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1、三 江 学 院本科毕业设计（论文）课题名称 PLC在冷阴极灯管生产线的设计应用 电气工程 系 电气工程自动及其自动化 专业学 号 Z04071013 学生姓名 房樱燕 指引教师 熊田忠 起讫日期 .02.25 .06.04 工作地点 实验楼L408 摘 要目前，在冷阴极灯管（CCFL）生产线上，大多使用手工生产。由于冷阴极灯管细小且易碎，人工生产工作量大，导致生产效率低，同步也会产生生产质量上的问题。本文的目的是：采用西门子S7-300 PLC对CCFL的后续生产工序进行自动化改造，以提高产品的生产效率。文中分析了CCFL后续的大体生产工艺。进行了生产线的硬件设计，涉及PLC、SM输入/输出模
2、块、MM420变频器及电机等部分。软件设计运用STEP-7编程，重要有变频器控制电机运转、机械手控制产品上线传送、功能检测、清洁、计数及移位、自动包装等六个部分。所有程序在S7-PLCSIM中仿真并下载至硬件进行调试。仿真和硬件调试的成果符合CCFL生产工艺规定，自动化限度大为提高，具有较好的应用价值。核心词：CCFL生产线；PLC；软件编程；仿真；调试AbstractAt present, owing to the thinness and fragileness, the Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL) on assembly lines most
3、ly depends on manual work which consumes much labor and results in low production efficiency and poor product quality. The target of this paper is that the automated modification by using the Siemens S7-300 PLC in the CCFLs subsequent production process will improve the efficiency.This paper analyze
4、d the CCFLs subsequent production process and designed the hardware of the assembly lines, including PLC, SM Input/Output Module, MM420 Frequency Conversion and Motor, etc. The design of the software used STEP-7 to program, including such six parts as motor control by frequency inverter, workpiece-s
5、upply-manipulator control, functional check, cleaning, counting and transfer, automatic packing. All the programs were simulated in S7-PLCSIM and loaded down to the hardware to debug.The result of the simulation and the hardware debugging matched the demand of the CCEFs production process and brough
6、t great improvement in the automatization, showing that the design had great value on the application.Key words：CCFL assembly line；PLC；software program；simulation；debug目 录第一章 绪论- 1 -1.1 课题的工程背景- 1 -1.1.1 可编程序控制器（PLC）的诞生背景及意义- 1 -1.1.2 冷阴极灯管（CCFL）的概念及现状- 2 -1.2 目的及意义- 3 -1.2.1 课题的研究目的- 3 -1.2.2 课题的研究
7、意义- 3 -1.3 论文的重要内容- 4 -第二章 CCFLassly工艺过程分析- 5 -2.1 CCFL的原理- 5 -2.2 CCFLassly的大体生产过程- 5 -2.2.1 线材裁切- 6 -2.2.2 线材组立- 6 -2.2.3 灯管前置- 6 -2.2.4 灯罩前置- 6 -2.2.5 灯管焊接- 6 -2.2.6 灯管组装- 7 -第三章 控制系统硬件设计- 8 -3.1 PLC类型的选择- 8 -3.1.1 西门子S7-300系列PLC的基本构造- 8 -3.1.2 PLC的物理构成部分- 8 -3.2 变频器（MM420）及电机- 10 -3.2.1 MM420变频器
8、的概况- 10 -3.2.2 MM420变频器的特点- 10 -3.2.3 MM420变频器的典型应用- 11 -第四章 控制系统软件设计- 12 -4.1 STEP-7- 12 -4.1.1 STEP-7的概述- 12 -4.1.2 STEP-7的硬件组态- 12 -4.1.3 设立PLC下载方式- 13 -4.1.4 STEP-7的软件编程- 14 -4.2 PLC控制CCFL后续生产工序- 15 -4.2.1 变频器（MM420）控制传送电机（KM0）运转- 15 -4.2.2 机械手（KM1）控制产品上线传送- 15 -4.2.3 CCFL功能的检测- 20 -4.2.4 CCFL的清
9、洁- 22 -4.2.5 CCFL的计数及机械手KM2移位- 22 -4.2.6 CCFL的自动包装- 24 -第五章 实验测试成果- 25 -5.1 第三部分CCFL功能检测的仿真测试过程- 25 -5.2 第三部分CCFL功能检测的硬件测试过程- 27 -第六章 实验结论及展望- 30 -6.1 结论- 30 -6.2 展望- 30 -参照文献- 31 -致 谢- 32 -附 录- 33 -附图1 程序变量与符号- 33 -附图2 第二部分顺序功能图- 34 -附图3 PLC程序流程图(第三部分第六部分)- 35 -附录4 PLC控制程序- 36 -第一章 绪论1.1 课题的工程背景1.1
10、.1 可编程序控制器（PLC）的诞生背景及意义 1PLC诞生的时代背景上世纪70年代，继电器控制系统广泛应用于工业控制领域，特别是制造业。然而由于继电器控制系统自身的局限性使得其在应用过程中，面临了许多挑战。当时，计算机已经在诸多科研机构、高等学校和大型公司开始应用，但重要用于数值运算。由于计算机自身的复杂性，编程难度高，难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等因素，未能在工业控制中广泛应用。 2. PLC的定义PLC即可编程逻辑控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基本的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会颁布的PLC原则草案中对PLC做
11、了如下定义： “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制多种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应当按易于与工业控制系统形成一种整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 3PLC诞生的过程1968年美国GM通用汽车公司（General Motors Corporation）根据“多品种小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略提出这样的设想：试图寻找一种新型控制器，以尽量减少重新设计和更换继电器控制系统的硬件和接线，减少维护与
12、升级时间，减低成本。但愿将计算机功能完备、灵活、通用等长处与继电器控制系统简朴易懂、操作以便、价格便宜等长处相结合，设计一种通用的控制装置以满足生产需求。因此提出十项技术指标（有名的GM10条）：1）编程简朴以便，可在现场修改程序； 2）硬件维护以便，最佳是插入式构造； 3）可靠性要高于继电器控制装置； 4）体积要不不小于继电器控制装置； 5）可将数据直接送入管理计算机； 6）成本上可与继电器竞争； 7）输入可以是交流115V； 8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀； 9）扩展时，原有系统只需做很小的改动； 10）程序存储器容量至少可扩展到4KB。1969年美国DEC数字设备公司
13、（Digital Equipment Corporation）生产出第一台符合十项技术规定的可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，并在美国通用汽车自动装配线上应用成功，从而开创了工业控制的新局面。 4PLC的意义PLC在现代工业控制领域中已经得到了广泛的应用。PLC投入运营后，通过计算机显示与控制，提高了过程自动化的限度，可实现无人调节操作，减少了操作环节，减少了运营成本，使系统的管理和控制上了一种新台阶。以PLC的控制功能而言，具有严谨、以便、易编程、易安装、可靠性高等长处。它通用性强，适应面广,特别在数字量输入/输出等逻辑控制领域有无
14、可比拟的长处。39年来，PLC从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的奔腾；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简朴控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等多种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。1.1.2 冷阴极灯管（CCFL）的概念及现状 1CCFL的基本概念 冷阴极灯的全称是冷阴极荧光灯，是一种低气压辉光气体放电灯。我们平常使用的一般荧光灯，是一种低气压弧光热阴极放电灯。它两端的电极比较热，也叫热阴极灯。而冷阴极灯两端电极的温度相对较低，俗称冷阴极灯。它的英文全称是Cold Cathode Fluorescent Lamp，简称为CCFL，意思是冷阴极荧光灯，这是相对于我们平常使用的荧光灯而言的，荧光灯的全称为Hot Cathode Fluorescent Lamp，简称为HCFL。2CCFL的特点1）由于采用辉光放电，因此电极的温度低，阴极溅散相对缓慢，灯的寿命长。一般可以达到 30000 小时上下。 可以根据使用场合的形状弯曲，良
