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1、 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
2、子装置,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
3、 目 录 1、设计任务 1.1课题内容 1.2控制要求 2、总体设计方案 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PLC 4.2 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： 一、设计任务 1.1课题内容 饮料罐装生
4、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
5、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、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
6、 图2 灌装流水线基本结构图 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，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
7、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 3）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、Q
8、F2、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20A，电 流整定范围为14~22A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0.45~2A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λ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。
9、接受天线接收到的功率为 式中， 为发射天线的发射功率；为发射天线的增益；为接收天线的增益；d为两天线与被测表面间的垂直距离。 当发射功率、波长、增益均恒定时，上式可改写为 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SE303·PH303），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
10、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，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。 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 Y132M—4 1 M2 灌装装置电动机 Y90S—4 1 M3 次品传送带电动机 Y90S—4 1 QF1 断路器 NS100N 1 QF2 断
11、路器 NS80N 1 QF3 断路器 NS80N １ QF4 断路器 NS20N 1 QF5 断路器 NS10N 1 FR1 热继电器 JR16 1 FR2 热继电器 JR10-10 1 FR3 热继电器 JR10-10 1 SB1～SB3 按钮 LA10-1K 3 SB5～SB7 按钮 LA10-1K 3 2.3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。
12、2.4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 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；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
13、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。 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
14、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
15、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
16、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。 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，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字母。如输入继电器用“X”表示、输出见电器用“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
17、数，选择FX2N—16MR—001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。 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
18、 X007 传送带电动机KM1 Y000 灌装电动机KM2 Y001 报警灯 Y002 下降电磁阀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 Y007 PLC的外部接线图如图8所示。 图8 PLC的外部接线图 4.3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
19、面板图 4.4梯形图 4.5指令表 根据梯形图所得指令表如下： 0 LD M8002 1 OR X007 2 SET M2 3 MOV K0 D100 8 LD M2 9 MC N0 M2 12 LD X005 13 OR M1 14 ANI
20、X006 15 ANI X007 16 OUT M1 17 LD M1 18 ANI M30 19 ANI M60 20 OUT M10 21 LD X000 22 OR M30 23 ANI T4 24 OUT M30 25 OUT T0 SP
21、 K10 28 OUT M50 29 LD T0 30 MPS 31 ANI TI 32 OUT M11 33 MRD ANI T1 35 OUT M12 36 MPP 37 OUT T1 SP K50 40 LD T1 41 OUT
22、 T4 SP K10 44 OUT M40 45 MCR N0 47 LD M3 48 MC N1 M3 51 LD X002 52 ANI M31 53 ANI M60 54 OUT M20 55 LD X003 56 OR M31 57
23、 ANI T5 58 OUT M31 59 OUT T2 SP K10 62 OUT M51 63 LD T2 64 MPS 65 ANI T3 66 OUT M22 67 MRD 68 ANI T3 69 OUT M21 70 MPP 71 OUT
24、 T3 SP K50 74 LD T3 75 OUT T5 SP K10 78 OUT M41 79 MCR N1 81 LD X001 82 SET M3 83 RST M2 84 LD M30 85 OR M31 86 OUT
25、C200 K99999999 91 ADDP D101 K1 D101 98 LD X004 99 ADDP D100 K1 106 SUBP C200 D100 113 SET M60 114 LD M60 115 OUT T6 SP K10 118 LD T6 119 RST
26、 M60 120 LD M20 121 OR M10 122 OUT Y000 123 LD M30 124 OR M31 125 OUT Y001 126 LD M12 127 OR M22 128 OUT Y002 129 LD M11 130 OR M21
27、 131 OUT Y006 132 LD M40 133 OR M41 134 OUT Y004 135 LD M50 136 OR M51 137 OUT YOO3 138 LD M60 139 OUT Y005 140 OUT Y007 141 LD X007 142
28、 OR C200 143 RST M3 144 RST C200 146 END 五、调试过程及结果 在电脑上安装GX—Developer软件，程序编好后，将程序输入GX—Developer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
29、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，最后使整个系统能准确、可靠的工作。 xxvii 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
30、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
31、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
32、者殆。做事要学思结合。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，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，
33、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。 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》.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，2004.8 ［6］ 吴惕华.机械制造自动化[M]. 机械工业出版社，2006.5 ［7］ 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，2003 ［8］ 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，2003.5 ［9］ 李一丹.电气控制原理及其应用[M]. 哈尔滨工程大学出版社，2005 ［10］ 王兆义.可编程序控制器教程[M]. 机械工业出版社，2004 ［11］ 汤自春.PLC原理及应用技术[M]. 高等教育出版社，2006.6
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