1、燕 山 大 学 课 程 设 计第 0 页 共 19 页燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目： 包装生产线的 PLC 控制 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 工业自动化仪表 学 号： 学生姓名： 指导教师： 韩立强 教师职称： 副教授 燕 山 大 学 课 程 设 计第 1 页 共 19 页燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教学单位：自动化仪表 学 号 学生姓名 专业（班级）设计题目 包装生产线的 PLC 控制设计技术参数设计内容及参数详见设计题目内容页。设计要求设计说明书包括：1、 设计题目内容2、 设计过程和有关说明3、 绘制电气原理图：包括主电路、控制电路、P
2、LC 硬件电路、I/O接口表4、 PLC 控制程序（梯形图和指令表）5、 调试结果6、 参考资料7、 心得体会工作量一周工作计划第一天：熟悉课本，回顾以往的 PLC 知识，了解题目。第二天：查阅相关资料，书写状态转移图。第三天：编写步进指令图，编译仿真，调试程序第四天：设计主控电路，用 visual 作图工具绘制图表第五天：坚持错误，矫正错误，书写 PLC 报告并准备答辩参考资料PLC 电气控制技术 ，漆汉宏 主编，机械工业出版社，2006 年FX 系列 PLC 编程及应用 ，寥常初 主编，机械工业出版社，2004 年其他资料指导教师签字 韩立强 基层教学单位主任签字 谢平说明：此表一式四份，
3、学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2013 年 7 月 6 日 燕 山 大 学 课 程 设 计第 2 页 共 19 页目录第一章 引言4第二章 摘要5第三章 设计内容63.1 设计题目63.2 设计任务及内容63.3 控制要求说明6第四章 整体设计方案74.1 总方案说明74.2 原理图设计84.3 PLC 控制电路设计9第五章 程序设计105.1 状态转移图105.2 步进梯形图125.3 软元件注释列表145.4 指令表155.5 调试结果分析17第六章 心得体会18参考文献18燕 山 大 学 课 程 设 计第 3 页 共 19 页第一章 引言PLC 的技术从诞生之日起，就不断的发
4、展，它的优势也在日常的生产中越来越明显，它给企业带来的高效率也越来越得到人们的认可，我们通过对其研究来解决生产线自动包装这一课题，将PLC 的优点通过所学的知识应用到实际生产当中。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，古老的生产方式逐渐被社会所淘汰，而可编程控制系统通过发挥其自身的通用型及灵活性在机床电气控制、家用电器（电视机、冰箱、洗衣机等）自动装配线的控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线的控制等方面表现的非常有优势。PLC 所具有的特点主要有：（1） 、可靠性高。可靠性主要体现在产品的有效性和可维修性，PLC 采用了一系列可靠性设计方法进行设计，如掉电保护、故障诊断、报警等。（
5、2） 、易操作性。它具有操作方便、编程方便、维修方便等。（3） 、灵活性。（4） 、能实现机电一体化。总之，通过对 PLC 的学习与应用，让我可以独立的完成一些简单的实例的编程，能充分体会到这一学科的重要性与实际的可应用性。PLC 的这些特点也是它能使整个生产过程稳定、准确、快速的进行下去，使生产效率大大提高，赢得各个领域很高评价原因所在。燕 山 大 学 课 程 设 计第 4 页 共 19 页第二章 摘要传统的机械设备与产品多是以机械为主，是电气、液压或气动控制的机械设备。随着工业水平的不断发展，机械设备己逐步地由手动操作改为自动控制，设备本身也发展成为机电一体化的综合体。可编程序控制器(PL
6、C)是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动化技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。经过 30 多年的发展，目前，可编程序控制器己成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置。已跃居工业生产自动化四大支柱(可编程序控制器、数控机床、机器人、计算机辅助设计与制造)的首位。其应用的深度和广度已成为衡量一个国家工业先进与自动化程度高低的标志。 本文主要研究了包装生产线的控制系统可编程序控制器(PLC)的编程设计。实现对传送带上的包装进行实时监测和扫描，完成对包装的准确计数和装箱。主要用到了旋转编码器 E6A 和光电检测器。在两者的配合下完成任务关键词：PLC 包装生产线 旋转编码器 E
7、6A 光电检测器 燕 山 大 学 课 程 设 计第 5 页 共 19 页第三章 设计内容3.1 设计题目包装生产线的 PLC 控制3.2 设计任务及内容某包装生产线上，包装物品由传送带 1 随时运来，运送时间不固定，因此包装物品的间隔是不确定的，有的包装距离较远，有的包装则靠在了一起。在传送带 1 的电动机轴上安装一个旋转编码器 E6A，电动机转动 1 圈，旋转编码器发出 1 个脉冲。每个包装物品的宽度是 4 个脉冲 ，当光电检测器 SP1检测到包装物品，且旋转编码器发出 4 个脉冲时，表示有 1 个包装物品通过传送带 1 到传送带 2。这样就可以通过对旋转编码器发出的脉冲数的计数，实现对包装
8、物品的准确计数。3.3 控制要求说明（1）按下启动按钮 SB1 后，传送带 1 和传送带 2 运转，传送包装物品到传送带 2。（2）当传送带 2 上有 3 个物品后，挡板电动机 M1 正转，驱动挡板上升，阻止后面的包装物品继续运送到传送带 2 上。（3）当挡板上升到位，上限位开关 SQ3 动作，挡板停止上升，推动器电动机 M2 正转，将 3 个包装物品向前推出。（4）当推动器到达前限位开关 SQ2 动作，推动器停止向前，推动器电动机 M2 反转，驱动推动器后退。（5）当推动器后退到位时，后限位开关 SQ1 动作，推动器停止后退，推动器电动机 M2 停转。此时挡板电动机 M1 反转，驱动挡板下降
9、。（6）当挡板下降到位，下限位开关 SQ4 动作，挡板回到初始位置。燕 山 大 学 课 程 设 计第 6 页 共 19 页图 1 包装装生产线示意图第 4 章 整体设计方案4.1 总方案说明（1）包装生产线的挡板点击和推动器点击均有交流接触器完成起、停控制，电动机要采用正、反转控制。（2）旋转编码器的频率要保证光电检测器能够识别，并能够每四个脉冲识别为一个包装。（3）电动阀上驱动电动机，其内部设有过载保护开关，为常闭触点，作为过载保护信号，plc 控制电路考虑该信号逻辑关系。（4）电动机均采用热继电器实现过载保护，用以完成电动机系统的过载保护。（5）挡板点击和推动器电机的正反转通过接触器辅助触
10、电的互锁控制。（6）主电路用熔断器，实现短路保护。燕 山 大 学 课 程 设 计第 7 页 共 19 页4.2 原理图设计（1） 主电路设计 包装生产线电气控制系统主电路如图 2 所示图 2 主电路图（1）主回电路中接触器主触点 KM1、KM3、KM5、KM6、KM7、KM8 分别控制挡板电动机和传送带电动机、推动器电动机；KM6、KM8 分别实现 M3、M4的正反转。（2）电动机 M1、M2、M3、M4 由热继电器 FR 实现过载保护。（3）熔断器 FU1、FU2、FU3、FU4 分别用于控制回路的短路保护。燕 山 大 学 课 程 设 计第 8 页 共 19 页4.3 PLC 控制电路设计
11、电路如图 2 所示图 2 PLC 控制电路（1）硬件结构设计。了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质等；分析对象的控制要求，确定输入属性互借口数量，确定所控制参数的精度及类型，如：对开关量模拟量的控制用户程序存储区的存储容量等，选择适合的 PLC 机型及外设，完成 PLC 硬件结构的配置。（2）接触器 KM1、KM2 的辅助触点互锁实现主电路 M1 电动机的正反转；接触器 KM3、KM4 的辅助触点互锁实现主电路 M2 电动机的正反转。（3）旋转编码器 E6A 又 PLC 控制开关。（4）启动开关、停止开关控制全局开关。（5）限位开关 SP1、SP2、SP3、SP4 均使用
12、长开开关。（6）PLC 输入回路中幸好电源 24V 直流电源提供。燕 山 大 学 课 程 设 计第 9 页 共 19 页第五章 程序设计5.1 状态转移图STL 指令是FX2N系列PLC 为编制顺序控制程序而专门设计的步进梯形指令,步进、转换和动作是组成SFC 的三大要素。STL 指令的操作元件是编号S0S499 的状态寄存器(S0S9 用于初始步) 。转换条件满足时,代表下一步序的状态寄存器被置位，同时当前步序的状态寄存器自动复位。采用 STL 指令设计的自动装箱生产线顺序控制程序如图 3 所示。状态寄存器 S20S22 分别代表传送带 B 起动、传送带 A 起动、计数、顺序相连的状态;起动
13、按钮、停止按钮、计数器、事情 SQ1,SQ2,SQ3,SQ4 及 光电开关的状态作为转换条件;初始步 S0 由 M8002 初始化脉冲触发(脉宽为一个扫描周期) 。PLC 执行该控制程序时,语句共计 84 条。当接入硬件时可以选择如下元件：（1）旋转编码器类型 ： 增量型旋转式编码器 品牌 ： 欧姆龙型号 ： E6A2-CW3E 外型尺寸： 25（mm）适用范围 ： 低、中分辨率型 读出方式： 接触式工作原理： 增量式 价格 ： 35RMB/ 个最高响应频率： 30KHZ 工作电压： 5-12V（2）光电检测器 型号 ：YBLX-X2 工作电压：20V拟定程序的 SFC 顺序功能图如图 3 所
14、示：燕 山 大 学 课 程 设 计第 10 页 共 19 页开始准备状态S 0初始化脉冲 M 8 0 0 2起动按钮 X 0 0 1S 2 0S E T Y 0 0 5S E T Y 0 0 6S 2 1E 6 A 得电 M 1S P 1 激 光 检 测 开 关 X 0 0 2C 0 K 4E6AC0C 1 K 3C1C 1S 2 2 S E T Y 0 0 0R S T C 0R S T C 1X 0 05S 2 3S E T Y 0 0 2X 0 0 4S 2 4X 0 0 3S E T Y 0 0 3S 2 5X 0 0 6S 2 6S E TY 0 0 1X 0 0 6S 0燕 山 大
15、 学 课 程 设 计第 11 页 共 19 页5.2 步进梯形图燕 山 大 学 课 程 设 计第 12 页 共 19 页燕 山 大 学 课 程 设 计第 13 页 共 19 页5.3 软元件注释列表依据自动装箱生产线的工艺流程、实际控制需求以及输入/ 输出变量的特点,选用三菱FX2N - 16MR- 001 型PLC(8 点开关量输入、8 点继电器输出、基本单元) 为核心控制器件;既可满足本次设计的需要 ,又为今后生产工艺的调整提供了方便。PLC 控制系统软元件注释列表1表 1 元件注释列表燕 山 大 学 课 程 设 计第 14 页 共 19 页5.4 指令表0 LD M80021 ANI X
16、0072 SET S04 STL S05 LD X0016 ANI X0077 SET S209 STL S2010 LDI X00711 SET Y00512 SET Y00613 SET M114 LD X00215 SET S2117 STL S2118 LD M119 ANI T020 OUT T1 K2023 LD T124 OUT T0 K1027 OUT Y00428 LD Y00429 OUT C0 K432 LD C033 OUT C1 K3燕 山 大 学 课 程 设 计第 15 页 共 19 页36 LDI C137 SET S2039 LD C140 SET S2242
17、STL S2243 LDI X00744 OUT Y00045 RST C147 RST C049 AND X00550 SET S2352 STL S2353 LDI X00754 OUT Y00255 AND X00456 SET S2458 STL S2459 LDI X00760 OUT Y00361 AND X00362 SET S2564 STL S2565 LDI X00766 OUT Y00167 AND X00668 SET S2670 STL S2671 SET S2073 RET74 LDI X00175 AND X007燕 山 大 学 课 程 设 计第 16 页 共 1
18、9 页76 SET S078 RST Y00579 RST Y00680 RST C182 RST C084 END5.5 调试结果分析电源一旦接通，M8002 便发出一个脉冲使 S0 置 1，只有当按下启动按钮SB1 时，S20 这一状态被置成 1，此时传送带 A 及 B 开始启动运行同时启动旋转编码按钮 E6A，一直到被光电开关 SP1 检测到才将 S21 这一状态置为 1，然后传送带 A 和 B 仍然运行（上一步用的是 SET 指令） ，当物品来时对脉冲计数用到 C0 每四个脉冲代表一个物品已经由传送带 A 传送到 B，此时，C1 计数器加 1，直到才计数器计到 3 个以后，会步进到 S
19、22，此时挡板电动机 M1 正转，驱动挡板上升，阻止后面的包装物品继续运送到传送带 2 上。当挡板上升到位，上限位开关 SQ3（手动按下 X005）动作，挡板停止上升，推动器电动机 M2 正转，将 3 个包装物品向前推出。当推动器到达前限位开关SQ2（由手动按钮 X004 完成）动作，推动器停止向前，推动器电动机 M2 反转，驱动推动器后退。当推动器后退到位时，后限位开关 SQ1（由手动按下X003 完成）动作，推动器停止后退，推动器电动机 M2 停转。此时挡板电动机 M1 反转，驱动挡板下降。当挡板下降到位，下限位开关 SQ4（手动按下x006）动作，挡板回到初始位置。当按下停止按钮（X00
20、7） ，程序自动转到 S0，并且同时复位计数器C0,C1 以及传送带 X005 和 X006. 燕 山 大 学 课 程 设 计第 17 页 共 19 页第六章 心得体会通过这次课程设计，我对课堂上所学的理论知识进行了一次系统的复习和巩固。更加深了自己对 PLC 这门课程的认识和了解。对 PLC 电气控制系统设计的步骤和注意事项有了一次的尝试。相信在以后的工作中将会非常熟练的用于生产实践。在软件调试的过程中，我巩固了在实验室学习中所编写的软件程序，并对步进梯形图、梯形图，之间的联系与区别进行了下学习。在对理论的运用中，提高了自己的工程素养，在没有做实践设计之前，对知识得掌握都是思想上的，对一些细
21、节不加重视，当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想符合，能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对 PLC 的理解得到加强，看到了理论与实践的差距。这次课程设计我们是分组组四个人进行的，通过合作，我们的合作意识得到加强，合作能力得到提高，感受到了团队合作的重要性。并从中体会到了合作的快乐，在此感谢韩立强老师对我们的耐心指导和帮助。参考文献：PLC 电气控制技术 ，漆汉宏 主编，机械工业出版社，2006 年FX 系列 PLC 编程及应用 ，寥常初 主编，机械工业出版社，2004 年燕 山 大 学 课 程 设 计第 18 页 共 19 页燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 2013 年 07 月 06 日答辩小组评语：成绩： 评阅人： 2013 年 07 月 06 日课程设计总成绩：燕 山 大 学 课 程 设 计第 19 页 共 19 页答辩小组成员签字：2013 年 07 月 06 日
