基于PLC的产品数量检测设计.doc

物理与电子工程学院PLC原理与应用课程设计报告书 设计题目： 基于PLC的产品数量检测设计 专 业： 自动化 班 级： XX 学生姓名: XX 学 号: XXXX 指导教师： XX 2013年12月18日物理与电子工程学院 课程设计任务书专业： 自动化 班级： 2班 学生姓名XX学号XX课程名称PLC原理与应用设计题目基于PLC的产品数量检测设计设计目的、主要内容（参数、方法）及要求设计目的：1、掌握PLC功能指令的用法。2、掌握PLC控制系统的设计流程。设计主要内容及要求：1、设计一个产品数量检测的控制程序，具体要求如下:（1）当起动开关闭合后，运货车到位，传动带开始传送工件，件数检测仪开始工作。（2）当件数检测仪检测到24个工件时，推板机推动工件到运货车，此时传送带停止传送。（3）20S后，工件到运货车，推板机返回，传送带又开始传送，计数器复位，并准备再重新计数。2、画出实现程序流程图。3、列出输入、输出端口。4、写出梯形图程序。5、调试程序，直至符合设计要求。工作量2周时间，每天3学时，共计42学时进度安排第1天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计要求查找相关资料第2-3天：学习课程设计中用到的PLC相关知识第4-5天：根据课程设计的要求画出程序流程图第6天：列出I/O分配表第7-8天：写出梯形图程序，并对程序进行注释第9-10天：学习西门子S7-200的编程软件STEP 7 MicroWIN SP6，并在该软件中编写梯形图程序第11天：学习西门子S7-200仿真软件，并进行程序仿真和调试。第12天：将课程设计中用到的程序在PLC试验箱上进行运行和调试。第13-14天：撰写课程设计报告。主要参考资料1廖常初.S7-200 PLC编程及应用M.北京:机械工业出版社,2013.82梅丽凤.电气控制与PLC应用技术M.机械工业出版社,2012.33殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护M.机械工业出版社,2006.1指导教师签字教研室主任签字摘 要可编程序控制器（PLC）是应用最广的以计算机技术为核心的自动控制装置，它是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。而基于PLC的产品数量检测技术在现实生活中的自动化生产中有着广泛的应用。通过机械的自动化计数使得工厂流水线节省了大量的人力，同时也提高了工作的效率和产量。产品数量检测技术的应用体现了人与机器的有效结合，充分体现了设备的灵活性，提高了产品的统计效率和输送速度。本次课程设计是基于PLC的产品数量检测设计，通过本次设计来掌握PLC功能指令的用法，以及熟悉PLC控制系统的设计流程。关键词：PLC；自动控制装置；流水线；数量检测目 录1 设计背景11.1 设计目的及意义11.2 可编程逻辑控制器简介12 基于PLC的产品数量检测硬件设计22.1 控制对象及要求22.2 PLC选型22.2.1 CPU型号的选择22.2.2 I/O模块的选型22.3 系统工作过程22.4 系统I/O分配33 基于PLC的产品数量检测软件设计43.1 编程软件介绍43.2 系统控制流程图43.3 程序梯形图54 心得体会6参 考 文 献7附 录881 设计背景1.1 设计目的及意义 自动化生产过程中，物品输送系统是连接各个生产单元的关键设备，系统通常由传送带机构、物品移动机构和物品输送小车等组成。传送带一般采用电动机驱动，物品移动机构可以采用电动机驱动，也可以采用液压系统驱动，运送小车为电动机驱动。 本题目针对运送系统设备设计相应的电器控制系统。物品输送系统将位于传送带始端的物品送至尾端，然后通过物品移动机构将物品送到推板机前，推板机将工件推到运货车，然后运货车将工件运到其他指定地点。系统中传送带由电动机驱动，物品移动机构采用液压系统驱动，通过行程开关检测各个运动部件是否达到预定位置。课程设计的安排旨在提升学生的动手能力，加强学生对专业理论知识的理解和实际运用。通过课程设计制作过程中资料的查阅，来提高同学们的资料搜集能力；通过不同方案的选择来提高分析和解决实际问题的能力；通过计算机制图以及撰写课程设计报告来提升同学们用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。更重要的是通过课程设计为以后的毕业设计奠定坚实的基础。PLC编程及应用课程设计为该课程的实践环节，在本课程设计的过程中，通过课程设计实践环节巩固和加强PLC编程及应用课程所学的知识，掌握课程知识实际应用的能力。同时在设计过程中，综合已学的知识，完成简单完整的控制系统设计，掌握PLC功能指令的用法以及PLC控制系统的设计流程。1.2 可编程逻辑控制器简介工程控制计算机（简称工控机）是以计算机技术为基础的新型工业控制装置，目前已成为工业控制的标准设备，被广泛应用于各行各业，工控机是实现生产自动化的最佳配套产品，而工业可编程序控制器（PLC）则在工控领域中占有主要的地位。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、吗、编程简单等特点。可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容写入控制器的用户程序内，控制器和被控对象连接也很方便。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。2 基于PLC的产品数量检测硬件设计 2.1 控制对象及要求产品数量检测系统是一种高效率自动化产品计数专用设备，系统由产品输送机构，产品数量检测机构以及产品装箱机构组成。产品数量检测系统的输送机构采用电动机驱动，分类机构采用气动系统驱动，由电气控制系统实现自动工作过程控制，是典型的机电或机电液一体化的自动化的自动化设备。产品数量检测系统工作时，待检测的工件由输送带送往数量检测位置，通过计数传感器后落入推板机前的工件箱。采用行程开关检测与控制推板机的位置，同时采用行程开关检测推板机和运货车是否到达预定位置。2.2 PLC选型2.2.1 CPU型号的选择S7-200不同的CPU模块的性能有较大的差别，在选择CPU模块时，应考虑数字量、模拟量模块的扩展能力，程序存储器与数据存储器的容量，通信接口的个数，本机I/O点的点数等，当然还要考虑性能价格比，在满足要求的前提下尽量降低硬件成本。2.2.2 I/O模块的选型选择I/O模块之前，应确定哪些信号需要输入给PLC，哪些负载由PLC驱动，是数字量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的等级；是否有特殊要求，例如快速响应等。本次课程设计采用的是无扩展功能的CPU221模块。2.3 系统工作过程 数量检测系统工作过程如下图2-3-1所示。由人工将工件放置在传送带上，当起动开关闭合后，运货车到位，传动带开始传送工件，件数检测仪开始工作。推板机前的工件箱满箱为24件，工件满箱后，传送带停，推板机启动，20S后推板机推动工件到运货车并返回，传送带又开始传送，计数器复位，并准备再重新计数。 系统启动检测计数计数箱满推板机复位推板机起动运货车到位传送带起动一次循环结束图2-3-1 数量检测系统工作过程2.4 系统I/O分配电器元件信号与PLC通道分配的目的是为每一个需要PLC处理的设备信号获得进入PLC的通道和存放信号状态的地址。依据控制流程图以及对设备信号分析结果，电器元件与PLC连接的通道分配如表2-4-1所示。表2-4-1 电器元件信号与PLC连接的输入输出端口说明 输入输出元件说明元件说明I0.0起始开关Q0.0传送带运动I0.1运货车到位开关Q0.1推板机运动I0.2检测工件3 基于PLC的产品数量检测软件设计3.1 编程软件介绍STEP 7-Micro/WIN是专门为S7-200设计的、在个人计算机的Windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大、使用方便、简单易学。CPU通过PC/PPI电缆或插在计算机中的CP5511、CP5611等通信卡通信。STEP 7-Micro/WIN的用户程序结构简单清晰，即通过一个主程序调用子程序，在中断事件出现时调用中断程序，可以用数据块进行变量的初始化设置。用户可以用语句表、梯形图和功能块图编程，不同的编程语言编制的程序可以相互转换，可以用符号表来定义程序中使用的变量地址对应的符号。STEP 7-Micro/WIN为用户提供了两套指令集，即SIMATIC指令集和国际标准指令集。通过调制解调器可以实现远程编程，可以用单次扫描和强制输出等方式来调试程序和进行故障诊断。3.2 系统控制流程图 I0.2C0T37I0.1M0.0SM0.1Q0.0M0.4M0.3M0.2M0.1R C0T37Q0.1C加1I0.0I0.1设计完成的设备自动工作流程图如图3-2-1所示。 图3-2-1 产品数量检测系统控制流程图 3.3 程序梯形图 根据前一节的流程图，通过编程软件绘制梯形图，如图3-3-1所示。 图3-3-1 产品数量检测系统工作梯形图4 心得体会 短暂的课程设计已经结束，我感觉这次课程设计的时间有些紧张，但着实受益匪浅。当初拿到课题时，感觉应该很简单，因为之前我们做过单片机的数量检测实验。但当实际进行课程设计时却遇到了很大的困难。因为我的课程设计是基于PLC的数量检测设计，但PLC课程我们也只是刚刚开始学习，而且由于没有认真听课，导致不知道如何下手，但是紧迫的时间又不容我拖拉。在把课本内容大致浏览了一下后，开始按照任务书的要求进行构思和拟定初稿。通过课程学习的不断深入，在课程设计中遇到的阻力也变得越来越小。通过这次的课程设计，使我对系统流程图、梯形图的绘制和理解变得更加深刻。虽然这次课程设计遇到的困难不少，但是通过自己的分析、老师的讲解都得到了较好的解决。通过这次实践，极大地增强了自己对PLC课程及其在工业应用中的理解，提高了我继续学习的兴趣。参 考 文 献1廖常初.S7-200 PLC编程及应用M.北京:机械工业出版社,2013.82梅丽凤.电气控制与PLC应用技术M.机械工业出版社.2012.33殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护M.机械工业出版社,2006.14周旭.现代传感器技术M.国防工业出版社.2007.1附 录 程序控制指令表 LD SM0.1S M0.0, 1LD M0.0A I0.0A I0.1S M0.1, 1R M0.0, 1LD M