贮丝生产线PLC控制系统设计说明书.docx

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贮丝生产线PLC控制系统设计说明书

贮丝生产线PLC控制系统设计

摘要：

随着社会的发展和技术的进步，PLC的应用越来越广泛，也越来越方便，而且它的操作界面也较其它简单。

现代电气控制技术正是综合了计算机、自动控制、电子技术和精密测量等许多先进的科学技术成果。

随着科技的发展和现实暴露的一些问题，为了能更快捷更方便的完成一些任务，在工业生产过程中，经常需要对生产线的生产进行监控和控制。

自动控制生产在工厂生产过程中应用非常广泛，比如贮丝生产线、饮料生产线等情况下的自动生产。

此次设计的主要目的就是解决目前生产线控制中存在的一些问题，合理地利用PLC的硬件资源和软件资源，充分利用各种指令的简化控制程序，做到控制程序应尽量简单，便于理解，并有一定的规律性以便能适合于不同生产线过程的要求。

通过贮丝生产线PLC控制系统的设计，选用现在流行的三菱FX2NPLC在设计中加入了互锁和监测传感器应答信号，采用了步进指令,基本上满足了贮丝生产线工作的要求，并在类似的生产线自动控制中有广泛的应用前景。

关键词：

PLC；贮丝生产线；控制系统

TheDesignofPLCcontrolsystemof

wireproductionline

Abstract:

Withthedevelopmentofsocietyandtheprogressoftechnology,theapplicationofPLCbecomesmoreandmoreextensive、convenientandalsoitsinterfaceissimple.Modernelectricalcontroltechnologyisthecombinationofcomputer,automaticcontrol,electronictechnologyandprecisionmeasurementandmanyotheradvancedscientificandtechnologicalachievements.Withthedevelopmentofscienceandtechnologyandtherealityofsomeoftheproblemsexposed,inordertobemoreefficientandmoreconvenienttocompletesometasks,intheprocessofindustrialproduction,oftenneedtomonitorandcontrolproductionline.Automaticcontroloftheproductioniswidelyusedinfactoryproductionprocess,suchasautomaticproductionofwireproductionline,beverageproductionlineandsoon.

Thedesignofthemainpurposeistosolvethepresentproductionlinecontrolinsomeoftheproblems,reasonableuseofPLChardwareandsoftwareresources,makefulluseofvariousinstructionssimplifycontrolprocedures,tocontroltheprocedureshouldbesimple,easytounderstand,andhaveacertainregularitythatcanbesuitablefordifferentproductionprocessrequirements.ThroughthewireproductionlinePLCcontrolsystemdesign,selectionofthenowpopularMitsubishiFX2NPLCjoininthedesigntheinterlockingandmonitoringsensorresponsesignal,adoptedstepinstruction,basicallymeetthewireproductionlineworkrequirements,andinthesimilarproductionlineautomaticcontrolhasawideapplicationprospectintheelectricalcontroltechnology.

KeyWords:

PLC;wireproductionline;controlsystem

3.3.1控制电路元器件介绍10

贮丝生产线PLC控制系统设计

1概述

1.1课题的背景与意义

在科学技术和生产力大幅提升的前提下，随着自动化技术在现代工业上日益普及，微电子技术的的快速发展，基于继电器控制系统又产生了可编程控制器（一种新型的工业控制装置），在这些前提下仍然会暴露许多现实问题，为了使一些任务更快捷更方便的完成，就必须经常在工业生产过程中对生产线的生产进行监控和相应的控制。

在工厂生产过程中自动控制得到了非常广泛的普及和使用，包括贮丝生产线、喷漆生产线等情况下的自动生产。

电气控制技术是为了满足生产工艺不断提出的新要求而促使科学技术的不断发展最终实现了自身的飞速发展。

现代先进的控制技术囊括了传感器检测技术、电力电子、模数电转换技术及精确测量等。

PLC之所以在当今社会得到如此广泛应用不仅因为它可以用于开关量控制，及模拟量和数字量的控制，还因为它可采集与存储数据，监控正在进行的控制系统。

贮丝生产线的用途是将从前一道工序中已经生产出来的烟丝，根据优良品种和型号规格的种类的不同分别送往指定的贮丝柜混合均匀后贮藏起来。

然后，卷烟生产线需要哪种规格的烟丝就从相应的贮丝柜中取来进一步加工。

本次设计的主要目的是解决当今贮丝生产线控制中的一些程序控制的问题，使得PLC的软件和硬件资源得到合理利用，以及贮丝生产线的灵便性和安全可靠性能够得到提高。

研究一套以PLC为核心，适用于工厂生产线的自动化控制系统，使其能长时间连续、可靠的工作。

由于当代工业化生产上和工艺上要求控制的精确度较高而且还要求控制系统要达到可以长时间连续连续、安全工作的要求，而PLC无论是在控制的灵活性上还是在性能上都可以达到上述要求，所以可编程序控制器的重要性不言而喻。

PLC系统的设计能够有效的提高贮丝生产的效率，此外PLC高可靠和强抗干扰能力、多样的I/O接口模块、优良的灵活性和系统安装简单以及维修方便等特点能很好的解决传统贮丝生产线中的问题，因此对生产线来说该PLC系统的设计有着很重要的意义。

1.2课题的基本内容与要求

贮丝生产线的用途是将从前一道工序中已经生产出来的烟丝，根据优良品种和型号规格的种类的不同分别送往指定的贮丝柜混合均匀后贮藏起来。

然后，卷烟生产线需要哪种规格的烟丝就从相应的贮丝柜中取来进一步加工。

整个生产线构成包括进料带、储丝柜、以及往贮丝柜中通过铺料带铺丝的铺料行车、需要通过分配带运行完成将烟丝送往指定柜的分配行车等，图中1～6序号分别表示贮藏某某个品种烟丝的贮丝柜。

贮丝生产线现场布置如图1-1所示。

图1-1贮丝生产线现场布置图

整个生产线可由6个贮丝柜构成，一个贮丝柜可贮存一个品种的烟丝（图中1~6序号分别表示其中一个柜）。

烟丝通过进料输送带被送到架在贮丝柜之上的分配行车（按水平方向往返运动）。

分配行车可根据指令自动定位于贮丝柜的上方。

烟丝由分配行车上的分配带传入贮丝柜中辅料行车（按竖直方向往返运动）的辅料带上。

辅料行车在贮丝柜中往复运动的同时辅料带正反转。

将带上烟丝落人框中并在柜中铺成一条线。

一条线铺完后，铺料行车停止.分配行车启动并步进一段距离停止。

铺料行车又开始铺第二条线。

如此往复，直至在柜中铺一层烟丝。

第一层铺满结束后，分配行车向相反的方向移动，铺料行车接着铺第二层。

直到贮丝柜满，进料系统停止。

接到另一条指令后，分配行车会重新寻找并到达指定贮丝柜进行进料。

生产线出料时，被指定的贮丝柜的底带启动。

底带可根据指令无级调整出料速度。

烟丝通过底带进入出料振槽，分别送往下道工序如图1-2。

整条生产线可以设置多个出料口同时出料也可以在同一柜中一起进行进料和出料，生产线工艺流程见图1-3所示。

图1-2进料系统示意图

图1-3生产线工艺流程框图

1.3贮丝生产线控制系统PLC功能及系统构成

根据任务，通过PLC应使贮丝生产线达到以下要求：

a.进料时，传感器检测信号发送到PLC来准确定位分配行车；　

b.铺料时，生产线的各个组成部分顺序启动运行，还要设置联动互锁；　

c.随时使整个系统的动作处于监测之下，保证出现问题或故障后可及时对相关故障部分进行保护；　

d.生产流程及故障发生地点能够随时显示在工艺流程显示屏上，并自动控制系统故障的声光报警.

PLC控制系统组成以及控制系统总框图如图1-4。

图1-4系统总框图

该系统除设计了PLC自控系统外，还设计有手控系统。

设置手控系统的目的是为了便于出现故障时进行调试和维修。

同时，它不需要PLC控制，在生产线自动系统出现故障时，可以作为系统的备用。

2整体方案选择与论证

本次设计的目的在于市场生产线的实际运用，为了使他能够大规模自动控制，选择一台PLC作为主要核心控件是可行性比较高的选择。

如果选择单片机或者其他控制器不仅程序繁琐而且一旦发生故障，查找原因及后的维修处理都将是非常困难和费事的。

PLC作为现代技术发展的产物，在现代生产线上的应用是及其广泛的，不仅是因为其操作简便，编程简单，控制灵活，且对于生产线更总要的一点是其性价比高，容易维修，并且抗干扰和对抗恶劣环境的优势使其成为工业生产线的上佳选择。

为了满足分配行车和铺料行车的往返运动及分配行车的进料定位，系统选用了24只感应接近开关。

通过装在贮丝柜内上部和下部的光电开关来发出进料满和出料满的信号。

整条生产线装有6对光电开关。

PLC实质是一种工业生产的控制计算机，其硬件结构本质上与微型计算机相同，包括输入输出电路，编辑器，系统程序存储器及中央处理单元（CPU）。

其硬件结构图如图2-1所示。

图2-1硬件结构图

2.1系统方案的选择

如今市场上有好几种型号的PLC可供选择，比如三菱，松下，西门子等，功能差不多但是每种都有各自的优势，以下介绍两种常用系列的PLC。

采用三菱FX系列PLC：

系统配置相当灵活，除了不同的子系列可供选择外，还可以选用多种扩展单元、基础单元和扩展模块，组成不同输入输出点和不同功能的控制系统，各种组合和运用都可以获得很高的性价比。

而其中FX家族中最先进的系列当属FX2N系列。

具有处理速度非常快以及可外加多个特殊模块满足系统自动化生产的要求。

  构造灵活，不受环境变化的影响，只要有点即可构建网络，同时可以很便捷扩展接入端口的数量，保持资源的高利用率防止浪废，在移动性上与WLAN比也不相上下。

成本也较低，使用面广。

采用德国西门子系列PLC：

a.西门子PLC稳定性好，抗干扰能力强，西门子PLC由于内部集成了现代大规模电路和制造过程经过严格的生产工艺流程，内部电路的抗干扰技术也是创新型首次加入其中，可靠性非常高。

b.西门子PLC装备齐全和功能完善，适用性强，从产生发展到今天的西门子PLC，已经产生了从最初的大到中最后到小的各种规模的产品。

各种规模的工业控制场合都可以使用到这种PLC。

现代西门子PLC不仅拥有逻辑处理功能还具有完整的数据运算能力，可用于大部分数字控制场所。

c.使用西门子PLC设计系统，一方面其运用了存储逻辑，这种逻辑结构明显改善了以前的接线逻辑，使得控制设备外部的接线很大程度的减少，进而缩短建造工作周期，另一方面它不仅维修方便，改造也变得简便。

综上所述，三菱的编程更符合东方人的思维方式，应该从三菱入门。

本项目在规模上属于中小集团规模，所以在难度与价格上选择三菱FXPLC更适合。

2.2选定PLC简介

本设计选用一台三菱FX2N—128MR—001的PLC作为控制主机，并配2台扩展单元.此三菱PLC用于其内部存放程序，执行顺序操作命令，逻辑运算，定时，计数与算术操作等可供用户选择的指令，其控制各种类型的机械或生产过程的输入输出采用了模拟、数字量，主要用于自动化生产、喷漆、喂饲料、起重机等行业，用途广泛。

FX2N系列的功能强、速度快，它的每条基本指令的完成时间仅需0.08µs，内置的用户存贮容量为8K步，外部更可以扩展到16K步，I/O点数为256个，有时更具需要甚至可以扩展到256个输入输出点。

FX系列PLC为日本三菱公司的产品，近年来推出的PLC有FX0S、FX0N、FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC、FX3U等系列型号。

其中FX0S、FX1S型PLC只有基本单元，不能扩展，输入输出点数在10~30之间，用于要求不高、点数较少的场合。

FX0N、FX1N型PLC的基本单元输入输出点数在24~60之间，可以扩展到128点。

FX2N、FX2NC型PLC的功能很强，基本单元输入输出点数在16~128之间，最多可以扩展到256点，编程指令也很强，运行速度很快，能够满足贮丝生产线的控制要求。

本此设计选用此类型的PLC，不仅因为其介绍的那么多优点，最重要的是此次设计的输入点分配到了61个，输出点也分配到了36个，选用64MR虽然满足了输出点个数的要求，但不满足输入点的要求，所以选择了128MR的扩展单元，其输入输出都满足系统的个数要求。

软元件范围也及其丰富。

主要介绍FX2N型PLC产品规格，见表2-1。

表2-1FX2N型PLC产品

型号

基本单元

内置8入/8出（继电器），AC电源

内置16入/16出（继电器），AC电源

内置24入/24出（继电器），AC电源

内置32入/32出（继电器），AC电源

内置40入/40出（继电器），AC电源

内置64入/64出（继电器），AC电源

内置8入/8出（晶体管），AC电源

内置16入/16出（晶体管），AC电源

内置24入/24出（晶体管），AC电源

内置32入/32出（晶体管），AC电源

内置40入/40出（晶体管），AC电源

内置64入/64出（晶体管），AC电源

内置16入/16出（继电器），DC电源

内置24入/24出（继电器），DC电源

内置32入/32出（继电器），DC电源

续表2-1

内置40入/40出（继电器），DC电源

内置16入/16出（晶体管），DC电源

内置24入/24出（晶体管），DC电源

内置32入/32出（晶体管），DC电源

内置40入/40出（晶体管），DC电源

内置8入/8出（晶闸管），AC电源

内置16入/16出（晶闸管），AC电源

内置24入/24出（晶闸管），AC电源

内置32入/32出（晶闸管），AC电源

内置40入/40出（晶闸管），AC电源

内置8入（AC）/8出（继电器），AC电源

内置16入（AC）/16出（继电器），AC电源

内置24入（AC）/24出（继电器），AC电源

内置32入（AC）/32出（继电器），AC电源

3贮丝生产线PLC控制系统硬件设计

3.1PLC控制系统设计步骤

控制系统设计步骤共分为以下七步：

a.系统软硬件设计与设备型号的选择

b.对输入输出点进行分配

c.设计控制原理图,编写尽量简单的程序

d.程序写入PLC

e.通过局部插入END分段对整体的程序进行逐个调试，查出错误所在

f.监视运行情况至调试无错误显示

g.运行程序

3.2控制系统I/O分配

贮丝生产线控制系统PLC的I/O接口分配表如表3-1所示：

表3-1贮丝生产线系统输入输出接口分配表

输入

输出

序号

功能

序号

功能

X000

手自切换选择

Y000

故障指示灯

X001

1号铺料行车电动机故障信号

Y001

1号柜铺料行车电动机正转

X002

2号铺料行车电动机故障信号

Y002

1号柜铺料行车电动机反转

X003

3号铺料行车电动机故障信号

Y003

2柜铺料行车电动机正转

X004

4号铺料行车电动机故障信号

Y004

2号柜铺料行车电动机反转

X005

5号铺料行车电动机故障信号

Y005

3柜铺料行车电动机正转

X006

6号铺料行车电动机故障信号

Y006

3号柜铺料行车电动机反转

X007

1号铺料带电动机故障信号

Y007

4柜铺料行车电动机正转

X010

2号铺料带电动机故障信号

Y010

4号柜铺料行车电动机反转

X011

3号铺料带电动机故障信号

Y011

5柜铺料行车电动机正转

X012

4号铺料带电动机故障信号

Y012

5号柜铺料行车电动机反转

X013

5号铺料带电动机故障信号

Y013

6柜铺料行车电动机正转

X014

6号铺料带电动机故障信号

Y014

6号柜铺料行车电动机反转

X015

分配行车电动机故障信号

Y015

1号柜铺料带电动机正转

X016

分配带电动机故障信号

Y016

1号柜铺料带电动机反转

X017

进料带电动机故障信号

Y017

2号柜铺料带电动机正转

X020

启动

Y020

2号柜铺料带电动机反转

X021

停止

Y021

3号柜铺料带电动机正转

X022

报警

Y022

3号柜铺料带电动机反转

X023

1号柜进料选择

Y023

4号柜铺料带电动机正转

X024

2号柜进料选择

Y024

4号柜铺料带电动机反转

X025

3号柜进料选择

Y025

5号柜铺料带电动机正转

X026

4号柜进料选择

Y026

5号柜铺料带电动机反转

X027

5号柜进料选择

Y027

6号柜铺料带电动机正转

X030

6号柜进料选择

Y030

6号柜铺料带电动机反转

X031

1号柜铺料上限位接近开关

Y031

分配行车电动机正转

X032

1号柜铺料下限位接近开关

Y032

分配行车电动机反转

续表3-1

X033

2号柜铺料上限位接近开关

Y033

分配带电动机正转

X034

2号柜铺料下限位接近开关

Y034

分配带电动机反转

X035

3号柜铺料上限位接近开关

Y035

进料带电动机

X036

3号柜铺料下限位接近开关

Y036

1号柜料满指示灯

X037

4号柜铺料上限位接近开关

Y037

2号柜料满指示灯

X040

4号柜铺料下限位接近开关

Y040

3号柜料满指示灯

X041

5号柜铺料上限位接近开关

Y041

4号柜料满指示灯

X042

5号柜铺料下限位接近开关

Y042

5号柜料满指示灯

X043

6号柜铺料上限位接近开关

Y043

6号柜料满指示灯

X044

6号柜铺料下限位接近开关

X045

1号柜右分配限位接近开关

X046

1号柜左分配限位接近开关

X047

2号柜右分配限位接近开关

X050

2号柜左分配限位接近开关

X051

3号柜右分配限位接近开关

X052

3号柜左分配限位接近开关

X053

4号柜右分配限位接近开关

X054

4号柜左分配限位接近开关

X055

5号柜右分配限位接近开关

X056

5号柜左分配限位接近开关

X057

6号柜左分配限位接近开关

X060

6号柜右分配限位接近开关

X061～X066

1～6号柜料满检测光电开关

X067

1号柜出料完检测

X070

2号柜出料完检测

X071

3号柜出料完检测

X072

4号柜出料完检测

X073

5号柜出料完检测

X074

6号柜出料完检测

3.3电机正反转控制电路设计

电机正反转控制系统包括电动机，热继电器，低压断路器，熔断器，接近开关，光电开关，指示灯和交流接触器等。

这是控制分配行车和铺料行车运转的控制电路的主要组成部分。

3.3.1控制电路元器件介绍

A热继电器

热继电器主要用于电气设备的过载及断相保护主要是电动机，以防止电动机因某些原因过度发热而烧毁的一种利用电流热效应原理的保护电器。

贮丝生产线上的电动机需要长期并连续的进行工作，所以需要热继电器进行保护。

热继电器的选择，主要根据电动机的额定电流选择，因为其大部分用来防止电动机过载，使用中电动机的启动情况、负载种类及工作环境等因素也应考虑在其中。

具体按一下几个方面来选择；

a）热继额定电流一般按照电动机的额定电流的1.05到1.1倍选择，并要校验动作特性。

b）必须保证电动机的起动时不能让热继电器误动。

c）热继电器能用作短路保护，但是要同时加入断路器和熔断器共同作用。

d）注意热继的正常工作温度，热继1.2的正常工作范围是-15℃-+55℃。

不能超过这个范围否则引起失效或者误动。

e）电动机若是星形接法选择热继电器可以是两相也可以三相，对于三角形接法的电动机则应采用三相热继电器并且有断相保护的功能。

。

B低压断路器

低压断路器又叫空气开关，在低压电路中起接通断开的作用。

在电路发生短路、过流或欠电压等情况时能自动切断故障电路，是一种控制且保护电路。

断路器的种类很多，可以根据用途和构造特点进行分类。

压断路器的选择考虑以下几个方面：

a）型号选择。

低压断路器是根据不同用途而不同选择的。

低压断路器用途一般分为供电用、对电机保护用、家庭照明灯光用、可控硅保护用以及发生漏电情况时用等。

如一般选用塑壳式；电路电路较大选用限流型等。

b）极数选择。

断路器的相数应该与被控制及保护对象的相数一致。

。

c）额定电压应不小于断路器安装处设备的最大工作电压。

d）额定电流应不小于线路的计算电流。

C熔断器

熔断器在电路中绝大部分用作短路保护。

在电气设备稳定工作时不应熔断，但是在发生短路故障时，必须立刻熔断。

熔断器串联接在被保护的电路中，熔断器根据温度变化，一旦温度高到限定值就会使自带的熔体熔断，从而自动切断电路。

选择原则遵循如下要求：

a）根据线路要求和安装条件选择熔断器的型号。

半封闭式或无填料封闭式用于容量较小的电路；当容量较大时选用填料封闭式；快速熔断器通常用来保护半导体元件。

b）根据负载的种类和特点选择熔断器的额定电流。

c）选择各级熔体，前一级要比后一级大。

d）根据线路运行时能够承载的最大电压选择熔断器的额定电压。

D光电开关

光电开关，简称光电接近开