1、大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计（论 文）基于 PLC 控制的物料供给系统设计学 院（系）： 机电信息工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化学 生 姓 名： 杜佐飞 学 号： 06022705 指 导 教 师： 刘长宏 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2010 年 6 月 12 日 大连民族学院摘要在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，若采用可编程序控制器（PLC）来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一。可编程控制器在机电一体化产品中应用范围极广
2、，其主要特点是:工作可靠、可与工业现场信号直接输人输出连接、组合灵活、编程容易、安装简单、维修方便、运行迅速，为继电器逻辑控制所望尘莫及。本文是基于 PLC 控制的物料供给系统，就当前 PLC 控制系统的发展概况及应用前景进行了合理分析，进一步就 PLC 控制物料供给系统在现代化企业中的意义进行了说明和阐释。且就 PLC 控制的物料供给系统的工作原理和意义进行了简单说明，并对部分组成部分作了介绍分析和设计在本设计中，货物供给通过 PLC 的控制可以实现现代企业生产的自动化，极大的提高生产效率，且在一些大型厂矿设备及重污染的场合可以减轻操作工人的劳动强度，避免一些不必要的事故发生。在一些必要场合
3、通过 PLC 控制的物料系统可以实现生产过程中生产设备的简单性，进而实现减少生产场地面积，节省不必要的经济开支，实现过程的连续性即可持续生产过程。21 世纪，PLC 会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC 作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业物料控制领域发挥越来越大的作用。关键词：可编程控制器、控制系统、步进电机Abstract目录摘 要 .2Abstract.3一、 绪论 .61.1 PLC 控制系统的定义 .61.2 PLC 控制系统发展概况及应用前景 .61 .3 PLC 对物料供给
4、系统的控制1.4 本课题的提出与意义二、TVT-4000E 齿轮供给系统各单元结构及其工作原理 .82.1 TVT4000E 齿轮供给系统单元结构图 .82.2 TVT-4000E 齿轮供给系统单元工作原理 .9三、 系统硬件设计 .113.1 总体设计 .113.2 可编程控制器的选型 .113.2.1 S7-200 CPU 的选择.123.3 步进电机的选择 .153.3.1 步进电动机的特点.153.3.2 步进电机驱动系统的基本组成.163.3.3 步进电动机的选择.163.3.4 步进电机驱动器的原理与选择.163.4 电磁阀的选择 .193.4.1 电磁阀的工作原理3.4.2 电磁
5、阀的选择原则3.5 气缸的选择3.5.1 气缸的工作原理3.5.2 气缸的选择原则3.5.3 气缸的选择参数3.6 电气原理图 .213.7 控制柜布局图3.8 气动原理图3.9 接线板接线图3.10 元器件清单.21四、 系统的软件设计 .234.1 系统的总体程序设计 .234.1.1 I/0 地址分配表.234.1.2 系统的程序流程图及程序编制.234.3 步进电机的控制及程序编制 .244.3.1 指令说明.244.3.2 PTO/PWM 控制寄存器.274.3.3 主要程序的编写.30结论与展望 .41参 考 文 献.42附 录.43致 谢一、绪论1.1 PLC 控制系统的定义可编
6、程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/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外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它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/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.2 PLC 控制系统
7、发展概况及应用前景1.早期的 PLC（60 年代末70 年代中期）早期的 PLC 一般称为可编程逻辑控制器。这时的 PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在 I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的 PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能
8、重复使用等。其中 PLC 特有的编程语言梯形图一直沿用至今。2、中期的 PLC（70 年代中期80 年代中，后期）在 70 年代，微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为 PLC的中央处理单元(CPU)。这样，使 PLC 得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 得应用范
9、围得以扩大。3、近期的 PLC（80 年代中、后期至今）进入 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得 PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。21 世纪，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完
10、美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统 DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.3 PLC 对物料供给系统的控制通过 PLC
11、 对物料供给系统进行控制，使得在现代化的生产过程中物料供给的自动化程度可以满足各种产品的生产需求，大大提高了现代化生产过程中所需要的高效率、搞性能的自动化程度。在现代工业控制中，PLC 控制的物料供给系统犹如不知疲惫的搬运工，它可以连续不断地把需要进一步加工的货物（如齿轮）送进装配车间，直至完成生产任务。而且该系统的投入使企业彻底抛弃了手工操作，货物传送方式进入科学数据化生产，个人也从粉尘、噪音等恶劣的劳动环境中解脱出来。不仅如此，稳定的高速度的物料供给更带来了产品质量的提高。该系统投入后，产品密度、精度等主要技术指标均有较大提高，所以 PLC 控制的物料供给系统在生产制造和加工领域里，尤其是
12、在大规模、高效率、连续生产的现代化企业被广泛引用，是一项值得推广的技术。该系统的投入使用，对于网络信息时代企事业计算机集成制造过程和物流自动化系统的开发设计具有重要的参考价值。1.4 本课题的提出与意义在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，若采用可编程序控制器（PLC）来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一，可编程控制器在机电一体化产品中应用范围极广，其主要特点是:工作可靠、可与工业现场信号直接输人输出连接、组合灵活、编程容易、安装简单、维修方便、运行迅速，为继电器逻
13、辑控制所望尘莫及。本设计是基于 PLC 控制的物料供给系统。货物供给通过 PLC 的控制可以实现生产的自动化极大的提高生产效率，且在一些大型厂矿设备及重污染的场合可以减轻操作工人的劳动强度，避免一些不必要的事故发生。且在一些必要场合通过 PLC 控制的物料系统可以实现生产过程中生产设备的简单性，进而实现减少生产场地面积，节省不必要的经济开支，实现过程的连续性即可持续生产过程。21 世纪，PLC 会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC 作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大
14、的作用二TVT-4000E 齿轮供给系统各单元结构及其工作原理2.1 TVT4000E 齿轮供给系统单元结构图 (5-1)(5-2)34图 5-1 齿轮供给系统单元结构图 （5-1）回收库 （5-2）供给库 （5-3）货物传送机构 （5-4）升降载货台机构2.2、4000E 齿轮供给系统单元工作原理齿轮供给系统供给库（5-2）中有 4 层装满齿轮的载货台，当货物传送机构中的升降载货台（5-4）通过步进电机驱动到达供给库的库位时，供给库（5-2）中的气缸动作使第一层装满齿轮的载货台被放入升降载货台（5-4 ）同时升降载货台（5-4）下降，通过步进电机驱动使第一层齿轮被送入视觉装配系统单元，当齿轮
15、被装完后第一层空载货台通过步进电机驱动到达回收库（5-1）的库位，同时升降载货台（5-4 ）动作使第一层空载货台被放入回收库（5-1）中，重复以上的动作依次循环完成齿轮的供给。自动流程图：供给库升降载货台机构货物传送机构回收库三PLC 控制物料供给系统硬件设计3.1 总体设计在此单元中当电磁铁通电，使电磁铁吸合板被吸合，同时直线气缸的活塞杆运动使多层货物储料台中的第一排齿轮被推出，此时电磁铁断电，电磁铁吸合板与电磁铁分离，同时直线气缸的活塞杆带动电磁铁回到初始位置，完成一个工作循环，依次循环使多层货物储料台中的第二排齿轮被推出，直至多层货物储料台中第一层货物被全部推出后，气缸带动电磁铁做反向运
16、动，使电磁铁吸合板回到初始位置，此时多层货物储料升降机构再由电机带动丝杠使多层货物储料台被提升到第二层位置，重复第一层的动作，使齿轮从多层货物储料台中被推出。齿轮被推出后通过双通道滑梯使齿轮被送入货料输送机构中的滑动载货台上，通过载货台的运动使齿轮被送入五维装配系统单元。3.2 可编程控制器的选型为了提高仓库的仓储能力，降低工人的劳动强度，提高仓库的自动化程度，而 PLC 编程控制器恰恰具有可靠性高、.编程方便、易于使用、逻辑功能强、体积小的特点，并且其有网络通讯功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。因此在我的仓储电控系统中，我选择了使用 PLC 可编程控制器，作为核心
17、控制件。3.2.1 S7-200 CPU 的选择西门子提供多种类型的 CPU 以适应各种应用要求。不同类型的 CPU 具有不同的数字量 I/O 点数、内存容量等规格参数。目前提供的 S7-200 CPU 有：CPU221 、CPU222、CPU224、CPU226 和 CPU 226XM。S7-200 CPU 规格如表 3.1 所示。按以上 S7-200CPU 规格所示，由于该系统需要的 PLC 输入端接口较多，因此选用的 PLC 可编程控制器应为 CPU 226 系列，该 CPU 为直流供电，直流数字量输出，数字量输出点是晶体管因此选择 DC/DC/DC 系列。综上所述，最终选用的 PLC 可编程控制器件为 CPU 226DC/DC/DC 系列。表 3.1 S7-200 CPU 规格表CPU 221 CPU 222 CPU224 CPU226 CPU226XM用户程序区数据存储区4K字节2K字节4K 字节2K 字节8K 字节5K 字节8K 字节5K 字节16K 字节10K 字节CPU 内置DI / DO点数 6/4 8/6 14/10 24/16 24/16AI / AO点数 无 16/16 32/32 32/32 32/32
