涂装烘干PLC自动控制系统毕业设计甄选.docx

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涂装烘干PLC自动控制系统毕业设计甄选

涂装烘干PLC自动控制系统毕业设计（优选.）

上海交通大学

毕业设计论文

论文题目：

涂装烘干PLC自动控制系统的研究与设计

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指导教师：

xx年5月6日

摘要

随着工业现代化的进一步发展，人们需要方便、快捷地将不同的物件输送到不同的工位上去完成各种工艺作业，因此积放式悬挂输送机应运而生，它是现代化生产中广泛使用的物料输送设备。

目前，积放式悬挂机广泛适用于机械、汽车、冶金、家电、轻工、食品等行业。

本文以汽车涂装烘干生产线的自动控制的设计过程为例，论述了可编程控制器在积放式悬挂输送机中的应用，系统采用积放式悬挂输送机和PLC控制涂装烘干生产线的运行，应用微机参与生产管理，根据生产情况确定最佳的物流状态，按指定路线完成物料的输送、积存、转挂、分流及工艺工装，有效减轻工人的劳动强度，提高生产效率。

文中介绍了系统的硬件和软件组成，提出了机型选择的依据，论述了PLC及其应用，给出PLC实现程序控制详细步骤，最后给出软件梯形图程序。

关键词：

积存；满位；占位；合流/分流道岔

Abstract

Withthefurthermodernizationofindustrialdevelopment,weneedtofacilitate,quicklytodifferentobjectstransportedtodifferentplacesupforthecompletionofvariousoperations,Thereforeplothoistingup-conveyorcrops,itismodernproductionwidespreaduseofmaterialhandlingequipment.Currently,theplot-upflyingmachinewidelyusedinmachinery,automobile,metallurgical,electricalappliances,lightindustry,foodandotherindustries.Basedautomobiledryingcoatingproductionlinecontrolofthedesignprocessasanexample.Programmablecontrollerdiscussedintheplotflagcarrierto-machineapplications,systemusestheplotto-flagconveyorPLCcontrolanddryingcoatingproductionlineoperation,computerapplicationinproductionmanagement,Accordingtodeterminethebestproductionofthelogisticsstatedesignatedroutecompletedbythedeliveryofmaterial,accruedtransferlinkToolingandstreamingtechnology,effectivelyreducingthelaborintensityoftheworkersandimproveproductionefficiency.Thispaperintroducesasystemofhardwareandsoftwarecomponents,aselectionofthetypediscussedinthePLCanditsapplicationPLCgivesdetailedstepprocesscontrol,giventhesoftware'sLadder.

Keywords:

Cumulative;Fullybooked;Masses;Convergence/triageTurnout

绪论

近年来，随着国民经济的发展，在现代工业生产自动化过程中可编程控制器（PLC）从无到有，实现了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。

可编程序控制器是集微机技术、自动化技术、通讯技术为一体的通用工业控制装置。

它不仅可以取代传统的继电接触控制系统，还可以构成复杂的工业过程控制网络，在工业控制的各个领域里得到了极为广泛的应用，且经济效益明显，是实现工业自动化的一种强有力的工具。

今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。

可编程控制器在电力工业，电梯工业，立体车库，汽车工业，制冷工业，钢铁工业，冶炼工业，建筑工业等各个行业的杰出表现使它的重要性日益突出。

总之，是否采用PLC已经成为衡量自动控制水平的一个重要标志。

本文以汽车涂装烘干线为例介绍了可编程控制器在积放式悬挂输送机中的应用。

本输送线分为物料输送线（快速链）和物料烘干线（慢速链）两部分，其中快速链主要用于输送物料，链速较快（链速约12m/min）;慢速链属于可调速工艺链，根据物料的不同，所需的烘干时间也不同，因此链速并不是固定不变的，必须通过控制柜内的变频器来调整其速度，所以在整个系统起动前应先设定变频器的频率，来控制电动机的转速，从而控制链速（链速约0.5m一2.5m/min）。

本输送线运行全部采用PLC自动控制,通过输送线上各占位开关,满位开关,清除开关,以及给址器,读址器等向PLC输入端发出信号,经中央处理机（CPU）内部程序处理后,向PLC输出端发出相应信号,来控制输送线上每辆小车的停止或运行,从而达到自动控制输送线正常运行的目的。

本系统设计包括两部分内容，即硬件和软件，共七章。

第一章是绪论，从研究背景及行业介绍开始讲，最终落脚到本次系统的控制要求、方案确定与系统的工作原理。

第二、三章是有关硬件部分的介绍。

第四、五、六章是整个设计的重点，第四章控制系统的组成和工作原理，第五、六章分别是控制系统的硬件和软件部分。

尤其要说明的是整个设计较大，所以编程复杂，因此在第六章将程序分成几部分介绍，由于涉及点数太多，所以列出了I/O点，最后附录中有整个完整的梯形图程序。

第1章研究背景及行业介绍

1.1研究背景

随着自动化技术的飞速发展，大力地推动了PLC控制技术的快速前进。

由于PLC控制具有其他设备无法比拟的优点，使得它在控制领域得到了广泛的应用与创造了很多的科研成果。

可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，集微机技术，自动化技术，通信技术于一体的通用工业控制装置。

长期以来，PLC及其控制系统始终战斗在工业自动化控制行业的主战场，其提供的安全和完善的解决方案，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用。

本文以汽车涂装烘干生产线的自动控制的设计过程为例，论述了可编程控制器在积放式悬挂输送机中的应用，系统采用积放式悬挂输送机和PLC控制涂装烘干生产线的运行，应用微机参与生产管理，根据生产情况确定最佳的物流状态，按指定路线完成物料的输送、积存、转挂、分流及工艺工装，有效减轻工人的劳动强度，提高生产效率。

1.2行业介绍

涂装、烘干是汽车、摩托车、家电、空调及其它物品生产过程中的一项不可缺少的工艺，在现代工业中处于极为重要的地位，采用PLC控制涂装烘干生产线的运行，可根据生产情况确定最佳的物流状态，按指定路线完成物料的输送、积存、转挂、分流及工艺工装，有效减轻工人的劳动强度，提高生产效率，还可以构成工业过程控制网络。

本文以汽车涂装烘干线为例介绍PLC控制系统的构成及应用。

涂装烘干生产线控制系统非常复杂，它需要控制道岔、停止器、捕捉器、隔离开关、急停开关、接近开关、光电开关、传送机、张紧器、提升机等许多执行机构。

整个控制系统由中央控制室和远程控制站组成了一个工业局域网，远程控制柜PLC通过以太网将自己所控制区域内的生产情况传送至中央控制室的计算机系统。

其中涂装、烘干区由多条宽推杆积放式悬挂输送链系统组成，用来存储不同的汽车和同种汽车的不同颜色汽车。

积放式悬挂输送机是因应工厂自动化生产需要发展起来的一种宗合性空间输送系统，输送机轨道上下两层组成，牵引链沿上层轨道运行，载货小车沿下层轨道运行。

系统中承载小车通过线路自动装置及PLC控制系统停止或前进，实现货物的运输、分类、储存，它能高效地完成生产运输、组织、协调任务，是家电、轻工、食品、纺织、汽车、摩托车、邮电、像胶及建材等行业理想的输送设备。

涂装烘干生产线控制系统的特点同时也是控制的难点，主要体现在以下两方面：

一是，要切实保证设备运行的安全性，在生产过程中出现任何微小的故障都可能导致重大的安全事故和巨大的经济损失；二是，控制系统复杂的连锁关系，包括工艺链和快速链之间的衔接，需要设备的各个环节紧密配合，不能出现丝毫差错。

涂装烘干生产线控制系统自动化程度较高、数据采集量大、控制站多，因此，对系统可靠性的要求较高。

要求系统，运行效果较好，运行稳定、可靠，能灵活地实现复杂的连锁任务，具有较高的机电一体化水平。

同时，要求系统设计合理、安全可靠，能减轻工人的劳动强度，减少设备运行的故障率，这样才能提高生产效率。

本输送线运行全部采用PLC自动控制,通过输送线上各占位开关,满位开关,清除开关,以及给址器,读址器等向PLC输入端发出信号,经中央处理机（CPU）内部程序处理后,向PLC输出端发出相应信号,来控制输送线上每辆小车的停止或运行,从而达到自动控制输送线正常运行的目的。

1.2系统的控制要求、方案确定

1.2.1系统的控制要求

涂装烘干线可分为物料输送线（快速线）和物料烘干线（慢速线）两部分，其中快速线主要用于物料输送，线速较快，约12m/min；慢速线属于可调速工艺链，因为物料的不同，所需烘干时间也不同，因此线速不是固定不变的，系统通过变频器来实现其无级平滑变速，所以在整个系统起动前应先设定变频器的频率，来控制电动机的转速，从而控制其线速。

系统起动前先将运料小车从生产线的固定上车点处倒送入线内，严禁在输送机运行时将车送入线内。

系统起动后，小车按照给定的路线进入相应工位进行涂装，涂装后汽车由快速线进入慢速线，经烘干后从慢速线中驶出，至下料点卸料，最后返回上料点继续装料，如此周而复始。

生产线的运行路线如图1.1所示。

综上所述，为保证系统能正常运行，PLC控制系统必须具备以下功能：

（1）控制生产线的起动、停止、设定物料烘干线的线速，并可根据随时改变线速。

（2）在相应工位（如上料点、卸料点及关键工位等）设置紧急停止按钮。

当出现紧急情况时，操作工人可直接按急停按钮停止生产线的运行，以免发生重大事故。

（3）运料小车由于所载物料的不同，必须进入各自对应的工位，所以在上料点上料后,应根据需要对小车给定地址。

给址完毕后，小车根椐所给地址进入不同的工位，经过喷漆、烘干后，合格的工件经下料点时被卸下，空载小车返回上料点积存,以待重新上料。

不合格的工件返回相应工位，重新进行加工。

（4）物料的涂装通过机械手自动喷涂。

现场安装触摸屏，根据物料的不同随时更改喷涂时间。

图1.1系统运行组态

1.2.2系统的方案确定

在现代工业控制中一般采用的控制技术有可编程控制器技术控制、单片机控制和继电器控制，下面以上面所说的二种控制方式逐一介绍，并比较它们的性能、特点，最终确定最优的控制方案。

可编程控制器，简称PLC（ProgrammablelogicController）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

PLC具有如下特点：

（1）可靠性高，抗干扰能力强。

　　高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强。

    PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎。

    　PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。

　　PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

（5）体积小，重量轻，能耗低。

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

　　在工业生产过程中，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，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（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40%左右。

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。

　　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。

PLC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。

单片微型计算机，简称单片机，是微型计算机的一个分支。

它是在一块芯片上集成（嵌入）了CPU、RAM和ROM存储器、I／O接口等而构成的微型计算机。

因主要用于工业测控领域，故又称为微控制器或嵌入式控制器。

单片机的核心是中央处理器CPU。

用超大规模集成技术把CPU集成在一块芯片上，称为微处理器。

微处理器、微控制器和微型计算机三者的关系十分密切。

目前，单片机在工业测控领域中已占重要地位。

各电气厂商、机电行业和测控企业都把单片机作为本部门产品更新换代、产品智能化的重要工具。

单片机问世以来所走的路与微处理器是不同的。

微处理器向着高速运算、数据分析与处理能力、大规模容量存储等方向发展，以提高通用计算机的性能。

其接口界面也是为了满足外设和网络接口而设计的。

单片机则是从工业测控对象、环境、接口特点出发，向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面接口的方向发展。

因此，单片机有着自已的特点，主要是：

（1）品种多样，型号繁多。

品种型号逐年扩充以适应各种需要。

使系统开发者有很大的选择自由。

CPU从4、8、16、32到64位，有些还采用RISC技术；

（2）提高性能，扩大容量。

集成度已达200万个晶体管以上。

总线工作速度已达数十微秒。

工作频率达到30MHz甚至40MHz。

指令执行周期减到数十微秒。

存储器容量RAM发展到1K、2K，ROM发展到32K、64K；

（3）增加控制功能，向外部接口延伸。

把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。

现今的单片机已发展到在一块含有CPU的芯片上，除嵌入RAM、ROM存储器和I／O接口外，还有A／D、PWM、UART、Timer／Counter、DMA、Watchdog、SerialPort、Sensor、driver、还有显示驱动、键盘控制、函数发生器、比较器等，构成一个完整的功能强的计算机应用系统；

（4）低功耗。

供电电压从5V降到3V、2V甚至1V左右。

工作电流从mA级降到μA级。

在生产工艺上以CMOS代替NMOS，并向HCMOS过渡；

（5）应用软件配套。

提供了软件库，包括标准应用软件，示范设计方法。

使用户开发单片机应用系统时更快速、方便。

使有可能做到用一周时间开发一个新的应用产品；系统扩展与配置。

有供扩展外部电路用的三总线结构DB、AB、CB，以方便构成各种应用系统。

根据单片机网络系统、多机系统的特点专门开发出单片机串行总线。

此外，还特别配置有传感器，人机对话、网络多通道等接口，以便构成网络和多机系统。

单片机的应用广泛主要在如下几方面：

（1）在智能仪器仪表中的应用：

在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。

（2）在机电一体化中的应用：

机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。

（3）在实时过程控制中的应用：

用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。

（4）在人类生活中的应用：

目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路。

（5）在其它方面的应用：

单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。

PLC和单片机本质是一样的，都是基于微处理器技术，都可以实现对仪器设备的智能化控制，PLC内部就用了单片机。

但两者各有不足。

PLC的缺点：

（1）价格昂贵，体积大，

（2）功能扩展需要较多的模块，

（3）不适合大批量重复生产的产品。

单片机的缺点：

（1）编程方法复杂，不容易上手。

（2）抗干扰能力差。

但两者最不同的是适用的范围：

PLC适合于工作母机控制和工业过程控制。

而单片机应用范围广泛，可以用于小批量产品，特别是仪器仪表，家电以及小型控制系统。

根据以上介绍和比较，结合PLC的优点，最终确定汽车涂装烘干生产线的自动控制系统由PLC来控制。

根据厂家所提出的生产率，以及设计要求输送线共设置20个停止器（如图1.2所示），每两个停止器之间是一个积放段，停止器之间的距离由积放段所存的运料小车数所决定，在本次输送线中，存车数范围是1-20辆。

图1.2系统示意图

由前面给出的输送线运行图，我们首先根据要求和确定出的控制方案，先设计出继电接触系统的电气控制线路如附录。

第2章积放式悬挂输送机的简介

2.1积放式悬挂输送机的组成

积放式悬挂输送机是一种具有起重、运输、合理利用空间和实现科学管理等多功能的柔性贮运设备。

它通过线体组合，并配以电控技术，可以组成自动化程度较高的综合笥空间贮运系统。

积放式悬挂机广泛适用于机械、汽车、冶金、家电、轻工、食品等行业。

该系统通过PLC控制，完成物料的自动输送、停止、储存、分检、传递、升降、旋转、推进等功能，实现复杂的生产过程的自动化，能更有效地组织快节奏，高效率的现代化大规模生产。

其主要部件简介如下：

（1） 驱动装置：

驱动装置是输送机系统的动力源，由电动机、减速器、机架、驱动链条等组成。

它具有机械过载和电流过热继电器双重保护功能。

根据载荷大小可分为A、B、C三种形式。

速度范围：

0.5—18M/MIN。

（2）张紧装置：

用来吸收牵引链条从驱动装置绕出时所产生的松弛和链条长期运行磨损产生的伸长，保持链条具有一定的张紧力；

新型张紧装置为四轮浮动式结构，张紧气缸和浮动架之间由原来的刚性连接改为环链式柔性连接，从根本上避免了原有刚性连接可能出现的卡阻现象。

此外在张紧中还增加了安全阀和电接点压力表，保证了张紧的可靠性。

（3） 牵引链条：

牵引链条由链片、销轴、宽推杆及链支撑小车组成。

上述部件均为模锻件，强度高、抗冲击性强；链支撑小车为整体轴承轮，运行阻力小。

新型宽推杆比原来加宽了2-3倍，这就从根本上解决了积放小车的传递方式，由原来的两次传递化为一次传递。

不但缩短了传递时间，提高了道岔传递的可靠性，而且取消了原来的压轨长度，明显地提高了工艺线路的有效利用率。

（4） 积放小车：

积放小车升降爪较原来加宽了4-5倍，其端部采用叉式结构，并把原升降爪和止逸爪合二为一，因此积放小车不但可以承受推杆的推力，还可以有效地限制推杆在运行过程中的纵向游移、同时前小车车体和升降爪之间增加了一导向机构，保证了升降爪垂直升降的灵活性。

（5）轨道：

轨道由牵引轨和承载轨及括架组成，均由优质合金结构钢制作，具有强度高、耐磨等特点。

新型承载轨采用特制异型凸缘槽钢制造，不仅有效地提高了轨道的承载能力和刚度，而且轨道的凸缘和积放小车导轮之间由原来的点接触变为线接触，明显提高了轨道的耐磨型和小车的运行平稳性。

（6）道岔：

道岔设计改变了原来的抬压轨的传递方式，取消了送车断的压轨段，将原来的二次传递简化为一次传递，缩短了传递时间，提高了生产率。

由于传递是由宽推杆和宽升降爪的啮合完成的，道岔的传递中心与前小车的中心距无关，因此，避免了因工程项目的不同，前后小车中心距变化而每次都进行的重复设计。

2.2积放式悬挂输送机的工作原理

积放式悬挂输送机的行车轨道是由平行的牵引轨和承载双层复合组成，链条推杆和承载小车通过执行机构的动作，可以相互脱开和咬合运行。

全系统采用升降装置，道岔的分流和合流，转轨装置，停止器等，将各种节奏不同的运输线路、贮运仓库、工艺线路联合成一个统一的完全自动化的工程系统。

积放式输送机能够连续地在车间内部或车间之间运输各种物件，同时也可在流水线的各工序间传递工件，并进行各种工艺处理，将各种不同节奏的单独运输线路和工艺线路有机联合成一个完全自动化系统，完成运输和工艺作业的综