畢業(yè)設(shè)計(jì)-裝配流水線PLC控制系統(tǒng)

第1章緒論1.1課題研究的背景在社會(huì)快速發(fā)展、競爭激烈的今天，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)工藝成本，最大限度的滿足生產(chǎn)要求將直接決定各企業(yè)工廠能否緊跟社會(huì)腳步，贏得時(shí)間，占領(lǐng)市場甚至將決定企業(yè)的生死存亡。為此，企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化無疑扮演著重要的角色，裝配流水線自動(dòng)化作為工業(yè)自動(dòng)化的一部分，能提高生產(chǎn)效率，降低工藝流程成本，最大限度的適應(yīng)產(chǎn)品變化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，它是現(xiàn)代化生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的重要組成部分。1.2課題研究的現(xiàn)狀1.2.1可編程控制器簡介工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(簡稱工控機(jī))是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，目前已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，工控機(jī)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的最佳配套產(chǎn)品，而工業(yè)可編程序控制器(PLC)則在工控領(lǐng)域中占有主要的地位。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)、編程簡單等特點(diǎn)?？删幊炭刂破魇?0年代末在美國首先出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器，目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。其基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容寫入控制器的用戶程序內(nèi)，控制器和被控對(duì)象連接也很方便。可編程控制器對(duì)用戶來說，是一種無觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計(jì)階段選用可編程控制器，在實(shí)施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。PLC的定義有許多種，國際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(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。可編程序控制器及其有關(guān)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，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。從結(jié)構(gòu)上，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程.流水線生產(chǎn)是產(chǎn)品按照設(shè)計(jì)好的工藝過程依次順序地通過每個(gè)工作站,并按照一定的作業(yè)速度完成每道工序的作業(yè)任務(wù)。生產(chǎn)過程是一個(gè)連續(xù)的不斷重復(fù)的過程,具有高度的連續(xù)性。由于PLC控制具有可靠性，易操作性，靈活性等優(yōu)點(diǎn)，因而在很多領(lǐng)域內(nèi)能取代原來液壓領(lǐng)域才能實(shí)現(xiàn)的功能，如精確控制功能。PLC的產(chǎn)品系列的豐富和發(fā)展，使PLC從最小的只有十個(gè)I/O點(diǎn)的微型PLC，到8000點(diǎn)的大型PLC，本設(shè)計(jì)中的充分利用了PLC編程控制功能實(shí)現(xiàn)部件的傳遞。1.2.2裝配流水線簡介裝配流水線是人和機(jī)器的有效組合，最充分體現(xiàn)設(shè)備的靈活性，它將輸送系統(tǒng)、隨行夾具和在線專機(jī)、檢測設(shè)備有機(jī)的組合，以滿足多品種產(chǎn)品的裝配要求。

（1）裝配流水線的傳輸方式裝配流水線的傳輸方式有同步傳輸?shù)?（強(qiáng)制式）也可以是非同步傳輸/（柔性式），根據(jù)配置的選擇，實(shí)現(xiàn)手工裝配或半自動(dòng)裝配。流水線在企業(yè)的批量生產(chǎn)中不可或缺。（2）裝配流水線的用途從產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì),生產(chǎn)制造到銷售整個(gè)過程都應(yīng)做到規(guī)范化、科學(xué)化、制度化；引進(jìn)流水線,通過改變生產(chǎn)流程,推進(jìn)快速流水作業(yè),不僅提高了生產(chǎn)效率,也降低了經(jīng)營成本，提高企業(yè)管理效率。流水線生產(chǎn)是目前生產(chǎn)線采取的主要方式之一,在流水線生產(chǎn)作業(yè)過程中,產(chǎn)品按照設(shè)計(jì)好的工藝過程依次順序地通過每個(gè)工作站,并按照一定的作業(yè)速度完成每道工序的作業(yè)任務(wù)。生產(chǎn)過程是一個(gè)連續(xù)的不斷重復(fù)的過程,具有高度的連續(xù)性。流水線技術(shù)是一種將每條指令分解為多步，并讓各步操作重疊，從而實(shí)現(xiàn)幾條指令并行處理的技術(shù)。程序中的指令仍是一條條順序執(zhí)行，但可以預(yù)先取若干條指令，并在當(dāng)前指令尚未執(zhí)行完時(shí)，提前啟動(dòng)后續(xù)指令的另一些操作步驟。這樣顯然可加速一段程序的運(yùn)行過程。從產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì),生產(chǎn)制造到銷售整個(gè)過程都應(yīng)做到規(guī)范化、科學(xué)化、制度化；引進(jìn)流水線,通過改變生產(chǎn)流程,推進(jìn)快速流水作業(yè),不僅提高了生產(chǎn)效率,也降低了經(jīng)營成本，提高企業(yè)管理效率。流水線一條龍作業(yè),具有規(guī)模的生產(chǎn)能力，流水線上的工人也會(huì)被立即分配到由具有高技能和強(qiáng)大工作動(dòng)力的同事所組成的自我管理工作小組之中,在這些自我管理小組中,他們必須快速地學(xué)會(huì)變成一位具有高生產(chǎn)率的小組成員、正是這樣可敬可愛的員工,使生產(chǎn)流水線的產(chǎn)能發(fā)揮到了極致、也給企業(yè)帶來了美好的發(fā)展藍(lán)圖。此外，裝配流水線還廣泛適用于肉類加工業(yè)、冷凍食品業(yè)、水產(chǎn)加工業(yè)、飲料及食品、乳品加工業(yè)、制藥、包裝、電子、電器、汽配、加工制造業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)等等多種行業(yè)。（3）幾種裝配流水線及其特點(diǎn)板鏈?zhǔn)窖b配流水線的特點(diǎn)：承載的產(chǎn)品比較重，和生產(chǎn)線同步運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的爬坡；生產(chǎn)的節(jié)拍不是很快；以鏈板面作為承載，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的平穩(wěn)輸送。

滾筒式流水線的特點(diǎn)：承載的產(chǎn)品類型廣泛，所受限制少；與阻擋器配合使用，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的連續(xù)、節(jié)拍運(yùn)行以及積放的功能；采用頂升平移裝置，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的離線返修或檢測而不影響整個(gè)流水線的運(yùn)行。皮帶流水線可以通過調(diào)節(jié)線體輸送速度來滿足不同生產(chǎn)工藝的要求。輸送皮帶的材質(zhì)有防靜電、耐磨、耐高溫、耐油、耐酸堿以及食品級(jí)的皮帶等多種，可根據(jù)使用場合的不同進(jìn)行靈活選擇。皮帶流水線運(yùn)用輸送帶的連續(xù)或間歇運(yùn)動(dòng)來輸送各種輕重不同的物品，既可輸送各種散料，也可輸送各種紙箱、包裝袋等單件重量不大的件貨，用途廣泛。根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)可選用：普通連續(xù)運(yùn)行、節(jié)拍運(yùn)行、變速運(yùn)行等控制方式；線體因地制宜選用：直線、彎道、斜坡等形式。特點(diǎn)：承載的產(chǎn)品比較輕，形狀限制少；和生產(chǎn)線同步運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的爬坡轉(zhuǎn)向；以皮帶作為載體和輸送，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的平穩(wěn)輸送，噪音??；可以實(shí)現(xiàn)輕型物料或產(chǎn)品較長距離的輸送。1.3課題研究的目的和意義裝配流水線是工業(yè)生產(chǎn)中主要的機(jī)器設(shè)備，物料和工人的連續(xù)流動(dòng)完成了產(chǎn)品在大規(guī)模生產(chǎn)下的全部過程。設(shè)計(jì)流水線的必要步驟是分析制造每一件產(chǎn)品的組成部分，以及最終產(chǎn)品成產(chǎn)過程。所有運(yùn)動(dòng)的物料都被簡化，沒有橫流，回溯，或重復(fù)的程序。工作任務(wù)，號(hào)碼機(jī)，生產(chǎn)速度和編程，以使所有業(yè)務(wù)線沿線都可以運(yùn)行流暢。比如制造汽車的流水線，部分匹配到組件上的相交貫線的主線，提供外部和內(nèi)部零件，發(fā)動(dòng)機(jī)和其他組件。作為行動(dòng)單位，每個(gè)工人沿線的執(zhí)行特定的任務(wù)，每一個(gè)部分和工具交付其使用的點(diǎn)與線同步。一些不同的組件上線同時(shí)進(jìn)行，而由一個(gè)復(fù)雜的調(diào)度和控制系統(tǒng)來確認(rèn)生產(chǎn)的機(jī)器類型和顏色，內(nèi)飾，發(fā)動(dòng)機(jī)和可選的設(shè)備組合在一起，來達(dá)到理想的組合。自動(dòng)流水線包括完全的機(jī)器運(yùn)行的機(jī)器，很少或根本沒有人監(jiān)督。這種自動(dòng)化的連續(xù)流程比較適合石油及化學(xué)品制造，而且在許多現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠，生產(chǎn)線是完全機(jī)械化，包括幾乎完全是自動(dòng)的，自我調(diào)節(jié)的設(shè)備。但是，許多產(chǎn)品仍然以手工裝配為主，因?yàn)樵S多組成部分是機(jī)器不容易處理的。自動(dòng)裝配機(jī)的經(jīng)濟(jì)只有在規(guī)?；a(chǎn)水平高的領(lǐng)域才有用武之地。目前在工業(yè)控制中占有重要比例的生產(chǎn)流水線控制，例如電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的自動(dòng)裝配流水線；制鞋、印染等輕工和化工行業(yè)的生產(chǎn)流水線已部分使用可編程控制器(PLC)控制．其優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間快、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝參數(shù)改變、易與計(jì)算機(jī)接口等．同時(shí)使用PLC的編程邏輯能提供隨要求而改變的“接線網(wǎng)絡(luò)”，使得生產(chǎn)線的自動(dòng)過程可根據(jù)產(chǎn)品需要靈活改變．這些都是傳統(tǒng)繼電器控制所不可比擬的。但在現(xiàn)行的某些工業(yè)生產(chǎn)流水線的PLC控制系統(tǒng)中，仍存在一些不足之處．也即可編程控制器功能沒有充分開發(fā)利用，有些流水線只利用它控制部分參數(shù)或用于流水線生產(chǎn)過程工步順序控制，而溫度(或壓力)控制則借助于選用現(xiàn)成的儀器儀表組成．生產(chǎn)過程中的時(shí)間、溫度等現(xiàn)場參數(shù)未能實(shí)時(shí)顯示，因而不利于監(jiān)視生產(chǎn)過程的運(yùn)行狀況。因此，只有更好的應(yīng)用和改進(jìn)裝配流水線的工藝流程，充分發(fā)揮其自動(dòng)、連續(xù)、高效率等優(yōu)勢，我們企業(yè)的生產(chǎn)效率才能提升，才能增強(qiáng)我們企業(yè)的產(chǎn)品競爭力，才能更好的造福社會(huì)。1.4方案設(shè)計(jì)與介紹整個(gè)設(shè)計(jì)過程是按理想工藝流程設(shè)計(jì)的，為設(shè)備安裝，運(yùn)行，維護(hù)和檢修服務(wù)，設(shè)計(jì)的編寫是按照國家關(guān)于電氣自動(dòng)化工程中的電氣設(shè)備常用基本圖形符號(hào)（GB4728）和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范編寫的。設(shè)計(jì)原則主要包括:工作條件；工程對(duì)電氣控制線路提供的具體資料。系統(tǒng)在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，盡可能做到經(jīng)濟(jì)、合理、合用、減小設(shè)備成本。在方案選擇，元器件選型時(shí)盡可能選擇新技術(shù)，新產(chǎn)品?？刂朴扇斯た刂频阶詣?dòng)控制，有模擬控制到微機(jī)控制，使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而更加趨于完善。對(duì)于本課題來說，裝配流水線系統(tǒng)是一個(gè)較大規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級(jí)新控制裝置需要根據(jù)企業(yè)裝備和工藝現(xiàn)況來構(gòu)成并盡可能用到舊系統(tǒng)中的元件。對(duì)于人機(jī)交互方式改造后系統(tǒng)的操作模式應(yīng)盡量和改造前的相類似，以便于操作人員迅速掌握。從企業(yè)控制要求中可以看出在新的控制系統(tǒng)中既需要處理模擬量也要處理大量的開關(guān)量，系統(tǒng)的可靠性要高，人機(jī)交互界面友好，應(yīng)具備數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析匯總能力。要實(shí)現(xiàn)整個(gè)液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要從要怎樣實(shí)現(xiàn)各電磁閥的開關(guān)以及電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制這個(gè)角度去考慮，現(xiàn)在就這問題的如何實(shí)現(xiàn)以及選擇怎樣的方法來確定系統(tǒng)方案。就本課題目前的現(xiàn)狀有以下主要有兩種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：可編程控制器控制，繼電器控制系統(tǒng)。（1）可編程控制器控制可編程控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自己設(shè)計(jì)制造硬件裝置，只需確定可編程控制的硬件配置和設(shè)計(jì)外部接線圖同時(shí)采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電氣系統(tǒng)中的觸電和接線，通過修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。可編程控制器（PLC）從上個(gè)世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它只是針對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時(shí)間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著30多年的微電子技術(shù)的不斷發(fā)展 PLC也通過不斷升級(jí)換代大大增強(qiáng)其功能，現(xiàn)在的PLC已經(jīng)發(fā)展成不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種的性能，是名副其實(shí)的多功能控制器。由PLC為主的控制系統(tǒng)具有可靠性高，控制功能前大，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)化首選的控制裝置。PLC外觀圖如圖：圖1-1PLC外觀圖（2）繼電器控制。系統(tǒng)控制功能是用硬件繼電器實(shí)現(xiàn)的，本課題主要應(yīng)用中間繼電器(intermediaterelay)來參與控制程序，它用于繼電保護(hù)與自動(dòng)控制系統(tǒng)中，以增加觸點(diǎn)的數(shù)量及容量。它用于在控制電路中傳遞中間信號(hào)。中間繼電器的結(jié)構(gòu)和原理與交流接觸器基本相同，與接觸器的主要區(qū)別在于：接觸器的主觸頭可以通過大電流，而中間繼電器的觸頭只能通過小電流。所以，它只能用于控制電路中。它一般是沒有主觸點(diǎn)的，因?yàn)檫^載能力比較小。所以它用的全部都是輔助觸頭，數(shù)量比較多。新國標(biāo)對(duì)中間繼電器的定義是K，老國標(biāo)是KA。一般是直流電源供電。少數(shù)使用交流供電。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電流、電壓、轉(zhuǎn)速、時(shí)間及溫度等參量的變化而動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的自動(dòng)控制及保護(hù)。系統(tǒng)復(fù)雜，自控制過程中，如果某個(gè)繼電器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，查找和排除故障是非常困難的，雖然繼電器本身價(jià)格并不貴，但控制柜的安裝接線工作量大，因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高、靈活性差、響應(yīng)速度慢。繼電器外觀如圖：圖1-2繼電器外觀圖第2章可編程控制器及選型2.1PLC的基本結(jié)構(gòu)和各部分的作用圖2-1PLC的基本結(jié)構(gòu)圖（1）存儲(chǔ)器可編程序控制器的存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。存放系統(tǒng)軟件（包括監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序及其各種管理程序）的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；存放用戶程序（用戶程序存和數(shù)據(jù)）的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器，所以又分為用戶存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩部分。（2）中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能：a.接收并存儲(chǔ)從用戶程序和數(shù)據(jù)；b.檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。（3）輸入接口電路輸入輸出信號(hào)有開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量三種，在我們實(shí)際涉及到的信號(hào)當(dāng)中，開關(guān)量最普遍。（4）輸出接口電路可編程序控制器的輸出有：繼電器輸出(M)、晶體管輸出(T)、晶閘管輸出(SSR)三種輸出形式。（5）電源PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。如FX1S額定電壓AC100V—240V，而電壓允許范圍在AC85V—264V之間。允許瞬時(shí)停電在10ms以下，能繼續(xù)工作。一般小型PLC的電源輸出分為兩部分：一部分供PLC內(nèi)部電路工作；一部分向外提供給現(xiàn)場傳感器等的工作電源。2.2PLC的工作原理PLC則是采用循環(huán)掃描的工作方式，一個(gè)掃描周期主要可分為3個(gè)階段。2.2.1輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。2.2.2程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。2.2.3輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段構(gòu)成PLC一個(gè)工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。顯然掃描周期的長短主要取決于程序的長短。掃描周期越長，響應(yīng)速度越慢。由于每個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是由于其對(duì)I/O的變化每個(gè)周期只輸出刷新一次，并且只對(duì)有變化的進(jìn)行刷新，這對(duì)一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會(huì)造成影響，還會(huì)提高抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸与A段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖、短時(shí)間的，誤動(dòng)作將大大減小。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會(huì)造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個(gè)一般PLC都會(huì)采取高速模塊。2.3PLC機(jī)型的選擇本設(shè)計(jì)中所使用的PLC可編程控制器是SIMATICS7-200，SIMATICS7-200系列是西門子公司繼S7-300,S7-400之后推出的小型可編程控制器可單機(jī)運(yùn)行，也可通過RS485或PROFIBUS-DP組網(wǎng)運(yùn)行。它結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度較快等優(yōu)點(diǎn)這使得S7-200可近乎完美的滿足小規(guī)?？刂埔蟆?1)功能強(qiáng)1）S7-200有5種CPU模塊，最多可以擴(kuò)展7個(gè)擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字3量I/O或38路模擬量I/O，最多有30多KB的程序儲(chǔ)存空間和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間。2）直接讀，寫模擬量I/O模塊，不需要復(fù)雜的編程。3）使用向?qū)е械腜ID調(diào)節(jié)控制面板，可以實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)自整定。4）S7-200的CPU模塊集成了很強(qiáng)的位置控制功能，此外還有位置控制模塊EM253。使用位置控制向?qū)Э梢苑奖愕膶?shí)現(xiàn)位置控制的編程。5）有配方和數(shù)據(jù)記錄功能，一級(jí)相應(yīng)的編程向?qū)В浒l(fā)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)記錄保存在EEPOM儲(chǔ)存卡中。(2)先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)S7-200的程序結(jié)構(gòu)簡單清晰，在編程軟件中，主程序、子程序和中斷程序分頁存放。使用各種程序塊中的局部變量，易于將程序塊移植到別的項(xiàng)目。子程序用輸入、輸出變量作為軟件接口，便于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程。(3)靈活方便的尋址方法S7-200的輸入(I)、輸出(Q)、位存儲(chǔ)器(M)、順序控制繼電器(S)、變量存儲(chǔ)器(V)局部變量(L)均可按位(bit)、字節(jié)、字和雙字讀寫。(4)功能強(qiáng)大、使用方便的編程軟件編程軟件STEP-7Micro/WINV3.2和STEP-Micro/WINV4.0可以使用包括文本在內(nèi)的多種語言，有梯形圖、語句表和功能塊圖編程語言，和SMATIC、IEC61131-3兩種編程模式。S7-200的指令功能強(qiáng)，易于掌握。選用SETP-7Micro/WINV3.2編程軟件。S7-200選用CPU224,14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至256路數(shù)字量I/O點(diǎn)或64路模擬量I/O點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，4路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。DC24V電源CPU的輸入電流/最大負(fù)載是150mA/1050mA。AC240V電源CPU的輸入電流/最大負(fù)載是40mA/160mA。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有較多的輸入/輸出點(diǎn)，較強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，較快的運(yùn)行速度和功能較強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？蛇m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。如下圖：圖2-2CPU224外觀圖第3章程序設(shè)計(jì)3.1整體要求傳送帶共有20個(gè)工位。工件從1號(hào)位裝入，依次經(jīng)過2號(hào)位、3號(hào)位………20號(hào)工位。在這個(gè)過程中，工件分別在A（操作1）、B（操作2）、C（操作3）三個(gè)工位完成三種裝配操作，經(jīng)最后一個(gè)工位送入倉庫。按下啟動(dòng)開關(guān)SD，程序按照D→A→E→B→F→C→G→H順序自動(dòng)循環(huán)執(zhí)行；在任意狀態(tài)下選擇復(fù)位按鈕程序都返回到初始狀態(tài)；選擇移位按鈕，每按動(dòng)一次，完成一次操作；選擇單周期按鈕，順序執(zhí)行完一周后自動(dòng)停止。3.2主電路圖圖3-2主電路圖3.3程序流程圖圖3-3程序流程圖圖3-3程序流程圖3.4梯形圖。。按下單周期按鈕，在啟動(dòng)按鈕沒有按下時(shí)M1.0得電并自鎖。按下移位按鈕，M10.1為1，當(dāng)在按下時(shí)M10.2為1，直到M10.4為1，按此循環(huán)。M10.1或M10.2或M10.3或M10.4得電時(shí)M1.1得電并自鎖。按下復(fù)位按鈕，所有程序回到初始狀態(tài)，顯示燈滅，工件停止傳送、操作。3.5指令表見附錄3.6PLC的I/O接線圖圖3-4PLC的I/O接線圖3.7I/O地址分配符號(hào)地址說明功能8路數(shù)字輸入1I0.0按鈕啟動(dòng)2I0.1按鈕移位3I0.2按鈕復(fù)位4I0.3按鈕單周期5I1.0限位開關(guān)A操作處限位6I1.1限位開關(guān)B操作處限位7I1.2限位開關(guān)C操作處限位8I1.3限位開關(guān)H操作處限位8路數(shù)字輸出1Q0.0A燈為1時(shí)A燈亮，A操作（5s）2Q0.1B燈為1時(shí)B燈亮，B操作（5s）3Q0.2C燈為1時(shí)C燈亮，C操作（5s）4Q0.3D燈為1時(shí)D燈亮5Q0.4E燈為1時(shí)E燈亮6Q0.5F燈為1時(shí)F燈亮7Q0.6G燈為1時(shí)G燈亮8Q0.7H燈為1時(shí)H燈亮，H操作（5s）3.8簡要說明按下啟動(dòng)按鈕，D燈亮，工件從傳送帶傳動(dòng)，傳到A處限位停止，A操作開始，5s后E燈亮，工件繼續(xù)傳送到B處限位停止，B操作開始，5s后繼續(xù)傳送……傳送到倉庫，H操作開始，5s后D燈亮，工件從傳送帶傳動(dòng)……如此循環(huán)下去。按下移位按鈕，D燈亮，工件從傳送帶傳動(dòng)，傳到A處限位停止，A操作開始，5s后停止，再按下移位按鈕，工件繼續(xù)傳送到B處限位停止，B操作開始，5s后停止……按此規(guī)律只要按下移位按鈕，就會(huì)工件傳動(dòng)，再進(jìn)行操作。按下復(fù)位按鈕，所有程序都返回到初始狀態(tài)。按下單周期按鈕，D燈亮，工件從傳送帶傳動(dòng)，傳到A處限位停止，A操作開始，5s后E燈亮，工件繼續(xù)傳送到B處限位停止，B操作開始，5s后繼續(xù)傳送……傳送到倉庫，H操作開始，5s后停止，完成一個(gè)周期，再按下單周期按鈕，繼續(xù)完成一個(gè)周期。第4章程序的仿真與調(diào)試本次課程設(shè)計(jì)所采用的仿真軟件是s7-200系列的，其仿真過程大致如下：（1）利用編程軟件編寫相關(guān)程序，并將程序文件導(dǎo)出為供仿真軟件使用的格式;（2）打開s7-200仿真軟件并調(diào)入程序;（3）點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕將程序切換到運(yùn)行狀態(tài)；（4）對(duì)應(yīng)著I/O口分配表按部點(diǎn)擊輸入按鈕，檢查所對(duì)應(yīng)的輸岀指示是否正確；（5）如果程序有錯(cuò)誤仔細(xì)檢查排除錯(cuò)誤，正確則方案可行。由于本程序中移位功能要用到移位寄存器，但我用S7-200的仿真軟件不能仿真，所以在老師的幫助下在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了模擬仿真，并取得了成功。以下仿真是針對(duì)連續(xù)、單周期、復(fù)位三種功能的部分情況進(jìn)行仿真。本設(shè)計(jì)的仿真過程圖如下:圖4-1仿真軟件界面圖最下一排中數(shù)字0至7代表了8個(gè)輸入端口，而最上一行中的數(shù)字0至7代表著8個(gè)輸岀指示偏右上角有著CPU型號(hào)CPU224,其中主CPU右端的0和1表示該CPU可加擴(kuò)展模塊，由于本CPU以滿足輸入輸出端口要求，故而無須再加擴(kuò)展模塊來增加輸入輸出端口的個(gè)數(shù)。如上圖所示編程序語言和T形圖已經(jīng)導(dǎo)入了仿真軟件，等待進(jìn)行之下的操作。圖4-2啟動(dòng)開始狀態(tài)圖按下啟動(dòng)按鈕，中間繼電器M0.0為1，Q0.3得電并自鎖，D燈亮，工件在傳送帶上向右傳送。圖4-3A操作當(dāng)工件右行碰到限位開關(guān)I1.0時(shí)，Q0.3為0，D燈滅，定時(shí)器T37得電并延時(shí)5s，M0.1為1，Q0.0得電并自鎖，A燈亮，A操作開始。5s后T37定時(shí)結(jié)束，Q0.0為0，A燈滅，A操作結(jié)束。圖4-4E燈亮，向右傳送T37定時(shí)結(jié)束后M0.2為1，Q0.4得電并自鎖，E燈亮，工件在傳送帶上向右傳送。圖4-5B操作當(dāng)工件右行碰到限位開關(guān)I1.1時(shí)，Q0.4為0，E燈滅，定時(shí)器T38得電并延時(shí)5s，M0.3為1，Q0.1得電并自鎖，B燈亮，B操作開始。5s后T38定時(shí)結(jié)束，Q0.1為0，B燈滅，B操作結(jié)束。圖4-6F燈亮，向右傳送T38定時(shí)結(jié)束后M0.4為1，Q0.5得電并自鎖，F(xiàn)燈亮，工件在傳送帶上向右傳送。圖4-7C操作當(dāng)工件右行碰到限位開關(guān)I1.2時(shí)，Q0.5為0，F(xiàn)燈滅，定時(shí)器T39得電并延時(shí)5s，M0.5為1，Q0.2得電并自鎖，C燈亮，C操作開始。5s后T39定時(shí)結(jié)束，Q0.2為0，C燈滅，C操作結(jié)束。圖4-8G燈亮，向右傳送T39定時(shí)結(jié)束后M0.6為1，Q0.6得電并自鎖，G燈亮，工件在傳送帶上向右傳送。圖4-9Ｈ操作當(dāng)工件右行碰到限位開關(guān)I1.3時(shí)，Q0.6為0，G燈滅，定時(shí)器T40得電并延時(shí)5s，M0.7為1，Q0.6得電并自鎖，H燈亮，H操作開始。5s后T40定時(shí)結(jié)束，Q0.6為0，H燈滅，H操作結(jié)束。圖4-10G燈亮，向右傳送T39定時(shí)結(jié)束后M0.6為1，Q0.6得電并自鎖，G燈亮，工件在傳送帶上向右傳送。圖4-11復(fù)位前狀態(tài)圖復(fù)位前，在某一運(yùn)行狀態(tài)下，如上圖Q0.6為1，G燈亮，工件向右傳送圖4-12復(fù)位后狀態(tài)圖復(fù)位后，所有程序返回初始狀態(tài)，G燈滅，工件停止傳送。本次設(shè)計(jì)針對(duì)的三種操作的仿真都得到了驗(yàn)證，證明程序是正確的，通過PLC編程的控制，實(shí)現(xiàn)了各種操作，達(dá)到了預(yù)期目的。第5章結(jié)論本課題是裝配流水線PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過對(duì)流水線動(dòng)作的連續(xù)性以及被控制設(shè)備之間的相互關(guān)聯(lián)性，針對(duì)不同的工作狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作輸出，從而實(shí)現(xiàn)從工件從一號(hào)位傳送到倉庫完成輸出的這樣一個(gè)周期控制工作。程序設(shè)計(jì)以流水線控制系統(tǒng)為中心的，從控制系統(tǒng)的硬件、軟件選用到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程（包括設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)要求，梯形圖設(shè)計(jì)等），旨在對(duì)其中的設(shè)計(jì)和制造過程做簡單的介紹和說明，由于本次設(shè)計(jì)是模擬設(shè)計(jì)，故對(duì)硬件系統(tǒng)的選型沒有做詳細(xì)的描述，主要是對(duì)PLC控制的編程做了重要說明，程序主要通過定時(shí)器、限位開關(guān)和中間繼電器來控制程序運(yùn)行，最終完成了設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)還把工作流程分成了四種操作方式，即實(shí)現(xiàn)連續(xù)、單周期、移動(dòng)、復(fù)位四種情況，豐富了工藝流程，提高了生產(chǎn)效率，并仿真調(diào)試成功。致謝本文是在王曉光老師的指導(dǎo)下完成的，感謝王老師在論文研究和設(shè)計(jì)過程中給予悉心的指導(dǎo)，在學(xué)習(xí)和工作方面給予了很大的幫助；尤其是導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究精神，一絲不茍的工作態(tài)度深深地感染和激勵(lì)著我；在向王老師請(qǐng)教問題的過程中也深深被王老師的人格魅力所打動(dòng)，在此謹(jǐn)向王老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在論文即將完成之際，也感謝那些給予關(guān)心、支持和幫助我的師長、同學(xué)、朋友。由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全之處，懇請(qǐng)各位教授批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)[1]齊占慶,王振臣主編.機(jī)床電氣控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.1997[2]王鶯.工業(yè)可編程序控制器(PLC)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.北京聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院.2009[3]張揚(yáng),蔡春偉,孫明建.S7-200PLC原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社.2006[4]常斗南,李全利.可編程控制器原理及工程應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.2006[5]吳中俊,黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.2004[6]高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì).人民郵電出版社.2004[7]何友,王國宏等.多傳感器信息融合及應(yīng)用.北京電子工業(yè)出版社.2008[8]施敏芳.可編程控制器在生產(chǎn)流水線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.華僑大學(xué)精密機(jī)械工程系2001[9]陳曉琴.可編程控制器及應(yīng)用.哈爾濱工程大學(xué)出版社.2008[10]廖常初.S7-200PLC編程及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社.2007[11]劉志華.發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的PLC控制.株州建設(shè)雅馬哈摩托車有限公司.2008[12]孫承志,徐智,張家海,吉順平.西門子S7-200/300/400PLC基礎(chǔ)與應(yīng)用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2008[13]嚴(yán)盈富.西門子S7-200PLC入門.人民郵電出版社.2007[14]（美）JohnW.Webb,RonaldA.Reis.ProgrammableLogicControllers:PrinciplesandApplications(FifthEdition).PrenticeHall/Pearson.2005[15]（美）S.BrianMorriss.ProgrammableLogicControllers.PrenticeHall/Pearson.2006附錄指令表按下啟動(dòng)和單周期按鈕；M10.1為1；T40定時(shí)結(jié)束且M1.0為0時(shí)；中間繼電器M0.0為Network1LDI0.0OI0.3OM10.1LDT40ANM1.0OLD=M0.0Network2//M0.0為1，I1.0為0時(shí)Q0.3為1，并得電自鎖，D燈亮，工件傳送LDM0.0OQ0.3ANI1.0=Q0.3Network3//工件傳送至A限位，I1.0得電，M0.1得電，T37定時(shí)開始LDI1.0=M0.1TONT37,+50Network4//M0.1得電，T37延時(shí)5s斷開，Q0.0得電，A操作開始LDM0.1OQ0.0ANT37=Q0.0Network5//T37得電且M1.1為0時(shí)；M10.2為1時(shí)；M0.2為1LDT37ANM1.1OM10.