基于plc的自动焊锡机毕业设计

基于plc的自动焊锡机毕业设计内容摘要：

S Q 5 右 限 位 S Q 6上 升 限 位 S Q 7下 降 限 位 S Q 8焊盘机械手除渣机械手工 件 焊 盘启 动 停 止图 22 自动焊锡机示意图 焊锡机主电路图 整个控制过程主要是四个电机的正反转，包括除渣机械手的上下左右移动以及焊盘机械手的上下左右移动，在外部三相电输入带动下，通过电机的转向的改变来完成控制系统的要求动作， 其中包括 8 个接触器 KMKM KM KM KM KM KM KM8， KM1 和 KM2 控制机械手上升下降的电机正反转， KM3 和 KM4 控制机械手左行右行的电控的正反转， KM5 和 KM6 控制焊盘机械手上升下降的电机正反转， KM7 和 KM8控制焊盘机械手左行右行的电机正反转，整个系统主电路图 如图 23 所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 10 M 13M 23M 33M 43L 1L 2L 3F U 1F U 2 F U 3F U 4Q S 1 Q S 2 Q S 3 Q S 4K M 1K M 2K M 3K M 4K M 5K M 6K M 7K M 8机 械 手 上 下 控 制 电 机机 械 手 左 右 控 制 电 机 焊 盘 上 下 控 制 电 机焊 盘 左 右 控 制 电 机~~~~F R 1F R 2 F R 3 F R 4图 23 系统主电路图 图 23 中 KM1 和 KM2 为控制机械手上下移动电机的继电器常开开关，KM3 和 KM4 是控制机械手左右移动电机的几点去常开触点， KM5 和 KM6是控制焊盘机械手上下移动电机的常开触点， KM7 和 KM8 是控制焊盘机械手左右移动电机的常开触点。 当继电器吸合，相对应的触点将会做出相应的动作，然后电机也会进行正反转来达到系统给予的目标动作。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 控制系统对应设备及功能 根据控制过程中要实现上升下降左行右行等控制要求，对 控制所需的外部设备初步设计如表 21 所示。 表 21 I/O 点分配 输入点 输出点 启动按钮 机械手电机上升 停止按钮 机械手电机下降 机械手上升限行开关 机械手电机左行 机械手下降限行开关 机械手电机右行 机械手左行限行开关 焊盘电机上升 机械手右行限行开关 焊盘电机下降 焊盘上升限行开关 焊盘电机左行 焊盘下降限行开关 焊盘电机右行 焊盘左行限行开关 工件焊接 焊盘右行限行开关 I/O 点数统计 I/O 点数是 PLC 的一项重要指标。 合理选择 I/O 点数既可使系统满足控制 要求，又可使系统总投资最低。 PLC 的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。 考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上 20%— 30%的备用量。 该系统有 11 个数字输入点 6 个数字输出点。 I/O 储存器容量的估算 PLC 常用的内存有 EPROM、 EEPROM 和带锂电池供电的 RAM。 一般微型和小型 PLC 的存储容量是固定的，介于 1— 2KB 之间。 用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如 I/O 点数、控制要求、运算 处理量、程洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 序结构等 [11]。 因此在程序设计之前只能粗略地估算。 根据经验，每个 I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下： 开关量输入元件： 10— 20B/点 开关量输出元件： 5— 10B/点 定时器 /计数器： 2B/个 模拟量： 100— 150B/个 通信接口：一个接口一般需要 300B 以上 [ 12] 根据上面算出的总字节数再考虑增加 25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的 PLC 内存。 该系统有 11 个数字输入点 6 个数字输出点，需内存 280B，有定时器 6 个，计时器 2 个，需内存 16B，考虑余量后 需要内存 370B。 CPU 功能与结构的选择 PLC 的功能日益强大，一般 PLC 都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些 PLC 还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应， PLC 的处理速度应满足实时控制的要求、 PLC 结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。 全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单，小型 PLC 就能满足要求了 [ 13]。 该控制系统 CPU 模块可采用 CPU224（ AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条 不紊地进行。 同时由于该模块采用交流220V 供电，并且自带 14 个数字量输入点和 10 个数字量输出点，完全能满足全自动洗衣机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块 [ 14]。 综上所述此次设计选用西门子 S7200 型 PLC。 I/O 地址分配 经过上面所有的分析得出以及题目控制要求的表述，我们得出所有的I/O 口的分配地址和对应的外部设备。 由控制要求列出自动焊锡机的输入分配表，如 表 22 所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 表 22 自动焊锡机输入 /输出 地址分配表 输入地址 对应的外部设备 输出地址 对应的作用 启动按钮 SB1 机械手上升 Y0 机械手上升限位开关 SQ7 机械手左行 Y2 机械手左行限位开关 SQ5 机械手下降 Y1 机械手下降限位开关 SQ8 机械手右行 Y3 机械手右行限位开关 SQ6 焊盘上升 Y4 焊盘上升限行开关 SQ3 焊盘右行 Y7 焊盘右行限位开关 SQ2 焊盘下降 Y5 焊盘下降限位开关 SQ4 焊盘左行 Y6 焊盘左行限 位开关 SQ1 工件焊接 停止按钮 SB2 外部接线图 根据全自动焊锡机 的控制要求，对系统控制的 I/O 点数进行了统计和PLC 型号进行了选择。 本课题是基于 PLC 的控制，所以在外部接线图中必须要有所有的 I/O 分配地址点、接触器的名称及对应动作关系。 现根据以上的统计和选择的 PLC 的外部接线设计如图 24 所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 I 0 . 0S B 1S B 2S Q 7S Q 5S Q 8S Q 6S Q 3S Q 2S Q 4S Q 1I 1 . 1I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 02 4 V1 LQ 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 0 . 6Q 0 . 7C P U 2 2 6 C N启 动 按 钮停 止 按 钮机 械 手 上 升 限 位 开 关机 械 手 左 行 限 位 开 关机 械 手 下 降 限 位 开 关机 械 手 右 行 限 位 开 关焊 盘 上 升 限 位 开 关焊 盘 右 行 限 位 开 关焊 盘 下 降 限 位 开 关焊 盘 左 行 限 位 开 关机 械 手 上 升 Y 0机 械 手 左 行 Y 2机 械 手 下 降 Y 1机 械 手 右 行 Y 3焊 盘 上 升 Y 4焊 盘 右 行 Y 7焊 盘 下 降 Y 5焊 盘 左 行 Y 6S 72 0 0K M 1K M 3K M 2K M 4K M 5K M 8K M 6K M 7工 件 焊 接Q 1 . 02 L1 MM2 2 0 V+图 24 外部接线图 在图 24 中，显示 出 了所有的输入输出地址分配，所有的系统动作名称，还有 PLC 上的接线点 和系统中使用到的限位开关。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 第 3 章 软件设计 内部元件地址分配表 在 设计自动焊锡机时用到了一些内部元件，用他们对系统的控制进行更佳的完善， 包括两个定时器 T3 T38，分别是对工件焊接时间进行计时和工件焊接完成取下焊接好的工件后的延迟时间计时。 现在对控制中要用到的内部元件地址分配表归纳如表 31 所示。 表 31 内部元件地址分配表 定时器 对应的作用 T37 工件焊接时间计时 T38 每次动作完成延迟时间计 PLC 顺序功能图设计 顺序功能图，它是描述控制系 统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，他是一种通 用的技术语言，通过他的绘制在直观上看系统的流程更加清晰透明。 此外，绘制顺序功能图为后期的程序编写提供方便，让程序的编写整个过程一目了然，即便哪里出现错误页很容易快速找到错误来源，便于后期检查修改。 自动焊锡机控制系统 PLC 控制状态流程如 图 31 所示。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 M 0 . 1M 0 . 0M 0 . 5M 1 . 1M 1 . 0M 0 . 6M 0 . 7M 0 . 3M 1 . 2M 0 . 4M 0 . 2Q 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 0 . 6Q 0 . 4Q 0 . 7机 械 手 上 升机 械 手 左 行机 械 手 下 降机 械 手 右 行焊 盘 上 升焊 盘 右 行焊 盘 下 降工 件 焊 接焊 盘 上 升焊 盘 左 行M 1 . 4M 1 . 3 Q 0 . 6T 3 8焊 盘 下 降取 出 焊 接 完 成 工 件S M 0 . 1I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7T 3 7I 0 . 5I 1 . 0I 0 . 7T 3 8 I 1 . 1Q 1 . 0T 3 7 图 31 系统顺序功能图 系统梯形图 梯形图是 PLC 模拟继电器控制 系统的编程方法。 它由触点、线圈或功能方框等构成，梯形图左、右的垂直线称为左、右母线。 画梯形图时，从左母线开始，经过触点和线圈（或功能方框），终止于右母线。 在梯形图中，洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 可以把左母线看作是提供能量的母线。 触点闭合可以使能量流过，直到下一个元件；触点断开将阻止能量流过。 这种能量流，我们称之为“能流”。 实际上，梯形图是 CPU 仿真继电器控制电路图，使来自“电源”的“电流”通过一系列的逻辑控制条件，根据运算结果决定逻辑输出的模拟过程 [15]。 梯形图中的基本编程元素有触点、线圈和方框。 触点：代表逻辑控制条件。 触点闭合 时表示能量可以流过。 触点分常开触点和常闭触点两种形式。 线圈：通常代表逻辑“输出”的结果。 能量流到，则该线圈被激励。 方框：代表某种特定功能的指令。 能量流通过方框时，则执行方框所代表的功能。 方框所代表的功能有很多种，例如：定时器、计数器、数据运算等。 梯形图中，每个输出元素可以构成一个梯级。 每个梯形图网络由一个或多个梯级组成 [ 16]。 (1) 梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。 每个继电器器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。 每一个逻辑行起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于继电器线圈或右 母线。 注意：左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间不能有任何 点，应直接连接。 (2) 一般情况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一次，而继电器触点可无限引用。 有些 PLC，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。 (3) 在每个逻辑行中，串联触点多的支路应放在上方。 如果将串联触点多的支路放下方，则语句增多，程序变长。 (4) 在每个逻辑行中，并联触点多的支路应放在左边。 如果将并联触点多的支路放右边，则语句增多，程序变长。 (5) 梯形图中，不允许一个触点上有双向“电流”通过 [17]。 根据以上的梯形图的基础知识、注意事项、特点及上节 中的控制状态洛阳理工学院毕业设计（论文） 18 流程图，现利用 STEP7Micro/WIN 编程软件 做出自动焊锡机 控制系统梯形图。 STEP7Micro/WIN 编程软件是专为西门子 S7200 而设计的，在个人计算机的 WINDOWS 操作系统下运行，功能强大、使用方便、简单易学。 其编写好的程序可通过专用编程线缆下载的 PLC 中运行。 也可以导出后在仿真软件中进行测试 [ 18]。 根据在西门子系统的编写的程序语言，得出了自动焊锡机的梯形图。 整个系统的梯形图如 图 32~34 所示。