基于PLC的生产流水线控制系统设计毕业设计论文报告.docx
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基于PLC的生产流水线控制系统设计毕业设计论文报告
毕业设计（论文）报告
题目基于PLC的生产流水线控制系统设计
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
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求，控制技术从手动控制到自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制系统，从有触点的硬接线控制系统到以计算机为中心的存储控制系统。
可编程序控制器（PLC）的出现给工业控制系统带来重大变革。
本文利用学习中讲述的PLC的设计知识和方法、配合变频器、步进电机等设备实现了生产线上工作台的正向运行、反向运行以及多段速运行。
这一控制系统的实现和应用，充分体现了PLC系统在工业现场的应用，亦使其应用的范围更加广泛。
本文首先阐述PLC及其工作原理，进而基于三菱FX2N系列PLC软件而设计的生产流水线控制系统的方案。
关键词:
三菱PLC，台达变频器，变革，生产流水线控制系统
Abstract
Alongwiththescienceandtechnologyunceasingdevelopment,productionprocesscontinuouslyputforwardnewrequirement,controltechnologyfrommanualtoautomaticcontrol,controlfromsimplecontrolequipmenttocomplicatedcontrolsystem,fromthecontact’shardwiredcontrolsystemstoacomputercenterforstoragecontrolsystem.ProgrammableLogicController（PLC）theemergenceofsignificantchangesinindustrialcontrolsystems.
Thispaperusingstudyingtellsprogrammablecontrollervariousdesignknowledgeandmethodscooperatefrequencyconverterandsteppingmotorequipmentrealizedlineworkofhestageofthepositiveoperation,reverseoperationandmoreparagraphsspeedoperation.ThiscontrolsystemrealizationandapplicationofPLCsystem,fullyembodiesintheindustrialfield,andtheapplicationaccordingtothedesignanddifferentneedschangedataandstatus,stillcanmakeitsapplicationscopemoreextensive.ThispaperfirstlyPLCanditsworkingprinciple,thenclearlybasedonFX2NPLCsoftwaretheproductionlinecontrolsystemdesignscheme.
Keywords:
PLC，frequencyconverter，reform，productionlinecontrolsystem
前言
在生厂过程、科学研究和其它产业领域中，电气控制技术的应用都是十分广泛的。
在机械设备三的控制中，电气控制亦比其它的控制方法使用的更为普遍。
随着科学技术日新月异的发展，特别是大规模集成电路的问世和微处理机技术的应用，出现了可编程序控制器（PLC），使电气控制技术进入了一个崭新的阶段。
可编程控制器简称PC（ProgrammableController）,它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期，为与个人计算机PC相区别，现在仍然沿用可编程序逻辑控制器这个老名字。
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。
可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。
PLC是以微处理技术、电子技术、网络通信技术和先进可靠的工业手段为基础，综合了计算机技术、网络通信和自动控制技术的一种新型的通用的自动控制装置。
它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于编程以及适于在工业环境下应用等一系列优点，在工业自动化、机电一体化、传统产业技术改造等方面的应用越来越广泛，已成为现在工业控制的支柱之一。
本文是基于三菱FX2N系列PLC与变频器而设计的生产流水线控制系统的方案。
由于编写时间仓促及编者学识水平有限，加之受教材篇幅限制，本文难免存在缺漏和不当之处，恳请老师提出批评和指教。
4小结
致谢
【参考文献】
1PLC及其基本工作原理
1.1PLC的产生和发展
1.1.1PLC的产生
早期工业生产中广泛使用的电气自动控制系统是继电器接触器控制系统，随着20世纪工业生产的迅速发展，市场竞争越来越激烈，工业产品更新换代的周期日趋缩短，新产品不断涌现，传统的继电器控制系统难以满足现代社会小批量、多品种、低成本、高质量生产方式的生产控制要求，因此，迫切需要一种新的更先进的自动控制装置来取代传统的继电器控制系统。
1969年美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。
当时人们把它称为可编程逻辑控制器，简称PLC，只是用它来取代继电器控制，仅具备逻辑控制、定时、计数等功能。
随着电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期出现了微型计算机，微机技术被应用到PLC中，使得PLC不仅具有逻辑控制的功能，而且还增加了运算、数据传送和处理等功能，成为具有计算机功能的工业控制装置。
1980年美国电气制造商协会（NEMA）正式将其命名为可编程控制器，现在人们普遍称可编程控制器为PLC而不是PC是为了避免与广泛使用的个人计算机的简称PC相混淆。
国际电工委员会（mc）于1982年11月和1985年1月颁布了可编程控制器标准第一稿和第二稿，对可编程控制器作了如下的定义：
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计．它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。
”
总之，可编程控制器是一台计算机，是专为工业环境应用而设计制造的计算机。
它具有丰富的输入腧出接口，并且具有较强的驱动能力。
可编程控制器产品并不是针对某一具体工业应用，其灵活、标准的配置能够适应工业上的各种控制。
在实际应用时，其硬件可根据需要选用配置，其软件则需要根据控制要求进行设计。
1.1.2PLC的发展
PLC作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。
它具方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。
据统计，当今世界PLC生产厂家约150家，生产300多个品种。
2000年销售额约为86亿美元，占工控机市场份额的50%，PLC将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。
PLC在60年代末引入我国时，只用作离散量的控制，其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等，最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。
新一代的PLC具有PID调节功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域，广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。
但PLC也面临着其它行业工控产品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面：
1.微型、小型PLC功能明显增强
很多有名的PLC厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的PLC。
三菱的FXOS14点（8个24VDC输入，6个继电器输出），其尺寸仅为58mm×89mm，仅大于信用卡几个毫米，而功能却有所增强，使PLC的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等，甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。
2.集成化发展趋势增强
由于控制内容的复杂化和高难度化，使PLC向集成化方向发展，PLC与PC集成、PLC与DCS集成、PLC与PID集成等，并强化了通讯能力和网络化，尤其是以PC为基的控制产品增长率最快。
PLC与PC集成，即将计算机、PLC及操作人员的人—机接口结合在一起，使PLC能利用计算机丰富的软件资源，而计算机能和PLC的模块交互存取数据。
以PC机为基的控制容易编程和维护用户的利益，开放的体系结构提供灵活性，最终降低成本和提高生产率。
3.向开放性转变
PLC曾存在严重的缺点，主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，绝大多数的PLC是专用总线、专用通信网络及协议，编程虽多为梯形图，但各公司的组态、寻址、语文结构不一致，使各种PLC互不兼容。
国际电工协会（IEC）在1992年颁布了IEC1131-3《可编程序控制器的编程软件标准》，为各PLC厂家编程的标准化铺平了道路。
现在开发以PC为基、在WINDOWS平台下，符合IEC1131-3国际标准的新一代开放体系结构的PLC正在规划中。
在全球PLC制造商中，根据美国AutomationResearchCorp（ARC）调查，世界PLC领导厂家的五霸分别为Siemens（西门子）公司、Allen-Bradley（A-B）公司、Schneider（施耐德）公司、Mitsubishi（三菱）公司、Omrom（欧姆龙）公司，他们的销售额约占全球总销售额的三分之二。
从西门子公司的SIMATICS7-400的性能可对PLC窥见一斑：
SIMATICS7-400是匣式封装模块，可卡在导轨上安装，由I/O总线和通信总线建立电气连接，模块可在工作或加电时替换或插、拔，可快速安装维护，修改方便，其主要性能为：
1）CPU存储器容量64K字节，可扩展到1.6M字节；
2）位和字处理速度80ns至200ns；
3）最高系统计算能力可以有4个CPU同时计算；
4）一个中央框（CR）可扩展直到21个扩展框；
5）每个CPU上多点接口（MPI）能力，如可同时连接文字显示或操作员以及编程器件；
6）CPU上的SINEC-L2-DP附加有分散I/O的集成性能；
7）提供与计算机和其它Siemens产品或系统的连接接口；
8）高可靠性,完善的自诊断和清除故障功能。
我国的PLC生产目前也有一定的发展，小型PLC已批量生产；中型PLC已有产品；大型PLC已开始研制。
国内PLC形成产品化的生产企业约30多家，国内产品市场占有率不超过10%，主要生产单位有：
苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。
国内产品在价格上占有明显的优势。
随着微处理器、网络通信、人—机界面技术的迅速发展，工业自动化技术日新月异，各种产品竞争激烈，新产品不断涌现。
PLC也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据，加之与DCS、PID调节器、工业PC等技术相结合，使之不再是一种简单的控制设备，而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。
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。
PLC市场也反映了全世界制造业的状况，2000后大幅度下滑。
但是，按照预测，尽管全球经济下滑，PLC市场将会复苏，估计全球PLC市场在2000年为76亿美元，到2005年底将回到76亿美元，并继续略微增长。
长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。
同时，PLC也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。
目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。
国内PLC市场仍以国外产品为主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的产品。
经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，可以说PLC在我国尚未形成制造产业化。
在PLC应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。
专家估计，2000年PLC的国内市场销量为15（20万套（其中进口占90%左右），约25（35亿元人民币，年增长率约为12%。
预计到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约35（45亿元人民币。
微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展的主要方向。
在基于PLC自动化的早期，PLC体积大而且价格昂贵。
但在最近几年，微型PLC（小于32I/O）已经出现，价格只有几百欧元。
随着软PLC（SoftPLC）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控制的市场份额将逐步得到增长。
当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展，PLC也不例外。
现在越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口。
可以相信，PLC将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。
1.2PLC的组成和基本工作原理
1.2.1PLC的组成
PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。
PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。
图1PLC的基本组成
（1）中央处理器
中央处理器（CPU）由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。
CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。
小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机，如8031、M68000等，这类芯片价格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机，如8086、96系列单片机等，这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型PLC则需采用高速位片式微处理器。
CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。
（2）存储器
PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。
1）系统程序存储器
PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。
系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。
系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。
ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。
EPEROM为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PROM、FLASH等。
2）用户程序存储器
用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。
通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。
3）数据存储器
PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据（如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等）和组态数据（如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等），这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器RAM。
RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容。
（3）接口
输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。
PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。
晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。
现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。
输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。
1）输入接口
输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。
以图2所示的直流输入接口电路为例，R1是限流与分压电阻，R2与C构成滤波电路，滤波后的输入信号经光耦合器T与内部电路耦合。
当输入端的按钮SB接通时，光耦合器T导通
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