捆扎机电气系统设计及制作

1、桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸目 录引 言 . 31 绪论 . 41.1 可编程控制器在捆扎机中的应用概述 . 41.2 捆扎机的发展历史 . 42 FX2N系列PLC性能、程序设计和编程方法介绍. 62.1 三菱 FX2N 系列可编程控制器性能特点 . 62.2 梯形图的经验设计法简介 . 62.3 顺序控制设计法简介 . 82.4 两种设计法的本质 . 9 2.5 STL 指令的编程方式简介 . 93 PLC的结构和工作原理 . 113.1 PLC 的基本结构 . 11 3.2 PLC 各部分介绍 . 113.3 基本指令 . 12 3.4 PLC 的工作原理 . 133.4.1

2、 PLC编程方式 . 133.4.2 主要技术性能 . 134 选型 . 144.1 PLC 选型的方法 . 144.1.1 机型选择的原则 . 144.1.2PLC容量选择 . 144.1.3 I/O 模块的选择 . 15 4.1.4确定 I/O 点及选择 PLC . 164.2 A/D 模块选型 . 17 4.3 电机选型 . 194.4 继电器选型 . 194.5 接触器选型 . 204.6 行程开关选型 . 21 4.7 电缆线选型 . 224.8 传感器的选型 . 225 捆扎机控制系统的设计实现. 245.1 捆扎机工作原理 . 245.2 设计的基本思路 . 25 5.3 液压系

3、统 . 255.4 捆扎机的基本动作和运行控制方式 . 251桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸5.5 松紧调节和烫头自动控制 . 265.6 计数器 . 275.7 保护系统 . 285.8 向PLC 中输入程序的过程 . 286 装机过程. 337 结论 . 37谢辞. 38参考文献 . 39附录I . . 40附录II . . 45附录III . . 462桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸引 言在我国经济高速发展的今天，工业正在向着全自动化这一目标前进。自动控制在产品捆扎这一方面运用得越来越多，也越来越重要。尤其在纸箱包装这一行业。我国的自动捆扎机从 20 世纪 80 年代

4、中期开始发展，最初在书籍、报刊发行部门获得推广，近年来发展异常迅速，已广泛应用于轻工、食品、外贸、百货印刷刷、医药、化工、邮电、纺织等行业。目前某些生产捆扎机的厂家通过采用国际标准和吸收国外先进技术的特点，在标准水平、设计制造技术和产品质量方面都有了较大的改善，比如永创机械的全自动无人化捆扎机，在质量上达到国外同类设备的先进水平，可自动定位、捆扎、转位，以进行十字型、井字型等花样捆扎，采用微机控制，已实现无人操作的自动捆扎生产线。捆扎机的未来发展趋势在向全自动化、高级化和多样化等方面伸。本设计重点研究的是基于 PLC的捆扎机控制系统， 采用了日本三菱公司的 FX2N系列当中的 FX2N-64M

5、R型号可编程控制器，由于捆扎机的工作原理也属于机床设备，所以涉及到很多的动作， 本设计中的打包机程序的编制设计采用了顺序控制设计法和经验设计法，顺序控制设计法中采用步进梯形指令 （Step Ladder Instruction ）STL的编程方法，使得程序简洁且能方便的是维护人员读懂程序，同时用到了 FX 系列可编程控制器的状态初始化指令 IST(Initial State), 更简化了程序的结构设计。3桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸1 绪论1.1 可编程控制器在捆扎机中的应用概述近几年来可编程控制器 (PLC)技术的普遍应用为各种智能型仪器仪表提供了可靠的技术基础, 在捆扎机控制系

6、统方面的应用 , 提高了系统的可靠性和灵活性。 与单片机相比 ,可编程控制器应用广泛 , 使捆扎机控制系统的开发更加简单、使用更可靠、维护更简便。大大的提高了经济效益。而且发展前景非常乐观。旧机床电气控制部分大多采用继电器控制, 这种控制方法中采用众多的电器元件 , 逻辑布线复杂 , 故障率高 , 设备运行可靠性差，且经常发生故障。用 PLC能有效地解决这些问题。大大提高了打包机的精度、可靠性、灵活性和工作效率，为各种智能型仪表提供了可靠的技术基础。从而降低了捆扎机的生产成本。在我国捆扎机的种类很多 , 但大部分的捆扎机是由手工操作或是开关型液压控制系统完成 , 打包的劳动强度大。所以自动捆扎

7、机的研究发展需要很迫切。对捆扎机控制系统的研究对提升我国包装设备的自主创新、 提高国际竞争力、 促进工业化发展、提升产品质量具有着重要的影响。1.2 捆扎机的发展历史国外生产捆扎机械的国家较多，有美国，日本，德国等。他们的产品在国际市场占有一定地位。60 年代以来， 新材料逐渐代替传统的包装材料， 特别是采用塑料包装材料后，包装机械发生重大变革。超级市场的兴起，对商品的包装提出了更新的要求。为保证商品输送快捷安全，集装箱应运而生，集装箱体尺寸也逐渐实现了标准化和系列化，从而促使包装机械进一步完善和发展我国的捆扎机起步较晚，最先是书籍，报刊的发行部门先应用起来。直到年代末、70 年代初，我国的一

8、些单位曾先后试制过纸袋捆扎机和塑料带捆扎机， 但由于机器可靠性差等原因而不能获得推广使用。到 70 年代中期，北京新华书店储运公司，邮电部邮政科学技术研究所等单位在参照国外捆扎机的基础上，研制成功了 SK型塑料带机械式自动捆扎机，开始了我国的捆扎机生产。 在此基础上，邮电部邮政科学技术研究所于 1976年研制成功了 YK 型塑料带液压式自捆扎机，这种中国首创的塑料带捆扎机械获得了1978 年全国科学大会科技成果奖。 80 年代后期，随着国民经济的突飞猛进，市场对包装机械的需求日趋扩大。在此间期，我国的一大批机床、通用机械、农机行业的企业开始转产从事包装机械的生产。我国捆扎机行业要想实行走出去战

9、略，就必须要建立国际化标准。掌握了国际标准化的主动权就掌握了市场的主动权， 我国捆扎机企业标准化的现状在很大程度上阻碍了行业的发展，在国际贸易中不断遭遇壁垒和挫伤。所以，国际标准化的建立亟需上路，4桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸而我国也在这方面不断的探索和建设中。国际标准化不仅是在捆扎机技术标准的国际化，更包括捆扎机生产材料的国际化。在国际化标准下，需要我们更新观念，开拓新局面和新市场，更好地走向国际化。5桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸2 FX2N 系列 PLC性能、程序设计和编程方法介绍2.1 三菱 FX2N系列可编程控制器性能特点FX2N是 FX系列中性能最好、速度最高

10、的微型可编程控制器（ PLC）。它最大范围的包容了标准特点、程序执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各地不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块， 可以为工厂自动化应用提供最好的灵活性和控制能力。它的基本指令执行时间为 0.08 ，远远超过了很多大型可编程程序控制器。 用户存储器容量可扩展到 16K步，最大可扩展到 256个 I/O 点，有多种模拟量输入 / 输出模块、高速记数模块、脉冲输出模块，以及特殊功能模块和功能扩展板，可实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。FX2N有 3000多点辅助继电器、 1000 点状态、200 多点定时器、 200点 16为加计数器、35 点 32

11、位加/ 减计数器、8000多点 16 位数据寄存器、 128 点跳步指针、 15 点中断指针，这些编程元件对于一般的系统都可满足。FX2N有 128 种功能指令，具有中断输入处理、修改输入滤波器时间常数、数学运算、逻辑运算、浮点数运算、数据排序、 PID 运算、开平方、三角函数运算、浮点数运算、脉冲输出、脉宽调制、 BCD与 BIN 的相互转换、串行数据传送、校验码、比较触点等功能指令。 FX2N内装时实钟，有时钟数据的比较、加减、读出 / 写入指令。FX2N还有矩阵输入、 10 键输入、16 键输入、数字开关、方向开关、 7 段显示器扫描显示、示教定时器等方便指令。2.2 梯形图的经验设计法

12、简介经验设计方法也叫试凑法，经验设计方法需要设计者掌握大量的典型电路，在掌握这些典型电路的基础上， 充分理解实际的控制问题， 将实际控制问题分解成典型控制电路，然后用典型电路或修改的典型电路进行拼凑梯形图。梯形图经验设计法的步骤如下分解梯形图程序输入信号逻辑组合使用辅助元件和辅助触点使用定时器和计数器使用功能指令画互锁条件画保护条件6桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸图 2.1 PLC 控制系统设计步骤流程图但是用经验设计法设计复杂系统的梯形图，存在着以下问题：1设计方法很难掌握，设计周期长用经验法设计系统的梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的随意性和试探性，对于各种不

13、同的控制系统，没有一种统一的容易掌握的设计方法。在设计复杂系统的梯形图时，要用大量的中间单元来完成记忆、联锁和互锁等功能，由于需要考虑的各方面因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些应该考虑的问题。修改某一局部电路时，很可能会改变整体的设计，对系统的其他部分产生影响，因此梯形图的修改也很麻烦。2装置交付使用后维修困难用经验法设计的梯形图往往非常复杂，对于其中某些复杂的逻辑关系，即使是一起设计的同行，分析起来都有点困难，更不用说维修人员了，给可编程控制器控制系统的7桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸维修和改进带来了很大的麻烦。2.3 顺序控制设计法简介顺序控制就

14、是按照生产工艺预先规定的顺序，在每个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有序地进行操作。顺序控制设计法又称步进控制设计法，它是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师。也会提高设计的效率，程序的修改、调试和阅读也很方便。顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（ Step），并用编程元件（例如辅助继电器 M和状态 S）来代替各步。步是根据输出量的状态变化划分的，在任何一步之内，各输出量的 ON/OFF的状态都不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的，步的这种划分方法使代表每步的编程元件的状

15、态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。使系统由当前状态进入下一状态的信号称为转换条件，转换条件可能是外部的输入信号，如指令开关、按钮、限位开关的接通 / 断开等；也可能是可编程控制器内部产生的输入信号， 如计数器、定时器常开触点的接通等， 转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。顺序控制设计法用当转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制各输出继电器。顺序控制设计法的这种设计思想由来已久，在继电器控制系统中，顺序控制是用有触点的步进式选线器（或鼓形控制器）来实现的，但由于触点的磨损和接触不良，工作很不可靠。20 世纪 70年代出

16、现的顺序控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成，因为其功能有限，可靠性不高早已被淘汰。可编程控制器的设计者们继承了顺序控制的思想，为顺序控制程序的设计提供了大量通用的和专用的编程元件和指令，开发了供设计顺序控制程序用的顺序功能图语言， 使这种先进的设计方法成为当前梯形图设计的主要方法。 顺序功能图是设计顺序控制程序的一种极为重要的图形编程语言和工具。顺序控制设计法的设计基本步骤1. 步的划分步是根据 PLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。在每一步内 PLC各输出量状态均保持不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的。2. 转换条件的确定转换条件是

17、使系统从当前步进入下一步的条件。常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数器的触点的动作（通 / 断）等。8桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸3. 顺序功能图的绘制顺序功能图主要有以下几种结构 :单序列结构选择序列结构并行序列结构子步结构4. 梯形图的绘制根据顺序功能图，采用某种编程方式设计出梯形图。常用的设计方法有三种： 起保停电路设计法以转换为中心设计法步进顺控指令设计法2.4 两种设计法的本质经验设计法实际是试图用输入信号 X 直接控制输出信号 Y，如果无法直接控制，或为了实现记忆、联锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助触点。由于不同的系统的输出量 Y与输入量 X之间

18、的关系各不相同，以及它们对联锁、互锁的要求千变万化，不可能找出一种简单通用的设计方法。顺序控制设计法的则是用输入量 X 控制代表各步的编程元件（如辅助继电器 M ），再用它们控制输出量 Y。步是根据输出量 Y 的状态划分的， M 与 Y 之间具有很简单的“与”的逻辑关系，输出电路的设计极为简单。任何复杂系统的代表步的辅助继电器的控制电路，其设计方法都是相同的，而且很容易掌握，所以顺序控制设计法具有简单、规范、通用的优点。由于 M 是依次顺序为 ON/OFF 状态的，实际上已经基本解决了经验设计法中的记忆、联锁等问题。2.5 STL 指令的编程方式简介步进梯形指令（ Step Ladder In

19、struction ）简称为 STL指令，FX系列可编程序控制器还有一条使 STL指令复位的 RET指令。利用这两条指令，可以很方便地编制顺序控制梯形图程序。如果使用个人计算机用 FX编程软件，可以用符合 IEC1131-3 标准的顺序功能图（ SFC）编程语言来编程，根据顺序功能图可以生成指令表程序，也可以将梯形图或指令表转换为顺序功能图。使用计算机用的 FX编程软件，还可以用顺序功能图来进行运行监视和自动显示运行状态，很容易查找到发生故障的地方。使用步进梯形指令编制的程序简洁、清晰、明了。其中 FX2N系列可编程控制器的状态 S0S9用于初始步，S10S19 用于返回原点， S20S499

20、 是通用状态， S500S899 有断电保持功能，9桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸S900S999用于报警。用它们编制顺序控制程序时，应于步进梯形指令一起使用。使用STL指令的状态的常开触点称为 STL触点，STL触点驱动的电路块具有三个功能，即对负载的驱动处理、指令转换条件和指定转换目标。 STL触点是与左侧母线相连的常开触点，当某一步为活动步时，对应的 STL触点接通，该步的负载被驱动。当该步后面的转换条件满足时，转换实现，即后续步对应的状态被 SET指令置位，后续步变为活动步，同时与原活动步对应的状态被系统程序复位，原活动步对应的 STL触点断开。STL指令有以下一些特点：1与

21、 STL触点相连的触点应使用 LD或 LDI 指令，即 LD点移到 STL触点的右侧， 直到出现下一条 STL指令或出现 RET指令，RET指令使 LD点返回左侧母线。各 STL驱动的电路一般放在一起，最后一个 STL电路结束时一定要使用 RET指令，否则将出现“程序错误”信息，可编程控制器不能运行。2. STL 指令触点可以直接驱动或通过别的触点驱动 Y，M，S，T 等元件的线圈。由于 CPU只执行活动步对应的电路块，使用 STL指令时允许双线圈输出，即不同的 STL触点可以分别驱动同一编程元件的一个线圈。3. 在状态转移过程中，相临两步的两个状态同时 ON一个扫描周期，为了避免不能同时接通

22、的两个外部负载（如控制异步电动机正、反转的两个接触器）同时接通，应在可编程控制器外部设置硬件联锁。同一定时器的线圈可以在不同步使用，但是如果用于相邻的两步，在步的活动状态转换时，该定时的线圈不能断开，当前值不能复位。STL触点驱动的电路块中不能使用 MC和 MCR指令，虽然不禁止在 STL触点驱动的电路块中使用 CJ 指令，但因其操作复杂，建议不要使用。在中断程序与子程序内，不能使用 STL指令。复杂的控制系统不仅 I/O 电数多，顺序功能图一般也相当复杂。任何复杂的顺序功能图都由单序列、选择序列和并行序列组成，掌握了选择序列和并行序列的编程方式，就可以将复杂的顺序功能图转换为梯形图。对选择序

23、列和并行序列编程的关键在于对它们的分支与合并的处理， 转换实现的基本规则是设计复杂系统梯形图的基本准则。与单序列相比，在选择序列和并行序列的分支、合并之处，某一步或某一转换可能有几个前级步或几个后续步，在设计顺序控制梯形图时应注意这个问题。10桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸3 PLC 的结构和工作原理3.1 PLC 的基本结构PLC实质是一种用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。整体式结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、I/O 单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在一起。模块式结构的 P

24、LC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线想到联系。3.2 PLC 各部分介绍（1）中央处理器中央处理器（CPU）是PLC的核心部分，相当于PLC的“大脑”。它通过系统总线与用户存储器、输入/输出（I/O）、通信端口等单元相连。通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。其主要功能是由编程器写入控制程序和数据到存储器、检验用户程序、从存储器上读取和执行程序，还可以进行PLC内部故障的诊断等。（2）存储器根据存储器存储内容的不同，我们把存储器分为系统程序存储器、用户程序存储

25、器和数据存储器。系统程序存储器：用来存入软件的存储器。系统程序相当于计算机操作系统，是PLC厂家根据选用的CPU的指令系统编写的，并固化到ROM里，用户不能修改其内容。用户程序存储器：用来存放用户根据控制要求编制的程序。不同类型的PLC，其存储容量也不一样。数据存储器：用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。因为运行中数据不断变化，所以这种存储器必须可读写。（3）输入/ 输出单元输入/ 输出单元是PLC与外部设备连接的纽带。输入单元接收现场设备向PLC提供的开关量信号，经过处理后，变成CPU能够识别的信号。输出单元将CPU的信号经处理后来控制外部设备的。（4）电源部分不同型号的PLC有不同的供

26、电方式，所以PLC电源的输入电压既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。（5）编程器11桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸几乎每个PLC厂家都有自己的编程器，用户通过编程器来编写控制程序，并通过编程器接口将自己的控制程序输入到 PLC。它还可以在线检测程序的运行情况。在出现故障时，通过编程器可能很方便的找出错误。编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。另一种是通过PLC的RS232口，与计算机相连，然后敲击键盘，通过NSTP-G软R件（或WINWOR下D软件）向PLC内部输入程序。（6）特殊功能单元主要包括模拟量输入/ 输出单元、远程I/O 模块、通信模块、高速计数模块、中断

27、输入模块和PID调解模块等。随着PLC的进一步发展，特殊功能单元的应用也越来越多。3.3 基本指令1 LD/LDI 指令：LD和LDI指令是连接在母线连接的触点. 表示操作开始.LD是常开触点,LDI 是常闭触点.2 AND/ANI指令：AND和ANI指令是串联连接的触点,AND是常开触点, ANI 是常闭触点.3 OR/ORI指令：O R和 ORI指令是并联连接的触点,执行逻辑 “或” 的功能.OR是常开触点,ORI 是常闭触点.4 OUT指令：OUT指令执行逻辑输出的功能, 条件成立时为ON,条件不成立时为OFF.5 ANB/OR指B 令：ANB完成支路间的串联的功能, 用于执行支路之间

28、“于”操作；ORB完成支路间的并联的功能, 用于执行支路之间 “或”操作.6 比较指令：CMP（Compar）e 的功能指令编号为FNC1，016位运算占7 个程序步，32位运算占13个程序步.7传送指令：MOV的功能号为FNC12它, 是将源操作数的内容传送目标操作数.8四则逻辑运算指令(1) 二进制加法指令ADDADD的功能号为FNC20它, 是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相加,然后运算结果传送到指定的目标操作数中.(2) 二进制减指令SUBSUB的功能号为FNC21它. 是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相减,然后运算结果传送到指定的目标操作数中.(3) 二进制乘法指令M

29、ULMUL的功能号为FNC22它. 是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相乘,然后运算结果传送到指定的目标操作数为首地址的软元件中.(4) 二进制除法指令DIVDIV的功能号为FNC22它. 是将源操作数S1和S2中的16位二进制数相除,然后运算结果传送到指定的目标操作数D中,余数传送到D+1中.12桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸3.4 PLC 的工作原理PLC的工作原理与继电器构成的控制装置一样，但是工作方式不太一样。继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，

30、该线圈触点才会动作。也可以说继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。3.4.1 PLC 编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器” 。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言等等。尤其是前两者为常用。梯形图语言特点：1. 每个梯形图由多个梯级组成。2. 梯形图中左右两遍的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“ 1”时，有假想的电流通过。3. 继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。4. 每一梯级的运算结果，立即被后面的

31、梯级所利用。5. 输入继电器受外部信号控制，只出现触点，不出现线圈。3.4.2 主要技术性能用户程序存储容量：是衡量可存储用户应用程序多少的指标。通常以字或 K字为单位。16 位二进制数为一个字，每 1024个字为 1K字。PLC以字为单位存储指令和数据。一般的逻辑操作指令每条占 1 个字。定时 / 计数，移位指令占 2 个字。数据操作指令占 2-4个字。13桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸4 选型4.1 PLC 选型的方法随着 PLC的工业方面的普及， PLC产品的种类越来越多，而且功能也不断完善。 PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法等各不相同，适用场合也大

32、不一样。 因此，合理选择 PLC，对于提高 PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。4.1.1 机型选择的原则机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述：（1）结构合理对于工艺过程比较固定、 环境条件较好、维修量较小的场合， 选用整体式结构的 PLC；否则，选用模块式结构的 PLC。（2）功能强、弱适当对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用抵挡的 PLC。对于以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目，可选用含有 A/D转换的模拟量输入模块和含有 D/A 转换的模拟量输出模块， 以及具有加减乘除

33、运算和数据传输功能的低档机的 PLC。对于控制比较复杂、控制要求比较高的工程项目，如要实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等，可根据控制规模及复杂程度的程度，选用中档机或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全 PLC的分布式控制系统和整个工厂的自动化等。当系统的各个控制对象分布在不同地域时， 应根据各个部分的具体要求来选择 PLC，以组成一个分布式的控制系统。（3）机型统一PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把 PLC的 I/O 和 CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的 PLC功能有限，只适合于控制要求比较简

34、单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。（4）是否在线编程PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。4.1.2PLC 容量选择PLC容量包括两个方面：一是 I/O 的点数；二是用户存储器的容量（字数） 。PLC容14桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时， 一般按实际需要的 10%25%考虑裕量。 对于开关量控制系统， 存储器字数为开关量乘以 8；对于有模拟量控制功能的 PLC，所需存储器字数为

35、模拟内存单元数乘以 100。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅 PLC产品使用手册。I/O 点数也应留有适当裕量。 由于目前 I/O 点数较多的 PLC价格较高，若备用的 I/O的点的数量太多，将使成本增加。根据被控对象的输入和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常 I/O 点数按实际需要的 10%15%考虑备用量。4.1.3 I/O 模块的选择PLC是一种工业控制系统，他的控制对象是工业生产设备或工业生产过程他的工作环境是工业生产现场。他与工业生产过程的联系是通过 I/O 接口模块来实现的。通

36、过 I/O 接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为对被控对象进行控制的依据。 同时控制器又通过 I/O 接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也是各种各样的，而 PLC的 CPU所处理信息只能是标准电平，所以 I/O 接口模块还需实现这种转换。 PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。为了确保这些信息的正确无误， PLC的 I/O 接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要， PLC相应有许多种 I/O 接口模块，包括开关量输入模块、开关

37、量输出模块、模拟量输入及模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。标准的 I/O 模块用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开 / 关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。典型的交流 I/O 信号为 24240V（AC），直流 I/O 信号为 010V（D C）。I/O 点数的确定要充分的考虑到裕量， 能方便的对功能进行扩展。 对一个控制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样， I/O 所用的点数就可能有所不同，现具体分析如下：（1）开关量输入模块输入电压的选择输入模块的输入电压一般为 DC24V和 AC220V。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近

38、开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触点接触可靠，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。（2）开关量输出模块的选择继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但是动作速度较慢，寿命有一定的限制。如果系统的输出信号变化不是很15桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸频繁，选用继电器型。选择时应考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载状态变化是否频繁等，还应注意同一输出模块对电阻性负载、 电感性负载和白炽灯的驱动能力的差异。输出模块的输出电流额定值应大于负载电流的最大值。本系统设计中根据实际选用的是 AC220V开关量输入模块和继电

39、器型输出模块。以此为依据，本系统的设计选用三菱公司的 FX2N系列（见表 3.1 ）可编程序控制器。 FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器，完全符合此设计的要求。FX2N系列基本单元型 号 输 入 输 出 扩展模块继电器输出 可控硅输出 晶体管输出 点 数 点 数 可用点数FX2N-16MR-001 FX2N-16MS FX2N-16MT 8 8 2432FX2N-32MR-001 FX2N-32MS FX2N-32MT 16 16 2432FX2N-48MR-001 FX2N-48MS FX2N-48MT 24 24 4864FX2N-64MR-001 FX2N-64M

40、S FX2N-64MT 32 32 4864FX2N-80MR-001 FX2N-80MS FX2N-80MT 40 40 48644.1.4 确定 I/O 点及选择 PLC输入设备用来产生输入控制信号（如按钮、指令开关、限位开关、接近开关、传感器等）按钮开关 15 个。输出设备由 PLC的输出信号驱动的执行元件，接触器、电磁阀、指示灯等。该系统中有接触器 2 个，电磁阀 7 个，指示灯 3 个。本系统中实际需要输入点 15 点，输出点 12 点，根据输入输出点数，以及考虑到今后对系统的维护和扩充使用，要保留一定的裕量，因此我们选用的 PLC型号为三菱公司的 FX2N系列，其选择如下：基本单元

41、： FX2N-48MR（输入点 24 点，输出点 24 点）。功能模块： FX2N4AD-TC模块 1个。在确定了控制对象的控制任务和选择好 PLC的机型后， 即可安排输入、 输出的配置，并对输入、输出进行地址编号。分配 I/O 地址时要注意以下问题：（1）设备 I/O 地址尽可能连续；（2）相邻设备 I/O 地址尽可能连续；（3）输入/ 输出 I/O 地址分开；（4）每一框架 I/O 地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程16桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸的改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本。（5）充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的

42、信号联系，合理地安排 I/O 地址，减少它们之间的内部连线。4.2 A/D 模块选型在工业生产过程中，除了有大量的开 / 关信号外，还有大量的连续变化的信号，例如温度、压力、流量、湿度等。通常先用各种传感器将这些连续变换的物理量变换成电压或电流信号，（一般来说， PLC模拟量输入的电压范围为 1到5伏或-10到10伏，电流范围为4到20mA或-20到20mA），然后再将这些信号连接到适当的模拟量输入模块的接线端上，经过A/D功能模块内的模数转换器，最后将数据传入 PLC内。本课题是利用温度变送器，压力变送器三相电流变送器将温度，压力的三相电流信号转变成电压信号 , 该电压信号再通过 A/ D

43、转换器转为五位二进制的数字量，传入 PLC内。三菱 FX2N-4A/D模块性能指标表 4.1电压输入 电流输出项目可以选择电压或电流方式，一次可以使用 4 个输入点DC-10 到 10V(输入阻抗： 2000K? ) 。 DC-20 到 20mV（输入阻抗： 250? ）注模拟输入范围 注意：如果输入电压超过 15V，单 意：如果输入电流超过 32mV,单元元会被损坏。 会被损坏。12 位的转换结果以 16 位二进制补码方式存储。数字输出 最大值： +2047，最小值： -2048分辨率 5mV（10V默认范围： 1/2000 ） 20uV （20 mV 默认范围 1/1000 ）总体精度 1

44、 %（对于 -10V 到 10V范围） 1%（对于 -20mV到 20mV）转换速度 15ms/通道（常用） ，6ms/通道（快速）2 缓冲存储器（ BFM）的分配17桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸表 4.2BFM 内容*# 0 通道初始化，缺省值 =H000*# 1 通道 1*# 2 通道 2包含采样数（ 1-4096 ），用于得到平均结果，缺省值设为 8（正*# 3 通道 3常速度），高速操作可选择 1。*# 4 通道 4# 5 通道 1# 6 通道 2这些缓冲区包含采样数的平均输入值，这些采样数是分别输入# 7 通道 3在#1#4 缓冲区中的听到数据。# 8 通道 4# 9 通道 1# 10 通道 2这些缓冲区包含每个输入通道读入当前值。# 11 通道 3# 12 通道 4#13-#14 保留# 15 选择 A/D 转换 如设为 0，则选择正常速度， 15ms/通道（缺省）速度如设为 1，则选择高速， 6ms/