装配流水线的PLC控制设计Word下载.docx

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关键词：

装配流水线；

PLC；

控制系统

Abstract

Nowadays,thisdesignoccupiesimportantpositioninautomationlevel.Theassemblylinetoreplacehumanintheprocessofproductionplayinganincreasinglyimportantrole,asthebackground.

Proceedingfromitsconceptandcharacteristic，ItPutsforwardtheproblemsandtheinsufficiencyintheassemblylineofproduction.Suchas:

productionimbalance,theefficiencyislow,thesitemanagementconfusion,etc.Inordertosolvetheseproblems,wecantakemeasureslikeadjustingtheassemblingworkinstruction，synchronizationinusingprocess,strengtheningthesitemanagement.Makingimprovementoftheassemblyproductionline,canfinallymakethewholeassemblylineinequilibrium,andeffectivelyimprovetheassemblyefficiencyandenhancethesitemanagement.

PLCisthecontrolputerofmoderngeneralindustrial.Itsinterfaceiseasy,meanwhiletheprogramminglanguageofPLCissimpleandcanbeeasilyunderstandandquicklyhandcuffedandmasterwhethertheusershavecircuitbasisornot.Ineveryfielditiswidelyused,especiallyinindustrialautomation.

Assemblylineistheindispensablemodeofproductioninenterpriseofexpandingandbatchproduction.Atpresent,thePLCiswidelyusedintheassemblyline.Whilethisdesignontheputerwhichiscontrollingtheentireprocessintheassemblyline,withcurrentrelativelypopularPLC（programmablecontroller）asthebasisforrealizingsimulationcontrolfunctionoftheassemblyline.Aftermanyprogramdesignandsimulation,itcanbasicallyachievetherequiredfunctions.

Thisdesignsmewiththebeveragebottleforexample.Itsprocedureistheflickerthatcontrols8LDlightsthroughPLCtoimitatethetransmissionofthebeverageassemblesflowingwaterline,bottle,covercover,sticklabelandfinishedproducttostoreinwarehouse.Intheprogramdesign,Iusedtoingreatquantitiesplacewithresetinstruction,andmakeuseoftopareinstructiontochoosedifferentoperationwork,stoptransmissionwhilebiningtospreadafeelingmachinetomakebeveragebottlearrivetoassembleawork.Imitatereallyaftermanyprogramdesignsandemulation,theprocedurecanalreadycarryouttomoveand3toassembleandlisttheworkstoreinwarehouseetc.operation.

Keywords:

assemblyline;

PLC;

Controlsystem.

前言

本设计的目的是通过对装配流水线的PLC控制设计，进一步熟悉PLC的概念、特点和控制原理。

在设计过程中，我以饮料装瓶流水线的生产为对象，使我的设计更有针对性。

装配流水线是将人和机器有效的结合起来，更加充分的发挥了机器设备的灵活性和稳定性，同时节约了人力资源，提高了效率。

装配流水线包括了输送系统、随行夹具、在线专机、检测设备等。

他们的有机组合广泛的满足了产品的装配要求。

在现代装配流水线的传输方式中主要有两种，分别是同步传输〔强制式〕和非同步传输〔柔韧式〕，在生产过程中根据配置选择，实现手工装配或半自动装配。

装配流水线是现在企业批量生产和扩大开展中不可或缺的。

本次设计我主要是实现装配流水线的半自动装配。

当然随着装配流水线的开展，日渐成熟和新的技术的应用，但在生产上也会出现问题，如：

生产不平衡、效率低、生产事故的出现、现场管理混乱等。

本次设计是在电脑上控制整个装配流水线的流程，以现今较为流行的PLC〔可编程控制器〕为根底来实现装配流水线的模拟控制功能。

PLC在装配流水线中的应用，使其更具可靠性、平安性和灵活性。

其接口容易，同时PLC的编程语言简单易懂很容易被不管是否有电路根底的用户所上手和掌握。

本次设计我选用的PLC是三菱公司的FX2N系列。

研究这个课题的意义在于通过设计和调试，让我更好的熟悉PLC并加强我的实际动手能力。

第1章装配流水线及传感器的根本介绍

1.1装配流水线的根本介绍

1.1.1装配流水线的起源

20世纪初,美国人亨利.福特首先采用了流水线生产方法,在他的工厂内,专业化地将分工分的非常细,仅仅一个生产单元的工序竟然到达了7882种,为了提高工人的劳动效率,福特反复试验,确定了一条装配线上所需要的工人,以及每道工序之间的距离。

这样里来,每个汽车底盘的装配时间就从12小时28分缩短到1小时33分。

大量生产的主要生产组织方式为流水生产，其根底是由设备、工作地和传送装置构成的设施系统，即流水生产线。

最典型的流水生产线是汽车转配生产线。

流水生产线是为特定的产品和预定的生产大纲所设计的；

生产作业方案的主要决策问题在流水生产线的设计阶段中就已经做出规定。

1.1.2装配流水线的概述

在大量生产中,为了提高生产效率、保证产品质量、改善劳动条件,不仅要求机床能自动的对工件进展加工,而且要求工件的装卸、工件的工序间的输送、工序间加工精度的检测、废品的剔除等都能自动的进展。

因此,把设备按工件的加工工序顺序依次排列,用自动输送装置将他们联成一个整体,并用控制系统将各个局部的动作协调起来,使其按照规定的动作自动的进展工作,这种自动化的加工系统就称为自动化生产流水线。

流水线是人和机器的有效组合，最充分表达设备的灵活性，它将输送系统、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/〔强制式〕也可以是非同步传输/〔柔性式〕，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。

流水线是劳动者为了方便生产将生产对象人为的通过外界设备将其按照一定的线路顺序通过各个操作点，以及用一定的速度来重复连续的完成生产过程。

装配流水线把劳动对象和专业化生产专业的有效的结合在一起的一种生产方式。

它具有以下特征：

⑴工作地点的专业化程度非常高；

⑵具有明显的规律性；

⑶每条生产线的生产水平相似；

⑷生产过程封闭、不可逆；

⑸有很强的连续性。

1.2PLC控制饮料装瓶流水线的优势

1.生产效率高

相对于传统的饮料装瓶流水线，由PLC控制的装瓶流水线其电气局部由PLC控制。

这一电气控制系统能很快的发现生产线上的问题和缺乏，PLC灵活的可编程性能很快的对程序进展改进。

PLC中大量使用了软继电器，使得外部接线更加简单，更容易维护。

因此，使用了PLC控制的饮料装瓶流水线的生产效率更高，更好地为企业创造利润。

2.卫生条件好

由于饮料的装瓶、盖盖、贴签到成品入库都可以用流水线来完成。

这样可以创造一个相对封闭的生产环境和减少人工操作。

为饮料装瓶创造了一个很好的卫生条件。

3.平安性提高

由于PLC的稳定性好，这样就降低了生产过程中的事故的发生。

同时由于饮料从装瓶到入库全由机器完成，进一步降低了员工在生产线上发生事故的概率，更好地保护了员工的人身平安和企业的财产平安。

1.3传感器的根本介绍及选择

1.3.1传感器的概念与组成

概念：

传感器是一种以一定精度把被测量转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量的测量装置。

其中包含了以下几方面的含义：

⑴传感器是测量装置，能完成检测任务；

⑵它的输入量是某一被测量，如物理量、化学量、生物量等；

⑶它的输出是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；

⑷输出与输入间有对应关系，且有一定的准确度。

组成：

传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路3局部组成，框图如下：

图1.1传感器的组成

敏感元件：

直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

转换元件：

敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数。

转换电路：

将上述电路参数接入转换电路，便可转换成点亮输出。

实际上，有些传感器很简单，有些那么较为复杂，大多数是开环系统，也有些是带反响的闭环系统。

最简单的传感器由一个敏感元件组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶传感器。

有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器。

有些传感器，转换元件不止一个，需经过假设干次转换。

1.3.2传感器的选择

由于本次设计是以饮料装瓶的装配为例。

在实际生产过程中，接触到的根本上塑料制品，所以我选择光敏传感器。

在自动化流水线生产过程中，要用到很多传感器来监视和控制生产过程中的不同状态。

使生产线处在正常工作状态或者最正确工作状态。

本次设计用到的传感器主要用在饮料瓶到达操作工位或仓库时，通过传感器给PLC一个反响信号使传送带停顿运行。

操作工位和入库感应上用到的传感器可以使用光敏传感器，

第2章PLC的根底知识及选型

2.1可编程控制器概述

2.1.1PLC的产生

上世纪60年代，在没有可编程控制器以前，在大局部工业生产中是以继电器控制来实现各种功能，传统的继电器系统主要有一下几个优点构造比较简单，易于操作，价格廉价等，在工业领域中应用甚广，于此同时继电器控制系统也有以下缺点体积比较大，动作速度比较慢，耗电量多，寿命短，更有接线复杂，更改困难等。

继电器控制系统对当时的生产力开展中起到了巨大的作用， 

在工业生产过程中，大量开关量顺序控制被使用，它按照逻辑条件〔即实现编制好的程序〕进展顺序动作，并按照逻辑关系进展连锁保护动作的控制，以及大量离散量的数据采集。

在PLC没有出现以前，这些功能是通过继电器控制系统来实现的。

世界上公认的第一台PLC〔即PDD-14〕是美国数字设备公司〔DEC〕于1969年根据美国通用汽车公司的要求研制成功的。

背景：

1968年，美国通用汽车公司〔GM〕为了增强产品在市场上的竞争力，适应汽车型号的不断更新和生产工艺不断变化的需要，实现汽车的多品种、小批量生产和不断翻新汽车品牌的目的。

通用汽车公司〔GM〕希望有一种可编程序的逻辑控制器来取代传统继电器控制装置的要求，这种控制器能做到尽可能减少设计中的错误和用尽可能少的电气控制装置以及电气接线，以减少重复设计率，更好的适应当代生产的需要，以减少故障，降低生产本钱和缩短生产周期。

2.2PLC的特点

1.可靠性高，抗干扰能力强

可靠性作为电气控制设备的重要性能。

PLC也不例外，为了让PLC的可靠性更高，很多厂家都做了一下措施：

⑴在PLC内部电路中，一般将其电路集成化，在生产过程中，应严格的按需要的工艺制造，并运用现在流行的功能模块，将其电路模块化以及参加抗干扰功能，让其拥有更好的可靠性。

⑵在PLC的外部电路上，其电气连接线和开关连接点相对于同等规模的继电器控制系统已经少了很多。

这也使PLC的故障率大大的降低，同时很大程度上使PLC的可靠性大大的提高。

⑶PLC中设置了一些自我诊断、戒备报警和可恢复等功能，在PLC出现故障时能及时的发现，假设发生一些小故障也能自我恢复等。

用户可以通过PLC的应用软件将外部器件的故障诊断程序编入PLC，使整个PLC控制系统中的其他电路和电气设备都能得到有效和及时的保护。

这也使PLC具有极高的可靠性。

⑷在工作方式上，PLC采用了周期扫描、集中采样、集中输出等工作方式极高了自身的扛干扰能力。

2.配套和功能齐全，适应性强

PLC开展到今天，各个生产厂家也形成了各自不同大小规模的系列化产品。

这些产品能有效的满足市场中不同规模的工业自动化控制场合。

由于PLC本身具有很强的数据运算能力和速度以及可编程控制器的网络通信能力的提高，所以它能适应不同的工业自动化控制领域。

3.简单易学，方便易用，受到工程技术人员的好评

作为现代通用的工业自动化控制计算机。

PLC的汇编语言相对于计算机更简单易学，使用起来也很方便以及接口简单很容易被熟悉电气知识的和不熟悉的用户所掌握。

它可以用相对于继电器少很多的接线和开关量就能实现传统继电器控制系统的功能。

为用户翻开了方便之门。

2.3PLC的组成及其工作原理

2.3.1PLC的组成

PLC的组成：

PLC的种类很多，其根本功能和指令也有差异，但是其根本构造和工作原理那么XX小异。

一般由CPU板、I/O接口电路、存储器、扩展接口、电源、显示面板等硬件组成。

其硬件简化框图如下：

图2.1PLC硬件简化图

2.7PLC选型

本次设计我选用的是日本三菱公司生产的FX2N系列的PLC。

三菱公司作为日本生产PLC的主要厂家之一。

该公司生产的FX2N系列的机型，属于高性能叠装式机型，是目前三菱公司最先进的PLC产品，FX2N系列PLC具有数十种编程元件，能满足本次设计。

FX2N系列PLC编程元件的编号分为两局部：

第一局部是代表功能的字母。

如输入继电器用“X〞表示、输出继电器用“Y〞表示。

第二局部为数字，数字为该类型器件的序号。

根据所需的用户输入输出设备及I/O点数，选择我们实验室的FX2N-32MR型来满足控制系统的要求。

图2.3FX2N系列PLC

2.7.1FX2N系列PLC的功能及根本性能

FX2N系列是FX系列PLC家族中最为先进的一个系列。

由于FX2N系列具备如下特点：

最大范围的包容了标准特点、程式执行更加快速、全面补充了网络通信功能、更适合世界各国不同的电源和更好的满足了单个需要的大量特殊的功能模块，它可以为你的工厂工业自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

其中为很多特殊功能是为实际运用而开发的，通过这些特殊功能满足了工业生产范围内的不同需求，如模拟I/O、计数器。

网络和数据通信可以连接到了世界上最流行的开放式网络〔DeviceNet〕或者采用传感器层次的网络解决用户的通信需要。

其他功能如下表：

表2.1FX2N功能表

内置24V的直流电源

24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。

快速断开端子模块

因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。

时钟功能和小时表功能

在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。

时间设置和比较指令易于操作。

小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。

持续扫描功能

为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。

输入滤波器调节功能

可以用输入滤波器平整输入信号〔在根本单元中x000到x017〕。

注解记录功能

元件注解可以记录在程序存放器中。

在线程序编辑

在线改变程序不会损失工作时间或停顿生产运转。

RUN/STOP开关

面板上运行/停顿开关易于操作。

远程维护

远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据

密码保护

使用一个八位数字密码保护您的程序。

2.7.2FX2N系列适用范围

FX2N系列在自动化控制系统中充分地发挥了其强大的功能。

它的使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制系统到更复杂的自动化控制系统。

PLC的应用领域非常的广泛，它覆盖了所有与自动化检测和控制相关的工业及民用领域，如各种机床、机械、电力设施、民用设施、中央空调、电梯控制、运动系统、环境保护设备等。

第3章装配流水线的PLC控制程序设计局部

3.1设计任务

通过毕业设计了解PLC控制的企业装配流水线根本原理以及工作流程，设计PLC控制实现的模拟装配流水线系统，控制多工位装入、多工位装配、单工位入库等操作。

⑴以自动化实验中心综合实训室的网络型可编程序控制器实训平台为研究对象，了解控制对象构造组成，熟悉控制对象实际工作流程，确定受控对象与PLC间关系，估计程序步数；

⑵运行框图、硬件接线图绘制；

⑶画出PLC控制的梯形图；

⑷编制出语句表；

⑸输入指令并修改更正程序；

⑹调试运行并反复设计验证；

⑺整理设计思路、总结设计成果。

3.1.1装配流水线的PLC控制系统的工作原理

本次设计主要目的是实现饮料装瓶流水线。

通过PLC程序控制流水线的电气局部，实现饮料瓶的传送、装瓶、盖盖、贴签和入库、单周期或连续循环的功能。

当饮料瓶被传送到操作工位或者仓库时，通过光敏传感器反响给PLC一个信号，促使传送带停顿运行。

此次装配流水线的工作流程图如下:

图3.1装配流水线的工作流程图

3.1.2控制要求

本次设计的装配流水线有传送、装瓶、盖盖、贴签和成品入库生产线操作工序，用8盏灯来模拟；

并有启动、移位和复位按钮进展操作。

采用FX2N系列PLC进展控制，实现手动和自动的装瓶流水线工序控制。

⑴按下启动按钮后，按以下规律显示：

D→E→A→D→F→B→D→G→C→D→H→D→E→A→D→F→B→D→G→C→D→H→D→E……循环，G表示用来传送的加工物品以及传送的方向，每次亮1秒；

D、E、F分别表示传感器，每个灯每次亮1秒；

A是操作1，B是操作2，C是操作3，H是仓库，每个灯每次都点亮3秒，表示其操作所需的时间；

〔注：

饮料灌注量为固定值〕

⑵按下移动按钮后，传送带开场移动〔移动指示灯G点亮，每次点亮1秒熄灭〕；

⑶按下复位按钮后，系统复位，只有再次按下启动按钮后，系统才能再次启动。

装配流水线的模拟控制图如下所示：

图3.2装配流水线模拟控制图

3.2硬件设计

3.2.1输入/输出端口配置

表3.1I/O端口分配表

输入

输出

设备

端口编号

启动按钮

X0

A

Y0操作1

移动按钮

X1

B

Y1操作2

复位按钮

X2

C

Y2操作3

D

Y3传送

E

Y4传感器1

F

Y5传感器2

G

Y6传感器3

H

Y7入库

3.2.2PLC的外部接线图

此次设计的外部接线图如图3.3所示。

左边为输入主要由3个点动开关组成。

这3个开关X0、X1、X2分别实现了启动、移动和复位的功能。

右边为输出局部主要由8个LD灯组成。

通过LD灯的闪烁能直观的观察程序运行情况。

图3.3PLC的外部接线图

3.3梯形图分析

图3.4〔a〕程序启动

图3.4〔a〕是为程序开场运行和传送（D）实现通断而设计的。

PLS:

上升沿微分输出指令,在输入信号上升沿产生脉冲信号。

只能作用于Y与M，在输入信号接通或断开的一个周期内置位为“1〞；

SET：

置位指令，使动作保持；

M8000为运行监视继电器。

当PLC处于RUN状态时它始终为ON，相反那么为OFF。

当X000点动接通瞬间，软继电器M0输出一个周期的ON信号。

〔但是开关连续接通对M0没有影响〕；

PLC处于RUN，M8000接通在M0、T4脉冲上升沿、X001脉冲上升沿以及M18接通与T3脉冲上升沿作用下SET将Y0003置位为ON，即传送（D）动作〔灯亮〕。

图3.4〔b〕传送D和传感器E的复位动作

图3.4〔b〕是通过时间继电器T0来实现传送〔D〕的复位和传感器1〔E〕的复位。

RST：

复位指令，使操作保持复位〔清零〕。

当Y003常开闭合，时间继电器T0动作开场计时1秒，在T0的脉冲上升沿的作用下Y003被置位，即传送1〔D〕灯灭；

同时传感器1〔E〕灯亮。

图3.4（c）操作和入库的置位动作

图3.4〔c〕是实现对操作1、2、3和入库的置位动作。

M800