毕业设计（论文）塑料制品取出升降输送设备的PLC控制系统设计

中山火炬职业技术学院成人教育毕业论文论文名称：塑料制品取出升降输送设备的PLC控制系统设计作 者： 学 号： 系 别： 电子工程系 专 业： 电气自动化技术 指导老师： 专业技术职务 电气工程师 中山火炬职业技术学院继续教育处制塑料制品取出升降输送设备的PLC控制系统设计摘 要 论文介绍了应用可编程控制器对塑料制品取出设备的控制系统进行设计。传统的塑料制品在模具内完成后，都是由单纯的人工操作进行取出，但是在有害工作环境如高温、剧毒、强辐射等工作环境和场所中，劳动者进行生产、劳动，如果超过一定限度，并且持续到一定时间，则可能产生不同的有害后果。对于环境较差的场所，操作者深受其害，而且单纯人工操作对于生产效率和产品品质也难于提高，基于以上情况，我们采用三菱的小型PLC对整个制品取出设备的运行系统进行控制，可实现较高的自动化程度，代替了传统由人来操作的工作，而且生产效率得到了提升。其控制系统结构清楚、线路简单、工作可靠、同时设置了手动/自动控制开关，使得系统维护更加方便，减轻了工人的劳动强度，提高了系统的稳定性和可靠性。本制品取出设备的控制系统具有时间设定、行程设定、计数设定、故障报警和维修检查等功能。本设备能全自动地进行进行制品取出工作，包括夹子自动进出模具内、夹紧、松开制品、制品垂直运输、水平运输等。在编程器上可以显示时间、次数、周期、状态等，也可以显示报警信息。采用周期曲线和设备运行全自动方法时，可由微机编程，周期流程显示可用触摸屏或模拟板两种方式，可在微机上对PLC编程，并能提供所有软件设备。软件可记录设备运行的时间、制品的件数和历史记录，随机和定时打印数据、报表、曲线等，同时记录多项故障和事件发生。设备的运行可选择手动、自动方式，必要时能够进行人工干预。Abstract： The paper describes the application of the programmable controller of plastic products to remove the device control system design. Traditional plastic products mold, all from a simple manual out, production, labor in hazardous work environments, such as high temperature, toxic, strong radiation environment and places, the workers, if more than a certain limits, and continued until a certain period of time may produce different harmful consequences. Environment, poor places, the operation suffered, and simple manual operation is also difficult to improve production efficiency and product quality, based on the above, we use the small PLC of Mitsubishi equipment operating systems to control remove the entire product can be to achieve a higher degree of automation, instead of the traditional operation to work, and production efficiency has improved. The control system structure is clear that the circuit is simple, reliable operation, set manual / automatic control switch, making maintenance more convenient and reduce the labor intensity, improve system stability and reliability. This product to remove the equipment control system with time set, travel set, count set, fault alarm and maintenance check. This equipment can be fully automated products remove the work, including clips automatically in and out of the mold clamping and release the products, products, vertical transport, horizontal transport. Time, frequency, period, status, etc., can also display alarm information can be displayed on the programmer. Cycle curve and equipment to run fully automatic, can be the computer programming cycle processes available touch-screen or analog board in two ways, PLC programming in the microcomputer, and can provide all the software device. The software can record the time of equipment operation, products and history, random and regular print data, reports, curve, while the record number of failures and events. Equipment operation selectable manual and automaticWay, if necessary, to carry out human intervention. 关键词 ： PLC 、塑料制品、取出设备、升降设备、控制系统 目录 摘要 1第一章 引言51.1 国内外发展状况51.1.1 国内外塑料行业的发展状况51.1.2 国内外塑料设备的发展51.1.3 塑料设备的发展前景61.2研究内容71.2.1 塑料制品取出升降输送设备的控制系统要求介绍7第二章 可编程控制器72.1 可编程控制器（PLC）的研究72.1.1 PLC的定义及其特点72.1.2 PLC的基本组成82.1.3 PLC的基本工作原理92.1.4 PLC的应用中需要注意的问题122.1.5 PLC的应用领域132.1.6 PLC的国内外状况与未来展望17第三章 塑料制品取出升降输送设备控制系统的设计193.1 全自动塑料制品生产线的生产工艺流程193.2 全自动塑料制品生产线控制系统原理213.3 制品取出升降输送设备控制系统要求213.4 PLC控制系统的设计分析213.4.1 PLC控制系统设计的基本原则213.4.3 PLC控制系统设计的基本步骤233.5 塑料制品取出升降输送装置PLC控制系统的设计253.5.1 明确设备控制要求253.5.2 选择PLC283.5.3 PLC输入输出表及外部接线原理图303.5.4 编制PLC程序及上线调试31第四章 结论与展望42参 考 文 献43致 谢43第一章 引言1.1 国内外发展状况1.1.1 国内外塑料行业的发展状况在讨论塑料制品取出设备的控制系统设计之前，要对塑料工业的发展有一个较为清晰的了解，塑料工业是一门新兴工业，自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要的地位。目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。1.1.2 国内外塑料设备的发展塑料设备就是塑料制品的制造、加工工艺基础装备。随着塑料工业的飞速发展，塑料行业的制造设备工业也随之迅速发展。设备自动化，主要是指在机械制造业中应用自动化技术，实现对加工对象的连续自动生产，实现优化有效的自动化生产过程，从而加快生产投入原料的加工变换和流动速度。机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、升级和进步的主要手段，是未来机械制造业技术发展的主要方向。制造自动化技术是先进制造技术中的重要组成部分，也是当今制造业中涉及面广，研究十分活跃的技术，它代替人的体力劳动，辅助人的脑力劳动，协调、管理、控制和优化制造系统中人、机及整个系统，它的功能是多方面的，已形成了一个有机体系，它不仅涉及到具体的生产制造过程，而且涉及到产品的所有过程。自动化设备技术是先进制造技术中的重要组成部分，作为在市场竞争取胜的重要手段之一，它是机械工程领域中涉及面十分广，而且是研究十分活跃的领域。可以说，机械自动化技术水平的高低，不仅影响着整个机械制造业的发展，并且对国民经济其他部门的影响也是非常重要的。 1.1.3 塑料设备的发展前景塑料设备工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。近几年来由于工程塑料制件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围正在不断扩大，预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的微型化，塑料制件的使用范围将会越来越大，塑料工业的生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中占有越来越重要的地位。目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。塑料自动化设备就是制造塑料制品的工艺基础装备。用塑料自动化设备生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料设备的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料设备工业也随之迅速发展。在我国，随着国民经济的高速发展，设备工业的发展也十分迅速。目前，我国的彩电的年产量己超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了100万台。家用电器行业的飞速发展使之对塑料设备的需求量极大。到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对塑料设备的需求量。其它发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对塑料设备的需求，都将对中国塑料设备工业和技术的发展产生巨大的推动作用。1.2研究内容1.2.1 塑料制品取出升降输送设备的控制系统要求介绍 塑料制品取出设备，它作为塑料成型机的辅助设备，其作用是在塑料制品的制造工艺过程中，代替人从模具中取出制品，然后传输到下一制造工序的工位上，其在X轴、Y轴、Z轴均可动作，而其控制系统就是要通过可编程控制器（PLC）进行控制，来达到这一系列机械动作。第二章 可编程控制器2.1 可编程控制器（PLC）的研究2.1.1 PLC的定义及其特点可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点： 一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。 二、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。 2.1.2 PLC的基本组成PLC的基本组成PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根 据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。 图1 PLC的基本组成2.1.3 PLC的基本工作原理 PLC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。实际上，PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。如图2所示。 图2 PLC 扫描原理图1） 自诊断 每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括I/O部分、存储器、CPU等，并通过CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，如果发现异常，则停机并显示出错。若自诊断正常，则继续向下扫描。 2） 通讯服务 PLC检查是否有与编程器、计算机等的通讯要求，若有则进行相应处理。 3） 输入处理 PLC在输入刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入缩存器中写入所有输入端子的状态或数据，并将其存入内存中为其专门开辟的暂存区输入状态映像区中，这一过程称为输入采样，或是如刷新，随后关闭输入端口，进入程序执行阶段，即使输入端有变化，输入映像区的内容也不会改变。变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。 4） 输出处理 同输入状态映像区一样，PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区。当程序的所有指令执行完毕，输出状态映像区中所有输出继电器的状态就在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器中，并通过一定的输出方式输出，推动外部的相应执行器件工作，这就是PLC输出刷新阶段。 5） 程序执行 PLC在程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令。从输入状态映像区读出输入信号的状态，经过相应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区。通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。输入刷新和输出刷新称为I/O刷新。可以看出，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行，对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。这种方式称做集中采样、集中输出。 扫描周期即完成一次扫描（I/O刷新、程序执行和监视服务）所需要的时间，由PLC的工作过程可知，一个完整的扫描周期T应为： T=（输入一点时间输入点数）+（运算速度程序步数） +（输出一点时间输出点数）+监视服务时间 扫描周期的长短主要取决于三个要素：一是CPU执行指令的速度；而是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长度。扫描周期越长，系统的响应速度越慢。现在厂家生产的基型PLC的一个扫描周期大约为10ms，这对于一般的控制系统来说完全是允许的，不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力，这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行。PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短期的，由于系统响应慢，往往要几个扫描周期才响应一次，多次扫描因瞬时干扰而引起的误动作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时还需要采取一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应带来的不良影响。 总之，采用循环扫描工作方式，是PLC区别于微型计算机和其他控制设备的最大特点。 2.1.4 PLC的应用中需要注意的问题PLC是专门为工业生产服务的控制装置，通常不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。但是，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，都不能保证PLC的正常运行，因此在使用中应注意以下问题。 一、工作环境 1 温度 PLC要求环境温度在055，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔；开关柜上、下部应有通风的百叶窗，防止太阳光直接照射；如果周围环境超过55，要安装电风扇强迫通风。 2 湿度 为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。3 震动 应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为1055Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。4 空气 避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中，并安装空气净化装置。5 电源 PLC供电电源为50Hz、220（110%）V的交流电，对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。对于可靠性要求很高的场合或电源干扰特 别严重的环境，可以安装一台带屏蔽层的变比为1：1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。还可以在电源输入端串接LC滤波电路。 FX系列PLC有直流24V输出接线端，该接线端可为输入传感器（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。二、安装与布线 1 动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。 2 PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。 3 PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。 4 PLC基本单元与扩展单元以及功能模块的连接线缆应单独敷设，以防止外界信号的干扰。 5 交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。2.1.5 PLC的应用领域 PLC的应用领域，最初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步，它的应用领域不断扩大。 如今，PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制与治理。PLC已日益成为产业控制装置家族中一个重要的角色。 用于开关量控制PLC控制开关量的能力是很强的。所控制的进出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点。由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能控制。 所控制的逻辑题目可以是多种多样的：组合的、时序的；即时的、延时的；不需计数的，需要计数的；固定顺序的，随机工作的；等等，都可进行。PLC的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，用于控制时，非常灵活。必要时，可编写多套，或多组程序，依需要调用。它很适应于产业现场多工况、多状态变换的需要。 用PLC进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有产业行业都需要用到它。目前，PLC首用的目标，也是别的控制器无法与其相比的，就是它能方便并可靠地用于开关量的控制。 用于模拟量控制模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小是连续变化的。产业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。 作为一种产业控制电子装置，PLC若不能对这些量进行控制，那是一大不足。为此，各PLC厂家都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。 PLC进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的AD、DA单元。它也是I/O单元，不过是特殊的I/O单元。 A/D单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送进PLC。D/A单元，是把PLC的数字量转换成模拟量，再送给外电路。 作为一种特殊的I/O单元，它仍具有I/O电路抗干扰、内外电路隔离，与输进输出继电器（或内部继电器，它也是PLC工作内存的一个区。可读写）交换信息等等特点。 这里的A/D中的A，多为电流，或电压，也有为温度。D/A中的A，多为电压，或电流。电压、电流变化范围多为05V，010V，420mA。有的还可处理正负值的。这里的D，小型机多为8位二进制数，中、大型多为12位二进制数。 A/D、D/A有单路，也有多路。多路占的输进输出继电器多。 有了A/D、D/A单元，余下的处理都是数字量，这对有信息处理能力的PLC并不难。中、大型PLC处理能力更强，不仅可进行数字的加、减、乘、除，还可开方，插值，还可进行浮点运算。有的还有PID指令，可对偏差制量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出。计算性能算的它几乎都能算。这样，用PLC实现模拟量控制是完全可能的。控制的单位值可小到212分之一的丈量程值，多数也是足够的。 PLC进行模拟量控制，还有A/D、D/A组合在一起的单元，并可用PID或模糊控制算法实现控制，可得到很高的控制质量。 用PLC进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如PLC方便。 当然，若纯为模拟量的系统，用PLC可能在性能价格比上不如用调节器。这也是应当看到的。 用于数字量控制实际的物理量，除了开关量、模拟量，还有数字量。如机床部件的位移，常以数字量表示。 数字量的控制，有效的办法是NC，即数字控制技术。这是50年代诞生于美国的基于计算机的控制技术。当今已很普及，并也很完善。目前，先进国家的金属切削机床，数控化的比率已超过4080，有的甚至更高。 PLC也是基于计算机的技术，并日益完善。故它也完全可以用于数字量控制。 PLC可接收计数脉冲，频率可高达几k到几十k赫兹。可用多种方式接收这脉冲，还可多路接收。有的PLC还有脉冲输出功能，脉冲频率也可达几十k。有了这两种功能，加上PLC有数据处理及运算能力，若再配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环形分配器、功放、步进电机），则完全可以依NC的原理实现种种控制。 高、中档的PLC，还开发有NC单元，或运动单元，可实现点位控制。运动单元还可实现曲线插补，可控制曲线运动。所以，若PLC配置了这种单元，则完全可以用NC的办法，进行数字量的控制。 新开发的运动单元，甚至还发行了NC技术的编程语言，为更好地用PLC进行数字控制提供了方便。用于数据采集随着PLC技术的发展，其数据存储区越来越大。如OMRON公司的PLC，前期产品C60P的DM区仅64个字，而后来的C60H达到1000个字；到了CQMI可多达6000个字。这样庞大的数据存储区，可以存储大量数据。 数据采集可以用计数器，累计记录采集到的脉冲数，并定时地转存到DM区中往。 数据采集也可用A/D单元，当模拟量转换成数字量后，再定时地转存到DM区中往。PLC还可配置上小型打印机，定期把DM区的数据打出来。 PLC也可与计算机通讯，由计算机把DM区的数据读出，并由计算机再对这些数据作处理。这时，PLC即成为计算机的数据终端。 电业部分曾这么使用PLC，用以实时记录用户用电情况，以实现不同用电时间、不同计价的收费办法，鼓励用户在用电低谷时多用电，达到公道用电与节约用电的目的。 用于进行监控 PLC自检信号很多，内部器件也很多，多数使用者未充分发挥其作用。 实在，完全可利用它进行PLC自身工作的监控，或对控制对象进行监控。 这里介绍一种用PLC定时器作看门狗，对控制对象工作情况进行监控的思路。 如用PLC控制某运动部件动作，看施加控制后动作进行了没有，可用看门狗办法实现监控。具体作法是在施加控制的同时，令看门狗定时器计时。如在规定的时间内动作完成，即定时器未超过警戒值的情况下，已收到动作完成信号，则说明控制对象工作正常，无需报警。 若超时，说明不正常，可作相应处理。 假如控制对象的各重要控制环节，都用这样一些看门狗看着，那系统的工作将了如指掌，出现了题目，卡在什么环节上也很好查找。 还有其它一些监控工作可做。对一个复杂的控制系统，特别是自动控制系统，监控以至进一步能自诊断是非常必要的。它可减少系统的故障，出了故障也好查找，可进步累计均匀无故障运行时间，降低故障修复时间，进步系统的可靠性。用于联网、通讯 PLC联网、通讯能力很强，不断有新的联网的结构推出。 PLC可与个人计算机相连接进行通讯，可用计算机参与编程及对PLC进行控制的治理，使PLC用起来更方便。 为了充分发挥计算机的作用，可实行一台计算机控制与治理多台PLC，多的可达32台。也可一台PLC与两台或更多的计算机通讯，交换信息，以实现多地对PLC控制系统的监控。 PLC与PLC也可通讯。可一对一PLC通讯。可几个PLC通讯。可多到几十、几百。 PLC与智能仪表、智能执行装置（如变频器），也可联网通讯，交换数据，相互操纵。 可联接成远程控制系统，系统范围面可大到10公里或更大。 可组成局部网，不仅PLC，而且高档计算机、各种智能装置也都可进网。可用总线网，也可用环形网。网还可套网。网与网还可桥接。联网可把成千上万的PLC、计算机、智能装置组织在一个网中。 网间的结点可直接或间接地通讯、交换信息。 联网、通讯，正适应了当今计算机集成制造系统（CIMS）及智能化工厂发展的需要。它可使产业控制从点（Point）、到线（Line）再到面（Aero），使设备级的控制、生产线的控制、工厂治理层的控制连成一个整体，进而可创造更高的效益。这个无穷美好的远景，已越来越清楚地展现在我们这一代人的眼前。以上几点应用是着重从质上讲的。从量上讲，PLC有大、有小。所以，它的控制范围也可大、可小。小的只控制一个设备，甚至一个部件，一个站点；大的可控制多台设备，一条生产线，以至于整个工厂。可以说，产业控制的大小场合，都离不开PLC。一般讲，产业生产过程可分为两种类型；连续型生产过程（如化学产业）及非连续型，即离散型生产过程（如机械制造业）。前者生产对象是连续的，分不出件的；后者为离散的，一件件的。由于PLC有上述几个方面的应用，而且，控制的规模又可大、可小，所以，这两种类型的生产过程都有其用武之地。 事实上，PLC已广泛应用于产业生产的各个领域。从行业看，冶金、机械、化工、轻工、食品、建材等等，几乎没有不用到它的。不仅产业生产用它，一些非产业过程，如楼宇自动化、电梯控制也用到它。农业的大棚环境参数调控，水利浇灌也用到它。 PLC能有上述几个范围广泛的应用，是PLC自身特点决定的，也是PLC技术不断完善的结果。2.1.6 PLC的国内外状况与未来展望世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。 21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。第三章 塑料制品取出升降输送设备控制系统的设计3.1 全自动塑料制品生产线的生产工艺流程 全自动塑料制品生产线主要由原材料自动供应系统、成型系统、塑料制品取出设备、成品输送设备、自动检测设备、自动打包设备组成。见图3 原材料供应系统成型系统出货入库制品取出设备自动打包设备成品输送设备合格品材料二次回收利用破碎设备成品检测设备不合格品 图3：全自动塑料制品生产线工艺生产流程图3.2 全自动塑料制品生产线控制系统原理 原材料在材料罐里面由材料输送系统输送到成型机料斗，进料的份量由称重系统按产品生产配比自动下料到成型机，经过加温将原材料熔成半液体状从螺杆中挤出，送到模具里面成型，在成型的过程中，需要冷却系统对模具、和设备进行冷却，产品成型后，由制品取出设备将产品取出，经过垂直运动和水平运动，将产品夹到输送设备上面松开夹子，产品就由输送设备输送到成品自动检测设备，自动检测设备经过机器视觉系统检测，将产品分为合格品和不合格品且进行分流，合格品流到自动打包设备进行打包入库，不合格品则流到破碎设备进行破碎，进行二次材料回收利用。3.3 制品取出升降输送设备控制系统要求 塑料制品取出设备的组成由执行系统、驱动系统、控制系统等组成。执行系统，夹子抓取或释放制品、实现各种操作运动的系统，由上下运动机构、左右运动机构和前后运动机构组成。驱动系统，为执行系统的各部件提供动力的系统，有气动、电动、机械等组合。控制系统，通过对驱动系统进行控制，使执行系统按照预定的工作要求进行操作，并对执行系统的动作进行修正的系统，包括位置检测装置和程序控制部分，需要用点位控制和连续轨迹控制两种方式。3.4 PLC控制系统的设计分析 3.4.1 PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：1）最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2）. 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3）. 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4）. 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。3.4.2 PLC控制系统的设计主要内容PLC控制系统设计的基本内容包括：1）确定PLC控制系统的构成形式。2)系统运行方式和控制方式的选择。3)选择用户输入设备、输出设备以及由输出设备驱动的控制对象。4)PLC的选择。5)分配I/O点，绘制I/O连接图。6)控制台的设计。7)设计控制程序。8)工程施工计划的设计。9)编制控制系统技术文档。3.4.3 PLC控制系统设计的基本步骤（一）分析被控对象并提出控制要求详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。（二）确定输入输出设备根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。（三）选择PLCPLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章第二节。（四）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路1.分配I/O点画出PLC的I/O点与输入输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第步中进行。2.设计PLC外围硬件线路画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。（五）程序设计 1. 程序设计根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：1）初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。2）检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。3）保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱，。2. 程序模拟调试程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。1）硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。 PLC （六）硬件实施硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工。主要内容有：1) 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。2)设计系统各部分之间的电气互连图。3)根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。（七）联机调试联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。（八）整理和编写技术文件技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明。3.5 塑料制品取出升降输送装置PLC控制系统的设计3.5.1 明确设备控制要求1）设备控制动作流程如下： 模具关闭 关闭到位夹子前行 前行到位夹紧制品披锋 模具打开到位夹子后行 后行到位输送带上行上行到位夹子打开输送带停止后回原点夹子打开到位输送带下行制品离开输送带输送带运转下行到位2）设备执行机构示意图前行后行打开夹紧关闭松开 上升 下降模具输送带运转 3）设备运动及控制面板示意图 3.5.2 选择PLC 目前市场上的PLC品牌有很多，国外：罗克韦尔（AB）、 三菱（mitsubishi）、 西门子（SIMATIC）、 光洋（Koyo）、 欧姆龙（OMRON）、 莫迪康（modicon）、LS产电 、GE Fanuc 、松下电工（nais）等。 台湾：永宏、台达、盟立、FAMA（现属于盟立）、安控、士林、丰炜、智国、台安等 。 大陆：德维深、和利时、KDN、淅大中控、淅大中自、信捷、爱默生、兰州全志、科威、科赛恩、南京冠德、智达、海杰、易达等。 由于工程进度紧，一般三菱（mitsubishi）品牌的小型PLC在市场上都有现货，其性能也比较稳定，在品牌上，其还是可以考虑的。依据控制流程图及工作台控制图，还有三菱PLC选型资料，我们可以选择FX-48MT型号的PLC，而且此型号市场上现货充足，运行性能也较稳定。3.5.3 PLC输入输出表及外部接线原理图3.5.4 编制PLC程序及上线调试第四章 结论与展望 通过这次毕业设计与实践，我们得出了这样的结论，在劳动密集型企业，设备的自动化程度有很大的提高空间，设备自动化提高了，可以节省人力、物力，为企业节约成本，提高利润空间。这也说明了，自动化设备的市场是广泛而深远的。通过两个多月对塑料制品取出升降输送设备PLC控制系统的设计，我对基于PLC的控制系统设计方法与流程有了一个比较全面的了解。在这个不断设计、学习、再设计，实践加理论的反复操作过程中，我们潜移默化地学习到了一种科学的设计思路和方法，这对我们以后的工作态度和方法将产生积极的影响。特别是在自动化设备的设计上，我有了很多的自己的设计思想，我相信这次毕业设计一定能为我的大学生涯划上一个圆满的句号。PLC现在功能不断在扩展，与触摸屏、伺服控制器、变频器的通讯也逐步提升，这样在自动化设备的领域有着举足轻重的意义。参 考 文 献1 郭艳萍. 电气控制与PLC应用 .人民邮电出版社.2010.22三菱FX系列PLC编程手册. 三菱电机有限公司.3邵海忠.最新实用电工手册.化学工业出版社,2000,14 杜从商.PLC编程应用基础(三菱).机械工业出版社.2009.9.15廖常初.PLC基础及应用.机械工业出版社.2010.2.16朱英涛.工厂电气控制技术.北京：机械工业出版社.19917段正澄.光机电一体化技术手册.机械工业出版社.2010.68中国工控网. 致 谢 在本论文的完成过程中，我的导师给予了我悉心指导和热情鼓励，使我顺利完成了论文工作。他激励我克服困难，广泛涉猎新思想、新理论，不断地探求新的科学发展。同时，也让我懂得如何去踏踏实实地工作。论文工作量十分大，我的PLC程序设计实践操作知识很少，在做课题的过程中遇到了很多困难，论文在李平老师的热心帮助下才得以顺利完成，在此，谨向李平老师表示衷心的感谢和诚挚的敬意。 同时，感谢在做课题过程中为我提供便利和帮助的老师和同学们。 感谢班的所有同学们，感谢我们在一起度过的这段忙碌又偷快的时光。在此，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意!衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授! 44