【正文】 ........................................................ 8 第 2 章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 .............................................................................................. 9 采用傳統(tǒng)繼電 ———— 接觸器電氣控制系統(tǒng) ..................................... 9 采用 PLC 可編程序控制器控制系統(tǒng) .................................................. 9 方案比較與選擇 .................................................................................. 10 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理 ........................................................................ 10 PLC 控制系統(tǒng)組成 .............................................................................. 11 PLC 的工作過程 .................................................................................. 11 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖和工作流程 ........................................................................ 12 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖 .................................................................................. 12 控制系統(tǒng)工作流程 .............................................................................. 12 控制系 統(tǒng)硬件設(shè)計 ........................................................................................ 13 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 ........................................................................................ 18 控制系統(tǒng)邏輯分析 .............................................................................. 18 系統(tǒng)程序調(diào)試及結(jié)果 .................................................................................... 26 結(jié)論 .............................................................................................................................. 27 致謝 .............................................................................................................................. 28 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 29 第 5 頁 共 30 頁 5 第一章 緒論 課題背景 近年來，生產(chǎn)線上的自動化控制應(yīng)用已越來越多，越來越廣泛。當(dāng)產(chǎn)品被送到傳送帶的末端，會自動停止并由機(jī)械手將其送到包裝箱中。運(yùn)物機(jī)械手用來轉(zhuǎn)移飲料瓶，即把產(chǎn)品傳送帶上的飲料送到包裝箱傳送帶的飲料箱中。 畢業(yè)設(shè)計（論文） PLC 控制機(jī)械手自動裝箱設(shè)計 姓 名 班 級 專 業(yè) 機(jī)電一體化 指導(dǎo)教師 學(xué) 號 日 期 第 2 頁 共 30 頁 2 摘要 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中常常需要對產(chǎn)品進(jìn)行計數(shù)和包裝，如果這些繁雜的工作由人工完成的話不但效率低，而且勞動強(qiáng)度大，不適合現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要。包裝箱傳送 帶用來傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已經(jīng)裝滿的包裝箱運(yùn)走，并用一只空箱來代替。本控制系統(tǒng)具有精度高、成本低、抗干擾能力強(qiáng)、故障率低、操作維護(hù)簡單等特點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用價值。隨著工業(yè)生 產(chǎn)自動化水平的不斷加快，對控制系統(tǒng)提出了愈來愈嚴(yán)格的要求。由于可編程控 制器（ PLC）具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、組態(tài)靈活等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)控制系 統(tǒng)中得到非常廣泛的應(yīng)用。今天的 PLC 不再局 限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。這一代 系統(tǒng)以 PLC 和 DCS 為代表，從七十年代開始應(yīng)用以來，在冶金、電力、石油、化 工、輕工等工業(yè)過程控制中獲得迅猛的發(fā)展。 在中國，自動化技術(shù)還未成熟，還需要長時間的發(fā)展，所以將會有很大的空 第 6 頁 共 30 頁 6 間來發(fā)展此技術(shù)。這樣中才會有 穩(wěn)定的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。 為了解決這一問題，自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller， PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來， PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品， PLC 在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的 PLC 年增長率保持為 20%～ 30%。 PLC 是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的 PLC 只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。 PLC 的 CPU 內(nèi)有指示程序步存儲 地址的程序計數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加 1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為 END 指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理， 16位（也有 32位的）為一個模擬量。 PLC 沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比 DCS方式要低很多。 近十幾年來，國外 PLC 技術(shù)取得了飛躍，其容量成倍擴(kuò)大、體積不斷縮小、功能不斷增強(qiáng)，不但具有邏輯運(yùn)算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有 PID 等特殊控 制功能，可直接進(jìn)行 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換，還開發(fā)管控一體化。 圖 機(jī)械手控制示意圖 第 8 頁 共 30 頁 8 二 設(shè)計任務(wù)和要求 用 PLC 控制整個 控制裝置要達(dá)到以下要求： (1)按下啟動按鈕后，傳送帶 A 運(yùn)行直到光電開關(guān) PS1 檢測到飲料瓶，才停止。上升到位左轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)到位下降，開始下一循環(huán)，用 PLC 作計數(shù)控制，對機(jī)械手這一循環(huán)計數(shù)。 (5)應(yīng)有必要的信號指示，如電源有電，傳送帶 A 工作，機(jī)械手工作，傳送帶 B工作。 在傳統(tǒng)的控制中，傳送帶的控制通常是通過繼電器來完成，維護(hù)復(fù) 雜。包裝箱傳送帶用來傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已經(jīng)裝滿的包裝箱運(yùn)走，并用一只空箱來代替。 依據(jù)提出的要求，我們需要解決的關(guān)鍵是對機(jī)械手的上升，下降，左轉(zhuǎn)，右和夾緊，松開的執(zhí)行；對傳送帶 A 拖動飲料瓶到指定位置的控制；對傳送帶 B拖動空箱到指定位置的控制；以及傳送帶 A 制動后機(jī)械手的運(yùn)行，對這一循環(huán)的計數(shù)和傳送帶 B的運(yùn)動，怎么使其形成一個循環(huán)的過程；對機(jī)械手和傳送帶的控制還應(yīng)該設(shè)置報警功能；同時機(jī)械手，傳送帶 A 和傳送帶 B 應(yīng)有獨(dú)立點(diǎn)動控制，以便于調(diào)試和維修；最后還要對機(jī)械手運(yùn)送的產(chǎn)品進(jìn)行指定數(shù)量的檢測。 但是在一些較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，特別是涉及到時序控制的自動控制系統(tǒng)，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(fù)雜、器件多、接點(diǎn)多，因而在這類控制系統(tǒng)中可靠性低、可維護(hù)性差。用于自動控制系統(tǒng)中，其反應(yīng)時間、跟蹤能力差，有可能使得系統(tǒng)不 能正常運(yùn)行。 而外部輸入 /輸出電路則一律采用光電隔離，加上常規(guī)濾波和數(shù)字濾波；軟件方 面設(shè)置了警戒時鐘 WDT、自診斷等措施。而且現(xiàn)場接口容易，設(shè)計周 期短。而 PLC 是從取代工廠內(nèi)繼電器線路、進(jìn)行順序控制發(fā)展開來的工業(yè)控制產(chǎn)品。整個控制系統(tǒng)利用 PLC 的控制實(shí)現(xiàn)了空箱傳送、產(chǎn)品運(yùn)輸、產(chǎn)品計數(shù)等功能。 因此，本文選擇 PLC 控制系統(tǒng)。 PLC 的一般內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 PLC 的工作過程 ①輸入處理 :PLC 以重復(fù)掃描方式執(zhí)行用戶處理程序，在執(zhí)行程序前首先按地址 編碼順序?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài) (輸入信號 )讀入輸入映象寄存器中，然后開 始執(zhí)行用 戶處理程序 .在執(zhí)行過程中，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映象寄存器 的內(nèi)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(tài)。 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖和工作流程 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖 生產(chǎn)線自動裝箱的 PLC 控制系統(tǒng)圖如圖 22所示。上升到位右轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)到位下降，下降到位機(jī)械手松開，將飲料瓶放進(jìn) B 傳送帶上的空箱內(nèi)， 2s 后機(jī)械手上升。其工作流程圖如圖 所示。系統(tǒng)的具體設(shè)計過程如下： （ 1） I/O 點(diǎn)數(shù)的估算 系統(tǒng)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個輸入端； 停止按鈕，需要 1