工業(yè)自動(dòng)生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、周口科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文工業(yè)自動(dòng)生產(chǎn)線PLC空制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)機(jī)電一體化技術(shù)學(xué)生姓名班級(jí)10機(jī)電（2）班學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成日期2012.11.22工業(yè)自動(dòng)生產(chǎn)線PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【摘要】隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，電鍍生產(chǎn)對(duì)控制的要求也不斷提高。本文通過(guò)對(duì)三菱FX2N系列的PLC的介紹。實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)電鍍生產(chǎn)中電機(jī)的正反轉(zhuǎn)與制動(dòng)的控制，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的暫?？刂坪瓦^(guò)限位的保護(hù)。通過(guò)對(duì)控制要求的分析和查閱資料本文已經(jīng)給出了具體的設(shè)計(jì)方法和步驟，設(shè)計(jì)出了完整的梯形圖，并通過(guò)對(duì)程序的調(diào)試進(jìn)一步簡(jiǎn)化了程序增強(qiáng)了程序的實(shí)用性?！娟P(guān)鍵詞】三菱PL異步電動(dòng)機(jī)電磁包閘制動(dòng)能耗制動(dòng);畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1 .自動(dòng)生

2、產(chǎn)線示意圖牽引鋼纜后退槽.*槽中槽：“槽電鍍生產(chǎn)線一側(cè)(原位)將待加工零件裝入吊籃，并發(fā)出信號(hào)，專(zhuān)用行車(chē)便提升前進(jìn)，到規(guī)定槽位自動(dòng)下降，并停留一段時(shí)間(各槽停留時(shí)間預(yù)先按工藝設(shè)定)后自動(dòng)提升，行至下一個(gè)電鍍槽，完成電鍍工藝規(guī)定的每道工序后，自動(dòng)返回原位，卸下電鍍好的工件重新裝料，進(jìn)入下一個(gè)電鍍循環(huán)。電鍍行車(chē)采用兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)分別控制行車(chē)的升降和進(jìn)退，采用機(jī)械減速裝置。電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)(J02-12-4,P=0.81Kw,I=2A,n=1410r/min,V=380v)2 .主要解決的問(wèn)題和設(shè)計(jì)(研究)要求：(1)單周期控制方式進(jìn)行；(2)前后運(yùn)行和升降運(yùn)行應(yīng)能準(zhǔn)確停位，前、后升降運(yùn)行之間有互鎖作

3、用。(3)該裝置采用遠(yuǎn)距離操作臺(tái)控制行車(chē)運(yùn)動(dòng)，要求有暫停控制功能。(4)行車(chē)運(yùn)行采用行程開(kāi)關(guān)控制，并要求有過(guò)限位保護(hù)。主電路應(yīng)有短路和過(guò)載保護(hù)(5)行車(chē)升降電動(dòng)機(jī)采用三相電磁包閘制動(dòng)，升降電動(dòng)機(jī)和三相電磁包閘并聯(lián)接線，不需單獨(dú)控制。進(jìn)退采用能耗制動(dòng)，進(jìn)退電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)間為1.5S01#-5#槽位的停留時(shí)間依次為11S、12S、13S、14s15S,原位裝卸時(shí)間為10S二、器件選擇及設(shè)計(jì)思路(二)PLC簡(jiǎn)介1 .PLC的基本結(jié)構(gòu)可編程控制器作為控制器的自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上就是一種用于工業(yè)控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，它既可進(jìn)行開(kāi)關(guān)量的控制，又可實(shí)現(xiàn)模擬量的控制。PLC采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由中央處理器、

4、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、電源等組成。如圖2-1所示。圖2-1PLC的基本結(jié)構(gòu)2 .PLC的工作原理PLC雖具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，而PLC則采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中用戶(hù)程序按先后順序存放。對(duì)每個(gè)程序，處理器從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)成為一個(gè)掃描周期。掃描周期的長(zhǎng)短去決定于以下幾個(gè)因素：一是處理器執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時(shí)間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個(gè)掃描周期大致可分為輸入/輸出刷新和執(zhí)行指令兩個(gè)階段。3 .PLC的特點(diǎn)由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式

5、，所以它的輸出對(duì)輸入的響應(yīng)速度要受掃描周期的影響。PLC的這一特點(diǎn)，一方面使它的響應(yīng)速度變慢，但另一方面也使它的抗干擾能力增強(qiáng)，對(duì)一些短時(shí)的瞬間干擾可能會(huì)因響應(yīng)滯后而躲避開(kāi)。這對(duì)一些慢速控制系統(tǒng)是有利的，但對(duì)一些快速相應(yīng)系統(tǒng)則不利，在使用中應(yīng)特別注意這一點(diǎn)。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，對(duì)于生產(chǎn)速度的要求越來(lái)越快，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，是生產(chǎn)社會(huì)化的必然趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)方式加以更新，運(yùn)用高性?xún)r(jià)比的現(xiàn)代可編程控制器(PLC控制技術(shù)，力求向人性化、智能化方向發(fā)展。PLC控制既克服了繼電器一接觸器控制電梯的工作可靠性差、故障率高、維修工作量大的缺點(diǎn)；又克服了單片機(jī)控制電梯的抗干擾能力差的缺點(diǎn)，所以

6、用PLC進(jìn)行生產(chǎn)的電氣控制受到越來(lái)越多廠家的青睞，發(fā)展前景廣闊。在現(xiàn)代電氣控制系統(tǒng)中，用PLC代替以往的繼電器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)布線。生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、檢修方便，大大提高了使用效率。4 .PLC的選型PLC機(jī)型選擇的基本原則是滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的功能要求及保證可靠，維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比，還要考慮控制系統(tǒng)的工藝改進(jìn)后的系統(tǒng)升級(jí)的需要，更要兼顧控制系統(tǒng)的制作成本，選擇是主要考慮以下幾點(diǎn)：(1)可編程控制器的結(jié)構(gòu)選擇PLC的基本結(jié)構(gòu)分整體式和模塊式兩種，整體式PLC的每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小，一般用于小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便，在I/O

7、點(diǎn)數(shù)輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例，I/O模塊的種類(lèi)等方面選擇余地大，且維護(hù)方便，一般用于復(fù)雜的控制系統(tǒng)。I/O點(diǎn)數(shù)的確定一般來(lái)講，可編程控制器控制系統(tǒng)的規(guī)模的大小是用輸入，輸出的點(diǎn)數(shù)來(lái)衡量的。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)，并考慮今后調(diào)整和工藝改進(jìn)的需要，一般為實(shí)際點(diǎn)數(shù)再加上10%-20%勺備用量，根據(jù)電鍍生產(chǎn)線的工藝要求總共有13個(gè)輸入，6個(gè)輸出，所以總點(diǎn)數(shù)為（13+6）X（10%20%+19=20.922.8綜上所述選擇并根據(jù)課題要求所以所選PLC為三菱FXGP_WIN-型號(hào)。2 .熔斷器選擇對(duì)于頻繁起動(dòng)的單臺(tái)電動(dòng)機(jī)為了起到短路保護(hù)作用，又保證電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)，在頻繁起動(dòng)時(shí)，熔體不應(yīng)熔斷。

8、即Irn>（33.5）In所以選型號(hào)為RL6-25,熔體為6A。3 .開(kāi)關(guān)選擇根據(jù)控制要求當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕（有信號(hào)）時(shí)程序動(dòng)作，當(dāng)需要暫停時(shí)吊籃暫停，放開(kāi)按鈕吊籃繼續(xù)動(dòng)作所以啟動(dòng)選擇點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)，暫停選撥動(dòng)開(kāi)關(guān)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要限位和狀態(tài)轉(zhuǎn)換，所以在前進(jìn)和后退過(guò)程中需要限位開(kāi)關(guān)和行程開(kāi)關(guān)。4 .接觸器根據(jù)要求選額定工彳電壓、電流為380V、5A,額定線圈電壓為220V,頻率為600次/h,類(lèi)別為AC-3,型號(hào)為CJ20-10的三極交流接觸器。三、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 .流程圖2 .主電路圖及原理分析電氣原理分析：按下啟動(dòng)按鈕SB1,KM1KM3導(dǎo)電，到達(dá)SQ8時(shí)KM1斷電，KM5閉合制動(dòng)2秒

9、后斷開(kāi)，在到SQ1時(shí)KM3斷開(kāi)KM幽合制動(dòng)1.5秒之后KM6#t開(kāi)，同時(shí)閉合KM2到達(dá)SQ9時(shí)斷開(kāi)KM2閉合KM5R時(shí)計(jì)時(shí)11秒之后重復(fù)上述動(dòng)作。當(dāng)?shù)竭_(dá)SQ5計(jì)時(shí)15秒之后閉合KM4KM2再次到達(dá)SQ8時(shí)斷開(kāi)KM2閉合KM52#之后斷開(kāi)。當(dāng)?shù)竭_(dá)SQ0時(shí)斷開(kāi)KM4切合KM6®動(dòng)1.5秒同時(shí)閉合KM1回到原位。在整個(gè)過(guò)程中不能短路，所以KM1KM2能同時(shí)閉合，KM3KM壞能同時(shí)閉合，KM杯能與KM3KM刎時(shí)閉合，應(yīng)此他們之間要互鎖。如下圖。3、I/O分配表輸入輸出名稱(chēng)端口號(hào)功能吝稱(chēng)端口號(hào)功能SB1M3啟動(dòng)生產(chǎn)蝴電鈕railTO吊直上用在電器SB2XI暫停生產(chǎn)絢安鈕KH2Y1吊籃下用快電器

10、S00X2原庫(kù)程開(kāi)關(guān)KH3Y2吊籃左陰在電器3Q1I仃1#槽行程開(kāi)關(guān)KH4T3吊籃右升悵電器SQ2志2#槽行程開(kāi)關(guān)KM5Y4上卞行偉閡雛電器SQ3X5附槽行程開(kāi)關(guān)KM6Y5左右行偉運(yùn)心集電器SQ4密4點(diǎn)槽行程開(kāi)關(guān)SQ5JC75#槽行程開(kāi)關(guān)3QSX10左行過(guò)限位保護(hù)行程開(kāi)關(guān)9Q7XII右行過(guò)限位保護(hù)行程開(kāi)關(guān)9Q3X12上限位行程引F關(guān)SQ930.3下限位行程用F關(guān)4、外部接線圖毫，口YO停止xjY1原位限位£0口rII¥21#曹限位SOi一X,32#曹限位SD2一王x4PJ3#曹限位SC3一/上,44#曹限位SQ4一/I¥35#曹限位QQ0cCO左過(guò)限位保護(hù)QQ6一

11、/xlOrocom右過(guò)限位保護(hù)沏¥11M上限為SO8工忙R下限為SP3L才xl3cnmlNL+LL-KMlKM?上下左右上下制動(dòng)左右制動(dòng)KM臺(tái)LKM：jKM4nKM6FP1FR5、梯形圖XCOO0II-M4YC03X0124II14M4N8NOX001CYOOOIOYOOSY005CY0021112n1314nM2-nX(O4-IIXC05IIXC06-II-X013Y003YOOO4X002-Pf-X013X003TlIPX004XC07XC02-IP14X002Y00264|_妙/丫期IIXC10II-XC1278卅一XC13Y(04-II-XOO5XOO6TPX007HI-XO

12、OlCYOOlMO-aoK110-CT1K120-CT2KISOK140-04K150CY008(YOO4K1O<end)6、程序說(shuō)明當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕X0后，M3呆持接通啟動(dòng)Y0和Y2吊籃，上升同時(shí)左行，當(dāng)上行到SQ8時(shí)X12得電Y0斷開(kāi)，同時(shí)在X12得電的上升沿接通Y4,T5同時(shí)Y4自鎖，啟動(dòng)電磁抱閘制動(dòng)Y4,1秒后停止上行。當(dāng)左行到SQ1時(shí)X3得電，Y2斷電同時(shí)Y1和M0得電，M0斷開(kāi)Y0一直被斷開(kāi)，Y1開(kāi)始下行，在X3的點(diǎn)的上升沿接通Y5并自鎖，啟動(dòng)能耗制動(dòng)Y5,1.5秒后停止左行，當(dāng)下行到SQ9時(shí)X13得電，斷開(kāi)Y1,在X13上升沿時(shí)接通Y4制動(dòng)1秒，吊籃停止下行。因?yàn)榇藭r(shí)X3,X

13、13都得電所以T0接通。11秒后同時(shí)接通Y0和Y2,Y、Y2動(dòng)作SQ1復(fù)位，YRY2就一直接通。當(dāng)再次到達(dá)SQ8寸Y0斷電停止上升同時(shí)在上升沿啟動(dòng)Y4制動(dòng)1.5秒后復(fù)位，當(dāng)?shù)趸@到達(dá)SQ2寸，SQ羽電，X4動(dòng)作M0得電，Y2因此斷電，同時(shí)在上升沿時(shí)啟動(dòng)Y5制動(dòng)1秒后復(fù)位，同時(shí)Y1得電，吊籃下降，到達(dá)SQ9停止并啟動(dòng)T1計(jì)時(shí)12秒，如此循環(huán)下一個(gè)13秒再下一個(gè)14秒，當(dāng)?shù)趸@到5#槽彳f15秒之后，T4動(dòng)作，先接通Y3,Y3自鎖Y2被Y3互鎖，吊籃向右上方運(yùn)行，當(dāng)上行到SQ8時(shí)Y4制動(dòng)停止上升，SQ8得電此時(shí)M4接通M3斷電直到到達(dá)SQ0,SQ0得電，X2動(dòng)作，接通Y1,吊籃下行，至IJ達(dá)SQ9時(shí)X

14、13得電回到原點(diǎn)等待物件信號(hào)進(jìn)行下一次循環(huán)。過(guò)限位保護(hù)：在到達(dá)SQ5時(shí)如果吊籃繼續(xù)左行，當(dāng)?shù)竭_(dá)SQ6寸即X10立即動(dòng)作幾桶Y3吊籃停止左行向右行駛返回原位。在吊籃又行到達(dá)SQ7時(shí)，即X11立即動(dòng)作接通M2M2接通Y2左行到原位。暫停：在前進(jìn)過(guò)程中需要暫停時(shí)按下X1按鈕,X1的常閉斷開(kāi)，則Y0,Y1,Y2,Y3斷電吊籃停止，當(dāng)X1復(fù)位時(shí)X1斷電，其常閉閉合，吊籃繼續(xù)動(dòng)作。7、指令表01LE01?xoooM360ANDX0072ANIM461OUTT4K1503OUTh13G4LDT44LU¥003G5OEYOOS5AMDX012朋OEX0106OUTM47LDMS67ANIX0028A

15、NIMO然ANIY0029ANIX001G9曲IM210OPTO70OUTYOOS11OBT171NOP12OET272NOP13OE1373LDPXQ1214OET475OEPX01315OEM2108END77OEY00416MPS17ANIX01278ANIT518OUTYOOO7iOUT¥10419MPP80OUTT5K1020ANIY0G383LDPxoo?21ANIY005S5OBPX00422OUT¥00287OFFX00525Ll>X00389OEPX00624ORX00491OEPX00725口RX0052eOBxooe9SOEPX00227OHX0

16、0785OFY00528OBX00296ANIYOOS29MPS97MPS80AN!X01S98ANIT631ANIYOOS99OUTY00532ANIY00083ANIXQ01100MPP34OUTY001101OUTTeK1535MPP104LDXflll船AN1X002105ORU237OUTKO106冊(cè)IXC0238MNDX013107OUTM239MPS40MNPxooa41OUTTOKHO44mud45ANDX0044GOUTT1K12049NRD50ANDX00551OUTT2K13O54MRD55AMDX00656OUTT8KUO59MPP四、PLC調(diào)試先通過(guò)計(jì)算機(jī)打開(kāi)三菱FX

17、GP_WIN-CJ編程軟件，將已編好的程序編入編程軟件，檢查無(wú)誤點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換按鈕對(duì)程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再將PLC與進(jìn)算計(jì)聯(lián)機(jī)，把PLC打在STOP犬態(tài)，點(diǎn)擊軟件里的PLC按鈕點(diǎn)擊PLC存儲(chǔ)器清除，再點(diǎn)擊傳送、寫(xiě)出，將程序?qū)懭隤LC然后是接線，將各個(gè)開(kāi)關(guān)按鈕和器件與PLC的I/O相連，最后監(jiān)控調(diào)試程序。通過(guò)對(duì)程序的編譯調(diào)試，可以找出編程的一些語(yǔ)法上的錯(cuò)誤，檢查是否有雙線圈輸出，同時(shí)可以對(duì)程序改進(jìn)以?xún)?yōu)化程序。五、本設(shè)計(jì)特點(diǎn)PLG空制電梯既克服了繼電器一一接觸器控制電梯的工作可靠性差、故障率高、維修量大的缺點(diǎn)，又克服了單片機(jī)控制電梯的抗干擾能力差的缺點(diǎn)，所以用PLC4行電梯的電氣控制受到越來(lái)越多廠家的青睞，發(fā)展前景廣闊。本設(shè)計(jì)就利用PLC勺高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、編程簡(jiǎn)單直觀和維修方便等特點(diǎn)，來(lái)對(duì)電梯系統(tǒng)進(jìn)行編程控制。系統(tǒng)控制核心為PLCE機(jī)，通過(guò)PLCt入端口將信號(hào)送入PLC按PLC?儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后經(jīng)輸出接口分別向指層器、召喚指示燈、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等發(fā)出顯示信號(hào)及控制信號(hào)。但由于是對(duì)電梯模型進(jìn)行控制，故在一些功能實(shí)現(xiàn)和控制方法上有許多的限制。六、本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能本文通過(guò)對(duì)三菱系列的三菱FXGP_WIN-C（列J的PLC的介紹，實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)電鍍生產(chǎn)中電機(jī)的正反轉(zhuǎn)與制動(dòng)的控疝，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的暫?？刂坪瓦^(guò)限位的保護(hù)。通過(guò)對(duì)控制要求的分析和查閱資料本文已經(jīng)