1、一. 課程設計目的31.2 1.1課題背景3生產線自動化的發展概括44國外生產線自動化發展概括41.3本文主要研究內容41.3.1 設計任務書4二. 主要解決的問題4課程設計題目描述和要求5課程設計報告內容72.1 方案論證72.1.1 采用傳統繼電接觸器電氣控制系統82.1.2 采用PLC可編程序控制器控制系統82.1.3 方案比較與選擇82.2 PLC的硬件結構及工作原理102.2.1 PLC控制系統組成102.2.2 PLC的工作過程112.3控制系統構成圖和工作流程112.3.1 控制系統構成圖132.3.2 控制系統工作流程圖142.4控制系統硬件設計152.5控制系統軟件設計162

2、.5.1 控制系統邏輯分析162.5.2 控制系統程序設計172.6系統程序調試及結果17四.結論20五.參考文獻21第1章課程設計目的1.1課題背景在我們現在的大背景中，無論是從工廠的生產，到能源的輸送，還是到與人民生活息息相關的市政工程，甚至人們的工作和休息的樓宇，隨處都可以看到自動化系統的身影。自動化系統不僅早就成為了工業和社會生活的一個組成部分，而且是經濟發展水平的重要標志。在自動化生產日漸普及的今天，包裝機械的自動化程度直接影響到產品的質量和生產效率。在現代化的工業生產中常常需要對產品進行計數，包裝，如果這些繁雜的工作讓人工去完成的話不但麻煩，而且效率低，勞動強度大，不適合現代化的生

3、產需要。為了適應現代化的大規模生產某種產品，進一步加快工業現代化的發展，提高國民經濟，改善人民的生活水平，就必須設計一套完整的自動化生產線，以便用這自動化的生產線來代替人工完成這些繁雜的工作。而且需要對其進行計數，包裝，自動化技術的提高能大幅度的提高經濟效益，這在包裝業中表現的特別明顯。近年來，包裝生產線的自動化、電子監測和控制系統持續發展，使的包裝企業以高速度、較少的停機時間和包裝故障，以及產品損耗減少、工傷和老毛病降低等優點而獲得出色的成績。2002年11月3至7日在芝加哥舉行的國際PACKEXPQt,我們可以看到多家自動化公司展示的最新的包裝設備和新技術。這些經濟實用的自動化技術將會成為

4、未來的發展力量。可見自動裝箱技術的應用前景十分廣闊。近年來，生產線上的自動化控制應用已越來越多，越來越廣泛。隨著工業生產自動化水平的不斷加快，對控制系統提出了愈來愈嚴格的要求。隨著大規模集成電路廣泛應用，控制系統本身也得到長足發展，已由原來的分立元件、繼電器控制，發展成為大規模集成電路的微機控制。控制方式也由原來的分散控制發展為集中控制。正是在這種發展的需求下，可編程控制器應運而生。由丁可編程控制器（PLQ具有體積小、抗干擾能力強、組態靈活等優點，因而在工業控制系統中得到非常廣泛的應用。在自動生產線檢測控制系統中，可編程控制器主要用作下位機，檢測各狀態點的狀態，直接控制系統的啟、停和其他控制單

5、元的投切，并將各點的狀態送給上位機一一計算機，計算機綜合可編程控制器和其他設備的數據，作出相應的處理和顯示。自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController,PL。取代傳統繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。今天的PLC不再局限丁邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發揮著十分重要的作用。1.2國外生產線白動化發展概況從上世紀30年代開始，機械加工企業為了提高生產效率，采用機械化流水作業的生產方式，大型自動生產線承擔的加工對象也隨之改變。生產線的控制系統使用的繼電器數量很多，在頻繁動

6、作情況下壽命較短，使生產線的可靠性降低。為了解決這一問題，1969年美國數字設備公司率先研制出第一臺可編程控制器（簡稱PLQ，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用成功。70年代出現了計算機群控系統，即直接數控（DNC系統，由一臺較大型計算機控制與管理多臺數控機床和數控加工中心能完成多品種，多工序的產品加工。近年來乂出現了計算機集成制造系統（CIM0,綜合運用計算機輔助設計（CAD，計算機輔助制造（CAM,智能機器人等多項高技術。近十幾年來，國外PLC技術取得了飛躍，其容量成倍擴大、體積不斷縮小、功能不斷增強，不但具有邏輯運算、計時、計數、順序控制等功能，還具有PID等特殊控制功能，可直接進行A/

7、D、D/A轉換，還開發管控一體化。1.3主要解決的問題在傳統的工業控制中，一般都是由繼電器來進行控制的，當今的PLC吸收了微電子技術和計算機技術的成果。在很多領域，PLC已經取代了繼電器進行控制。在傳統的控制中，傳送帶的控制通常是通過繼電器來完成，維護復雜。本設計介紹了通過PLC來對傳送帶進行自動控制。該系統有兩個傳送帶，即包裝箱傳送帶和產品傳送帶。包裝箱傳送帶用來傳送產品包裝箱，其功能是把已經裝滿的包裝箱運走，并用一只空箱來代替。為使空箱恰好對準產品傳送帶的末端，以便使產品剛好落入包裝箱中，在包裝箱傳送帶的中間裝一光電傳感器，用以檢測包裝箱是否到位。產品傳送帶將產品從生產車間傳送到包裝箱，當

8、某一產品被送到傳送帶的末端，會自動落入包裝箱內，并由另一傳感器轉換成計數脈沖。依據提出的要求，我們需要解決的關鍵是對傳送帶B拖動空箱到指定位置的控制；以及傳送帶B制動后傳送帶A的啟動和傳送帶A制動后傳送帶B的啟動，怎么使其形成一個循環的過程，對傳送帶的控制還應該設置報警功能；同時傳送帶A和傳送帶B應有獨立點動控制，以便于調試和維修；最后還要對傳送帶A運送的產品進行指定數量的檢測。對于傳送帶的控制可采用步控指令實現步進控制；而對于傳送帶的獨立點動控制可設置一個手動控制按鈕，當其按下時，系統可進行獨立點動控制。對于PLC這些都可通過軟件完成要求；其中需要用傳感器來進行位置檢測和產品計數。第2章控制

9、系統的設計2.1.1采用傳統繼電一接觸器電氣控制系統由于繼電一接觸器電氣控制線路簡單，價格低廉，多年來在各種生產機械的電氣控制領域中，應用十分廣泛，而且技術上也十分成熟，因此受到大力推廣。但是在一些較為復雜的控制系統中，特別是涉及到時序控制的自動控制系統，必須使用大量的中間繼電器、時間繼電器、接觸器等，而且控制線路復雜、器件多、接點多，因而在這類控制系統中可靠性低、可維護性差。2.1.2采用PLC可編程序控制器控制系統PLC可編程序控制器其實就是工業控制計算機,用以取代傳統的中間繼電器、時間繼電器、計數器等，并具有一切計算機控制系統的功能。目前PLC已成為工業控制的標準設備，其應用面幾乎覆蓋了

10、整個工業企業，廣泛應用于化工、石油等企業的現代過程控制中。2.1.3方案比較與選擇采用傳統據電一接觸器電氣控制系統，雖然價格低廉，但大量的中間繼電器、時間繼電器，使得線路復雜、器件多、接點多、可靠性低，而且一旦出現故障，檢修困難。用于自動控制系統中，其反應時間、跟蹤能力差，有可能使得系統不能正常運行。而采用PLC可編程序控制器，其優點如下：具有高可靠性。PLC除采用優質器件等外，在硬件方面采用了較先進的電源，用以防止由電源回路申入十擾。其內部采用了電磁屏蔽，以防輻射十擾。而外部輸入/輸出電路則一律采用光電隔離，加上常規濾波和數字濾波；軟件方面設置了警戒時鐘WDT自診斷等措施。因而使得PLC的平

11、均無故障時間達到30萬小時，被稱為“永遠不壞的控制器”，因而可靠性優于傳統繼電一接觸器電氣控制系統。(1) 靈活性高、擴展性好、通用性強。它采用程序使得硬件軟件化，對于不同的控制系變，只需改變程序即可，因而通用性強。而且現場接口容易，設計周期短。(2) 功能強。PLC具有自診斷、監控和各種報警功能既可完成過程控制，乂可進行閉環回路的調節控制，而且在將來的工控領域，可以說是無所不能。由于生產線上的惡劣環境和電磁十擾，一般的電子儀器都會受到十擾。而PLC是從取代工廠內繼電器線路、進行順序控制發展開來的工業控制產品。PLC由于具有可靠性高、穩定性好、抗十擾能力強，以及編程簡單，維護方便，通訊靈活等優

12、點。在電器控制系統中得到廣泛應用。PLC不僅能實現復雜的邏輯控制，還能完成定時、計算、計數和各種閉環控制功能。整個控制系統利用PLC控制傳送帶實現了空箱傳送、產品運輸、產品計數等功能。并且有手動控制和自動控制兩種控制方式。在生產線自動裝箱控制的傳送帶控制系統應用，可使生產線的控制更加靈活、可靠。進而提高生產效率，突現節約用工，改善工人工作環境，減輕工人勞動強度，節約材料消耗和用工。因此，本文選擇PLC控制系統。2.2 PLC的硬件結構及工作原理PLC采用的是典型的計算機結構，主要包括CPU,RAM,ROM輸入、輸出接口電路等。其內部采用總線結構，進行數據和指令的傳輸。如果把PLC看作一個系統，

13、該系統由輸入變量tPLA輸出變量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測信號等均作為PLC的輸入變量，它們經PLC外部輸入端子輸入到內部寄存器中，經PLC內部邏輯運算或其他各種運算、處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出變量，對外圍設備進行控制。PLC的一般內部邏輯結構框圖如圖2-1所示。按鈕繼電器觸點行程開關CPU程序存儲器電源圖2-1PLC的邏輯硬輸出接口電磁線圈®指示燈2.2.1PLC控雨系統組成:fI輸入部分：如開長-限位丑關等；接與PLC輸大端子相連接，用以產生輸入控制信號，這些信號一般來自操作金園6福岫t食控制部分：反復執行根據被控對象的實際控制要求所編制的處理程序，

14、并產生各種輸出控制信號。 輸出部分：如接觸器、電磁閥等，它們與PLC輸出端子相連接，用以控制被控對象的動作。 2.2.2PLC的工作過程輸入處理:PLC以重復掃描方式執行用戶處理程序，在執行程序前首先按地址編碼順序將所有輸入端子的通斷狀態（輸入信號）讀入輸入映象寄存器中，然后開始執行用戶處理程序在執行過程中，即使輸入信號發生變化，輸入映象寄存器的內容也不變，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才重新讀取輸入狀態。 程序控制：在程序執行階段，PLC順序掃描用戶程序，每執行一條程序所需要的信息都從輸入映象寄存器和其他內部寄存器中讀出并參與計算，然后將執行結果寫入有關輸出映象寄存器中。 輸出處理：當全部

15、指令執行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構成PLC的實際輸出并由輸出端子送出。隨著微電子技術的發展，可編程序控制器（PLQ以微處理器為核心，適用丁開關量、模擬量和數字量的控制，已進入過程控制和位置控制等領域，成為一種多功能、高可靠性、應用場合最多的工業控制微型計算機。2.3控制系統構成圖和工作流程2.3.1控制系統構成圖生產線自動裝箱的PLC控制系統圖如圖2-2所示。圖2-2生產線自動裝箱的PLC控制系統圖2.3.2控制系統工作流程圖1當按下控制裝置的自動控制按鈕后，傳送帶B先啟動運行，拖動空箱前移至指定位置，達到指定位置后,由SQ彼出信號，使傳送帶B制動停止。2傳

16、送帶B停車后，傳送帶A啟動運行，產品逐一落入箱內，由傳感器檢測產品數量達12個時，傳送帶A制動停止，傳送帶B啟動運行。3上述過程循環地進行，直到按下停止按鈕，傳送帶A和傳送帶B同時停止，其工作流程圖如圖2-3所示。4當按下手動選擇按鈕后，系統停止上述的自動控制運行，而可以手動進行控制傳送帶A和傳送帶B的運行，以便丁調試和維修。圖2-3生產線自動裝箱工作流程圖2.4控制系統硬件設計根據自動裝箱系統的控制要求，系統應有手動控制和自動控制功能。為了避免意外事故或故障的發生，系統設有報警器。系統的具體設計過程如下：(1) I/O點數的估算系統輸入信號：自動控制按鈕，需要1個輸入端；手動控制按鈕，需要1

17、個輸入端；停止按鈕，需要1個輸入端；手動控制時，傳送帶A和傳送帶B獨立點動控制按鈕需要2個輸入端；產品數量檢測信號SQ1和空箱位置檢測信號SQ2需要2個輸入端；故障報警消音按鈕，需要1個輸入端。以上共需8個輸入信號點。系統輸出信號：傳送帶A和傳送帶B,需用2個控制輸出端；系統上電指示和手動指示、裝箱指示需要3個輸出端；一個報警器，需要1個輸出端。以上共需6個輸出信號點。(2) 用戶應用程序占用內存大小的估算用戶應用程序占用多少內存與I/O點數、控制要求、運算處理量、程序結構等因素有關，因此在程序設計之前只能粗略地估算。根據經驗，此應用程序占用內存的大小可作如下估算：開關量輸入：8*10=80字

18、節；開關量輸出：6*8=48字節；定時器/計數器：(2*3+1*3)=9字節。共計137字節，在加上程序存儲空間和備用存儲空間，初步估計共需1K字節。(3) PC型號的選擇，因為本系統是對開關量進行控制的應用系統，而且對控制速度要求不高，所以可選用西門子系列的S7-300型可編程控制器PLC乍為控制核心，該單元為20點I/O,12點輸入,8點輸出，所以滿足系統輸入、輸出點需要。西門子S7-300型系列PLC的特點：-高速計數器能方便的測量高速運動的加工件。擴展能力增強，最大到12ch的模擬量。-帶高速掃描和高速中斷的高速處理。可方便的與西門子的可編程序終端(PT)相連接，為機器操作提供一個可視

19、化界面。-A/D、D/A精度大幅度提高，分辨率為1/6000。-可進行分散控制和模擬量控制。通訊功能增強，提供內置RS232醐口及RS48由勺適配器。S7-300雖然體積小，但是提供了許多功能。具有強大的模擬量擴展功能，能夠帶3塊模擬量輸入輸出模塊；能夠連接觸摸屏；提供新的適配器，把外設口轉成RS485口。為小型的緊湊型設備提供人機界面(HMI)和高精度的測量方法。采用S7-300將在很小的空間內獲得許多先進的功能。小機殼內會聚了先進的功能和優異的表現。為輕工行業、醫療制冷行業，傳送設備和緊湊型的制造商提供更優越的性能和更高的附加值。西門子小型系列PLC具有優異的性能價格比，所組成的控制系統具

20、有如下技術特點：穩定的性能西門子系列PLC外型小巧結構緊湊，西門子公司長期積累的生產控制經驗和嚴格的技術標準保證了其可靠穩定的性能，即使在惡劣的工業環境下仍然能正常運行。更經過高低溫的考驗，使得該PLC可以適用在特殊的場合。通訊功能增強提供內置的RS232潴口和RS422端口。西門子完全開放的通訊協議可以方便的實現上位機遠程監控功能，用戶可以隨心所欲自己定制開發通訊監控系統。-高速的程序執行速度更快的程序指令執行速度，使得控制過程精確無誤。很強的擴充能力模擬量可以增加到12路；系統支持DeviceNet協議，具有強大的擴充能力，通過遠程端子，可以擴充到256點，方便組成集散控制系統。(4) 系

21、統I/O點的分配系統I/O點的分配如表2-1所示。表2-1S7-300I/O分配表輸入輸出內部繼電器定時器/計數器00000自動控制按鈕01000系統才曰小燈01006TIM00000001B手動控制輸入01001傳送帶B輸出01007TIMOO100002A手動控制輸入01002傳送帶A輸出CNT00200003SQ2輸入01003裝箱指示00004SQ1輸入01004手動指示燈00005停止安鈕01005報警器00006手動控制按鈕00007消音按鈕系統輸入/輸出接線圖如圖2-4所示PLC自動控制按鈕B手動控制輸入A手動控制輸入SQ2輸入SQ1輸入停止安鈕手動控制按鈕/消音按鈕/00000

22、000010000200003000040000500006000070100001001010020100301004010050100601007系統才曰小燈傳送帶B輸出傳送帶A輸出裝箱指示燈手動指示燈報警器輔助繼電器輔助繼電器CO220VACCOM(5) 傳感器的選擇近年來，隨著生產自動化程度的提高，光電傳感器的功能不斷完善,現已成為與PLC相配套的系列產品，廣泛用丁自動包裝、打膠、罐裝、以及自動裝配流水線。針對本文設計要求，我們可采用光電開關來對產品計數和空箱到位檢測。這類光電傳感器利用光電元件受光照或無光照時“有”“無”電信號輸出的特性將被測量轉換成斷續變化的開關信號。為此，要求光電

23、元件靈敏度高，而對光照特性的線性要求不高。這類傳感器主要應用丁零件或產品的自動記數、光控開關、電子計算機的光電輸入設備、光電編碼器以及光電報警裝置等方面。光電開關可分為兩類：透射型和反射型兩種。透射型光電開關是由分離的發射器和接收器組成并相對放置。發射器發射的紅外線直接照射到接收器上，當有物品通過時，將紅外線光源切斷遮擋住了，接收器收不到紅外光，丁是就發出一個信號。可用丁產品計數。反射型光電開關的接收部分和發射部分合做在一起，利用物體對發射部分發射出的紅外線反射回去，由接收部分接收，從而判斷是否有物體存在。當有物體通過，接收器接收不到紅外光，丁是就發出一個信號。可用丁空箱是否到位檢測。當采用接

24、近開關、光電開關等兩線式傳感器時，由丁傳感器的漏電流較大，可能出現錯誤的輸入信號而導致PLC的誤動作，此時可在PLC輸入端并聯旁路電阻R,如圖2-5所示當漏電流不足lmA時可以不考慮其影響。圖2-5PLC與光電開關的連接旁路電阻R的計算公式如下：式中：I為傳感器的漏電流（mA,UOF段PLC輸入電壓低電平的上限值（W）,RC為PLC的輸入阻抗（KQ）,RC的值根據輸入點不同有差異。2.5控制系統軟件設計2.5.1控制系統邏輯分析自動裝箱系統的控制設計考慮到其動作的連續性以及各個被控制設備動作之間的相互關聯性，最佳的實現方案就是采用順序控制。這樣就考慮針對不同的工作狀態，進行相應的動作控制輸出，

25、從而實現自動裝箱系統從傳送帶B開始工作到產品落入空箱之中并完成精確的計數這樣一個周期控制工作的程序實現。設計使用一系列的中間狀態信號來傳遞狀態轉換信息，完成順序的交互。因為要求傳送帶A和傳送帶B具有點動控制功能，故分別設置自動控制和手動控制兩個啟動按鈕。當按下自動啟動按鈕時，系統進行自動控制。在自動裝箱過程中，當傳送帶B拖動空箱到達指定位置時，由SQ彼出信號，使傳送帶B停止；而傳送帶A啟動運行，產品逐一落入箱內，由傳感器SQ1檢測產品數量，當累計產品數量達12個時，傳送帶A制動停止，同時傳送帶B啟動運行；完成整個循環工作。當按下手動控制按鈕時，若按下傳送帶B獨立點動輸入按鈕，傳送帶B就工作；若

26、按下傳送帶A獨立點動輸入按鈕，傳送帶A就開始工作。兩者完全獨立。2.5.2控制系統程序設計（1）程序流程圖如下：初始初始(2)程序梯形圖如下:圖2-7系統手動控制流程圖0B1:PtoaE&JdSweep(Cycle)M10.0SHL_WEN-EHOTNOOT111Mi-110.111J.KUO-:Title;跳轉B工作輸出A工作輸出跳轉結束B工作輸出network2:Title:»1.1QQ.QI11OIHl.4Hetmik3:Title:輔助繼電器Ml.2TOII部IH1.4皿，皿A工作輸出HetncrX4:Title:Hetgtk5;Title：裝箱指示報警器tletwr

27、k6:Title:KLOS,0ni-IM0INSHet-work7:Title:MOVEEMEMO1-IKOUT一麗Q控制系統程序梯形圖/pId復位;圖2-8(3)程序助記符如下：A-故障復位"=L0.0BLD103AM11.6=L0.1BLD103AM11.0=L0.2BLD103AM11.1BLD103AM11.2=L0.4BLD103AM11.3=L0.7BLD103A"自動啟動”JNB_001CALL"CONT_C",DB41/COM_RST:=L0.0MAN_ON:=L0.1PVPER_ON:=L0.2P_SEL:=L0.3I_SEL:=L0.

28、4INT_HOLD:=I_ITL_ON:=D_SEL:=L0.7CYCLE:=T#20MS/SP_INT:=MD20PV_IN:=MD24PV_PER:=MAN:=比例參數設置值;GAIN:=MD28/TI:=MD32/TD:=MD36TM_LAG:=DEADB_W:=0.000000e+000LMN_HLM:=2.764800e+004LMNLLM:=0.000000e+000PV_FAC:=PV_OFF:=LMN_FAC:=1.000000e+000/控制器輸出量的系數；LMN_OFF:=0.000000e+000I_ITLVAL:=DISV:=0.000000e+000LMN:=MD44

29、LMN_PER:=QLMN_HLM:=M11.5QLMN_LLM:=M11.4LMN_P:=LMN_I:=LMN_D:=PV:=ER:=_001:NOP02.6系統程序調試及結果在計算機上，運行CX-Programmer編程軟件，打開自動裝箱控制程序。斷電情況下連接好PC/PPI電纜，按照I/O分配表，用實驗連線導線將PLC主機模塊輸入、輸出接口與實驗板接口一一對應連接，并將PLC主機模塊的電源端與實驗模塊的電源端相連接。下載程序文件到PLC,監控后運行，使PLC進入運行方式。1、按下自動控制按鈕00000后，系統指示燈01000亮；同時傳送帶B啟動運行（01001指小燈是）02、當SQ2空箱

30、到位檢測信號到（00003按鈕輸入），傳送帶B停止運行（01001指示燈滅）。同時傳送帶A啟動運行（01002指示燈亮）。3、當SQ1送入12個計數脈沖時（00004按鈕12次輸入）及累計產品數量達12個時，傳送帶A停止（01002指示燈滅），同時傳送帶B啟動運行（01001指小燈是）04、當SQ2SU位信號到（00003按鈕輸入），系統循環工作。5、當按下手動控制按鈕00006時，系統立刻進入手動控制狀態。手動指示燈01004亮，系統指示燈仍亮。當按下傳送帶B或傳送帶A的手動控制按鈕00001和00002時，傳送帶B或傳送帶A啟動運行。兩者完全可獨立控制。6、無論系統何種運行狀態，自動控制狀

31、態和手動控制狀態可互相轉換。手動指示燈01004可顯示系統狀態。7、當按下停止按鈕00005時，系統停止運行，系統指示燈01000滅。該結果完全滿足設計的要求，借助實驗室的設備完全模擬了生產線自動裝箱控制過程。四.小結對于本次設計，成功采用PLC控制多個傳送帶的工作，完成了本次設計任務的基本要求，經過多次的調試，該系統性能穩定、可靠、冗余性強，可以彳艮好地適用于連續工作。本次設計的生產線自動裝箱PLC控制系統，其硬件結構簡單，成本低廉，響應速度快，性能、價格比很高，和單片機系統相比具有極高的可靠性，具有良好的市場應用價值。本系統解決了傳統以繼電器控制硬件電路的方法，采用人機界面取代繼電器，通過軟件的方式控制硬件電路。由于PLC具有可靠性高、穩定性好、抗十擾能力強，以及編程簡單，維護方便，通訊靈活等優點。但是該設計尚有不足，還有很多的擴展功能沒有實現，例如對產品計數錯誤的檢測功能等等。通過這次設計，使我對自動控制設計有了更深刻的認識，也使自己的動手能力和方案設計的思路有了更進一步的提高，同時也更加熟悉