1、第一章 緒論1.1 課題的由來與現實意義選此課題的靈感是因為我最近在一公司里上班得來的，那是一家紡織廠，公司里面的設備大多都是PLC控制的機器，節省了很多人力。這讓我感觸良多，于是這讓我決定做一個關于PLC流水線的送料臺來做自己的畢業設計。PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。配料工人收到每天的生產作業表后, 將依次對每種原料進行稱重根據配料的多少, 先計算每種成分的重量,然后在各種成分的料桶中取料,送到電子稱上進行稱重,

2、最后進行包裝在這個過程中工人工作繁重,出錯率高,稱重重量無監測,生產數據無紀錄等不能保證企業的生產工藝文中以PC機編程,可編程邏輯控制器(PLC),現場總線技術等現代工控技術為基礎,開發了以PC機為上位機, 以PLC作為下位機的自動配料系統在整個生產過程中,一旦生產計劃制定完成,計算機將按照計劃對每種原料進行稱重,不再需要人工來干預在這個過程中工人只是進行取料,由計算機通過電子稱發來的數據校核重量,減輕了工人的工作負擔,提高了工作效率1.2 設計內容及要求本課題的主要設計內容有：確定送料臺控制系統的總體設計方案；確定PLC I/O元件，列出PLC輸入輸出元件分配表；編寫PLC梯形圖。 設計目的

3、：A 熟練掌握PLC的指令系統，學會定時器在實際中的應用。B 通過設計牢固掌握用步進步退控制設計梯形圖的方法、步驟及繪制梯形圖所遵循的規則和設計技巧。C 學會PLC輸入/輸出點的分配、接線。對PLC有系統的了解。 設計要求：某車間有5個工作臺。送料臺往返于工作臺之間送料。每個工作臺設有一個到位行程開關(SQ)和一個呼叫按鈕(SB)。具體控制要求：A 送料臺開始應能停留在流水線的初始到位位置。B 此時如有工作臺按下呼叫按鈕則送料臺前進至所呼叫工作臺的行程開關處停止，過50秒后送料臺自動前進至流水線頂端卸料處卸料，卸料50秒后返回原位。C 送料臺帶重量檢測報警功能，如裝料時負重大于600KG或小于

4、500KG則報警燈呈0.5秒閃爍，并帶有報警聲。第二章 PLC的簡介2.1 PLC的產生與發展可編程控制器（Programmable Logic Controller）于1969年面世發展到現在已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業控制器。世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數字設備公司研制的。早期的PLC主要由分立元件和中小規模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。20世紀70年代初出現了微處理器，人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數據傳送及處理功能，成

5、為真正具有計算機特征的工業控制裝置。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入了實用化階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發生了飛躍。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業國家中已獲得了廣泛的應用。這個時期的可編程控制器發展的特點是大規模、高速度、高性能、產品系列化。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。20世紀末期，可編程控制器的發展特點是更加適應于現代工業控制的需要。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業等領域的應用都得到了長足的發展。我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴

6、隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業的生產設備中不斷擴大了可編程控制器的應用。目前，我國已可以生產中、小型可編程控制器。隨著我國四個現代化進程的深入，可編程控制器在我國醬油更廣闊的應用天地。2.2 PLC的組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現場輸入/輸出設備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設連接。對于整體式PLC，所有部件都裝在同一機殼內，其組成框圖如圖2-1所示；對于模塊式PLC，各部件獨立封裝成模塊

7、，各模塊通過總線連接，安裝在機架或導軌上，其組成框圖如圖2-2所示。無論是哪種結構類型的PLC，都可根據用戶需要進行配置與組合。圖2-1 整體式PLC組成框圖圖2-2 模塊式PLC組成框圖盡管整體式與模塊式PLC的結構不太一樣，但各部分的功能作用是相同的，下面對PLC主要組成各部分進行簡單介紹。A 中央處理單元（CPU）同一般的微機一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU 隨機型不同而不同，常用有三類：通用微處理器（如Z80、8086、80286等）、單片微處理器（如8031、8096等）和位片式微處理器(如AMD29W等) 。小型PLC大多采用8位通用微處理器和單片微處理器；中型P

8、LC大多采用16位通用微處理器或單片微處理器；大型PLC大多采用高速位片式微處理器。目前，小型PLC為單CPU系統，而中、大型PLC則大多為雙CPU系統，甚至有些PLC中多達8 個CPU。對于雙CPU系統，一般一個為字處理器，一般采用8位或16位處理器；另一個為位處理器，采用由各廠家設計制造的專用芯片。字處理器為主處理器，用于執行編程器接口功能，監視內部定時器，監視掃描時間，處理字節指令以及對系統總線和位處理器進行控制等。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實現PLC編程語言向機器語言的轉換。位處理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地滿足實時控制要求。在PLC中CPU按系統程序

9、賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進行工作，歸納起來主要有以下幾個方面：a 接收從編程器輸入的用戶程序和數據。b 診斷電源、PLC內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等。c 通過輸入接口接收現場的狀態或數據，并存入輸入映象寄有器或數據寄存器中。d 從存儲器逐條讀取用戶程序，經過解釋后執行。e 根據執行的結果，更新有關標志位的狀態和輸出映象寄存器的內容，通過輸出單元實現輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數據通信等功能。B 存儲器存儲器主要有兩種：一種是可讀/寫操作的隨機存儲器RAM，另一種是只讀存儲器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。在PLC中，存儲器主要用于存放系統程序、用戶程序

10、及工作數據。系統程序是由PLC 的制造廠家編寫的，和PLC的硬件組成有關，完成系統診斷、命令解釋、功能子程序調用管理、邏輯運算、通信及各種參數設定等功能，提供PLC運行的平臺。系統程序關系到PLC的性能，而且在PLC使用過程中不會變動，所以是由制造廠家直接固化在只讀存儲器ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。用戶程序是隨PLC的控制對象而定的，由用戶根據對象生產工藝的控制要求而編制的應用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOS靜態RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時不會丟失信息。為了防止干擾對RAM中程序的破壞，當用戶程序經過運行正常，不需要改變，可將其固

11、化在只讀存儲器EPROM中?，F在有許多PLC直接采用EEPROM作為用戶存儲器。工作數據是PLC運行過程中經常變化、經常存取的一些數據。存放在RAM中，以適應隨機存取的要求。在PLC的工作數據存儲器中，設有存放輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器等邏輯器件的存儲區，這些器件的狀態都是由用戶程序的初始設置和運行情況而確定的。根據需要，部分數據在掉電時用后備電池維持其現有的狀態，這部分在掉電時可保存數據的存儲區域稱為保持數據區。由于系統程序及工作數據與用戶無直接聯系，所以在PLC 產品樣本或使用手冊中所列存儲器的形式及容量是指用戶程序存儲器。當PLC提供的用戶存儲器容量不夠用，許多PLC還提

12、供有存儲器擴展功能。C 輸入/輸出單元輸入/輸出單元通常也稱I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業生產現場之間的連接部件。 PLC通過輸入接口可以檢測被控對象的各種數據，以這些數據作為PLC對被控制對象進行控制的依據；同時PLC又通過輸出接口將處理結果送給被控制對象，以實現控制目的。由于外部輸入設備和輸出設備所需的信號電平是多種多樣的，而PLC內部CPU的處理的信息只能是標準電平，所以I/O接口要實現這種轉換。I/O接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態指示，工作狀況直觀，便于維護。PLC提供了多種操作電平和驅動能力的I/O接口，有各種各樣功

13、能的I/O接口供用戶選用。I/O接口的主要類型有：數字量（開關量）輸入、數字量（開關量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。常用的開關量輸入接口按其使用的電源不同有三種類型：直流輸入接口、交流輸入接口和交/直流輸入接口。常用的開關量輸出接口按輸出開關器件不同有三種類型：是繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。繼電器輸出接口可驅動交流或直流負載，但其響應時間長，動作頻率低；而晶體管輸出和雙向晶閘管輸出接口的響應速度快，動作頻率高，但前者只能用于驅動直流負載，后者只能用于交流負載。PLC的I/O接口所能接受的輸入信號個數和輸出信號個數稱為PLC輸入/ 輸出（I/O）點數。I/O點數是選擇PLC的重要

14、依據之一。當系統的I/O點數不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對系統進行擴展。D 通信接口PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與監視器、打印機、其它PLC、計算機等設備實現通信。PLC與打印機連接，可將過程信息、系統參數等輸出打?。慌c監視器連接，可將控制過程圖像顯示出來；與其它PLC連接，可組成多機系統或連成網絡，實現更大規模控制。 與計算機連接，可組成多級分布式控制系統，實現控制與管理相結合。遠程I/O系統也必須配備相應的通信接口模塊。E 智能接口模塊智能接口模塊是一獨立的計算機系統，它有自己的CPU、系統程序、存儲器以及與PLC系統總線相連的

15、接口。它作為PLC系統的一個模塊，通過總線與PLC相連，進行數據交換，并在PLC的協調管理下獨立地進行工作。PLC的智能接口模塊種類很多，如：高速計數模塊、閉環控制模塊、運動控制模塊、中斷控制模塊等。F 編程裝置編程裝置的作用是編輯、調試、輸入用戶程序，也可在線監控PLC內部狀態和參數，與PLC進行人機對話。它是開發、應用、維護PLC不可缺少的工具。編程裝置可以是專用編程器，也可以是配有專用編程軟件包的通用計算機系統。專用編程器是由PLC廠家生產，專供該廠家生產的某些PLC產品使用，它主要由鍵盤、顯示器和外存儲器接插口等部件組成。專用編程器有簡易編程器和智能編程器兩類。簡易型編程器只能聯機編程

16、，而且不能直接輸入和編輯梯形圖程序，需將梯形圖程序轉化為指令表程序才能輸入。簡易編程器體積小、價格便宜，它可以直接插在PLC的編程插座上，或者用專用電纜與PLC相連，以方便編程和調試。有些簡易編程器帶有存儲盒，可用來儲存用戶程序，如三菱的FX-20P-E簡易編程器。智能編程器又稱圖形編程器，本質上它是一臺專用便攜式計算機，如三菱的GP-80FX-E智能型編程器。它既可聯機編程，又可脫機編程?？芍苯虞斎牒途庉嬏菪螆D程序，使用更加直觀、方便，但價格較高，操作也比較復雜。大多數智能編程器帶有磁盤驅動器，提供錄音機接口和打印機接口。專用編程器只能對指定廠家的幾種PLC進行編程，使用范圍有限，價格較高。

17、同時，由于PLC產品不斷更新換代，所以專用編程器的生命周期也十分有限。因此，現在的趨勢是使用以個人計算機為基礎的編程裝置，用戶只要購買PLC廠家提供的編程軟件和相應的硬件接口裝置。這樣，用戶只用較少的投資即可得到高性能的PLC程序開發系統。基于個人計算機的程序開發系統功能強大。它既可以編制、修改PLC的梯形圖程序，又可以監視系統運行、打印文件、系統仿真等。配上相應的軟件還可實現數據采集和分析等許多功能。G 電源PLC配有開關電源，以供內部電路使用。與普通電源相比，PLC電源的穩定性好、抗干擾能力強。對電網提供的電源穩定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值15% 的范圍內波動。許多PLC還向外

18、提供直流24V穩壓電源，用于對外部傳感器供電。H 其它外部設備除了以上所述的部件和設備外，PLC還有許多外部設備，如EPROM寫入器、外存儲器、人/機接口裝置等。EPROM寫入器是用來將用戶程序固化到EPROM存儲器中的一種PLC外部設備。為了使調試好用戶程序不易丟失，經常用EPROM寫入器將PLC內RAM保存到EPROM中。PLC內部的半導體存儲器稱為內存儲器。有時可用外部的磁帶、磁盤和用半導體存儲器作成的存儲盒等來存儲PLC的用戶程序，這些存儲器件稱為外存儲器。外存儲器一般是通過編程器或其它智能模塊提供的接口，實現與內存儲器之間相互傳送用戶程序。人/機接口裝置是用來實現操作人員與PLC控制

19、系統的對話。最簡單、最普遍的人/機接口裝置由安裝在控制臺上的按鈕、轉換開關、撥碼開關、指示燈、LED顯示器、聲光報警器等器件構成。對于PLC系統，還可采用半智能型CRT人/機接口裝置和智能型終端人/機接口裝置。半智能型CRT人/機接口裝置可長期安裝在控制臺上，通過通信接口接收來自PLC的信息并在CRT上顯示出來；而智能型終端人/機接口裝置有自己的微處理器和存儲器，能夠與操作人員快速交換信息，并通過通信接口與PLC相連，也可作為獨立的節點接入PLC網絡。2.3 PLC的特點根據PLC的特點，可以將其應用形式歸納為如下幾類：A 開關邏輯控制。這是PLC的最基本最廣泛的應用領域。PLC具有強大的邏輯

20、運算能力，可以實現各種簡單和復雜的邏輯控制。B 模擬量控制。在工業生產過程中，有許多連續變化的量都是模擬量，而PLC中所處理的是數字量，為了能接受模擬量輸入和輸出模擬量信號，PLC中配制有A/D和D/A轉化模塊，將現場的模擬量經過轉化變為數字量，經微處理器進行處理，數字量又經D/A轉換變成模擬量去控制被控制對象，這樣就可實現PLC對模擬量的控制。C 閉環過程控制。D 定時控制。PLC具有定時控制的功能，它可以為用戶提供幾十甚至上百個定時器，其定時的時間可以由用戶在編寫程序時設定，也可以由操作人員在工業現場通過編程器進行設定，實現定時或延時的控制。E 計數控制。計數控制也是控制系統不可缺少的，P

21、LC同樣也為用戶提供了幾十個甚至上百個定時器，設定方式如同定時一樣。若用戶需要對頻率較高的信號進行計數，則可以選擇高速技術模塊。F 順步控制。在工業控制中，采用PLC實現順序控制，可以由移位寄存器和步進指令編寫程序，也可以采用順序控制的標準化語言順序功能圖SFC編寫程序，使得PLC在實現按照事件或輸入狀態的順序控制相應輸出時更加容易。G 數據處理?，F代PLC都具有數據處理能力，它不僅能進行算術運算和數據傳送，而且還能進行數據比較、數據轉換、數據顯示和打印以及數據通信等。對于大、中型PLC還可以進行浮點運算、函數運算等。H 通信和聯網。PLC的控制已從早期的單機控制發展到了多機控制，實現了工廠自

22、動化。這是由現代的PLC一般通信的功能，它既可以對遠程I/O進行控制，又能實現PLC與PLC、PLC與計算機之間的通信，從而可以方便可靠的搭成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統。由此可見PLC是實現工廠自動化的理想工業控制器。（圖2-3為三菱FX2N-16MR型PLC）圖2-3第三章 流水線的簡介3.1 流水線的由來從前在英格蘭北部的一個小鎮里，有一個名叫艾薇的人開的魚和油煎土豆片商店。在店里面，每位顧客需要排隊才能點他（她）要的食物（比如油炸鱈魚，油煎土豆片，豌豆糊，和一杯茶）。然后每個顧客等著盤子裝滿后坐下來進餐。 艾薇店里的油煎土豆片是小鎮中最好的，在每個集市日中午的時候，長長的隊伍

23、都會排出商店。所以當隔壁的木器店關門的時候，艾薇就把它租了. 他們沒辦法再另外增加服務臺了；艾薇的鱈魚和伯特的油煎土豆片是店里面的主要賣點。但是后來他們想出了一個聰明的辦法。他們把柜臺加長，艾薇，伯特，狄俄尼索斯和瑪麗站成一排。顧客進來的時候，艾薇先給他們一個盛著魚的盤子，然后伯特給加上油煎土豆片，狄俄尼索斯再給盛上豌豆糊，最后瑪麗倒茶并收錢。顧客們不停的走動；當一個顧客拿到豌豆糊的同時，他后面的已經拿到了油煎土豆片，再后面的一個已經拿到了魚。一些窮苦的村民不吃豌豆糊-但這沒關系，這些顧客也能從狄俄尼索斯那里得個笑臉。 這樣一來隊伍變短了，不久以后，他們買下了對面的商店又增加了更多的餐位。這就

24、是流水線。將那些具有重復性的工作分割成幾個串行部分，使得工作能在工人們中間移動，每個熟練工人只需要依次的將他的那部分工作做好就可以了。雖然每個顧客等待服務的總時間沒變，但是卻有四個顧客能同時接受服務，這樣在集市日的午餐時段里能夠照顧過來的顧客數增加了三倍。3.2 流水線定義流水線是在一定的線路上連續輸送貨物搬運機械，又稱輸送線或者輸送機。按照輸送系列產品大體可以分為：皮帶流水線、板鏈線、倍數鏈線、插件線、網帶線、懸掛線及滾筒流水線這七類流水線。一般包括牽引件、承載構件、驅動裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。輸送機可進行水平、傾斜和垂直輸送，也可組成空間輸送線路，輸送線路一般是固定的。流水線輸

25、送能力大，運距長，還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作，所以應用十分廣泛。3.3 流水線的安裝注意事項流水線的平面設計應當保證零件的運輸路線最短，生產工人操作方便，輔助服務部門工作便利，最有效地利用生產面積，并考慮流水線安裝之間的相互銜接。為滿足這些要求，在流水線平面布置時應考慮流水線的形式、流水線安裝工作地的排列方法等問題。流水線安裝時工作地的排列要符合工藝路線，當工序具有兩個以上工作地時，要考慮同一工序工作地的排列方法。一般當有兩個或兩個以上偶數個同類工作地時，要考慮采用雙列布置，將它們分列在運輸路線的兩例。但當一個工人看管多臺設備時，要考慮使工人移動的距離盡可能短。流水線安裝的位置涉及到

26、各條流水線間的相互關系，要根據加工部件裝配所要求的順序排列，整體布置要認真考慮物料流向問題，從而縮短路線，減少運輸工作量?？傊⒁夂侠淼亍⒖茖W地進行流水生產國程空間組織。（圖3-1為工作中的流水線）圖3-1第四章 流水線送料臺的設計4.1 PLC I/O地址分配輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進行PLC控制系統設計的基礎。對軟件設計來說，I/O地址分配以后才能編程；對控制柜及PLC的外圍接線來說，只有I/O分配地址以后，才可以繪制電氣接線圖，裝配圖，讓裝配人員根據線路圖安裝控制柜。分配輸出點地址時，要注意負載類型的問題。在進行I/O地址分配時最好把I/O點的名稱、代碼和地址以表

27、格的形式列寫出來?？刂葡到y的輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表4-1表4-1輸入信號輸出信號名 稱代 號輸入點編號名 稱代 號輸出點編號1號臺按鈕SB1X1前進電動機M1Y12號臺按鈕SB2X2后退電動機M2Y23號臺按鈕SB3X3卸料電動機M3Y34號臺按鈕SB4X4警報燈HL1Y115號臺按鈕SB5X5警報蜂鳴器B1Y121號臺限位SQ1X11運行指示燈HL2Y202號臺限位SQ2X123號臺限位SQ3X134號臺限位SQ4X145號臺限位SQ5X15起始位置限位SQ6X16卸料位置限位SQ7X17重量感應器（已設定大于600KG或小于500KG會閉合）A1X204.2 PLC外部接

28、線圖圖4-14.3 PLC的狀態流程圖圖4-24.4 PLC的梯形圖程序 梯形圖程序簡要說明梯形圖S20,S25-S28為1號臺工作程序范圍。S21，S29-S32為2號臺工作程序范圍。S22,S33-S36為3號臺工作程序范圍。S23，S37-S40為4號臺工作程序范圍。S24，S41-S44為5號臺工作程序范圍。上電后送料臺工作燈常亮直到斷電熄滅，工作臺停在初始位置，此時按下1號臺呼叫按鈕SB1，梯形圖上X1閉合，此時按其他工作臺按鈕互不干擾，進入1號臺工作程序范圍，送料臺前進至1號臺限位開關，梯形圖上X11閉合，工作臺開始計時50秒，工作人員在時間內沒裝完料或者料的重量小于500KG的話，工作臺警報燈會呈0.5秒閃亮并且蜂鳴報警器響起，如果料超過600KG的話亦然。50秒后，料的重量如果大于500KG小于60