毕业设计（论文）-编组行车自动运行PLC改造设计.doc

专科毕业设计（论文）设计题目：编组行车自动运行plc改造设计 系 部： 电气工程系 专 业： 电气自动化（工业企业） 班 级： 工企091301 姓 名： 学 号： 093905130145 指导教师： 职 称： 讲 师 2012年6月 南京摘 要 该自动运行系统采用（三菱fx2n-16ex）plc辅以（三菱fr-e700）变频器对行车进行自动控制改造。原来行车运行时，通过人为控制使每组上的产品进行传送，这样的半自动化生产容易由于人为的失误造成生产的损失。现在，plc通过检测安装在行车上传感器的各种信号向变频器和电磁阀发出指令，让行车以不同的速度自动运行，从而实现生产线的顺利运作。通过变频器的控制，行车以慢速启动，运行平稳后就转以快速运行，在停止前，行车由快速转入中速，然后以慢速运行，直至停留在目标位置上。通过控制流量阀流量的大小，用以对行车慢速上下启动和摆放物品。该自动运行系统在很多生产线上有着很大的发展前途，尤其在那些要求对产品轻拿轻放的生产线上。关键词 plc 变频器 电磁阀 流量阀abstractthe automatic operation system uses (mitsubishi fx2n-16 ex) plc with (mitsubishi fr-e700) drives on the traffic for automatic control reform. the original driving operation, through the human control on each group of products to transfer, such half automatic production by a human error to the loss of production. now, through testing the installation at the car plc of the sensor to all kinds of signal converter and electromagnetic valve issue commands, let the traffic in different speed automatic operation, so as to realize the smooth operation of the production line. through the control of frequency converter, driving to slow start, smooth operation after the turn in a quick run, in stop before, by driving fast into the middle, and then at the slow speed operation until stay on target position. through the control flow valves of the size of the flow, to slow start up and down on the traffic and put the items. the automatic operation system in many production line has the very big development outlook, especially in the requirements on product gentle with on the production line.keywords plc inverter electromagnetic valve flow valve目 录 1 绪论12 设计的可行性分析22.1设计任务分析22.2 硬件分析22.3 软件分析33 硬件设计43.1运行系统主电路设计43.2 运行系统控制电路的设计54 软件设计104.1 gx developer编程软件介绍104.2 plc自动控制i/o分配表104.3plc自动控制程序设计11结 论17致 谢18参 考 文 献19附录一：编组行车外形图20附录二：控制面板图201 绪论本文介绍了一种利用plc来实现自动控制的编组行车自动运行系统。假如该编组行车完全利用继电器来实现自动控制，那么其控制电路会很复杂，也就会造成很大的浪费。本文介绍一条产品生产线上用plc结合变频器控制行车运行的自动控制系统。行车通过检测安装在上面的传感器，向变频器和电磁阀发出指令，从而实现行车的左右，上下行走速度的控制。当达到指定位置时，plc通过检测传感器，从而发出指令，实现产品的停放。这一控制系统在生产线上的到了很好的应用。本文以plc控制为背景，将行车自动运行由原来的半自动化变成全自动化。全文分为六章：第一章简要的介绍了该课题的意义； 第二章在分析了任务书的基础上，对本课题的可行性进行了分析和研究； 第三章对硬件设计部分进行了研究，并设计出自动运行电路图； 第四章对软件部分进行了研究，并设计出了plc程序； 第五章对全文的工作进行了总结，并给出了存在的问题和需要完善的地方。2 设计的可行性分析根据设计任务书的要求，硬件系统主要采用（三菱fx2n-16ex）plc、（三菱fr-e700）变频器等。其主要设计思想是：整个系统用plc为中央控制器，由plc检测各传感器发出的信号向变频器、电磁阀、换向阀等元件发出指令，从而实现系统的自动运行控制。其中变频器用来改变行走电机左右行走的速度，换向阀用来实现行车支架的上下运行，节流阀用来实现直接上下运行的速度。2.1 设计任务分析由于控制要求，整个系统的控制如下： 1. 行车在起始位置抬起产品，支架载重缓慢上升，达到位置停止，然后行车右移。到达指定轨道后，缓慢将产品放下。轨道一共分为6组，通过选择，来要求行车停留轨道位置。一次运行结束后，行车自动回到起始位置待命。2.设备上装有上、下限位和左、右限位开关。3.起动后从起始位置开始顺序动作，单周期工作过程如下：原位载重加紧上升 左移上升放松下降右移4.行车左右行走速度控制要求，通过设置变频器频率60、40、15；来实现快速、中速、慢速行走。2.2 硬件分析2.2.1 （三菱fx2n-16ex）plc介绍plc 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，plc分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式plc包括cpu板、i/o板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式plc包括cpu模块、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。2.2.2 （三菱fr-e700）变频器介绍变频器对于异步电动机的调速起了核心作用。控制回路输入接线端子简介：输入信号出厂设定为漏型逻辑。在这种逻辑中，信号端子接通时，电流从相应输入端子流出，端子sd是触点输入信号的公共端，其结构如图1所示。图1 控制回路输入信号结构图1.正转启动信号（stf）：stf信号处于on便正转，处于off便停止2.反转起动信号（str）：str信号处于on为逆转，off为停止。当stf和stf同时为on时相当于给出停止指令。 3.起动自保持选择信号（stop）：使stop信号处于on，可以选择起动信号自保持。4输入信号中具有功能设定端子的有rl、rm、rh、rt、au、jog、cs,这些端子功能选择通过pr.180-pr.186来设定。2.2.3 24v开关电源介绍用24v开关电源的主要是为了达到稳定输出的目的。2.3 软件分析本设计主要采用gx developer编程软件。gx developer编程软件是三菱系列通用的一种编程软件，其制作程序如图2所示。图2 三菱系列制作程序3 硬件设计该设计的硬件电路主要由plc、变频器、断路器、接触器、小型中间继电器、热继电器、开关电源、阻容吸收回路（由电阻电容够成用来滤除高次谐波从而保护电路）等器件连接而成。其中开关电源为plc提供稳定的24v电压。硬件电路具体设计如下：3.1 运行系统主电路设计主电路主要由行走电机、油泵电机、变频器构成。变频器和行走电机接在一起，用来实现左右行走速度的改变。油泵电机主电路如图3所示，行走电机主电路如图4所示，其中变频器上stf为反转，str为正转；变频器p/+和pr端接一制动电阻。图3 油泵电机 图4 行走电机主电路 3.2 运行系统控制电路的设计控制电路中主要由plc、继电器、接触器、接近开关等元件构成。其中plc起着核心作用，相当于整个系统的心脏。由它来检测各接近开关发出的信号，并做处理后传给其它控制器件，以起到自动控制的作用。热继电器主要用来保护电路，防止因过流，发热等引起的电路损坏。整个控制系统我将它分为了一下几个模块：1.总启动模块；2.输入电源模块；3.油泵液压启动模块；4.plc输入模块；5.plc输出模块3.2.1 总启动模块整个系统由一红一绿两灯（两种颜色更容易引起注意）的亮灭来判断控制电路中是否有电。先通过旋钮sa选择手动还是自动模式，本设计主要考虑其自动模式，所以当按下启动按钮sb，继电器ka，接触器km2得电，自此整个系统启动。启动部分如图5所示。 图5 启动部分3.2.2 输入电源模块 输入电源模块主要就是为电路中各器件提供合适的电压。这部分主要由熔断器、380v/220v控制变压器、24v开关电源构成。熔断器每条支路上都装有，用来保护各支路，防止因漏电，过载等引起电路的损坏。380v/220v控制变压器用来提供220v的电压，做为plc、接触器、继电器的电源。24v开关电源为各接近开关和油泵上的换向阀等提供稳定的24电压。输入电源模块的电路如图6所示。图6 输入电源模块3.2.3 油泵液压启动模块油泵液压启动模块由3个换向阀和7ka、8ka、9ka三个中继的常开触点构成。其所需电源由输入电源模块的“620”、“510”两个接线口提供。当中继7ka得电作用，其常开触点闭合，换向阀yv1启动，实现吊具向上的功能，当中继8ka得电作用，其常开触点闭合，换向阀yv2启动，实现吊具向下的功能，当中继9ka得电作用，其常开触点闭合，换向阀yv9启动，实现吊具缓速向下的功能。其运行部分如图7所示。 图7 油泵液压启动模油泵电机和行车行走警示器由线圈km1、继电器5ka、13ka、警示器构成，其中警示器由继电器11ka、13ka、电铃、2个显示灯组成。这部分由输入电源模块的“lc”“ln”两端口提供电源。当继电器5ka得电作用，其常开触点闭合，线圈km1通电，油泵电机启动。当继电器13ka得电作用，其常开触点闭合，警示器的显示灯通电。当继电器11ka得电，其常开触点闭合，电铃得电，开始报警。其运行部分如图8所示。 图8 警示器运行部分3.2.4 plc输入模块该设计一共用到plc的42个输入点，用x1-x42来表示。l、n作为plc电源输入口与ln、la两接线口连接。com为公共接口。x0,x1接编码器，由开光电源为其提供24v电压。x2接旋转开关1sa，用来手-自动模式之间的切换。x3-x5接旋转开关2sa，用来进行编组轨道的选择，一共三组，每组控制两个轨道。启动和停止按钮分别为1sb、2sb，接在x6、x7两输入点上。总停开关由一组双联开关（3sb、4sb）组成，接在x10输入点上。行车行走部分分为：快速向前、快速向后、慢速向前、慢速向后。分别由按钮5sb、6sb、7sb、8sb作用，接入输入点x11-x14上。按钮9sb用来控制油泵的启动和停止，接在x15输入点上。吊具的上升、下降、慢下分别由按钮10sb、11sb、12sb来实现其功能，接在x16、x17、x20这三个输入点上。以上说明是用来实现行车行走和载物的功能。要实现行车的自动控制，则需要不少的传感器。此设计中一共用到14个接近开关来实现其位置设定功能。接近开关bq1-bq7依次接在plc输入点x21-x27上，用来实现吊具各位置高度的限定。输入点x30、x31接2个行程开关，分别用来表示切割处可以进行产品胚体的传送和摆放出可以停留胚体。x32输入点处接两个热继电器用来防止电机负荷过载。行车停留的起点位置用接近开关bq8来表示，接入输入点x33。输入点x35-x42分别连接bq10-bq15这6个接近开关，用来实现6道轨道的选择。plc输入模块具体如图9所示。图9 plc输入模块3.2.5 plc输出模块 此设计中输出点一共有16个，分别用y1-y16来表示。输出电源模块中的lb、ln两端口为plc输出口提供电源。y0、y1、y2分别和指示灯2hl、3hl、4hl相连，用来显示手动、自动、自动运行三种模式。从输出点y3-y16所接电路都是由一个继电器和一阻容吸收回路并联而成。继电器由1ka-12ka依次表示，其显示功能可见表格1.继电器显示功能继电器显示功能1ka行车向前7ka吊具向下2ka行车向后8ka吊具慢速向下3ka行车快速9ka胚体可传送4ka行车慢速10ka胚体可摆放5ka油泵电机运行11ka行车行走声光警示6ka吊具向上12ka行车行走寸行表格1 继电器显示功能 plc输出模块具体如图10所示。图10 plc输出模块4 软件设计4.1 gx developer编程软件介绍gx developer软件是三菱系列plc通用的编程软件之一，它区别去fx系列专用编程软件。此软件可以进行一下操作：1. 连接梯形图逻辑测试技能的时候，可以使用电脑单体进行调试作业；2. 用次软件能够进行fx系列和a系列之间的程序变换；3. 在此软件中，fx系列的程序文件只能制作一件，选择fx系列的时候， 只显示main程序；4. 对应读出和写入fxgp（dos），fxgp（win）格式文件，但是有一部分不在其中；5. 为了fx系列的sfc程序作为步梯形图命令来记述，在此软件的回路编集画面上用stl，ret命令表示。并且能够在回路上实行编集。4.2 plc自动控制i/o分配表输入器件输入点x输出点y输出器件旋转开关1sax2y0指示灯2hl选择开关2sax3y1指示灯3hl选择开关2sax4y2指示灯4hl选择开关2sax5y3中继1ka启动按钮1sbx6y4中继2ka停止按钮2sbx7y5中继3ka总停按钮3sb、4sbx10y6中继4ka快前启动按钮5sbx11y7中继5ka快后启动按钮6sbx12y10中继6ka慢前启动按钮7sbx13y11中继7ka慢后启动按钮8sbx14y12中继8ka油泵启动按钮9sbx15y13中继9ka上启动按钮10sbx16y14中继10ka下启动按钮11sbx17y15中继11ka慢下按钮12sbx20y16中继12ka接近开关bq1x21y17中继13ka接近开关bq2x22接近开关bq3x23接近开关bq4x24接近开关bq5x25接近开关bq6x26接近开关bq7x27接近开关bq8x33接近开关bq9x34接近开关bq10x35接近开关bq11x36接近开关bq12x37接近开关bq13x40接近开关bq14x41接近开关bq15x424.3 plc自动控制程序设计对于控制系统的设计，要求plc满足系统初始化和复位、暂停子程序的控制。4.3.1 系统初始化每一套系统程序都要用到初始化，每一次plc上电或者强制复位都要初始化，主要是对程序中运用到的plc各种定时器、计数器、寄存器等进行复位和设置，同时保留上次运行需要记忆的各种数据，完成运行前的各项准备工作。4.3.2 复位和暂停子程序由于行车在工作过程中时有突发事件或停一下进行其它操作，因此在系统中设计了复位和暂停两个功能，针对行车需要时使用，为使行车在运行过程中可以随时对系统进行复位或暂停行车工作。中断子程序在这两个系统中都得到应用。在任何情况下按下复位按钮，都将转入复位中断子程序，停止所有动作输出并清零，动作步数显示清零，计数器、定时器、继电器和寄存器等全部清零，所有记忆数据全部清楚，同时转入初始化主程序，重复plc上电工作过程，不同的是所有运行数据都清除了。同样在任何情况下按下暂停按钮，都将转入暂停中断子程序，暂时停止plc的输出，在暂停状态下，可以进行手动操作行车，可以重新设置程序步，在恢复运行时使程序从所设置的程序步开始。当解除暂停时，如果没有重新设置程序步，暂停中断子程序就会恢复到plc原来的运行状态和原来步数的显示，继续暂停前的工作并从中断子程序返回。4.3.3 自动控制的plc程序在设计程序之前先介绍下plc汇编语言和几个基本指令。1. plc汇编语言采用面向控制过程，面向问题，简单直观的plc编写横语言，常用的有：梯形图，语句表，功能图等。2. plc的几个基本指令（1） 输入输出指令（ld/ldi/out）下面把ld/ldi/out三条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件以列表的形式加以说明： 符号功 能梯形图表示操作元件ld（取）常开触点与母线相连x，y，m，t，c,sldi（取反）常闭触点与母线相连x，y，m，t，c,sout（输出）线圈驱动y，m，t，c，s,fld与ldi指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。out 指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出，能连续使用多次。地址指令数据0000ldx0000001outy000 x000 y000 （2） 触点串连指令（and/andi）、并联指令（or/ori） （3） 电路块的并联和串联指令（orb、anb）（4） 程序结束指令（end）由于本设计plc程序比较多，在此不便全部列出，以下仅是部分程序展示：结 论用plc辅以变频器对自动化生产线进行自动控制，具有结构简单、编程方便、操作灵活、使用安全、工作稳定、性能可靠和抗干扰能力强的特点，是一种很有效的自动控制方式，是公司生产实现高效、低成本、高质量自动化生产的发展方向。本文介绍了一种利用plc来实现自动控制的编组行车自动运行系统。假如该编组行车完全利用继电器来实现自动控制，那么其控制电路会很复杂，也就会造成很大的浪费。本文介绍一条产品生产线上用plc结合变频器控制行车运行的自动控制系统。行车通过检测安装在上面的传感器，向变频器和电磁阀发出指令，从而实现行车的左右，上下行走速度的控制。当达到指定位置时，plc通过检测传感器，从而发出指令，实现产品的停放。这一控制系统在生产线上的到了很好的应用。致 谢当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这里