瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)

上海机电学院本科毕业（设计）论文瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)上海机电学院毕业设计(论文) 瓷砖自动包装系统设计（上砖模块）学生：学号：专业：机械电子工程班级：指导教师：上海机电学院二O一三年六月瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共1页，当前为第1页。

瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共1页，当前为第1页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)PAGEIIPAGEI摘要自动打包控制系统是现在工厂生产应用最普遍的控制系统之一，它能够提高生产效率，大大降低人工成本，使工厂效益达到最大，真正实现无人化、智能化操作管理。通过对瓷质砖从窑炉输出过程的分析，考虑采用西门子公司S7-200PLC来设计整个控制系统。PLC的抗干扰能力强，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。控制系统的硬件采用S7-200的CPU223模块，并扩展了两个数字量模块EM223CN，留有一定的I/O点数供以后扩展功能使用，软件部分采用梯形图编写。详细分析了瓷质砖从窑炉输出到打包结束过程，系统的信号采集使用光电传感器和接近开关。在瓷质砖最后的传输阶段采用了微动开关，砖到达此处触动微动开关，发出声光提示，使操作人员及时将砖装箱，防止落下，避免了意外情况发生。关键词：S7-200PLC；EM223；瓷质砖；打包控制系统全套设计加q36396305瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共2页，当前为第2页。

ABSTRACT瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共2页，当前为第2页。Automaticpackagingcontrolsystemisnowthefactoryproductionofoneofthemostcommoncontrolsystemapplication,itcanimprovetheefficiencyofproduction,greatlyreducelaborcosts,maximizethefactorybenefit,realizeunmanned,intellectualizedoperationmanagement.Throughtheanalysisofceramictilefromthekilnoutputprocess,consideradoptingSiemensS7-200PLCtodesignthewholecontrolsystem.PLCanti-jammingcapabilityisstrong,canbedirectlyusedforindustrialproductionfieldhaveastronginterference.ThehardwareofthecontrolsystemoftheS7-200CPU223module,andextendsthetwodigitalmodulesEM223CN,leavingtheI/Opointsofextensionsforlateruse,softwarepartUSEStheladderdiagram.Porcelaintilesareanalyzedindetailfromthekilnoutputtotheendofthepackagingprocess,systemofsignalacquisitionusingphotoelectricsensorandproximityswitch.Transmissionphasefromtheendoftheporcelaintilesusedthemicroswitch,brickarriveheretouchthemicroswitch,asoundandlighthint,maketheoperationpersonneltopackthebrick,preventfall,avoidstheaccidenthappens.Keywords:S7-200PLC；EM223；Porcelaintiles；Packagingcontrolsystem瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共3页，当前为第3页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共3页，当前为第3页。目录HYPERLINK摘要 IHYPERLINKABSTRACT IIHYPERLINK第1章引言 1HYPERLINK1.1课题研究背景 1HYPERLINK1.2自动打包系统的发展状况 2HYPERLINK1.3本文主要研究内容 2HYPERLINK第2章瓷质砖打包系统工艺流程 4HYPERLINK2.1瓷砖砖打包整体工艺流程介绍 4HYPERLINK2.2检测元件的选择 4HYPERLINK2.3瓷质砖排列过程设计 5HYPERLINK2.4瓷质砖打包过程设计 9HYPERLINK第3章打包控制系统的实现过程 12HYPERLINK3.1PLC的基本概念 12HYPERLINK3.2PLC的基本组成及结构 12HYPERLINK3.3硬件设计 13HYPERLINK3.3.1硬件的选择 13HYPERLINK3.3.2PLC外部接线图 16HYPERLINK3.3.3PLC的I/O点配置 17HYPERLINK3.4软件设计 18HYPERLINK3.4.1排砖过程设计 18HYPERLINK3.4.2打包过程设计 21HYPERLINK第4章电气控制设计 25HYPERLINK4.1电源电路 25HYPERLINK4.2PLC输出驱动 25HYPERLINK4.3低压电机主控制电路 27HYPERLINK4.4开关柜操作面板 28HYPERLINK4.5打包操作面板 30HYPERLINK第5章结束语 32HYPERLINK致谢 34HYPERLINK参考文献 35HYPERLINK附录 36瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共4页，当前为第4页。HYPERLINK附录Ⅰ瓷质砖打包系统源程序 36瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共4页，当前为第4页。HYPERLINK附录Ⅱ瓷质砖打包系统控制总图纸 44瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共5页，当前为第5页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共5页，当前为第5页。上海机电学院本科毕业（设计）论文瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)PAGE44PAGE3第1章引言1.1课题研究背景现代社会中，无论在任何行业，从工厂的生产，到能源的输送，到与人民生活息息相关的各种生活用品，甚至人们的工作和休息的楼宇，到处都可以看到自动化系统的身影。自动化系统不仅早就成为了工业和社会生活的一个组成部分，而且是经济发展水平的重要标志。在自动化生产日渐普及的今天，在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数，包装，如果这些繁杂的工作让人工去完成的话不但麻烦，而且效率低，劳动强度大，不适合现代化的生产需要。为了适应现代化的大规模生产某种产品，进一步加快工业现代化的发展，提高国民经济，改善人民的生活水平,就必须设计一套完整的自动化生产线，以便用这自动化的生产线来代替人工完成这些繁杂的工作。自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明显。近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成绩。近年来，生产线上的自动化控制应用已越来越多，越来越广泛。随着工业生产自动化水平的不断加快，对控制系统提出了愈来愈严格的要求。随着大规模集成电路广泛应用，控制系统本身也得到长足发展，已由原来的分立元件、继电器控制，发展成为大规模集成电路的微机控制。控制方式也由原来的分散控制发展为集中控制。正是在这种发展的需求下，可编程控制器应运而生。由于可编程控制器（PLC）具有体积小、抗干扰能力强、组态灵活等优点，因而在工业控制系统中得到非常广泛的应用[1][2]。可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共6页，当前为第6页。自动打包控制系统是现在很多工厂里面都在使用的自动控制装置，它能自动的将生产好的产品通过皮带传输，然后再通过一系列的工序将产品自动打包好或者是摆放整齐，或者是达到其他的包装要求。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共6页，当前为第6页。1.2自动打包系统的发展状况中国的包装业相对发达国家如日本和美国比较落后，所以具有非常大的发展潜力。控制系统从20世纪四十年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。而现在的控制系统，基本上都是采用的微处理器进行智能化控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统。这一代系统以PLC和DCS为代表，从七十年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。其中PLC，即可编程控制器，主要是从顺序控制发展而来的，但从九十年代开始，随着电子技术、计算机技术和通信技术的发展，PLC的性能扩展的越来越广，PLC的应用也逐渐向连续流程工业拓展。同时，DCS也开始向小型化的方向拓展。之后，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等。在中国，自动化技术还未成熟，还需要长时间的发展，所以发展空间很大，这也是未来的发展方向和趋势。中国的经济高速度发展也需要这项技术来促进和加速，相信在自动化技术成熟以后，中国的经济也将有飞跃性的进步。当前中国的经济发展格局也是非常的需要高技术来支持。这样中才会有稳定的发展状态。向西部发展的经济战略思想必然需要有高技术随之转移，生产也将需要自动化技术的支持，这样发展高技术自动化也就是必然的趋势[3]。自动打包系统在工厂的生产过程中得到广泛应用，特别是在生产一些可以直接使用的产品，如瓷质砖，各种饮料，书，等。1.3本文主要研究内容瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共7页，当前为第7页。本文主要研究基于S7-200的瓷质砖自动打包系统控制。瓷质砖通过窑炉输出后，有可能大部分砖都不是均匀排列的，所以首先让砖要通过自动排列系统，将不整齐的砖排列整齐。这个过程依靠各种传感器对砖的位置进行检测，来控制电机以及门及挡板达到使砖排列整齐的目的。排列整齐的砖通过皮带传输至打包系统，通过传感器检测砖的位置，使PLC发出相应的信号来控制电磁阀以及电机最终使砖叠成一叠，再通过皮带将叠好的砖送走，在叠好的砖被传输到皮带末端时，砖触动微动开关发出声光提示，让操作人员及时将砖装箱。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共7页，当前为第7页。本控制系统中采用自动运行方式与手动运行方式，正常情况下系统都是自动运行，当出现紧急情况或者是需要单步运行时可以进行手动操作对系统进行控制，所有控制开关及按钮都集成在开关柜上。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共8页，当前为第8页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共8页，当前为第8页。PAGE34第2章瓷质砖打包系统工艺流程2.1瓷砖砖打包整体工艺流程介绍瓷质砖首先经过生产线生产通过干燥装置将其干燥后，然后通过皮带传送出来并进行打包。瓷质砖从窑炉输出后大部分都是排列不整齐的，所以在打包前应该将砖排列整齐。整个打包过程如图2-1所示。图2-1打包系统工艺流程图设计时考虑到砖排好后出现的应急情况，所有在将排好的砖送至打包的过程中有N1和N2两个通道，N1为应急通道，当出现异常情况时砖走此条通道避免影响打包的正常进行。通道N2为正常传输至打包的过程。2.2检测元件的选择瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共9页，当前为第9页。瓷质砖在传输的过程中，需要对砖做出相应的控制以达到控制的目的。砖在传输的过程中必须对砖的位置进行检测，使电机及相应的机械装置动作，对砖进行有效控制。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共9页，当前为第9页。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。接近开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动直流电器或给计算机（PLC)装置提供控制指令。接近开关是种开关型传感器（即无触点开关），它既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。产品有电感式、电容式、霍尔式、交、直流型。接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。微动开关是一种尺寸很小而又非常灵敏的弹簧引动的磁吸附式行程开关。微动开关是具有微小接点间隔和快动机构，用规定的行程和规定的力进行开关动动作的接点机构，用外壳覆盖，其外部有驱动杆的一种开关，因为其开关的触点间距比较小，故名微动开关，又叫灵敏开关[5]。所以本次设计采用的检测元件为光电传感器和接近开关以及微动开关作为检测输入信号。2.3瓷质砖排列过程设计瓷质砖刚从窑炉输出时，大部分砖可能是没有排列整齐的，如果让这样的砖直接打包的话，这是非常困难的，所以在打包过程之前应该先将砖排列整齐，再传输至打包过程，这样就使打包过程变得简单容易。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共10页，当前为第10页。为了对瓷质砖的位置准确控制，在生产线上设置了必要的测控点以及将皮带分为A、B、C、D4段方便对砖的控制传输。如图2-2和2-3所示瓷质砖的排列过程的生产线。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共10页，当前为第10页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共11页，当前为第11页。图2-2窑炉输出过程主视图瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共11页，当前为第11页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共12页，当前为第12页。图2-3窑炉输出过程俯视图瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共12页，当前为第12页。图2-2和图2-3中各传感器和电机符号说明如表2-1所示。表2-1传感器及电机符号说明表符号说明FP光电传感器1FA光电传感器2CG接近开关1CB接近开关2ML慢速运行电机MV快速运行电机MC将砖送至打包处电机MFG控制门及挡板电机MSC控制皮带上升电机从图2-3和图2-4可以看出，砖从窑炉输出首先到达A区域，刚开始时是门打开挡板处于向上的状态，砖通过门到达B区域，到达挡板处时，FA光电传感器检测到砖，此时PLC内部定时器开始延时，延时时间到，关门挡板下降，此时砖到达C区域，电机MV是一个加速电机，快速将砖送传送到D区域，此时瓷质砖有两条通道可以走，一条通道为正常打包，另一条通道为紧急情况。电机MC正转使砖传送到E区域，最终进行打包的过程。电机MC反转使砖通过应急通过传输走，此时操作人员可以按紧急按钮PBTE使电机接触器TCS断开从而使电机MC停止运行，以确保瓷质砖能够正常输出不影响生产线的正常工作。紧急情况传输通道如图2-4所示。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共13页，当前为第13页。图2-4紧急情况传输通道图瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共13页，当前为第13页。2.4瓷质砖打包过程设计将排好的瓷质砖通过皮带传输至打包处，对其进行打包。如图2-5及2-6所示皮带的传输过程及打包过程。图2-5正常情况传输过程图瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共14页，当前为第14页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共14页，当前为第14页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共15页，当前为第15页。图2-6瓷质砖打包过程图瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共15页，当前为第15页。整个控制系统中各传感器和电机符号说明如表2-2所示。表2-2各传感器及电机符号说明表符号说明FS光电传感器1FPD光电传感器2CPA接近开关1CPM接近开关1CPB接近开关1EF控制挡板电磁阀EDL使底板慢速下降电磁阀EDV使底板快速下降电磁阀ES使底板上升电磁阀RP微动开关1SP微动开关2MI使砖匀速传输至打包出电机MIP使叠好的一叠砖传输走砖到达G区域后，通过皮带传送到达底板，光电传感器FPD及接近开关CPA检测到砖，发出控制信号使电磁阀EDL动作，使底板慢速下降到中间位置，接近开关CPM检测到砖延时一段时间后电磁阀EDV使底板快速下降到达最下面，通过皮带将堆好的一叠砖传送走，此时触动微动开关RP以及接近开关CPB检测到砖，则电磁阀ES动作使底板上升到最上端，继续重复打包的过程。叠好的砖通过皮带传送至皮带末端触动微动开关SP，此时发出报警信号，提示操作人员及时将叠好的砖装箱。2.4瓷质砖上砖气动部分设计由设计要求可知,瓷砖上砖装置有四个移动自由度,其工作程序为:机构下降→夹具夹紧→机构上升→手臂右摆→手臂右移→机构下降→夹具松开→机构上升→手臂左移→手臂左摆退至原位。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共16页，当前为第16页。气动原理图如图2-1所示。整个气动系统就是要对摆动气缸、夹紧气缸、伸缩气缸和升降气缸的动作进行控制。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共16页，当前为第16页。图2-1气动原理图气路元件表如图3-1所示：图2-1气路元件表序号型号规格名称数量1L1-25单向节流阀6224DH-10-S三位四通电磁滑阀33QF-44手动截止阀14QSL-26SQTY-20-S压力组件15YJ-1压力继电器16Q24DH-10-S两位三通电磁滑阀1瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共17页，当前为第17页。各执行机构的调速，凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流阻尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩气缸在接近气缸处安装两个快速排气阀，可加快起动速度，也可调节全程上的速度。升降气缸采用进气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其度调节仍采用在电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回转液压缓冲器的背压大小。为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用液压缓冲器，这样可以省去电磁阀和切换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。电磁阀的通径，是根据各工作气缸的尺寸、行程、速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共17页，当前为第17页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共18页，当前为第18页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共18页，当前为第18页。第3章打包控制系统的实现过程3.1PLC的基本概念PLC是可编程序控制器的英文简写，英文全称：ProgrammableLogicControlle.现代社会要求制作业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，PLC正是顺应了这一要求的出现，它是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置，其核心是以微处理器为基础，其性能优越，已被广泛地应用于工业控制的各个领域。可编程控制器是一种工业控制计算机，英文全称：ProgrammableController，为了和个人计算机(PC)区分，一般称其为PLC。可编程控制器(PLC)是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。其性能优越，已被广泛地应用于工业控制的各个领域。可编程控制器自问世以来，发展极为迅速。1971年日本开始生产可编程控制器，而欧洲是1973开始的。如今，世界各国的一些著名的电气工厂几乎都在生产可编程控制器[1]。本设计是基于S7-200瓷质砖自动打包控制系统，瓷质砖从窑炉输出，经皮带传输，通过电机转速以及挡板的控制，使其排放整齐，再使其叠放成一堆砖最后输出的过程。此过程中主要的器件有电机及各种传感器。3.2PLC的基本组成及结构PLC主要由CPU模块、I/O模块、内存模块、电源模块、底版或机架组成。1、CPU模块（中央处理器）和一般的微机一样，CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。存储器用来存储程序和数据。CPU在很大程度上决定了PLC的整体性能，如整个系统的控制规模、工作速度和内存容量。CPU控制着PLC工作，通过读取、解释指令，指导PLC有条不紊的工作。存储器瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共19页，当前为第19页。存储器（内存）主要用语存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成部分。PLC中的存储器一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序一般由厂家编写的，用户不能修改；而用户程序是随PLC的控制对象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共19页，当前为第19页。3、输入输出模块输入模块和输出模块通常称为I/O模块或I/O单元。PLC提供了各种工作电平、连接形式和驱动能力的I/O模块，有各种功能的I/O模块供拥护选用。按I/O点数确定模块的规格和数量，I/O模块可多可少，但其最大数受PLC所能管理的配置能力，即底版的限制。PLC还提供了各种特殊的I/O模块，如热电阻、热电偶、高速计算器、位置控制、以太网、现场总线、温度控制、中断控制、声音输出、打印机等专用型或智能型模块，用以满足各种特殊功能的控制要求。智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器及与PLC系统总线相连接的接口。4、编程装置编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。常见的编程器有简易手持编程器、智能图形编程器和基于PC的专用编程软件。目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。5、电源PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置[4]。3.3硬件设计3.3.1硬件的选择瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共20页，当前为第20页。西门子S7-200PLC共有5种CPU模块，最多可以扩展7个扩展模块，扩展到248点数字量I/O或38路模拟量I/O，最多有30多KB的程序存储空间和数据存储空间。S7-200CPU技术规范如表3-1所示。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共20页，当前为第20页。本次设计的控制系统输入量为22路，输出量为16路，通过表3-1的对比，CPU226刚好能够满足本设计的要求，但是设计中都要对I/O点数要有一定的预留，方便以及技术改进使用，而且PLC的价格与CPU的I/O点数有关，点数越多价格越高，从综合角度考虑，本次设计选择CPU224，14路输入10路输出，这种型号的CPU模块在工程中也是最常用的。表3-1S7-200CPU技术规范表技术规范CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU226存储器特性存储器用户程序运行模式下编辑非运行模式下编辑4096字节

4096字节4096字节

4096字节8192字节

12288字节12288字节

16384字节16384字节

24576字节用户数据2048字节2048字节8192字节10240字节10240字节掉电保持（超级电容）50小时/典型值（40°C时最少8小时）50小时/典型值（40°C时最少8小时）100小时/典型值（40°C

时最少70小时）100小时/典型值（40°C

时最少70小时）100小时/典型值（40°C时最少70小时）(可选电池)200天/典型值200天/典型值200天/典型值200天/典型值典型值200天本机I/O特性本机数字量I/O6输入/4输出8输入/6输出14输入/10输出14输入/10输出24输入/16输出本机模拟量I/O无无无2输入/1输出无数字I/O映象区256(128输入/128输出)模拟I/O映象区无32(16输入/16输出)64(32输入/32输出)允许最大的扩展I/O模块无2个模块7个模块7个模块7个模块允许最大的智能模块无2个模块7个模块7个模块7个模块瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共21页，当前为第21页。选用CUP224模块还不能满足本次设计要求，还需要扩展I/O点数。PLC的I/O扩展分为数字量扩展模块和模拟量扩展模块，本设计中输入和输出信号都是数字信号，故采用数字量扩展模块。数字量扩展模块主要分为：数字量输入模块（EM221）、数字量输出模块（EM222）及数字量输入/输出模块（EM223），它们的各种参数如表3-2所示。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共21页，当前为第21页。通过表3-2对各模块的参数比较，选择两个EM223CN8路输入/8路输出数字量扩展模块，DC24V直流电压。PLC内部也是采用DC24直流电压，可与EM223CN数字量扩展模块并联使用，刚好能够满足设计要求，并且也预留有足量的I/O点方便以后技术改进及扩展使用。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共22页，当前为第22页。表3-2数字量I/O扩展模块表瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共22页，当前为第22页。型号各组输入点数各组输出点数EM221CN,8输入DC24V4,4EM221，8输入AC230V8点相互独立EM221CN,16输入DC24V4,4,4,4EM222，4输出DC24V，5A4点相互独立EM222，4继电器输出，10A4点相互独立EM222CN,8输出DC24V4,4EM222CN,8继电器输出4,4EM222，8输出AC230V8点相互独立EM223CN,4输入/4输出DC24V44EM223CN,4输入DC24V/4继电器输出44EM223CN,8输入DC24V/8继电器输出4,44,4EM223CN,8输入/8输出DC24V4,44,4EM223CN,16输入/16输出DC24V8,84,4,8EM223CN,16输入DC24V/16继电器输出8,84,4,4,4EM223，32输入/32输出DC24V16,1616,16EM223，32输入DC24V/32继电器输出16,1611,11,103.3.2PLC外部接线图瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共23页，当前为第23页。图3-1PLC外部接线图瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共23页，当前为第23页。PLC内部工作电压为24V直流电压，数字量扩展模块EM223工作电压也是24V直流电压，与PLC采用并联的方式连接，各I/O点的连接如图3-1所示。PLC外部接线图的各符号说明如表3-3所示。表3-3PLC外部接线图的符号说明表符号说明X1开关柜接线端子X1X2开关柜接线端子X2IRF排砖过程中间继电器控制IRFI打包系统中间继电器控制VT291开关柜3.3.3PLC的I/O点配置PLC的I/0点的分布以及各功能的详细说明如表3-4所示。输入用I表示，输出用Q表示。除了设计中使用的I/O点外，还预留了部分I/O点作为以后扩展功能或者是技术改进使用。表3-4PLC的I/O点配置表模块名称地址符号功能备注CPU224输入端I0.0PBF停止开关窑炉输入I0.1PAF自动运行开关I0.2LTF热磁式继电器常闭触电I0.3FA光电开关1I0.4FP关电开关2I0.5CG接近开关1I0.6CB接近开关2I0.7SI反转开关I1.0PBI停止开关打包输入I1.1PAI自动运行开关I1.2LTI热磁式继电器常闭触电I1.3FPD光电开关3I1.4FS关电开关4I1.5CPA接近开关3EM223模块1输入端I2.0CPM接近开关4I2.1CPB接近开关5I2.2RP微动开关1I2.3SP微动开关2I2.4-I2.7输入备用瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共24页，当前为第24页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共24页，当前为第24页。续表3-4PLC的I/O点配置表模块名称地址符号功能备注EM223模块2输入端I3.0PSP底座上升按钮I3.1PDP底座慢速下降按钮I3.2PTP驱动电机MTP按钮I3.3PT警告I3.4-I3.7输入备用CPU224输出端Q0.0RLV电机快速、慢速运行窑炉输出Q0.1RFG控制瓷质砖输出的门、挡板Q0.2RSC驱动电机MSC使砖传输至C处Q0.3RCD驱动电机MC右转使砖传输至D处Q0.4RCS驱动电机MC左转使砖传输至E处Q0.5RT1驱动电机MT1打包输出Q0.6RTP驱动电机MTP将打包好的一堆砖送走Q0.7RIL驱动电机MI慢速运转Q1.0RIV驱动电机MI快速运转Q1.1EF驱动电磁阀1使挡板下降EM223模块1输出端Q2.0EDL驱动电磁阀2使底板慢速下降Q2.1EDV驱动电磁阀3使底板快速下降Q2.2ES驱动电磁阀4使底板上升Q2.3-Q2.7输出备用EM223模块2输出端Q3.0RL1指示灯L1Q3.1RL2指示灯L2Q3.2RS报警输出Q3.3-Q3.7输出备用3.4上砖机构的PLC控制设计3.4.1由图2-1可知,上砖机构装置的上升、下降分别由电磁铁1YA、2YA控制,上砖机构装置的夹紧和松开由电磁铁3YA、4YA控制,上砖机构装置的左摆、右摆由电磁铁5YA、6YA控制，上砖机构装置的左伸、右伸由电磁铁7YA、8YA控制。当工件已搬到工作台B返回时,为安全起见,用光电开关发出有无工件信号，电磁铁动作顺序如表2-1。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共25页，当前为第25页。表3-1电磁铁动作顺序瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共25页，当前为第25页。工位号动作名称电磁铁1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA0原位+1下降-+-+2夹紧--+3上升+-+4右摆动--+-+5右伸--++-6下降-++-7放松+8上升+--+9左伸++10左摆动+-+--该系统除了开关量的输入、输出外,没有其他方面的要求。确定输入点数为22个,其中行程开关6个,光电开关1个,操作按钮11个,工作方式选择开关2个;输出点数为12,其中电磁铁8个,指示灯4个。4.2I/O分配瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共26页，当前为第26页。根据以上分析，要选择输人点的个数大于14、输出点个数大于10的PLC。对PLC的扫描速度及其它方面无特殊要求。选用S7-200(CPU226)型号的PLC。它共有24个输人、16个输出点、随机存储器为8KB、计数器256个、定时器256个；有2个高速脉冲输出端和2个RS-485通信口；具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由口协议的通信能力；运行速度快、功能强，适用于要求较高的中小型控制系统。PLC与器件的逻辑接线电路图，见图3-1：瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共26页，当前为第26页。图3-1PLC与器件的逻辑接线电路图3.3PLC控制梯形图瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共27页，当前为第27页。由以上I/O分配和电磁铁的动作顺序采指令编写梯形图程序，见图4-2瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共27页，当前为第27页。图3-2梯形图3.3PLC控制程序指令地址指令数据0000LDI1.00001AI0.70002OQ1.00003=Q1.00004LDSM0.00005AI1.10006AI0.60007=Q1.10008RQ0.0,80009LDI2.20010AI2.40011ANQ1.3瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共28页，当前为第28页。0012=M0.3瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共28页，当前为第28页。0013=Q1.20014LDI2.30015ANQ1.20016=Q1.30017LDM0.30018AQ1.10019OQ0.60020ANQ0.70021OQ1.30022AI2.10023=Q0.60024LDI2.00025AI0.20026AI0.40027AQ0.60028OQ0.30029ANQ0.20030ANQ0.70031OQ1.30032AI1.30033=Q0.30034LDQ0.30035AI0.20036AI0.40037AI0.10038OQ0.70039ANT370040OQ1.30041AI2.0瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共29页，当前为第29页。0042=Q0.7瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共29页，当前为第29页。0043LDQ0.70044ANQ0.30045ANQ0.00046OQ1.30047AI1.20048=Q0.20049LDQ0.20050AI0.00051AI0.20052AI0.40053OQ0.00054ANQ0.00055ANQ0.50056OQ1.30057AI1.70058=Q0.00059LDQ0.00060AI0.00061AI0.30062AI0.40063OQ0.50064ANQ0.40065ANQ0.30066OQ1.30067AI1.50068=Q0.50069LDQ0.50070AI0.00071AI0.3瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共30页，当前为第30页。0072AI0.5瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共30页，当前为第30页。0073OQ0.30074ANQ0.20075ANQ0.60076OQ1.30077AI1.30078=Q0.30079TONT37,+1000080LDQ0.30081AI0.10082AI0.30083AI0.50084OQ0.60085AT370086ANQ0.70087OQ1.30088AI2.10089=Q0.60090LDQ0.60091ANQ0.30092ANQ0.10093OQ1.30094AI2.10095=Q0.20096LDQ0.20097AI0.00098AI0.30099AI0.50100OQ0.40101ANQ0.5瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共31页，当前为第31页。0102ANQ0.1瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共31页，当前为第31页。0103OQ1.30104AI1.40105=Q0.40106LDQ0.40107AI0.00108AI0.30109AI0.40110OQ0.10111ANQ0.00112ANQ1.10113OQ1.30114AI1.60115=Q0.10116LDI2.5瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共32页，当前为第32页。0117RQ0.0,12瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共32页，当前为第32页。第4章电气控制设计4.1电源电路电路模块是最基本的部分，也是所有电机及其PLC所需要的基本电能。本设计电机采用三相异步电动机，所以需要380V电压，继电器工作电压为交流110V，西门子S7-200PLC以及扩展模块所需要的工作电压是直流24V，用三相变压器对其进行变压，得到所需电压等级，图中PE为接地，三相交流电机均需要接地，以保证安全。L1、L2、L3分别为三相电压的U相V相W相，通过变压器得到所需要的电压。图中FAN为开关柜中的散热风扇，防止开关柜中的温度过高烧毁电器设备。电源部分设计如图4-1所示。图4-1电源电路图4.2PLC输出驱动瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共33页，当前为第33页。PLC自身的驱动能力很小，不能直接驱动驱动功率较大的电机，所以只能通过驱动继电器，使继电器驱动交流接触器，从而控制电机的运行。控制电路如图4-2所示。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共33页，当前为第33页。图4-2瓷质砖排列过程中间继电器驱动电路图当自动运行开始按钮PAF按下时，则此时PLC的Q0.0输出脉冲信号驱动继电器RLV此时接触器TL和TV接通从而带动慢速电机ML和快速电机MV运行，从而使整个系统开始处于自动运行状态。当瓷质砖在B区域延时后此时PLC的Q0.1发出脉冲信号驱动继电器RFG使接触器TFG接通从而控制电机MFG运行让挡板下降最终使瓷质砖达到C区域，此时PLC的Q0.2发出脉冲信号驱动继电器RSC使接触器TSC接通从而控制电机MSC运行使D区域的皮带上升，瓷质砖到达D区域后，PLC的Q0.3接通驱动继电器RSC使接触器TCS接通使电机MC正转，最终让瓷质砖通过N2通道传输至打包处。当出现紧急情况时，线圈Q0.4接通驱动继电器RCD使接触器TCD接通，改变三相电压的相序，从而控制电机MC反转，让瓷质砖通过应急通道（N1）传输走。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共34页，当前为第34页。打包过程中间继电器驱动和瓷质砖输出过程类似，见附录Ⅱ打包系统控制总图纸的第5张图。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共34页，当前为第34页。4.3低压电机主控制电路低压电机主电路采用三相交流电压380V供电，分别为U、V、W三相，通过热磁式继电器、交流接触器和三相异步电动机串联，PLC通过控制继电器来对交流接触器的控制，从而对电机运行进行控制，从而达到控制目的。三相电机的机壳全部都接地，这主要是为了防止电机在运行时机壳带电造成安全事故。中间继电器的控制过程参考图4-2。MC电机有正转和反转的功能，利用交流接触器TCS和TCD的主触点改变进入电动机的三相电源的相序，即可以改变电动机的旋转方向。当瓷质砖能够正常通过则电机MC正转将砖送至打包处，当出现紧急情况时，接触器TCD接通，此时电机反转通过通道N2传送走，此时再通过人工操作的方法来将砖装箱。图4-3为窑炉输出排砖过程的电机控制电路图，打包过程的电机电路图也是同样的连接方法。图4-3窑炉输出过程电机主电路图瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共35页，当前为第35页。整个自动打包控制系统中各电机的主接线图参见附录Ⅱ图号分别为2/11和3/11，控制系统中所有电机的符号及功能说明见如表4-1所示。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共35页，当前为第35页。表4-1各电机说明表功能符号说明窑炉输出ML慢速运行MV快速运行MFG控制门和挡板MSC紧急情况MC使瓷质砖送至打包处紧急情况MT1E皮带传输1段MT2E皮带传输2段打包控制MT1皮带传输1段MT2皮带传输2段MT3皮带传输3段MI使砖输送至打包出MTP使打包好的一叠砖送走4.4开关柜操作面板开关柜主要是将各种连线集中连接在一起，将各种按钮设置在操作面板上，方便对整个系统的控制。操作面板上设置直流24V电源指示灯，交流110V电源指示灯、IG电源总开关、IF窑炉输出控制开关以及各种其他自动运行按钮以及单步按钮及其各种指示灯，开关柜的操作面板如图4-4所示。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共36页，当前为第36页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共36页，当前为第36页。开关柜的操作面板说明如下表4-2所示。表4-2开关柜操作面板说明表符号说明IG电源总开关IF窑炉输出总开关24V24V直流电源指示灯110V110V交流电源指示灯LAF自动运行指示灯LTF热磁继电器指示灯LA12指示灯PAF自动启动按钮PBF停止按钮SI反转开关PT报警停止按钮接线端子为PLC的外部接线以及手动按钮及其各种传感器检测信号输入接线，将它们全部都安装在开关柜中方便以后故障查找及技术改进提供方便,如图4-5和图4-6所示。接线端子X1的接线为瓷质砖窑炉输出过程中的各传感器和电机接线，图中10/11为输出到XT接线盒中。图4-5接线端子X1图瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共37页，当前为第37页。接线端子X2的接线为瓷质砖打包过程中的各传感器和电机以及手动操作时的信号输入接线。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共37页，当前为第37页。图4-6接线端子X2图4.5打包操作面板打包过程手动操作控制面板，如图4-7所示。手动操作主要在系统自动运行时出现一些故障或者是其他特殊情况时使用的。操作面板中设置了自动运行按钮和单步运行按钮，单步运行按钮包括了底座慢速下降运行，底座上升运行以及驱动电机MTP运行使叠好的一叠砖送走等按钮。这样在自动运行情况下如果发生意外情况时，操作人员就可以及时按下这些按钮，防止意外发生造成对瓷质砖的打包不成功。图4-7打包操作面板图瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共38页，当前为第38页。操作面板各符号说明如表4-3所示。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共38页，当前为第38页。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共39页，当前为第39页。表4-3操作面板说明表瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共39页，当前为第39页。符号说明PAI自动运行按钮LA12自动运行指示灯LTI热磁继电器指示灯PBI停止按钮PDP底板慢速下行按钮PSP底板上升按钮PTP使叠好的一堆砖送走按钮第5章结束语经过了一个学期的努力，终于完成了毕业设计，突然觉得时间过得很快，大学生活也已经接近尾声了。回想做毕业设计的这个过程，有苦有甜。刚拿到自己的毕业设计题目时，看到是与PLC有关，感觉自己对这门学科的知识学习得不够深入，接毕业设计这个机会能够好好的再次学习。在毕业设计的开始阶段，我到图书馆查阅了很多资料，翻阅了大量PLC设计实例，结合指导老师给的图纸，慢慢分析各个控制系统的过程。一开始感觉对图纸理解很困难，很难理清瓷质砖从窑炉输出的过程以及打包的过程，主要是关联的控制条件比较多，经过指导老师的讲解，再慢慢理解消化最终能够理清思路将梯形图编写出来。整套图纸的绘制也是花了大量时间，刚开始也是对CAD不是很熟悉，画图速度很慢，发现画图最困难的是要将整张图纸的比例设计好，这样画出来的图才不至于比例不协调。毕业设计的整个过程感觉是比较痛苦的，但是到了最后突然有一种很轻松的感觉，回想这一过程自己学到了很多东西，像PLC的现场设计，以及对整个生产工艺的图纸绘制，这些都是以后工作中非常实用的技术。大学学习了多门课程，最终能够以毕业形式的方将自己所学的知识表现出来，感觉到自己的大学生活没有了遗憾。PLC在工厂的自动控制装置中应用非常广泛，现在工厂的自动化生产控制单元基本上都是采用的PLC作为控制单元。自动打包控制系统一般在生产产品的工厂中应用，在产品生产好后，需要对其进行打包或者是将产品装入包装盒中，这个步骤用PLC控制将提高生产效率，降低人工成本，使工厂利益达到最大化。本设计是基于S7-200瓷质砖自动打包控制系统设计，CPU模块采用的是CPU224CN，具有14路输入10输出的数字I/O点数。整个瓷质砖打包控制系统共有22路输入和16路输出，CPU本来的I/O点数不能满足要求，所以扩展了两个EM223CN数字量扩展模块。EM223CN有8路输入8路输出I/O点数，能够满足本设计要求，而且还预留了几个端口供以后技改或者是扩展其他功能使用。瓷砖自动包装系统设计(含全套CAD图纸)全文共40页，当前为第40页。窑炉输出过程及打包过程中都是使用的光电传感器及接近开关对瓷质砖的位置进行检测，根据检测情况将脉冲信号输入到PLC中，使其发出信号驱动继电器控制相应的交流接触器使电机运转，从而达到控制的目的。窑炉输出至打包过程中考虑了两种不同的路径，一种是根据设计要求瓷质砖能够正常到达打包系统中，另一种情况是应急情况，当砖未排列整齐或者是其他的一些非正常情况则瓷质砖按照另外一种路线传输，这样就保证了瓷质砖能够持续