装配流水线控制系统设计.docx

装配流水线控制系统设计.docx

《装配流水线控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《装配流水线控制系统设计.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

装配流水线控制系统设计

摘要…………………………………………………………………2

前言…………………………………………………………………3

1PLC的基础知识………………………………………………4

1.1可编程序控制器概述………………………………………4

1.2PLC的组成及其工作原理……………………………………7

1.3PLC的基本性能指标………………………………………9

1.4PLC的分类及其应用领域……………………………………12

1.5现代PLC的发展趋势………………………………………13

2S7—200控制系统……………………………………………15

2.1S7-200系列PLC的硬件系统………………………………15

2.2S7-200系列PLC的编程元件………………………………18

2.3S7-200系列适用范围………………………………………19

3装配流水线的PLC控制………………………………………20

3.1装配流水线PLC控制系统的设计流程…………………………20

3.2装配流水线设计程序…………………………………………23

3.3装配流水线程序执行监视图……………………………………25

致谢…………………………………………………………………31

附录…………………………………………………………………32

参考文献……………………………………………………………34

装配流水线PLC控制系统设计

学生：

范体山

指导教师：

何朝阳

（三峡电力职业学院）

摘要：

S7-200PLC是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。

使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。

应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

如：

冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。

关键词：

S7-200PLC功能扩展模块装配流水线

前言

本设计从民营加工企业的现状着手，分析了民营加工企业在全国的地位和特点，从装配流水线的概念和特点出发提出了，在当前经济快速发展中民营加工企业在装配线生产上存在的问题和不足，如：

装配线不平衡、效率低、现场管理混乱等。

并且运用工序同期化、调整装配作业指导、加强现场管理等方法，对装配生产流水线进行改进，最终达到使整个装配线趋于平衡、装配效率有效提高的目的。

而本设计在PC机上控制整个装配流水线的流程，采用当今社会较为流行的控制界面西门子WINCCV6为窗口，在S7-200PLC上实现装配流水线的模拟控制功能。

而从世界范围来看，PLC是用的最多、应用范围最广的自动化产品，也可以说是最实用的自动化产品。

因为用PLC来实现自动有很多优点，可使系统的硬件设备大为简化，体积减小，而且PLC的抗干扰能力强，可靠性高，操作维护简单。

从而在生产中不仅大大的节约了人力资源，而且大大提高了生产的效率，进一步提高了经营利润和加强了可视化的管理。

1PLC的基础知识

1.1、可编程序控制器概述

1）PLC的产生

世界上第一台PLC1969年由美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）的要求研制成功。

背景：

1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。

设计思想：

吸取继电器和计算机两者的优点

☆继电器控制系统体积大、可靠性低、接线复杂、不易更改、查找和排除故障困难，对生产工艺变化的适应性差，但简单易懂、价格便宜；

☆计算机功能强大、灵活（可编程）、通用性好，但编程困难；

☆采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。

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。

这就是著名的“GM十条”。

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

（ProgrammableLogicController,简称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。

2）PLC的定义

可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种机械和生产过程。

而有关的外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

3）PLC的发展

1、向小型化、专用化、低成本方向发展

随着微电子技术的发展，新型器件性能的大幅度提高，价格却大幅度降低，使得PLC结构更为紧凑，操作使用十分简便。

从体积上讲，有些专用的微型PLC仅有一个香皂大小。

据统计，小型和微型PLC的市场份额一直保持在70%~80%之间，所以对PLC小型化的追求不会停止。

2、向大容量、高速度、信息化方向发展

现在大中型PLC采用多微处理器系统，有的采用了32位微处理器，并集成了通信联网功能，可同时进行多任务操作，运算速度、数据交换速度及外设响应速度都有大幅度提高，存储容量大大增加，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。

为了适应工厂控制系统和企业信息管理系统日益有机结合的要求，信息技术也渗透了PLC中，如设置开放的网络环境、支持OPC（OLEforProcessControl，应用于过程控制的对象链接嵌入技术）技术，等等。

3、智能化模块的发展

为了实现某些特殊的控制功能，PLC制造商开发出了许多智能化的I/O模块。

这些模块本身带有CPU，使得占用主CPU的时间很少，减少了对PLC扫描速度的影响，提高了整个PLC控制系统的性能。

它们本身有很强的信息处理能力和控制功能，可以完成PLC的主CPU难以兼顾的功能。

典型的智能化模块主要有高速计数模块、定位控制模块、温度控制模块、闭环控制模块、以太网通信模块和各种现场总线协议通信模块等。

4、人机界面（接口）的发展

HMI（Human-MachineInterface）在工业自动化系统中起着越来越重要的作用，PLC控制系统在HMI方面的进展主要体现在以下几个方面：

⑴编程工具的发展

⑵功能强大、价格低廉的HMI

⑶基于PC的组态软件

在中大型的PLC控制系统中，仅靠简单的显示设定单元已不能解决人机界面的问题，所以基于Windows的PC机成为了最佳的选择。

配合有适当的通信接口或适配器，PC机就可以和PLC之间进行信息的互换，再配合功能强大的组态软件，就能完成复杂的和大量的画面显示、数据处理、报警处理、设备管理等任务。

例如：

WinCC，iFIX,Intouch;国产的如亚控、力控等。

4）PLC应用领域

目前PLC在国内外广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。

1、中小型单机电气控制系统

2、制造业自动化

3、运动控制

4、流程工业自动化

根据有关资料，从2003年起的5年内，全球PLC的年综合增长率达4.6%；同期中国PLC市场的年综合增长率更高达14.1%。

2004年的PLC市场已接近70亿美元，预计到2009年会达到90亿美元。

5）PLC的特点

1.抗干扰能力强，可靠性高。

2.控制系统结构简单，通用性强。

3.编程方便，易于使用。

4.功能完善。

5.设计、施工、调试的周期短。

6.体积小、维护操作方便。

6）PLC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；OMRON的CPM2A系列；MITSUBISHI的FX系列；AB的SCL500系列等。

（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。

例如：

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SLC5/05等系列产品。

2.按结构形式分

根据PLC的结构形式的不同，PLC主要分为整体式和模块式两种。

（1）整体式结构

其特点是将PLC的基本部件，如CPU板，输入板、输出板、电源板等紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的一个基本单元（主机）或扩展单元。

小型PLC一般为整体式结构。

（2）模块式结构

PLC由一些模块单元组成，如CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块、通信模块和各种功能模块等。

1.2、PLC的组成及其工作原理

1）PLC的组成

主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。

如下图所示：

1.中央处理单元（CPU）

2.存储器

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。

系统存储器用来存放由PLC厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。

系统程序包括三部分：

系统管理程序、用户指令解释程序以及标准程序模块与系统调用。

用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。

用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。

用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数值、数据等。

PLC使用的存储器类型有三种：

（1）随机存取存储器（RAM）

（2）只读存储器（ROM）

（3）可电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）

3.输入/输出单元

PLC的输入/输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。

输入/输出单元包括两部分：

一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。

（1）输入接口电路

通常PLC的输入接口电路的类型可以是直流、交流和交直流。

输入电路的电源（+24V）可由外部供给，有的也可以由PLC内部提供。

（2）输出接口电路

输出接口电路通常有三种类型：

继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。

电源由外部提供，输出电流一般为0.5~2A，输出电流的额定值与负载的性质有关。

4.电源部分

PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、±12V、24V等直流电源，使PLC能正常工作。

5.扩展接口

6.通信接口

7.编程器

编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。

分简易型和智能型。

8.其他部件

2）PLC的工作原理

（1）输入采样阶段

P