基于PLC控制机电一体化物料分拣系统设计毕业论文文档格式.doc

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3.2输入/输出（I/O）点分配 26

3.3PLC的选型 27

3.4步进电机设计 29

3.5变频器设计 31

3.6三菱变频器电路图 33

3.7PLC控制原理图 34

第4章系统软件设计 35

4.1三菱编程软件、模拟仿真软件 35

4.3上料机构控制流程图 37

4.4搬运机械手控制流程图 38

4.5传输与分拣结构控制流程图 39

4.6PLC控制程序设计 40

第5章系统调试 52

5.1程序的调试与运行监控 52

5.2系统模拟调试 54

结束语 55

致谢 56

参考文献 57

.参考资料.

引言

在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。

随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。

同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作，更需要自动控制系统来实现。

现在工业控制的三大支柱中PLC控制越来得到重视，在本设计中难点的是搬运机械手的设计。

机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。

工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。

尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。

在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。

本设计模拟生产线系统，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，对物料的存放，机械手的上下、左右、步进旋转以及抓取运动，物料的传输速度、分拣进行控制。

我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，模拟实现了系统控制的机电一体化。

由于个人水平限制，在设计的过程中多加了一份心，不断的学习，力求做得更好。

所说如此但在设计中仍存在着许多问题，希望老师、同学们能够给予批评指正，在此深表谢意！

第1章可编程序控制的概述

1.1PLC的产生和定义

PLC是以自动控制技术、微计算机技术、和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，现在随着微处理器技术的发展，PLC得到了迅速的发展，也在社会各领域的生产得到了越来越多的应用。

1.1.1PLC的产生

20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，为了适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司（GM）公开招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：

（1）编程方便，可现场修改程序；

（2）维修方便，采用插件式结构；

（3）可靠性高于继电器控制装置；

（4）体积小于继电器控制盘；

（5）数据可直接送入管理计算机；

（6）成本可与继电器控制盘竞争；

（7）输入可以是交流市电（115V）（美国电压标准）

（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；

（9）扩展时原系统改变小；

（10）用户程序存储器至少能扩展到4KB。

以上这就是著名的“GM十条”。

1969年美国数字设备公司（DEC）中标后，制造出世界上第一台可编程序控制器。

（ProgrammableLogicController,简称PLC）。

以下便是较早研制的PLC：

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14（如图1.1）

1971年，日本研制出第一台DCS-8　

图1.1PDP-14

1973年，德国研制出第一台PLC　

1974年，中国研制出第一台PLC

16位和32位微处理器的应用，使PLC得到了惊人的发展，现在已经成为自动化技术的三大支柱之一。

1.1.2PLC的定义及发展

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

现在的PLC产品已经使用了16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术使PLC的应用得到进一步发展。

PLC的技术已经比较成熟。

目前，世界上有200多个厂家生产PLC产品，国厂家的PLC影响率和市场占有率很小，主要是国外品牌。

比较著名的有美国的AB、通用（GE）、莫迪康（MODICON）、日本的三菱（MITSUBISHI）、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FUJI）、松下电工、德国的西门子（SIEMENS）、法国的TE、施耐德（SCHNEIDER）、韩国的三星（SAMSUNG）、LG等。

1.2PLC的特点和其它典型的控制系统的区别

1.2.1PLC的特点

（1）抗干扰能力强，可靠性高

（3）编程方便，易于使用

（3）功能强、速度快、精度高

（4）通用性好

（5）体积小，重量轻，耗能低，适应环境强，不需专门的机房和空调

1.2.2PLC与继电器控制系统的区别

（1）控制逻辑

继电器控制逻辑采用硬连线逻辑；

PLC采用存储器逻辑，也称“软连线”逻辑。

（2）工作方式

继电器控制线路属并行工作方式；

PLC属串行工作方式。

（3）可靠性和可维护性

继电器控制线路使用了大量的机械触点，连线也多，可靠性和可维护性差；

PLC控制逻辑，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。

（4）控制速度

继电器控制线路控制速度低；

PLC控制速度高。

（5）定时控制

继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制，精度低；

PLC利用定时器进行时间控制，精度高，定时围大。

（6）设计和施工

继电器控制逻辑周期长；

PLC周期短。

1.3PLC的应用领域和发展趋势

1.3.1PLC的应用领域

目前，PLC在国外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

（1）开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

（2）模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

（3）运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

（4）过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

（5）数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；

也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

（6）通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

1.3.2PLC发展趋势

PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。

具体表现在以下几方面。

（1）向小型化、专用化、低成本方向发展

（2）向大容量、高速度方向发展

（3）智能型I/O模块的发展

（4）基于PC的编程软件取代编程器

（5）PLC编程语言的标准化

（6）PLC通信的易用化

（7）组态软件与PLC的软件化

（9）PLC与现场总线相结合

1.4PLC的分类及系统的组成和工作原理

1.4.1PLC的分类

（1）按I/O点数容量分类

1）小型机

小型机的功能一般以开关量控制为主，小型PLC输入、输出总点数一般在256点以下，用户程序存储器容量在4K字左右。

例如：

SIEMENS的S7-200系列（如图1.2）；

OMRON的CPM2A系列；

MITSUBISHI的FX系列；

AB的SCL500系列等。

图1.2西门子S7-200系列

2）中型机

中型机的输入、输出总点数在256~2048点之间。

，用户程序存储器容量在8K字左右。

SIEMENS的S7-300系列；

OMRON的C200系列；

AB的SCL500系列等模块式PLC产品。

3）大型机

大型PLC的输入、输出总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达到16K字以上。

典型的大型PLC有SIEMENS的S7-400、OMRON的CVM1和CS1系列、AB的SLC5/0