推荐PLC在纸板加工厂纸板堆放系统中的应用1 精品.docx
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PLC在纸板加工厂纸板堆放系统中的应用
（）任务书
学生姓名
专业班级
指导教师
工作单位
设计（）题目
PLC在纸板加工厂纸板堆放系统中的应用
设计（）主要内容：
阐述纸板加工厂纸板堆放的工作过程与特点，设计其控制电路原理图，选择合适的PLC，绘制其梯形图、接口电路，并选择主要电气元器件。
要求完成的主要任务及其时间安排:
1、毕业实习。
明确任务，有针对性的调研、查阅文献资料，完成实习报告（1-2周）
2、根据要求完成控制系统的方案设计，完成开题报告。
（3-4周）
3、完成控制系统原理图的设计（5-7周）
4、编制控制程序（8-10周）
5、撰写设计说明书（11-13周）
6、修改、装订，准备答辩（14-15周）
7、答辩（16周）
必读参考资料：
1、电器控制与PLC柳春生机械工业出版社
2、电机与拖动基础李发海王岩清华大学出版社
3、SIMATICS7-300可编程控制器说明书SIEMENS公司
指导教师签名：
教研室主任签名：
（）开题报告
题目
PLC在纸板加工厂纸板堆放系统中的应用
1．目的及意义（含国内外的研究现状分析）：
随着科学技术的迅猛发展，生产力水平的不断提高，人们对降低劳动强度、改善工作环境日益重视起来。
在自动生产线上，能看到各种机械设备协调配合，人工操作较少，特别是重物频繁移动需要机械。
机械操作速度快、成本低、故障率低，为企业带来经济效益。
通过资料了解到在纸板加工厂，上板使用的吸吊机和下板用的升降机能自动控制，用所学的知识可以实现。
其中吸吊机应用广泛，已出现各种品牌各系列产品，如德国施迈茨SCHMALZ、上海瓦科VACU、上海优乐博特EUROBOT、广州汇控HVCO。
操作简便，有带触摸屏，在食品、电器、化工、橡胶、制药、钢铁、造船等行业用于搬运和翻转。
因知识和时间限制，决定应用PLC设计一个简单的吸吊机控制程序，并简要论述其工作原理。
2．基本内容和技术方案：
吸吊机包括上下左右移动，吸放物体，实现自动控制。
为完成本设计，尽量简化可实现，降低难度。
用到笼型异步电机也可以是其它类型电机，三相笼型异步电机的正反转控制较熟悉，未使用其它制动方式，即惯性制动，可能冲击较大并伴有很强的撞击声需要克服，使用滑轨，皮带（或螺杆）带动滑块左右移动。
用气缸带动拉杆上下移动，需要空压机。
吸盘吸放物体，还需真空泵。
通过控制电磁阀开合选择进气和排气及抽真空，未考虑速度控制，即设置其它阀门。
3．进度安排：
1周，查资料了解实际生产过程，选择其中主要设备并分析其简要工作原理。
2周，设计控制方案，编写程序并仿真调试直至成功。
3周，用软件绘制必要的说明图。
4周，整理，撰写设计报告。
4．指导老师意见：
指导教师签名：
年月日
注：
1.开题报告应根据教师下发的（）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在学院规定时间内完成；
2．设计的目的及意义至少800字，基本内容和技术方案至少400字；
3．指导教师意见应从选题的理论或实际价值出发，阐述学生利用的知识、原理、建立的模型正确与否、学生的论证充分否、学生能否完成课题，达到预期的目标。
郑重声明
本人郑重声明：
所呈交的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，本不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
本人签名：
日期：
摘要
传统的机械设备与产品，多是以机械为主，是电气、液压或气动控制的机械设备。
随着工业水平的不断发展，机械设备已逐步地由手动操作改为自动控制，设备本身也发展成为机电一体化的综合体。
可编程控制器PLC是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动化技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。
1969年，美国数字设备公司DEC研制成功第一台PLC，型号为PDP-14。
在短短40余年间，PLC经历了5次换代。
目前，可编程控制器已成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。
其广泛的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标准。
PLC的发展特点是更加适应现代工业的需要；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PLC的工业控制设备的配套更加容易；加强PLC通信联网的信息处理能力；PLC向开放性发展；PLC的体积大型化和超小型化，运算速度高速化；软PLC出现；PLC编程语言趋于标准化。
其应用领域目前不断扩大，并延伸到过程控制、批处理、运动和传动控制、无线电遥控以至实现全厂的综合自动化。
近年，工业计算机技术IPC和现场总线技术发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的未来是无法取代的。
本文选用德国西门子公司SIEMENS推出的S7-300PLC，并用其编程软件Step7完成设计。
论述吸吊机的工作过程，选用相关电气元器件组成硬件结构。
最后，对设计进行总结，并提出进一步研究的展望。
关键词：
PLC；编程；吸吊机
ABSTRACT
Morethanthetraditionalmechanicalequipmentandproducts,mainlyonmechanical,electrical,hydraulicorpneumaticcontrolisthemechanicalequipment.Withthecontinuousdevelopmentofindustriallevel,mechanicalequipmenthasbeengraduallyfrommanualtoautomaticcontrol,thedeviceitselfalsodevelopedintoaplexofelectromechanicalintegration.PLCprogrammablecontrollerisamicroprocessorasthecore,integratedputertechnology,automationtechnologyandmunicationtechnology,developedakindofnewindustrialautomaticcontroldevice.In1969,thedigitalequipmentcorporationDEC,successfullydevelopedthefirstPLCmodelforPDP-14.Inashortspanofmorethan40years,PLChasexperiencedfivetimes.Atpresent,theprogrammablecontrollerhasbeethemostimportantandmostusedinindustrialautomationcontrolequipment,thethreepillarsofindustrialproductionautomation（PLC,robotics,puteraideddesignandmanufacturing）ofthefirst.Itsdepthandwidthofthebroadbeetomeasureanation'sindustrialautomationlevelstandard.
ThedevelopmentcharacteristicofPLCismoreadapttotheneedsofmodernindustry;Gavebirthtoavarietyofspecialfunctionunit,andproducesallkindsofman-machineinterfaceunit,municationunit,theapplicationofPLCindustrialcontrolequipmentsupportingmoreeasily;StrengthentheinformationprocessingabilityofthePLCmunicationnetwork;PLCtoopendevelopment;PLCthevolumeofthelarge-scaleandultra-miniaturization,highspeedputingspeed;SoftPLC.PLCprogramminglanguagetendstobestandardized.Itsapplicationfieldisconstantlyexpanding,andextendstotheprocesscontrol,batchprocessing,motoranddrivecontrol,wirelessremotecontroltorealizeintegratedautomationforthefactory.IPCinrecentyears,industrialputertechnologyandfieldbustechnologyhasdevelopedrapidly,fromthemarketpartofthePLC,PLCappearsthetrendofgradualgrowthrate,butitsstatusinindustrialautomationcontrolespeciallysequencecontrol,intheforeseeablefuturecannotbereplaced.
ThisarticleselectstheGermanSIEMENSpanyintroducedSIEMENSS7-300PLC,anditsprogrammingsoftwareStep7topletethedesign.Describestheworkingprocessofthesuctionofthecrane,chooserelevantelectricponentsofhardwarestructure.
Finally,tosummarizethedesign,andputforwardfurtherresearchprospect.
Keywords:
PLC；Programming；Suctionlift
1绪论
据统计，德国西门子公司生产的PLC在我国无论是应用范围还是市场占有量都已超过30%，特别是西门子公司推出的S7-300PLC以其功能强大、性价比高等特点而深受用户的欢迎。
这使学习PLC应用技术变得容易，可用资源多，带来易实现可操作的学习乐趣。
本文重点介绍设计基本原理，吸吊机工作过程，PLC地址分配，外部接线图，编程结果分析等。
1.1可编程控制器的产生
上世纪60年代末期，由于市场的需要，工业生产开始从大批量、少品种的生产方式转变为小批量、多品种的生产方式。
这种生产方式在汽车生产中得到更充分的体现，而当时汽车组装生产线的控制是采用继电器控制系统的。
这种控制系统体积大，耗电多，特别是改变生产程序很困难。
为了改变这种状况，1968年，美国通用汽车公司对外公开招标，要求用新的电气控制装置取代继电器控制系统，以便适应迅速改变生产程序的要求。
该公司为新的控制系统提出10项指标：
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）输入可为市电；
8）输出可为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器等；
9）扩展时原系统改变最少；
10）用户存储器大于4KB。
这10项指标实际上就是现在可编程控制器的最基本功能。
其核心要求可归结为4点：
1）用计算机代替继电器控制盘；
2）用程序代替硬接线；
3）输入、输出电平可与外部装置直接相连；
4）结构易于扩展。
可编程控制器是以微处理器为核心，把电气传动和逻辑控制、自动测量和调节、数据计算和处理有机地结合起来，具有丰富的软件资源的现代化工业自动化控制器。
经过40多年的发展，现在可编程控制器已经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。
在可编程控制器中，充分应用了大规模集成电路技术、微电子技术及通信技术，迅速地从早期的逻辑控制发展到进入位置控制、过程控制等领域。
用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集、图形工作站等的综合控制系统。
1.2可编程控制器的应用现状
可编程控制器是“专为工业环境下应用而设计的”工业控制计算机，由于其具有很强的抗干扰能力，很高的可靠性，能在恶劣环境下工作的大量的I/O接口，因此，伴随着新产品、新技术的不断涌现，始终保持着旺盛的市场生命力。
可编程控制器的出现，除了取代传统的继电器控制外，正在逐步占领DCS和PID市场份额。
国际市场：
当今世界的PLC生产厂家约200家，生产400多种PLC。
全球最大的5家PLC制造商，德国SIEMENS公司、美国A-B公司、SCHNEIDER公司、日本MITSUBISHI公司、OMRON公司约占全球市场销售额的67%。
我国对可编程控制器的研制始于1974年，目前全国有几十个生产厂家，但产品多为128个开关量I/O点以下的小机型。
国内市场几乎被国外的PLC产品占领。
1.3可编程控制器的发展趋势
近年来，随着微电子技术、计算机技术和通信技术的快速发展，PLC的结构和功能不断改进，应用范围迅速扩大。
目前，PLC主要有以下发展趋势：
1）高速度、大存储量方向发展。
为提高处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。
目前大中型PLC的速度可达0.2ms/k步左右。
各大公司都把PLC的扫描速度作为一个很重要的指标。
2）多品种方向发展。
目前中小型PLC比较普遍，超小型PLC的需求日趋增多。
为适应市场的多种需要，今后PLC发展要向多品种方向，特别是向超大型和超小型两个方向发展。
据统计，小型PLC的特点是价格低廉、经济可靠，适用于设备的单机控制，便于“机电仪”一体化。
随着应用范围的不断扩大和网络及其他功能的不断增强，从控制能力上，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品配套能力上，生产出了各种人机界面单元、通信单元，促进了大型及超大型PLC的发展。
3）编程语言多样化。
PLC系统结构不断发展的同时，编程软件也在不断发展。
编程语言朝着多种编程语言的方向发展。
尽管大多数PLC采用继电器梯形图语言（LAD），但是新的编程语言还是不断涌现，现在有部分PLC已采用高级语言（如BASIC、C及汇编语言等）。
4）发展智能模块。
智能模块是以微处理器为基础的功能部件。
它可以与PLC的主CPU并行工作，占用主CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。
发展智能模块可进一步提高PLC处理信息的能力和控制功能。
2吸吊机总体设计方案
所设计的吸吊机是一个典型的机电一体化系统。
所谓的机电一体化系统是指在系统的主功能、信息处理功能和控制功能等方面引进了电子技术，并把机械装置、执行部件、计算机等电子设备以及软件等有机结合而构成的系统，即机械、执行、信息处理、接口和软件等部分在电子技术的支配下，以系统的观点进行组合而形成的一种新型机械系统。
机电一体化系统由机械系统（机构）、电子信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（电机）等五大子系统组成。
其五种内部功能及主功能、动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。
机电一体化系统的一大特点是由于机电一体化系统的微电子装置取代了人对机械的绝大部分的控制功能，并加以延伸和扩大，克服了人体能力的不足和弱点。
另一大特点是节省能源和材料消耗。
其主要特征是自动化控制。
2.1带传动
带传动是在两个或多个带轮之间用带作为挠性拉曳元件的一种摩擦传动。
带呈环形，并以一定的拉力（称为张紧力）F0套在一对带轮上，使带和带轮相互压紧。
带传动不工作时，带两边的拉力相等，均为F0；工作时，由于带与轮面间的摩擦力使其一边拉力加大到F1，称为紧边拉力，另一边拉力减小到F2，称为松边拉力。
两者之差F=F1-F2即为有效拉力，它等于沿带轮的接触弧上摩擦力的总和。
在一定条件下，摩擦力有一极限值，如果工作阻力超过极限值，带就在轮面上打滑，传动不能正常工作。
带动平移滑块左右移动的笼型异步电动机接线图如图2.1所示：
图2.1电机正反转接线图
2.2气动系统组成
气动系统主要由以下四种装置组成：
1）气源装置。
气源装置即压缩空气的发生装置，其主体部分是空气压缩机（简称空压机）。
它将原动机（电动机）的机械能转换为空气的压力能并经净化设备净化，为各类气动设备提供洁净的压缩空气。
2）执行机构。
执行机构是系统的能量输出装置，如气缸和气缸马达，它们将气体压力能转换为机械能，并输出到工作机构上去。
3）控制元件。
即用以控制调节压缩空气的压力、流量、流动方向以及系统执行机构的工作程序的元件，如压力阀、流量阀、方向阀和逻辑元件等。
4）辅助元件。
系统中除上述三类元件外，其余元件称辅助元件，如各种过滤器、油雾器、消声器、散热器、传感器、放大器及管件等。
它们对保持系统可靠、稳定和持久地工作起十分重要的作用。
实现上下移动的气缸简图如图2.2所示：
图2.2气缸简图
2.3气动回路
1）气源处理装置。
该装置由气水分离器、减压器、油雾器组成。
气水分离器将压缩空气中的赃物和水分滤出，由减压阀把空气压力降到预定压力，然后供给电磁阀和气缸。
油雾器中的润滑油由压缩空气顺空气流动方向带到需润滑的电磁阀和气缸。
减压阀带有压力表，调整空气压力可由压力表直接读出。
2）气路的基本回路。
一个气动系统不管有多复杂，它总不外是由一些基本回路组成的。
所谓基本回路就是由一些气压元件组合起来完成特定功能的气路结构。
气路系统由基本回路构成，基本回路由电磁阀、气缸、管路、调速器、消音器等组成。
电磁阀控制气体通断及执行机构还乡。
气缸是执行机构的基本元件，承担负载、输出力及转矩。
调速器用来调节气缸的运动速度，以满足负载的不同速度要求。
消音器用来排除排气噪声，保护环境。
3）升降装置。
带动物体升降运动。
该装置在往返行程上装有一个气垫装置，该气缸在向上（或向下）运动时，以高速移动，在接近行程终点附近某一点关闭阀门，使压缩空气只能经过另一个狭窄的通道而限速，气缸移动速度便慢下来，然后停住，其运动速度及减慢下来速度均由调速器调节，只要不产生振动即可。
前后两阀门的开关控制由配置在升降装置上的霍尔开关控制。
2.4真空系统
真空系统由真空泵、真空电磁阀、真空检测器、真空管路等组成。
它是吸吊机的组要组成部分之一，其主要功能是为吸板及放板等动作提供真空压力。
真空泵是真空系统的心脏，提供真空能源；真空电磁阀承担真空线路的通断；真空检测器承担检测真空压力，并发出放板信号。
吸盘是一种用来抓取和握持工件的末端执行器，吸吊机用它来夹持、移动或放置工件。
属于无指夹持工件，其夹持方式为真空吸附式。
由于吸盘的结构形式即采用橡胶制造，因此容许吸附作业具有一定的柔顺性。
这样，即使工件有一定的尺寸偏差和位置偏差也能被吸附和脱开。
用吸盘吸持工件时，在吸附面上有拉力、剪切力、力矩或这些力的组合。
为了评定握持机构对这些力的承担极限，需通过测试，做出对吸附手的各特性的评价。
吸放纸板的吸盘简图如下图2.4所示：
图2.4吸盘简图
3吸吊机PLC控制系统设计
所谓自动控制系统，就是在没有人直接参与的情况下，使生产过程或被控对象的某些物理量准确地按照预期规律变化。
一般来说，如何使被控制量按照给定量的变化规律而变化，这就是控制系统所要解决的基本任务。
研究某一控制系统要解决的两个问题：
其一是分析给定控制系统的工作原理，元部件组成；其二是根据生产的需要来进行控制系统的设计，并用机、电、光、液（气）压元部件或设备来实现这一系统。
3.1PLC的基本结构
PLC的种类繁多，但其结构和工作原理则大同小异，一般是由中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出单元、编程器、电源等主要部分构成的。
如果把PLC看作一个系统，外部的开关信号均为输入变量，它们经输入接口存到PLC内部的数据存储器中，而后经过逻辑运算或数据处理以输出变量的形式送到输出接口，从而控制输出设备。
1）中央处理单元（CPU）。
CPU是PLC的核心部件，它类似人的大脑，能指挥PLC按照预先编好的系统程序完成各种任务。
其作用有以下几点：
（1）接收、存储由编程工具输入的用户程序和数据，并可通过显示器显示出程序的内容和存储地址。
（2）检查、校验用户程序，对正在输入的用户程序进行检查，发现语法错误立即报警，并停止输入；在程序运行过程中若发现错误，则立即报警或停止程序的执行。
（3）接收、调用现场信息，将接收到的现场输入的数据保存起来，在需要改数据的时候将其调出、并送到需要该数据的地方。
（4）执行用户程序。
当PLC进入运行状态后，CPU根据用户程序存放的先后顺序，逐条读取、解释和执行程序，完成用户程序中规定的各种操作，并将程序执行的结果送至输出接口，以驱动PLC外部的负载。
（5）故障诊断。
诊断电源、PLC内部电路的故障，根据故障或错误的类型，通过显示器显示出相应的信息，以提示用户及时排除故障或纠正错误。
2）存储器。
可以分为以下3种：
（1）系统程序存储器。
系统程序是厂家根据其选用的CPU的指令系统编写的，它决定了PLC的功能。
系统程序存储器是只读存储器，用户不能更改其内容。
（2）用户程序存储器。
根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。
不同机型的PLC,其用户程序存储器的容量可能差异较大。
根据生产过程或工艺的要求，用户程序经常需要改动，所以用户程序存储器必须可读写。
一般要用后备电池（锂电池）进行掉电保护，以防掉电时丢失程序。
（3）工作数据存储器。
用来存储工作数据的区域叫工作数据区。
工作数据是经常变化、经常存取的，所以这种存储器必须可读写。
3）输入/输出单元。
输入/输出（I/O）单元是PLC与外部设备相互联系的窗口。
输入单元接收现场设备向PLC提供的信号，例如由按钮、操作开关、限位开关、继电器触点、拨码开关等提供的开关量信号。
这些信号经过输入电路的滤波、光电隔离、电平转换等处理，变成CPU能够接收和处理的信号。
输出单元将经过CPU处理的微弱电信号通过光电隔离、功率放大等处理转换成外部设备所需要的强电信号，以驱动各执行元件，如接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等。
4）电源部分。
PLC一般配有开关式稳压电源为内部电路供电。
开关电源的输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。
有的PLC能向外部提供24V的直流电源，可给输入单元所连接的外部开
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