装瓶流水线PLC专业课程设计.doc

目录摘 要11 PLC 介绍21.1 PLC概况21.2 PLC基础机构和特点21.3 PLC工作原理21.4 PLC应用领域31.5 PLC结构42软件介绍62.1三菱单片机FX2n系列介绍62.1三菱单片机FX2n在装瓶流水线中作用63 装瓶流水线PLC控制系统设计73.1设计任务73.2硬件选型73.3控制内容83.4设备选型93.5梯形图103.6程序表114 装瓶流水线PLC监控系统设计124.1调试过程及结果124.2监控系统软件设计14总 结18致 谢19参考文件20附 录 A21摘 要现代社会要求制造业对市场需求作出快速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线控制系统必需含有极高可靠性和灵活性。可编程序控制器正式顺应这一要求出现，它是以微处理器为基础通用工业控制装置。此次设计以可编程控制器为关键设计对象，PLC是一个专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置。它采取能够编制程序存放器，用来在其内部存放实施逻辑运算、次序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并能经过数字式或模拟式输入和输出，控制多种类型机械或生产过程。PLC及其相关外围设备全部应该按易于和工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功效标准而设计。这次课程设计是装瓶流水线PLC控制，它是利用PLC对高速自动装瓶机自动控制，来完成封盖动作。关键词：装瓶流水线PLC控制；PLC控制；PLC结构；PLC原理1 PLC 介绍1.1 PLC概况可编程控制器是以微处理器为基础，综累计算机技术，自动控制技术和通讯技术而展起来一个新型工业控制装置，它将传统继电器控制技术和现代计算机信息处理二者优点结合起来成为工业自动化领域中最关键，应用最多控制设备，并已跃居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计和制造）首位。可编程控制器（简称PLC）是在继电器控制和计算机技术基础上开发了出来，并逐步发展成以微处理器为关键，集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体一个新型工业控制装置。可编程控制器以其可靠性高，组合灵活，编程简单，维护方便等独特优势被日趋广泛应用于国民经济各个控制领域，它应用深度和广度已成为一个国家工业优异水平关键标志。因为早期可编程控制器只是用来替换继电器控制实施逻辑运算、计时、计数等次序控制功效，所以大家称之为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC。1.2 PLC基础机构和特点PLC关键由CPU模块、输入模块、输出模块和编程设备组成。大部分PLC还能够配置特殊功效模块，用来完成一些特殊任务。PLC关键特点：它采取可编程序存放器，用来在其内部存放实施逻辑运算、次序控制、定时、计数和运算操作命令，并经过数字式、模拟式输入和输出，控制多种类型机械或生产过程。编程方法简单易学功效强，性能价格高硬件功效齐全，用户使用方便，适应性强可靠性高，抗干扰能力强系统设计、安装、调试工作量少；维修工作量小，维修方便体积小，能耗低1.3 PLC工作原理PLC采取是循环扫描工作方法，分为采样输入，程序实施和输出刷新三个阶段。三个阶段称为一个扫描周期。PLC完成一个周期后，又反复这个过程，周而复始。PLC工作过程示意图以下：扫描输入端送输入状态寄存器输出状态寄存器状态输出第一条指令第二条指令 . . .最终一条指令用户程序存放器 图1-1 PLC工作过程示意图1.4 PLC应用领域现在，PLC在中国外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环境保护及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为以下几类。（1）开关量逻辑控制这是PLC最基础、最广泛应用领域，它替换传统继电器电路，实现逻辑控制、次序控制，既可用于单台设备控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制在工业生产过程当中，有很多连续改变量，如温度、压力、流量、液位和速度等全部是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必需实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间A/D转换及D/A转换。PLC厂家全部生产配套A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3）运动控制PLC能够用于圆周运动或直线运动控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和实施机构，现在通常使用专用运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机单轴或多轴位置控制模块。世界上各关键PLC厂家产品几乎全部有运动控制功效，广泛用于多种机械、机床、机器人、电梯等场所。（4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制多种多样控制算法程序，完成闭环控制。PID调整是通常闭环控制系统中用得较多调整方法。大中型PLC全部有PID模块，现在很多小型PLC也含有此功效模块。PID处理通常是运行专用PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场所有很广泛应用。（5）数据处理现代PLC含有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功效，能够完成数据采集、分析及处理。这些数据能够和存放在存放器中参考值比较，完成一定控制操作，也能够利用通信功效传送到别智能装置，或将它们打印制表。数据处理通常见于大型控制系统，如无人控制柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中部分大型控制系统。（6）通信及联网PLC通信含PLC间通信及PLC和其它智能设备间通信。伴随计算机控制发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商全部十分重视PLC通信功效，纷纷推出各自网络系统。新近生产PLC全部含有通信接口，通信很方便。1.5 PLC结构PLC类型繁多，功效和指令也不尽相同，但结构和工作原理则大同小异，通常由主机，输入/输出接口，电源，编程器扩展接口和外部设备接口等多个关键部分组成。图1-2 PLC结构图2软件介绍2.1三菱单片机FX2n系列介绍FX2n 系列是 FX 系列 PLC 家族中最优异系列。因为 FX2n 系列含有以下特点：最大范围包容了标准特点、程式实施愈加快、全方面补充了通信功效适合世界各国不一样电源和满足单个需要大量特殊功效模块，它能够为你工厂自动化应用提供最大灵活性和控制能力。 为大量实际应用而开发特殊功效开发了各个范围特殊功效模块以满足不一样需要-模拟 I/O，高速计数器。定位控制达成 16 轴，脉冲串输出或为 J 和 K 型热电偶或 Pt 传感器开发了温度模块。对每一个 FX2n 主单元可配置总计达 8 个特殊功效模块。 网络和数据通信连接到世界上最流行开放式网络 CC-Link，Profibus Dp 和 DeviceNet 或采取传感器层次网络处理您通信需要。 其它功效 内置式 24V 直流电源 快速断开端子块 时钟功效和小时表功效 24V、400mA 直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。 因为采取了优良可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也能够更换单元。 在全部 FX2NPLC 中全部有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功效对过程跟踪和机器 维护提供了有价值信息。2.1三菱单片机FX2n在装瓶流水线中作用机型选择：面对众多厂家提出多个系列、功效各异PLC产品，其结构、性能、价格各不相同。三菱FX2N-16MR-001型号，其输入输出点分别为8，FX2N是FX系列中功效最强、速度最高微型PLC。她基础指令实施时间高达0.08us，内置用户存放器为8K步，可扩展到16K步，最大能够扩展到256个I/O点，有多个特殊功效模块或功效扩展板，可为装箱机提供最大方便和控制能力。3 装瓶流水线PLC控制系统设计3.1设计任务装瓶流水PLC控制。有A1A10选瓶、装瓶、盖盖、贴签、传送、成品入库生产线操作工序，用10盏灯来模拟；并有开启/停止、移位、复位按钮进行操作，以下图所表示。采取S7-200PLC进行控制，实现手动，自动等四种以上装瓶流水线工序控制。设计出硬件系统结构图、接线图、时序图。系统有开启/停止、移位、复位功效按钮；利用移位等功效指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中止程序；程序结构和控制功效自行创新设计； 用组态王监控组态软件，设计出上位监控系统；进行系统调试，实现装瓶流水线控制要求。完成课程设计说明书。3.2硬件选型根据I/O点分配和项目描述控制要求。设计出PLC硬件系统结构图、接线图、时序图。（一）结构示意图图2-1 瓶装流水线PLC控制结构图（二） I/O分配表2-2 I/O分配表输入信号输出信号信号元件及作用PLC输入口地址信号元件及作用PLC输出口地址开启/停止带锁按钮0.00选瓶操作工序A11.00移位按钮0.01装瓶操作工序A21.01复位按钮0.02盖盖操作工序A31.02贴签操作工序A41.03传送工序A51.04传送工序A61.05传送工序A71.06传送工序A81.07 传送工序A91.08 成品入库工序A101.09接OV DC1M接24V DC1L，2L（三）外部硬件系统接线图 图系统外围接线图3.3控制内容（1）手动控制方法1.装瓶流水线控制系统有10道操作工序，用10盏灯来模拟。即：A5，A1（传送，选瓶）A6，A2(传送，装瓶)A7，A3(传送，盖盖)A8，A4(传送，贴签)A9(传送)A10(入库)。2.开启，停止，移位为控制输入，控制系统工作状态；3.按下开启按钮，手动移位完成一道操作工序，循环两次；4.按下复位按钮，系统回到第一道工序；5.按下停止按钮，系统停止工作。（2）自动控制方法1.装瓶流水线控制系统有5道操作工序，用灯来模拟。即：A5，A1(传送，选瓶)A6，A2(传送，装瓶)A7，A3(传送，盖盖)A8，A4(传送，贴签)A9(传送)A10（入库）。2.开启，停止，移位为控制输入，控制系统工作状态；3.按下开启按钮，每5S完成一道操作工序，循环两次；4.按下复位按钮，回到初始工序，重新开始运行；5.按下停止按钮，系统停止工作。3.4设备选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺步骤特点和应用要求是设计选型关键依据。所以，工程设计选型和估算时，应具体分析工艺过程特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需操作和动作，然后依据控制要求，估算输入输出点数、所需存放器容量、确定PLC功效、外部设备特征等，最终选择有较高性能价格比PLC和设计对应控制系统。输入输出（I/O）点数估算。I/O点数估算时应考虑合适余量，通常依据童年估量输入输出点数，再增加10% 20%可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需依据制造商PLC产品特点，对输入输出点数进行圆整。依据估算方法故本课题I/O点数为输入5点，输出5点。存放器容量是可编程序控制器本身提供硬件存放单元大小，程序容量是存放器中用户应用项目使用存放单元大小，所以程序容量小于存放容量。设计阶段，因为用户应用程序还未编制，所以，程序容量在设计阶段是未知，需在程序调试后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采取存放器容量估算来替换。存放器内存放量估算没固定公式，很多文件资料中给出了不一样公式，大致上全部是按数字量I/O点数10-15倍，加上模拟I/O点数100倍，以此数为内存总字数（16位为一个字），另外再按此数25%考虑余量。所以本课题PLC内存容量选择应能存放条梯形图，这么才能在以后该着中有足够空间。3.5梯形图3.6程序表见附录A4 装瓶流水线PLC监控系统设计4.1调试过程及结果先将PLC程序传入程序控制器中。然后对各个输入I/O给信号处理，看各个输出口是否有对应输出，假如没有根据设计要求输出，对程序进行更改，直到各输出口有对应输出。假如有条件话，用编程软件将程序输入PLC中，在确定PLC电源，外部接线和程序输入无误情况下，接通电源，根据步骤图次序对系统进行调试，最终使整个系统能正确，可靠工作。用GX developersimulator进行仿真，具体步骤以下：(1)进入仿真环境图3-1 仿真图(2)加载程序进行逻辑功效调试：图3-2 仿真环境程序加载图4.2监控系统软件设计MCGS组态软件介绍：MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于Windows平台，用于快速结构和生成上位机监控系统组态软件系统，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/等操作系统。MCGS为用户提供了处理实际工程问题完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集，实时和历史数据处理，报警和安全机制，步骤控制，动画显示，趋势曲线和报表输出和企业监控网路等功效。使用MCGS，用户无需含有计算机编程知识，就能够再短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功效全方面，维护量小而且含有专业水准计算机监控系统开发工作。MCGS含有操作简单，可视性好，可维持性强，高性能，高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工，钢铁行业，电力系统，水处理，环境监控，机械制造，交通运输，能源原材料，农业自动化，航空航天等领域，经过多种现场长久实际运行，系统稳定可靠。MCGS5.1软件系统包含组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整工具软件，帮助用户设计和结构自己应用系统。运行环境则根据组态环境中结构组态工程，以用户指定方法运行，并进行多种处理，完成用户组态设计目标和功效。MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分相互独立，又紧密相关。图3-3 MCGS功效步骤图MCGS组态环境是生成用户系统工作环境，由可实施程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计，设备连接，编写控制步骤，编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg工程文件，又称为组态结果数据库，其和MCGS运行环境一起，组成了用户应用系统，统称为“工程”。MCGS运行环境是用户应用系统运行环境，由可实施程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录Program子目录中。在运行环境中完成对工程控制工作。MCGS组态软件所建立工程由主控窗口，设备窗口，用户窗口，实时数据库和运行策略五部分组成，每一部分分别进行组态操作，完成不一样工作，含有不一样特征。主控窗口：是工程主窗口或主框架。在主控窗口中能够放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口打开或关闭。关键组态操作包含：定义工程名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动开启窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口：是连接和驱动外部设备工作环境。再本窗口内配置数据采集和控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接和驱动设备用数据变量。用户窗口：本窗口关键用于设置工程中人机交互界面，诸如：生成多种动画显示画面，报警输出，数据和曲线图表等。实时数据库：是工程各个部分数据交换和处理中心，它将MCGS工程各个部分连接成有机整体。在本窗口内定义不一样类型和名称变量，作为数据采集，处理，输出控制，动画连接及设备驱动对象。运行策略：本窗口关键完成工程运行步骤控制。包含编写控制程序（即if.then脚本程序），选择多种功效构件，如：数据提取，定时器，配方操作，多媒体输出等，图所表示，能够由它实现对工业生产仿真上位监控工程。图3-4 MCGS运行策略组态图实时数据库变量设置：图3-5 实时数据库变量设置图脚本程序设定经过脚本程序设定控制上位监控仿真界面，由运行策略进入设定，以下图：图3-6 脚本程序控制结构图总 结实际试验和生产表明，该控制系统能够达成生产所提出速度和效率要求。而且该控制系统扩展性和通用性良好。由该装瓶机控制系统可见，通常药品包装动作均可分为以下多个模块：(1)药品容器供给(如药瓶供给)；(2)药品供给(如药丸药粒等供给)；(3)密封方案实现(如瓶盖供给和封盖)；(4)成品半成品运输(如主传动链，连接各个动作阶段，直至完成装瓶)；(5)最终封装(如装箱等)。PLC逻辑控制能力强，处理数字和模拟信号能力稳定快速，而且对于基于时间次序动作控制能力尤其强，所以是医药行业中自动药品包装机械理想控制平台。只要药品包装各个动作能经过机械方法实现，就能够找到对应控制系统来实现自动化。经典自动控制动作有：(1)正确位置控制可由高精度步进电机或伺服电机实现，和经过设计闭环控制系统使用传感技术实现；(2)运动控制可由多种电机实现；(3)单向或双向冲击动作可由气压系统实现，液压系统还能够完成带负载有位置要求动作；(4)对于多种动作所需要条件判定可利用多种传感技术输入信号至PLC来实现等。由此可见，该自动装瓶机控制系统稍加改善，能实现多种异型瓶、异型粒自动包装，在药品包装行业中能够实现绝大多数包装机械自动化。另外，该自动装瓶机全部动作均可由气缸和步进电机来完成，所以也可由数字量输入输出控制来完成。现在多元化产品和市场要求可能在产品包装中需要能够处理模拟量控制系统，如正确可调或连续位置量、参量等。PLC功效一样能够处理模拟量控制。所以，该系统通用性和可扩展性相当不错。致 谢在老师耐心指导下,经过一个多星期努力基于软PLC多个液体混合控制设计最终完成了，老师在设计过程中给帮助，对我们小组设计给了细致指导和提议,对我们教导耐心认真，使我这次设计能顺利完成。这次设计使我们把理论和实际有机结合起来，锻炼了分析处理实际问题本事。在这次设计汇报中，让我知道了一个铁通常事实，那就是团结就是力量。真心感谢老师。参考文件1廖常初.PLC基础及应用M.北京:机械工业出版社,.2吕景泉.可编程控制器及其应用M.北京:机械工业出版社,.3邓志良,刘维亭.电气控制技术和PLC.东南大学出版社, .4陈在平,赵相宾.可编程控制器技术和应用系统设计M.北京:机械工业出版社,. 5三菱企业FX2系列可编程序控制器使用手册Z.3.附 录ALD 0.00OR 1.00AND NOT .0.01OUT 1.00LD 0.00OR 1.01AND 0.01AND NOT 0.02AND NOT 0.03OUT 1.01TIM 000#0600LD NOT 0.02AND 0.03OUT 1.02LD 1.01AND NOT TIM000OR TIM002AND NOT 0.02AND NOT 0.03OUT 1.03LD 1.01AND NOT TIM000AND NOT 1.05OUT 1.04LD TIM000TIM 001#0050LD TIM001AND 1.04OUT 1.05TIM 002#0030LD 0.01OR NOT 1.01LD 1.02OR LD LD 0.03OR 0.04AND LDOUT 1.06LD 0.02AND NOT 1.02OR TIM002AND 0.03TIM 003#0050LD 0.05OR 1.06AND 0.03OUT 1.07LD 0.02OR 1.07AND 0.04OUT 1.08LD NOT 1.01AND NOT 1.02AND NOT 1.03AND NOT TIM002LD 1.01AND NOT 1.02AND NOT 1.03LD NOT 1.01AND 1.02AND NOT 1.03LD NOT 1.01AND 1.02AND NOT 1.03LD NOT 1.01AND NOT 1.02AND 1.03OR LDAND 1.03OR LDAND TIM003LD 1.01 AND 1.02LD 1.01AND 1.03LD 1.02AND 1.03OR LD OUT 1.09END(01)