传送带自动装箱控制设计终极版.docx

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传送带自动装箱控制设计终极版

电气控制与PLC课程设计

题目：

传送带自动装箱控制设计　

院系：

专业：

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

二〇一五年六月

PLC课程设计任务书

一、基本情况

学时：

1周学分：

1学分适应班级：

自动化1201-1202，电气工程1201-1204

二、进度安排

本设计共安排1周，合计30学时，具体分配如下：

实习动员及准备工作：

1学时

总体方案设计：

4学时

硬件设计：

10学时

软件设计：

10学时

撰写设计报告：

4学时

总结：

1学时

教师辅导：

随时

三、基本要求

1、课程设计的基本要求

电气控制与PLC课程设计的主要内容包括：

理论设计与撰写设计报告等。

其中理论设计又包括总体方案选择，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图，应用程序。

程序设计是课程设计的关键环节，通过进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标。

课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把设计内容进行全面的总结，若有实践条件，把实践内容上升到理论高度。

2、课程设计的教学要求

电气控制与PLC课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到设计室进行。

做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到6次以上的学生，该课程考核按不及格处理。

在实训期间需要外出查找资料，必须在指定的时间内方可外出。

课程设计的任务相对分散，每3-4名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。

小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。

但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。

四、设计题目及控制要求

题目：

传送带自动装箱控制设计

要求：

在产品上料端，将产品放到传送带1上，按下启动按钮，电动机M1启动，传送带1运行，电动机M2延时5s启动，传送带2运行。

当产品到达传送带1右端碰到限位开关SQ2时，传送带1停止运行。

电磁阀YV1得电，推杆1将产品推到传送带2，磁性接近开关SQ1动作，电磁阀失电，推杆1返回原位。

当产品到达传送带2下端碰到限位开关SQ4时，传送带2停止运行。

电磁阀YV2得电，推杆2将产品推到小车中，磁性接近开关SQ3动作，电磁阀YV2失电，推杆1返回原位。

当小车中的产品达到9个时，小车自动开走，小车的行走由电动机M3驱动牵引链条上的挂钩带动，下一辆空车到达限位开关SQ5时，牵引电动机M3失电，空车停在装料点，等待装料。

在牵引链条运行时，传送带不能启动。

在工作中，按下停止按钮时，全部动作应立即停止。

五、设计报告

设计完成后，必须撰写课程设计报告。

设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于2000字，图形绘制规范。

设计报告的格式如下：

1、封面

2、摘要

3、目录

4、正文

（1）所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；

（2）方案选择及论证；

（3）硬件电路设计及描述（包括硬件的选型及电路图、输入输出接线图等的设计）；

（4）软件设计流程及描述（流程图及文字说明）；

（5）源程序代码及调试；

5、心得体会

6、参考文献

六、考核方法

电气控制与PLC技术课程设计的考核方式为考查，考核结果为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，分数在90-100之间为优秀，80-89分之间为良好，70-79分之间为中等，60-69分之间为及格，60分以下为不及格。

考核分三个方面进行：

平时表现20%；设计过程25%；设计报告40%；设计答辩15%。

有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理：

1、设计期间累计迟到、早退达8次；

2、设计期间累计旷课达6节；

3、设计报告雷同率超过50%或无设计报告；

4、不能完成设计任务，达不到设计要求。

摘要

本文主要对基于生产线自动装箱的PLC控制系统进行了详细的分析。

该系统有两个产品传送带和包装箱牵引链条。

包装箱传送带用来传送产品包装箱，其功能是把已经装满的包装箱运走，并用一只空箱来代替。

为使空箱恰好对准产品传送带的末端，使产品刚好落入包装箱中，在包装箱传送带的中间装一光电传感器，用以检测包装箱是否到位。

产品传送带将产品从生产车间传送到包装箱，当某一产品被送到传送带的末端，会自动落入包装箱内，并由另一传感器转换成计数脉冲。

本控制系统具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单等特点，具有良好的应用价值。

关键字：

自动生产系统设计

第1章绪论

1.1课题背景

现代社会中，无论在任何行业，从工厂的生产，到能源的输送，到与人民生活息息相关的市政工程，甚至人们的工作和休息的楼宇，到处都可以看到自动化系统的身影。

自动化系统不仅早就成为了工业和社会生活的一个组成部分，而且是经济发展水平的重要标志[1]。

在自动化生产日渐普及的今天，包装机械的自动化程度直接影响到产品的质量和生产效率。

在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数，包装，如果这些繁杂的工作让人工去完成的话不但麻烦，而且效率低，劳动强度大，不适合现代化的生产需要。

为了适应现代化的大规模生产某种产品，进一步加快工业现代化的发展，提高国民经济，改善人民的生活水平,就必须设计一套完整的自动化生产线，以便用这自动化的生产线来代替人工完成这些繁杂的工作。

而且需要对其进行计数，包装，自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明显。

近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使的包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成績。

2002年11月3至7日在芝加哥举行的国际PACKEXPO上，我們可以看到多家自动化公司展示的最新的包裝设备和新技术。

这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展力量。

可见自动装箱技术的应用前景十分广阔。

近年来，生产线上的自动化控制应用已越来越多，越来越广泛。

随着工业生产自动化水平的不断加快，对控制系统提出了愈来愈严格的要求。

随着大规模集成电路广泛应用，控制系统本身也得到长足发展，已由原来的分立元件、继电器控制，发展成为大规模集成电路的微机控制。

控制方式也由原来的分散控制发展为集中控制。

正是在这种发展的需求下，可编程控制器应运而生。

由于可编程控制器（PLC）具有体积小、抗干扰能力强、组态灵活等优点，因而在工业控制系统中得到非常广泛的应用。

在自动生产线检测控制系统中，可编程控制器主要用作下位机，检测各状态点的状态，直接控制系统的启、停和其他控制单元的投切，并将各点的状态送给上位机——计算机，计算机综合可编程控制器和其他设备的数据，作出相应的处理和显示。

自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用[2]。

同时，PLC的功能也不断完善。

今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

1.2主要解决的问题

在传统的工业控制中，一般都是由继电器来进行控制的，当今的PLC吸收了微电子技术和计算机技术的成果。

在很多领域，PLC已经取代了继电器进行控制。

在传统的控制中，传送带的控制通常是通过继电器来完成，维护复杂。

本设计介绍了通过PLC来对传送带进行自动控制[3]。

该系统有两个传送带，即包装箱传送带和产品传送带。

包装箱传送带用来传送产品包装箱，其功能是把已经装满的包装箱运走，并用一只空箱来代替。

为使空箱恰好对准产品传送带的末端，以便使产品刚好落入包装箱中，在包装箱传送带的中间装一光电传感器，用以检测包装箱是否到位。

产品传送带将产品从生产车间传送到包装箱，当某一产品被送到传送带的末端，会自动落入包装箱内，并由另一传感器转换成计数脉冲。

依据提出的要求，我们需要解决的关键是对传送带B拖动空箱到指定位置的控制；以及传送带B制动后传送带A的启动和传送带A制动后传送带B的启动，怎么使其形成一个循环的过程，对传送带的控制还应该设置报警功能；同时传送带A和传送带B应有独立点动控制，以便于调试和维修；最后还要对传送带A运送的产品进行指定数量的检测。

对于传送带的控制可采用步控指令实现步进控制；而对于传送带的独立点动控制可设置一个手动控制按钮，当其按下时，系统可进行独立点动控制。

对于PLC这些都可通过软件完成要求；其中需要用传感器来进行位置检测和产品计数。

第2章课程设计及要求

传送带自动装箱控制过程：

在产品上料端，将产品放到传送带1上，按下启动按钮，电动机M1启动，传送带1运行，电动机M2延时5s启动，传送带2运行。

当产品到达传送带1右端碰到限位开关SQ2时，传送带1停止运行。

电磁阀YV1得电，推杆1将产品推到传送带2，磁性接近开关SQ1动作，电磁阀失电，推杆1返回原位。

当产品到达传送带2下端碰到限位开关SQ4时，传送带2停止运行。

电磁阀YV2得电，推杆2将产品推到小车中，磁性接近开关SQ3动作，电磁阀YV2失电，推杆1返回原位。

当小车中的产品达到9个时，小车自动开走，小车的行走由电动机M3驱动牵引链条上的挂钩带动，下一辆空车到达限位开关SQ5时，牵引电动机M3失电，空车停在装料点，等待装料。

在牵引链条运行时，传送带不能启动。

在工作中，按下停止按钮时，全部动作应立即停止。

除了上述自动工作方式外，还应有手动工作方式。

在手动工作方式下，传送带1、传送带2、推杆1、推杆2和牵引链条都能单独控制。

图2-1传送带自动装箱控制过程

第3章硬件设计

3.1I/O点数的估算

（1）系统输入信号：

自动控制按钮，需要1个输入端；停止按钮，需要1个输入端；产品数量检测信号光电传感器PH，需要1个输入端；手动控制时，传送带1、传送带2、传送带3、电磁阀YV1和电磁阀YV2独立点动控制按钮需要5个输入端；限位开关SQ2，磁性接近开关SQ1，限位开关SQ4，磁性接近开关SQ3，空箱位置检测信号SQ5需要5个输入端；以上共需13个输入信号点。

（2）系统输出信号：

传送带1、传送带2、传送带3、电磁阀YV1和电磁阀YV2需用5个控制输出端；以上共需5个输出信号点。

3.2用户应用程序占用内存大小的估算

用户应用程序占用多少内存与I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等因素有关，因此在程序设计之前只能粗略地估算。

根据经验，此应用程序占用内存的大小可作如下估算：

开关量输入：

13*10=130字节；

开关量输出：

5*8=40字节；

定时器/计数器：

2*3=9字节。

共计179字节，加上程序存储空间和备用存储空间，初步估计共需1K字节。

3.3PLC型号的选择

因为本系统是对开关量进行控制的应用系统，而且对控制速度要求不高，所以可选用西门子系列的S7-300型可编程控制器PLC作为控制核心，该单元为24点I/O，16点输入，8点输出，所以满足系统输入、输出点需要[4]。

西门子S7-300型系列PLC的特点：

（1）高速计数器能方便的测量高速运动的加工件。

（2）扩展能力增强，最大到12ch的模拟量。

（3）带高速扫描和高速中断的高速处理。

（4）可方便的与西门子的可编程序终端（PT）相连接，为机器操作提供一个可视化界面。

（5）A/D、D/A精度大幅度提高，分辨率为1/6000。

（6）可进行分散控制和模拟量控制。

（7）通讯功能增强，提供内置RS232C端口及RS485的适配器[5]。

3.4系统I/O点的分配

I/O分配表如表3-1所示：

表3-1I/O分配表

输入

I/O地址

输出

I/O地址

I0.0

检测信号PH

Q0.1

传送带1输出

I0.1

SQ1输入

Q0.2

传送带2输出

I0.2

SQ2输入

Q0.3

传送带3输出

I0.3

SQ3输入

Q0.4

电磁阀YV1

I0.4

SQ4输入

Q0.5

电磁阀YV2

I0.5

SQ5输入

I0.6

启动按钮

I0.7

停止安钮

I1.0

M1点动

I1.1

M2点动

I1.2

M3点动

I1.3

YV1点动

I1.4

YV2点动

3.5传感器的选择

近年来，随着生产自动化程度的提高，光电传感器的功能不断完善，现已成为与PLC相配套的系列产品，广泛用于自动包装、打胶、罐装、以及自动装配流水线[6]。

针对本文设计要求，我们可采用光电开关来对产品计数检测。

这类光电传感器利用光电元件受光照或无光照时“有”“无”电信号输出的特性将被测量转换成断续变化的开关信号[6]。

为此，要求光电元件灵敏度高，而对光照特性的线性要求不高。

这类传感器主要应用于零件或产品的自动记数、光控开关、电子计算机的光电输入设备、光电编码器以及光电报警装置等方面[7]。

透射型光电开关是由分离的发射器和接收器组成并相对放置。

发射器发射的红外线直接照射到接收器上，当有物品通过时，将红外线光源切断遮挡住了，接收器收不到红外光，于是就发出一个信号。

可用于产品计数[8]。

3.6PLC输入/输出接线设计

图3-1PLC控制电路接线图

第4章软件设计

4.1控制功能的实现

本设计中，因为控制功能比较简单，所以采用基本指令组合实现其控制功能。

各部分功能实现如下：

当按下启动按钮SB1时，电动机M1启动，传送带1运行，电动机M2延时5s启动，传送带2运行。

当产品到达传送带1右端碰到限位开关SQ2时，传送带1停止运行。

将SB1的常开触与电动机M1输出线圈串起来，因为是按钮启动，所以再将M1自锁，使其保持导通；将定时器的常开触点与电动机M2输出线圈串起来。

当按下停止按钮SB2时,M1、M2、M3、YV1、YV2都断开，将SB2的常闭触点串入其中，从而实现所有动作的停止。

当产品到达传送带1右端碰到限位开关SQ2时，传送带1停止运行。

电磁阀YV1得电，推杆1将产品推到传送带2，磁性接近开关SQ1动作，电磁阀失电，推杆1返回原位。

因此，将限位开关SQ2的常闭触点串入线圈M1的前面，将限位开关SQ2的常开触点驱动电磁阀YV1动作，并将其自锁；当到达磁性接近开关SQ1时，电磁阀YV1要复位，所以在电磁阀YV1线圈前串入磁性接近开关SQ1的常闭触点，从而实现电磁阀YV1的动作与复位。

当产品到达传送带2下端碰到限位开关SQ4时，传送带2停止运行。

电磁阀YV2得电，推杆2将产品推到小车中，磁性接近开关SQ3动作，电磁阀YV2失电，推杆2返回原位。

将限位开关SQ4的常闭触点串入线圈M2的前面，将限位开关SQ4的常开触点驱动电磁阀YV2动作，并将其自锁；当到达磁性接近开关SQ3时电磁阀YV2要复位，所以在电磁阀YV2线圈前串入达磁性接近开关SQ3的常闭触点，从而电磁阀YV2的动作与复位[9]。

当小车中的产品达到9个时，小车自动开走，小车的行走由电动机M3驱动牵引链条上的挂钩带动，下一辆空车到达限位开关SQ5时，牵引电动机M3失电，空车停在装料点，等待装料。

故产品通过光电传感器PH时，计数一次，当计数不小于9时M0.6线圈得电使电动机M1再次启动，所以将M0.6的常开触点与启动按钮并联。

当计数到9时M0.0得电，电动机M3得电牵引链条上的挂钩带动小车的行走，同时传送带不允许启动，故将M0.0的常闭触点与传送带的线圈串联，其常开触点与M3串联。

当空车到达限位开关SQ5时，电动机M3停止，同时电动机M1启动且计数器复位，重新开始工作。

4.2程序流程图

在产品上料端，将产品放到传送带1上，按下启动按钮，电动机M1启动，传送带1运行，电动机M2延时5s启动，传送带2运行。

当产品到达传送带1右端碰到限位开关SQ2时，传送带1停止运行。

电磁阀YV1得电，推杆1将产品推到传送带2，磁性接近开关SQ1动作，电磁阀失电，推杆1返回原位。

当产品到达传送带2下端碰到限位开关SQ4时，传送带2停止运行。

电磁阀YV2得电，推杆2将产品推到小车中，磁性接近开关SQ3动作，电磁阀YV2失电，推杆2返回原位。

当小车中的产品达到9个时，小车自动开走，小车的行走由电动机M3驱动牵引链条上的挂钩带动，下一辆空车到达限位开关SQ5时，牵引电动机M3失电，空车停在装料点，等待装料。

在牵引链条运行时，传送带不能启动。

在工作中，按下停止按钮时，全部动作应立即停止。

图4-1程序流程图

4.3梯形图

第5章系统调试

在计算机上进行编程，打开自动装箱控制程序。

断电情况下连接好PLC电缆，按照I/O分配表，用实验连线导线将PLC主机模块输入、输出接口与实验板接口一一对应连接，并将PLC主机模块的电源端与实验模块的电源端相连接。

下载程序文件到PLC,监控后运行，使PLC进入运行方式。

按下自动控制按钮I0.6后，传送带1启动运行（Q0.1）；5s后传送带2启动运行（Q0.2）。

当产品到达传送带1右端碰到限位开关SQ2时，传送带1停止运行。

电磁阀YV1得电，推杆1将产品推到传送带2，磁性接近开关SQ1动作，电磁阀失电，推杆1返回原位。

当产品到达传送带2下端碰到限位开关SQ4时，传送带2停止运行。

电磁阀YV2得电，推杆2将产品推到小车中

磁性接近开关SQ3动作，电磁阀YV2失电，推杆2返回原位。

当计数不小于9时M0.6线圈得电使电动机M1再次启动

当计数到9时M0.0得电，电动机M3得电牵引链条上的挂钩带动小车的行走，同时传送带不允许启动

按下停止按钮全部停止

心得体会

对于本次设计，成功采用PLC控制多个传送带的工作，完成了本次设计任务的基本要求，经过多次的调试，该系统性能稳定、可靠、冗余性强，可以很好地适用于连续工作。

本次设计的生产线自动装箱PLC控制系统，其硬件结构简单，成本低廉，响应速度快，性能、价格比很高，和单片机系统相比具有极高的可靠性，具有良好的市场应用价值。

本系统解决了传统以继电器控制硬件电路的方法，采用人机界面取代继电器，通过软件的方式控制硬件电路。

由于PLC具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等优点。

但是该设计尚有不足，还有很多的扩展功能没有实现，例如对产品计数错误的检测功能等等。

通过这次设计，使我对自动控制设计有了更深刻的认识，也使自己的动手能力和方案设计的思路有了更进一步的提高，同时也更加熟悉了本专业的设计软件。

对PLC的功能也有了进一步的认识，了解了不同型号的PLC以及相关的编程软件。

在完成这个题目的过程中，我遇到了一些困难，也走了很多弯路。

但通过不断的努力和同学们的大力支持，以及指导老师的悉心教导，我克服了困难完成了本次设计，同时我也获得了很多宝贵的经验，学到了很多新的知识。

参考文献

[1]齐蓉，肖维荣.可编程计算机控制器技术.北京：

电子工业出版社，2005.

[2]江秀汉，汤楠.可编程序控制器原理及应用.西安：

西安电子科技大学出版社，1994.

[3]田淑珍.可编程控制器原理及应用．北京：

机械工业出版社，2005.

[4]魏志精.可编程控制器应用技术．北京：

电子工业出版社，1995.

[5]廖常初.PLC编程及应用.北京：

机械工业出版社，2002.

[6]林春方.可编程控制器原理及其应用.上海：

上海交通大学出版社，2004.

[7]陈忠华.可编程控制器与工业自动化.北京：

机械工业出版社，2005.

[8]王化祥，张淑英.传感器原理及应用.天津：

天津大学出版社，2005.

[9]赵继文.传感器与应用电路设计.北京：

科学出版社，2006.