自動化畢業(yè)論文---飲料瓶自動裝箱控制系統(tǒng)的設計

1、<p>　　在現代化的工業(yè)生產中常常需要對產品進行計數和包裝，如果這些繁雜的工作由人工完成的話不但效率低，而且勞動強度大，不適合現代化的生產需要。</p><p>　　本文主要對基于生產線自動裝箱的PLC控制系統(tǒng)進行了詳細的研究。該系統(tǒng)有一個機械手和兩個傳送帶，即運物機械手，包裝箱傳送帶和產品傳送帶。運物機械手用來轉移飲料瓶，即把產品傳送帶上的飲料送到包裝箱傳送帶的飲料箱中。包裝箱傳送帶用來傳送產品包裝

2、箱，其功能是把已經裝滿的包裝箱運走，并用一只空箱來代替。為使空箱恰好對準機械手松開端，使飲料瓶裝進包裝箱中，在包裝箱傳送帶的中間裝一光電傳感器，用以檢測包裝箱是否到位。為使產品傳送帶將產品從生產車間傳送到合適位置，在產品傳送帶的中間也裝有一光電傳感器。當產品被送到傳送帶的末端，會自動停止并由機械手將其送到包裝箱中。</p><p>　　本控制系統(tǒng)具有精度高、成本低、抗干擾能力強、故障率低、操作維護簡單等特點，具有

3、良好的應用價值。</p><p>　　關鍵詞：可編程控制器；自動裝箱控制系統(tǒng)；傳送帶控制；機械手</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Often need to carry out counting and package on the product in the commercial run being

4、 modernized, not only the inefficient, moreover intensity of labor working from the words that the manpower accomplishes if these are complicated and overloaded is big, the childbirth being unfit to be modernized needs.

5、</p><p>　　In this paper, based on PLC control system of automatic packing production line has carried on the detailed research. The system has a robotic arm and two conveyor belts, namely carrying manipulato

6、r, package box conveyor belt and product conveyor belt. Delivery manipulator used to transfer water bottles, beverage for all products on the conveyor belt conveyor belt of the beverage box sent to packing. The package b

7、ox conveyor belt is used to deliver the product package box, whose function is that</p><p>　　This control system has high precision, low cost, strong anti-interference ability, low failure rate, simple opera

8、tion and maintenance and so on, has the good application value. </p><p>　　Keywords: Programmable controller; packing and automatic control system; the conveyor control; manipulator</p><p><b&

9、gt;　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 自動裝箱生產線的發(fā)展概況2</p><p>　　1.2.1 國內自動裝箱生產線的發(fā)展概況2</p><p>　　1.2.2 國外自

10、動裝箱生產線的發(fā)展概況2</p><p>　　第2章 方案論證與設計要求4</p><p>　　2.1 方案論證4</p><p>　　2.1.1 采用傳統(tǒng)繼電—接觸器電氣控制系統(tǒng)4</p><p>　　2.1.2 采用PLC可編程序控制器控制系統(tǒng)4</p><p>　　2.1.3 方案比較與選擇4<

11、/p><p>　　2.2 本文主要研究內容5</p><p>　　2.2.1 設計任務書5</p><p>　　2.2.2 主要解決的問題7</p><p>　　第3章 PLC的概述8</p><p>　　3.1 PLC的硬件結構8</p><p>　　3.2 PLC控制系統(tǒng)組成8<

12、;/p><p>　　3.3 PLC的工作過程8</p><p>　　第4章 控制系統(tǒng)硬件設計10</p><p>　　4.1 硬件的選型10</p><p>　　4.1.1 PLC型號的選擇10</p><p>　　4.1.2 傳感器的選擇11</p><p>　　4.1.3 電動機的選擇

13、12</p><p>　　4.1.4 接觸器的選擇13</p><p>　　4.1.5 熱繼電器的選擇13</p><p>　　4.1.6 開關電器、熔斷器的選擇13</p><p>　　4.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設計13</p><p>　　4.2.1 I/O點數的估算13</p><

14、p>　　4.2.2 系統(tǒng)I/0點的分配14</p><p>　　第5章 控制系統(tǒng)軟件設計17</p><p>　　5.1 控制系統(tǒng)構成圖和工作流程圖17</p><p>　　5.1.1 控制系統(tǒng)構成圖17</p><p>　　5.1.2 控制系統(tǒng)工作流程圖17</p><p>　　5.2 PLC控制系統(tǒng)

15、軟件設計19</p><p>　　5.2.1 控制系統(tǒng)邏輯分析19</p><p>　　5.2.2 控制系統(tǒng)程序設計19</p><p>　　5.3 系統(tǒng)程序調試及結果25</p><p>　　第6章 結論與展望26</p><p><b>　　6.1 結論26</b></p&g

16、t;<p>　　6.2 不足之處及未來展望26</p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　附 錄28</b></p><p><b>　　第1章 緒論<

17、/b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　現代社會中，無論在任何行業(yè)，從工廠的生產，到能源的輸送，到與人民生活息息相關的市政工程，甚至人們的工作和休息的樓宇，到處都可以看到自動化系統(tǒng)的身影。自動化系統(tǒng)不僅早就成為了工業(yè)和社會生活的一個組成部分，而且經發(fā)展水平的重要標志。</p><p>　　在自動化

18、生產日漸普及的今天，包裝機械的自動化程度直接影響到產品的質量和生產效率。在現代化的工業(yè)生產中常常需要對產品進行計數、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，不適合現代化的生產需要。為了適應現代化的大規(guī)模生產某種產品，進一步加快工業(yè)現代化的發(fā)展，提高國民經濟，改善人民的生活水平,就必須設計一套完整的自動化生產線，以便用這自動化的生產線來代替人工完成這些繁雜的工作。而且需要對其進行計數，包裝，自動化技術的提

19、高能大幅度的提高經濟效益，這在包裝業(yè)中表現的特別明顯。近年來，包裝生產線的自動化、電子監(jiān)測和控制系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展，使的包裝企業(yè)以高速度、較少的停機時間和包裝故障，以及產品損耗減少、工傷和老毛病降低等優(yōu)點而獲得出色的成績。2002年11月3至7日在芝加哥舉行的國際PACK EXPO上，我們可以看到多家自動化公司展示的最新的包裝設備和新技術。這些經濟實用的自動化技術將會成為未來的發(fā)展力量?？梢娮詣友b箱技術應用前景十分廣闊[1]。</p&g

20、t;<p>　　近年來，生產線上的自動化控制應用已越來越多，越來越廣泛。隨著工業(yè)生產自動化水平的不斷加快，對控制系統(tǒng)提出了愈來愈嚴格的要求。隨著大規(guī)模集成電路廣泛應用，控制系統(tǒng)本身也得到長足發(fā)展，已由原來的分立元件、繼電器控制，發(fā)展成為大規(guī)模集成電路的微機控制?？刂品绞揭灿稍瓉淼姆稚⒖刂瓢l(fā)展為集中控制。正是在這種發(fā)展的需求下，可編程控制器應運而生。由于可編程控制器（PLC）具有體積小、抗干擾能力強、組態(tài)靈活等優(yōu)點，因而在工

21、業(yè)控制系統(tǒng)中得到非常廣泛的應用。 </p><p>　　在自動生產線檢測控制系統(tǒng)中可編程控制器主要用作下位機，檢測各狀態(tài)點的狀態(tài)，直接控制系統(tǒng)的啟、停和其他控制單元的投切，并將各點的狀態(tài)送給上位機——計算機，計算機綜合可編程控制器和其他設備的數據，做出相應的處理和顯示。自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC

22、得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。</p><p>　　1.2 自動裝箱生產線的發(fā)展概況 </p><p>　　1.2.1 國內自動裝箱生產線的發(fā)展概況</p><p>　　中國的包裝業(yè)相對發(fā)達國家如日本和美國相當落后，具有非常大的發(fā)展?jié)摿??？刂葡?/p>

23、統(tǒng)從20世紀四十年代就開始使用了，早期的現場基地式儀表和后期的繼電器構成了控制系統(tǒng)的前身?，F在所說的控制系統(tǒng)，多指采用電腦或微處理器進行智能控制的系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)的發(fā)展史上，稱為第三代控制系統(tǒng)。這一代系統(tǒng)以PLC和DCS為代表，從七十年代開始應用以來，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業(yè)過程控制中獲得迅猛的發(fā)展。其中PLC，即可編程控制器，主要是從順序控制發(fā)展而來的，但從九十年代開始，隨著電子技術、計算機技術和通信技術的發(fā)展，PLC的性

24、能擴展的越來越廣，PLC的應用也逐漸向連續(xù)流程工業(yè)拓展。同時，DCS也開始向小型化的方向拓展。之后，陸續(xù)出現了現場總線控制系統(tǒng)、基于PLC的控制系統(tǒng)等。</p><p>　　在中國，自動化技術還未成熟，還需要長時間的發(fā)展，所以將會有很大的空間來發(fā)展此技術。這也是未來的發(fā)展方向和趨勢。中國的經濟高速度發(fā)展也需要這項技術來促進和加速，相信在自動化技術成熟以后，中國的經濟也將有飛躍性的進步。當前中國的經濟發(fā)展格局也是非

25、常的需要高技術來支持。這樣中才會有穩(wěn)定的發(fā)展狀態(tài)。向西部發(fā)展的經濟戰(zhàn)略思想必然需要有高技術隨之轉移，生產也將需要自動化技術的支持，這樣發(fā)展高技術自動化也就是必然的趨勢。</p><p>　　1.2.2 國外自動裝箱生產線的發(fā)展概況</p><p>　　從上世紀30年代開始，機械加工企業(yè)為了提高生產效率，采用機械化流水作業(yè)的生產方式，大型自動生產線承擔的加工對象也隨之改變。生產線的控制系統(tǒng)使

26、用的繼電器數量很多，在頻繁動作情況下壽命較短，使生產線的可靠性降低。為了解決這一問題，自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網絡技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能

27、。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。</p><p>　　作為離散控的制的首選產品，PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內的PLC年增長率保持為20%～30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數的不斷擴大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關資料，2004年全球PLC的銷

28、售收入為100億美元左右，在自動化領域占據著十分重要的位置。 </p><p>　　PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐

29、條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。</p><p>　　PLC的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現出快速的優(yōu)點，在微秒量級，

30、解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。相同I/O點數的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS方式要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖

31、、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近十幾年來，國外PLC技術取得了飛躍，其容量成倍擴大、體積不斷縮小、功能不斷增強，不但具有邏輯運</p><p>　　第2章 方案論證與設計要求</p><p><b>　　2.1 方案論證 </b></p><p>　　2.1.1 采用傳統(tǒng)

32、繼電—接觸器電氣控制系統(tǒng)</p><p>　　由于繼電—接觸器電氣控制線路簡單，價格低廉，多年來在各種生產機械的電氣控制領域中，應用十分廣泛，而且技術上也十分成熟，因此受到大力推廣。但是在一些較為復雜的控制系統(tǒng)中，特別是涉及到時序控制的自動控制系統(tǒng)，必須使用大量的中間繼電器、時間繼電器、接觸器等，而且控制線路復雜、器件多、接點多，因而在這類控制系統(tǒng)中可靠性低、可維護性差。</p><p>

33、　　2.1.2 采用PLC可編程序控制器控制系統(tǒng) </p><p>　　PLC可編程序控制器其實就是工業(yè)控制計算機，用以取代傳統(tǒng)的中間繼電 器、時間繼電器、計數器等，并具有一切計算機控制系統(tǒng)的功能。目前PLC已成為工業(yè)控制的標準設備，其應用面幾乎覆蓋了整個工業(yè)企業(yè)，廣泛應用于化工、石油等企業(yè)的現代過程控制中。 </p><p>　　2.1.3 方案比較與選擇</p><

34、p>　　采用傳統(tǒng)據電—接觸器電氣控制系統(tǒng)，雖然價格低廉，但大量的中間繼電器、時間繼電器，使得線路復雜、器件多、接點多、可靠性低，而且一旦出現故障，檢修困難。用于自動控制系統(tǒng)中，其反應時間、跟蹤能力差，有可能使得系統(tǒng)不能正常運行。 </p><p>　　而采用PLC可編程序控制器，其優(yōu)點如下： </p><p>　　具有高可靠性。PLC除采用優(yōu)質器件等外，在硬件方面采用了較先進的電源，

35、用以防止由電源回路串入干擾。其內部采用了電磁屏蔽，以防輻射干擾。而外部輸入/輸出電路則一律采用光電隔離，加上常規(guī)濾波和數字濾波；軟件方面設置了警戒時鐘WDT、自診斷等措施。因而使得PLC的平均無故障時間達到30萬小時，被稱為“永遠不壞的控制器”，因而可靠性優(yōu)于傳統(tǒng)繼電—接觸器電氣控制系統(tǒng)。 </p><p>　　靈活性高、擴展性好、通用性強。它采用程序使得硬件軟件化，對于不同的控制系統(tǒng)，只需改變程序即可，因而通用

36、性強。而且現場接口容易，設計周期短。 </p><p>　　功能強。PLC具有自診斷、監(jiān)控和各種報警功能既可完成過程控制，又可進行閉環(huán)回路的調節(jié)控制，而且在將來的工控領域，可以說是無所不能。</p><p>　　由于生產線上的惡劣環(huán)境和電磁干擾，一般的電子儀器都會受到干擾。而 PLC是從取代工廠內繼電器線路、進行順序控制發(fā)展開來的工業(yè)控制產品。PLC由于具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強

37、，以及編程簡單，維護方便，通訊靈活等優(yōu)點。在電器控制系統(tǒng)中得到廣泛應用。PLC不僅能實現復雜的邏輯控制，還能完成定時、計算、計數和各種閉環(huán)控制功能。整個控制系統(tǒng)利用PLC的控制實現了空箱傳送、產品運輸、產品計數等功能。并且有手動控制和自動控制兩種控制方式。在生產線自動裝箱控制的控制系統(tǒng)應用，可使生產線的控制更加靈活、可靠。進而提高生產效率，突現節(jié)約用工，改善工人工作環(huán)境，減輕工人勞動強度，節(jié)約材料消耗和用工[3]。 </p>

38、<p>　　因此，本文選擇PLC控制系統(tǒng)，來實現復雜的邏輯控制，并完成定時、計算、計數和各種閉環(huán)控制功能，進而實現飲料瓶的自動化裝配。</p><p>　　2.2 本文主要研究內容</p><p>　　2.2.1 設計任務書</p><p><b>　　一、設備概述:</b></p><p>　　該自動裝箱

39、系統(tǒng)可把12瓶飲料裝成一箱。本系統(tǒng)由皮帶傳輸機傳送瓶子，當到達裝箱位置時，機械手下降夾起瓶子后上升，上升到位后再向右移動，把瓶子裝進紙箱內，然后機械手返回原位，開始下一個動作。 該系統(tǒng)中皮帶傳輸機、機械手均由PLC控制，機械手由三臺電動機控制，一臺電機帶動夾緊機構，一臺電機帶動升降機構，一臺電機帶動移動機構，如圖2-1 所示。</p><p>　　圖2-1 機械手控制示意圖</p><p&g

40、t;　　二、設計任務和要求:</p><p>　　對生產線上某種產品自動按指定數量(如12個)裝箱，產品裝箱前及裝箱后都由傳送帶傳送。生產線自動裝箱控制裝置示意圖如圖2-2所示。生產產品由傳送帶A傳送，裝入由B傳送的空箱中。每12個產品裝入一箱，當傳送帶A傳送了12個產品裝入一箱后，傳送帶B 將該箱產品移走，并傳送下一個空箱到指定位置等待傳送帶A傳送來的產品。</p><p>　　圖2-2

41、 生產線自動裝箱控制裝置示意圖</p><p>　　用PLC控制整個控制裝置要達到以下要求：</p><p>　　按下控制裝置啟動按鈕后，傳送帶B先啟動運行，拖動空箱前移至指定位置，</p><p>　　達到指定位置后，由SQ2發(fā)出信號，使傳送帶B制動停止。</p><p>　　傳送帶B停車后，傳送帶A啟動運行，產品逐一落人箱內，由傳感器檢測

42、產品數量，當累計產品數量達12個時，傳送帶A制動停車，傳送帶B啟動運行。</p><p>　　上述過程周而復始地運行，直到按下停止按鈕，傳送帶A和傳送帶B同時停止，其工作流程如圖2-3所示。</p><p>　　應有必要的信號指示，如電源有電、傳送帶A工作和傳送帶B工作等。</p><p>　　傳送帶A工作和傳送帶B應有獨立點動控制，以便于調試和維修。</p&

43、gt;<p>　　圖2-3 生產線自動裝箱工作流程圖</p><p>　　2.2.2 主要解決的問題</p><p>　　在傳統(tǒng)的工業(yè)控制中，一般都是由繼電器來進行控制的，當今的PLC吸收了微電子技術和計算機技術的成果。在很多領域，PLC已經取代了繼電器進行控制。在傳統(tǒng)的控制中，傳送帶的控制通常是通過繼電器來完成，維護復雜。本設計介紹了通過PLC來對傳送帶進行自動控制。該系統(tǒng)

44、有一個機械手和兩個傳送帶，即運物機械手，包裝箱傳送帶和產品傳送帶。</p><p>　　依據提出的要求，我們需要解決的關鍵是：</p><p>　　對機械手的上升，下降，左轉，右和夾緊，松開的執(zhí)行；對傳送帶A拖動飲料瓶到指定位置的控制；</p><p>　　對傳送帶B拖動空箱到指定位置的控制；以及傳送帶A制動后機械手的運行，對這一循環(huán)的計數和傳送帶B的運動，怎么使其

45、形成一個循環(huán)的過程；</p><p>　　對機械手和傳送帶的控制還應該設置報警功能；同時機械手，傳送帶A和傳送帶B應有獨立點動控制，以便于調試和維修；</p><p>　　最后還要對機械手運送的產品進行指定數量的檢測。</p><p>　　對于傳送帶的控制可采用步控指令實現步進控制；而對于傳送帶的獨立點動控制可設置一個手動控制按鈕，當其按下時，系統(tǒng)可進行獨立點動控制

46、。對于PLC這些都可通過軟件完成要求；其中需要用傳感器來進行位置檢測和產品計數。</p><p>　　第3章 PLC的概述</p><p>　　3.1 PLC的硬件結構</p><p>　　PLC采用的是典型的計算機結構，主要包括CPU、RAM、ROM和輸入、輸出接口電路等。其內部采用總線結構，進行數據和指令的傳輸。如果把PLC看作一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量→PLC

47、→輸出變量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測信號等均作為PLC的輸入變量，它們經PLC外部輸入端子輸入到內部寄存器中，經PLC內部邏輯運算或其他各種運算、處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出變量，對外圍設備進行控制。PLC的一般內部邏輯結構框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 PLC的邏輯硬件結構框圖</p><p>　　3.2 PLC控制系統(tǒng)組成</p&g

48、t;<p>　　輸入部分：如按鈕開關、限位開關等，直接與PLC輸入端子相連接，用以產生輸入控制信號，這些信號一般來自操作臺上的人工指令。 </p><p>　　控制部分:反復執(zhí)行根據被控對象的實際控制要求所編制的處理程序，并產生各種輸出號。</p><p>　　輸出部分:如接觸器、電磁閥等，它們與PLC輸出端子相連接，用以控制被控對象的動作。</p><p

49、>　　3.3 PLC的工作過程</p><p>　　輸入處理:PLC以重復掃描方式執(zhí)行用戶處理程序，在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序將所有輸入端子的通斷狀態(tài)(輸入信號)讀入輸入映象寄存器中，然后開始執(zhí)行用戶處理程序.在執(zhí)行過程中，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內容也不變，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才重新讀取輸入狀態(tài)。 </p><p>　　程序控制:在程序執(zhí)行階段，PLC

50、順序掃描用戶程序，每執(zhí)行一條程序所需要的信息都從輸入映象寄存器和其他內部寄存器中讀出并參與計算，然后將執(zhí)行結果寫入有關輸出映象寄存器中。 </p><p>　　輸出處理:當全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構成PLC的實際輸出并由輸出端子送出。隨著微電子技術的發(fā)展，可編程序控制器（PLC）以微處理器為核心，適用于開關量、模擬量和數字量的控制，已進入過程控制和位置控制等領域，成

51、為一種多功能、高可靠性、應用場合最多的工業(yè)控制微型計算機[4]。</p><p>　　第4章 控制系統(tǒng)硬件設計</p><p><b>　　4.1 硬件的選型</b></p><p>　　4.1.1 PLC型號的選擇</p><p>　　因為本系統(tǒng)是對開關量進行控制的應用系統(tǒng)，而且對控制速度要求不高，所以可選用西門子S7

52、-200系列的CPU226型可編程控制器PLC作為控制核心，該單元為40點I/O，24點輸入，16點輸出，所以滿足系統(tǒng)輸入、輸出點需要。西門子S7-200系列CPU224型 PLC的特點： </p><p>　　高速計數器能方便的測量高速運動的加工件。 </p><p>　　擴展能力增強，最大到12ch的模擬量。 </p><p>　　帶高速掃描和高速中斷的高速處理

53、。 </p><p>　　可方便的與西門子的可編程序終端(PT)相連接，為機器操作提供一個可視化界 面。 </p><p>　　A/D、D/A精度大幅度提高，分辨率為1/6000。 </p><p>　　可進行分散控制和模擬量控制。 </p><p>　　通訊功能增強，提供內置RS232C端口及RS485的適配器。</p>&

54、lt;p>　　S7-200雖然體積小，但是提供了許多功能。具有強大的模擬量擴展功能，能夠帶3塊模擬量輸入輸出模塊；能夠連接觸摸屏；提供新的適配器，把外設口轉成RS485口。為小型的緊湊型設備提供人機界面(HMI)和高精度的測量方法。采用S7-200將在很小的空間內獲得許多先進的功能。小機殼內會聚了先進的功能和優(yōu)異的表現。為輕工行業(yè)、醫(yī)療制冷行業(yè)，傳送設備和緊湊型的制造商提供更優(yōu)越的性能和更高的附加值。</p><

55、;p>　　西門子小型系列PLC具有優(yōu)異的性能價格比，所組成的控制系統(tǒng)具有如下技術特點：</p><p>　　穩(wěn)定的性能西門子系列PLC外型小巧結構緊湊，西門子公司長期積累的生產控制經驗和嚴格的技術標準保證了其可靠穩(wěn)定的性能，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下仍然能正常運行。更經過高低溫的考驗，使得該PLC可以適用在特殊的場合。 </p><p>　　通訊功能增強提供內置的RS232C端口和RS4

56、22端口。西門子完全開放的通訊協(xié)議可以方便的實現上位機遠程監(jiān)控功能，用戶可以隨心所欲自己定制開發(fā)通訊監(jiān)控系統(tǒng)。 </p><p>　　高速的程序執(zhí)行速度更快的程序指令執(zhí)行速度，使得控制過程精確無誤。 </p><p>　　很強的擴充能力模擬量可以增加到12路；系統(tǒng)支持Device Net協(xié)議，具有強大的擴充能力，通過遠程端子，可以擴充到256點，方便組成集散控制系統(tǒng)。</p>

57、<p>　　4.1.2 傳感器的選擇</p><p>　　近年來，隨著生產自動化程度的提高，光電傳感器的功能不斷完善，現已成為與PLC相配套的系列產品，廣泛用于自動包裝、打膠、罐裝、以及自動裝配流水線。 </p><p>　　針對本文設計要求，我們可采用光電開關來對產品計數和空箱到位檢測。這類光電傳感器利用光電元件受光照或無光照時“有”“無”電信號輸出的特性將被測量轉換成斷續(xù)變

58、化的開關信號。為此，要求光電元件靈敏度高，而對光照特性的線性要求不高。這類傳感器主要應用于零件或產品的自動記數、光控開關、電子計算機的光電輸入設備、光電編碼器以及光電報警裝置等方面[5]。 </p><p>　　光電開關可分為兩類：透射型和反射型兩種。 </p><p>　　透射型光電開關是由分離的發(fā)射器和接收器組成并相對放置。發(fā)射器發(fā)射的紅外線直接照射到接收器上，當有物品通過時，將紅外線

59、光源切斷遮擋住了，接收器收不到紅外光，于是就發(fā)出一個信號?？捎糜诋a品計數。 </p><p>　　反射型光電開關的接收部分和發(fā)射部分合做在一起，利用物體對發(fā)射部分發(fā)射出的紅外線反射回去，由接收部分接收，從而判斷是否有物體存在。當有物體通過，接收器接收不到紅外光，于是就發(fā)出一個信號?？捎糜诳障涫欠竦轿粰z測。 當采用接近開關、光電開關等兩線式傳感器時，由于傳感器的漏電流較大，可能出現錯誤的輸入信號而導致PLC的誤動作

60、，此時可在PLC輸入端并聯旁路電阻R，如圖4-1所示。當漏電流不足lmA時可以不考慮其影響[6]。 </p><p>　　圖4-1 PLC與光電開關的連接</p><p>　　旁路電阻R的計算公式如下：</p><p><b>　　式（4-1）</b></p><p>　　式（4-1）中：I為傳感器的漏電流（mA），U0

61、ff為PLC輸入電壓低電平的上限值（V），RC為PLC的輸入阻抗（KΩ），RC的值根據輸入點不同有差異。反射式光電傳感器的工作原理如圖4-2所示[7]。</p><p>　　圖4-2 反射式光電傳感器原理圖</p><p>　　該系統(tǒng)選擇的反射式光電傳感器型號為PM2-LF10,其性能參數如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 PM2-LF10反射式光電傳感

62、器的性能參數</p><p>　　4.1.3 電動機的選擇</p><p>　　目前市面上的電動機類型多種多樣用于自動化生產線的電動機的類型也數不勝數?；谠撓到y(tǒng)的控制要求與各類型電動機的結構特點和工作場合，并考慮到經濟性和實用性，本系統(tǒng)選擇的電動機是Kinco三相步進電動機3S57Q-04056，與之配套的驅動器為Kinco 3M458三相步進電動機驅動器，它的部分技術參數如表4-2所

63、示。</p><p>　　表4-2 3S57Q-04056型電動機的性能參數</p><p>　　4.1.4 接觸器的選擇</p><p>　　接觸器是一種用來接通或斷開帶負載的交直流主電路或大容量控制電路的自動化切換器,主要控制對象是電動機。通用接觸器可大致分以下兩類。 </p><p>　　交流接觸器。主要有電磁機構、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝

64、置等組成。常用的是CJ1、0CJ12、CJ12B等系列。 </p><p>　　直流接觸器.一般用于控制直流電器設備,線圈中通以直流電,直流接觸器的動作原理和結構基本上與交流接觸器是相同的。 </p><p>　　接觸器的選型有諸多因素外與負載密切相關一般三相異步電機的起動電流為額定電流的3-5倍。所以接觸器的額定電流為: 4IN=36A</p><p>　　綜

65、上所述，本系統(tǒng)選用CJ10-40接觸器的額定電流為40A，額定電壓為380V。</p><p>　　4.1.5 熱繼電器的選擇</p><p>　　熱繼電器由兩部分組成，每一部分安裝的位置不同。一部分是主觸點，接在電動機與接觸器KM之間。另一部分是接在控制電路中。與接觸器KM的線圈電路相串聯。熱繼電器在控制線路中起過載保護的功能。熱繼電器是采用雙金屬熱元件,動作機構，常閉觸頭和常開觸頭，復

66、位按鈕及整定電流調節(jié)旋鈕等構成。根據雙金屬熱元件的數目可分為兩極和三極型熱器，而三極型又分帶斷相保護和不帶斷相保護兩種。 </p><p>　　電動機的額定電流15A，FR1可以選用JR16，熱元件電流為20A，電流整定范圍為14-22A工作時將額定電流調整為15A。</p><p>　　4.1.6 開關電器、熔斷器的選擇</p><p>　　行程開關是一種由物體的

67、位移來決定電路通斷的開關，選用型號為LXK2-131型。熔斷器選用RL1-15型熔點器，熔體的額定電流為30A。</p><p>　　4.2 PLC控制系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　根據自動裝箱系統(tǒng)的控制要求,系統(tǒng)應有手動控制和自動控制功能。為了避免意外事故或故障的發(fā)生，系統(tǒng)設有報警器。系統(tǒng)的具體設計過程如下： </p><p>　　4.2.1 I/O點數的估算

68、</p><p><b>　　系統(tǒng)輸入信號： </b></p><p>　　自動控制按鈕，需要1個輸入端； </p><p>　　手動控制按鈕，需要1個輸入端； </p><p>　　停止按鈕，需要1個輸入端； </p><p>　　手動控制時，傳送帶A和傳送帶B獨立點動控制按鈕需要2個輸入端；

69、</p><p>　　產品數量檢測信號SQ1和空箱位置檢測信號SQ2，需要2個輸入端； </p><p>　　機械手的上升下降，左移右移，夾緊放松，需要6個輸入端；</p><p>　　故障報警消音按鈕，需要1個輸入端。 </p><p>　　以上共需14個輸入信號點。</p><p><b>　　系統(tǒng)輸出信

70、號：</b></p><p>　　機械手的上升下降，左移右移，夾緊放松，需要5個輸出端；</p><p>　　傳送帶A和傳送帶B，需用2個控制輸出端；</p><p>　　系統(tǒng)上電指示和手動指示、裝箱指示需要3個輸出端；</p><p>　　一個報警器，需要1個輸出端。 </p><p>　　以上共需11個

71、輸出信號點。</p><p>　　4.2.2 系統(tǒng)I/0點的分配</p><p>　　系統(tǒng)I/O點的分配如表4-3所示。</p><p>　　表4-3 S7-200 I/O分配表</p><p>　　系統(tǒng)輸入/輸出接線圖如圖4-3所示</p><p>　　圖4-3 系統(tǒng)輸入/輸出接線圖</p><p

72、>　　第5章 控制系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　5.1 控制系統(tǒng)構成圖和工作流程圖 </p><p>　　5.1.1 控制系統(tǒng)構成圖</p><p>　　圖5-1 生產線自動裝箱的PLC控制系統(tǒng)圖</p><p>　　5.1.2 控制系統(tǒng)工作流程圖</p><p>　　按下啟動按鈕后，傳送帶A運行直到光電開關

73、PS1檢測到飲料瓶，才停止。</p><p>　　傳送帶A停止后，機械手下降。下降到位后機械手夾緊飲料瓶，2s后開始上升，而機械手保持加緊。上升到位右轉，右轉到位下降，下降到位機械手松開，將飲料瓶放進B傳送帶上的空箱內，2s后機械手上升。上升到位左轉，左轉到位下降，開始下一循環(huán)，用PLC作計數控制，對機械手這一循環(huán)計數。</p><p>　　計到24次循環(huán)后，傳送帶B開始運行，當PS2檢測

74、到下一空箱后，傳送帶B停止。</p><p>　　上述過程周而復始的進行，直到按下停止按鈕，傳送帶A和傳送帶B同時停止。其工作流程圖如圖5-2所示。</p><p>　　當按下手動選擇按鈕后，系統(tǒng)停止上述的自動控制運行，而可以手動進行控制傳送帶A和傳送帶B的運行，以便于調試和維修[8]。 </p><p>　　圖5-2 系統(tǒng)自動控制流程框圖</p>&

75、lt;p>　　5.2 PLC控制系統(tǒng)軟件設計 </p><p>　　5.2.1 控制系統(tǒng)邏輯分析</p><p>　　自動裝箱系統(tǒng)的控制設計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控制設備動作之間的相互關聯性,最佳的實現方案就是采用順序控制。這樣就考慮針對不同的工作狀態(tài)，進行相應的動作控制輸出，從而實現自動裝箱系統(tǒng)從傳送帶A開始工作到產品進入空箱之中并完成精確的計數這樣一個周期控制工作的程序實

76、現。 設計使用一系列的中間狀態(tài)信號來傳遞狀態(tài)轉換信息，完成順序的交互。因為要求機械手，傳送帶A和傳送帶B具有點動控制功能，故分別設置自動控制和手動控制兩個啟動按鈕。當按下自動啟動按鈕時，系統(tǒng)進行自動控制。</p><p>　　在自動裝箱過程中，當傳送帶A到達指定位置時，由PS1發(fā)出信號，使傳送帶A停止；而后機械手啟動運行，將產品逐一放入箱內，由PLC的計數器檢測機械手的循環(huán)次數，當機械手累計循環(huán)12次時，傳送帶B

77、啟動運行，當PS2檢測到空箱時發(fā)出信號，傳送帶B停止運行；完成整個循環(huán)工作。當按下手動控制按鈕時，若按下手動上升，機械手就手動上升，若按下手動下降，機械手就手動下降；若按下手動左移，機械手就手動左移，若按下手動右移，機械手就手動右移；若按下手動加緊與松開，機械手就手動加緊或松開；若按下傳送帶A獨立點動輸入按鈕，傳送帶A就工作；若按下傳送帶B獨立點動輸入按鈕，傳送帶B就開始工作。其中各步是完全獨立的[9]。 </p><

78、;p>　　5.2.2 控制系統(tǒng)程序設計</p><p>　　根據前面所述畫出該系統(tǒng)的功能流程圖，如圖5-3所示。</p><p>　　圖5-3系統(tǒng)功能流程圖</p><p>　　自動控制程序梯形圖如下：</p><p><b>　　主程序梯形圖：</b></p><p>　　主程序工作過程：

79、當按下啟動按鈕SB1時，使得傳送帶運行并形成自鎖，輔助繼電器M0.0控制滿瓶及空瓶傳感器工作，帶動生產及計數兩個子程序的工作。當按下停止按鈕SB2時，系統(tǒng)停止工作。</p><p><b>　　生產程序梯形圖：</b></p><p>　　生產程序工作過程：當定位器I0.2檢測到瓶子時，自動閉合并啟動定時器T37，所以在這里加入了中間繼電器SM0.0。當T37定時器定

80、時動作結束時，灌裝設備開始工作，同時定時器T38開始工作，并且報警顯示啟動（表示灌裝設備正在正常運行），而對于SM0.0進行復位，也就是對T37進行復位。當系統(tǒng)工作5秒后，灌裝完成，傳送帶繼續(xù)運行[10]。</p><p><b>　　計數程序梯形圖：</b></p><p>　　計數程序工作過程：復位按鈕I0.5連接繼電器M0.1，滿瓶傳感器I0.3連接計數器C0形

81、成滿瓶計數器，當檢測到一個滿瓶經過時，啟動C0自加1但是出于局限性，只能顯示一位輸出。同理，空瓶傳感器連接C2形成空瓶計數器。C1與C3經由繼電器M0.1連接到復位按鈕I0.5上，同時與C0和C2相連，這是為了對C0與C2的復位[11]。</p><p>　　5.3 系統(tǒng)程序調試及結果 </p><p>　　在計算機上，運行STEP 7 Misro/WIN 編程軟件，打開自動裝箱控制程序。

82、斷電情況下連接好PC/PPI電纜，按照I/O分配表，用實驗連線導線將PLC主機模塊輸入、輸出接口與實驗板接口一一對應連接，并將PLC主機模塊的電源端與實驗模塊的電源端相連接。下載程序文件到PLC,監(jiān)控后運行，使PLC進入運行方式。</p><p>　　按下自動控制按鈕I0.0后，系統(tǒng)指示燈Q1.0亮；同時傳送帶B啟動運行（Q0.7指示燈亮）。 </p><p>　　當SQ2空箱到位檢測信號

83、到（I0.6按鈕輸入），傳送帶B停止運行（Q0.7指示燈滅）。同時傳送帶A啟動運行（Q0.6指示燈亮）。 </p><p>　　當SQ1送入24個計數脈沖時（M20.0按鈕24次輸入）及累計產品數量達24個時，傳送帶B啟動運行（Q0.7指示燈亮）。 </p><p>　　當SQ2到位信號到（I0.7按鈕輸入），系統(tǒng)循環(huán)工作[12]。 </p><p>　　當按下手動

84、控制按鈕I2.2時，系統(tǒng)立刻進入手動控制狀態(tài)。手動指示燈Q1.1亮，系統(tǒng)指示燈仍亮。當按下傳送帶B或傳送帶A的手動控制按鈕I1.0和I1.7時，傳送帶B或傳送帶A啟動運行。當按下機械手上升手動控制按鈕I1.1時，機械手上升；當按下機械手下降手動控制按鈕I1.2時，機械手下降；當按下機械手左移手動控制按鈕I1.3時，機械手左移；當按下機械手右移手動控制按鈕I1.4時，機械手右移；當按下機械手夾緊手動控制按鈕I1.5時，機械手夾緊；當按下機

85、械手放松手動控制按鈕I1.6時，機械手放松。機械手和傳送帶A傳送帶B完全可獨立控制。 </p><p>　　無論系統(tǒng)何種運行狀態(tài)，自動控制狀態(tài)和手動控制狀態(tài)可互相轉換。手動指示燈Q1.1可顯示系統(tǒng)狀態(tài)[13]。 </p><p>　　當按下停止按鈕I0.5時，系統(tǒng)停止運行，系統(tǒng)指示燈Q1.0滅。 該結果完全滿足設計的要求，借助實驗室的設備完全模擬了生產線自動裝箱控制過程[14]。<

86、/p><p><b>　　第6章 結論與展望</b></p><p><b>　　6.1 結論 </b></p><p>　　對于本次設計，成功采用PLC控制機械手和傳送帶的工作，完成了本次設計任務的基本要求，經過多次的調試，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠、冗余性強，可以很好地適用于連續(xù)工作。本次設計的生產線自動裝箱PLC控制系統(tǒng)，其硬

87、件結構簡單，成本低廉，響應速度快，性能、價格比很高，和單片機系統(tǒng)相比具有極高的可靠性，具有良好的市場應用價值。本系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)以繼電器控制硬件電路的方法，采用人機界面取代繼電器，通過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，以及編程簡單，維護方便，通訊靈活等優(yōu)點。但是該設計尚有不足，還有很多的擴展功能沒有實現，例如對產品計數錯誤的檢測功能等等[15]。 </p><p>　　6.2

88、不足之處及未來展望 </p><p>　　通過這次設計，使我對自動控制設計有了更深刻的認識，也使自己的動手能力和方案設計的思路有了更進一步的提高，同時也更加熟悉了本專業(yè)的設計軟件。對PLC的功能也有了進一步的認識，了解了不同型號的PLC以及相關的編程軟件。在完成這個題目的過程中，我遇到了一些困難，也走了很多彎路。但通過不斷的努力和同學們的大力支持，以及指導老師的悉心教導，我克服了困難完成了本次設計，同時我也獲得了

89、很多寶貴的經驗，學到了很多新的知識。 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　徐鐵. PLC應用技術. 北京: 中國勞動社會保障出版社, 2007 </p><p>　　鄭鳳翼. 圖解西門子S7-200系列PLC入門. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2009</p><p>　　張小娟. 工廠電

90、氣控制設備. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2006 </p><p>　　易培林. 電子技術與應用. 北京: 人民郵電出版社, 1995 </p><p>　　郁有文. 傳感器原理及工程應用. 西安: 西安電子科技大學出版, 2003 </p><p>　　王化祥, 張淑英. 傳感器原理及應用. 天津: 天津大學出版社, 2005 </p><p&

91、gt;　　趙繼文. 傳感器與應用電路設計. 北京: 科學出版社, 2006 </p><p>　　廖常初. PLC編程及應用. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2005 </p><p>　　林春方. 可編程控制器原理及其應用. 上海: 上海交通大學出版社, 2004 </p><p>　　陳忠華. 可編程控制器與工業(yè)自動化. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2005 <

92、;/p><p>　　史宜巧, 孫業(yè)明, 景邵學. PLC技術及應用項目教程. 機械工業(yè)出版社, 2009.1.</p><p>　　趙曙光. 可編程模擬器件開發(fā)及應用. 西安：西安電子科技大學出版社, 2001 </p><p>　　張萬忠. 電器與PLC控制技術第二版. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2007 </p><p>　　易泓可. 電氣

93、控制系統(tǒng)實際基礎與范例. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2005</p><p>　　李道霖. 電氣控制與PLC原理及應用[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2004</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　通過這次設計，加強了我的動手、思考和解決問題的能力。使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，

94、只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。雖然在設計的過程中遇到很多難解的問題，但同時也鞏固了我對word、Auto CAD等軟件的掌握和運用，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我也知道了有了問題就立即解決不能拖拖拉拉，做事情不能眼高手低，要多動手實踐操作不斷

95、地調試改進才能是程序不斷地完善。老師也幫助我們解決問題同時，在老師的身上我們學也到很多實用的知識，拓寬了我們的眼界，在此我們表示感謝！同時，我也學到了很多課內學不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現差錯的隨機應變，都受益非淺，今后的制作應該更輕松，自己也都能扛的起并高質量的完成項目。</p><p>　　最后，感謝xx老師的指導，無論在哪方面，我都學到了許多東西。</p><p><