机电一体化毕业设计（论文）-PLC控制的饮料瓶自动装箱系统.doc

南通职业大学毕业设计南通职业大学毕业设计论文PLC控制的饮料瓶自动装箱系统姓名 系别 机械系 专业 机电一体化 班级 机电053 指导老师 2008年 5 月 17 日摘 要可编程控制器（PLC）的发展史 让我们追溯到 20 世纪的六十年代末，认识一下可编程控制器的发展史吧。 在可编程控制器出现以前，继电器控制在工业控制领域占主导地位，由此构成的控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，若要改变控制的顺序就必须改变控制系统的硬件接线，因此，其通用性和灵活性较差。 20 世纪的六十年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，由于价格高、输入输出电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。 1968 年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司 (GM) 为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引起了开发热潮。主要内容是： 编程方便，可现场修改程序； 维修方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电器控制装置； 体积小于继电器控制盘； 数据可直接送入管理计算机； 成本可与继电器控制盘竞争； 输入可为市电； 输出可为市电，容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器等； 扩展时原系统改变最少； 用户存储器大于 4KB 。 这些条件实际上提出将继电器控制的简单易懂、使用方便、价格低的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬接线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想。 1969 年，美国数字设备公司 (DEC 公司 ) 研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。 可编程控制器自问世以来 , 发展极为迅速。 1971 年，日本开始生产可编程控制器。 1973 年，欧洲开始生产可编程控制器。到现在，世界各国的一些著名的电气工厂几乎都在生产可编程控制器装置。可编程控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。编程控制器的名称演变 从可编程控制器发展历史可知，可编程控制器功能不断变化，其名称演变经历了如下过程：早期产品名称为“ Programmable Logic Controller ”（可编程逻辑控制器），简称 PLC ，主要替代传统的继电接触控制系统。随着微处理器技术的发展，可编程控制器的功能也不断地增加，因而可编程逻辑控制器（ PLC ）不能描述其多功能的特点。 1980 年，美国电气制造商协会（ NEMA ）给他一个新的名称“ Programmable Controller ”，简称 PC 。 1982 年，国际电工委员会（ IEC ）专门为可编程控制器下了严格定义。然而 PC 这一简写名称在国内早已成为个人计算机（ Personal Computer ）的代名词，为了避免造成名词术语混乱，因此国内仍沿用早期的简写名称 PLC 表示可编程控制器，但此 PLC 并不意味只具有逻辑功能。 4 可编程控制器的定义 可编程控制器一直在发展中，因此直到目前为止 , 还未能对其下最后的定义。 美国电气制造商协会 NEMA （ National Electrical Manufacturers Association ）在 1980 年给可编程控制器作了如下的定义： “可编程控制器是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。一部数字电子计算机若是用来执行 PLC 之功能者 , 亦被视同为 PLC, 但不包括鼓式或机械式顺序控制器。” 国际电工委员会 (IEC) 曾于 1982 年 11 月颁发了可编程控制器标准草案第一稿， 1985 年 1 月又颁发了第二稿， 1987 年 2 月颁发了第三稿。草案中对可编程控制器的定义是： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入 / 输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 此定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统“，即它也是一种计算机。它是“专为在工业环境下应用而设计”的计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作，它还具有“数字量或模拟量的输入 / 输出控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。 定义还强调了可编程控制器直接应用于工业环境，它须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。应该强调的是，可编程控制器与以往所讲的鼓式 , 机械式的顺序控制器在 ” 可编程 ” 方面有质的区别 . 由于 PLC 引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件 , 并用规定的指令进行编程 , 能灵活地修改 , 即用软件方式来实现 ” 可编程 ” 的目的。此篇设计的优点是可以节省人力，加快工作效率。所以说运用PLC控制是现代社会的一大进步，以后的很长一段时间内PLC控制将继续被应用。关键词：装箱系统 PLC控制 饮料瓶装箱PLC automatic control of the bottle crates systemAbstractProgrammable Logic Controller (PLC) history of the development so that we traced back to the 20th century the late 1960s, awareness of the PLC history of the development of it. Appear before the PLC, control relays in industrial control dominated the field, which constitute the control system are at a pre-determined time or good order of conditions to work, to change the control of the order must change control The hardware connection, therefore, its common and less flexibility. The 20th century the 1960s, computer technology began to be used on the field of industrial control, as high prices, input and output circuits do not match, programming is very difficult and hard to adapt to poor industrial environment, and other reasons, can not control in the field of industrial promotion. 1968, the largest U.S. car manufacturers - General Motors Corp. (GM) production technology in order to meet the needs of constantly updated to find a more reliable than the relay, function more complete, faster response to the new industrial controller, And from the user point of view put forward a new generation of controllers should have the top 10 conditions, immediately aroused the development boom. Main contents are: programming convenience, the scene could modify the program; easy maintenance, use plug-in architecture; higher than the reliability of the relay control device; smaller than the relay control panel; data directly into the management Computer; with the cost-control relay competition; input for electricity; output for the electricity capacity requirements in the 2 A more direct contact with driver, etc.; expand the system to change at least the original; users Memory more than 4 KB. These conditions will be put in practice the easy-to-understand control relay, easy to use, the advantages of lower prices and improve the function of the computer, flexibility and versatility combined with the advantages, will relay contact with the control of hard-wire connections into the logic Computer software programming logic of the idea. 1969, the United States Digital Equipment Corporation (DEC) developed the first programmable logic controller PDP-14, the U.S. General Motors production line of successful trial, and has achieved satisfactory results, since the PLC This was born. Since the PLC since the advent of the development of extremely rapid. 1971, Japan began producing PLC. In 1973, began production in Europe PLC. Now, some well-known around the world almost all of the electrical plant in the production of PLC devices. PLC has as an independent industrial equipment were included in the production of modern electronic control devices become the dominant. Programming controllers name evolved from the PLC know the historical development, programmable logic controller features constantly changing, and its name evolved through the following process: Early product name for Programmable Logic Controller (programmable logic controller ), Or PLC, the main alternative of traditional relay access control systems. With the development of microprocessor technology, programmable logic controller function also constantly increase, which will programmable logic controller (PLC) can not describe its multi-functional characteristics. 1980, the United States Electrical Manufacturers Association (NEMA) give him a new name Programmable Controller, referred to PC. 1982, the International Electrotechnical Commission (IEC) specifically for the PLC under a strict definition. However, the abbreviated name PC at home has long been a personal computer (Personal Computer) a synonym for, in order to avoid confusion in terminology, so the domestic apparent early that the abbreviated name PLC programmable logic controller, but this does not mean that only a PLC Logic function. 4. PLC has been the definition of programmable logic controller in development, so far, failed its final definition. U.S. Electrical Manufacturers Association NEMA (National Electrical Manufacturers Association) in 1980 to the PLC made the following definition: programmable logic controller is a digital electronic devices, which use a programmable memory to Storage instructions, such as the logic used to implement the order, timing, counting and calculation functions and, through digital or analog input and output to control all kinds of machinery or production process. If a digital computer to the implementation of the PLC function , Was also deemed as PLC, but does not include drum controller or mechanical order. International Electrotechnical Commission (IEC) in November 1982 issued a programmable logic controller first draft of the draft standards, 1985 1 , Also issued a second draft, in February 1987 presented the third draft. In the draft of the PLC is defined as: programmable logic controller is a digital computing operation of electronic systems, designed for use in industrial environments designed using a programmable memory, used in its The implementation of internal storage logical, sequential control, timing, counting and arithmetic operations, such as user-oriented command and, through digital or analog input / output and control various types of machinery or production process. PLC and its Related peripherals, are easy on the industrial system as a whole, easy to expand its capabilities of the design principles. Stressed that this definition of a programmable logic controller is the digital computing operation of electronic systems, that is, it is also a computer. It is designed for use in industrial environments designed computer. This industrial computers using user-oriented direction, so to facilitate programming. It completed logical, sequential control, timing, counting and arithmetic operations, it also has digital or analog input / output control capability, and very easy and industrial control systems into one of the easy to expand . Definition also stressed the PLC directly applied to industrial environment, it must be a strong anti-interference capability, adapt to a wide range of capabilities and applications. This is different from the general computer control system of an important feature. It should be stressed that the PLC and by the stresses of the past Drum, a mechanical controller in the order of programmable a qualitative difference. PLC due to the introduction of the microprocessor and a new generation of semiconductor memory and other electronic Devices and use provisions of the directive programming, the flexibility to modify that software used to them programmable purposes. 此篇design has the advantage of saving human resources, speed up the work efficiency. So PLC control the use of modern society is a big step forward, after a long time PLC control will continue to be appliedKey words: PLC control system packing boxes of bottled drinks1. 计划任务书此设计题目是：PLC控制的饮料瓶自动装箱系统1.1对设备的基本介绍：一个步进电机带动机械手移动，2个气缸：一个用于抓紧小瓶，一个用于机械手的上下移动。此外还有2个电机，一个用于1号皮带的传动，一个用于2号皮带的传动，此设计中对此2个电机要求不是太高。另外还有传感器一个，用于检测小瓶是否符合要求。还有一些限位开关等。如图1所示： 工作示意图11.2基本流程要求是：当1号皮带上的小瓶在电机的带动下，到达传感器可以检测到的位置时，传感器将检测是否有小瓶，当小瓶倾倒或没贴标签时，气动手将把此位置的东西推到备用纸箱内，1号皮带将继续运转。当传感器检测到小瓶符合要求时，机械手将进行工作，有小瓶是，机械手下降，当下降到指定的位置时，机械手将抓紧小瓶，然后上升，上升到指定的高度，机械手将左移，到达指定的纸箱时，机械手将会下降，到达指定位置时，机械手松开将小瓶放入纸箱内，依次放入24个，当满24时，2号皮带运转，将此纸箱带走，同时将下一纸箱带到指定的位置，进行下一次的装相。1.3设计要求：控制系统方案设计统计控制系统的I/O点，PLC系统选型绘制电气连接原理图一张PLC控制程序清单一份系统调试运行外文资料翻译一份2 总体设计方案设计方案1：一首先对计数进行设计此设计的计数要求为每箱装计24瓶，然后，移走纸箱。对饮料瓶进行计数，因机械手不可旋转，所以纸箱中，每排放置8瓶饮料，每箱放置3排。当8瓶放好，皮带2则移动1/3纸箱长度，然后放置第2排，依次类推，当第3排放置完成，则移走该纸箱。当下一纸箱被检测到是，2皮带移动1/3纸箱长度，然后停止，当8瓶放好同上面所说。二对饮料瓶进行检测当1号皮带轮带动小瓶移动时，此时计数器开始检测，检测的依据是小瓶是否有标签。如有标签，则算为一计数，机械手将此瓶抓入纸箱内。如没标签，则用气动手将其推到2号纸箱内，1号皮带继续移动，不算计数。三对皮带 机械臂和机械手的控制1 首先对皮带运行进行控制2 对机械臂运行进行控制3 对机械手升降和抓紧进行控制11号皮带的控制，是由电机控制的。所以控制皮带就是控制电机的运转。1号皮带是带动小瓶运行的，所以要想控制该皮带则应从小瓶入手。当检测装置检测到有小瓶时，皮带暂停运转10秒，此控制由时间继电器控制。反之，皮带则不停，一直运转。2号皮带的移动也是由电机带动。上面说到计数，当一纸箱移动到检测位置，检测装置检测到此纸箱时，电机继续带动皮带移动1/3纸箱长度，此控制应由时间继电器控制。当8瓶装满，电机运转，继续移动1/3纸箱长度，以此类推，当第3排装好，该纸箱由皮带带走，下一纸箱进来。2机械臂的控制是由一号步进电机控制的。当检测装置检测到有小瓶时，机械臂向右快速移动，当到达指定位置时，同时机械手抓住小瓶，然后机械臂快速向左移动。此控制对步进电机要求较高，并且此控制要有保护装置，当保护装置运行，所有电机立即停止运转。3机械手的控制也是由二号和三号步进电机控制。二号控制机械手的升降，三号控制机械手的抓紧。当检测装置检测到有小瓶，机械臂快速移动，当机械臂停止，同时机械手快速下降，三号电机快速启动，机械手抓住小瓶，二号电机启动，机械手上升，同时机械臂左移，二号电机启动，机械手下降，三号电机启动，机械手松开，小瓶放入纸箱，同时机械手上升，等待下一控制。此控制也应该有保护装置，当保护装置启动，所有电机立即停止运转。设计方案2：一首先对计数进行设计此设计的计数要求为每箱装计24瓶，然后，移走纸箱。对饮料瓶进行记数。不考虑摆放位置等因数，此方案比较简单。二对饮料瓶进行检测当1号皮带轮带动小瓶移动时，此时计数器开始检测，检测的依据是小瓶是否有标签。如有标签，则算为一计数，机械手将此瓶抓入纸箱内。如没标签，则用气动手将其推到2号纸箱内，1号皮带继续移动，不算计数。三对皮带 机械臂和机械手的控制4 首先对皮带运行进行控制5 对机械臂运行进行控制6 对机械手升降和抓紧进行控制11号皮带的控制，是由电机控制的。所以控制皮带就是控制电机的运转。1号皮带是带动小瓶运行的，所以要想控制该皮带则应从小瓶入手。当检测装置检测到有小瓶时，皮带暂停运转10秒，此控制由时间继电器控制。反之，皮带则不停，一直运转。2号皮带的移动也是由电机带动。2机械臂的控制是由一号步进电机控制的。当检测装置检测到有小瓶时，机械臂向右快速移动，同时机械手抓住小瓶，然后机械臂快速向左移动。此控制对步进电机要求较高，并且此控制要有保护装置，当保护装置运行，所有电机立即停止运转。3机械手的控制也是由二号和三号步进电机控制。二号控制机械手的升降，三号控制机械手的抓紧。当检测装置检测到有小瓶，机械臂快速移动，当机械臂停止，同时机械手快速下降，三号电机快速启动，机械手抓住小瓶，二号电机启动，机械手上升，同时机械臂左移，二号电机启动，机械手下降，三号电机启动，机械手松开，小瓶放入纸箱，同时机械手上升，等待下一控制。此控制也应该有保护装置，当保护装置启动，所有电机立即停止运转。3 总体设计方案根据设计要求，考虑采用以下设计方案：1 传动系统根据设计任务书，本系统需2台步进电动机，一个M1控制机械手的左右移动任务，一个M2控制2号皮带的传动。2个气缸，一个控制机械手上下移动，一个控制机械手的抓紧。1台三相异步电动机，控制2号皮带的传动。2起动 根据设计任务书，系统中用到的电动机只有800W，起动电流也比较小，所以采用直接起动。3制动根据控制要求，控制机械手的步进电机和控制1号皮带的电机要准确停位，所以M1和M2要求运用脉冲控制。4 调速根据设计任务书要求，本系统不需调速。5正反转根据控制要求，只有M1要正反转根据脉冲信号控制其正反转。6联锁根据控制要求，M1，M2，M3，3台电机都要联锁，可利用交流接触器长闭触点来完成控制任务7限位保护根据控制要求，可采用行程开关实现限位保护要求。8短路保护根据控制要求，可利用熔断器来实现短路保护。9零压保护 根据设计任务书，零压是控制电路中的，暂时不用考虑10时间限定因装箱机械手的夹紧，松开，移动都需要时间，所以各个部分延时时间用时间继电器完成序 号符 号功 能 描 述1I0.0启动2I0.1无工件检测3I0.2下限4I0.3上限5I0.4左限6I0.5右限7I0.6气动手左移8I0.7停止9I1.0下降10I1.1上升11I1.2左移12I1.3右移13I1.4夹紧14I1.5放松15I2.01带动16I2.12带动17I2.2复位18Q0.0气动手动19Q0.1机械手下降20Q0.2机械手夹紧21Q0.3机械手上升22Q0.4机械手左移23Q0.5机械手放松24Q0.6机械手右移25Q0.71带转动26Q1.02带转动27Q1.1复位指示I/O和内部辅助继电器地址分配表15