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1、摘要 针对自动化设备向高效率，高集成度，高智能和低能耗方向发展，研发了一种新的自动化分装生产线及高自动化控制技术。通过新型光电传感器和新型高精度步进电机，大大提高了分装生产线的分装精确度和效率。由于该自动化设备的核心部件是PLC，且带有网络功能，可实现无人车间生产，大大节省了人力物力，降低了生产成本，从而提高了产品的市场竞争力。此设备以在部分劳动密集形企业应用，取得了不俗的效益。（关键词：自动分装 生产线 PLC ）Abstract In view of the automatic equipment to the high efficiency, the highintegration ra
2、te, the high intelligence and the low energy consumptiondirection developed, researches and develops one kind of newautomation to load separately the production line and the highautomated control technology. Through the new electro-optical sensorand the new high accuracy step machine, greatly enhanc
3、ed hasloaded separately the production line to load separately the precisionand the efficiency. Because this automatic equipment core part is PLC,also has the network function nf, may realize nobody workshopproduction, greatly has saved the manpower physical resource, reducedthe production cost, thu
4、s enhanced the product market competitionstrength. This equipment by in the partial work crowded shapeenterprise application, has obtained not the vulgar benefit.Key words: Automatically loads separately production line PLC目录 摘要-1 前言-3 自动分装机的程序设计步骤-4 相关内容介绍-5三菱FX系列PLC主要特点-5基本指令介绍-6 模拟器件及PLC工具介绍-8一、
5、模拟硬件-8 二、PLC工作原理-9 三、PLC的程序编制-10 四、模拟软件-11 五、菜单操作-11 六、程序编辑的介绍-12 七、程序传送过程-14 分装控制计数系统的程序设计-15 设计总结-21 参考资料-22 致谢词-23前言 工业生产的各个领域，无论是过程控制系统还是电器传动控制系统，都包括大量的数字量和模拟量。最初数字量和模拟量的控制主要由继电器、接触器或分立元件的电子线路来实现，这是控制设备产生的基础。随着生产力的发展和科学技术的进步，人们对控制设备不断提出新的要求，可编程序控制器（pc）应运而生，它是由20世纪80年代由可编程序逻辑控制器进一步发展而来，它不但继承了PLC的
6、原有功能，而且具有了顺序控制、算术运算、数据转换和通信等更为强大的功能，指令系统丰富，程序架构灵活，不但能完成开关量和顺序控制，而且可以用来实现模拟量等复杂的控制。它集中了工业专用机和通用计算机的优点，运行可靠，通用性和适应性强，发展非常迅速，既可用来单独构成控制系统，其系统也可作为dcs系统中主要现场控制系统。是目前工业自动化应用最广的控制设备。 本次论文设计将以三菱FX系列PLC为例探讨PLC 在自动分装机中的应用。FX2N系列是三菱公司PLC FX家族中最先进的系列。 自动分装机的程序设计步骤 分装控制计数系统的设计步骤及内容: 应用设计是学习可编程控制器的核心。本次设计核心是分装机的控
7、制计数系统。完成该设计主要包括以下内容：1. 模拟硬件的介绍2. 模拟软件的介绍3. 基本指令的简介4. 根据控制要求画出时序图5. 根据控制要求画出状态变换图6. 画出梯形图7. 画出PLC I/O连接图8. 写出语句表9. 该电路的工作原理 10.程序的设计过程 11.总结完成以上内容该设计才能完成。相关内容介绍（一）三菱FX系列PLC主要特点（1）系统配置灵活方便 FX系列PLC的基本单元内有CPU，I/O,存储器和供给扩展模块外及传感器的标准电源，除基本单元外，还备有各种点数和各种输出类型（继电器，晶体管，可控硅）的扩展单元和扩展模块，可与基本单元灵活配置。（2）具有在线和离线编程功能
8、。 可以在线写入或修改程序，具有丰富的编辑和搜索功能，可实现元件监控和测试功能，还可以在个人计算机上离线编程。随着科技的发展，程序的修改已经十分的方便了，使用掌上电脑和仿真软件就可以随时随地的修改程序。（3）高速处理功能 FX系列PLC内置多点高速计数器，可对输入脉冲进行计数而无须增加任何其他设备。利用不用扫描周期限制的直接输出功能可实现定位控制。对具有优先权和紧急情况的输入，可采用中断输入的方式，使之快速响应，防止问题发生。 现在的FX2N系列使用486的处理器，具有更快的运算速度和更底的功耗好更好的稳定性。（4） 高级应用功能。 FX系列PLC提供了多种应用指令以适合多种应用场合。可实现数
9、据运算，传送，比较，移位等多种功能。（二）三菱FX系列PLC主要性能 FX系列PLC的 基本单元和扩展单元的电源电压适应范围为100240V（AC），用户程序存储器容量大，有丰富的内部软件，功能强且多，处理速度快。在FX系列机型中，要数FX2N（或FX2NC）系列的功能最强，由于使用486级别处理速度最快，容量最大，属高档超小机型。同时，三菱FX2N系列要比西门子同类型PLC便宜一些，故本设计选用三菱FX2N系列PLC为设计对象。基本指令介绍一、逻辑取及线圈驱动指令LD、LDI、OUTLD，取指令。表示一个与输入母线相连的动合节点指令，即动合节点逻辑运算开始。LDN，取反指令。表示一个与输入母
10、线相连的动断节点指令，即动断节点逻辑运算起始。OUT，线圈驱动指令，也叫输出指令。LD，LDI两条指令的目标元件是，X、Y、M、S、T、C，用于将节点接到母线上。也可以与后述的ANB指令、ORB指令配合使用，在分支起点也可以使用。OUT是驱动线圈的输出指令，它的目标元件是Y、M、S、T、C。对输入继电器不能使用。OUT指令可以连续使用多次。LD、LDI是一个程序步指令，这里的一个程序步即是一个字，OUT是多程序步指令，要视目标元件而定。OUT指令的目标元件是定时器和计数器时，必须设置常数K。二、节点串联指令AND、ANIAND，与指令。用于单个动合节点的串联。ANI，与非指令。用于单个动断节点
11、的串联。AND与ANI都是一个程序步指令，它们串联节点的个数没有限制，也就是说，这两条指令可以多次重复使用。这两条指令的目标元件为X、Y、M、M、S、T、C。OUT指令后，通过节点对其它线圈的使用OUT指令称为纵输出或连续输出。这种连续输出如果顺序没错，可以多次重复。三、串联电路块的并联连接指令ORB两个或两个以上的节点串联连接的电路叫串联电路块。串联电路块并联连接时，分支开始用LD、LDI指令，分支结束用ORB指令。ORB指令与后述的ANB指令均无目标元件指令，而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步。ORB有时也简称或块指令。 ORB指令的使用方法有两种：一种是在要并联的每个串联电路后加O
12、RB指令；另一种是集中使用ORB指令。对于前者分散使用ORB指令时，并联电路块的个数没有限制，但对于后者集中使用的ORB指令时，这种电路块并联的个数不能超过8个（即重复使用LD、LDI指令的次数限制在8次以下）所以不推荐用后者编程。四、程序结束指令ENDEND是一条无目标元件的1程序步指令。PLC反复进行输入处理，程序运算、输出处理、若在程序最后输入END指令，则END以后的程序就不再执行，直接进行输出处理，在程序调试过程中，按段插入END指令，可以按顺序扩大对各程序段动作的检查。采用END指令将程序划分为若干段，在确认处理前面电路块的动作无误后，依次删除END指令，要注意是是在执行END指令
13、时，也刷新监视时钟。模拟器件及PLC工具介绍 一 、模拟硬件1、主机主机部分包括中央处理器CPU，系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，进入21世纪，随着处理器的发展，PLC使用了速度快，能耗低，效能高的ARM处理器。它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态，作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量，完成用户指令的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序以由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及
14、数据存储器，主要存放用户编制的用应程序及各种暂存数据和结果。2、输入/输出（I/O）接口 I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入借口接受输入设备（如按扭、传感器、触点、行程开关）的控制信号。输出接口是将主机处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁闸、指示灯等）。I/O接口采用光电偶合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC是一项主要技术指示，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。3、电源 图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。4、编程器
15、编程器是PLC是一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可以输入、检查、修改、调试程序或监视PLC的工作情况，除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑连接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。5、输入/输出扩展单元 I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。6、外部设备接口 此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相连，以完成相应的操作。 本实验装置选用的主机型号为三菱FX系列的可编程控制器（有FX2N-64MR型）。为64点控制。为保护主机输出接口锣口和螺钉不因实验是频繁的换接装拆而导致损坏，本装置设计时已将主机固定在
16、实验面板的固定区域。并将所有的输入输出节点用固定的接线将它们连到实验面板的固定插孔（采用高可靠自锁紧的防转座）处，使实验的接线，插线更多方便。 二、PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）做周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和输出状态的刷新等工作。PLC的扫描一个周期必经输入采样，程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先按
17、扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的运行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中。并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出设备工作。三 、PLC的程序编制编程语言 所谓程序编制，就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出
18、来的过程。PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。一、梯形图（语言） 梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。它是借助于继电器的动合、动断触点、线圈以及串并联等术语和符号，根据控制要求连接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。 梯形图常用 图形符号分别表示PLC编程元件的动断和动合节点；用 表示它们的线圈。梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。梯形图的设计应注意到以下三点： 1）编写梯形图按从左向右，自上而下的顺序排列。每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串并连接，最后是线圈与右母线的联接。 2）梯形
19、图中每个梯级流过的不是物理电流，而是概念电流，从左流向右，其两端没有电源。这个概念电流只是用于形象的描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 3）输入继电器用于外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只能出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器，晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点也可供内部编程使用。二、指令语句表 指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令
20、组成的程序就是指令语句表。一条指令语句就是由步序、指令语言和作用器件编号三部分组成。 四、模拟软件 FXGP-WIN-C 编程软件的界面介绍界面包含： 1）当前编程文件名，例如标题栏中的文件名untit101 2）菜单；文件（F），编辑（E）、工具（T）、PCL、遥控（R）、监控/测试（MM）等等。 3）快捷功能键：保存、打印、剪切、转换、元件名查、指令查、触点/线圈查、刷新等等。 4）当前编程工作区：编辑用指令（梯形图）形式表示的程序。 5）当前编程方式：梯形图 6）状态栏：梯形图。 7）快捷指令：F5常开、F6常闭、F7输入元件，F8输入指令等等。 8）功能图：常开、常闭、输入元件、输入指
21、令等等。五、菜单操作 FXGP-WIN-C（以下统一用简称FXGP）的各种操作主要靠菜单来选择，当文件处于编辑状态时，用鼠标点击想要选择的菜单项，如果该菜单没有下级子菜单，则该菜单就是一个操作命令，单击即执行命令。六、程序编辑的介绍1.设置编辑文件的路径首先应该设置文件的路径，所有用户文件都在该路径下存取。操作步骤：首先打开Windows界面进入“我的电脑”，选中D盘，新建一个文件夹，取名为PLC1确认，然后进入FXGP编程软件。2.编辑文件的正确进入及存取1） 创建新文件功能：创建一个新的应用程序。操作方法：通过选择文件新文件菜单项，在PC模式设置对话框中选择应用程序的目标PC模式。2） 打
22、开功能：从一个文件列表中打开个新的应用程序的及诸如注译数据之类的数据。操作方法：先选择文件打开菜单或按ctrl+O键，再在文件打开的菜单中选择一个所需的应用程序。3） 保存功能：保存当前应用程序，注译数据以及其它在同一个文件名下的数据。操作方法：执行文件保存菜单或ctrl+b 键操作即可。3.文件程序编辑 梯形图编辑1） 梯形图的行删除功能：在行单元删除线路块。操作方法：通过执行编辑行删除菜单或ctrl+delete键盘操作，把光标所在行的线路块删除。2） 梯形图的行插入功能：在梯形图中插入一行操作方法：通过执行编辑行插入菜单操作，在光标位置上插入一行。3） 线圈注释功能：在进行电路编辑时，输
23、入线圈注释。操作方法：在执行编辑线圈注释菜单操作时，线圈输入对话框被显示。4） 运行时程序改变功能：将运行中的与计算机相连的PLC的程序作部分改变。操作方法：在线路编辑中，执行PLC运行时改变程序菜单操作或shift+F4键操作时出现确认对话框，点击确认按扭，执行命令。5） 梯形图监控监控/测试（ALT+M）开始监控（ALT+S）功能：在显示屏上监视PLC的操作状态，从电路编辑状态转换到监视状态，同时在显示的电路图中显示PLC操作状态。6） 操作方法：激活梯形图视图，通过菜单操作进入监视/测试开始监控。 七、程序传送过程 1.程序传送功能：将已创建的应用程序成批传送到PLC中，包括读出、写入和
24、校验。操作方法：由执行PLC传送读出或写入或校验菜单操作完成。选择“范围设置”，先确定“程序步”的“起始步”和“终止步”的步长，然后把确定的步长指令写入PLC，时间相对比较短。“写入结束”后，自动“核对”正确才能运行。注意，这时核对的只是程序是否写入了PLC，对电路正确与否有PLC判定，与通讯无关。若“通讯错误”提示符出现，可能有两个问题要检查。第一， 在状态检查中看“PLC”类型是否正确。第二， PLC的“端口设置”是否正确即COM口。排除了两个问题后，重新写入到“核对”完成表示程序已输送到PLC中。2.程序的运行与调试1、 程序运行当程序写入PLC后就可以在PLC中运行了。先将PLC处于R
25、UN状态，再经过实验系统的输入开关给PLC输入给定信号，观察PCL输出指示灯，验证是否符合编辑程序的电路逻辑关系，如果有问题还可以通过FXGP提供的调试工具来确定问题，解决问题。步骤：1） 梯形图方式编辑，然后转换成指令表程序。2） 程序写入PLC，在写入时PLC应处于“STOP”状态。3） PLC中的程序在运行前应使PLC处于“RUN”状态4） 输入给定信号，观察输出状态，还可以验证程序的正确性。2、 程序调试：当程序写入PLC后，按照设计要求可用FXGP来调试PLC程序。如果有问题，可以通过FXGP提供的调试工具来确定问题所在。3.退出系统完成程序调试后推出系统前应先核定，程序文件名后将其
26、存盘，然后关闭FXGP所以应用子菜单显示图，退出系统。4.PLC主机及程序参考资料1) 可编程控制器应用教程。2) MITSUBISHI MELSEC-FXIN 可编程控制器使用手册。3) 网络型可编主要参考资料程序控制器实验指导书。其他有关资料。分装控制计数系统的设计过程一 设计目的（1）熟练掌握可编程控制器基本结构和外部接线方法。（2）熟练应用可编程控制器的基本指令及相关上位编程软件（3）熟练掌握梯形图程序的输入、调试、运行、监控。（4）在设计中学习锻炼，并获得一定的设计经验。二 课程设计内容： （1）分装控制系统的设计如图所示，分装系统受一个总开关的控制，当开关打开时，系统开始工作，同时
27、各传送带的步进电动机开始工作，当开关关闭时，系统和各运动部件都停止。 （2）当系统开始工作时，光电计数器1开始计数，当数值达到设定值时，得到传感器允许指令后，堵料2马达工作，将原料丢到箱中，随后马达反转，将堵料板关闭。 （3）当系统电源打开时，包装箱传送带的步进电动机开始运行，当包装箱压住传感器2时，说明包装箱到达指定位置，可以将物料丢入包装箱。 （4）当堵料2马达工作停止延迟1秒后，包装箱传送带的步进电动机工作，将包装好的箱子送到下一环节，同时对包装箱计数。（5）当计数器1计数数值超过设定数值时，堵料板1的驱动马达工作，将物料渡在传送带上，以等待包装箱的到来。程序流程图如下：开始计数器开始计
28、数。驱动各传送带步进电机运转。当2号感应器被遮，1、3未被遮时，包装箱传送带停止到30后自动清零，并驱动放料马达动作当包装箱未到位时，若计数器达到30，则挡料板动作直到到箱到位为止放料马达完成动作时，包装箱传送带继续运转当传感器大于90秒没感应到物料时关机大于80秒没到位程序图：指令表如下：接线方法：X000 ：接开关X001 ：接包装箱感应器1X002 ：接包装箱感应器2X003 ：接包装箱感应器3X004 ：接物料计数感应器Y000 ：接物料传送带驱动Y001 ：接放料挡板驱动Y002 ：接堵料挡板驱动Y004 ：接包装箱传送带驱动 从程序中可以看到，这次编程只用到 9 点，还有好多点没有
29、用到，实际上这个程序只要用20点的PLC就可以了，考虑到以后的程序升级和扩展设备，所以40点的就能满足所有应用了，但我所在公司里只有FX2N-64MR，可以说这是一种浪费吧。 另外本人编程能力有限，程序编写的不是很好，有些功能没做到位，我将在以后加以完善。有错误的地方，欢迎各位老师和同学指正。设计总结 通过为期半年的PLC课程设计，使我更深入了解了一些设备的使用方法，以及它的组成结构所起的作用。本次毕业设计的课题是自动分装机PLC控制系统。在它的设计过程中，使我们掌握了其工作原理及它的运行过程。完成设计的主要内容有：模拟硬件的介绍、模拟软件的介绍、PLC、设备的简介、基本指令的简介、根据控制要
30、求画出时序图、状态变换图、然后画出梯形图，画出PLC 、I/O连接图，最后写出语句表。在我们程序运行和调试过程中还存在着一些问题，有的是程序可以运行，但是不符合控制要求，那就是编制程序上出现了一些问题；有的是线路接错，这类问题就属于控制要求不熟练，等等一些问题的出现还得我们作进一步的改进。通过对这次的设计，不仅使我们学到了电路方面的知识，还提高了我们的动手能力。例如，在选择PLC时，我选择了三菱的FX系列，而没有选择西门子的S7系列，其主要原因是三菱的编程软件比较出色，方便修改，而且价格要比西门子的便宜一些。另外，本次设计的最大败笔就是分装数值不可调，而且本人能力有限，使得好多功能没达成设计目标，在实际应用中会比较麻烦，我将在学习和努力后解决这个问题。参考资料1. 可编程序控制器及其系统 重庆大学出版社 20052. 可编程序逻辑控制器应用教程 中国水利水电出版社 20033. 电工基础 西安电子科技大学出版社 20014. 机械设计基础 机械工业出版社 20065 PLC的现状与发展 中国科技大学出版社 20026 可编程序控制器编程指导 中国工业出版社 20047 可编程序控制器应用技术 化学工业出版社 2001致谢词 22