基于plc的装配流水线的控制系统的设计文档格式.docx
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com新阶段9
23PLC机型的选择9
程序设计11
31整体要求11
32主电路图12
33程序流程图13
34梯形图14
35指令表21
36PLC的IO接线图21
37IO地址分配21
38简要说明22
程序的仿真和调试23
结论29
参考文献32
附录33
第1章绪论
11课题研究的背景
在社会快速发展竞争激烈的今天提高生产效率降低生产工艺成本最大限度的满足生产要求将直接决定各企业工厂能否紧跟社会脚步赢得时间占领市场甚至将决定企业的生死存亡为此企业生产自动化无疑扮演着重要的角色装配流水线自动化作为工业自动化的一部分能提高生产效率降低工艺流程成本最大限度的适应产品变化提高产品质量它是现代化生产控制系统中的重要组成部分
12课题研究的现状
com可编程控制器简介
工业控制计算机简称工控机是以计算机技术为基础的新型工业控制装置目前已成为工业控制的标准设备被广泛地应用于各行各业工控机是实现生产自动化的最佳配套产品而工业可编程序控制器PLC则在工控领域中占有主要的地位PLC具有通用性强使用方便适应面广可靠性高抗干扰能力强编程简单等特点
可编程控制器是60年代末在美国首先出现的当时叫可编程逻辑控制器目的是用来取代继电器以执行逻辑判断计时计数等顺序控制功能其基本设计思想是把计算机功能完善灵活通用等优点和继电器控制系统的简单易懂操作方便价格便宜等优点结合起来控制器的硬件是标准的通用的根据实际应用对象将控制内容写入控制器的用户程序内控制器和被控对象连接也很方便
可编程控制器对用户来说是一种无触点设备改变程序即可改变生产工艺因此可在初步设计阶段选用可编程控制器在实施阶段再确定工艺过程另一方面从制造生产可编程控制器的厂商角度看在制造阶段不需要根据用户的要求专门设计控制器适合批量生产由于这些特点可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎并得到迅速的发展
PLC的定义有许多种国际电工委员会IEC对PLC的定义是可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统专为在工业环境下应用而设计它采用可编程序的存贮器用来在其内部存贮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的模拟的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程可编程序控制器及其有关设备都应按易于与工业控制系统形成一个整体易于扩充其功能的原则设计它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置专为在工业现场应用而设计PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂可靠性低功耗高通用性和灵活性差的缺点充分利用了微处理器的优点又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯特别是PLC的程序编制不需要专门的计算机编程语言知识而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式使用户程序编制形象直观方便易学调试与查错也都很方便用户在购到所需的PLC后只需按说明书的提示做少量的接线和简易的用户程序编制工作就可灵活方便地将PLC应用于生产实践
从结构上PLC分为固定式和组合式模块式两种固定式PLC包括CPU板IO板显示面板内存块电源等这些元素组合成一个不可拆卸的整体模块式PLC包括CPU模块IO模块内存电源模块底板或机架这些模块可以按照一定规则组合配置
它采用一类可编程的存储器用于其内部存储程序执行逻辑运算顺序控制定时计数与算术操作等面向用户的指令并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程流水线生产是产品按照设计好的工艺过程依次顺序地通过每个工作站并按照一定的作业速度完成每道工序的作业任务生产过程是一个连续的不断重复的过程具有高度的连续性
由于PLC控制具有可靠性易操作性灵活性等优点因而在很多领域内能取代原来液压领域才能实现的功能如精确控制功能PLC的产品系列的丰富和发展使PLC从最小的只有十个IO点的微型PLC到8000点的大型PLC本设计中的充分利用了PLC编程控制功能实现部件的传递
com装配流水线简介
装配流水线是人和机器的有效组合最充分体现设备的灵活性它将输送系统随行夹具和在线专机检测设备有机的组合以满足多品种产品的装配要求
是工业生产中主要的机器设备物料和工人的连续流动完成了产品在大规模生产下的全部过程设计流水线的必要步骤是分析制造每一件产品的组成部分以及最终产品成产过程所有运动的物料都被简化没有横流回溯或重复的程序工作任务号码机生产速度和编程以使所有业务线沿线都可以运行流畅比如制造汽车的流水线部分匹配到组件上的相交贯线的主线提供外部和内部零件发动机和其他组件作为行动单位每个工人沿线的执行特定的任务每一个部分和工具交付其使用的点与线同步一些不同的组件上线同时进行而由一个复杂的调度和控制系统来确认生产的机器类型和颜色内饰发动机和可选的设备组合在一起来达到理想的组合中间继电器intermediaterelay用于继电保护与自动控制系统中以增加触点的数量及容量它用于在控制电路中传递中间信号中间继电器的结构和原理与基本相同与接触器的主要区别在于接触器的主触头可以通过大电流而中间继电器的触头只能通过小电流所以它只能用于控制电路中它一般是没有主触点的因为过载能力比较小所以它用的全部都是辅助触头数量比较多新国标对中间继电器的定义是K老国标是KA一般是直流电源供电少数使用交流供电
com输入刷新阶段
在输入刷新阶段CPU扫描全部输入端口读取其状态并写入输入状态寄存器完成输入端刷新工作后将关闭输入端口转入程序执行阶段在程序执行期间即使输入端状态发生变化输入状态寄存器的内容也不会改变而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入
com程序执行阶段
在程序执行阶段根据用户输入的控制程序从第一条开始逐步执行并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器当最后一条控制程序执行完毕后即转入输入刷新阶段
com输出刷新阶段
当所有指令执行完毕后将输出状态寄存器中的内容依次送到输出锁存电路输出映像寄存器并通过一定输出方式输出驱动外部相应执行元件工作这才形成PLC的实际输出
由此可见输入刷新程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期由此循环往复因此称为循环扫描工作方式
显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短扫描周期越长响应速度越慢由于每个扫描周期只进行一次IO刷新即每一个扫描周期PLC只对输入输出状态寄存器更新一次所以系统存在输入输出滞后现象这在一定程度上降低了系统的响应速度但是由于其对IO的变化每个周期只输出刷新一次并且只对有变化的进行刷新这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的不但不会造成影响还会提高抗干扰能力这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的而工业现场的干扰常常是脉冲短时间的误动作将大大减小但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象这个一般PLC都会采取高速模块
23PLC机型的选择
本设计中所使用的PLC可编程控制器是SIMATICS7-200SIMATICS7-200系列是西门子公司继S7-300S7-400之后推出的小型可编程控制器可单机运行也可通过RS485或PROFIBUS-DP组网运行它结构小巧可靠性高运行速度较快等优点这使得S7-200可近乎完美的满足小规模控制要求
1功能强
1S7-200有5种CPU模块最多可以扩展7个扩展模块扩展到248点数字3量IO或38路模拟量IO最多有30多KB的程序储存空间和数据储存空间
2直接读写模拟量IO模块不需要复杂的编程
3使用向导中的PID调节控制面板可以实现PID参数自整定
4S7-200的CPU模块集成了很强的位置控制功能此外还有位置控制模块EM253使用位置控制向导可以方便的实现位置控制的编程
5有配方和数据记录功能一级相应的编程向导配发数据和数据记录保存在EEPOM储存卡中
2先进的程序结构
S7-200的程序结构简单清晰在编程软件中主程序子程序和中断程序分页存放使用各种程序块中的局部变量易于将程序块移植到别的项目子程序用输入输出变量作为软件接口便于实现结构化编程
3灵活方便的寻址方法
S7-200的输入I输出Q位存储器M顺序控制继电器S变量存储器V局部变量L均可按位bit字节字和双字读写
4功能强大使用方便的编程软件
编程软件STEP-7MicroWINV32和STEP-MicroWINV40可以使用包括文本在内的多种语言有梯形图语句表和功能块图编程语言和SMATICIEC61131-3两种编程模式S7-200的指令功能强易于掌握选用SETP-7MicroWINV32编程软件
S7-200选用CPU22414输入10输出共24个数字量IO点可连接7个扩展模块最大扩展至256路数字量IO点或64路模拟量IO点13K字节程序和数据存储空间6个独立的30kHz高速计数器4路独立的20kHz高速脉冲输出具有PID控制器DC24V电源CPU的输入电流最大负载是150mA1050mAAC240V电源CPU的输入电流最大负载是40mA160mA2个RS485通讯编程口具有PPI通讯协议MPI通讯协议和自由方式通讯能力IO端子排可很容易地整体拆卸用于较高要求的控制系统具有较多的输入输出点较强的模块扩展能力较快的运行速度和功能较强的内部集成特殊功能可适应于一些复杂的中小型控制系统如下图
图2-2CPU224外观图
图3-1控制面板图
第3章程序设计
31整体要求
传送带共有20个工位工件从1号位装入依次经过2号位3号位20号工位在这个过程中工件分别在A操作1B操作2C操作3三个工位完成三种装配操作经最后一个工位送入仓库
按下启动开关SD程序按照D→A→E→B→F→C→G→H顺序自动循环执行在任意状态下选择复位按钮程序都返回到初始状态选择移位按钮每按动一次完成一次操作选择单周期按钮顺序执行完一周后自动停止
32主电路图
图3-2主电路图
33程序流程图
图3-3程序流程图
34梯形图
启动按钮按下I00得电单周期按钮按下I03得电中间继电器M101得电时T40得电延com
继comcom自锁此时D灯亮工件向右传送
限位开关I10得电时即工件传至A限位继电器M01得电同时定时器T37得电延时
中间继电器M01得电定时器T37延时断开中间继电器M12为0时Q00得电并自锁A灯亮A操作开始
T37得电且M11为0时com
限位开关I11得电时即工件传至A限位继电器M03得电同时定时器T38得电延时
中间继电器M03得电定时器T38延时断开中间继电器M12为0时Q01得电并自锁B灯亮B操作开始
T38得电且M11为0时com
继comcom自锁此时E灯亮工件向右传送
限位开关I12得电时即工件传至B限位继电器M05得电同时定时器T39得电延时
中间继电器M05得电定时器T39延时断开中间继电器M12为0时Q02得电并自锁C灯亮C操作开始
T39得电且M11为0时com
继comcom自锁此时F灯亮工件向右传送
限位开关I13得电时即工件传至C限位继电器M07得电同时定时器T40得电延时
中间继电器M07得电定时器T40延时断开中间继电器M12为0时Q07得电并自锁H灯亮H操作开始
按下单周期按钮在启动按钮没有按下时M10得电并自锁
按下移位按钮M101为1当在按下时M102为1直到M104为1按此循环
comcomM11得电并自锁
按下复位按钮所有程序回到初始状态显示灯灭工件停止传送操作
35指令表
见附录
36PLC的IO接线图
图3-4PLC的IO接线图
37IO地址分配
符号地址说明功能8路数字输入1I00按钮启动2I01按钮移位3I02按钮复位4I03按钮单周期5I10限位开关A操作处限位6I11限位开关B操作处限位7I12限位开关C操作处限位8I13限位开关H操作处限位8路数字输出1Q00A灯为1时A灯亮A操作5s2Q01B灯为1时B灯亮B操作5s3Q02C灯为1时C灯亮C操作5s4Q03D灯为1时D灯亮5Q04E灯为1时E灯亮6Q05F灯为1时F灯亮7Q06G灯为1时G灯亮8Q07H灯为1时H灯亮H操作5s
38简要说明
按下启动按钮D灯亮工件从传送带传动传到A处限位停止A操作开始5s后E灯亮工件继续传送到B处限位停止B操作开始5s后继续传送传送到仓库H操作开始5s后D灯亮工件从传送带传动如此循环下去
按下移位按钮D灯亮工件从传送带传动传到A处限位停止A操作开始5s后停止再按下移位按钮工件继续传送到B处限位停止B操作开始5s后停止按此规律只要按下移位按钮就会工件传动再进行操作
按下复位按钮所有程序都返回到初始状态
按下单周期按钮D灯亮工件从传送带传动传到A处限位停止A操作开始5s后E灯亮工件继续传送到B处限位停止B操作开始5s后继续传送传送到仓库H操作开始5s后停止完成一个周期再按下单周期按钮继续完成一个周期
第4章程序的仿真与调试
本次课程设计所采用的仿真软件是s7-200系列的其仿真过程大致如下
1利用编程软件编写相关程序并将程序文件导出为供仿真软件使用的格式
2打开s7-200仿真软件并调入程序
3点击运行按钮将程序切换到运行状态
4对应着IO口分配表按部点击输入按钮检查所对应的输岀指示是否正确
5如果程序有错误仔细检查排除错误正确则方案可行
由于本程序中移位功能要用到移位寄存器但我用S7-200的仿真软件不能仿真所以在老师的帮助下在学校实验室进行了模拟仿真并取得了成功以下仿真是针对连续单周期复位三种功能的部分情况进行仿真
本设计的仿真过程图如下
图4-1仿真软件界面图
最下一排中数字0至7代表了8个输入端口而最上一行中的数字0至7代表着8个输岀指示偏右上角有着CPU型号CPU224其中主CPU右端的0和1表示该CPU可加扩展模块由于本CPU以满足输入输出端口要求故而无须再加扩展模块来增加输入输出端口的个数如上图所示编程序语言和T形图已经导入了仿真软件等待进行之下的操作
图4-2启动开始状态图
按下启动按钮中间继电器M00为1Q03得电并自锁D灯亮工件在传送带上向右传送
图4-3A操作
当工件右行碰到限位开关I10时Q03为0D灯灭定时器T37得电并延时5sM01为1Q00得电并自锁A灯亮A操作开始5s后T37定时结束Q00为0A灯灭A操作结束
图4-4E灯亮向右传送
T37定时结束后M02为1Q04得电并自锁E灯亮工件在传送带上向右传送
图4-5B操作
当工件右行碰到限位开关I11时Q04为0E灯灭定时器T38得电并延时5sM03为1Q01得电并自锁B灯亮B操作开始5s后T38定时结束Q01为0B灯灭B操作结束
图4-6F灯亮向右传送
T38定时结束后M04为1Q05得电并自锁F灯亮工件在传送带上向右传送
图4-7C操作
当工件右行碰到限位开关I12时Q05为0F灯灭定时器T39得电并延时5sM05为1Q02得电并自锁C灯亮C操作开始5s后T39定时结束Q02为0C灯灭C操作结束
图4-8G灯亮向右传送
T39定时结束后M06为1Q06得电并自锁G灯亮工件在传送带上向右传送
图4-9Ｈ操作
当工件右行碰到限位开关I13时Q06为0G灯灭定时器T40得电并延时5sM07为1Q06得电并自锁H灯亮H操作开始5s后T40定时结束Q06为0H灯灭H操作结束
图4-10G灯亮向右传送
图4-11复位前状态图
复位前在某一运行状态下如上图Q06为1G灯亮工件向右传送
图4-12复位后状态图
复位后所有程序返回初始状态G灯灭工件停止传送
本次设计针对的三种操作的仿真都得到了验证证明程序是正确的通过PLC编程的控制实现了各种操作达到了预期目的
第5章结论
本课题是装配流水线PLC控制系统设计通过对流水线动作的连续性以及被控制设备之间的相互关联性针对不同的工作状态进行相应的动作输出从而实现从工件从一号位传送到仓库完成输出的这样一个周期控制工作程序设计以流水线控制系统为中心的从控制系统的硬件软件选用到系统的设计过程包括设计方案设计流程设计要求梯形图设计等旨在对其中的设计和制造过程做简单的介绍和说明由于本次设计是模拟设计故对硬件系统的选型没有做详细的描述主要是对PLC控制的编程做了重要说明程序主要通过定时器限位开关和中间继电器来控制程序运行最终完成了设计本设计还把工作流程分成了四种操作方式即实现连续单周期移动复位四种情况丰富了工艺流程提高了生产效率并仿真调试成功
参考文献
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[15]美SBrianMorrissProgrammableLogicControllersPrenticeHallPearson2006
附录
指令表
按下启动和单周期按钮M101为1T40定时结束且M10为0时中间继电器M00为Network1
LDI00
OI03
OM101
LDT40
ANM10
OLD
M00
Network2
M00为1com并得电自锁D灯亮工件传送
LDM00
OQ03
ANI10
Q03
Network3
工件传送至A限位I10得电M01得电T37定时开始
LDI10
M01
TONT3750
Network4
M01得电T37延时5s断开Q00得电A操作开始
LDM01
OQ00
ANT37
Q00
Network5
T37得电且M11为0时M102为1时M02为1
LDT37
ANM11
OM102
M02
Network6
M02为1com并得电自锁E灯亮工件传送
LDM02
OQ04
ANI11
Q04
Network7
工件传送至B限位I11得电M03得电T38定时开始
LDI11
M03
TONT3850
Network8
M03得电T38延时5s断开Q01得电B操作开始
LDM03
OQ01
ANT38
Q01
Network9
T38得电且M11为0时M103为1时M04为1
LDT38
OM103
M04
Network10
M04为1com并得电自锁F灯亮工件传送
LDM04
OQ05
ANI12
Q05
Network11
工件传送至C限位I12得电M05得电T39定时开始
LDI12
M05
TONT3950
Network12
M05得电T39延时5s断开Q02得电C操作开始
LDM05
OQ02
ANT39
Q02
Network13
T39得电且M11为0时M104为1时M06为1
LDT39
OM104
M06
Network14
M06为1com并得电自锁G灯亮工件传送
LDM06
OQ06
ANI13
Q06
Network15
工件传送至H限位I13得电M07得电T40定时开始
LDI13
M07
TONT4050
Network16
M07得电T40延时5s断开Q07得电H操作开始
LDM07
OQ07
ANT40
Q07
Network17
按下单周期按钮在启动按钮没有按下时M10为1并得电自锁
LDI03
OM10
ANI00
M10
Network18
按下移位按钮移位寄存器M101为1再按下时M102为1直到M104为1按此循环
LDI01
SHRBM100M1014
Network19
comcomM11为1并得电自锁
LDM101
OM11
M11
Network20
按下复位按钮所有程序回到初始状态
LDI02
RM0010
RM1014
END
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