畢業(yè)設計（論文）PLC冰柜測試輸送生產線控制系統設計

1、冰柜測試輸送生產線控制系統設計 i xxxxxxxxxxxxxx 本科生畢業(yè)設計（論文） 學院（系）： xxxxxxxxxxxx 專 業(yè)： xxxxxxxxxxxxx 學 生： xxx 指導教師： xxx 完成日期 2011 年 5 月 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 ii xxxxxx 本科生畢業(yè)設計（論文） 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 control system design of freezer test transfer production line 總計： 畢業(yè)設計（論文） 38 頁 表 格： 5 個 插 圖： 22 幅 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 iii 冰柜測試輸送生

2、產線控制系統設計 摘 要本論文是設計一個由 plc 控制的冰柜測試輸送生產線。主要是以 plc 為 控制核心，變頻器為輔助元件，電機作為執(zhí)行元件。首先通過對系統控制要求的分析， 畫出程序流程圖，之后在相應的編程軟件中編寫控制程序，從而通過 plc 控制冰柜箱 體在多條生產線中的進出功能，確保安全、暢通地按照既定工藝進行箱體傳送。通過 分析，分別對其硬件設計，plc 選用西門子 s7-300。軟件環(huán)境是應用西門子公司專門 為 s7-300/400 系列 plc 設計開發(fā)的 step7 軟件。本課題通過軟、硬件的設計滿足了相 關規(guī)程要求，提高了系統的準確性、安全性，通過調式基本達到了預期的效果。

3、關鍵詞可編程邏輯控制器；控制系統；編程；仿真系統 control system design of freezer test transfer production line abstract: this paper designs a controlled by plcs deep freezers test conveying line. this design mainly takes the plc as control core, inverter as auxiliary components, motor as executive components etc. firstly

4、draw the program flow chart according to the analysis of the systems require on controlling, then design the program in the corresponding software so as to reach the function of controlling the freezer cabinet getting in and out in several production by the plc, and ensure cabinets can be transmitte

5、d safety and free according to the established process. a series of other hardware of control requirements through analysis and draw the program flow chart and in the corresponding software written by plc control procedures to control in the cooler cabinet many production and function, ensure safe a

6、nd smooth in accordance with established process cabinet to transmit. through the analysis of its hardware design, respectively, and selects siemens s7-300 series plc. software development is the application of siemens s7-300 / specially for design and development of 400 series plc step7 software. t

7、his topic through the software and hardware design meets the relevant instruction, to improve the accuracy, security system, through adjusted achieve the expected effect. key words: programmable logic controller；control system；programming；simulation debugging 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 iv 目 錄 1 引言.1 1.1 課題的背景

8、.1 1.2 課題的意義、目的 .1 1.3 課題相關技術 .2 2 控制系統的總體設計方案.3 2.1 控制系統的組成 .3 2.2 系統的基本控制要求 .3 3 冰柜測試輸送生產線控制系統的硬件設計.5 3.1 主回路的設計 .5 3.1.1 電機的功率.5 3.1.2 變頻器的選擇與參數設置.5 3.1.3 主回路電路圖.7 3.2 控制回路設計 .8 3.2.1 plc 的選型.8 3.2.2 輸入輸出端口分配.9 3.2.3 plc 接線圖.11 4 控制系統軟件設計.13 4.1 可編程控制器 .13 4.1.1 可編程控制器的工作原理及編程語言.13 4.2 程序流程圖 .14

9、4.3 程序的設計與分析 .15 5 系統軟件仿真設計.18 5.1 s7-300 plc 編程環(huán)境.18 5.2 s7-plcsim 仿真軟件.21 附錄.23 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 1 1 引言 1.1 課題的背景 隨著中國經濟的高速發(fā)展，中國人民生活水平的不斷提高，冰柜作為日常家用電 器廣泛的進入百姓家中,智能化、個性化成為未來冰柜發(fā)展趨勢。 為了使消費者在使用冰柜過程中更加方便簡易，功能更加完善，智能化冰柜最終 迎合人們的消費需求。從目前冰柜市場來看，冰柜行業(yè)的智能之爭從來沒有停息過， 無論是國產品牌還是進口品牌，都在智能技術上大做文章，紛紛推出科技含量很高、 極具競爭力的產

10、品。從目前冰柜市場來看，隨著生活品質的進一步提高，人們對冰柜 的消費需求已經從只看重冰柜能否延長食物保質期，逐漸發(fā)展到大容量、保鮮、營養(yǎng)、 健康、環(huán)保等多方面并重。在這種形式下，企業(yè)更注重進行技術改革，智能化、個性 化的冰柜應運而生，而此時對冰柜的生產也有了更高的要求，為此就需要生產線實現 智能化、自動化，從而對輸送設備就要有更高的要求。 國際范圍內輸送機的技術與設備主要有這樣幾個特點。一是機械大型化，主要技 術參數與機械均向大型化發(fā)展，以滿足高產、高效、集約化生產的需要。二是動態(tài)分 析技術和機電一體化、計算機監(jiān)控等高新技術，采用大功率軟起動與自動張緊技術， 對輸送機進行動態(tài)監(jiān)控與監(jiān)測，大大地

11、降低了輸送帶的動張力，設備運行性能好，運 輸效率高。三是采用多機驅動與中間驅動及其功率平衡、輸送機變向運行等技術，使 輸送機單機運行長度在理論上突破限制，并確保輸送系統設備的通用性、互換性及其 單元驅動的可靠性。四是新型、高可靠性關鍵元部件技術。如先進的大功率驅動裝置 與調速裝置、高壽命高速托輥、自清式滾筒裝置、高效貯帶裝置、快速自移機尾等。 如英國產的 fsw1200 工作面順槽帶式輸送機就采用了液粘差速或變頻調速裝置運輸能 力出眾，并且機尾可隨工作面推移而自動快速自移、人工作業(yè)少、生產效率高。 1.2 課題的意義、目的 近年來，隨著計算機技術的迅猛發(fā)展以及 plc 方面國際標準的制定，一項

12、打破傳 統 plc 局限性的新興技術發(fā)展起來了，這就是軟 plc 技術。其特征是在保留 plc 功能 的前提下，采用面向現場總線網絡的體系結構，采用放的通信接口，如以太網、高速 串口等；采用各種相關的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準；全部用軟件來實現 傳統 plc 的功能。 其優(yōu)點是軟 plc 解決了傳統 plc 的兼容性差、通用性差等問題，具有多方面的優(yōu) 勢，軟 plc 的硬件體系結構不再封閉，用戶可以自己選擇合適的硬件組成滿足要求的 軟 plc；傳統 plc 的指令集是固定的，而實際工業(yè)應用中可能需要定義算法。軟 plc 指 令集可以更加豐富，用戶可以使用符合標準的操作指令；傳統 plc

13、 限制在幾家廠商生 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 2 產，具有私有性，因此很難適應現有標準計算機網絡，常常是 plc 與計算機處在不同 類型的網絡中。軟 plc 不僅能加入到已存在的私有 plc 網絡中，而且可以加入到標準 計算機網絡中。這使得現有計算機網絡的很多研究成果很容易地應用到 plc 控制技術 中。 在工控現場，可編程序控制器和變頻器的綜合使用越來越顯得重要。尤其對電氣 專業(yè)的學生，系統掌握一種 plc 和變頻器的使用對于日后工作會有很大幫助。 冰柜產品安裝完成之后，有一道通電進行各種電氣性能測試的工序。本課題設計 一個由 plc 控制的冰柜測試輸送生產線，主要控制冰柜箱體在多條生

14、產線中的進出功 能，確保安全、暢通地按照既定工藝進行箱體傳送。通過此控制系統的設計，掌握 plc 在工業(yè)控制中的具體應用，以及掌握電氣保護方面的設計，了解工業(yè)控制現場中的相 關控制器件及性能和使用。 雖然自動化生產線本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產效益起著明顯的提升 作用： 提高生產效率； 提高產品質量； 提高生產線的安全性； 減少生產過程中能源損耗。 1.3 課題相關技術 可編程邏輯控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而 設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、 計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各

15、種類型 的機械或生產過程1。 plc 的用戶界面十分友好，給使用者帶來很大的方便。plc 提供標準通訊接口，可 以方便地構成 plc-plc 網絡或計算機-plc 網絡。plc 應用程序的編制和調試非常方便， plc 的梯形圖語言與繼電器控制線路圖很相似，很容易掌握。plc 具有監(jiān)控功能，利用 編程器或監(jiān)視器可以對 plc 的運行狀態(tài)、內部數據進行監(jiān)視或修改。plc 控制系統的維 護非常簡單，利用 plc 的診斷功能和監(jiān)控功能，可以迅速查找到故障點，對大多數故 障都可以及時予以排除。 變頻器是利用電力電子器件把工頻電源變換成各種頻率可調的交流電源以實現電 動機的變速運行的設備，是運動控制系統中

16、的功率變換器。 變頻器是公認的交流電動機最理想、最有前途的調速方案，除了具有卓越的調速 性能之外，變頻器還具有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術改造和產品更新換代的理想調 速裝置。自 20 世紀 80 年代被引進我國以來，變頻器作為節(jié)能應用與速度工藝控制中 越來越重要的自動化設備，得到快速發(fā)展和廣泛應用。 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 3 2 控制系統的總體設計方案 2.1 控制系統的組成 本課題控制系統的硬件主要由 plc 為核心控制單元，再加上外圍的電路和變頻器 等作為輔助設備，實現冰柜自動測試的輸送。 可編程控制器主要由中央處理器(cpu)、存儲器(ram、rom)、電源、輸入/輸出接 口、外

17、部設備接口及 i/o 擴展接口幾大部分構成。 cpu 是 plc 的核心部件，主要用來運行用戶程序、監(jiān)控輸入輸出接口狀態(tài)以及 進行邏輯判斷和數據處理。plc 的存儲器可以分為兩類：一類是系統程序存儲器，主要 存放系統管理、監(jiān)控程序；另一類是用戶程序及數據存儲器，主要存放用戶編制的應 用程序和各種數據。plc 的電源是指為 cpu、存儲器、i/o 接口等內部電子電路工作所 配備的直流開關電源。輸入/輸出接口是 plc 與現場輸入輸出設備或其他外部設備之間 的連接部件，plc 通過輸入接口把工業(yè)設備或生產過程的狀態(tài)或信息（如按鈕、各種繼 電器觸點、行程開關、各種傳感器等）讀入中央處理器；輸出接口是

18、將 cpu 處理的結 果通過輸出電路去驅動輸出設備（如指示燈、電磁閥、繼電器、接觸器等）。plc 的外 部設備主要有編程器、操作面板、文本顯示器、打印機等。i/o 擴展接口是用于擴展輸 入/輸出單元，它使 plc 的控制規(guī)模配置更加靈活，可以配置開關量的 i/o 單元，也可 以配置如模擬量、高速計數等特殊 i/o 單元及通訊適配器等2。 變頻器是運動控制系統中的功率變換器，當今的運動控制系統是包含了多種學科 的技術，總的發(fā)展趨勢是驅動的交流化，功率變換器的高頻化，控制的數字化，智能 化和網絡化。變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源的頻率和 幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動

19、元件3。 2.2 系統的基本控制要求 該系統工作原理是通過 plc 與變頻器等設備相互配合，由自動執(zhí)行裝置(包括各種 執(zhí)行器件，機構，如電機，電磁鐵，電磁閥，氣動，液壓等)，經各種檢測裝置(包括 各種檢測器件，光電傳感器，儀表等)，檢測各裝置的工作進程，工作狀態(tài)，經邏輯， 數理運算，判斷，按生產工藝要求的程序，確保箱體安全、暢通地按照既定工藝進行 傳送，自動進行生產作業(yè)的流水線。 系統電源模塊：ac380v/50hz； 系統核心控制功能模塊：利用 plc 實現對電動機運行與控制； 系統擴展模塊：通過西門子變頻器實現對電動機速度的調節(jié)； 輔助功能模塊：利用移載機與光線傳感器的配合實現相關控制要求

20、。 冰柜測試輸送生產線電氣控制系統硬件框圖如圖 1 所示 。 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 4 圖 1 電氣控制系統硬件框圖 基本控制要求： 共有四條平行的冰柜測試板鏈線，每條線速度可調且能實現三種進出箱工況。 只進不出； 只出不進； 同進同出。 垂直并緊挨著四條板鏈線的兩旁各有一段輥道，分別由一個電機驅動，且速度可 調。一側是進箱輥道，另一側是出箱輥道。輥道與板鏈接口處是移載機，可由氣缸推 動上下移動且電氣驅動皮帶傳動接送箱體。當沒有箱體在輥道上運行時，移載機（分 布在輥道下）不頂起；當有冰柜向板鏈上進或從板鏈上出時，移載機頂起，然后皮帶 運行，準備接送箱動作，完成后，移載機落下。同一時間

21、只能有一條板鏈線實現第三 種工況，同一時間可有兩條板鏈線分別進出。根據生產工藝要求，設計控制系統主回 路電氣圖（要求各輥道速度可調）、和控制回路電路圖及 plc 接線圖。編寫 plc 控制 程序并仿真調試，不能有箱體沖撞發(fā)生。 設計應盡可能考慮到在生產實踐中出現的問題，并采用最適當的解決方案。系統 主要是利用 plc 接收來自光電開關的信號來判斷箱體的位置和數量，從而做出判斷通 過 plc 來控制輥道電機和板鏈電機的動作，最終達到箱體輸送自動化的效果。設計中 盡量減少 plc 的 i/o 口點數，在不影響系統功能下能共用一個操作按鈕的情況下就只 使用一個按鈕，能共用一個光電開關的就只使用一個光

22、電開關，這樣一來使得本設計 的操作面板簡潔明了，同時又使得本設計具有良好的經濟性，提高了產品性價比。系 統要求各板鏈、輥道速度均可調節(jié)，系統的調速采用變頻調速的方式。冰柜測試輸送 生產線布局如圖 2 所示。 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 5 圖 2 冰柜測試輸送生產線布局圖 3 冰柜測試輸送生產線控制系統的硬件設計 3.1 主回路的設計 3.1.1 電機的功率 根據控制要求所述共有四條平行的冰柜測試板鏈線，每條線速度可調，垂直并緊 挨著四條板鏈線的兩旁各有一段輥道，分別由一個電機驅動，且速度可調。輥道占用 兩臺電機，板鏈占用四臺電機，共六臺電機分別和六臺變頻器相連。 設計中用到三種不同類型的

23、電機，其轉速和控制設備均不相同，控制滾道和板鏈 線的電機需要大容量的電機，控制移載機皮帶的電機容量比較小。電機的功率如表 1 所示。 表 1 電機功率表 功率臺數用途 1.5kw2 輥道 2.2kw4 板鏈 0.45kw8 移載機皮帶 3.1.2 變頻器的選擇與參數設置 （1）變頻器的選擇 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 6 本系統采用西門子 mm440 變頻器。mm440 是一種集多種功能于一體的變頻器，它能 適用于電動機需要調速的各種場合。利用變頻器的基本操作面板可以更改、設定各個 參數及變頻器的操作方式。mm440 的功能非常強大，可以選擇和設定的參數很多，主要 的參數有：變頻器參數、電

24、動機參數、命令和數字 i/o 參數、模擬 i/o 參數、設定值 通道、電動機控制參數、通訊參數、報警、警告和監(jiān)控參數、pi 控制參數等4。 （2）變頻器的參數設置 mm440 在缺省設置時，用 bop 控制電動機的功能是被禁止的。如果要用 bop 進行 控制，參數 p0700 應設置為 1，參數 p1000 也應設置為 1。用基本操作面板(bop)可 以修改任何一個參數。修改參數的數值時，bop 有時會顯示“busy”，表明變頻器正忙 于處理優(yōu)先級更高的任務。下面就以設置 p1000=1 的過程為例，來介紹通過基本操作 面板(bop)修改設置參數的流程，見表 25。 表 2 基本操作面板(bo

25、p)修改設置參數流程 操作步驟bop 顯示結果 1 按鍵，訪問參數 2 按鍵，直到顯示 p1000 3 按鍵，直到顯示 in000，即 p1000 的第 0 組值 4 按鍵，顯示當前值 2 5 按鍵，達到所要求的值 1 6 按鍵，存儲當前設置 7 按鍵，顯示 r0000 8 按鍵，顯示頻率 恢復變頻器工廠缺省值，設定 p0010=30，p0970=1。按下“p”鍵,變頻器開始復位 到工廠缺省值。 設置電動機參數，由于電機的參數不同設置也不同，所以在這里不再描述。所有 電電動機參數設置完成后，設 p0010=0，變頻器當前處于準備狀態(tài)，可正常運行。 多段速功能，也稱作固定頻率，就是設置參數 p1

26、000=3 的條件下，用開關量端子 選擇固定頻率的組合，實現電機多段速度運行。 設置變頻器 2 段固定頻率控制參數，見表 3。 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 7 表 3 變頻器參數設置 參數號出廠值設置值說明 p000311 設用戶訪問級為標準級 p000407 命令和數字 i/o p070022 命令源選擇由端子排輸入 p000312 設用戶訪問級為拓展級 p000407 命令和數字 i/o p070111 on 接通正轉，off 停止 p0702115 選擇固定頻率 p0703115 選擇固定頻率 p000311 設用戶訪問級為標準級 p0004210 設定值通道和斜坡函數發(fā)生器 p10

27、0023 選擇固定頻率設定值 p000312 設用戶訪問級為拓展級 p0004010 設定值通道和斜坡函數發(fā)生器 p1002520 選擇固定頻率 1(hz) p10031050 選擇固定頻率 2(hz) 變頻器的運行操作。當數字輸入端口“5”為“on”，允許電動機運行。 第 1 頻段控制。當變頻器數字輸入端口“6”為“on”，端口“7”為“off”，變 頻器工作在由 p1002 參數所設定的頻率為 20hz 的第 1 頻段上。 第 2 頻段控制。當變頻器數字輸入端口“6”為“off”，“7”為“on”，變頻器 工作在由 p1003 參數所設定的頻率為 50hz 的第 2 頻段上。 電動機停車。

28、當變頻器數字輸入端“6”、“7”均為“off”，電動機停止運行。 或在電動機正常運行的任何頻段，將數字輸入端口“5” 為“off”，電動機也能停止 運行。 變速問題。當 2 個頻段的頻率值均不能滿足要求時，可根據用戶要求將 p1002 和 p1003 參數進行修改。當電動機需要反向運行時，只要將向對應頻段的頻率值設定為負 就可以實現。 3.1.3 主回路電路圖 變頻器的 l1、l2、l3 為輸入端，直接連 50hz 三相 380v 交流電源。輸出端 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 8 u、v、w 則直接連到交流電動機上，變頻器的輸出也為三相交流電，plc 與變頻器的鏈 接如圖 3 所示。 圖

29、3 主回路電路圖 3.2 控制回路設計 3.2.1 plc 的選型 西門子公司在 20 世紀末推出的 simatic s7-300 系列 plc，性能價格比高，電磁兼 容性強，抗振動沖擊性強，具有非常好的工業(yè)環(huán)境適應性，廣泛應用于冶金、石油、 化工、運輸、輕工、電力、汽車、通用機械、專用機床、制造業(yè)、食品加工、包裝機 械、組織機械、智能建筑等多方面領域6。 s7-300 是模塊化 plc 系統，能滿足中等性能控制要求。各種單獨的模塊之間可進 行廣泛組合構成不同的系統。與 s7-200 plc 相比，s7-300 plc 采用模塊化結構，具備 高速的指令運算速度。用浮點運算有效的實現了更加復雜的

30、算數運算,一個帶標準用戶 接口的軟件工具方便用戶給所有的模塊進行參數賦值，人機界面服務已經集成在 s7- 300 操作系統內，人機對話的編程要求大大減少。simatic 人機界面從 s7-300 plc 中 讀取數據。s7-300 操作系統自動的處理數據的傳送，中央處理器(cpu)的智能化診斷系 統連續(xù)監(jiān)視系統各部分功能是否正常，記錄錯誤和系統特殊事件(如超時、模塊更新等)， 多級口令保護可以使用戶有效保護其程序技術，防止未經允許的復制和修改，s7-300 plc 設有操作方式選擇開關，選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，拔出后就不能改動操作方 式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。s7-300 具

31、有強大的通信功能，通過 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 9 step7 編程軟件的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。此外， s7-300 plc 還具有多種不同的通信接口，通過各種通信處理器來連接 as-i 總線接口和 工業(yè)以太網總線系統7-8。 plc 的基本組成包括:中央處理器 (cpu)、存儲器、輸入/輸出(i/o)模塊和電源模 塊,本課題根據控制系統所需要的輸入輸出點數、信號種類和通信幾方面考慮，選擇所 需的 s7-300 硬件模塊，如表 4 所示。 表 4 plc硬件模塊 名稱型號 電源模塊 ps 307 2 a cpu模塊cpu314（適用于程序量中等要求的應用）

32、 數字量輸入 sm321 32點 數字量輸出 sm322 32點 中央處理器(cpu)是 plc 的神經中樞，是系統的運算、控制中心。完成接收并存儲 用戶程序和數據；診斷電源、plc 內部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤，完成用 戶程序中規(guī)定的邏輯運算和算術運算任務等。 存儲器是 plc 存放系統、用戶程序和運行數據的單元。包括系統程序存儲區(qū)、系 統 ram 存儲區(qū)、用戶程序存儲區(qū)。選型時應根據數字量 i/o 點數的 1015 倍，加上模 擬 i/o 點數的 100 倍，以此數為內存的總字數，另外在按此數的 25%余量考慮。 輸入/輸出模塊是 cpu 與現場 i/o 設備或其他外部設備的橋梁

33、。i/o 進行選型時， 通常根據統計的輸入輸出點數，再增加 10%20%余量。 3.2.2 輸入輸出端口分配 （1）s7-300 的 i/o 編址 s7-300 plc 的信號模塊能插在每個機架的第 4-11 槽里，這樣就給每個信號模塊確 定了一個具體的模塊起始地址，該地址取決于它所在的槽和機架。實際 plc 系統應根 據控制對象及控制要求選取模塊，并將機架數量和槽位號相應縮減9。 s7-300 的信號模塊的字節(jié)地址與模塊所在的機架號和槽號有關，與地址和信號線 接在模塊上的哪個端子有關。對于數字量模塊，從 0 號機架的 4 號槽開始，每個槽位 配 4b(4 個字節(jié))的地址，相當于 32 個 i

34、/o 點。最多可能有 32 個數字量模塊，共占用 324b=128b。 （2）光電開關 光電開關常用作物體位置檢測、液位控制、產品計數、寬度判別、速度檢測、定 長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出、沖床和剪切機以及安全防護 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 10 等諸多領域，而且體積小、功能多、壽命長、精度高、響應速度快、檢測距離遠以及 抗光、電、磁干擾能力強10。 輥道上和移載機上所裝的是鏡面反射型光電開關，為避免外界的干擾，可根據實 際情況將監(jiān)測范圍調小。板鏈上裝的是對射式光電開光，以保證計數的準確性。 （3）冰柜測試輸送生產線輸入輸出端口分配如表 5 所示。 表 5 輸入輸出端

35、口分配 序 號 名稱 元件 符號 輸入 點 序 號 名稱 元件 符號 輸出 點 1 開始按鈕 sb1i0.01 進輥道 hl1q0.0 2 移載機 1 進光感 sq1i0.12 板鏈 1 hl2q0.1 3 板鏈 1 進光感 sq2i0.23 板鏈 1 檢測 hl3q0.2 4 板鏈 1 進安全光感 sq3i0.34 出輥道 hl4q0.3 5 板鏈 1 滿光感 sq4i0.45 進移載機 1 km1q0.5 6 移載機 1 出光感 sq5i0.56 出移載機 1 km2q0.6 7 板鏈 1 出安全光感 sq6i0.67 板鏈 1 出過程指示 hl5q0.7 8 關閉 1 sb2i0.78

36、板鏈 2 hl6q1.1 9 移載機 2 進光感 sq7i1.19 板鏈 2 檢測 hl7q1.2 10 板鏈 2 進光感 sq8i1.210 移載機 2 進 km3q1.5 11 板鏈 2 進安全光感 sq9i1.311 移載機 2 出 km4q1.6 12 板鏈 2 滿光感 sq10i1.412 板鏈 2 出過程指示 hl8q1.7 13 移載機 2 出光感 sq11i1.513 板鏈 3 hl9q2.1 14 板鏈 2 出安全光感 sq12i1.614 板鏈 3 檢測 hl10q2.2 15 關閉 2 sb3i1.715 移載機 3 進 km5q2.5 16 移載機 3 進光感 sq13

37、i2.116 移載機 3 出 km6q2.6 17 板鏈 3 進光感 sq14i2.217 板鏈 3 出過程指示 hl11q2.7 18 板鏈 3 進安全光感 sq15i2.318 板鏈 4 hl12q3.1 19 板鏈 3 滿光感 sq16i2.419 板鏈 4 檢測 hl13q3.2 20 移載機 3 出光感 sq17i2.520 移載機 4 進 km7q2.5 21 板鏈 3 出安全光感 sq18i2.621 移載機 4 出 km8q3.6 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 11 22 關閉 3 sb4i2.722 板鏈 4 出過程指示 hl14q3.7 23 移載機 4 進光感 sq19

38、i3.1 24 板鏈 4 進光感 sq20i3.2 25 板鏈 4 進安全光感 sq21i3.3 26 板鏈 4 滿光感 sq22i3.4 27 移載機 4 出光感 sq23i3.5 28 板鏈 4 出安全光感 sq24i3.6 29 關閉 4 sb5i3.7 30 關閉進輥道 sb6i4.0 31 板鏈 1 手動 sb7i4.1 32 板鏈 2 手動 sb8i4.2 33 板鏈 3 手動 sb9i4.3 34 板鏈 4 手動 sb10i4.4 35 進輥道手動 sb11i4.5 36 出輥道手動 sb12i4.6 37 關閉出輥道 sb13i4.7 38 進輥道速段 1 sb14i5.0 3

39、9 進輥道速段 2 sb15i5.1 40 出輥道速段 1 sb16i5.2 41 出輥道速段 2 sb17i5.3 42 板鏈 1 速段 1 sb18i5.4 43 板鏈 1 速段 2 sb19i5.5 44 板鏈 2 速段 1 sb20i5.6 45 板鏈 2 速段 2 sb21i5.7 46 板鏈 3 速段 1 sb22i6.0 47 板鏈 3 速段 2 sb23i6.1 48 板鏈 4 速段 1 sb24i6.2 49 板鏈 4 速段 2 sb25i6.3 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 12 3.2.3 plc 接線圖 根據 i/o 分配表可知，需要 49 個數字量輸入（其中包括 2

40、5 個按鈕輸入，24 個傳 感器輸入），34 數字量輸出（其中 12 個輸出直作為調速端口與變頻器直接相連）， plc 外部輸入接線如圖 4、圖 5 所示。 圖 4 外部輸入接線圖 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 13 圖 5 輸出外部接線圖 4 控制系統軟件設計 4.1 可編程控制器 4.1.1 可編程控制器的工作原理及編程語言 plc 采用循環(huán)掃描工作方式，工作過程一般包括 5 個階段：內部處理、與編輯器等 的通信處理、輸入掃描、執(zhí)行用戶程序、輸出處理，其工作過程如圖 6 所示。圖 4-1 中當 plc 處于 run（運行）時，執(zhí)行所有階段；當處于 stop（停止）時，不執(zhí)行后 3 個階段

41、，此時可進行通信處理11。 可編程控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程主要是： （1）輸入處理：程序執(zhí)行前，plc 將全部輸入端子的通、斷狀態(tài)寫入輸入映像寄 存器。在程序執(zhí)行中，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內容也不變，直到下一 掃描周期的輸入處理階段才讀入這些變化。 （2）程序處理：對應用戶程序存儲器所存的指令，從輸入映像寄存器和其它軟元 件的映像寄存器中將有關軟元件的通、斷狀態(tài)讀出，從 0 步開始順序運算，每次運算 結果都寫入到有關的映像寄存器中，各軟元件的內容隨著程序的執(zhí)行在不斷變化。輸 出繼電器的內部觸點的動作由輸出映像寄存器的內容決定。 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 1

42、4 圖 6 plc 工作原理圖 （3）輸出處理：全部指令執(zhí)行完畢，將輸出映像寄存器的通、斷狀態(tài)向輸出鎖存 寄存器傳送，成為 plc 的實際輸出。plc 的外部輸出觸點對輸出軟元件的動作有一個響 應時問，即要有一個延遲才動作。 編程器是 plc 的重要編程設備。它不僅可以用來編寫程序，還可以用來輸入數據、 檢查和監(jiān)控 plc 的運行。隨著計算機技術的發(fā)展 plc 的編程環(huán)境越來越完善，使 plc 的學習、設計、調試更方便，更快捷。siemens 公司設計的 step7 就是專門為 s7- 300/400 系列 plc 設計的編程環(huán)境12。 4.2 程序流程圖 通過對輥道、板鏈工作過程分析，繪制程

43、序流程圖如圖 7 所示。 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 15 進進箱箱進進箱箱進進箱箱進進箱箱 檢檢測測完完畢畢 是是否否有有板板鏈鏈 正正在在岀岀箱箱 等等待待等等待待等等待待等等待待 岀岀箱箱岀岀箱箱岀岀箱箱岀岀箱箱 nnnn yyyy 檢檢測測完完畢畢檢檢測測完完畢畢檢檢測測完完畢畢 是是否否有有板板鏈鏈 正正在在岀岀箱箱 是是否否有有板板鏈鏈 正正在在岀岀箱箱 是是否否有有板板鏈鏈 正正在在岀岀箱箱 板板鏈鏈#1板板鏈鏈#2板板鏈鏈#3板板鏈鏈#4 運運行行 圖 7 程序流程圖 當程序運行后，四條并行的板鏈將會等待感應箱體的進入，進箱過程如圖 8 所示， 當某板鏈移載機感應到箱體到位

44、，移載機便會啟動同時板鏈也開始啟動，移載機通過 氣缸裝置將箱體頂起，到位后再通過皮帶送至板鏈，箱體安全到位后，移載機關閉下 降，送箱的同時板鏈末尾端的傳感器也在時刻檢測著箱體是否放滿，如沒有放滿，將 會重復以上流程。如果該板鏈箱體放滿，該板鏈將不再接收箱體，進入檢測環(huán)節(jié)，其 它板鏈將會正常接箱。當檢測完畢后（不合格的箱體將會被工作人員做上標記，出箱 后將會被篩出）。之后進行出箱，流程如圖 7 所示，出箱時首先檢測是否有其它板鏈 正在出箱，因為同一時間只能有一條板鏈出箱，如有其它板鏈正在出箱，該板鏈將會 繼續(xù)等待，只有當沒有板鏈出箱時，該板鏈才會出箱，出箱流程如圖 9 所示，出箱時 出輥道啟動，

45、板鏈和移載機同時啟動，移載機將箱體接到位后，板鏈停止移載機下降， 箱體安全離開移載機后，為一個循環(huán)。之后判斷箱體是否全部送出，如果全部送出則 為一個循環(huán)，板鏈重新回到送箱流程。 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 16 檢檢測測到到位位 冰冰柜柜由由輥輥道道進進入入 移移載載機機動動作作 冰冰柜柜送送至至板板鏈鏈 板板鏈鏈放放滿滿 板板鏈鏈檢檢測測 繼繼續(xù)續(xù)前前行行 y y n n n n y y 進進箱箱 圖 8 板鏈進箱流程圖 箱箱體體到到位位 板板鏈鏈與與移移載載機機同同時時動動作作 板板鏈鏈停停止止動動作作 移移載載機機關關閉閉 是是否否出出箱箱完完畢畢 箱箱體體出出箱箱到到位位 板板鏈鏈

46、繼繼續(xù)續(xù)送送箱箱 y y n n n n y y 出出箱箱 進進箱箱 圖 9 板鏈出箱流程圖 4.3 程序的設計與分析 （1）冰柜在輥道上如何安全的送至檢測板鏈線，程序如圖 10 所示。 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 17 圖 10 程序圖 當移載機感應到冰柜到位后，移載機啟動，同時板鏈也隨之啟動，只有當板鏈進 光電傳感器檢測到下降沿后，也就保證了冰柜已安全送至板鏈，這時才關閉移載機， 板鏈延時 3s 關閉，為下一箱體送入留出安全距離。 （2）箱體之間的碰撞問題，程序如圖 11 所示。 圖 11 程序圖 在每臺移載機前方安全距離處都裝有光線傳感器，當有箱體正由移載機送往板鏈 的過程中，如果有

47、其他箱體觸發(fā)安全距離處的傳感器會使 m0.3 接通，使進輥道電機暫 時關閉，直到移載機和板鏈都不動作時，進輥道電機才會重新自動接通。 （3）如何實現同一時間板鏈的同進同出，程序如圖 12 所示。 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 18 圖 12 程序圖 板鏈同進同出時，應以出為主，這樣才不會使箱體之間發(fā)生碰撞，所以在出的過 程中板鏈的運動只配合出移載機運轉，當檢測時間到，接通 m0.5 后，進移載機便不能 控制板鏈，只能配合板鏈，這樣就達到了同進同出且不會出現安全問題。 （4）何如解決同進同出時計數器問題，程序如圖 13 所示。 圖 13 程序圖 冰柜測試輸送生產線控制系統設計 19 為保證檢測過的箱體全部安全送出，需加入計數器，以保證出箱的準確性，但如 果只有一個計數器，同進同出時，既有出又有進，計數器將發(fā)生混亂，所以在檢測時 間到時將記好的數據保存并傳送到另一計數器，并將前計數器清零，這樣就不會影響 進出時的計數混亂問題。 （5）只能有一條板鏈出箱，程序如圖 14 所示。 圖 14 程序圖 當有板鏈正在出箱，是不允許有其它板鏈再次出箱，所以板鏈之間的出箱是互鎖 的，以保證出箱的唯一性。 以上是對在冰柜輸送生產線控制過程中所遇到的關鍵問題及解決方案。 5 系統軟件仿真設計 系統軟件仿真設計包括 s7-300 plc 的編程環(huán)境和 s7-plcsim 仿真軟件的使