基于plc小型包装机控制系统设计毕业论文

基于plc小型包装机控制系统设计毕业论文内容摘要：

与 PLC 的 I/O 口 7 相连接，进行通信、控制 [18]。 图 集中控制系统模型 系统运行方式 糖果包装机的运行，采用自动运行和手动运行方式： (1)手动运行：可以用按钮对包装机的各个部分进行单独控制，便于调机，主要用于故障的检修与恢复。 (2)自动运行 :按下启动按钮，系统即开始连续、协调、周期性地完成各包装动作，直到系统接收到停止运行信号。 与运行方式对应的是停止运行方式。 糖果包装机的停止运行方式包括正常 停运、暂时停运、紧急停运三种： (1)正常停运是按下该开关后，各机械动作停止，传送带停止传送。 (2)暂时停运指按下该开关后，特殊继电器 M8034 得电，全部输出继电器失电，动作停止； 将开关断开后， M8034 失电，输出继电器恢复到原来状态，小车继续运行。 (3)紧急停运是指用开关将 PLC 的输出电路的电源切断，直接断开接触器，这种方式比较可靠。 设计系统流程图 按照所查阅的糖果包装机工艺，可设计控制控制系统流程图，如图。 8 程 序 开 始初 始 化 程 序故 障 指 示变 频 器 故障。 缺 纸 断纸。 故 障 指 示手 动手 动 程 序有 糖。 延 时 等 待推 糖包 糖下 限 位。 指 示喷 胶 截 断结 束自 动YYNNYNNYN 图 系统流程图 3 糖果包装机控制系统硬件设计与选型 9 PLC 的选型 PLC 基于计算机，但不等同于计算机。 普通计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就 行了。 而 PLC 则还要考虑信息入出的可靠性、实时性以及信息的使用等问题。 特别是要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。 PLC 与通用计算机控制系统之间的区别是： PLC 是专门为工业控制而设计的，而通用计算机是专门为科学计算和数据处理设计的 [19]。 尽管二者都采用了计算机系统，但是二者设计的出发点不同，因而他们在结构上也有很大差别，使用对象和使用环境也有所不同。 PLC 抗干扰能力强，能适应工业现场的温度、湿度及相当程度的振动。 其输入 /输出采用光电隔离技术或其它隔离技术，并配有输出继电器或输出晶体管等输出 部件，由于这些输出部件能够直接承受较大的负载，因此它们可以直接驱动小型电机等负载[20]。 PLC 使用专门的面向工业对象的编程语言，使程序的编制和修改都非常方便。 而通用计算机，它的输出信号通常都需要数模转换并放大后才能驱动工业负载。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先进的系列 [21]。 由于 FX2N 系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适 合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点， FX2N 是从 16 到 256 路输入输出的多种应用的选择方案 [22]。 产品特点 [23]: (1)节省空间：其体积仅相当于以前 ans 系列 PLC 的 60%； (2)节省配线：优越的模块插口设置可节省配线时间和空间 ； (3)安装灵活：有多种主基板和扩展基 板供选择； (4) 强大的网络功能：相比前产品更为支持 cclink， 在软件 Gxdeveloper 的设置下，可以方便地使用 cclink 模块，减小编程时 间。 并且支持 modbus， profibus， device， asi，太网等等； (5)高性能模块：提供有多种特殊功能模块，功能更为强大。 并且有相关设置软件，编程及调试更加方便。 根据分析，以及 I/O 点数确定并按 20%30%备用量原则，选择三菱 FX2N48MR。 它含有 24 个输入点， 24 个输出点，且为继电器输出。 I/O 点数确定 10 通过对工艺流程分析，确定了该系统的 I/O 点数，其中系统启动控制按钮和系统停止控制按钮为点动按钮，按下后不保持，软件中通过置位复位控制系统的顺序启动和停止。 由于所选三菱系 列 PLC 地址顺序以 8 进制编号。 表 中列出了输入继电器、输出继电器的分配情况。 表 PLC I/O 分配表 输入项目名称 对应输入地址 光电开关 X0 推搪开关 X1 糖纸转盘开关 X2 限位开关 SQ1 X3 喷胶截断 X4 限位开关 SQ2 X5 启动 X6 停止 X7 连续 /单周 X10 暂停 X11 手动 X12 变频器故障 X13 缺纸断纸 X14 截断上限位 X15 截断下限位 X16 11 (续表 ) 输出项目名称 对应输出地址 电动机启动 Y0 推搪电 磁阀 Y1 糖纸转盘电磁阀 Y2 喷胶截断电磁阀 Y3 变频器故障指示灯 Y4 缺纸断纸指示灯 Y5 上限位指示灯 Y6 下限位指示灯 Y7 系统主要器件的选择 三相异步电机 系统采用 PLC 进行集中控制，主要控制对象为一台 的三相异步电机，主电机的参数如表 所示。 主要的控制器件包括： PLC、变频器等。 表 Y2100L14 三相异步电机主要技术参数 变频器的选择 在该糖果包装机的控制系统中，变频器主要用于实现传送带的起动、停止。 系统选择松下变频器 VF0。 松下变频器的全称是 “ 松下交流变频调速器 ” ，主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度。 主要由整流 (交流变直流 )、滤波、逆变 (直流变交流 )、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。 通过改变电源的频率来达到 改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，松下变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等 [24]。 超小 型号 额定功率 满载时 堵转电流 堵转转矩 最大转矩 KW 转速(r/min) 电流(A) 效率(%) 功率因数 (cos) 额定电流 Ist/IN 额定转矩 Tst/TN 额定转矩TM/TN Y2100L14 1430 80 12 型变频器 VF0，体积小巧 ， 体积仅是松下变频器过去产品的 40％～ 56％ ，但其功能却没有因此而减少，而且在设计中更是增加了一些人性化设计， 操作简单 ， 功能强大 ， 可由 PLC 发出的 PWM 信号直接调节频率。 主要涉及的变频器参数是 P6 P0 P0 P0 P09。 (1)P66 是用来初始化变频器参数的，当其被设置成“ 1”后，变频器之前的所有参数设 置都被恢复到出厂时的设置。 (2)P01 和 P02 分别用于设定变频器的启动和停止时间，及变频器从起动到输出最大频率的时间。 变频器默认基频是 50HZ。 (3)P08 是变频器的“选择运行指令”，它决定了变频器的控制方式，即使采用面板控制方式还是采用外部按钮控制方式。 (4)P09 是频率设定信号，它决定了变频器输出频率的控制方式。 以下是松下变频器 VF0 系列操作面板 [24]： 图 松下变频器 VF0 系列操作面板 操作面板功能如下表 13 表 操作面板的功能 显示部位 显示输出的频率、电流、线速度 、异常内容、设定功能时的数据及其参数 No RUN（运行） 是变频器运行的键 STOP（停止） 使变频器运行停止的键 MODE（模式） 切换“输出频率电流显示”，“频率设定监控”等各种模式以及将数据显示切换为模式显示所用的键 SET（设定） 切换模式和数据显示以及存储数据所用的键。 在“输出频率电流显示模式”下，进行频率显示和电流显示的切换 UP（上升） 改变数据或输出频率以及利用操作板使其正转运行时，用于设定正转方向 DOWN（下降） 改变数据或输出频率以及利用操作板使其反转运行时，用于设定 反转方向 频率设定钮 用操作板设定运行频率而使用的旋钮 传感器的选择 系统中用到了光电开关和行程开关。 光电开关传感器位于糖果包装机的入口处，当有糖果到来时，发出信号，并传送给 PLC， PLC 控制位于传感器附近的推糖电磁阀吸合。 而所用到的行程开关又称接近开关，它可以代替触头行程控制盒限位保护，还可用于高频计数、测速、液位控制、零件尺寸检测以及本系统中所用到的加工程序的自动衔接等的非接触式开关。 硬件连接图 通过上述系统的工艺流程分析及硬件选择，可设计外部接线如下图： 14 图 外部接线图 4 糖果包装机控制系统软件设计 本次设计所使用的编程软件为 GXDeveloper[25]，适用于 Q、 QnU、 QS、 QnA、 AnS、 15 AnA、 FX等全系列可编程控制器。 支持梯形图、指令表、 SFC、 ST 及 FB、 Label语言程序设计，网络 参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写 PLC程序功能。 程序编写 如图 所示，按下启动按钮 X6， Y0 得电自锁，电动机运转，传送带启动，若检测到电动机启动后，光电开关未检测到有糖块，则等待 1min，若 1min 后仍没有糖果，电动机停止。 若按下停止按钮 X7， S20~S22 复位，电动机停止。 按下 X11，特殊继电器 M8034得电，暂停。 图 起动停止 将开关打到自动挡，当光电开关检测到糖块时，初始状态步 S0 复位， S20 置位，推搪线圈得电，动作，依次类推，注意喷胶截断动作前要确定其是否在下限位，不在才能动作。 若将操作方式打到连续档位， X10 得电，回到状态步 S20，连续动作。 打到单周期，则 X10 不动作，回到状态步 S0，停止动作。 部分程序如图 所示。 图 部分自动控制梯形图 该系统的手动梯形图如图 所示。 16 图 手动控制梯形图 手动梯形图和自动控制梯形图不能同时由 PLC 读取，必须使用跳转 指令 CJ。 （总梯形图见附录 A，由于配合力控的监控，必须将输入 X 改为辅助继电器 M，改后梯形图见附录 B） 梯形图的输入 启动程序 点击桌面上的 ―GXDeveloper‖快捷图标。 进入 PLC 的工作环即 GXDeveloper 操作界面，选择菜单栏 ―工程 ‖中的 ―创建新工程 ‖选项，选择 PLC 类型，如图 所示。 选择PLC 的系列为 FXCPU，类型为 FX2N(C)，程序类型为梯形图编辑，设置工程名并进行保存。 图 PLC 型号设置 程序过程 在选择 PLC 机型后，按照所编流程图，进 行程序的输入。 如图 所示 17 图 编译界面 梯形图的变换及保存 当程序编辑好后，程序区段呈灰色，这表明程序需要进行转换。 编辑好的程序先通过执行“变换”菜单 “ 变换”操作，才能保存。 在变换过程中显示梯形图变换信息 ，如果在不完成变换的情况下关闭梯形图窗口，新创建的梯形图将不被保存，如图 所示。 图 变换操作 程序调试及运行 (1)程序的检查： 执行“诊断”菜单 “诊断 ” 指令，进行 程序检查，如图 所示。 图 诊断操作 (2)程序的写入： PLC 在 STOP 模式下，执行“在线”菜单 “ PLC 写入”命令，出现 PLC 写入对话框，如图 所示，选择“参数 +程序”，再按“执行”，完成程序写入 PLC，程序见附录。 18 图 程序的写入操作 传送程序时，应注意，计算 机的 RS232C 端口及 PLC 之间必须用指定的缆线及转换器连接。 在电脑的设备管理器中查找所用的 COM 端后，在 “在线” “传输设置”中进行设置，如图 所示。 图 PLC 端口设置 (3)关闭编程软 件 GXDeveloper，保证 力控仿真软件与机箱正常通信。 PLC 程序可以控制组态仿真中糖果包装机控制系统的流程。 5 力控组态软件的开发和设计 力控组态软件简介 力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特 点是能以灵活多样的 “ 组态方式 ” 而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户 19 开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的 “ 组态 ” ，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用 (例如趋势曲线、报警等 )对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“ 组态 ” 的方式可以大大缩短了自动化工程师的系统集成的时间，提高了集成效率。 力控监控组态软件能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，达到集中管理和监控的目 的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，实现与 “ 第三方 ” 的软、硬件系统进行。