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冰箱老化测试生产线的控制系统文件（DOC31页）

摘要

本课题设计一个基于OMRONPLC的冰箱老化测试生产线的控制系统，主要控制箱体在多条生产线中的进出功能，确保安全、畅通地按照既定工艺进行箱体传送，以实现地面输送线的自动控制。

本设计采用OMRONC200H型PLC及西门子变频器作为主要的控制器件，来完成冰箱的地面输送线自动移载及不同生产方式的控制。

本文详细介绍了PLC的编程方法在工业自动控制领域的应用，尤其是在地面输送带控制系统和设计中。

软件是利用CX-P型PLC的基本指令和特殊功能指令构建控制程序的，包括梯形图、程序指令表和时序图。

通过程序的编制，达到了自动控制的目的，并增加了防撞保护设计。

由于本程序的通用性强，所以通过不大的修改即可用于其它生产线中。

对于冰箱的地面输送系统的设计，本文综合了多种方案比较，指出了本系统采用的设计方案诸多优点。

根据本文的研究方案设计的冰箱地面输送线电气自动控制系统，功能强、成本低、易维护、可靠性高，具有很强的实际意义。

关键词：

地面输送线,地面线控制,变频器,光电开关

Abstract

TheagingtestsubjecttodesignarefrigeratorproductionlinecontrolsystemprogrammingbasedonOMRONPLC.Thedesignofthemaincontrolboxinamulti-productionlinesinandoutoffunction,toensuresafe,smoothboxaccordingtotheestablishedtechnologyoftransmissionlinesinordertoachieveautomaticcontrolofgroundtransportation.ThisdesignusesOMRONC200HPLCandSiemensinvertertypeasthemaincontroldevice,tocompletethetransmissionlinerefrigeratorautomaticallyshiftthegroundsetanddifferentmodesofproductioncontrol.ThispaperdescribesthegroundconveyorsystemPLCcontrolandprogramming.Software-basedPLCusingCX-Pbasicinstructionsandspecialfunctioninstructionbuildingcontrolprocedures,includingtheladder,theprograminstructiontableandtimingdiagram.Throughtheprocessofpreparation.Achievedthepurposeofautomationandincreasedcrashprotectiondesign.Sincetheprogram'sversatility,itcanbeusedbysmallchangestootherproductionlines.Groundtransportationsystemforrefrigeratordesign,thiscomprehensivecomparisonofthevariousprogramsthatusethissystem,thedesignofmanyadvantages.Accordingtothisdesignoftherefrigeratorconveyorlineautomaticcontrolsystem,thissystemhasstrongfunction,lowcost,easymaintenance,andhighreliability.Whichhasgreatpracticalsignificance.

Keywords：

Thegroundconveyorsystem,programmablelogiccontroller,frequencyconverter,Photoelectricswitch

系统应用软件采用加密技术，国内生产的直流电机存在质量问题，原来一直需要引进微机系统、直流电机及调速系统，成本较高、且不利于维护，故本系统采用可编程序控制器（简称PLC）作为系统的核心部件。

PLC是一个智能控制器，它有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警和控制等功能。

用变频调速取代直流调速。

现代控制系统还有DCS控制系统与现场总线控制技术。

DCS是分散控制系统（DistributedControlSystem）的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。

它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。

DCS具有以下特点：

（1）高可靠性。

由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。

此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。

（2）开放性。

DCS采用开放式，标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。

现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于各种计算机控制领域的工业总线。

现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备，如plc、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。

其它系统也可以包括变频器、智能仪表、人机界面等。

系统中的主控器（host）可以是plc或pc，通过总线接口对整个系统进行管理和控制。

其总线接口，有时可以称为扫描器。

可以是分别的卡件，也可以集成于plc中。

现场总线与传统的plc点对点的控制方法相比，现场总线控制系统具有无可比拟的优势。

其特点包括：

具有较高的性能价格比。

由于导线、连接附件的大幅度的减少。

原来繁琐的原理图、布线图设计变得简单易行；标准接插件快速、简便的安装，使人力、物力大量的减少；强大的故障诊断能力，使系统的调试和维护工作量大幅减少。

系统性能大幅度的提高，可靠的数据传输，快速的数据响应，强大的抗干扰能力。

系统具有强大的自动诊断、故障显示功能。

采用数字信号通讯，有效提高系统的测量和控制精度。

防护等级较高，具有防水、防尘、抗振动的特性。

本质安全型总线。

更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所，减少系统发生危险的可能性。

拓扑结构。

考虑到本系统设计的规模不是很大及程序编制的难易程度较低，所以选择了PLC这种控制系统。

1.3本课题的任务

本课题设计一个基于OMRONPLC的冰箱老化测试生产线的控制系统程序设计，主要控制箱体在多条生产线中的进出功能，确保安全、畅通地按照既定工艺进行箱体传送，以实现地面输送线的自动控制。

共有四条平行的老化产生板链线，每体线速度可调且能实现三种工况：

（1）只进不出；

（2）只输出不进；（3）同进同出。

垂直并紧挨首四条板链线的两旁各一段辊道，分别由一个电机驱动，且速度可调。

一侧是进箱辊道，另一侧是出箱辊道。

辊道与板链接口处是移载机，可由气缸推动上下移动且电气驱动皮带传动接送箱体。

当有箱体在辊道上运行时，移载机（分布在辊道下）不顶起；当有冰箱向板链上进或从板链上出时，移载机顶起，然后皮带运行，准备接箱动作，完成后，移载机落下。

同一时间只能有一条板链线实现第三种工况，同一时间可有两条板链线分别实现第一种和第二种工况。

本设计综合PLC，变频器及一些光电开关的应用，需画出系统组成框图，并建立了PLC控制程序流程。

这是一个综合性较强的设计课题，需要综合运用大学所学基础课程。

1.4本课题的设计方案

在设计刚开始的前三周主要对plc的基本原理进行复习，熟练掌握plc的工作原理和工作方法，熟练掌握plc的编程方法，以及变频器的工作原理和在工业生产中的应用。

在接下来的三周开始对冰箱地面输送线的硬件电路进行设计，查阅资料力求用最简单经济的设计方法，达到硬件电路设计的目的。

接下来开始plc的编程并开始相关的软件设计，查阅编程手册，确定设计方案，争取用最通俗易懂简单明了的程序达到控制要求。

第二章地面输送线的总体设计方案

2.1地面控制线的功能需求分析

输送线输带，是用于皮带输送带中起承载和运送物料作用的橡胶与纤维、金属复合制品，或者是塑料和织物复合的制品。

皮带输送机在农业、工矿企业和交通运输业中广泛用于输送各种固体块状和粉料状物料或成件物品，输送带能连续化、高效率、大倾角运输，输送带操作安全，输送带使用简便，维修容易，运费低廉，并能缩短运输距离，降低工程造价，节省人力物力。

输送带广泛应用于水泥、焦化、冶金、化工、钢铁等行业中输送距离较短、输送量较小的场合

本课题设计一个基于OMRONPLC的冰箱老化测试生产线的控制系统程序设计，主要控制箱体在多条生产线中的进出功能，确保安全、畅通地按照既定工艺进行箱体传送，以实现地面输送线的自动控制。

共有六条平行的老化产生板链线，每体线速度可调且能实现三种工况：

只进不出；只输出不进；同进同出。

垂直并紧挨首四条板链线的两旁各一段辊道，分别由一个电机驱动，且速度可调。

一侧是进箱辊道，另一侧是出箱辊道。

辊道与板链接口处是移载机，可由气缸推动上下移动且电气驱动皮带传动接送箱体。

当有箱体在辊道上运行时，移载机（分布在辊道下）不顶起；当有冰箱向板链上进或从板链上出时，移载机顶起，然后皮带运行，准备接箱动作，完成后，移载机落下。

同一时间只能有一条板链线实现第三种工况，同一时间可有两条板链线分别实现第一种和第二种工况。

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2.2系统设计的基本步骤

PLC控制系统设计的一般步骤

设计PLC应用系统时，首先是进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。

然后是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式，控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。

最后根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。

PLC控制系统设计可以按以下步骤进行。

1．熟悉被控对象，制定控制方案分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。

2．确定I／O设备根据系统的控制要求，确定用户所需的输入（如按钮、行程开关、选择开关等）和输出设备（如接触器、电磁阀、信号指示灯等）由此确定PLC的I／O点数。

选择PLC选择时主要包括PLC机型、容量、I／O模块、电源的选择。

3．分配PLC的I／O地址根据生产设备现场需要，确定控制按钮，选择开关、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格、数量；根据所选的PLC的型号列出输入／输出设备与PLC输入输出端子的对照表，以便绘制PLC外部I／O接线图和编制程序。

4．设计软件及硬件进行PLC程序设计，进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。

由于程序与硬件设计可同时进行，因此，PLC控制系统的设计周期可大大缩短，而对于继电器系统必须先设计出全部的电气控制线路后才能进行施工设计。

5．联机调试联机调试是指将模拟调试通过的程序进行在线统调。

开始时，先不带上输出设备（接触器线圈、信号指示灯等负载）进行调试。

利用编程器的监控功能，采分段调试的方法进行。

各部分都调试正常后，再带上实际负载运行。

如不符合要求，则对硬件和程序作调整。

通常只需修改部分程序即可，全部调试完毕后，交付试运行。

经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改则应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。

6．整理技术文件包括设计说明书、电气安装图、电气元件明细表及使用说明书等。

2.3系统的基本要求

冰箱产品完成之后，有一道进行电气性能老化实验的程序。

本课题设计一个PLC控制的冰箱老化测试生产线，主要控制箱体在多条生产线中的进出功能，确保安全、畅通地按照既定工艺进行箱体传送。

通过此控制系统的设计，掌握PLC在工业控制中的具体应用，以及掌握电气保护方面的设计，了解工业控制现场中的相关控制器件及性能和使用。

共有六条平行的老化生产链板条，每条线速度可调且能实现三种工况：

1只进不出；②只输出不进；③同进同出。

垂直并紧挨首六条板链线的两旁各一段辊道，分别由一个电机驱动，且速度可调。

一侧是进箱辊道，另一侧是出箱辊道。

辊道与板链接口处是移载机，可由气缸推动上下移动且电气驱动皮带传动接送箱体。

当有箱体在辊道上运行时，移载机（分布在辊道下）不顶起；当有冰箱向板链上进或从板链上出时，移载机顶起，然后皮带运行，准备接箱动作，完成后，移载机落下。

同一时间只能有一条板链线实现第三种工况，同一时间可有两条板链线分别实现第一种和第二种工况。

第三章硬件电路的设计

3.1plc的概述及选型

　可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC

通过设计题目的要求，我们了解了系统的的工作原理及相关部件的动作步骤，这样使得我们掌握了系统的动作要领。

此系统的开关量及光控开关等都是输入量，辊道拖动电机，移栽机小电机及电磁阀等位输出量。

通过对输入输出量的分析统计，得到输入量有两个开关，九个选择开关，十二个光控开关，总计三十三个输入量；输出量有大电机两个，中型电机四个，移栽机上小电机八个，总计十四个输出量。

所以做这个控制系统需要一台小型的PLC.

日系的PLC比较便宜，操作编程简单，一般用小系统。

OMRON编程器能简单，指令较少，不适合应用在大型系统的控制中，但能满足小系统的控制要求；三菱控制器功能较前者多，指令也较为丰富，能满足一般系统的应用要求；SIEMENS控制器功能最多，功能强大，体现再逻辑处理、通讯等，有自己的通讯方式，产品贵，指令也非常丰富，但学起来也相对难一此。

地面输送线控制系统由于I/O口只有几十个，且本人对OMRON公司的产品熟悉，功能了解全面，所以选择OMRON公司的C200H型PLC完全能够满足要求。

C200HPLC是一种小型模块化PLC，该型号PLC适应能力强、应用灵活，具有最高的I/O密度/体积比，虽然它属于小型PLC,但提供了较快的指令处理速度，其特点是：

I/O点数方面，如果使用8点I/O单元时，I/O点数可达240点，使用16点单元时I/O点数可达480点。

3.2.变频器的原理及选型

变频器（frequencychanger/frequencyconverter）是一种用来改变交流电频率的电气设备。

此外，它还具有改变交流电电压的辅助功能。

过去，变频器一般被包含在电动发电机、旋转转换器等电气设备中。

随着半导体电子设备的出现，人们已经可以生产完全独立的变频器。

变频器通常包含2个组成部分整流器（rectifier）逆变器（Inverter）。

其中，整流器将输入的交流电转换为直流电，逆变器将直流电再转换成所需频率的交流电。

除了这2个部分之外，变频器还有可能包含变压器和电池。

其中，变压器用来改变电压并可以隔离输入/输出的电路，电池用来补偿变频器内部线路上的能量损失。

不同的变频器能够处理的电源功率是不一样的，从几瓦到几兆瓦都有。

变频器的应用变频器除了可以用来改变交流电源的频率之外，还可以用来改变交流电动机的转速和扭矩。

在该应用环境下，最典型的变频器结构是三相二级电压源变频器。

该变频器通过半导体开关和脉冲宽度调制（PWM）来控制各相电压。

另外，变频器还可以在航空航天业中。

例如：

飞机上的电力设备通常需要400Hz的交流电，而地面上使用的交流电一般为50Hz或60Hz。

因此，当飞机停在地面上时，需要使用变频器将地面上的50Hz或60Hz的交流电变为400Hz的交流电供飞机使用。

变频器的故障原因及预防措施变频器由主回路、电源回路、IPM驱动及保护回路、冷却风扇等几部分组成。

其结构多为单元化或模块化形式。

由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。

为防患于未然，事先对故障原因进行认真分析尤为重要。

变频器的选择要根据系统的电机容量来选择。

由于系统机械部分的要求，此设计辊道输送带选用2.2KW的电机作为驱动。

板链相对于辊道来讲承载的产品量较少，采用1.5KW的电机足以。

移栽机部分只是用来对单个冰箱的移栽，所需功率更小，所以采用0.75KW的电机。

因为380V、160KW以下单台电机与变频器对应关系为0.75KW对应2KW,1.5和2.2KW对应4KW的输出。

变频调速时只要改变了三相交流电的频率就改变了同步转速，即调节了异步电动机转子的速度。

变频调速的最大特点是：

当电动机从高速到低速变化时，其转差率始终保持在最小的数值，因此此时异步电动机的功率因数都很高。

本设计调速系统采用德国制造西门子MMV变频器，性能优越，采用矢量控制技术适合提升机工作环境，只需在控制单元给出对变频器的控制命令（正转、反转、多段速等）即可使提升机按照设定的速度曲线运行，满足提升阶段稳定运行的要求。

变频调速装置本身具有过压、欠压、过流、过负荷、缺相、超温等保护，同时配合来自现场的各种信号传感器的监视及相应处理，可实现输送带过速、减速、限速等重要保护的双线制保护功能，满足生产线输送带安全规程要求。

3.3光电传感器的原理及选型

光电传感器」是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。

光电传感器主要由发光的投光部和接受光线的受光部构成。

如果投射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达受光部的量将会发生变化。

受光部将检测出这种变化，并转换为电气信号，进行输出。

大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色）和红外光。

光电传感器如下图所示主要分为3类。

（详细内容请参见「图3.1」）

对射型

回归反射型

扩散反射型

光电传感器的选择

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：

发送器、接收器和检测电路。

发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。

接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。

在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。

在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。

由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。

它的检测距离可达几米乃至几十米。

使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。

图3.2光电传感器的原理图

漫反射型光电开关:

是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化，作用距离的典型值一直到3米。

特征：

有效作用距离是由目标的反射能力决定，由目标表面性质和和颜色决定；较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常是可以达到粗定位；采用背景抑制功能调节测量距离；对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。

我们使用欧姆龙的光电传感器（光电开关）,E3JK-5M3,直流正负12~240V,交流24~240V均可用,交直流通用的,有一对常开和常闭触点.消费电力:

小于3W检出距离:

5M.指向角:

3~20,继电器输出:

最大:

250V3A,最小5VDC10MA.响应时间小于或等于:

30MS.工作温度:

-25~55湿度:

35~95周围照明:

小于或等于3000lx.保护构造:

IEC60529IP64.

图3.3反射式光电开关

冰箱地面输送线是把成型的冰箱通过辊道或板链线匀速地输送到每条通电板链线上进行24h通电老化测试，老化过的合格冰箱送到包装板链上进行打包。

整条设备采用人工选线，自动进出的流程，无物流阻塞和干涉现象发生。

能实现进出箱自动计数，进满线停止并报警，具有计数显示、拔盘预置、端头保护、无推挤箱等电气保护措施。

几条老化线的进出可实现三种人工选线操作，在同一时间，不能有两条线同时选进或选出，可以一条进另一条出（即一条选单进，另一条选单出），或一条线边进边出（即同进同出）。

输入、输出主要对象为拔盘开关、行程开关、光电传感器、主令开关，电磁阀、交流异步电机（接触器）、蜂鸣器、数码显示、指示灯。

自动控制的方式很多，因为冰箱生产线是流水线作业，所以本设计只是一个顺序控制，并无其他的复杂控制要求，所以选用PLC控制系统就足以满足设计要求。

在生产过程中，按照不同的生产要求，我们设计了三种传输方式，即工艺流程要求所示。

由于工业生产是按照订单来安排生产的，所以当订单少时选择正常速度运行传输线，而在订单较多时，选择快速传输方式。

根据以上要求，就需要应用变频器在生产线电机的控制中。

本设计中变频器不需要PLC的控制，只要在变频器中设置好两种速度即可。

为了保证流水作业，我们在靠近移栽机上游不远处加装对射型光电开关，用于保证冰箱在移栽机将其移动时冰箱不至于碰撞，此刻主流水线的电机停止工作。

在移栽机的下边沿处，加装反射式光电开关，其作用是准确定位冰箱是否处于移栽机正上方。

当处于正上方时，电磁阀通电，移栽机工作，将冰箱移动到横向传输线线上。

在横向传输线上的起始位置处有一对射式观点开关，用其检测冰箱是否完全移动到横向传输线上。

横向传输线末端也有一光电开关，起作用根据进出方式的不同而不同。

当其为同进同出方式时，这个光电开关用来给移栽机一个信号，告诉其要接机了，并使下行主传输线电机停止工作，这也是防撞设计的考虑。

在移栽机的右侧有一对射式光电开关，作用也是检测冰箱是否完全处于移栽机正上方。

当处于正上方时，此光电开关给出信号，主线电机工作，电磁阀失电返回原位。

主线下游处装有一光电开关，也是为了使冰箱之间保持一定的距离。

其他线也如此设计。

PLC的模拟量调试主要涉及系统DIP开关状态设置、输入和输出模拟量形式以及范围选择、模拟量采集结果的处理等环节，调试时可先调开环系统，然后根据测速装置反馈电压和转速的关系，通过软件判断调节模拟量单元的输出信号大小，实现闭环调速系统。

第四章控制系统的设计

4.1系统的基本设计思路

冰箱地面输送线是把成型的冰箱通过辊道或板链线匀速地输送到每条通电板链线上进行24h通电老化测试，老化过的合格冰箱送到包装板链