数,输出显示由23一直减到0,此时Y26灭,Y21亮,显示器复位显示23,闭合X4,则Y25亮,Y21灭,0.5s后,Y22亮,Y25保持亮,闭合X1,此时Y25,Y26,Y23亮,闭合X2,Y21亮,Y26亮,Y25亮,闭合X4,Y25没,0.5s后Y22亮,Y27亮,闭合X2,Y24亮,Y27灭,Y26亮,闭合X1,Y30亮,Y26亮,此时表明一个工作周期已经完成,准备进入下一个流程。
结束语
PLC控制课程设计是自动化课程当中一个重要环节通过了2周的课程设计使我对自动化设计过程有进一步了解,对工业生产的有关的控制知识有了深刻的认识。
因为理论知识学的不牢固,在设计遇到了不少问题,如:
遗忘以前学过的专业基础知识。
对于一些指令运用不够灵活,以至于某些功能很难实现,不过通过不断地请教他人和自我学习,不断尝试,设计中遇到的问题都迎刃而解了。
通过此次设计,对生产线中的一些传送和机械手有关的生产过程都有了一定的深入了解,这对以后的工作和学习都增加了砝码。
通过理论与实际的结合,进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力,以便培养能够主动适应社会要求。
运用学习成果,把理论运用于实际,使理论得以提升,形成创新思想。
通过此次设计过程,巩固了专业基础知识,培养了我综合应用PLC课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力,在设计的过程中还培养出了我们的团队精神,为今后的学习和工作过程打下基础。
通过此次设计,熟悉和掌握了机械手自动工作中连续夹取工件的控制过程。
掌握了顺序功能图主要由步、有向线段、转换、转换条件和动作组成,学会了如何将程序流程图用启动,保持,停止典型基本梯形图来实现转换。
此控制仅为机械手的一种简单控制,机械手的控制可以有所不同,可以是单周期工作方式,也可以是连续工作方式。
机械手还可以是手动控制程序。
若要加入其它工作方式,则可用选择分支来进行设计。
机械手控制还有很多值得我们学习和研究的地方。
参考文献
《FX系列PLC编程及应用》机械工业出版社廖长初
《可编程控制器技术开发与应用实践》电子工业出版社方强、李丽娜、孙宏昌
《可编程控制器教程》电子工业出版社胡学林
《可编程控制器原理及应用实例》机械工业出版社张进秋、陈永利、张中民
附录:
系统程序指令表及梯形图
附录:
系统程序指令表及梯形图
指令表
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