现代生产线PLC测试系统课程设计Word格式.docx
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2.4电磁阀的设备说明7
第三章洗衣机测试系统的设计10
3.1系统的基本设计思路10
3.2控制系统组成元件分析10
3.3电气控制系统主回路设计及线路图设计11
第四章洗衣机测试系统程序14
4.1控制系统的流程分析14
4.2系统编程环境介绍15
4.3PLC程序编制及仿真调试17
参考文献19
第一章绪言
1.1基于PLC的生产线发展
自动生产线是在流水线的基础上逐渐发展起来的,它不仅要求线体上各种机械加工装置能自动地完成预定的各道工序,达到相应的工艺要求,生产出合格的产品,为了能够实现这个目标,可以采用自动输送和其他一些辅助装置,根据工艺顺序把不同的机械加工装置组成一个整体,各个部件之间的动作是通过气压系统和电气制动系统组合起来的,使它能够实现规定的程序而进行自动工作,这种自动工作的机械装置系统被我们称为自动生产线。
现在科学技术日新月异,在工业生产中自动化生产技术也使用得非常的普遍了,并且在电子和机械制造等领域已经研究并生产出许多各种类型的自动生产线,正是因为这些自动生产线的飞速发展和广泛使用,提高了我们的生产效率及产品的质量、改善了工作的条件、降低了能源的损耗、节约了材料等等,在各方各面都获得了显著的效果。
在各个不同的应用领域,不同种类的自动线的结构不同,大小也不同,功能也不同,它们基本都包含检测、机械本体、信息处理、输入、输出接口部分以及执行机构等五部分。
但是不论哪种自动生产线,在功能上都必须能实现控制、运转、驱动和检测等,并且控制功能是电子装置来完成的。
自动生产线在生产中,所有传感器用来检测信号,控制装置再运算、变换、存储其检测信号,再通过其接口电路向执行机构给出指令来实现相应的工作。
传感器检测生产线上位置、温度、压力、流量等信号,来让信息处理部件分析处理,驱动功能是液压缸电动机、电磁阀、气压阀、机械手等执行部件实现的。
其机械部分是自动生产线的主体部分。
自动化生产线是产品生产过程所经过的路线,即从原料进入生产现场开始,经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线。
狭义的生产线是按对象原则组织起来的,完成产品工艺过程的一种生产组织形式,即按产品专业化原则,配备生产某种产品(零、部件)所需要的各种设备和各工种的工人,负责完成某种产品(零、部件)的全部制造工作,对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。
1.2PLC的应用及目前状况
1969世界第一台PLC在美国数据设备公司诞生。
1975-1976年,德国、日本、美国等将微处理器作为控制器的中央处理单元应用到PLC中,并且去掉磁心存储器改用了集成电路的存储器,结合了微型计算机的技术与电控制器技术,从而实现了可编程控制器的规模集成化,使得处理器更能适用工业环境,更加的可靠,功能也更加强大,更加的灵活,成本却大大下降,从而使得PLC进入了实用阶段。
随着科技的不断进步,PLC的性能也飞速增强,其应用和研究现状主要在以下方面体现:
1.控制规模的扩大,控制大型机的规模越变越大,开关量高的达到了几万。
2.组成模块的增多,现在PLC己经新增了很多模块,如PDI控制、温度以及运动模块等等。
3.开放性和互操作性大大发展,在PLC的发展过程中,制造商为了垄断和扩大各自市场,都各自发展自己的标准,开放是发展的一个趋势,各厂商都意识到这一点,并形成了长时期的妥协与竞争,这一过程还将继续。
4.工作速度的提高可以对系统实现实时控制。
5.联网的能力增强,由于通信、信息及控制技术的大力发展,联网也得到了的发展,己经可以实现的远程控制。
正是由于这些性能、使得工业系统可以实现远程化、自动化、控制信息化及智能化。
现在应用在不断前进,尤其在运动控制、模拟量控制及驱动控制上广泛使用,已经成为现在系统工作自动化中最有效的工具之一了。
第二章测试系统传感器说明
2.1电感式接近开关的设备说明
电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量(如位移、压力、流量、振动等)转换成线圈自感系数L或互感系数M,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。
电感式传感器具有结构简单、工作可靠、测量精度高、零点稳定、输出功率较大等一系列优点,其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约,传感器自身频率响应低,不适用于快速动态测量。
这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,在工业自动控制系统中被广泛采用。
电感式接近开关传感器可以检测从传感器侧向水平接近的被测体,也可以检测从传感器迎面垂直接近的被测体。
被测体接近传感器到传感器开关动作的距离为动作距离;
不受温度和电压上下浮动影响的动作距离为实际的工作距离。
传感器在工作中存在着动作距离与复位距离的差值,被称为动作带差。
被测量体进入或退出检测有效范围时将出现动作上的时间延迟,称为相应时间。
在传感器的应用中,应根据实际情况考虑这些参数对检测结果是否有影响。
电感式接近开关传感器,是一种利用涡流感知物体接近的器件。
它的敏感元件为检测线圈,它是振荡电路的一个组成部分,在检测线圈的工作面上存在一个交变磁场。
当金属物体接近检测线圈时,金属物体就会产生涡流而吸收振荡能量,使振荡减弱直至停振,振荡与停振这两种状态经检测电路转换成开关信号输出。
电感式接近开关传感器的电气指标:
1.工作电压:
是指电感式接近开关传感器的供电电压范围,在此范围内可以保证电感式接近开关传感器安全工作。
2.工作电流:
指电感式接近开关传感器连续工作时的最大负载电流。
电压降:
是指在额定电流下开关导通时,在开关两端或输出端测量得到的电压。
3.空载电流(消耗电流):
是指在没有负载时,测量所得的电感式接近开关传感器自身所需的电流。
4.剩余电流(漏电流):
是指开关断开时,流过负载的电流。
5.极性保护:
有防止输入电源电压极性误接的保护功能。
6.短路保护:
有此功能时,如果超过极限电流,输出会周期性地封闭和释放,直至短路被清除。
2.2电容式接近开关的设备说明
电容式传感器是利用电容器的原理,将被测非电量转化为电容量的变化,进而实现电量到非电量的转换。
电容式接近开关传感器是根据从振荡电路取出的电极的电容变化,时振荡开始或停止,从而达到检测信号的目的。
振荡电路以外的电路结构与高频振荡式接近开关相同。
除了棉花和发泡苯乙烯等介电系数低的物体之外,电容式接近开关传感器检测的对象是很多的,静电电容式接近开关易受水和油的影响,在使用中,应注意这一点。
静电电容式接近开关能胜任其他方式不能检测的场合。
细金属丝的检测:
检测小型继电器等使用的铜丝(电磁铁)是否正常。
使用高灵敏度埋入型,在检测Φ0.03mm铜丝时,动作距离为5mm。
袋装食品的检测:
检测形状复杂的袋装食品时,在必须水洗的机器中使用防湿型的接近开关时,要防止残留水滴引起误动作。
液体、粉状体的间接检测:
通过木箱、纸箱、玻璃瓶等非金属容器的外壁,检测其中被测物体的有无及其所在的表面位置。
电容式接近开关传感器灵敏度的调整:
要考虑电容式接近开关传感器结构本身静电电容的影响,其内部安装有灵敏度调节电位器;
当接近开关和被检测体之间有不灵敏的物体时,调节这个电位器,可使接近开关不检测夹在中间的物体,此外还可用此电位器调节工作距离。
图2-1平板电容器
塑料和玻璃的检测:
检测塑料和玻璃上有无异物,而不管其颜色和表面状态,被检测体较小应采用灵敏度高的电容式接近开关传感器;
塑料种类不同时灵敏度也不同,因此必须进检测。
当被检测体种类多时,要随时进行灵敏度的调整。
固液体、粉状体等的直接检测及水、粉尘的表面位置检测:
采用防湿型电容式接近开关传感器,不要让水和粉末附在检测面上。
2.3继电器的设备及微动开关的设备说明
加盖单元中用到继电器的主要部分是:
摆臂动作的水平方向上的运动。
水平运动动力依靠直流电机,而继电器在此处的应用就是实现这两个电机的正反转控制,也就是摆臂的运行和复位的控制。
通过继电器的吸合和断开,实现电压的正负变化,达到控制电机正反转的目的。
继电器是根据电流、电压、时间、温度和速度等信号的变化,来接通或断开小电流电路和电器的控制元件。
常用的继电器有热继电器、过电流继电器、欠电压继电器、时间继电器、速度继电器、中间继电器等。
按作用它们分为保护继电器和控制继电器两类:
其中热继电器、过电流继电器、欠电压继电器属于保护继电器;
时间继电器、速度继电器、中间继电器属于控制继电器。
微动开关由一个定触点和一个动触点组成,通过动触点的动作,实现微动开关的断开和闭合的过程。
在本设计中的应用是:
采用限位开关作为PLC中控制电机正反转的条件,当摆臂取、放件时只有碰到行程开关时才认为摆臂到位,(且PLC上有相应的输入指示灯显示)方可启动电机或控制电机正反转。
同时也启到保护电机的作用。
2.4电磁阀的设备说明
电磁铁,它是电磁阀的主要部件之一,其作用是利用电磁原理将电信号转换成阀芯的位移。
电磁铁的结构可分为T型、I型和平板型,T型电磁铁为减少铁损,用高磁通的硅钢片叠制成,能够获得较好的效率和较大的吸引力,但所需的行程和体积较大,主要用于行程较大的直动式电磁阀。
I型电磁铁适用于直流电磁铁和小型交流电磁铁,用圆柱形普通材料制成,其铁心的端面通常制成平面装货圆锥状。
与T型电磁铁相比,I型电磁铁的吸力小,行程较短。
圆柱形铁心的重量轻、吸引时的冲击较小,所以使用寿命长,主要用与小型直动式和先导式电磁阀。
更换安装电磁阀:
如有一电磁阀损坏了,需要更换一个电磁,可按照下列步骤安装电磁阀。
①切断气源,用螺丝刀拆卸下已经损坏的电磁阀。
②用螺丝刀将新的电磁阀装上。
③将电气控制接头插入电磁阀上。
④将气路管插入电磁阀上的快速接头。
⑤接通气源,用手控开关进行调试,检查气缸动作情况。
图3-1S7—200的外形结构
由图示可知,虽然PLC的外观与通用计算机有较大差别,但在内部结构上,PLC只是像一台增强了I/0功能的可与控制对象方便连接的计算机。
在系统结构上,PLc的基本组成包括硬件与软件两部分。
2.典型PLC的硬件结构
PLC的硬件部分由中央处理器(CPU)、存储器、输入接口、输出接口、通信接口、电源等构成,图示是典型PLC结构简图;
PLC的软件部分由系统程序和用户程序等构成。
在内部结构上,CPU模块由中央处理器(CPU)、存储器、输入端口、输出端口、通信接口、电源等构成,每个部分的功用不同,与通用微机CPU一样,CPU在PLC才系统中的作用类似于人体的神经中枢。
PLC系统中的存储器按作用可分为三类:
系统程序存储器、用户程序存储器、功能存储器~(数据区)。
4.通信接口
S7—200PLC系列PLC整合了一个或两个RS一485通信接口,既可作为PG(编程)接口,可也作为OP(操作终端)接口,如连接一些HMI(人机接口)设备。
支持自由通信协议及PPI(点对点主站模式)通信协议。
5.电源
S7—200PLC本机单元有一个内部电源,它为本机单元、扩展模块以及一个24VDC电源输出,每一个S7—200CPU模块向外提供5VDC和24VDC电源。
●CPU模块都有一个24VDC传感器电源,它为本机输入点和扩展模块继电器线圈提供24VDC。
如果电源要求超出了CPU模块24VDC电源的定额,可以增加一个外部24VDC电源来供给扩展模块的24VDC。
●当有扩展模块连接时CPU模块也为其提供5V电源。
如果扩展模块的5V电源需求超出了CPU模块的电源定额,必须卸下扩展模块,直到需求在电源预定值之内才行。
若电源要求超出CPU模块预算,将不能连接CPU允许的最大数目的模块。
将S7—200DC传感器电源与外部24VDC电源采用并联连接时,将会导致两个电源的竞争而影响它们各自的输出。
这种竞争的结果会缩短设备的寿命,或者使得一个电源或两者同时失效,并且使PLC系统产生不正确的操作。
第三章洗衣机测试系统的设计
3.1系统的基本设计思路
冰箱地面输送线是把成型的冰箱通过辊道或板链线匀速地输送到每条通电板链线上进行24h通电老化测试,老化过的合格冰箱送到包装板链上进行打包。
整条设备采用人工选线,自动进出的流程,无物流阻塞和干涉现象发生。
能实现进出箱自动计数,进满线停止并报警,具有计数显示、拔盘预置、端头保护、无推挤箱等电气保护措施。
几条老化线的进出可实现三种人工选线操作,在同一时间,不能有两条线同时选进或选出,可以一条进另一条出(即一条选单进,另一条选单出),或一条线边进边出(即同进同出)。
输入、输出主要对象为拔盘开关、行程开关、光电传感器、主令开关,电磁阀、交流异步电机(接触器)、蜂鸣器、数码显示、指示灯。
自动控制的方式很多,因为冰箱生产线是流水线作业,所以本设计只是一个顺序控制,并无其他的复杂控制要求,所以选用PLC控制系统就足以满足设计要求。
在生产过程中,按照不同的生产要求,我们设计了三种传输方式,即工艺流程要求所示。
由于工业生产是按照订单来安排生产的,所以当订单少时选择正常速度运行传输线,而在订单较多时,选择快速传输方式。
根据以上要求,就需要应用变频器在生产线电机的控制中。
本设计中变频器不需要PLC的控制,只要在变频器中设置好两种速度即可。
为了保证流水作业,我们在靠近移栽机上游不远处加装对射型光电开关,用于保证冰箱在移栽机将其移动时冰箱不至于碰撞,此刻主流水线的电机停止工作。
在移栽机的下边沿处,加装反射式光电开关,其作用是准确定位冰箱是否处于移栽机正上方。
当处于正上方时,电磁阀通电,移栽机工作,将冰箱移动到横向传输线线上。
在横向传输线上的起始位置处
有一对射式观点开关,用其检测冰箱是否完全移动到横向传输线上。
横向传输线末端也有一光电开关,起作用根据进出方式的不同而不同。
当其为同进同出方式时,这个光电开关用来给移栽机一个信号,告诉其要接机了,并使下行主传输线电机停止工作,这也是防撞设计的考虑。
在移栽机的右侧有一对射式光电开关,作用也是检测冰箱是否完全处于移栽机正上方。
当处于正上方时,此光电开关给出信号,主线电机工作,电磁阀失电返回原位。
主线下游处装有一光电开关,也是为了使冰箱之间保持一定的距离。
其他线也如此设计。
PLC的模拟量调试主要涉及系统DIP开关状态设置、输入和输出模拟量形式以及范围选择、模拟量采集结果的处理等环节,调试时可先调开环系统,然后根据测速装置反馈电压和转速的关系,通过软件判断调节模拟量单元的输出信号大小,实现闭环调速系统。
3.2控制系统组成元件分析
整个地面输送系统的输送线的布局如图1所示,其中的数字代码为对应的电动机在PLC中所对应的输入输出代码。
两条主输送线分别为A和B,其余四条分别为C、D、E、F。
小圆圈代表着对射式光电开关及其所在的位置,小三角形代表着反射式光电开关及其位置。
1、2......8分别代表着移栽机及其所处位置。
图3.1冰箱的地面输送线控制系统布局及端PLC接线端口地址
3.3电气控制系统主回路设计及线路图设计
电气控制系统主回路是由电源线及被控制的电机组成,部分接线图如下图所示。
电路图分析:
首先是三相电源线,是动力线。
在主回路电气原理图中我们主要用到了低压断路器、熔断器、热继电器、变频器、接触器等这些元件,通过这些元件的共同作用线路在正常情况下工作。
熔断器FU,其是一种利用热效应原理工作的电流保护电器,使用时将其串接在被保护电路中,当电路发生短路故障时熔体被瞬时熔断而分断电路,其主要用于短路保护。
热继电器FR,其是利用测量元件被加热到一定程度而动作的一种继电器,主要用于三相电机的过载保护。
接触器KM,它是一种适用于在低压配电系统中远离控制,频繁操作主电路及大容量控制电路的自动控制开关电器。
低压断路器QF是低压配电网中的主要电器开关之一,它不但可以接通和分断正常负载电流、电动机工作电流和过载电流,而且还可以接通和分断短路电流,对线路、电器设备及电动机等实行保护。
变频器直接接到电机上,不需要PLC对其进行控制。
主六条输送线均需要的电机均需要用变频器控制,而移栽机只是个小电机,工作过程简单,不需变频器对其控制。
此图只是画出了部分电气接线,其他类似部件接线与此类似。
图3.2电气控制系统线路图
本设计的控制系统线路图如下所示.其包括PLC作为主控设备,其余为外围设备。
操作台、电磁阀、电动机、光电开关为输入输出设备,PC机是做上位机,用作编程及监控。
在PLC实际接线中,应有电源办公输入线,通常为220V、50HZ交流电源,允许电源电压有一定的浮动范围。
并且必须有保护装置。
如果是干扰较强或对可靠性要求很高的场合,应在PLC的电源输入端加装带屏蔽的隔离变压器和低通滤波器。
PLC输出端接有线圈和电磁阀等感性元件时必须加保护电路,例如在电路中并接阻容吸收回路或续流二极管。
电气控制系统线路框图如下图,具体接线图见附录一。
图3.3地面输送线控制制系统框图
第四章洗衣机测试系统程序
4.1控制系统的流程分析
在PLC控制系统应用中,梯形图的设计是最主要的问题,它是计算机程序设计与电气控制设计思想结合的产物,有替代设计法、逻辑代数设计法、程序流程图设计法、功能模块设计法四种主要设计方法。
本设计是顺序动作过程,采用程序流程图设计法编制PLC系统软件,程序工作过程可用流程框图表示。
用此方法编程只要对各个工序进行简单的顺序设计就能保证机械正确动作,使用者也能很容易理解全部动作过程,能自动执行对各个工序的监视,试运行调整及故障检查非常方便,尤其是大大地减轻了编程的工作量,缩短了软件系统设计时间。
根据系统的设计要求,我们分析了系统工作方式,并以此设计了如下的流程图,如图6。
图4.1
系统程序流程图(此为一条板链生产线的流程,其他三条亦然)
系统开始运行时,要先检测故障按钮和急停按钮的情况。
若有故障,故障输出点输出,同时将系统运行点、传送带运行点复位,将相应的定时器和计数器也复位。
当有紧急情况按下急停按钮00201时,急停点00201输出,同时复位相应的定时器。
系统通电后,若没有急停和停止按钮按下,输送带开始运行。
辊道A向下运行,将冰箱向下输送。
当用于位置检测的光电传感器02000发出信号时,即说明有冰箱到达,当此信号停止时,说明冰箱正在向移栽机正上方移动。
当反射式光电开关发出信号时,冰箱已移动到移栽机正上面的位置,此刻电磁阀接受到反射式光电开关发出的信号得电,用移栽机将冰箱顶起,然后移栽机上小电机运行,将冰箱送至副传输线。
冰箱被送至至板链输送带上,当接收完一台冰箱后,起始位置的对射式光电传感器发出一个信号,表示接收完毕,并给电磁阀一个信号,让移栽机返回且使辊道继续运行。
处于板链输送带的尾部的光电开关用于给接机的移栽机一个信号,告诉其要接机了,并使辊道电机停转。
对射式光电开关发出信号,表示冰箱处于移栽机正上方,可以使电磁阀失电返回了。
当冰箱流到下个位置检测处时,这时可以使移栽机从新接机。
通过三种工作方式所对应的三个按钮的选择,来选择工作方式。
流程图中的停止信号包含两层含义,急停还是停止。
通过对停止信号的判断,看是板链货物已满还是紧急停车来选择下一步的工作方式。
若是货物已满,则是02005发出的信号,对应的输出移栽机动作,接箱并下行。
C,D,E,F输送带的工作过程都如上面所述。
4.2系统编程环境介绍
CX-Programmer是OMRON公司新的编程软件,他可完成用户程序的建立,编辑,检查,调试以及监控,同时还具有完善的维护等功能,使得程序的开发及系统的维护更为简单快捷。
CX-P编程软件的主要功能
CX-P编程软件可以实现梯形图或语句表的编程,编译检查程序,程序和数据的上传及下载,设置PLC的设定区,对PLC的运行状态或内存数据进行监控和测试,打印程序清单,文档管理等功能。
CX-P编程软件界面包括标题栏,菜单栏,工具条,状态栏以及五个窗口。
文件菜单条可完成如新建,打开,关闭,保存,页面设置,打印预览,打印设置等操作。
编辑菜单提高编辑用的各种工具,如剪切,复制,粘贴等或数据块操作,及查找,替换,删除,微分等功能。
其图形界下图
图4.2CX-P编程软件界面
工具条是将CX-P编程软件中最常用的操作以按钮形式出现,提高更加快捷的鼠标操作。
工程窗口中,以分层树状结构显示与工程相关的PLC和程序细节。
以个工程可以生产多个PLC,美俄PLC包含符号表,设置,内存,程序等内容,。
工程窗口可以实现快速编辑符号,设定PLC,以及切换各个程序段显示。
图标工作窗口用于编辑梯形图程序或语句表程序,并可以显示全局变量或本地变量等内容。
在查看窗口中,可以同时显示多个PLC中某个地址编号的继电器的内容,以及他们的在线工作情况。
状态栏在编辑时提供一些有益信息,包括PLC工作模式,CPU类型,PLC连时的循环时间及错误信息。
用CX-P编程软件编制用户程序可以按一下步骤进行:
启动CX-P软件,建立新的工程文件,绘制梯形图,编译程序,下载程序和监视程序运行等。
建立新的工程文件,单击文件菜单中的“新建”命令,或者点击工具条上的新建按钮来创建新的工程。
此时屏幕上出现下图对话框进行PLC的设置。
图4.3新建命令界面
1在“设备名称”栏中键入新建工程的名称2在“设备型号”栏中选择PLC的型号,然后再点击右边的设置按钮,设置PLC的型号和程序容量等内容。
3在“网络类型”中选择PLC的网络类型,一般采用默认值。
4在“注释”栏中输入与PLC有关的注释。
完成以上设置后,单击确定按钮,显示编程软件的操作界面,如图
所示:
图4.4编程软件的操作界面
4.3PLC程序编制及仿真调试
PLC软件的主要功能是对提升机的启动、加速、减速、停车等过程控制、信号采集、逻辑处理。
PLC软件设计采用模块化结构,程序编制采用梯形图。
上位机软件主要对系统运行状态、故障状态实时监控,对运行数据、故障数据进行存储和记忆。
PLC
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