基于S7200PLC在车间物料运输上的应用论文.docx

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基于S7200PLC在车间物料运输上的应用论文

本11机制毕业生毕业论文

题目:

基于PLC在车间物料运输上的应用

院系名称：

电子电气工程系

专业班级：

本11机制电

学生姓名：

学号：

指导教师：

XXXXX

教师职称：

讲师

201X年X月X日

摘要

工业的发达程度是衡量一个国家综合国力的标准。

而PLC控制是目前工业上最常用的自动控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣环境，因此，在工业上优于单片机控制。

PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，专门为工业控制而设计，具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻等一系列优点，因此在工业上的应用越来越广泛。

物料输送线在工厂生产中占据主要地位，它关系到生产是否能够正常进行，因此物料输送线的自动化控制的研究就变的很有必要。

实现自动化的控制不仅可以使劳动力从重体力劳动中解脱出来还可以使生产的过程控制更加准确。

本文主要讲述PLC在物料运输中的应用，利用可编程控制器（PLC），设计效率高、成本低的自动物料运输系统。

以PLC为主控制器，结合气动装置、传感技术、位置控制技术，现场控制物料运输。

本系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点。

关键词：

PLC、步进电机、传感器

TitleApplicationofPLCintheworkshopmaterialtransportbasedon

Abstract

Industrydevelopeddegreeisthemeasureofacountry'scomprehensivenationalstrength.AndPLCcontrolarethemostcommonlyusedindustrialautomaticcontrolmethod,becauseofitseasytocontrol,abletowithstandharshenvironment,therefore,issuperiortothesinglechipmicrocomputercontrolinindustry.PLCwillbethetraditionalrelaycontroltechnology,computertechnologyandcommunicationtechnology,designedspecificallyforindustrialcontrol,withstrongfunction,generalflexible,highreliability,strongadaptabilitytoenvironment,simpleprogrammingandeasytouseandaseriesofadvantagessuchassmallvolume,lightweight,somoreandmorewidelyusedinindustry.

Conveyingline,occupiedthemainpositioninthefactory,itisrelatedtowhethercannormalproduction,sothematerialconveyorlineautomationcontrolresearchhasbecomeverynecessary.Automatedcontrolcannotonlymakelaborfreedaheavierphysicallaborcanalsomaketheproductionprocesscontrolmoreaccurate.

ThisarticlemainlytellsthePLCapplicationinmaterialhandling,usingprogrammablecontroller（PLC）,designofhighefficiency,lowcostofautomaticmaterialhandlingsystem.IsgivenprioritytowithPLCcontroller,combinedwithpneumaticdevice,sensingtechnology,positioncontroltechnology,on-sitecontrolmaterialhandling.Thissystemhasahighdegreeofautomation,stableoperationandthecharacteristicsofhighprecision,easytocontrol.

Keywords：

PLCsteppermotorsenseorgan 

目次

1绪论5

1.1引言5

1.2设计的目的和意义5

1.3系统的总体方案6

2物料运输控制系统的原理6

2.1PLC简介6

2.2EAN码及条码扫描仪10

3物料运输控制系统的硬件选型12

3.1电机及变频器的选型12

3.2行程开关的选用14

3.3传送带的选用15

3.4传感器选型17

3.5PLC的选择18

4西门子PLC编程19

4.1梯形图的特点及基本绘制规则19

4.2S7-200PLC软件系统与STEP编程软件20

4.3STEP24

5PLC控制器的控制要求及其控制分析26

5.1控制要求26

5.2控制分析26

5.3PLC的I/O分配表27

5.4程序流程图设计28

5.5PLC外部连接图29

5.6PLC程序梯形图29

结论34

致谢36

参考文献37

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1绪论

1.1引言

可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）,简称PLC，它是20世纪70年代以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。

由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动控制的各个领域。

采用可编程控制器来实现物料运输中步进电机的控制从而实现对物料的运输，这可以在一定程度上减少物料运输的人力资源，也可以增加物料运输的效率。

拓展PLC在自动化行业的应用领域，具有一定的经济和理论意义。

PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。

1.2设计的目的和意义

随着社会的发展，各种工厂都应运而生带动经济的发展，同时工厂内的物料运输已经很少有人工运输而是用皮带来代替，因此对物料输送线的研究变得很有必要，作为自动化专业的学生对这些的研究对将来的工作将有很大帮助。

物料运输主要用的是皮带输送，但现场皮带控制主要是手工操作，为了提高效率，节省人力资源，改善工作环境，将皮带控制这一块由手动改为全自动变得很有必要。

从而，节省人力，提高效率，增长经济效益，实现自动化。

在市场经济条件下，工业企业为提高自身的竞争能力就需要进行技术改造。

在我国，目前国家兴新建项目所占比例较小，而现有企业的技术改造势在必行。

随着科学技术的发展，如何利用现有资金，有效地进行企业的技术改造是一个带有普遍意义的课题。

目前我国的基本建设投资向农业，水利，交通，节能，环保等领域倾斜，而电力，石油，化工，建材等基础工业，在近期内不会有新建大型企业的计划，但要使这些企业的产品在国内外市场上具有竞争能力，使企业提高生产效益，则比改造现有企业的任务还十分繁重。

在企业的改造过程中，工业流程和设备是主要的，但也得相应地进行自动化配套改造。

要完成现有企业的自动化改造任务，必须善于总结经验，充分掌握国外自动化及产品的动态，切实的结合本国，本企业的具体情况加以应用，从而探索一条具有中国特色的自动化道路。

本课题着眼于大型控制系统，根据皮带运输的电气控制设计出一套可行的PLC控制系统。

该技术将节省大量资金，和大大的提高工作效率。

1.3系统的总体方案

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本系统主要是将条码扫描、PLC、步进电机、气压系统等有机结合建立成小型的物料运输系统，实现对货物的分类和存取的功能。

系统布局如图1.1所示。

图1.1物料运输系统布局图

2物料运输控制系统的原理

2.1PLC简介

2.1.1PLC的概述及发展

PLC=ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

是工业控制的核心部分。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制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（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。

　PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，其发展如下：

起源：

1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。

1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14

1971年，日本研制出第一台DCS-8

1973年，德国研制出第一台PLC

1974年，中国研制出第一台PLC

发展：

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

2.1.2PLC的应用特点

1．实现成本低由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。

2．范围广电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。

PLC可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极大的空间。

3．高速率PLC能够提供高速的传输。

目前，其传输速率依设备厂家的不同而4.5M~45Mbps之间。

远远高于拨号上网和ISDN，比ADSL更快！

足以支持现有网络上的各种应用。

更高速率的PLC产品正在研制之中。

4．永远在线PLC属于"即插即用"，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！

5．便捷不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有PLC带来的高速网络享受。

2.1.3PLC的硬件结构

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PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。

其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。

PLC的硬件结构图如图2.1所示。

图2.1PLC硬件结构图

2.1.4S7-200系列可编程控制器（PLC）的工作过程

可编程控制器（PLC）工作流程图，如图2.2所示。

图2.2PLC工作工程

2.2EAN码及条码扫描仪

2.2.1EAN码介绍

EAN码由前缀码、厂商识别码、商品项目代码和校验码组成。

前缀码是国际EAN组织标识各会员组织的代码，我国为690—695；厂商代码是EAN编码组织在EAN分配的前缀码的基础上分配给厂商的代码；商品项目代码由厂商自行编码；校验码为了校验代码的正确性。

在编制商品项目代码时，厂商必须遵守商品编码的基本原则：

对同一商品项目的商品必须编制相同的商品项目代码；对不同的商品项目必须编制不同的商品项目代码。

保证商品项目与其标识代码一一对应，即一个商品项目只有一个代码，一个代码只标识一个商品项目.我国的通用商品条码与其等效。

我们日常购买的商品包装上所印的条码一般就是EAN码。

如图2.3所示。

图2.3条形码

另外，图书和期刊作为特殊的商品也采用了EAN13表示ISBN和ISSN。

前缀977被用于期刊号ISSN，图书号ISBN用978为前缀，我国被分配使用7开头的ISBN号，因此我国出版社出版的图书上的条码全部为9787开.另外，图书和期刊作为特殊的商品也采用了EAN13表示ISBN和ISSN。

前缀977被用于期刊号ISSN，图书号ISBN用978为前缀，我国被分配使用7开头的ISBN号，因此我国出版社出版的图书上的条码全部为9787开。

以条形码6936983800013为例

此条形码分为4个部分，从左到右分别为：

1-3位：

共3位，对应该条码的693，是中国的国家代码之一。

（690--695都是中国的代码，由国际上分配）　　

4-8位：

共5位，对应该条码的69838，代表着生产厂商代码，由厂商申请，国家分配。

9-12位：

共4位，对应该条码的0001，代表着厂内商品代码，由厂商自行确定。

第13位：

共1位，对应该条码的3，是校验码，依据一定的算法，由前面12位数字计算而得到。

首先，把条形码从右往左依次编序号为“1,2,3,4……”从序号二开始把所有奇数序号位上的数相加求和，用求出的和乘3，再把所有偶数序号上的数相加求和，用求出的和加上刚才奇数序号上的数的和乘3的积，然后得出和。

再用大于或等于这个和的最小的10的倍数减去这个和，就得出校验。

2.2.2条码扫描器MS-890特点

Microscan是一家专注于精确的数据采集与控制解决方案，为众多行业的自动化与OEM客户提供服务的全球技术领先公司。

其产品是高精度的仪器。

从高速条码读取这一类业务直到通过机器视觉进行高精度定向、安放和坐标检查，Microscan产品都可靠地执行复杂的数据采集任务。

Microscan在80年代初就以发明第一款激光二极管条码扫描器以及发明二维数据矩阵符号，在自动识别（AutoID）产业掀起了一场革命。

时至今日，Microscan继续在条码读取和机器视觉领域进行新产品开发，仍然是公认的技术领先者。

如图2.4所示。

图2.4扫描器

MS-890是一种重型扫描器，具有极高的灵活性，用于在各种工厂条件下解决大量实际应用。

它每秒解码次数：

400至1000次读取范围；10至120”（254至3048mm）；IP65封装；可选IB-890接线盒它具备经扩展的读码范围以及智能扫描光栅，为线性条码以及堆栈标签提供了强大的读取功能。

多功能和坚实的设计，使MS-890成为理想的工业用扫面器。

读码范围广：

MS-890光学系统的设计，旨在能够以扩展或变化的距离成功读码，例如在传送带或组装区域周围的安全地带或间隙地带进行读码。

可见指示器：

发光LED指示灯位于MS-890对于所有成功读码提供即时视觉确认。

有效读取绿色闪光从前窗投射出，在扫描器的360度范围内清晰可见。

可选接线盒：

IB-890接线盒提供了方便灵活的集成性，不需要任何特殊电缆或连接器。

其功能包括：

•以太网

•插接式继电器模快

•接线条的连接性

•与手持式扫描器的连接性

智能光栅：

MS-890的特色之一是可以为扫描角度和速度进行优化的智能光栅，从而可以读取多个符号15或安置不一致的标签。

自动校准：

自动校准功能可自动确定并选择焦距、增益值和跟踪性能等的最佳读取设置。

条码编程：

可在车间就地更改扫描器，方法十分简单，只需要对准条码并按EZ按钮。

使用此功能可很方便的在多台MS-890扫描器上重复进行设置。

2.2.3MS-890的应用领域

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条码扫描器广泛应用于商业POS收银系统、快递仓储物流、图书服装医药、银行保险通讯等多个领域的需求。

键盘接口，USB接口和RS232接口三种接口可供选择。

产品标配包括扫描枪主机，USB数据线，手册以及白色支架；快递公司\仓储物流\仓库盘点\超市卖场\图书服饰店等,只要有条码的地方就有镭码存在。

而正因MS-890扫描范围广，其广泛应用在轻工业到重工业升降机或传送带。

3物料运输控制系统的硬件选型

3.1电机及变频器的选型

在工业中所使用的大部分电机为感应式交流电机，感应式交流电机的旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。

电机的极数是固定不变的（为2的倍数，例如极数为2，4，6），不是一个连续的数值，所以一般不适合通过改变电机的极数来调整电机的速度。

变频调速是通过改变电动机供电电源频率进行调速的一种方法，频率在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。

近年来，随着电力电子技术、微电子技术、电动机和控制理论的飞速发展，交流电动机调速系统有了很大的提高，变频调速技术已经趋于成熟，用晶闸管或全控型器件组成逆变器，容量从几十瓦到几十千瓦的异步电动机变频调速系统大量投入到工业、商业等领域中应用。

因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。

变频调速器已形成了与电机相配合的不同功率、不同用途的系列化产品，目前产品己经广泛地应用于石油、石化、钢铁、冶金、矿山、机械、纺织、建筑、造纸等行业，适用手水泵、风机、压缩机、机床等产品的电机调速。

低压通用变频器输出电压为380—650V，输出功率为0.75—400KW，工作频率为0—400Hz，它的主电路都采用交一直一交电路，控制方式经历了以下四代：

（1）U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式；

（2）电压空间矢量（SVPWM）控制方式；（3）矢量控制（VC）方式：

（4）直接转矩控制（DTC）方式；（5）矩阵式交一交控制方式。

西门子公司生产的MICROMASTER系列变频器是目前市场上技术比较熟，性能价格比高的主流产品。

本课题选用其中的MICROMASTER420通用型变频器。

MlCROMASTER420变频器设有3个数字和1个模拟输入，1个模拟输出，1个继电器接点输出。

它可以与SIMATICS7-200链接，或集成到SIMATIC和SIMOTION的TIA系统中。

MICROMASTER420通用型变频器用于驱动普通应用对象时，只要对它进行简单的组态，就可以满足对特定传动系统的控制要求。

而且，由于变频器采用的是模块化设计，可以选用各种选件，非常方便地对传动装置进行扩展，从而实现多种标准功能。

变频器的原理示意图如图3.1所示。

电机的选型是根据该行业运输线上的功率来考虑的，本系统的电机分为两部分，一种是平的输送线的电机，功率大概5KW的交流电机就可以了；第二种是爬坡处的电机，功率要比平的输送线要大，功率大概应为10KW的交流电机。

图3.1变频器示意图

3.2行程开关的选用

在本系统中行程开关主要是作为物流货品进入分拣通道后，让挡板机能够复位使用。

3.2.1行程开关简介

行程开关，位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。

利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。

通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。

3.2.2种类及特点

1.常规国产行程开关

常规行程开关中LX19系列中的LX19-001/111，LXK3系列中的LXK3-20S/T，JLXK1系列JLXK1-111/411/511最具代表力,这些产品有结构简单、功能实用、价格低廉的优势深受广大使用者的青睐。

2.进口行程开关

进口行程开关中WL系列、HL系列、D4V系列、SZL-WL系列最具代表力，此类产品做工精细、性能优越、在极端环境中的表现更为突出，赢得了大批的粉丝，但价格高昂也令不少用户咋舌

3.耐高温行程开关

在国产的耐高温行程开关中最具影响力的就是YNTH系列耐高温行程开关，一般性用在炼钢厂的比较多。

YNTH行程开关能在高温的环境中正常工作，最高工作温度为350度，工作环境的温度增高产品的寿命就会相应的下降，超过300度要减低开关的工作量来保证产品的寿命。

此系列行程开关价格低廉，性能稳定赢得了广大客户的一致好评。

4.防水行程开关

国产防水行程开关中YNFS（TZ）系列较为突出。

YNFS行程开关具有体积小、灵敏度高、密封性强、耐油防腐蚀的特点，最令人惊叹的是此类行程开关可以放在水中工作令同类产品望尘莫及。

3.2.3LX19-001

LX19-001行程开关（以下简称行程开关），适用于交流50Hz、额定电压至380V，直流电压至220V的控制电路中，作控制运动机构的行程和变换其运动方向或速度之用。

如图3.2所示，参数如表3-1所示。

表3-1LX19-001参数

型号

额定工作电压电流

结构形成

触头对数

工作行程

超程

触头转换时间S

动作力N

动断

动合

LX19-001

380V

仅有传动杆，能自动复位

1

1

1.2~4mm

≥3mm

≤004

≤15

DC220V

3.3传送带的选用

在货物入口的物料运输装置选