PLC传送带自动装箱控制系统设计

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1、一.课程设计目的 31. 1课题背景31.2生产线自动化的发展概括41.2.1国内生产线自动化发展概括 41.2.2国外生产线自动化发展概括 41.3本文主要研究内容41.3.1设计任务书41.3.2主要解决的问题 4二 课程设计题目描述和要求5三.课程设计报告内容2. 1方案论证 72.1.1采用传统继电接触器电气控制系统 82. 1.2采用PLC可编程序控制器控制系统 82. 1.3方案比较与选择82.2PLC的硬件结构及工作原理102.2.1 PLC控制系统组成 102.2.2 PLC的工作过程 112.3控制系统构成图和工作流程112. 3. 1控制系统构成图132. 3.2控制系统工

2、作流程图142.4控制系统硬件设计152.5控制系统软件设计162.5.1控制系统逻辑分析162. 5.2控制系统程序设计 172.6系统程序调试及结果17四结论20五参考文献21第1章课程设计目的1.1课题背景现代社会中，无论在任何行业，从工厂的生产，到能源的输送，到与人民 生活息息相关的市政工程，甚至人们的工作和休息的楼宇，到处都可以看到自 动化系统的身影。自动化系统不仅早就成为了工业和社会生活的一个组成部分， 而且是经济发展水平的重要标志。在自动化生产日渐普及的今天，包装机械的自动化程度直接影响到产品的 质量和生产效率。在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数，包装，如 果这些繁杂的工

3、作让人工去完成的话不但麻烦，而且效率低，劳动强度大，不 适合现代化的生产需要。为了适应现代化的大规模生产某种产品，进一步加快 工业现代化的发展，提高国民经济，改善人民的生活水平，就必须设计一套完整 的自动化生产线，以便用这自动化的生产线来代替人工完成这些繁杂的工作。 而且需要对其进行计数，包装，自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益， 这在包装业中表现的特别明显。近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控 制系统持续发展，使的包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及 产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成績。2002年11月3 至7日在芝加哥举疔的国际PACK EXPO上，我

4、們可以看到多家自动化公司展示 的最新的包裝设备和新技术。这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展 力量。可见自动装箱技术的应用前景十分广阔。近年来，生产线上的自动化控制应用已越来越多，越来越广泛。随着工业 生产自动化水平的不断加快，对控制系统提出了愈来愈严格的要求。随着大规 模集成电路广泛应用，控制系统本身也得到长足发展，已由原来的分立元件、 继电器控制，发展成为大规模集成电路的微机控制。控制方式也由原来的分散 控制发展为集中控制。正是在这种发展的需求下，可编程控制器应运而生。由 于可编程控制器（PLC）具有体积小、抗干扰能力强、组态灵活等优点，因而在 工业控制系统中得到非常广泛的应用。在自

5、动生产线检测控制系统中，可编程控制器主要用作下位机，检测各状 态点的状态，直接控制系统的启、停和其他控制单元的投切，并将各点的状态 送给上位机一计算机，计算机综合可编程控制器和其他设备的数据，作出相 应的处理和显示。自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC 得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。 今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分 重要的作用。1.2国外生产线自动化发展概况从上世纪30年代开始，机械加工企业为了提高生产

6、效率，采用机械化流水 作业的生产方式，大型自动生产线承担的加工对象也随之改变。生产线的控制 系统使用的继电器数量很多，在频繁动作情况下寿命较短，使生产线的可靠性 降低。为了解决这一问题，1969年美国数字设备公司率先研制出第一台可编程 控制器（简称PLC）,并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功。70年代出现了计算机群控系统，即直接数控（DNC）系统，由一台较大型 计算机控制与管理多台数控机床和数控加工中心能完成多品种，多工序的产品 加工。近年来又出现了计算机集成制造系统（CIMS）,综合运用计算机辅助设 计（CAD）,计算机辅助制造（CAH）,智能机器人等多项高技术。近十几年来，国外PLC技

7、术取得了飞跃，其容量成倍扩大、体积不断缩小、 功能不断增强，不但具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有 PID等特殊控制功能，可直接进行A/D、D/A转换，还开发管控一体化。13主要解决的问题在传统的工业控制中，一般都是由继电器来进行控制的，当今的PLC吸收 了微电子技术和计算机技术的成果。在很多领域，PLC已经取代了继电器进疔 控制。在传统的控制中，传送带的控制通常是通过继电器来完成，维护复杂。 本设计介绍了通过PLC来对传送带进行自动控制。该系统有两个传送带，即包 装箱传送带和产品传送带。包装箱传送带用来传送产品包装箱，其功能是把已 经装满的包装箱运走，并用一只空箱来代替。为使空

8、箱恰好对准产品传送带的 末端，以便使产品刚好落入包装箱中，在包装箱传送带的中间装一光电传感器, 用以检测包装箱是否到位。产品传送带将产品从生产车间传送到包装箱，当某 一产品被送到传送带的末端，会自动落入包装箱内，并由另一传感器转换成计 数脉冲。依据提出的要求，我们需要解决的关键是对传送带B拖动空箱到指左位置 的控制：以及传送带B制动后传送带A的启动和传送带A制动后传送带B的启 动，怎么使其形成一个循环的过程，对传送带的控制还应该设置报警功能：同 时传送带A和传送带B应有独立点动控制，以便于调试和维修：最后还要对传 送带A运送的产品进行指定数量的检测。对于传送带的控制可采用步控指令实现步进控制：

9、而对于传送带的独立点 动控制可设置一个手动控制按钮，当其按下时，系统可进行独立点动控制。对 于PLC这些都可通过软件完成要求：其中需要用传感器来进行位置检测和产品 计数。第2章控制系统的设计2.1.1采用传统继电一接触器电气控制系统由于继电一接触器电气控制线路简单，价格低廉，多年来在各种生产机械 的电气控制领域中，应用十分广泛，而且技术上也十分成熟，因此受到大力推 广。但是在一些较为复杂的控制系统中，特别是涉及到时序控制的自动控制系 统，必须使用大量的中间继电器、时间继电器、接触器等，而且控制线路复杂、 器件多、接点多，因而在这类控制系统中可靠性低、可维护性差。2.1.2采用PLC可编程序控制

10、器控制系统PLC可编程序控制器其实就是工业控制计算机，用以取代传统的中间继电 器、时间继电器、计数器等，并具有一切计算机控制系统的功能。目前PLC已 成为工业控制的标准设备，其应用而几乎覆盖了整个工业企业，广泛应用于化 工、石汕等企业的现代过程控制中。2.1.3方案比较与选择采用传统据电一接触器电气控制系统，虽然价格低廉，但大量的中间继电 器、时间继电器，使得线路复杂、器件多、接点多、可靠性低，而且一旦岀现 故障，检修困难。用于自动控制系统中，其反应时间、跟踪能力差，有可能使 得系统不能正常运行。而采用PLC可编程序控制器，其优点如下：（1）具有高可靠性。PLC除采用优质器件等外，在硬件方面采

11、用了较先进 的电源，用以防止由电源回路串入干扰。其内部采用了电磁屏蔽，以防辐射干 扰。而外部输入/输出电路则一律采用光电隔离，加上常规滤波和数字滤波：软 件方面设置了警戒时钟WDT、自诊断等措施。因而使得PLC的平均无故障时间 达到30万小时，被称为“永远不坏的控制器”，因而可靠性优于传统继电一接 触器电气控制系统。（2）灵活性高、扩展性好、通用性强。它采用程序使得硬件软件化，对于 不同的控制系统，只需改变程序即可，因而通用性强。而且现场接口容易，设 计周期短。（3）功能强。PLC具有自诊断、监控和各种报警功能既可完成过程控制， 又可进行闭环回路的调节控制，而且在将来的工控领域，可以说是无所不

12、能。由于生产线上的恶劣环境和电磁干扰，一般的电子仪器都会受到干扰。而 PLC是从取代工厂内继电器线路、进行顺序控制发展开来的工业控制产品。PLC 由于具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通 讯灵活等优点。在电器控制系统中得到广泛应用。PLC不仅能实现复杂的逻辑 控制，还能完成宦时、计算、计数和各种闭环控制功能。整个控制系统利用 PLC控制传送带实现了空箱传送、产品运输、产品计数等功能。并且有手动控 制和自动控制两种控制方式。在生产线自动装箱控制的传送带控制系统应用， 可使生产线的控制更加灵活、可靠。进而提高生产效率，突现节约用工，改善 工人工作环境，减轻工人劳动强度，

13、节约材料消耗和用工。因此，本文选择PLC控制系统。2. 2 PLC的硬件结构及工作原理PLC采用的是典型的计算机结构，主要包括CPU, RAM, ROM和输入、输出接 口电路等。其内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。如果把PLC看作一 个系统，该系统由输入变量一PLC-输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟 信号、传感器检测信号等均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部输入端子输 入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算、处理后送到输出端 子，作为PLC的输出变量，对外围设备进行控制。PLC的一般内部逻辑结构框图如图2-1所示。按钮继电器触点行程开关电磁线圈指示灯电磁阀图2-1

14、 PLC的逻辑硕件结构框图2. 2.1 PLC控制系统组成 输入部分：如按钮开关、限位开关等，直接与PLC输入端子相连接，用以产 生输入控制信号，这些信号一般来自操作台上的人工指令。 控制部分:反复执行根据被控对象的实际控制要求所编制的处理程序，并产生 各种输出控制信号。 输出部分:如接触器、电磁阀等，它们与PLC输岀端子相连接，用以控制被控 对象的动作。2.2.2 PLC的工作过程 输入处理:PLC以重复扫描方式执行用户处理程序，在执行程序前首先按地址 编码顺序将所有输入端子的通断状态（输入信号）读入输入映象寄存器中，然后 开始执行用户处理程序.在执行过程中，即使输入信号发生变化，输入映象寄

15、存 器的内容也不变，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才重新读取输入状态。 程序控制:在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序，每执行一条程序所需要 的信息都从输入映象寄存器和其他内部寄存器中读出并参与计算，然后将执行 结果写入有关输出映象寄存器中。 输出处理:当全部指令执行完毕后，将输出映象寄存器中的状态全部传送到输 出锁存寄存器中，构成PLC的实际输出并由输出端子送出。随着微电子技术的发展，可编程序控制器（PLC）以微处理器为核心，适用 于开关量、模拟量和数字量的控制，已进入过程控制和位置控制等领域，成为 一种多功能、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。2.3控制系统构成图和工作流程2.3.1控制系统构成图生产线自动装箱的PLC控制系统图如图2-2所示。图2-2生产线自动装箱的PLC控制系统图2. 3.2控制系统工作流程图1当按下控制装置的自动控制按钮后，传送带B先启动运行，拖动空箱前 移至指定位置，达到指定位置后，由SQ2发出信号，使传送带B制动停止。2传送带B停车后，传送带A启动运行，产品逐一落入箱内，由传感器检 测产品数量达12个时，传送带A制动停止，传送带B启动运行。3上述过程循环地进行，直到按下停止按钮，传送带A和传送带B同时停 止，其工作流程图如图2-3所示。4当按下手动选择按钮后，系统停止