完整生产线自动装箱的PLC控制系统设计.docx

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完整生产线自动装箱的PLC控制系统设计

（完整）生产线自动装箱的PLC控制系统设计

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酒泉职业技术学院

毕业设计（论文）

2012级机械制造与自动化专业

题目:

生产线自动装箱的

PLC控制系统设计

毕业时间：

二O一五年六月

学生姓名：

宋志远

指导教师：

赵雅芸

班级:

12机制班

2014年12月11日

生产线自动装箱的PLC控制系统的设计

摘要:

在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数和包装，如果这些繁杂的工作由人工完成的话不但效率低，而且劳动强度大，不适合现代化的生产需要.本文主要对基于生产线自动装箱的PLC控制系统进行了详细的分析与设计。

本控制系统具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单等特点，具有良好的应用价值。

关键词:

PLC；现代化；自动；控制；系统

一、设计任务

对生产线上某种产品自动按指定数量装箱，产品箱装箱前及装箱后都由传送带传送。

生产线自动装箱控制装置示意图如图所示,生产产品由传送带A传送，装入由B传送的空箱中。

每12个产品装入一箱,当传送带A传送12个产品装入一箱后,传送带B将该箱产品移走,并传送下一个空箱到指定位置等待传送带A传送来的产品。

图1生产线自动装箱控制装置示意图

用PLC控制要达到以下要求：

1。

按下控制装置启动按钮后,传送带B先启动运行,拖动空箱体前移至指定位置，达到指定位置后,由SQ2发出信号,使传送带B制动停止.

2.传送带B停车后，传送带A启动运行，产品逐一落入箱内，由传感器检测产品数量，当累计产品数量达到12个时，传送带A制动停车，传送带B启动运行。

3。

上述过程周而复始进行，直到按下停止按钮，传送带A和传送带B同时停止。

4.应有必要的信号指示，如电源有电、传送带A工作和传送带B工作等。

5。

传送带A和传送带B应有独立点动控制，以便于调试和维修.

生产线自动装箱工作流程图如下图所以。

图2生产线自动装箱工作流程图

二、传感器的设计

（一）光电传感器概述

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。

它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号.光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单,形式灵活多样，因此光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。

光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。

它可用于检测直接引起光量变化的非电量,如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度,以及物体的形状、工作状态的识别等.光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。

新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页.

由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件（光学测控系统）输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换光电传感器成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法可分为透射（吸收）式，漫反射式，遮光式（光束阻档）三大类。

所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物，部份被吸收后，透射光投射到光电元件上:

所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上：

所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射到光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置有关。

（二）光电传感器的工作原理

1。

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

2。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：

发送器、接收器和检测电路.

3.发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。

接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成.在接收器的前面,装有光学元件如透镜和光圈等。

在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

（三）分类和工作方式

1。

槽型光电传感器

把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧组成槽形光电。

发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。

但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡,光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通电流,从而完成一次控制动作.槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般有几厘米。

2.对射型光电传感器

把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大，一个发光器和一个收光器组成对射分离式光电开关,简称对射式光电开关。

对射式光电开关的检测距离可达几米乃至几十米.使用对射式光电开关时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。

3。

反光板型光电开关

把发光器和收光器装入同一个装置内，在前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用，称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。

正常情况下，发光器发出的光源被反光板反射回来再被收光器收到；一旦被检测物挡住光路,收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号.

4。

扩散反射型光电开关

扩散反射型光电开关的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但扩散反射型光电开关前方没有反光板。

正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。

在检测时，当检测物通过时挡住了光,并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。

三、计数器介绍

（一）计数器的原理

计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。

例如,计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。

1。

计数器的类型

计数器的种类很多，按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器;还有可预制数和可编计数器等等。

计数器分类按计数脉冲引入方式，分为同步和异步计数器；按进位制,分为二进制、十进制和N进制计数器；按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器；按集成度，分为小规模与中规模集成计数器.

四、控制系统硬件设计

根据自动装箱系统的控制要求，系统应有手动控制和自动控制功能.系统的具体设计过程如下：

（一）I/O点数的估算

1。

系统输入信号

启动（SB1）按钮，需要1个输入端；

停止（SB2）按钮,需要1个输入端；

手动控制时，传送带A（KM1）和传送带B（KM2）独立点动控制按钮（SB5,SB6）需要2个输入端

产品数量检测信号SQ1和空箱位置检测信号SQ2，需要2个输入端；

以上共需6个输入信号点.

2。

系统输出信号

传送带A（KM1）和传送带B（KM2）,需用2个控制输出端KM1和KM2;

B带指示灯（L1）和装箱指示灯（L2）、电源（L3）以上共需5个输出信号点。

所以系统的输入输出点数为11点。

（二）PLC型号的选择

1。

PLC选型原则

为了以后系统能够升级或拓展，一般在系统设计的基础上应该多10％-15％。

所以该系统的输入输出点数为16点。

根据三菱PLC选型表，选择的PLC为三菱FX2N-16MR—001。

2.PLC选型

表1PLC的选型

型号

总点数

输入点数

输出点数

输出方式

尺寸

FX2N—16MR—001

16

8

8

继电器

157＊87*90

3.I/O分配表

表2I/O分配表

输入

输出

功能

符号

编号

功能

符号

编号

自动控制按钮

SB1

X0

传送带A

KM1

Y0

停止按钮

SB2

X2

传送带B

KM2

Y1

SQ2输入

SB3

X3

B带指示灯

L1

Y2

SQ1输入

SB4

X4

装箱

L2

Y3

B带点动按钮

SB5

X5

电源

L3

Y4

（三）主电路图

图3主电路图

（四）外部接线图

图4外部接线图

五、控制系统程序设计

（一）程序梯形图

图5梯形图

（二）程序指令表

表3程序指令表

0

LD

X100

18

OUT

C0

K12

1

LD

Y000

21

LD

2

ANI

M0

22

LD

3

ORB

23

ANI

4

OR

C0

24

ORB

5

OR

C0

25

OR

6

ANI

X002

26

ANI

7

ANI

X005

27

ANI

8

ANI

X001

28

ANI

9

OUT

Y000

29

OUT

10

OUT

Y002

30

OUT

11

LD

X004

31

LD

12

OUT

M0

32

OUT

13

LD

X002

33

LD

14

OR

C0

34

OUT

Y004

15

RST

C0

35

END

17

LD

X003

36

NOP

六、结论

对于本次设计，成功采用PLC控制多个传送带的工作，完成了本次设计任务的基本要求,经过多次的调试,该系统性能稳定、可靠、冗余性强，可以很好地适用于连续工作。

本次设计的生产线自动装箱PLC控制系统，其硬件结构简单，成本低廉，响应速度快，性能、价格比很高，和单片机系统相比具有极高的可靠性,具有良好的市场应用价值。

本系统解决了传统以继电器控制硬件电路的方法，采用人机界面取代继电器，通过软件的方式控制硬件电路.由于PLC具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单,维护方便，通讯灵活等优点。

但是该设计尚有不足,还有很多的扩展功能没有实现,例如对产品计数错误的检测功能等等.通过这次设计，使我对自动控制设计有了更深刻的认识,也使自己的动手能力和方案设计的思路有了更进一步的提高,同时也更加熟悉了本专业的设计软件。

对PLC的功能也有了进一步的认识，了解了不同型号的PLC以及相关的编程软件.在完成这个题目的过程中，我遇到了一些困难，也走了很多弯路。

但通过不断的努力和同学们的大力支持,以及指导老师的悉心教导,我克服了困难完成了本次设计，同时我也获得了很多宝贵的经验，学到了很多新的知识。

参考文献:

［1］程周.可编程序控制器原理与应用［M］．北京：

高等教育出版社