装配流水线课程设计.docx

一、控制要求传送带共有八个工位，工件从0号位装入，分别在1、3、5、7号工位完成四种装配操作；0、2、4、6号工位用于传送工件，在0号位装有传感器，工件装入时传感器发出信号，当合上电源启动传送带（为装入工件，传送带不动）时，每5s移动一个工位。二、方案1、装配流水线示意图操作一操作二操作三操作四工件装入01234567成品库2、i/o地址分配这是一个典型的顺序控制，利用移位寄存器操作最为方便。设定一个8位移位寄存器（如下图），每位移位寄存器相应于一个工位，每5s移位一次，控制相应的操作。设定400接电源开关qg，401接传感器发出的工件装入信号st,402接总复位信号sb，430433四位输出继电器分别由移位寄存器1、3、5、7位的控制信号驱动，并设定时器的地址号为450，移位寄存器的地址号为110，这样就可以画出plc的实际接线图和梯形图以及指令语句表。 三、plc的选择及连接图的绘制1、plc控制系统基本介绍1.1基本介绍plc即可编程控制器（programmable logic controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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。plc是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有plc。1.2 plc的功能 （1）逻辑控制 （2）定时控制 （3）计数控制 （4）步进(顺序)控制 （5）pid控制 （6）数据控制：plc具有数据处理能力。 （7）通信和联网 （8）其它：plc还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，crt模块。 1.3 plc的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强（2）配套齐全，功能完善，适用性强（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造（5）体积小，重量轻，能耗低1.4 plc控制系统的设计基本原则（1）最大限度的满足被控对象的控制要求。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。（3） 保证控制系统安全可靠。（4） 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择plc容量时应适当留有余量。2、plc的选择2.1可编程控制器选择的基本性能指标（1）工作速度 工作速度是指plc的cpu执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。工作速度是plc工作的基础。速度高了，才可能通过运行程序实现控制，才可能不断扩大控制规模，才可能发挥plc的多种多样的作用。 （2）控制规模 控制规模代表plc控制能力，看其能对多少输入、输出点及对多少路模拟进行控制。 控制规模与速度有关。因为规模大了，用户程序也长，执行指令的速度不快，势必延长plc循环的时间，也必然会延长plc对输入信号的响应。为了避免这个情况，plc的工作速度就要快。所以，大型plc的工作速度总是比小的要快。 （3）组成模块 plc的结构虽有箱体及模块式之分，但从质上看，箱体也是模块，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把plc的模块组成当作所有plc的结构性能。 这个性能含义是指某型号plc具有多少种模块，各种模块都有什么规格，并各具什么特点。 （4）内存容量 plc内存有用户及系统两大部分。用户内存主要用以存储用户程序，个别的还将其中的一部分划为系统所用。系统内存是与cpu配置在一起的。cpu既要具备访问这些内存的能力，还应提供相应的存储介质。 用户内存大小与可存储的用户程序量有关。内存大，可存储的程序量大，也就可进行更为复杂的控制。从发展趋势看，内存容量总是在不断增大着。大型plc的内存容量可达几十k，以至于一百多k。系统内存对于用户，主要体现在plc能提供多少内部器件。不同的内部器件占据系统内存的不同区域。在物理上并无这些器件，仅仅为ram。但通过运行程序进行使用时，给使用者提供的却实实在在有这些器件。 内存器件种类越多，数量越多，越便于plc进行种种逻辑量及模拟控制。它也是代表 plc性能的重要指标。 plc内部器件有： i/o继电器，或称映射区。它与plc所能控制的i/o点数及模拟量的路数直接相关。 内部继电器数，有的称为标志位数，代表着plc的内部继电器数。它与i/o继电器区相联系着，有时与后者相联系进行处理。内部继电器多，便于plc建立复杂的时序关系，以实现多种多样的控制要求。一般讲，内部继电器数比i/o继电器要多得多。 有的内部继电器还可丢电保持，即它的状态（on或off）、plc丢电后，靠内部电池仍予以保持。再上电后可继续丢电前的状态。保持继电器可增强plc控制能力，特别对记录故障，故障排除后恢复运行，更显得有用。 定时器，可进行定时控制。定时值可任意设定。定时器有多少，设定范围有多大，设定值的分辨率又是多少，这些都代表定时器件的性能。 计数器，可进行计数，到达某设定计数值可发送相应信号。可进行什么样的计数，计数范围多大，怎么设定，有多少计数器，则是plc计数器性能的代表指标。 数据存储区，用以存储工作数据。多以字、两字或多字为单位予以使用，是plc进行模拟量控制，或记录数据所必不可少的。这个存储区的大小代表plc的性能也是越大越好。趋势也是越来越大。小型机也如此。如日本omron公司的cqm1机，其dm区就有6k字。而过去同是小型机的c60p的dm区才64个字。大型机的dm可达10k以至几十k。 此外还有其它一些内部器件，了解某plc性能时，也都必须掌握它。 内部器件也是plc指令的操作数，不弄清楚是无法编程的。 （5）指令系统 plc有多少条指令，各条指令又具有什么功能，是了解与使用plc的重要方面。你不懂plc指令怎么编程，没有程序，plc又怎么工作？ plc的指令越来越多，越来越丰富。功能很强的指令，综合多种作用的指令日见增多。 plc的指令繁多，但主要的有这么几种类型： 基本逻辑指令，用于处理逻辑关系，以实现逻辑控制。这类指令不管什么样的plc都总是有的。 数据处理指令，用于处理数据，如译码，编码，传送、移位等等。 数据运算指令，用于进数据的运算，如十、一、x、/等，可进行整形数计算，有的还可浮点数运算；也可进行逻辑量运算，等等。 流程控制指令，用以控制程序运行流程。plc的用户程序一般是从零地址的指令开始执行，按顺序推进。但遇到流程控制指令也可作相应改变。流程控制指令也较多，运用得好，可使程序简练，并便于调试与阅读。 状态监控指令，用以监视及记录plc及其控制系统的工作状态，对提高plc控制系统的工作可靠性大有帮助。 当然，并不是所有的plc都有上述那么多类的指令，也不是有的plc仅有上述几类指令。以上只是指出几个例子，说明要从哪几个方面了解plc指令，从中也可大致看出指令的多少及功能将怎样影响plc的性能。 除了指令，为进行通讯，plc还有相应的协议与通讯指令或命令，这些也反映了plc的性能。 （6）支持软件 为了便于编制plc程序，多数plc厂家都开发有关计算机支持软件。 从本质上讲，plc所能识别的只是机器语言。它之所以能使用一些助记符语言、梯形图语言、流程图语言，以至高级语言，全靠为使用这些语言而开发的种种软件。 助记符语言是最基本也是最简单的plc语言。它类似计算机的汇编语言，plc的指令系统就是用这种语言表达的。这种语言仅使用文字符号，所使用的编程工具简单，用简易编程器即可。所以，多数plc都配备有这种语言。 梯形图语言是图形语言，它用类似于继电器电路图的符号表达plc实现控制的逻辑关系。这种语言与符号语言有对应关系，很容易互相转换，并便于电气工程师了解与熟悉，故用得很普遍，几乎所有的plc都开发有这种语言。由于它是用图形表达，小的编程器不好使用它，得有较大的液晶画面的编程器，才能使用它。多数是在计算机对plc编程时，才使用这种语言。 流程图语言，它也是图形语言，不过所用的符号不与电气元件符号相似，而与计算机用的流程图符号相似，便干计算机工作人员了解与熟悉。流程图语言与符号语言也有一一对应关系，只是它对应的符号语言与梯形图的对应不一样。熟悉计算机而又未从事过一般电气工作的人员，乐于用这种语言对plc编程。日本omron公司开发的f系列机就是使用这种语言。 梯形图与流程图混合语言。这种语言，梯形图与流程图两者兼用，可使plc程序结构化。它用流程图把plc程序划分成若干结构块，并规范块间的逻辑联系。用梯形图再确定块中的种种量间的逻辑关系。这种混合语言有不同的实现方法，而且多用于大型的plc的编程 高级语言，plc编程也可以使用高级语言，如basic、c语言等。可以在dos，也可在windows平台上运行。关键在于要把用高级语言编写的程序转换成助记符语言，或直接转换成plc所能识别的机器语言。从根本上讲，只要能实现这个转换的，什么高级语言都可以。而编写这个转换的软件工作量很大，当然应由有关厂家开发与提供。当前不少plc厂家已有提供。如gefanac的plc就提供有可用c语言编程的软件。 再前进一步，从理论上讲使用自然语言编程也是完全可能的。只是要下力气去开发，以及市场有这个需要。 支持软件不仅编制plc程序需要，监控plc运行，特别是监视plc所控制的系统的工作状况也需要。所以，多数支持编程的软件，也具有监视plc工作的功能。 此外，也有专用于监控plc工作的软件，它多与plc的监视终端连用。 有的plc厂家或第三方厂家还开发了使用plc的组态软件，用以实现计算机对plc控制系统监控，以及与plc交换数据。 plc的用户也可基于dos或windows平台开发用于plc控制系统的应用软件，以提高plc系统自动化及智能化水平。这方面的软件已日益受到重视。 总之，为了用好plc，plc的支持软件越来越丰富，性能也越来越好，其界面也越来越友好，也因此，它的情况如何，已成为评判plc性能的指标之一。 （7）可靠控制 为使plc能可靠工作，在硬件与软件两个方面plc厂家都采取了很多措施，对一些特殊可靠要求的plc，还有相应的特殊的措施，如热备、冗余等等。这在介绍plc的特点时已作了叙述。可靠措施的目的是增加plc平均故障间隔时间、mtbf（meantimebetweenfailure）及减少plc的平均修复时间、mttr（meantimetorepair），以提高plc的有效度a（availability）。 a=mtbf/(mtbf+mttr) 式中a-有效率 mtbf-平均故障间隔时间 mttr-平均修复时间 当然，a值越大越好，它可使plc系统得到充分的利用，是为什么要使用plc的重要指标。而从上式可知，mtbf越大，mttr越小，则a越大。所以，plc的可靠措施都是围绕提高mtbf及mttr值进行的。 鉴于可靠工作是plc的重要特点，至关重要，故有关提高mtbf及降低mttr的措施如何，以及plc的mtbf与mttr值也成为plc性能的重要指标。 （8）经济指标 以上七条讲的都是plc的技术性能。其实，使用plc，还要考虑经济指标。经济是基础，经济上不合算，不能带来经济效益，使用plc也就没有基础。所以，这个指标也是重要的。经济指标最简单的就是看价格。一般讲，同样技术性能的plc，价格低其经济指标就好 此外，还要看供货情况，供货不及时，影响使用，价格即使低，也不一定就好；看技术服务，资料不全，用户出现问题得不到技术支持也不好。 对经济指标还要作综合分析，要看使用了plc能否带来效益，然后，再分析使用哪家的plc效益更好些。 2.2 plc的分类plc产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对plc的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和i/o点数的多少等进行大致分类。1按结构形式分类根据plc的结构形式，可将plc分为整体式和模块式两类。（1）整体式plc（2）模块式plc 还有一些plc将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式plc。叠装式plc其cpu、电源、i/o接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。2按功能分类根据plc所具有的功能不同，可将plc分为低档、中档、高档三类。（1） 低档plc （2） 中档plc（3）高档plc 3按i/o点数分类根据plc的i/o点数的多少，可将plc分为小型、中型和大型三类。(1).小型plci/o点数 2048点；多cpu，16位、32位处理器，用户存储器容量816k 如： s7-400 德国西门子公司ge- ge公司c-2000 立石公司k3 三菱公司等2.3 本课题所选plc根据plc的分类及性能指标的对照以及方案的具体情况，本课题选择小型机即可。最终确定使用日本三菱电机f-40m。下表是f-40m的内部等效继电器及地址编号表。等效继电器基本单元扩展单元地址号数目地址号数目输入继电器x40041350051312124144275145271212输出继电器y4304375305378844044754054788时间继电器t4504575505570.1999s88-计数继电器c4604675605671999次88-辅助继电器m10027730037712864特殊继电器m70.71.72.76.775 表一3、实际接线图4、方案描述合上电源开关，一方面开始传送工件，当有工件时，st闭合，401得电闭合，使移位寄存器第0位110为“1”；另一方面，400得电闭合，定时器450得电，延时5s后，其动合触点闭合，100得电，其动合触点闭合，使移位寄存器右移一位，将工件信号“1”移至第1位，即111为“1”（且工件移到第1号工位），动合触点111闭合，430