1、i摘要可编程控制器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，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的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。可编程控制器（PLC）是面向用户的专用控制计算机。它具有功能强、可靠性高、抗干扰性强、使用灵活方便、易于编程及适应工业环境下应用等一系列优点，在国内外广泛应用在钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力等各行各业。它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
2、,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 面向工业生产过程控制的鲜明特点，普遍受到机电传动控制领域的青睐和欢迎，特别是中小容量 PLC 成功地取代了传统的继电器接触器控制系统，使控制装置的可靠性大为提高，在改造传统工业控制设备和开发研制机电一体化高新技术产品中发挥了巨大作用，其应用的深度和广度已成为一个国家工业技术先进水平的重要标志之一。今后又将向着高进化，高速化，高效化，系统化，自动化，智能化，集体化方向发展，并注重工艺适用性和经济性。关键词：可编程序控制器，计算机技术ii目 录1、设计任务 1.1 课题内容 .1.2 控制要求 .2、总体
3、设计方案 2.1 饮料灌装流水线的基本结构 .2.2 选择电器元件 .2.3 流水线灌装的工作原理 .2.4 系统流程图 .3、电气控制电路设计3.1 电控系统与原理图设计 .4、PLC 设计 4.1 选择 PLC4.2 I/O 点的编号分配和 PLC 外部接线图 4.3 控制面板图 .4.4 梯形图 .4.5 指令表 .5、调试过程及结果 6、总结 参考书目： .iii一、设计任务1.1 课题内容饮料罐装生产流水线梯形图控制程序设计并画出电气接线图。1.2 控制要求（1） 系统通过开关设定为自动操作模式、手动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或罐装设备下的传感
4、器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机必须自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。（2） 当瓶子定位在罐装设备下时，停顿 1.1 秒，罐装设备开始工作，罐装过程为 5 秒钟，罐装过程应有报警显示，5.1 秒后停止并不再显示报警。（3） 用两个传感器和若干个加法器检测并记录空瓶数和满瓶数，一旦系统启动，必须记录空瓶数和满瓶数，设最多不超过 99999999 瓶。（4） 可以手动对计数值清零（复位） 。1.3 课题要求（1） 根据课题的控制要求完成设计（2） 对电机、传感器、到位开关选型并列出选型依据（3） 画出电气连线图，写出程序流程图及代码（4） 完成毕业设计说明书二
5、、总体设计方案2.1 饮料灌装流水线的基本结构整个灌装流水线的基本结构如图 1、图 2、图 3 所示。整个流水线由主传送带、次品传送带、灌装装置、次品推动装置、定位传感器、次品检测传感器iv等组成。电动机的启动和停止，灌装装置向上、向下移动和灌装，次品的检测、推动都是由 PLC 控制的。流水线由传感器实时监控，由 PLC 控制，控制准确，自动化程度高。图 1 灌装流水线基本结构图图 2 灌装流水线基本结构图v图 3 灌装流水线的基本结构图2.2 选择电器元件（1）电动机的选择电动机 M1 型号为 Y132M-4，额定电压为交流 380V，额定电流为 15A，频率为 50HZ，功率为 7.5KW
6、，转速为 1440r/min。电动机 M2 型号为 Y90S-4，额定电压为交流 380V，额定电流为 2.8A，频率为 50HZ，功率为 1.1KW，转速为 1440r/min。电动机 M3 选与电动机 M2 一样的型号即可。（2）断路器的作用：断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。而高压断路器要开断 1500V，电流为1500-2000A 的电弧，这些电弧可拉长至 2m 仍然继续燃烧不熄灭。故灭弧是高压断路器必须解决的问题。 吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢
7、复介质的绝缘强度。断路器选用原则；1）空开额定工作电压大于等于线路额定电压2）空开额定电流大于等于线路负载电流vi3）空开电磁脱扣器整定电流大于等于负载最大峰值电流（负载短路时电流值达到脱扣器整定值时，空开瞬时跳闸。一般 D 型代号的空开出厂时，电磁脱扣器整定电流值为额定电流的 8-12 倍。）也就是说短路跳闸而电机启动电流是可以避开的。 根据三个电动机的额定电流，选择断路器 QF1、QF2、QF3 的型号如表 所示。并根据 PLC 和变压器选择 QF4 和 QF5 的型号。（3）热继电器 FR1、FR2、FR3主电动机 M1 的额定电流 15A，FR1 可以选用 JR16，热元件电流为 20
8、A，电流整定范围为 1422A 工作时将额定电流调整为 15A。同理，FR2 可选用 JR10-10 型热继电器，热元件电流为 2A，电流整定范围为 0.452A 工作时将额定电压调整为 1.1A。FR3 的型号和 FR2 相同。（4）微波液位仪微波液位仪原理图如图 4 所示：相距为 S 的发射天线和接收天线，相互构成一定角度。波长为 的微波从被测液面反射后进入接受天线。接收天线接收到的微波功率将随着被测液面的高低不同而异。接受天线接收到的功率 为0P0PdSGt420式中， 为发射天线的发射功率； 为发射天线的增益； 为接收天线t t 0G的增益；d 为两天线与被测表面间的垂直距离。当发射功
9、率、波长、增益均恒定时，上式可改写为21202044dKSGPt vii图 4 微波液位仪原理图式中， 为取决于发射功率、天线增益与波长的常数； 为取决于天线1K 2K安装方法和安装距离的常数。由上式可知，只要测到接收功率 ，就可得到被0P测液面的高度。（5）红外发光二极管常用的红外发光二极管（如 SE303PH303），其外形和发光二极管 LED 相似，发出红外光（近红外线约 0.93 m ）。当红外线接收管受到红外线的照射时，其本身的电阻很小，呈低阻值，电路导通。当红外发射头与接收头中间没有物品挡住时红外接收到红外线照射，呈现低电阻，发出一个高电平信号。当有物体经过红外发射与接收的中间时，
10、由于红外线被挡住，红外接收管呈现大的阻值，电路断开，这时红外接收管发出一个低电平信号。当物体过完之后又回到原来的状态。viii电器元件及其型号如表 1 所示。表 1 电器元件明细表符 号 名 称 型 号 数 量M1 主传送带电动机 Y132M4 1M2 灌装装置电动机 Y90S4 1M3 次品传送带电动机 Y90S4 1QF1 断路器 NS100N 1QF2 断路器 NS80N 1QF3 断路器 NS80N QF4 断路器 NS20N 1QF5 断路器 NS10N 1FR1 热继电器 JR16 1FR2 热继电器 JR10-10 1FR3 热继电器 JR10-10 1SB1SB3 按钮 LA1
11、0-1K 3SB5SB7 按钮 LA10-1K 32.3 流水线灌装的工作原理灌装流水线的运作是通过电磁阀和电动机来控制的。通过电动机的运转，带动流水线的工作。而电磁阀的开通则直接控制饮料的的流通。通过输入 PLC软件程序，直接控制电机以及流水线的运作。x2.4 系统流程图开始自动/手动按下起动按钮 SB1 按下起动按钮 SB2传送带运行到达灌装处延时 1.1 秒灌装饮料灌装时间到传送带运行按下停止按钮 SB0结束检测到饮料罐松开 SB2、按下SB4灌装饮料饮料灌满松开 SB4结束自动 手动否是是Y否是Y是Y否否xi图 5 系统流程图流程图说明：系统分自动和手动两种模式，在手动模式下，由 SB
12、2 按钮控制启动主传送带电动机，到达灌装位置后，松开 SB2，再按下按钮 SB3，灌装装置开始动作；再自动模式下按下按钮 SB5 启动主传送带电动机，当定位传感器检测到饮料瓶后，主传送带停止，灌装装置开始动作，定时时间到达以后，灌装装置自动停止，住传送带再次运动。xii三、电气控制电路设计3.1 电控系统与原理图设计图 6 中断路器 QF1、QF2、QF3、QF4、QF5 将三相电源引入，同时QF1、QF2、QF3、QF4、QF5 为电路提供短路保护。电动机的过载保护分别由三个热继电器提供。图 6 电气控制原理图系统通过按钮设定为自动操作模式和手动操作模式。（1）自动操作模式一旦启动，则传送带
13、的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或罐装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；瓶子装满饮料后，传送带驱动电机自动启动，并保持到又检测到一个瓶子或停止开关动作。（2）手动操作模式手动模式下，由 SB2 按钮控制启动主传送带电动机，到达灌装位置后，松开 SB2，再按下按钮 SB3，灌装装置开始动作，通过定时器控制灌装时间，灌装时间到达后，整个流水线停止，直到再次按下启动按钮，流水线才运作。手动xiii模式可以用于自动模式启动前的系统调整。（3）报警当灌装装置开始灌装饮料时，报警装置得到 PLC 输出信号，此时，报警灯亮，开始报警，5 秒钟以后，灌装结束，同时报警结束。（4）计数过程计数过程需记录
14、满瓶数和次品瓶数，主要是以红外发光二极管和微波液位计作为传感器，记录所有瓶数的技术原理是当红外线接收管受到红外线的照射时，其本身的电阻很小，呈低阻值，电路导通，当红外发射头与接收头中间没有物品挡住时红外接收到红外线照射，呈现低电阻，发出一个高电平信号，计数装置计一次数。当有物体经过红外发射与接收的中间时，由于红外线被挡住，红外接收管呈现大的阻值，电路断开，这时红外接收管发出一个低电平信号。当物体过完之后又回到原来的状态。计数装置由 8 个十进制计数器组成，当计数到 99999999 时，再计数一次，计数器溢出。计数最多不超过 99999999。记录次品瓶数的技术原理是当检测到有次品时，微波接受
15、装置发出信号给PLC，PLC 的寄存器值加一，同时，所有瓶数减去次品瓶数便得出了可满瓶数，把满瓶数也放入另一个寄存器中。这就是记录满瓶数和次品瓶数的技术原理。电路设置了手动复位按钮，计数器正常计数时是低电平，按下复位按钮后，复位端变成高电平，使计数器复位，实现手动对计数器清零。xiv四、PLC 设计4.1 选择 PLC三菱公司是日本生产 PLC 的主要厂家之一。该公司的生产的 系列机型，NFX2属于高性能叠装式机型，是三菱公司上网典型产品， 系列 PLC 具有数十种N2编程元件。 系列 PLC 编程元件的编号分为两部分：第一部分是代表功能的NFX2字母。如输入继电器用“X”表示、输出见电器用“
16、Y”表示。第二部分为数字，数字为该类器件的序号。根据所需的用户输入输出设备及 I/O 点数，选择FX2N16MR001 型 PLC 就可以满足控制系统的要求。图 7 PLC 外部接线示意图4.2 I/O 点的编号分配和 PLC 外部接线图I/O 点的编号分配如表 2 所示。xv表 2 I/O 点的编号分配表输入 输出定位传感器 X000手动/自动切换 SB1 X001 手动传送带 SB2 X002手动灌装 SB3 X003次品检测传感器 X004自动启动 SB5 X005 停止 SB6 X006复位 SB7 X007传送带电动机 KM1 Y000灌装电动机 KM2 Y001报警灯 Y002下降
17、电磁阀 YV1 Y003上升电磁阀 YV2 Y004次品推动电磁阀 YV3 Y005灌装电磁阀 YV4 Y006次品传送带电动机 KM3 Y007PLC 的外部接线图如图 8 所示。图 8 PLC 的外部接线图xvi4.3 控制面板图根据设计要求及考虑到工人工作的要求，设计控制面板布置情况如图 9 所示。图 9 控制面板图4.4 梯形图xviixviiixix4.5 指令表根据梯形图所得指令表如下：0 LD M80021 OR X0072 SET M23 MOV K0 D1008 LD M29 MC N0 M212 LD X00513 OR M114 ANI X00615 ANI X00716
18、 OUT M1xx17 LD M118 ANI M3019 ANI M6020 OUT M1021 LD X00022 OR M3023 ANI T424 OUT M3025 OUT T0 SP K1028 OUT M5029 LD T030 MPS31 ANI TI32 OUT M1133 MRDANI T135 OUT M12 36 MPP37 OUT T1 SP K5040 LD T1 41 OUT T4SP K1044 OUT M4045 MCR N047 LD M348 MC N1 M351 LD X002xxi52 ANI M3153 ANI M6054 OUT M2055 LD
19、X00356 OR M3157 ANI T558 OUT M3159 OUT T2SP K1062 OUT M5163 LD T264 MPS65 ANI T366 OUT M2267 MRD68 ANI T369 OUT M2170 MPP71 OUT T3SP K5074 LD T375 OUT T5SP K1078 OUT M4179 MCR N181 LD X00182 SET M383 RST M284 LD M30xxii85 OR M3186 OUT C200 K9999999991 ADDP D101 K1 D10198 LD X00499 ADDP D100 K1106 SU
20、BP C200 D100113 SET M60114 LD M60115 OUT T6SP K10118 LD T6119 RST M60120 LD M20121 OR M10122 OUT Y000123 LD M30124 OR M31125 OUT Y001126 LD M12127 OR M22128 OUT Y002129 LD M11130 OR M21131 OUT Y006132 LD M40133 OR M41134 OUT Y004135 LD M50136 OR M51xxiii137 OUT YOO3138 LD M60139 OUT Y005140 OUT Y007
21、141 LD X007142 OR C200143 RST M3144 RST C200146 ENDxxv xxiv五、调试过程及结果在电脑上安装 GXDeveloper 软件，程序编好后，将程序输入 GXDeveloper 软件中，在电脑上进行初步仿真调试。5.1 先将 PLC 程序传入程序控制器中。5.2 对各个输入 I/O 口给信号处理，看各个输出口是否有相应的输出，如果没有按照设计要求输出，对程序进行更改，直到各输出口有相应的输出。5.3 如果有条件的话，用编程软件将程序输入 PLC 中，在确认 PLC 的电源、外部接线和程序输入无误的情况下，接通电源，按照流程图的顺序对系统进行调试
22、，最后使整个系统能准确、可靠的工作。xxv iiiiii六、总结经历一周的方案设计、比较、论证、探讨等步骤，经过不懈的努力和反复的验证，再加上指导老师的细心点拨和教诲，终于成功地完成了本次课程设计。但是，由于学识浅薄和资历肤浅，对待解决问题还不成熟，望老师不吝纠正，深感谢意！和学别的学科一样，在学完 PLC 理论课程后我们做了课程设计，但此次设计是作为我们的毕业设计，每人有个毕业题目。我做的是一个由三个部分组成的浇灌系统。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我基本学会了 PLC 设计的步聚和基本方法。同时，也请教了在这方面高于
23、自己的同学，提高了与人合作的意识与能力。通过这次设计实践。我学会了 PLC 的基本编程方法，对 PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我的工程素质，在没有做实践设计以前，我对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我把自己想出来的程序与到 PLC 中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，们对 PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。这虽是个人的毕业任务，但是我还和去其他同学进行合作，意在取长补短。通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交
24、流，在设计的过程中，在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过能力。在设计的过程中我还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合。通过本次设计，让我很好的锻炼了理xxvi论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理
25、论去解决。在本次设计中，我还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET 成了我很好的助手。在查阅资料的过程中，我要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。xxvii参考书目：1 求是科技.PLC 应用开发技术与工程实践.北京：人民邮电出版社，2005 年2 秦曾煌. 电工学
26、.北京：高等教育出版社，2004 年3 漆汉宏. PLC 电气控制技术.北京：机械工业出版社，2006 年4 董爱华. 袖珍通用电工手册.北京：中国建筑工业出版社，2001 年5 汤以范.电气与可编程序控制器M. 机械工程出版社，2004.86 吴惕华.机械制造自动化M. 机械工业出版社，2006.57 殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护M. 北京：机械工业出版社，20038 朱光力, 周旭光. 气动钻床气压传动系统控制回路的设计J. 机械设计与制造，2003.59 李一丹.电气控制原理及其应用M. 哈尔滨工程大学出版社，200510 王兆义.可编程序控制器教程M. 机械工业出版社，200411 汤自春.PLC 原理及应用技术M. 高等教育出版社，2006.6
