《電氣控制與PLC實訓》課件第12章

第12章可編程控制器課程設(shè)計實訓

12.1可編程控制器課程設(shè)計總體要求12.2可編程控制器課程設(shè)計選題12.3PLC課程設(shè)計其他選題12.4選做題12.1可編程控制器課程設(shè)計總體要求

1.課程性質(zhì)本課程設(shè)計是在學習了PLC基本指令、PLC功能指令和工業(yè)控制的人機界面這三門核心課程的基礎(chǔ)上，通過課程設(shè)計的實踐，系統(tǒng)地掌握在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，PLC及計算機控制的設(shè)計和應(yīng)用的知識，為今后從事專業(yè)技術(shù)工作打下基礎(chǔ)。

2.課程目的本課程設(shè)計主要圍繞工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計為主，設(shè)計由一些工業(yè)自動化設(shè)備組成的生產(chǎn)線的電氣自動化控制。整體控制方案可以采用集中分散式控制方案，也可以采用鏈式分散控制方案，目的是怎樣達到使整個生產(chǎn)線保持節(jié)拍、協(xié)調(diào)作業(yè)，高效、穩(wěn)定地工作，形成現(xiàn)代化的生產(chǎn)規(guī)模。

3.設(shè)計內(nèi)容工業(yè)自動化生產(chǎn)線是由一些自動化設(shè)備組成的，每一臺設(shè)備在生產(chǎn)線中完成一部分工作，產(chǎn)品加工時通過運輸工具在各臺設(shè)備之間傳遞，因此這種自動化生產(chǎn)線也稱為流水線。本課程設(shè)計要求通過PLC實驗裝置模仿這種生產(chǎn)線的工作，一個PLC實驗裝置仿真一臺生產(chǎn)設(shè)備，幾臺PLC實驗裝置組成整個生產(chǎn)流水線。課程設(shè)計仿真生產(chǎn)線是一條零件加工流水線，主要由6臺設(shè)備組成6個工作單元，中間有一些輔助設(shè)備和環(huán)節(jié)，可供6～8名學生組成項目組進行課程設(shè)計。這些設(shè)備的加工過程簡單介紹如下。第1單元：由傳送帶上運輸?shù)拿髁慵韧ㄟ^一個長度檢測和分類的輔助設(shè)備，正常規(guī)格可以通過到加工設(shè)備；超長的零件也可以通過，但要加以記號，以便進行2次加工；短的零件則報廢剔除?？梢约庸さ牧慵竭_加工設(shè)備后，首先經(jīng)過定位、夾緊、端面加工，然后再釋放到傳送帶上輸送到下一個工位。有記號的超長零件，則在完成上述加工后，再進行兩次加工后才進入下一工位。第2單元：輸送來的零件進入一個三工位設(shè)備的上料工位(一工位)，零件在上料工位排隊，當有加工信號時，釋放一個零件到待加工位，再由送料器送到加工工位(二工位)，若加工工位上原來有零件，送料器同時將該零件送到卸料工位(三工位)。零件到達加工工位后，加工機構(gòu)進行加工，加工完成后再等待送料器將該零件送到卸料工位，同時再送入下一個新零件；零件到達卸料工位后，卸料推桿將該零件推入傳送帶向下一個工位輸送。第3單元：該零件的下一步加工是一臺四工位旋轉(zhuǎn)工作臺，零件要安裝到四工位旋轉(zhuǎn)工作臺，需通過機械手，機械手負責該四工位旋轉(zhuǎn)工作臺上零件的安裝和取走。機械手控制程序是本步工作的重點。機械手的底座是一個旋轉(zhuǎn)臺，可以停留在上料傳送帶、四工位工作臺的裝卸料工位、下料傳送帶三個方向，機械手還可以進行升降、伸長縮短、夾緊放松運動。機械手的控制程序設(shè)計中要注意，對四工位旋轉(zhuǎn)工作臺，開始加工的1～4個零件都是先裝料，不必卸料，把這種工作要求定為第一種控制模式。但是從第五個零件開始，必須先卸料再裝料，以后連續(xù)工作也是這樣要求，這是第二種控制模式。當有了停止信號后，要執(zhí)行只卸料不裝料的第三種控制模式。第4單元：機械手將零件裝到四工位旋轉(zhuǎn)工作臺的裝卸料工位(一工位)后，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動90°，將零件送到鉆孔工位(二工位)進行加工，完成鉆孔加工后，等待機械手將下一個零件裝到工作臺的裝卸料工位后，旋轉(zhuǎn)工作臺再轉(zhuǎn)動90°，將該零件送到鏜孔工位(三工位)進行加工，同時鉆孔工位也對下一個零件進行加工。一、二、三3個工位都完成后，旋轉(zhuǎn)工作臺再轉(zhuǎn)動90°，將第一個零件送到倒角工位(四工位)進行加工，4個工位都完成后，旋轉(zhuǎn)工作臺再轉(zhuǎn)動90°，將這個零件送到裝卸料工位(一工位)完成全部加工，等待機械手將這個零件取走。注意四工位旋轉(zhuǎn)工作臺控制二、三、四工位的加工，也要有3種工作模式，即工位上有零件時才加工，沒有零件就不加工。第5單元：機械手將旋轉(zhuǎn)工作臺的零件卸料后，通過卸料傳送帶將零件傳送到吊籃，吊籃上有一個計數(shù)器對進入吊籃的零件進行計數(shù)。滿設(shè)定值后吊籃起吊，進行三個槽的化學處理過程。吊籃上升到頂后，向前移動到一號槽(去除表面油污)下降，在一號槽停留設(shè)定時間后，吊籃再次上升然后向前移動到二號槽(化學處理)下降，在二號槽停留設(shè)定時間后，吊籃再次上升然后再向前移動到三號槽(清洗干燥)下降，停留設(shè)定時間后，吊籃再次上升到中間位置停留設(shè)定時間，再上升到頂后向前移動到卸料工位下降，吊籃傾翻，將零件倒入振動篩。第6單元：零件在振動篩中排隊到出口，出口處的光電傳感器判別到有排列整齊的零件，立刻啟動兩軸自動裝箱機到出口處夾住零件，將零件放入箱中的指定位置，自動裝箱機不斷將出口處的零件依次放入箱子的各個部位，直到該箱子放滿，執(zhí)行蓋箱蓋，換新箱子后，再進行裝箱。上述設(shè)備組成一條生產(chǎn)流水線，每個單元由一個學生設(shè)計、編程。但是，并不是每個學生編寫了自己單元的控制程序，整個生產(chǎn)流水線就能夠正常工作了，這里還有一個流水線的生產(chǎn)節(jié)拍問題。流水線如果采用鏈式控制，每個學生都需要編制與前后單元之間的相關(guān)程序；如果整個生產(chǎn)線采用集中分散控制方式，則需要一個總體設(shè)計，以控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)生產(chǎn)節(jié)拍。這樣可以產(chǎn)生另外兩個設(shè)計項目：

(1)生產(chǎn)線的總體設(shè)計和控制，通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)或I/O口與其他PLC交換信息。

(2)人機界面，可以對整個生產(chǎn)線進行監(jiān)控。設(shè)計方案分為整條生產(chǎn)流水線和每臺設(shè)備單獨的監(jiān)控界面。

4.設(shè)計要求課程設(shè)計主要培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的綜合能力，通過課程設(shè)計，使學生將書本知識進一步深化為實踐知識，以便今后在工作崗位能夠擔當起工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計工作。首先，由指導教師介紹課程設(shè)計的題目和基本要求，然后進行分組，如果是要求完成整條生產(chǎn)流水線的程序設(shè)計，可以由6～8名學生組成一個設(shè)計小組，建議6人一組；也可以采用取消流水線中的幾臺設(shè)備，組成較小的設(shè)計小組。在設(shè)計小組中，要推薦一名組長，以負責協(xié)調(diào)流水線中相關(guān)設(shè)備的工作節(jié)拍等問題。每個人的設(shè)計課題必須獨立完成，結(jié)合人機界面課程，每個學生可以自己設(shè)計課題的人機界面作為補充。在完成本人PLC控制程序的基礎(chǔ)上，補充的人機界面設(shè)計可以對課程設(shè)計成績進行加分。12.2可編程控制器課程設(shè)計選題

1．實訓目的實訓目的如下：

(1)熟悉PLC控制系統(tǒng)的組成，熟悉PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟和方法。

(2)能綜合運用所學理論知識編制、調(diào)試程序，以一條生產(chǎn)流水線為樣本，獨立地分析處理PLC控制程序的設(shè)計中遇到的端面加工、外圓加工、鉆孔、鏜孔、倒角、電鍍、裝箱等工藝過程的具體問題，并能應(yīng)用PLC的控制技術(shù)，獨立完成一項工程設(shè)計的全部工作。

(3)學生應(yīng)根據(jù)自己承擔的具體課題，積極尋找資料，發(fā)揮自己的專業(yè)特長，在不斷實踐和探索中，培養(yǎng)自己自學的能力和解決實際問題的能力。

2．實訓要求

1)長度判別和端面加工單元如圖12.1所示，毛坯零件在傳送帶上運輸時，由一個長度檢測和分類的輔助設(shè)備進行檢測。檢測方法有三種，第一種可以采用三個光電開關(guān)；第二種可以采用光電編碼器；第三種可以采用激光長度測量儀。正常規(guī)格的毛坯零件可以通過長度測量儀傳送到端面銑加工設(shè)備；超長的零件也可以通過，但先要鋸短，再進行端面銑，即需要進行2次加工；而短的毛坯零件則被長度測量儀的擋板剔除報廢。圖12.1長度判別和端面加工單元可以加工的毛坯零件到達端面銑加工設(shè)備后，首先經(jīng)過定位、夾緊，然后進行端面銑加工，完成后松開夾緊，輸送到傳送帶上進入下一個工位。超長零件須經(jīng)過定位、夾緊后，再進行上述加工，然后才能進入下一工位。長度判別的步驟：①毛坯零件離開A；②?B，C長度判別；③若短料，擋板轉(zhuǎn)1s；④擋板返回；⑤超長零件進行記錄。其中傳送帶正常情況下保持轉(zhuǎn)動。端面加工的步驟：①毛坯零件進入端面加工定位塊；②夾緊；③超長零件鋸片進；④鋸片退；⑤端面銑刀進；⑥端面銑刀退；⑦夾緊松開；⑧零件出；⑨定位居中。按PLC實驗裝置上編程端口分配，上述工藝過程執(zhí)行：啟動(X006)→傳送帶轉(zhuǎn)(Y016)→檢測到A=1時B=1，C=0，正常的毛坯零件通過；檢測到A=1時B=1，C=1，零件超長，設(shè)超長標志為1，通過；檢測到A=1時B=0，C=0，過短的毛坯零件，擋板轉(zhuǎn)(Y004)毛坯掉入廢品筐，1s后擋板返回。零件通過傳送帶送入端面銑的定位塊(X007)→夾緊(Y011)→(X011)→若超長零件鋸片進(Y012)→(X012)→鋸片退(Y013)→(X022)→端面銑刀進(Y014)→(X014)→銑刀退(Y015)→(X015)→夾緊松開(Y010)→(X010)→零件出(Y017)，1s后?！ㄎ粔K居中(Y011)→(X020)→完成一個零件的加工。如果檢測方法不采用三個光電開關(guān)，可以采用光電編碼器或激光長度測量儀。光電編碼器的檢測方法是零件帶動編碼器的輪子旋轉(zhuǎn)，高速計數(shù)器通過計算脈沖數(shù)算出零件長度，判別工作方案；激光長度測量儀直接通過A/D口讀入零件的長度數(shù)值進行判別。課程設(shè)計中，三種方案供三個組進行選擇，如圖12.2所示。圖12.2檢測方法的三種方案

2)翻轉(zhuǎn)和外圓加工單元如圖12.3所示，完成端面加工的零件輸送到一個三工位設(shè)備的上料工位，該設(shè)備的上料工位具有翻轉(zhuǎn)功能，將零件翻轉(zhuǎn)后堆放在通道中，當有加工信號時，釋放一個零件到待加工工位(一工位)。待加工工位的零件由送料器送到加工工位(二工位)，若加工工位上原來有零件，送料器同時將該零件送到卸料工位(三工位)。零件到達加工工位后，首先定位夾緊，然后加工機構(gòu)進行外圓加工，完成加工后，加工機構(gòu)退回，放松夾緊，等待送料器將該零件送到卸料工位，同時送料器再送入下一個新零件；零件到達卸料工位后，卸料推桿將該零件推入傳送帶，卸料推桿同時具有去毛刺的功能。圖12.3翻轉(zhuǎn)和外圓加工單元外圓加工的步驟：①零件進入上料工位后，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)翻轉(zhuǎn)90°；②有加工信號，送料器將該零件送到下一個工位(二工位)；③將二工位的零件夾緊；④外圓加工機構(gòu)進行加工，同時送料器退回；⑤加工機構(gòu)退回；⑥夾緊放松；⑦送料器將該零件送到三工位；⑧卸料推桿將該零件推入傳送帶；⑨卸料推桿退回。按PLC實驗裝置上編程端口分配，上述工藝過程執(zhí)行：啟動(X006)→傳送帶轉(zhuǎn)(Y016)→檢測到零件到達信號時(X007)→翻轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)90°(Y006)→(X024、X025、X026或X027)→若加工和卸料已完成(X012和X014)→送料器將零件送到下一工位(一工位到二工位，二工位到三工位)，(Y011)→(X011)→二工位的零件夾緊(Y017)→加工機構(gòu)進行外圓加工(Y014)→(X014)→零件夾緊后同時送料器退回(Y010)→(X010)→加工機構(gòu)退回(Y015)—(X015)→放松夾緊(Y017=0)→等待1s→送料器將該零件送到卸料工位(Y011)→(X011)→卸料推桿將零件推入傳送帶(Y012)→(X012)→卸料推桿退回(Y013)→(X022)→完成一個零件的加工。注意：在本單元的控制程序設(shè)計中，可能存在送料器、加工機構(gòu)、卸料推桿同時工作的可能，要求這些機構(gòu)的工作實行有料才運行的模式。

3)加料機械手單元如圖12.4所示，機械手的旋轉(zhuǎn)底座具有三個方向，分別是上料、加工、下料，每個方向相差90°。根據(jù)旋轉(zhuǎn)工作臺的工藝要求，機械手的工作方式有啟動階段、工作階段、結(jié)束階段3種模式。分別完成裝零件、取零件后再裝入和取零件的工作過程。圖12.4機械手以典型的加工階段為例，機械手的工作步驟為上料傳送帶上檢測到有零件后，若旋轉(zhuǎn)工作臺發(fā)出加工完成信號，機械手定位在加工工位：

(1)旋轉(zhuǎn)到加工工位，機械手伸出，手臂下降，夾緊已加工的零件，手臂上升，機械手縮回；

(2)旋轉(zhuǎn)到下料工位，機械手伸出，手臂下降，放松已加工的零件，手臂上升，機械手縮回；

(3)旋轉(zhuǎn)到上料工位，機械手伸出，手臂下降，夾緊未加工的零件，手臂上升，機械手縮回；

(4)旋轉(zhuǎn)到加工工位，機械手伸出，手臂下降，放松未加工的零件，手臂上升，機械手縮回。若在啟動工作階段，對開始的1～4個零件，只有裝料要求，機械手定位在上料工位：

(1)旋轉(zhuǎn)到上料工位，機械手伸出，手臂下降，夾緊未加工的零件，手臂上升，機械手縮回；

(2)旋轉(zhuǎn)到加工工位，機械手伸出，手臂下降，放松未加工的零件，手臂上升，機械手縮回。若在結(jié)束工作階段，對最后的4個零件，只有卸料要求，機械手定位在加工工位：

(1)旋轉(zhuǎn)到加工工位，機械手伸出，手臂下降，夾緊已加工的零件，手臂上升，機械手縮回；

(2)旋轉(zhuǎn)到下料工位，機械手伸出，手臂下降，放松已加工的零件，手臂上升，機械手縮回。機械手的控制方案一是全部采用行程開關(guān)，該方案的特點是簡單，但控制精度不高。以啟動工作階段為例，按PLC實驗裝置上編程端口分配：啟動(X006)→旋轉(zhuǎn)到上料工位(Y007)→(X024)→機械手伸出(Y013)→(X013)→手臂下降(Y015)→(X015)→夾緊未加工的零件(Y011)→(X011)→手臂上升(Y014)→(X014)→機械手縮回(Y012)→(X022)→旋轉(zhuǎn)到加工工位(Y006)→(X025)→機械手伸出(Y013)→(X013)→手臂下降(Y015)→(X015)→放松未加工的零件(Y010)→(X010)→手臂上升(Y014)→(X014)→機械手縮回(Y012)→(X022)→完成一次零件安裝。機械手的控制方案二是手臂三個自由度的行程控制采用高速計數(shù)器，每個自由度上設(shè)一個零位行程開關(guān)，以消除積累誤差。該方案的特點是控制精度高。同樣以啟動工作階段為例，按PLC實驗裝置上編程端口分配：啟動(X006)→旋轉(zhuǎn)到上料工位(Y007)→到達零位(X024)→機械手伸出(Y013)→高速計數(shù)器C238計數(shù)(X003)→手臂下降(Y015)→高速計數(shù)器C239計數(shù)(X004)→夾緊未加工的零件(Y011)→(X011)→手臂上升(Y014)→(X014)→機械手縮回(Y012)→(X022)→旋轉(zhuǎn)到加工工位(Y006)→高速計數(shù)器C251計數(shù)(X000+X001)→機械手伸出(Y013)→高速計數(shù)器C238計數(shù)(X003)→手臂下降(Y015)→高速計數(shù)器C239計數(shù)(X004)→放松未加工零件(Y010)→(X010)→手臂上升(Y014)→(X014)→機械手縮回(Y012)→(X022)→完成一次零件安裝?？刂品桨付€有幾種選擇，例如旋轉(zhuǎn)自由度的零位選擇在中間加工位置，則可以將高速計數(shù)器C251改為C235的X000或X001，這樣程序可以簡化。同樣也將機械手的伸出、縮回、上升和下降全部改為高速計數(shù)器控制，這樣需要多點定位時更加方便。

4)鉆孔、鏜孔、倒角單元如圖12.5所示，鉆、鏜、倒角工藝由四工位旋轉(zhuǎn)工作臺完成，工作臺的四個工位分別完成零件的安裝、鉆孔、鏜孔、倒角的工藝過程。四工位旋轉(zhuǎn)工作臺的工作步驟為機械手將零件裝到四工位旋轉(zhuǎn)工作臺的裝卸料工位(一工位)，等機械手離開后，開始加工：圖12.5四工位旋轉(zhuǎn)工作臺展開圖

(1)旋轉(zhuǎn)工作臺將零件夾緊，順時針轉(zhuǎn)動90°，將零件送到鉆孔工位(二工位)進行加工，鉆頭先快速進給接近零件，轉(zhuǎn)為零件進給完成鉆孔加工，然后快速退回。

(2)等待機械手將下一個零件裝到工作臺的裝卸料工位后，旋轉(zhuǎn)工作臺再轉(zhuǎn)動90°將該零件送到鏜孔工位(三工位)進行加工(同時鉆孔工位也對下一個零件進行加工)，鏜刀進退往返兩次，完成加工。

(3)等一、二、三工位都完成后，旋轉(zhuǎn)工作臺再轉(zhuǎn)動90°，將第一個零件送到倒角工位(四工位)進行加工，倒角工藝進給后要停留2s才返回。

(4)四個工位都完成后，旋轉(zhuǎn)工作臺再轉(zhuǎn)動90°，將這個零件再送到裝卸料工位(一工位)，放松夾緊，完成全部加工，等待機械手將這個零件取走。注意：四工位旋轉(zhuǎn)工作臺控制二、三、四工位的加工，也要有3種工作模式，即工位上有零件時才加工，沒有零件就不加工。工作臺的控制方案也有采用行程開關(guān)和高速計數(shù)器控制多種，若以行程開關(guān)控制為例，按PLC實驗裝置上編程端口分配：啟動(X6)→零件夾緊(Y016)→工作臺旋轉(zhuǎn)(Y006)→(X025)→快速進給(Y012)→(X021)→鉆孔(Y012+Y003)→(X012)→快速退回(Y013)→(X013)→完成鉆孔，等待→工作臺旋轉(zhuǎn)(Y006)→(X026)→一次鏜孔進(Y014)→(X014)→鏜孔(Y015)→(X017)→兩次鏜孔進(Y014)→(X014)→鏜孔退(Y015)→(X017)→完成鏜孔，等待→工作臺旋轉(zhuǎn)(Y006)→(X027)→倒(Y011)→(X011)→等2s→倒角退(Y010)→(X010)→完成倒角，等待→工作臺旋轉(zhuǎn)(Y006)→(X024)→完成。若以高速計數(shù)器控制，可以是全部都采用高速計數(shù)器，也可以是部分采用高速計數(shù)器等多種方案，在課程設(shè)計中，不同方案可供各個項目組進行選擇。設(shè)計要求：第一個零件鉆孔時，不能同時進行鏜孔和倒角；第二個零件鉆孔時，不能同時倒角；最后第二個零件鏜孔時，不能同時進行鉆孔；最后一個零件倒角時，不能同時進行鏜孔和鉆孔。

5)表面清洗和化學處理單元如圖12.6所示，表面清洗和化學處理過程是一組液體電化處理槽，根據(jù)工藝要求，零件放在吊籃中，依次進入不同的糟中，根據(jù)槽內(nèi)溫度和液體濃度，停留一定的時間，完成零件的表面清洗和化學處理過程。圖12.6表面清洗和化學處理單元一般的表面清洗、化學處理工作步驟：傳送帶將零件輸送到吊籃內(nèi)，吊籃上有一個計數(shù)器對進入吊籃的零件進行計數(shù)。零件放滿到設(shè)定值后吊籃起吊，開始進行三個槽的化學處理過程，首先吊籃上升到頂后，向前移動到一號槽(去除表面油污)，吊籃下降，在一號槽內(nèi)停留到設(shè)定時間后，吊籃再次上升，然后向前移動到二號槽(化學處理)下降，在二號槽停留設(shè)定時間后，吊籃再次上升，然后向前移動到三號槽(其他處理)下降，停留設(shè)定時間后，吊籃再次上升到中間位置，停留設(shè)定時間，再次上升到頂后向前移動到卸料工位下降，吊籃傾翻，將零件倒入振動篩。特殊的工藝過程，可以根據(jù)需要控制吊籃進行跳槽或返回、重復的過程，這些要求可以延伸出其他工藝方案，供各個課程設(shè)計項目組選擇。例如，方案一要求有一個工藝數(shù)量選擇開關(guān)，可任意選擇：單1槽、單2槽、單3槽、1+2槽、1+3槽、2+3槽、1+2+3槽七種工藝。方案二則要求有一個工藝次序選擇開關(guān)，可任意選擇：1→2→3槽、1→3→2槽、2→1→3槽、2→3→1槽、3→2→1槽、3→1→2槽六種工藝。其他方案還有在槽中安裝溫度和濃度傳感器，通過A/D模塊傳入PLC，根據(jù)不同工藝的不同算法，求出在槽中的停留時間，等等。以一般表面清洗和化學處理工藝為例，按PLC實驗裝置上編程端口分配：啟動(X006)→計數(shù)(X000)→計數(shù)器到設(shè)定值→吊籃起吊(Y014)→(X014)→移動到一號槽(Y013)→(X021)→吊籃下降(Y015)→(X015)→在一號槽內(nèi)停留設(shè)定時間→吊籃再次上升(Y014)→(X014)→向前移動到二號槽(Y013)→(X022)→吊籃下降(Y015)→(X015)→在二號槽停留設(shè)定時間→吊籃再次上升(Y014)→(X014)→向前移動到三號槽(Y013)→(X023)→吊籃下降(Y015)→(X015)→在三號槽停留設(shè)定時間→吊籃再次上升到中間位置(Y014)→(X016)→停留設(shè)定時間→吊籃上升到頂(Y014)→(X014)→向前移動到卸料工位(Y013)→(X013)→吊籃下降(Y015)→(X017)→吊籃傾翻(Y011)→(X011)→零件倒入振動篩→停留設(shè)定時間→吊籃回正(Y010)→(X010)→吊籃上升到頂(Y014)→(X014)→向后移動到裝料工位(Y012)→(X012)→吊籃下降(Y015)→(X015)→重新計數(shù)。

6)零件排列和裝箱單元如圖12.7所示，在振動篩中的零件，由于振動篩的振動頻率、方向、幅度和零件的共振頻率相近，零件翻滾，逐漸排列整齊，并向出口處移動。振動篩的出口處安裝光電傳感器判別零件的到來，啟動兩軸自動裝箱機在出口處夾住零件，依次將零件放入箱中的指定位置。箱子裝滿后，自動蓋箱蓋，換新箱子，然后再重新進行裝箱。零件排列、裝箱的工作步驟：一般振動篩只要打開電源即可工作，不需要進行其他電氣控制。振動篩出口處的光電開關(guān)啟動自動裝箱機的機械手到出口處夾持已排列整齊的零件，根據(jù)預(yù)定的裝箱數(shù)和裝箱次序，將零件搬運到裝箱的第一個位置，放松，機械手退回。再夾持第二個零件到裝箱的第二個位置，放松，機械手退回。如此循環(huán)，直到完成一整箱的零件裝箱后，自動蓋蓋，換新箱子，開始新的裝箱。圖12.7零件排列和裝箱單元根據(jù)不同的要求，可以設(shè)計每箱裝2?×?2、2?×?3、3?×?2、3?×?3、2?×?4、4?×?2等不同數(shù)量的零件。注意：對2?×?3和3?×?2盡管每箱的零件數(shù)量是相同的，但安裝的次序是不同的，因此控制程序也不同。設(shè)計方案一：X軸、Y軸導軌均采用行程開關(guān)，優(yōu)點是程序簡單；設(shè)計方案二：X軸、Y軸導軌均采用高速計數(shù)器控制行程，優(yōu)點是控制精確；設(shè)計方案三：X軸導軌采用行程開關(guān)，Y軸導軌采用高速計數(shù)器控制行程；設(shè)計方案四：X軸導軌采用高速計數(shù)器，Y軸導軌采用行程開關(guān)控制行程。方案一以裝2?×?2的零件為例，按PLC實驗裝置上編程端口分配：啟動(X006)→振動篩(Y016)→Y軸導軌回零(Y014)→(X014)→X軸導軌回零(Y012)→(X012)→光電開關(guān)檢測到零件1(X007)→夾零件(Y017)→1s→X軸導軌到1位(Y013)→(X013)→Y軸導軌到1位(Y015)→(X015)→放松零件(Y017=0)→1s→Y軸導軌回零(Y014)→(X014)→X軸導軌回零(Y012)→(X012)→光電開關(guān)檢測到零件2(X007)→夾零件(Y017)→1s→X軸導軌到2位(Y013)→(X023)→Y軸導軌到1位(Y015)→(X015)→放松零件(Y017=0)→1s→Y軸導軌回零(Y014)→(X014)→X軸導軌回零(Y012)→(X012)→光電開關(guān)檢測到零件3(X007)→夾零件(Y017)→1s→X軸導軌到1位(Y013)→(X013)→Y軸導軌到2位(Y015)→(X017)→放松零件(Y017=0)→1s→Y軸導軌回零(Y014)→(X014)→X軸導軌回零(Y012)→(X012)→光電開關(guān)檢測到零件4(X007)→夾零件(Y017)→1s→X軸導軌到2位(Y013)→(X023)→Y軸導軌到2位(Y015)→(X017)→放松零件(Y017=0)→1s→Y軸導軌回零(Y014)→(X014)→X軸導軌回零(Y012)→(X012)→蓋箱蓋(Y007)→(X024)→舊箱推出(Y011)→(X011)→放新箱(Y010)→(X010)→完成一箱。

7)全線節(jié)拍控制單元如圖12.8所示，生產(chǎn)流水線中，由于各個設(shè)備的生產(chǎn)周期不一樣，或者個別設(shè)備的臨時停車等原因，造成傳送帶上的零件產(chǎn)生積壓，使生產(chǎn)不能正常進行。對此情況，要調(diào)整流水線的生產(chǎn)節(jié)拍，所謂節(jié)拍控制就是協(xié)調(diào)生產(chǎn)線上各個設(shè)備的生產(chǎn)進度，使生產(chǎn)流水線的零件流處于暢通的狀態(tài)，保證設(shè)備的高效、正常運行。圖12.8全線節(jié)拍控制單元節(jié)拍控制實際上兼有整條流水線的總體控制，包括故障維修、調(diào)整改變工藝等其他功能，因此需要節(jié)拍控制單元和流水線上所有設(shè)備發(fā)生聯(lián)系，一般生產(chǎn)現(xiàn)場可以采用工業(yè)以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線，但比較簡單的系統(tǒng)也可以采用I/O口的對連。課程設(shè)計中，采用三菱PLC進行控制，可以采用CC-LINK現(xiàn)場總線；也可以簡化為用一定的I/O口進行連接。如果整個控制系統(tǒng)不采用節(jié)拍控制單元，則整個系統(tǒng)可以采用虛線表示的前后級直接相連接的方法，但每個單元都必須編相應(yīng)的節(jié)拍控制程序。

8)人機界面單元人機界面可以是現(xiàn)場使用的觸摸屏，也可以是組態(tài)軟件。通過人機界面，可以監(jiān)控整條生產(chǎn)流水線的運行狀況。在課程設(shè)計中，可以將各個單元分別用不同的界面顯示，也可以將整個生產(chǎn)線顯示在一個畫面中。

3.實訓內(nèi)容及步驟實訓內(nèi)容及步驟如下：

(1)完成I/O的設(shè)置，并完成I/O接線；

(2)設(shè)計梯形圖及語句表；

(3)編制系統(tǒng)的操作說明；

(4)編制系統(tǒng)的調(diào)試說明及注意事項。

(5)設(shè)計體會。12.3PLC課程設(shè)計其他選題12.3.1花式噴泉的PLC控制

1．實訓目的實訓目的如下：

(1)在學習相關(guān)的PLC基本邏輯指令、步進指令、功能指令和功能模塊的理論的基礎(chǔ)上，掌握PLCI/O單元的使用，熟悉PLC控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計步驟和方法。

(2)能綜合運用所學理論知識編制、調(diào)試程序，獨立地分析處理程序中遇到的一些具體問題，并能應(yīng)用PLC的控制技術(shù)，獨立完成一項工程設(shè)計的全部工作。

(3)能根據(jù)自己承擔的具體課題，積極尋找資料，發(fā)揮自己的專業(yè)特長，在不斷實踐和探索中，培養(yǎng)自學的能力和解決實際問題的能力。

2．實訓要求在旅游景點、廣場公園及一些知名建筑前經(jīng)常會修建一些噴泉供人們休閑、觀賞，這些噴泉按一定的規(guī)律改變噴水式樣，如果再與五顏六色的燈光相配合，會呈現(xiàn)出繽紛的景致。某廣場花式噴泉的示意圖如圖12.9所示。圖12.9花式噴泉示意圖圖12.9中，4號為中間噴頭，3號為內(nèi)環(huán)狀噴頭，2號和1號為外環(huán)狀噴頭。

(1)按下啟動按鈕，噴泉控制裝置開始工作；按下停止按鈕噴泉控制裝置停止工作。

(2)噴泉的工作方式由花樣選擇開關(guān)和單步/連續(xù)開關(guān)決定。

(3)花樣選擇開關(guān)用于選擇噴泉的噴水花樣，花樣選擇開關(guān)有四個位置，故考慮四種噴水花樣。①花樣選擇開關(guān)在位置1時，按下啟動按鈕后，4號噴頭噴水，延時2s后，3號噴頭噴水，再延時2s后，2號噴頭噴水，又延時2s后，1號噴頭噴水。18s后，如果為單步工作方式，則停下來；如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。②花樣選擇開關(guān)在位置2時，按下啟動按鈕后，1號噴頭噴水，延時2s后，2號噴頭噴水，再延時2s后，3號噴頭噴水，又延時2s后，4號噴頭噴水，30s后，如果為單步工作方式，則停下來；如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。③花樣選擇開關(guān)在位置3時，按下啟動鈕后，1號、3號噴頭同時噴水，延時3s后，2號、4號噴頭噴水，1號、3號噴頭停止噴水。如此交替運行15s后，4組噴頭全噴水，30s后，如果為單步工作方式，則停下來；如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。④花樣選擇開關(guān)在位置4時，按下啟動按鈕后，按照1—2—3—4的順序間隔2s噴水，然后一起噴水，30s后，按照1—2—3—4的順序，分別延時2s，依次停止噴水。再經(jīng)1s延時，按照4—3—2—1的順序，依次間隔2s噴水，然后一起噴水；30s后停止。如果為單步工作方式，則停下來；如果為連續(xù)工作方式，則繼續(xù)循環(huán)下去。

3.實訓內(nèi)容及步驟實訓內(nèi)容及步驟如下：

(1)填寫完整的設(shè)計任務(wù)書；

(2)完成I/O的設(shè)置，并完成I/O接線；

(3)設(shè)計梯形圖及語句表；

(4)編制系統(tǒng)的操作說明；

(5)編制系統(tǒng)的調(diào)試說明及注意事項；

(6)寫出設(shè)計體會；

(7)編寫參考文獻。

4.設(shè)計提示

(1)根據(jù)花樣選擇開關(guān)的位置信號，采用跳轉(zhuǎn)指令編程。

(2)在每個跳轉(zhuǎn)程序段內(nèi)，采用定時器指令實現(xiàn)順序控制。12.3.2包裝生產(chǎn)線的PLC控制

1．實訓目的實訓目的如下：

(1)在學習相關(guān)的PLC基本邏輯指令、步進指令、功能指令和功能模塊的理論的基礎(chǔ)上，掌握PLCI/O單元的使用，熟悉PLC控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計步驟和方法。

(2)能綜合運用所學理論知識編制、調(diào)試程序，獨立地分析處理程序中遇到的一些具體問題，并能應(yīng)用PLC的控制技術(shù)，獨立完成一項工程設(shè)計的全部工作。

(3)能根據(jù)自己承擔的具體課題，積極尋找資料，發(fā)揮自己的專業(yè)特長，在不斷實踐和探索中，培養(yǎng)自學的能力和解決實際問題的能力。

2．實訓要求某包裝生產(chǎn)線的示意圖如圖12.10所示。包裝物品由傳送帶1傳送到傳送帶2，在傳送帶1的電動機軸上安裝一個旋轉(zhuǎn)編碼器E6A，電動機轉(zhuǎn)動1圈，旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出一個脈沖。每個包裝物品的寬度是4個脈沖，當光電檢測器SP1檢測到包裝物品，且旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出4個脈沖時，表示有1個包裝物品通過傳送帶1到傳送帶2。這樣就可以通過對旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)的計數(shù)，實現(xiàn)對包裝物品的準確計數(shù)。

(1)按啟動按鈕SB1后，傳送帶1和傳送帶2運轉(zhuǎn)，傳送包裝物品傳送帶2。圖12.10包裝生產(chǎn)線的示意圖

(2)當傳送帶2上有3個物品時，擋板電動機M1正轉(zhuǎn)，驅(qū)動擋板上升，阻止后面的包裝物品繼續(xù)運送到傳送帶2上。

(3)當擋板上升到位時，上限開關(guān)SQ3動作，擋板停止上升，推動器電動機M2正轉(zhuǎn)，將3個包裝物品向前推出。

(4)當推動器到達前限位開關(guān)時，SQ2動作，推動器停止向前，推動器電動機M2反轉(zhuǎn)，驅(qū)動推動器后退。

(5)當推動器后退到位時，后限位開關(guān)SQ1動作，推動器停止后退，推動器電動機M2停轉(zhuǎn)，此時擋板電機M1反轉(zhuǎn)，驅(qū)動擋板下降。

(6)當擋板下降到位時，下限位開關(guān)SQ4動作，擋板回到初始位置。

(7)設(shè)計提示：按照圖12.11所示的包裝生產(chǎn)線控制時序圖設(shè)計即可。圖12.11包裝生產(chǎn)線的控制時序圖

3.實訓內(nèi)容及步驟

實訓內(nèi)容及步驟如下：

(1)填寫完整的設(shè)計任務(wù)書；

(2)完成I/O的設(shè)置，并完成I/O接線；

(3)設(shè)計梯形圖及語句表；

(4)完成系統(tǒng)的調(diào)試；

(5)編制系統(tǒng)的操作說明；

(6)編制系統(tǒng)的調(diào)試說明及注意事項；

(7)編寫參考文獻。12.3.3變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的PLC控制

1．實訓目的實訓目的如下：

(1)在學習相關(guān)的PLC基本邏輯指令、步進指令、功能指令和功能模塊的理論的基礎(chǔ)上，掌握PLCI/O單元的使用，熟悉PLC控制系統(tǒng)的組成、設(shè)計步驟和方法。

(2)能綜合運用所學理論知識編制、調(diào)試程序，獨立地分析處理程序中遇到的一些具體問題，并能應(yīng)用PLC的控制技術(shù)，獨立完成一項工程設(shè)計的全部工作。

(3)能根據(jù)自己承擔的具體課題，積極尋找資料，發(fā)揮自己的專業(yè)特長，在不斷實踐和探索中培養(yǎng)自學的能力和解決實際問題的能力。

2．實訓要求變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新型的機電一體化供水設(shè)備，具有高效節(jié)能、壓力恒定、運行安全可靠、管理簡單等特點，可以直接取代水塔或者高水位水箱，有效地解決了高層樓宇用水及夏天水壓過低的問題。某小區(qū)的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)有3個貯水池，3臺水泵(2臺主水泵和1臺小水泵)，采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即3臺水泵中，只有1臺水泵在變頻接觸器的控制下作變速運行，其余的水泵作恒速運行。當設(shè)備啟動后，PLC首先接通變頻接觸器KM0，給變頻器供電對小水泵電機M0作軟啟動及調(diào)速運行。當用戶用水量大于小水泵的最大供水量時，PLC切斷接觸器KM0，接通接觸器KM1，在變頻器的輸出端將小水泵電機M0切斷，而接通主水泵電機M1，使其軟啟動并調(diào)速運行。當用戶用水量大于主水泵M1的最大供水量時，PLC切換接觸器KM1到KM2，使M1運行在工頻下，然后將變頻器的輸出端通過接觸器KM2接通另一臺主水泵電機M2，使M2軟啟動并調(diào)速運行。系統(tǒng)的組成示意如圖12.12所示。

(1)通過安裝在水泵出水管上的壓力傳感器SP，把供水管網(wǎng)的壓力信號變成電信號，經(jīng)過信號處理，送到PLC的A/D模板，變換為VP，與PLC的設(shè)定壓力信號VS比較后進行數(shù)字PID運算，如果運算結(jié)果ΔV=(VS-VP)>0，經(jīng)過PLC的D/A模板，產(chǎn)生控制信號Vf送到變頻器，控制變頻器的輸出頻率，進而控制水泵電機的轉(zhuǎn)數(shù)，使供水管網(wǎng)的壓力與設(shè)定壓力一致。圖12.12恒壓供水系統(tǒng)示意圖

(2)若每臺主泵在工頻下的流量為QK，在調(diào)頻時的流量為Qf，最低調(diào)頻流量為Qt，則有Qk>Qf>Qt。當用戶的用水量Qu增大時，每當Qf=Qk，PLC發(fā)出開泵信號Sk，將當前運行的水泵由變頻狀態(tài)切換到工頻狀態(tài)，使新啟動的水泵通過變頻器工作在變頻狀態(tài)下。反之，當用戶用水量減少時，每當Qf=Qt，PLC發(fā)出停泵信號St，使先啟動的運行在工頻狀態(tài)下的水泵停止工作。依次類推，循環(huán)控制。在自動運行過程中，主水泵始終是軟啟動，先啟動先停止，使每臺水泵的平均工作時間相同。

(3)為保證系統(tǒng)的安全可靠運行，防止水泵倒轉(zhuǎn)時用變頻器軟啟動損壞變頻器，當PLC發(fā)出停止泵信號的同時，也將對應(yīng)水泵出口的電磁閥關(guān)閉，啟動水泵時再把對應(yīng)的電磁閥打開。

(4)自動完成主水泵和小水泵供水系統(tǒng)的切換。當小流量供水時，PLC啟動小水泵供水，自動切斷主水泵供水；當大流量供水時，PLC啟動主水泵供水，自動切斷小水泵供水。

(5)完成貯水池供水及水位控制。當系統(tǒng)啟動時，PLC先關(guān)閉所有貯水池的進水電磁閥及2號、3號貯水池的出水電磁閥，從1號貯水池開始，將1號貯水池的水位(由安裝在水池上的浮球水位計檢測)與設(shè)定的低水位值比較，如果檢測到水位與低水位設(shè)定值相等，則關(guān)閉1號貯水池的出水電磁閥，發(fā)出1號貯水池的缺水報警信號，同時打開2號貯水池的出水電磁閥并對其水位進行監(jiān)控。依次類推，循環(huán)控制3個貯水池對生活區(qū)的供水。

(6)完成貯水池的定時灌水。每天的23時，在市政供水管網(wǎng)的低峰期，PLC依次讀出每個貯水池的水位并與設(shè)定的高水位值比較，若低于設(shè)定的高水位值，則打開相應(yīng)貯水池的進水電磁閥進行灌水，直到貯水位與設(shè)定的高水位值相等時，關(guān)閉進水電磁閥。

(7)設(shè)計提示如下：①本課題涉及到模擬量控制，假定供水壓力的設(shè)定值恒定，貯水池的低水位和高水位設(shè)定值恒定，則需要兩路