装瓶流水线的PLC控制

1、PLC控制系统课程设计东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 PLC控制系统课程设计 题 目 装瓶流水线的PLC控制 院 系 电气信息工程学院自动化系 专业班级 自动化12-7 学生姓名 林彦超 学生学号 1200601140717 指导教师 康朝海 2015年 11 月 20 日第1章 控制工艺流程分析1.1 装瓶流水线控制过程描述PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程设备组成。大部分PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊任务。PLC的主要特点：它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控

2、制各种类型的机械或生产过程。编程方法简单易学功能强，性能价格高硬件功能齐全，用户使用方便，适应性强可靠性高，抗干扰能力强系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量小，维修方便体积小，能耗低PLC采用的是循环扫描的工作方式，分为采样输入，程序执行和输出刷新三个阶段。三个阶段称为一个扫描周期。PLC完成一个周期后，又重复这个过程，周而复始。PLC工作过程示意图如下：扫描输入端送输入状态寄存器输出状态寄存器的状态输出第一条指令第二条指令 . . .最后一条指令用户程序存储器图1-1 PLC工作过程示意图1.2 装瓶流水线控制工艺分析目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制

3、造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。（1）开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量

4、控制。（3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。

5、过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（6）通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PL

6、C的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。第2章 装瓶流水线的PLC控制系统设计2.1系统硬件组成按照I/O点的分配和项目描述的控制要求。设计出PLC硬件系统的结构图、接线图、时序图。图2-1 瓶装流水线的PLC控制结构图日本欧姆龙公司（OMRON）的SYSMAC CPM1A，是一种小型整体式PLC，在小规模控制系统中已获广泛应用。CPM1A共有4种主机：10点（6/4），20点（12/8），30点（18/12）点，40（24/16）点。位（Bit）是PLC中逻辑运算的基本元素，通常也称为内部继电器。位实际上是PLC存储器中的一个触发器（存储单元），有

7、两个状态，即“0”和“1”，也称为OFF和ON。位可以作为输出存放逻辑运算的结果，相当于继电器的线圈。在一个程序中一个位只能进行一次输出操作。PLC可以直接和输入设备相连接的位称为输入点；可以直接和输出设备相连接的位称为输出点。输入点和输出点统称为PLC的I/O点。PLC的I/O点数越多，控制规模越大。PLC中一般有数据区，定时/计数器区，内部继电器区等。不同类型的PLC，所具有的区的种类，容量差别较大。OMRON PLC将整个数据存储器主要分为内部继电器区（IR），特殊辅助继电器（SR），保持继电器(HR),暂存继电器（TR），定时器/计数器(TC),数据存储区(DM)，辅助记忆继电器和链接

8、继电器8个区。2.2控制方法分析（1）手动控制方式1.装瓶流水线控制系统有10道操作工序，用10盏灯来模拟。即：A5，A1（传送，选瓶）A6，A2(传送，装瓶)A7，A3(传送，盖盖)A8，A4(传送，贴签)A9(传送)A10(入库)。2.启动，停止，移位为控制输入，控制系统的工作状态；3.按下启动按钮，手动移位完成一道操作工序，循环两次；4.按下复位按钮，系统回到第一道工序；5.按下停止按钮，系统停止工作。（2）自动控制方式1.装瓶流水线控制系统有5道操作工序，用灯来模拟。即：A5，A1(传送，选瓶)A6，A2(传送，装瓶)A7，A3(传送，盖盖)A8，A4(传送，贴签)A9(传送)A10（

9、入库）。2.启动，停止，移位为控制输入，控制系统的工作状态；3.按下启动按钮，每5S完成一道操作工序，循环两次；4.按下复位按钮，回到初始工序，重新开始运行；5.按下停止按钮，系统停止工作。2.3 I/O分配表2-2 I/O分配表输入信号输出信号信号元件及作用PLC输入口地址信号元件及作用PLC输出口地址启动/停止带锁按钮0.00选瓶操作工序A11.00移位按钮0.01装瓶操作工序A21.01复位按钮0.02盖盖操作工序A31.02贴签操作工序A41.03传送工序A51.04传送工序A61.05传送工序A71.06传送工序A81.07 传送工序A91.08 成品入库工序A101.09接OV D

10、C1M接24V DC1L，2L2.4系统接线图设计图2-3 系统外围接线图 第3章 控制系统梯形图程序设计3.1控制程序流程图设计3.2控制程序时序图设计3.3控制程序设计思路装瓶流水PLC控制。有A1A10选瓶、装瓶、盖盖、贴签、传送、成品入库生产线操作工序，用10盏灯来模拟；并有启动/停止、移位、复位按钮进行操作，如下图所示。采用三菱FX2N系列的PLC进行控制，实现手动，自动等四种以上的装瓶流水线工序控制。第4章 装瓶流水线的监控系统设计4.1 PLC与上位监控软件通讯  采用Bland C编写主机与PLC的通信程序。首先必须对COM1口进行初始化，波特率为9600b

11、ps，奇偶校验位采用偶校验，七位有效数据。当计算机接收到来自PLC的应答字符ACK后，就可以进入数据通信了。  计算机可对PLC内各软设备进行读、写和强制ON/OFF操作。除开PLC的计时器和计数器的设定值采用常数时，以及文件寄存器内的数据，FX2系列PLC的所有开关量输入、输出以及各软件设备对计算机都是透明的。其操作时的多字符帧的格式如图3所示。但不同的操作在“多个字符”项内有所不同。例如，计算机对PLC的软设备Y20Y37进行读操作，查装置地址表为00A2，读取2字节数据。4.2上位监控系统组态设计MCGS组态软件介绍：MCGS（Monitor and Control

12、Generated System）是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集，实时和历史数据处理，报警和安全机制，流程控制，动画显示，趋势曲线和报表输出以及企业监控网路等功能。使用MCGS，用户无需具备计算机编程的知识，就可以再短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全面，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。MCGS具有操作简单，可视性好，可维持性强，高性能，高可靠性等突出特点

13、，已成功应用于石油化工，钢铁行业，电力系统，水处理，环境监控，机械制造，交通运输，能源原材料，农业自动化，航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。MCGS5.1软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。图4-1 MCGS功能流程图MCGS组态环境是生成用户系统的工作环境，由可执行程序M

14、cgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计，设备连接，编写控制流程，编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口，设备窗口，用户窗口，实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同工作，具有不同的特性。主控窗

15、口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。再本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面，报警输出，数据与曲线图表等。实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型

16、和名称的变量，作为数据采集，处理，输出控制，动画连接及设备驱动的对象。运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（即if.then脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取，定时器，配方操作，多媒体输出等，如图所示，可以由它实现对工业生产的仿真上位监控工程。图4-2 MCGS运行策略组态图实时数据库的变量设置：图4-3 实时数据库的变量设置图脚本程序的设定通过脚本程序设定控制上位监控的仿真界面，由运行策略进入设定，如下图：图4-4 脚本程序控制结构图4.3 实现的效果 图4-5 实现的结果第五章 系统调试及结果分析5.1系统调试及解决的问题先将PLC程序传入程序控制器中。然后

17、对各个输入I/O给信号处理，看各个输出口是否有相应的输出，如果没有按照设计要求输出，对程序进行更改，直到各输出口有相应的输出。如果有条件的话，用编程软件将程序输入PLC中，在确认PLC的电源，外部接线和程序输入无误的情况下，接通电源，按照流程图的顺序对系统进行调试，最后使整个系统能准确，可靠的工作。用GX developer的simulator进行仿真，具体步骤如下：(1)进入仿真环境图5-1 仿真环境图(2)加载程序进行逻辑功能调试：图5-2 仿真环境程序加载图5.2 结果分析从仿真结果中可以看出，这个装瓶流水线的PLC控制系统，基本符合设计要求，并且具有一定的故障保护功能，理论上分析，可以

18、投入工程建设。并且这个装流瓶流水线的PLC控制系统的头如成本比较低，并且能实现基本操作功能，并且程序的维护能力也较强。课程设计心得通过本次课程设计，对西门子系列PLC的特点有了更深的理解。利用西门子系列PLC的特点，对按钮，开关等输入/输出进行控制，实现了自动化控制。在本次课程设计的实践环节中，我更深刻地理解和掌握了电器控制及可编程控制器（PLC）的理论知识和动手技能。参阅了大量的电器控制及可编程控制器（PLC）系统设计的书籍资料，查询了大量的图表，程序和数据，使得课程设计的方案和数据更为详实和准确。经过一周的方案设计，比较，论证，探讨等步骤，经过不懈的努力和反复的验证，积聚了同学们的一致讨论

19、并通过，再加上指导老师的细心点拨和教诲，终于成功地完成了本次课程设计。但是，由于学识浅薄和资历肤浅，对待解决问题还不够成熟，希望老师能够不吝纠正。参考文献1杨青杰.三菱系列PLC应用系统设计指南M.北京：机械工程出版社,2007.2陈洁.PLC基础及应用M.江苏：苏州大学出版社,2006.3王整峰,谢云敏.PLC的实际应用M.上海：上海交通大学出版社,2007.4何衍庆.常用PLC应用手册M.北京：电子工艺出版社,2007.5廖常初主编.PLC基础及应用第2版J.北京：机械工业出版社,2007.附 录18LD 0.00OR 1.00AND NOT .0.01OUT 1.00LD 0.00OR 1.01AND 0.01AND NOT 0.02AND NOT 0.03OUT 1.