裝配流水線課程設(shè)計

1、一、控制要求傳送帶共有八個工位，工件從0號位裝入，分別在1、3、5、7號工位完成四種裝配操作；0、2、4、6號工位用于傳送工件，在0號位裝有傳感器，工件裝入時傳感器發(fā)出信號，當(dāng)合上電源啟動傳送帶（為裝入工件，傳送帶不動）時，每5s移動一個工位。二、方案1、裝配流水線示意圖操作一操作二操作三操作四工件裝入01234567成品庫2、I/O地址分配這是一個典型的順序控制，利用移位寄存器操作最為方便。設(shè)定一個8位移位寄存器（如下圖），每位移位寄存器相應(yīng)于一個工位，每5s移位一次，控制相應(yīng)的操作。設(shè)定400接電源開關(guān)QG，401接傳感器發(fā)出的工件裝入信號ST,402接總復(fù)位信號SB，430433四位輸出

2、繼電器分別由移位寄存器1、3、5、7位的控制信號驅(qū)動，并設(shè)定時器的地址號為450，移位寄存器的地址號為110，這樣就可以畫出PLC的實際接線圖和梯形圖以及指令語句表。 三、PLC的選擇及連接圖的繪制1、PLC控制系統(tǒng)基本介紹1.1基本介紹PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller），是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。它是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是可

3、編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有PLC。1.2 PLC的功能 （1）邏輯控制 （2）定時控制 （3）計數(shù)控制 （4）步進(jìn)(順序)控制 （5）PID控制 （6）數(shù)據(jù)控制：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。 （7）通信和聯(lián)網(wǎng) （8）其它：PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。 1.3 PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強（2）配套齊全，功能完善，適用性強（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎（4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造（5）體積小，重量輕，能耗低1.4 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

4、基本原則（1）最大限度的滿足被控對象的控制要求。（2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用和維護(hù)方便。（3） 保證控制系統(tǒng)安全可靠。（4） 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時應(yīng)適當(dāng)留有余量。2、PLC的選擇2.1可編程控制器選擇的基本性能指標(biāo)（1）工作速度   工作速度是指PLC的CPU執(zhí)行指令的速度及對急需處理的輸入信號的響應(yīng)速度。工作速度是PLC工作的基礎(chǔ)。速度高了，才可能通過運行程序?qū)崿F(xiàn)控制，才可能不斷擴大控制規(guī)模，才可能發(fā)揮PLC的多種多樣的作用。   （2）控制規(guī)模   控制規(guī)模代表PLC控制能

5、力，看其能對多少輸入、輸出點及對多少路模擬進(jìn)行控制。   控制規(guī)模與速度有關(guān)。因為規(guī)模大了，用戶程序也長，執(zhí)行指令的速度不快，勢必延長PLC循環(huán)的時間，也必然會延長PLC對輸入信號的響應(yīng)。為了避免這個情況，PLC的工作速度就要快。所以，大型PLC的工作速度總是比小的要快。   （3）組成模塊   PLC的結(jié)構(gòu)雖有箱體及模塊式之分，但從質(zhì)上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把PLC的模塊組成當(dāng)作所有PLC的結(jié)構(gòu)性能。   這個性能含義是指某型號PLC具有多少種模塊，各種模塊都有什么規(guī)格，并各具什么特

6、點。   （4）內(nèi)存容量   PLC內(nèi)存有用戶及系統(tǒng)兩大部分。用戶內(nèi)存主要用以存儲用戶程序，個別的還將其中的一部分劃為系統(tǒng)所用。系統(tǒng)內(nèi)存是與CPU配置在一起的。CPU既要具備訪問這些內(nèi)存的能力，還應(yīng)提供相應(yīng)的存儲介質(zhì)。   用戶內(nèi)存大小與可存儲的用戶程序量有關(guān)。內(nèi)存大，可存儲的程序量大，也就可進(jìn)行更為復(fù)雜的控制。從發(fā)展趨勢看，內(nèi)存容量總是在不斷增大著。大型PLC的內(nèi)存容量可達(dá)幾十k，以至于一百多k。系統(tǒng)內(nèi)存對于用戶，主要體現(xiàn)在PLC能提供多少內(nèi)部器件。不同的內(nèi)部器件占據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存的不同區(qū)域。在物理上并無這些器件，僅僅為RAM。但通過運行程序進(jìn)行使

7、用時，給使用者提供的卻實實在在有這些器件。   內(nèi)存器件種類越多，數(shù)量越多，越便于PLC進(jìn)行種種邏輯量及模擬控制。它也是代表 PLC性能的重要指標(biāo)。   PLC內(nèi)部器件有：   I/O繼電器，或稱映射區(qū)。它與PLC所能控制的I/O點數(shù)及模擬量的路數(shù)直接相關(guān)。   內(nèi)部繼電器數(shù)，有的稱為標(biāo)志位數(shù)，代表著PLC的內(nèi)部繼電器數(shù)。它與I/O繼電器區(qū)相聯(lián)系著，有時與后者相聯(lián)系進(jìn)行處理。內(nèi)部繼電器多，便于PLC建立復(fù)雜的時序關(guān)系，以實現(xiàn)多種多樣的控制要求。一般講，內(nèi)部繼電器數(shù)比I/O繼電器要多得多。   有

8、的內(nèi)部繼電器還可丟電保持，即它的狀態(tài)（ON或OFF）、PLC丟電后，靠內(nèi)部電池仍予以保持。再上電后可繼續(xù)丟電前的狀態(tài)。保持繼電器可增強PLC控制能力，特別對記錄故障，故障排除后恢復(fù)運行，更顯得有用。   定時器，可進(jìn)行定時控制。定時值可任意設(shè)定。定時器有多少，設(shè)定范圍有多大，設(shè)定值的分辨率又是多少，這些都代表定時器件的性能。   計數(shù)器，可進(jìn)行計數(shù)，到達(dá)某設(shè)定計數(shù)值可發(fā)送相應(yīng)信號?？蛇M(jìn)行什么樣的計數(shù)，計數(shù)范圍多大，怎么設(shè)定，有多少計數(shù)器，則是PLC計數(shù)器性能的代表指標(biāo)。   數(shù)據(jù)存儲區(qū)，用以存儲工作數(shù)據(jù)。多以字、兩字或多字為單位予以使

9、用，是PLC進(jìn)行模擬量控制，或記錄數(shù)據(jù)所必不可少的。這個存儲區(qū)的大小代表PLC的性能也是越大越好。趨勢也是越來越大。小型機也如此。如日本OMRON公司的CQM1機，其DM區(qū)就有6k字。而過去同是小型機的C60P的DM區(qū)才64個字。大型機的DM可達(dá)10K以至幾十K。   此外還有其它一些內(nèi)部器件，了解某PLC性能時，也都必須掌握它。   內(nèi)部器件也是PLC指令的操作數(shù)，不弄清楚是無法編程的。 （5）指令系統(tǒng)   PLC有多少條指令，各條指令又具有什么功能，是了解與使用PLC的重要方面。你不懂PLC指令怎么編程，沒有程序，PLC又怎么工作

10、？   PLC的指令越來越多，越來越豐富。功能很強的指令，綜合多種作用的指令日見增多。   PLC的指令繁多，但主要的有這么幾種類型：   基本邏輯指令，用于處理邏輯關(guān)系，以實現(xiàn)邏輯控制。這類指令不管什么樣的PLC都總是有的。   數(shù)據(jù)處理指令，用于處理數(shù)據(jù)，如譯碼，編碼，傳送、移位等等。   數(shù)據(jù)運算指令，用于進(jìn)數(shù)據(jù)的運算，如十、一、X、/等，可進(jìn)行整形數(shù)計算，有的還可浮點數(shù)運算；也可進(jìn)行邏輯量運算，等等。   流程控制指令，用以控制程序運行流程。PLC的用戶程序一般是從零地址的指令

11、開始執(zhí)行，按順序推進(jìn)。但遇到流程控制指令也可作相應(yīng)改變。流程控制指令也較多，運用得好，可使程序簡練，并便于調(diào)試與閱讀。   狀態(tài)監(jiān)控指令，用以監(jiān)視及記錄PLC及其控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對提高PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性大有幫助。   當(dāng)然，并不是所有的PLC都有上述那么多類的指令，也不是有的PLC僅有上述幾類指令。以上只是指出幾個例子，說明要從哪幾個方面了解PLC指令，從中也可大致看出指令的多少及功能將怎樣影響PLC的性能。   除了指令，為進(jìn)行通訊，PLC還有相應(yīng)的協(xié)議與通訊指令或命令，這些也反映了PLC的性能。 （6）支持軟件 為了便

12、于編制PLC程序，多數(shù)PLC廠家都開發(fā)有關(guān)計算機支持軟件。   從本質(zhì)上講，PLC所能識別的只是機器語言。它之所以能使用一些助記符語言、梯形圖語言、流程圖語言，以至高級語言，全靠為使用這些語言而開發(fā)的種種軟件。   助記符語言是最基本也是最簡單的PLC語言。它類似計算機的匯編語言，PLC的指令系統(tǒng)就是用這種語言表達(dá)的。這種語言僅使用文字符號，所使用的編程工具簡單，用簡易編程器即可。所以，多數(shù)PLC都配備有這種語言。   梯形圖語言是圖形語言，它用類似于繼電器電路圖的符號表達(dá)PLC實現(xiàn)控制的邏輯關(guān)系。這種語言與符號語言有對應(yīng)關(guān)系，很容易

13、互相轉(zhuǎn)換，并便于電氣工程師了解與熟悉，故用得很普遍，幾乎所有的PLC都開發(fā)有這種語言。由于它是用圖形表達(dá)，小的編程器不好使用它，得有較大的液晶畫面的編程器，才能使用它。多數(shù)是在計算機對PLC編程時，才使用這種語言。   流程圖語言，它也是圖形語言，不過所用的符號不與電氣元件符號相似，而與計算機用的流程圖符號相似，便干計算機工作人員了解與熟悉。流程圖語言與符號語言也有一一對應(yīng)關(guān)系，只是它對應(yīng)的符號語言與梯形圖的對應(yīng)不一樣。熟悉計算機而又未從事過一般電氣工作的人員，樂于用這種語言對PLC編程。日本OMRON公司開發(fā)的F系列機就是使用這種語言。   梯形圖與流程圖混合語

14、言。這種語言，梯形圖與流程圖兩者兼用，可使PLC程序結(jié)構(gòu)化。它用流程圖把PLC程序劃分成若干結(jié)構(gòu)塊，并規(guī)范塊間的邏輯聯(lián)系。用梯形圖再確定塊中的種種量間的邏輯關(guān)系。這種混合語言有不同的實現(xiàn)方法，而且多用于大型的PLC的編程   高級語言，PLC編程也可以使用高級語言，如BASIC、C語言等?？梢栽贒OS，也可在WINDOWS平臺上運行。關(guān)鍵在于要把用高級語言編寫的程序轉(zhuǎn)換成助記符語言，或直接轉(zhuǎn)換成PLC所能識別的機器語言。從根本上講，只要能實現(xiàn)這個轉(zhuǎn)換的，什么高級語言都可以。而編寫這個轉(zhuǎn)換的軟件工作量很大，當(dāng)然應(yīng)由有關(guān)廠家開發(fā)與提供。當(dāng)前不少PLC廠家已有提供。如GEFANA

15、C的PLC就提供有可用C語言編程的軟件。   再前進(jìn)一步，從理論上講使用自然語言編程也是完全可能的。只是要下力氣去開發(fā)，以及市場有這個需要。   支持軟件不僅編制PLC程序需要，監(jiān)控PLC運行，特別是監(jiān)視PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況也需要。所以，多數(shù)支持編程的軟件，也具有監(jiān)視PLC工作的功能。   此外，也有專用于監(jiān)控PLC工作的軟件，它多與PLC的監(jiān)視終端連用。   有的PLC廠家或第三方廠家還開發(fā)了使用PLC的組態(tài)軟件，用以實現(xiàn)計算機對PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控，以及與PLC交換數(shù)據(jù)。   PLC的用戶也可基

16、于DOS或WINDOWS平臺開發(fā)用于PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，以提高PLC系統(tǒng)自動化及智能化水平。這方面的軟件已日益受到重視。   總之，為了用好PLC，PLC的支持軟件越來越豐富，性能也越來越好，其界面也越來越友好，也因此，它的情況如何，已成為評判PLC性能的指標(biāo)之一。 （7）可靠控制   為使PLC能可靠工作，在硬件與軟件兩個方面PLC廠家都采取了很多措施，對一些特殊可靠要求的PLC，還有相應(yīng)的特殊的措施，如熱備、冗余等等。這在介紹PLC的特點時已作了敘述?？煽看胧┑哪康氖窃黾覲LC平均故障間隔時間、MTBF（MeanTimeBetweenFailure）及減

17、少PLC的平均修復(fù)時間、MTTR（MeanTimeToRepair），以提高PLC的有效度A（Availability）。 A=MTBF/(MTBF+MTTR) 式中A-有效率 MTBF-平均故障間隔時間 MTTR-平均修復(fù)時間   當(dāng)然，A值越大越好，它可使PLC系統(tǒng)得到充分的利用，是為什么要使用PLC的重要指標(biāo)。而從上式可知，MTBF越大，MTTR越小，則A越大。所以，PLC的可靠措施都是圍繞提高M(jìn)TBF及MTTR值進(jìn)行的。   鑒于可靠工作是PLC的重要特點，至關(guān)重要，故有關(guān)提高M(jìn)TBF及降低MTTR的措施如何，以及PLC的MTBF與MTTR值也成

18、為PLC性能的重要指標(biāo)。 （8）經(jīng)濟指標(biāo)   以上七條講的都是PLC的技術(shù)性能。其實，使用PLC，還要考慮經(jīng)濟指標(biāo)。經(jīng)濟是基礎(chǔ)，經(jīng)濟上不合算，不能帶來經(jīng)濟效益，使用PLC也就沒有基礎(chǔ)。所以，這個指標(biāo)也是重要的。經(jīng)濟指標(biāo)最簡單的就是看價格。一般講，同樣技術(shù)性能的PLC，價格低其經(jīng)濟指標(biāo)就好   此外，還要看供貨情況，供貨不及時，影響使用，價格即使低，也不一定就好；看技術(shù)服務(wù)，資料不全，用戶出現(xiàn)問題得不到技術(shù)支持也不好。   對經(jīng)濟指標(biāo)還要作綜合分析，要看使用了PLC能否帶來效益，然后，再分析使用哪家的PLC效益更好些。 2.2 PLC的

19、分類PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。  1按結(jié)構(gòu)形式分類  根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。  （1）整體式PLC    （2）模塊式PLC     還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣

20、，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。2按功能分類 根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。（1） 低檔PLC  （2） 中檔PLC    （3）高檔PLC 3按I/O點數(shù)分類 根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。(1).小型PLCI/O點數(shù)< 256點；單CPU、8位或16位處理器、用戶存儲器容量4K字以下。如： GE-I型 美國通用電氣（GE）公司    TI100      美國德洲儀器

21、公司    F、F1、F2   日本三菱電氣公司    C20 C40    日本立石公司（歐姆龍）    S7-200    德國西門子公司    EX20 EX40   日本東芝公司    SR-20/21    中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司(2). 中型PLCI/O點數(shù)2562048點；雙CPU，用戶存儲器容

22、量28K如： S7-300     德國西門子公司SR-400     中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司SU-5、SU-6   德國西門子公司C-500     日本立石公司GE-     GE公司(3). 大型PLCI/O點數(shù)> 2048點；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量816K    如： S7-400   德國西門子公司GE- &

23、#160; GE公司C-2000   立石公司K3    三菱公司等2.3 本課題所選PLC根據(jù)PLC的分類及性能指標(biāo)的對照以及方案的具體情況，本課題選擇小型機即可。最終確定使用日本三菱電機F-40M。下表是F-40M的內(nèi)部等效繼電器及地址編號表。等效繼電器基本單元擴展單元地址號數(shù)目地址號數(shù)目輸入繼電器X40041350051312124144275145271212輸出繼電器Y4304375305378844044754054788時間繼電器T4504575505570.1999s88-計數(shù)繼電器C4604675605671999次88-輔助繼電器M10027730037712864特殊繼電器M70.71.72.76.775 表一3、實際接線圖4、方案描述合上電源開關(guān)，一方面開始傳送工件，當(dāng)有工件時，ST