循环输运机构电气系统设计毕业设计.docx
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循环输运机构电气系统设计毕业设计
毕业设计（论文）
设计（论文）题目：
循环输运机构电气系统设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它
毕业设计（论文）任务书
专业数控技术班级数控105姓名马逍遥
一、课题名称：
循环输运机构电气系统设计
二、主要技术指标：
（1）一个箱体单元重1000Kg；
（2）箱体单元最大长度1650mm；（3）提升装置提升速度5~10cm/s；（4）推箱装置推箱速度8~15cm/s；（5）气缸活塞杆的运动速度20`30cm/s
三、工作内容和要求：
1.根据原始数据、系统工作流程要求进行控制系统工况分析和方案设计；2.根据工况分析及其控制方案设计结果进行PLC等控制系统硬件选型；3.根据系统工作要求进行软件设计编制PLC控制程序；4.撰写设计说明书。
四、主要参考文献：
（1）廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：
机械工业出版社2005；
（2）徐德、孙同景编著.可编程控制器（PLC）应用技术[M].济南：
山东科学技术出版社2000；（3）王永华主编.现代电器控制及PLC应用技术[M].北京：
北京航空航天大学出版社2003；（4）周万珍、高鸿斌编著.PLC分析与设计应用[M].北京：
电子工业出版社2004:
；（5）求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践[M].北京：
人民邮电出版社2005；（6）刘锴、周海主编.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京：
北京航空航天大学出版社2004；（7）郑凤翼、郑丹丹、赵春江编著.图解PLC控制系统梯形图和语句表[M].北京：
人民邮电出版社2006；（8）齐从谦、王士兰编.PLC技术及应用[M].北京：
机械工业出版社2000；（9）耿文学主编.可编程序控制器应用技术手册[M].科学技术文献出版社1996；（10）严盈富编著.触摸屏与PLC入门[M].人民邮电出版社2006.
学生（签名）年月日
指导教师（签名）年月日
教研室主任（签名）年月日
系主任（签名）年月日
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毕业设计（论文）任务书
专业数控技术班级数控105姓名马逍遥
一、课题名称：
循环输运机构电气系统设计
二、课题应达到的要求：
1.根据原始数据、系统工作流程要求进行控制系统工况分析和方案设计；2.根据工况分析及其控制方案设计结果进行PLC等控制系统硬件选型；3.根据系统工作要求进行软件设计编制PLC控制程序；4.撰写设计说明书。
三、主要工作内容：
1.根据原始数据、系统工作流程要求进行控制系统工况分析和方案设计；2.根据工况分析及其控制方案设计结果进行PLC等控制系统硬件选型；3.根据系统工作要求进行软件设计编制PLC控制程序；4.撰写设计说明书。
四、主要参考文献：
（1）廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：
机械工业出版社2005；
（2）徐德、孙同景编著.可编程控制器（PLC）应用技术[M].济南：
山东科学技术出版社2000；（3）王永华主编.现代电器控制及PLC应用技术[M].北京：
北京航空航天大学出版社2003；（4）周万珍、高鸿斌编著.PLC分析与设计应用[M].北京：
电子工业出版社2004:
；（5）求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践[M].北京：
人民邮电出版社2005；（6）刘锴、周海主编.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京：
北京航空航天大学出版社2004；（7）郑凤翼、郑丹丹、赵春江编著.图解PLC控制系统梯形图和语句表[M].北京：
人民邮电出版社2006；（8）齐从谦、王士兰编.PLC技术及应用[M].北京：
机械工业出版社2000；（9）耿文学主编.可编程序控制器应用技术手册[M].科学技术文献出版社1996；（10）严盈富编著.触摸屏与PLC入门[M].人民邮电出版社2006.
学生（签名）年月日
指导教师（签名）年月日
教研室主任（签名）年月日
系主任（签名）年月日
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目
一、选题的背景和意义：
作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。
今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。
为了适应市场的各方面需求，各生产厂家对PLC不断进行改进，推出功能更强、结构更完善的新产品。
这些新产品总体来说，朝两个方向发展：
一是向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型、高速、多功能和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要。
二、课题研究的主要内容：
此次设计是将液压、气动及电气控制集一体，运用于循环输运机构，完成箱体的运输。
其中电气控制及PLC可编程控制器进行整个工作流程的控制，包括液压缸的伸缩、汽缸的伸缩、电磁溢流阀的开启与关闭及装箱动作与退箱动作。
三、主要研究（设计）方法论述：
PLC运行程序的方式与微型计算机相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束。
而PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断活跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。
然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行切换到停止工作状态。
我们把PLC这种执行程序的方式称为扫描工作方式。
每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。
PLC扫描工作方式主要分为三个阶段：
1.输入采样PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。
PLC在运行程序时所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。
在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。
2.程序执行PLC完成了输入采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行逐条扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运输处理。
再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。
但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。
3.输出刷新在执行到END指令，即执行完用户所有程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。
PLC工作过程除了包括上述三个主要阶段外，还要完成内部处理、通信处理等工作。
四、设计（论文）进度安排：
时间（迄止日期）
工作内容
2013.1.20-2013.2.25
下发毕业设计任务书,调研,查阅资料
2013.2.26-2013.2.30
撰写开题报告（含文件综述）
2013.3.1-2013.4.1
根据任务书要求进行具体设计
2013.4.2-2013.4.29
撰写并录入毕业设计（论文）说明书
五、指导教师意见：
指导教师签名：
年月日
六、系部意见：
系主任签名：
年月日
循环输运机构电气系统设计
摘要
本文研究了电气控制与PLC顺序控制解决实际循环输运机构问题的原理，控制流程以及用PLC程序的仿真。
论文首先简单回顾了电气控制与可编程控制器的历史、发展以及应用，然后详细介绍了西门子PLC编程的原理，包括西门子PLC编程的行为描述和机制原理。
其次从西门子PLC编程的系统学特征出发，讨论它具有可靠性高，抗干扰能力强，通用性强，使用方便等特征。
接着引出了电气控制与PLC顺序控制解决实际循环输运机构的问题，先讨论了PLC的逻辑运算问题，然后从实际循环输运机构问题的应用，实用价值，理论意义的角度对实际循环输运机构问题进行阐述。
本毕业设计重点运用PLC的仿真方法，实现了PLC编程的仿真，给出了解决实际循环输运机构问题的数学模型，实现步骤，描述了西门子PLC编程的优缺点。
论文最后以PLC仿真实验为基础，对西门子PLC编程的主要逻辑运算进行了详细的讨论，并且给出了优化的算法选择，解决了西门子PLC编程中存在的不足。
论文实现了实际循环输运机构问题的求解和仿真。
关键词：
循环输运机构，西门子PLC编程，逻辑运算
第一章引言
1.1毕业设计研究现状
一、简述
SIEMENS作为设计和制造前沿自动化技术产品的世界级公司，西门子始终坚持“创新科技铸就恒久价值”的理念，研发、制造卓越的自动化技术产品以完美匹配客户的所有要求——并提供丰富全面的培训、服务和技术支持。
西门子PLC行业是一个控制行业，虽然我国在PLC生产方面非常弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广泛，涉及到汽车、粮食加工、化学/制药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业，与国民经济的各个部门都密切相关。
其所占的产值比例日益增大，其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
本次毕业设计是设计一组用于循环运输机构需求的PLC控制程序，该程序能够控制此循环输运机构自动完成运输工作。
为编出正确可靠地PLC程序，必须首先对循环机构进行深入的分析，了解它的结构和具体工作流程，及各种元件的工作原理和在运输中所起的作用，根据分析才能进行电气系统硬件设计和软件设计。
此循环输运机构将液压、气动及电气控制集一体，运用于循环输运机构，完成箱体的运输。
其中电气控制及PLC可编程控制器进行整个工作流程的控制，包括液压缸的伸缩、汽缸的伸缩、电磁溢流阀的开启与关闭及装箱动作与退箱动作。
在这自动化发展迅速的时代，这种用PLC来控制的工程越来越多。
PLC可编程控制器在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。
传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫ProgrammableController（PC）。
随着电子技术和计算机技术的发生，PC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。
上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为PC，为了方便，也为了反映或可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器ProgrammableLogicController（PLC），并将“PLC”作为其产品的注册商标。
现在，仍常常将PLC简称PC。
上世纪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，并且不断发展和完善。
二、典型的PLC产品
1、国外：
施耐德公司，Quantum、Premium、Momentum等；罗克韦尔（A-B公司），SLC、MicroLogix、ControlLogix等；西门子公司，SIMATICS7-400/300/200系列； GE公司，日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。
2、国内：
PLC生产厂约30家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产。
在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：
微型：
32I/O，小型：
256I/O，中型：
1024I/O，大型：
4096I/O，巨型：
8192I/O。
在我国应用的PLC系统中，I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点~256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。
在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现八国联军的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。
大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。
欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。
我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM用户、最终用户。
其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。
三、PLC发展的重点
1、人机界面更加友好:
PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC＋网络＋IPC＋CRT的模式被广泛应用。
2、网络通讯能力大大加强:
PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。
由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。
如罗克韦尔A－B公司主推的三层网络结构体系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西门子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS网络等。
3、开放性和互操作性大大发展:
PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。
开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。
开放的进程，可以从以下方面反映：
1）IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。
标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。
2）IEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3，它规定了指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。
这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。
虽然PLC开发上各工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不同品牌的产品。
3）OPC基金会推出了OPC（OLEforProcessControl）标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。
目前，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC功能。
OPC与现场总线技术的结合，是未来控制系统向FCS技术发展的趋势。
4、PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。
PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC（顺序控制）＋DCS（过程控制）的模式变成PLC＋IPC模式。
5、工业以太网的发展对PLC有重要影响。
以太网应用非常广泛，与工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。
目前的挑战在于1）硬件上如合适应工业恶劣环境；2）通讯机制如何提高其可靠。
1.2毕业设计研究的原理和方法
本次毕业设计的目的是设计用于循环运输机构需求的控制方案，该方案能够控制此循环输运机构自动完成运输工作,从而减轻人工劳动，同时提高运输效率，以获得更高的市场效益。
这就需要选择最佳的设计方法，达到最佳状态。
下面我们比较一下PLC与其他几种控制系统的异同点。
1.2.1PLC与继电接触器控制系统的异同点
相同点：
继电器接触器线圈与所连触点的逻辑关系,和PLC的梯形图中内部线圈与内部触点的逻辑关系相同。
不同点：
1）实现原理不同继电器接触器是利用实际电磁线圈通电吸合，使触点发生动作，用来完成控制任务，有延时，设计和分析控制电路时必须考虑到这一特点。
而PLC的内部继电器（也称为软继电器），它并不是真正的电磁线圈，而是电子元件，动作的时间极短，通常认为动作是瞬时完成的。
2）工作方式不同继电接触器控制系统用实际硬件电路实现，按并行方式工作，只要形成电流通路，几个电器的动作就可能同时实现。
而PLC是用程序实现内部线圈和触点的逻辑关系，并通过循环扫描的方式工作。
按先后顺序执行用户程序，实现元件的逻辑控制关系，在任一时刻只能执行一条指令，输出点的刷新不是同时的。
1.2.2PLC与计算机控制系统的异同点
相同点：
1）基本结构相同PLC和计算机都是由CPU、存储器、输入和输出部分构成。
有的部件（如存储器）在二者中通用。
2）程序执行原理相同PLC和计算机都采用存储程序，按地址访问和顺序执行的基本工作思想，都是指令在内存中顺序存放，CPU从内存中顺序取指令并执行，直到最后一条指令。
不同点：
工作方式不同PLC运行程序的方式与微型计算机相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束。
而PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断活跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束。
然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行切换到停止工作状态。
而且PLC具有更强的与工业过程相连接的I/O接口；更适用于控制要求的编程语言；更适应于工业环境的抗干扰性能；更高的可靠性。
1.2.3PLC与单片机的区别
1）单片机是一种集成电路，而PLC是建立在单片机之上的产品，两者不具有可比性。
2）单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型均可，PLC是单片机应用系统的一个特例。
3）不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。
而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。
因此从工程角度来看，对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好。
对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但对研发力量和行业经验要求高。
也就是说单片机适合于研发，PLC适合于应用！
综上控制系统的比较，再结合本课题的设计要求，可以看出，PLC编程控制是本课题的最佳控制系统设计方法选择。
1.3毕业设计研究意义
本次毕业设计的研究意义主要有以下几点：
首先本次毕业设计编制出的循环运输机构的控制方案，可以自动并快速的实现此循环输运机构完成运输工作,从而提高运输效率获得更高的市场效益，并可以有效缓解工作人员的工作强度。
同时，通过毕业设计可以培养理论联系实际的设计思想，利用整个大学阶段所学的知识，分析、解决实际的工程设计问题，提高自身的实践动手能力。
通过通过毕设中的文献检索和查找资料来提高自身获取新知识的能力。
最后，通过本次毕设设计可以为将来从事产品设计类的工作打下一定的实践基础。
1.4本次毕业设计的主要研究内容
毕业设计内容归纳为循环输运机构电控系统的硬件设计和软件设计，具体包括：
气缸磁性开关选型，液压缸行程开关选型，工作位置负载检测开关选型，PLC系统组件选型，编制PLC输入/输出分配表，编制梯形图程序等。
本次毕设中运用大学期间所学的专业课程知识、理论和毕业实习中学到的实践知识，正确地解决开关选型，PLC编程等问题。
具体设计流程如下：
（1）分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工作流程及工作特点，了解被控对象机、电、液、气之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
（2）确定输入／输出设备
根据
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