基于FX0N – 60MR可编程控制器的生产流水线控制系统.doc

1、目 录第一章绪论11.1PLC简介11.2生产流水线控制系统简介5第二章控制系统设计82.1 设计题目及方案分析82.2控制流程图102.3主电路控制图112.4 I/O地址分配122.5电器元器件的选择132.6梯形图142.7指令表16第三章系统调试173.1调试过程173.2出现问题及解决方法17心得体会18致谢语20参考文献21第一章 绪论1.1 PLC简介可编程控制器是二十世纪七十年代发展起来的控制设备，是集微处理器、储存器、输入/输出接口与中断于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各个行业。计算机在操作系统、应用软件、通行能力上的飞速发展，大大加强了可编程

2、控制器通信能力，丰富了可编程控制器编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力。因此，无论是单机还是多机控制、是流水线控制还是过程控制，都可以采用可编程控制器，推广和普及可编程控制器的使用技术，对提高我国工业自动化生产及生产效率都有十分重要的意义。可编程控制器(Programmable Controller)也可称逻辑控制器(Programmable Logic Controller),是一微处理器为核心的工业自动控制通用装置，是计算机家族的一名成员，简称PC。为了与个人电脑（也简称PC）相混淆通常将可编程控制器称为PLC。可编程控制器的产生和继电器接触器控制系统有很大的关系。继电器接触器控制

3、已经有伤百年的历史，它是一种弱电信号控制强电信号的电磁开关，具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的有优点。对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常使用，至今仍有广泛的用途。但是当工作模式改变时，就必须改变系统的硬件接线，控制柜中的物件以及接线都要作相应的变动，改造工期长、费用高，用户宁愿扔掉旧控制柜，另做一个新控制柜使用，阻碍了产品更新换代。随着工业生产的迅速发展，市场竞争的激烈，产品更新换代的周期日益缩短，工业生产从大批量、少品种，向小批量、多品种转换，继电器接触器控制难以满足市场要求，此问题首先被美国通用汽车公司（GM公司）提了出来。通用汽车公司为适合汽车型号的不断翻新，满

4、足用户对产品多样性的需求，公开对外招标，要求制造一种新的工业控制装置，取代传统的继电器接触器控制。其对新装置性能提出的要求就是著名的GM10条，即:1. 编程方便，现场可修改程序；2. 维修方便，采用模块化结构；3. 可靠性高于继电器控制装置；4. 体积小于继电器控制装置；5. 数据可直接送入管理计算机；6. 成本可与继电器控制装置竞争；7. 输入可以是交流115V；8. 输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9. 在扩展时，原系统只要很小变更；10. 用户程序存储器容量至少能扩展到4K。这十项指标就是现代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通计算机，它与有关

5、的外部设备，按照“易于与工业控制系统连成一体”和“便于扩充功能”的原则来设计。用可编程控制器代替了继电器接触器的控制，实现了逻辑控制功能，并且具有计算机功能灵活、通用性等有点，用程序代替硬接线，并且具有计算机功能灵活、通用性能强等优点，用程序代替硬接线，减少了重新设计，重新接线的工作，此种控制器借鉴计算机的高级语言，利用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，其标志性语言是极易为IT电器人员掌握的梯形图语言，使得部熟悉计算机的人也能方便地使用。这样，工作人员不必在变成上发费大量地精力，只需集中精力区考虑如何操作并发挥改装置地功能即可，输入、输出电平与市电接口，市控制系统可方便地在需要地地方运

6、行。所以，可编程控制器广泛地应用于各工业领域。1969年，第一台可编程控制器PDP14由美国数字设备公司（DEC）制作成功，并在GM公司汽车生产线上使用取得良好的效果，可编程控制器由此诞生，在控制领域内产生了历史性革命。PLC问世时间不长，但是随着微处理器的发展，大规模、超大规模集成电路不断出现，数据通信技术不断进步，PLC迅速发展。PLC进入九十年代后，工业控制领域几乎全被PLC占领。国外专家预言，PLC技术将在工业自动化的三大支柱（PLC、机器人和CAC/CAM）种跃居首位。我国在八十年代初才开始使用PLC，目前从国外应进的PLC使用较为普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、灭

7、国GE公司GE系列和德国西门子公司S系列等。PLC实质是一种专用于工业控制计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，中央处理单元(CPU)，如图1所示。图1PLC具有（一）高可靠性1. 所有的I/O 接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离2. 各输入端均采用R-C 滤波器其滤波时间常数一般为1020ms.3. 各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰4. 采用性能优良的开关电源5. 对采用的器件进行严格的筛选6. 良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况CPU立即采用有效措施以防止故障扩大7. 大型PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成

8、表决系统,使可靠性更进一步提高(二) 丰富的I/O 接口模块1. PLC针对不同的工业现场信号如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。2. 有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀。3. 直接连接另外为了提高操作性能它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等。(三) 采用模块化结构为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC 以外，绝大多数PLC 均采用模块化结构，PLC 的各个部件包括CPU 电源I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系

9、统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。(四) 编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。(五) 安装简单维修方便PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC 相应的I/O 端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。1.2 生产流水线控制系统简介 面对快速发展的经济，单纯的手工的发展，已经不能满足需求，必须有新的生产

10、方式取代这种旧生产方式，那就得研究新的生产过程，那就是后来出现的并且现在工业中大量使用的生产方式流水线。流水线按照预先做好的工作流程工作，使得工作更加快捷。 流水线（Assemblyline）是一种工业生产中，可被用来组装成品。最基本的流水线由一个简单的输送带载的产品，如玩具，通过一系列的工作，直到它最终完成。更复杂的流水线包括直属带进行部分工作线沿线的车站，用于建设汽车和其他复杂的设备。开发革命性的流水线制造，并促成了大量财富的几个主要角色的工业革命。 出现流水线之前的工业制造业，通常是工人手工制造，从单独的装配部分。工厂的生产受到限制。到十九世纪中叶，许多企业在食品工业中已开始建立类似的流

11、水线的生产线，使这一进程更加有效，但它并不完全精简。如早期的汽车和蒸汽机车仍在手工制作。 于1908年，亨利福特试图找到一种方式，使汽车的大众化。福特相信，如果一般家庭可以负担得起购买汽车的价格，他们将成为受欢迎的，但缓慢和艰苦的方法来制造汽车不可能使汽车成本的下降。在公司，福特设想一条生产线，在那里劳动的工人将分为具体的任务将有助于完成整体。这一早期流水线的灵感可能来自多个行业，但很多历史学家认为在芝加哥屠宰场的拆卸线是这一想法的来源。 流水线是高效率并极具成本效益的产物。工人集中在一小部分，这意味着它们并不需要大量的培训。部分物料或零部件沿着一条传送带或一系列带工人来处理，形成一个源源不断

12、的产品生产流程。在繁忙的生产中，福特汽车的流水线变成了一个新的汽车每3分钟，和现代的流水线能够更加迅速，尤其是当他们结合自动化机械与人力处理。 流水线也具有一定的操作风险。首先是风险的工人，可重复的运动对身体有害。第二次世界大战后，人们越来越认识到这个问题，于是就开始改革的生产线的环境。第二个问题是，如果有一个工作环节出现问题，它将影响整个流水线，有可能使之停止，直至情况解决。流水线是在一定的线路上连续输送货物搬运机械，又称输送或者输送机。按照输送系列产品大体可以分为：皮带流水线，板链线，倍数连线，插件线，网带线，悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。流水线是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活

13、性，他将输送系统，随行夹具和在线专机，检测设备有机的组合，以满足多品种产品的输送要求。输送线的传输方式有同步传输的，也可以是非同步传输，根据配置的选择，可以实现装配和输送的要求。输送线在企业的批量生产中不可或缺。例如我们见到的皮带的流水线可输送的物料种类繁多，既可输送各种散料，也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的件货，同时可以检测正、次品，按类型进行封装，用途广泛。输送平稳，物料与输送带间没有相对运动，能够避免对输送物的损坏。与其它输送机相比噪音较小，适合于工作环境要求比较安静的场合。结构简单、便于维护；能耗较小，使用成本低。 PLC设计的产品在流水线上的测试与分检控制系统的特点： 产品在

14、生产过程中实现自动控制； 生产流水线工作使的工作的效率大大提高； 工程中用到精密仪器使得生产过程错误率减少。第二章 控制系统设计2.1 设计题目及方案分析2.1.1题目：基于FX0N 60MR可编程控制器的生产流水线控制系统，如图2控制要求：有一生产流水线，如图所示。传送带的主动轮上装有脉冲发生器LS（转一圈产生一个脉冲）作为物品发送检测，每发送一个物品，发出一个脉冲。光电检测器PH1能对传动带上的次品进行检测，并发出信号，当次品在传送带上继续往前走 ，到4号位置时，应使电磁阀YV通电，把档板打开；当光电开关PH2检测出次品已跌落时，给出信号，让电磁阀断电，档板关闭 。正品则到7号位置时落入规

15、定的箱中。光电开光PH3可作为规定装箱件数计数。 图22.1.2 方案分析 流水线由一电动机M带动，产品由左边进入(位0)，经PHl检测，凡不合格产品应由PHl产生信号。 正品最后在右端(位7)装入成品框内，不合格的次品在PLC控制下，从位4的电磁分检阀门落人次品框内。为了保证次品落下后及时关闭分检阀门以免后面的正品也落人次品框内，设置了次品检测传送器PH2，PH3为正品计数器。 产品传送器传动轴上有一个凸轮，每转动一圈，就拨动微动开关一次(也可为霍尔开关或接近开关)，发出一个脉冲信号。 当成品箱计数为50个，满箱时，将产生一个信号使M停止，成品就移走。传送带产品计数可用移位寄存器实现，产品正

16、品/次品的计数用PLC的计数器指令实现。2.1.3 设计思路 根据情况控制要求，设计任务和要求。本产品在流水线上的测试与分检控制系统的思路是先进行各个环节的设计，然后将其整合成一个完整的程序。 课程设计总共划分为以下3个部分，依次进行，各个环节的任务分配如下： 1.程序设计 采用分段设计法，最后进行合并完成程序的设计； 2.电气设计 将设计出PLC的输入输出图，梯形图，指令表； 3.安装，接线，联合测试 用试验箱做模拟，将对设计好的程序进行测试。2.2程序流程图生产流水线控制系统的PLC控制流程图，根据设计要求，控制流程图，如图3所示：图3 程序流程图2.3生产流水线控制系统控制电路图4 生产

17、流水线控制系统主电路图2.4 I/O地址分配2.4.1列出生产流水线控制系统PLC的输入/输出接口分配表由于CPU模块有14点数字亮输入，10点数字量输出，所以不在需要输入/输出模块。采用I/O分配采用自动分配方式，基于产品在流水线上的测试的要求，则需要六个输入点和三个输出点，具体的输入/输出分配如表一所示。 表一 I/O口地址输入信号输入变量名输出信号输出变量名X000启动开关Y000PLC工作指示灯X001停止开关Y001传送带电动机（M）X002脉冲发生器LSY002次品电磁阀门（YV）X003检测开关（PH1）X004次品开关（PH2）X005计数开关（PH3）2.4.2 生产流水线控

18、制系统的I/O接线图如下 图4 I/O接线图2.5 电器元器件的选择 元器件的使用如表二所示。表二 元器件列表元器件名称数量热继电器一个220V/24V电源一个继电器三个PLC一个手动三极开关一个熔断器五个按钮开关五个电动机一个电磁阀一个2.6 梯形图根据程序流程图设计的梯形图如下图5（1） 启保停程序（2） 电机控制程序（3）次品检测开关程序（4）次品移位程序（5）次品电磁阀开关程序（6）正品计数开关程序（7）重复计数开关程序2.7 生产流水线控制系统梯形图的对应指令表表二 生产流水线控制系统指令表第三章 系统调试3.1调试过程(1)接通电源，按下启动按钮SB1，程序开始运行，PLC工作指示

19、灯Y0亮，同时传送带电机M开始运转（Y1灯亮）；(2)按动脉冲发生器按钮SB3，当同时按下检测开关SB4时检测到次品，再按3次脉冲发生器按钮SB3，次品电磁阀门Y2打开（Y2灯亮）。当你按下次品开关SB5时，次品电磁阀门Y2关闭（Y2灯灭）；(3)当按下50次正品计数器开关SB6后，计数器停止计数且重置计数，电机M停止转动（Y1灯灭）。3.2出现问题及解决方法3.2.1程序执行功能有误进行除错，并修改梯形图程序3.2.2忘记将PLC切换到编程模式,不能输出将PLC切换到编程模式3.2.3按动凸轮按钮SB3，当按下检测开关SB4，再按动几次凸轮开关时，发现次品电磁阀（Y2灯未亮）没有打开；没有点

20、亮：在操作时没有协调凸轮开关和检测开关的动作；解决方案：同时按动SB3和SB4。心得体会 通过此次的课程设计，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，在课程设计的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统学习模式下，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好地处理知识和实践相结合的问题。 作为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一，学好PLC具有重大的实践应用价值。本次课程设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课

21、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论去解决。虽然本次设计较为简单，但是可以实现的设计方案却有很多，正如方案论证中所说的钻头同步工作和异步工作，均可以实现钻床预期的工作目的。最后我们小组成员一起到图书馆和上网查找相关资料，结合工业实际情况，逐个分析优劣，确定了最后方案。我们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，自己查阅资料的能力便会使我们受益非浅。我做的这个题目是有关与PLC系统理论与实践相结合的设计。在此时对以前学习的知识的挑战与突破。在对这个设计的材料搜索进行独立搜索时，对于办公软件的应用有了进

22、一步的提高。同时在对搜集的材料进行整核，结合所学理论知识，以及实际应用操作的情况下，提高了实际操作和独立解决问题的能力。通过这次设计实践。让我更熟练的掌握了三菱的PLC软件的简单编程方法，对于三菱的PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理论的运用中，也提高了我的工程素质。刚开始学习三菱PLC软件时，由于我对一些细节的不加重视，当我把自己想出来的一些认为是对的程序运用到梯形图编辑时，问题出现了。转换成指令表后则显示不出很多正确的指令程序，这主要是因为我没有把理论和实践相结合，缺乏动手能力而造成的结果，最后通过老师的纠正和自己的实际操作，终于把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之

23、处。设计过程中得到老师的意见和同学的提醒，再加上上网搜集到的资料，我也明白了不是每个问题都能自己解决的，只有通过自己努力以及别人的帮助才能把工作做得更好，古人说：三人行必有我师、思而不学则殆。所以说学习要善于向别人请教，学思结合。致谢语我要衷心感谢弓清忠和雷慧老师，从课程设计的开始到课程设计论文的最终定稿，在此期间弓老师和雷老师给了我细心的指导和帮助,老师渊博的知识、诚恳的为人、严谨的治学态度深深感染了我，让我终生受用。在此，我向我的指导老师致以诚挚的谢意和深深的敬意。 此外,在我撰写论文期间，还得到了同班同学的支持和鼓励,每当我遇到困难进行不下去的时候,他们都能耐心细致地给我讲解,帮助我度过

24、了一个又一个难关,我的课程设计和论文才得以顺利地进行,在此我衷心地对他们说声:”谢谢!”。 参考文献1 廖常初PLC基础及应用北京: 机械工业出版社，2004.2 王兆义可编程序控制器教程北京: 机械工业出版社 2005.3 张万忠. 可编程控制器应用技术. 北京：化学工业出版社，2001.4史国生.电气控制与可编程控制器技术. 北京：化学工业出版社，2003.12.5周万珍,高鸿斌.PLC分析与设计应用. 电子工业出版社，2004.6黄净.电器及PLC控制技术. 北京: 机械工业出版社，2002.7陈梓城.电源技术与通信电源设备. 北京：高等教育出版社，2005.8贺哲荣,等.流行PLC实用程序及设计.西安：西安电子科技大学出版社，2006.9郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术. 南京：东南大学出版社，2009.9.10陶维利.机床电气与PLC.西安：西安电子科技大学出版社，2006.5.21