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文档简介

《综合设计》课程设计任务书

——供13级机械设计及其自动化专业学生用

引言:(课程)综合设计是机械专业的一个重要教学环节,既有别于毕业

设计,又不同于课堂教学。它须要学生统筹运用所学各个专业的基本理论、基

本方法对现实生活中的实际系统进行设计和调试。

一、设计题目一:供料检测单元

本设计要求娴熟运用西门子公司的S7-200系列产品各基本指令和部分应

用指令,依据限制要求进行PLC梯形图编程,主要完成将物料依次送至皮带传

送检测单元上。

二、系统工作过程说明

1.供料单元组成:

由井式工件库、光电传感器、物料、推料气缸、直流电机、传输线、

安装支架等组成。主要完成将物料依次送至皮带传送检测单元上。

•光电传感器:此传感器为光电漫反射型传感器,用来检测有无物料。有

物料时为PLC供应一个输入信号。

•磁性传感器:用于气缸的位置检测。当检测到气缸精确到位后将给PLC

发出一个到位信号。(磁性传感器接线时留意蓝色接,棕色接“PLC

输入端”)o

•警示灯:用于系统运行状态的信号指示。

•推料气缸:将物料推到皮带传送单元上,由单相电控气动阀限制。

•井式工件库:用于存放物料,料筒侧面有视察槽。

•安装支架:用于安装工件库和推料气缸等。

•限制按钮板:用于系统的基本操作、单机限制、联机限制。

・电气网孔板:主要安装PLC主机模块、空气开关、开关电源、I/O转接

端子、各种接线端子等。

2.限制要求:

系统上电后“复位”按钮灯闪烁,按“复位”按钮,清空传输线上的物料,

同时“起先”按钮灯闪烁;按“起先”按钮,进入工作状态,按调试按钮,推

料气缸动作,推料至传输线上,工件在10秒内没有送到物料台上时,同时警示

红灯亮(表示工件库卡料);工件送到传输线上,电机带动传输线进行输送,到

位后停止运行。

若按下“复位”按钮3秒钟,系统起先复位,复位完成后“起先”

按钮灯闪烁,按“起先”按钮,系统干脆进入等待工作状态,要再次运行系统

时,按下“调试”按钮即可按工作流程动作。

当出现异样,按下该单元“急停”按钮,“停止”按钮灯点亮,该

单元马上会停止运行,当解除故障后,旋开“急停”按钮,并按下“上电”按

钮,该单元可接着从出现异样的断点接着运行。

单机运行时,若该单元运行时需停止,但要等该周期运行结束再停止,

按下该单元“停止”按钮即可,当解除故障后或该周期运行结束,“起先”按

钮灯闪烁,然后按下“起先”按钮,系统进入工作状态。

三、设计步骤:

(1)熟悉该单元用到的元件,并测出数据,建模、装配(UG/CATIA);

(2)对系统进行需求分析,确定I/O点数,支配I/O地址;

(3)画出PLC硬件接线图;(用CAD画)

(4)绘制PLC梯形图;

(5)简述工作过程。

(6)设计报告

目录

摘要...............................................................1

一、绪论............................................................3

二、PLC概述.......................................................4

三、硬件设备的说明..................................................6

1、电感式接近开关的设备说明.....................................6

2、电感式接近开关传感器的基本工作方式...........................6

3、继电器的设备及微动开关的设备说明.............................6

4、电磁阀的设备说明.............................................7

5、光电传感器设备说明...........................................7

四、系统分析及硬件设计..............................................8

1、系统工作说明.................................................8

2、UG三维模型.................................................8

3、系统I/O支配.................................................9

4、PLC外部接线...............................................10

五、系统软件设计...................................................11

1、系统流程图..................................................11

2、系统程序设计................................................12

六、系统调试.......................................................15

总结...............................................................18

参考文献...........................................................19

附录...............................................................20

摘要

PLC是应用面特殊广、功能强大、运用便利的通用工业限制装置,已经成为

当代工业自动化的主要支柱之一。本文应用可编程限制器实现自动化生产线加

工系统的供料单元限制,该系统充分利用了可编程限制器(PLC)的功能,加上

传感器、传动气压的技术实完成原料的供应配送。这一限制的实现和应用,充

分体现了PLC限制在工业生产中的优势,并可以提高制造工业的柔性和生产效

率。

关键词:PLC;自动化;限制

ABSTRACT

PLCisauniversalindustrialcontroldevicewithaverywideapplication,

powerfulfunctionandeasytouse.Ithasbecomeoneofthemainpillarsofmodern

industrialautomation.Theprogrammablecontrollertorealizethefeedingunit

processingsystemofautomaticproductionlinecontrolbasedonBECKHOFF,the

systemmakesfulluseoftheprogrammablecontroller(PLC)function,coupledwith

thepressuresensor,thetransmissiontechnologytorealizemechanicalhandupand

down,graspingandreleasing,movingaroundaseriesofmovementsthesupplyof

rawmaterials,completedistribution.Therealizationandapplicationofthiscontrol

fullyembodiestheadvantagesofPLCcontrolinindustrialproduction,andcan

improvetheflexibilityandproductionefficiencyofmanufacturingindustry.

KeyWord:PLC;Automation;Control

一、绪论

1、设计目的

(1)驾驭可编程限制器硬件电路的设计方法。

(2)娴熟运用小型可编程限制器的编程软件,驾驭可编程限制器软件程

序的设计思路和梯形图的设计方法。

(3)驾驭可编程限制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法

(4)通过课程设计娴熟驾驭资料的查询(图书、网络),将PLC课程所

获学问在工程设计工作中综合地加以应用,使理论学问和具体案例设计

结合起来。

2、设计内容

(1)设计物料送出的气动装置及物料的储存。

(2)选用合适的传感器检测物料的颜色对物料进行分类及其物料的

传送装置。

(3)选用合适的电动机。

(4)PLC的外部接线和PLC的内部程序设计。

3、要实现的目标

对物料的颜色进行分类,把物料推出并传送的指定的位置,为下一步工序

做好准备。在整个过程中实现自动限制。

二、PLC概述

1、PLC(ProgrammableLogicController)即可编程逻辑限制器。它接受一

类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、依次限制、定时、

计数与算术操作等面对用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出限制各种类

型的机械或生产过程。可编程逻辑限制器具有以下显明的特点。运用便利,编

程简洁接受简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言,而无需计算机学问,

因此系统开发周期短,现场调试简洁。另外,可在线修改程序,变更限制方案

而不拆动硬件。功能强,性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用

户运用的编程元件,有很强的功能,可以实现特殊困难的限制功能。它与相同

功能的继电器系统相比,具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网,实

现分散限制,集中管理。

2、硬件配套齐全,用户运用便利,适应性强PLC产品已经标准化、系列

化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵敏便利地

进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很便利,

一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载实力,可以干脆驱动一般

的电磁阀和小型沟通接触器。硬件配置确定后,可以通过修改用户程序,便利

快速地适应工艺条件的变更。

3、牢靠性高,抗干扰实力强传统的继电器限制系统运用了大量的中间继

电器、时间继电器,由于触点接触不良,简洁出现故障。PLC用软件代替大量

的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件,接线

可削减到继电器限制系统的1/10-1/100,因触点接触不良造成的故障大为削减。

PLC实行了一系列硬件和软件抗干扰措施,具有很强的抗干扰实力,平均无故

障时间达到数万小时以上,可以干脆用于有猛烈干扰的工业生产现场,PLC已

被广袤用户公认为最牢靠的工业限制设备之一。

4、系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器限制

系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,使限制柜的设计。

PLC的梯形图程序一般接受依次限制设计法来设计。这种编程方法很有规律,

很简洁驾驭。对于困难的限制系统,设计梯形图的时间比设计相同功能的继电

器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在试验室模拟调试,输入

信号用小开关来模拟,通过PLC上的发光二极管可视察输出信号的状态。完成

了系统的安装和接线后,在现场的统调过程中发觉的问题一般通过修改程序就

可以解决,系统的调试时间比继电器系统少得多。

5、修理工作量小,修理便利PLC的故障率很低,且有完善的自诊断和显

示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时,可以依据PLC上的发

光二极管或编程器供应的信息快速地查明故障的缘由,用更换模块的方法可以

快速地解除故障。

三、硬件设备的说明

1、电感式接近开关的设备说明

电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量(如位移、压力、流量、

振动等)转换成线圈自感系数L或互感系数M,再由测量电路转换为电压或电

流的变更量输出。电感式传感器具有结构简洁、工作牢靠、测量精度高、零点

稳定、输出功率较大等一系列优点,其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围

相互制约,传感器自身频率响应低,不适用于快速动态测量。这种传感器能实

现信息的远距离传输、记录、显示和限制,在工业自动限制系统中被广泛接受。

2、电感式接近开关传感器的基本工作方式

电感式接近开关传感器可以检测从传感器侧向水平接近的被测体,也可以

检测从传感器迎面垂干脆近的被测体。被测体接近传感器到传感器开关动作的

距离为动作距离;不受温度和电压上下浮动影响的动作距离为实际的工作距离。

传感器在工作中存在着动作距离与复位距离的差值,被称为动作带差。被测量

体进入或退出检测有效范围时将出现动作上的时间延迟,称为相应时间。在传

感器的应用中,应依据实际状况考虑这些参数对检测结果是否有影响。

电感式接近开关传感器,是一种利用涡流感知物体接近的器件。它的敏感元件

为检测线圈,它是振荡电路的一个组成部分,在检测线圈的工作面上存在一个

交变磁场。当金属物体接近检测线圈时,金属物体就会产生涡流而吸取振荡能

量,使振荡减弱直至停振,振荡与停振这两种状态经检测电路转换成开关信号

输出。

3、继电器的设备及微动开关的设备说明

加盖单元中用到继电器的主要部分是:摆臂动作的水平方向上的运动。水

平运动动力依靠直流电机,而继电器在此处的应用就是实现这两个电机的正反

转限制,也就是摆臂的运行和复位的限制。通过继电器的吸合和断开,实现电

压的正负变更,达到限制电机正反转的目的。

继电器是依据电流、电压、时间、温度和速度等信号的变更,来接通或断开小

电流电路和电器的限制元件。常用的继电器有热继电器、过电流继电器、欠电

压继电器、时间继电器、速度继电器、中间继电器等。按作用它们分为爱惜继

电器和限制继电器两类:其中热继电器、过电流继电器、欠电压继电器属于爱

惜继电器;时间继电器、速度继电器、中间继电器属于限制继电器。

微动开关由一个定触点和一个动触点组成,通过动触点的动作,实现微动开关

的断开和闭合的过程。在本设计中的应用是:接受限位开关作为PLC中限制电

机正反转的条件,当摆臂取、放件时只有遇到行程开关时才认为摆臂到位,(且

PLC上有相应的输入指示灯显示)方可启动电机或限制电机正反转。同时也启

到爱惜电机的作用。

4、电磁阀的设备说明

电磁铁,它是电磁阀的主要部件之一,其作用是利用电磁原理将电信号转

换成阀芯的位移。电磁铁的结构可分为T型、I型和平板型,T型电磁铁为削

减铁损,用高磁通的硅钢片叠制成,能够获得较好的效率和较大的吸引力,但

所需的行程和体积较大,主要用于行程较大的直动式电磁阀。I型电磁铁适用

于直流电磁铁和小型沟通电磁铁,用圆柱形一般材料制成,其铁心的端面通常

制成平面装货圆锥状。与T型电磁铁相比,I型电磁铁的吸力小,行程较短。

圆柱形铁心的重量轻、吸引时的冲击较小,所以运用寿命长,主要用与小型直

动式和先导式电磁阀。

5、光电传感器设备说明

光电传感器是通过把光强度的变更转换成电信号的变更来实现限制的

光电传感器在一般状况下,有三部分构成,它们分为:发送器、接收器和检测

电路。发送器对准目标放射光束,放射的光束一般来源于半导体光源,发光二

极管(LED)、激光二极管及红外放射二极管。光束不间断地放射,或者变更脉

冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面,

装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路,它能滤出有效信号和应

用该信号。

四、系统分析及硬件设计

1、系统工作说明

当设备接通电源与气源、PLC运行后,首先执行复位动作,推料缸缩回到

位。然后进入工作运行模式,在料仓中有工件、各个执行机构都在其初始位置

的状况下,当按触起先按钮时,供料单元的执行机构将把存放在料仓中的工件

取出并转送出去(例如:送到下一个工作单元);并且,只要料仓中有工件,此

工作就接着,即:自动连续运行。在运行过程中,当按触停止按钮后或者当料

仓中无工件时,供料单元应当在完成了当前的工作循环之后停止运行,并且各

个执行机构应当回到初始位置。在启动前,供料单元的执行机构若不在初始位

置、料仓中若无工件,则不允许启动单机运行时,若该单元运行时需停止,但

要等该周期运行结束再停止,按下该单元“停止”按钮即可,当解除故障后或该

周期运行结束,“起先”按钮灯闪烁,然后按下“起先”按钮,系统进入工作状态。

2、UG三维模型

(1)工作台

图3-1

(2)送料装置

3、系统I/O支配

有些设备的运动部件的位置常常须要进行调整,这就要用到具有点动调整

的功能。这样除了一些启动按钮、停止按钮外,还须要增加点动按钮,对应的

I/O地址支配见表4-1

表4-1单元I/O支配

形式序号名称PLC地址编号地址设置

1有料检测10.0S2

2颜色检测10.1S1

3到料检测10.2S3

4推出限位10.3SA

输入

5上电10.7SB1

6手动起先11.0SB2

EM277总

7手动复位11.1SB3

线模块设

8手动调试11.2SB4置的站号

1手动-自动11.3M2为:8

与总站通

2单机-联机11.4HL2

讯的地址

3手动停止11.5KM为:2〜3

4电机转Q0.0Ml

输出

5红灯Q0.4M3

6绿灯Q0.2HL1

7上料汽缸Q0.1HA1

8蜂鸣器Q0.3HA2

4、PLC外部接线

PLC电路接线图中电气限制电路中个支路是同时加上电压并行工作的,而

PLC则接受不断循环、依次扫描方式工作。虽然扫描的时间很短,但在设计梯

形图是对这种并行处理方式与串行处理的差别要留意。

图4-1PLC外部接线图

五、系统软件设计

1、系统流程图

图5-1流程图

2、系统程序设计

SM0.1在程序执行的第一个扫描周期接通,通常用于程序的初始化。

网络1

SM0.1S0.0

图5.2-1程序初始化

工步一:上电后调试灯闪烁。

网络2

S0.0

SCR

网络3

SM0.5Q1.1

<)

网络4

11.2S0.1

(SCRT)

网络5

-------(SCRE)

图5.2-2

工步二:检测到有料,气缸启动推出物料。

网络6

S0.1

SCR

网络7

I0.0Q0.1

TI--C)

网络8

I0.3S0.2

—II--(SCRT)

网络9

-----(SCRE)

图5.2-3

工步三:电动机启动,传送物料。

网络10

S0.2

SCR

网络11

I0.3M0.2

—I)

M0.2

T1

网络12

I0.2S0.3

(SCRT)

图5.2-4

工步四:物料将要到达指定位置,程序延时3s后电动机停止。

图5.2-6

六、系统调试

在编写好程序后编译没有错误后将程序下载到PLCO如图6-E

下羲

PPI连接

使用“选项”按钮选择需要下载的块。

远程地址:3CPU224CNREL02.01

下载|取消

P程序块至:PLC

P数据块至:PLC

17系统块至:PLC

r配方

r数据记录配置

P成功后关闭对话框

❷单击获取帮助和支持P提示从RUN(运行)转换为STOP(停止)模式

图6-1程序的下载

在程序执行的过程中我们可以打开监控视察程序的运行状况。图6-2为程

序在运行的过程的电动机的运行。可见运用了程序的“自保持”。

图6-2电动机的运行

程序延时3S图6-3.

图6-3延时3秒

总结

通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法,对PLC的工作原理和

运用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中,提高了我们的工程素养,

在没有做实践设计以前,我们对学问的撑握都是思想上的,对一些微小环节不

加重视,当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候,问题出现了,不是不

能运行,就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出

现的问题,我们对PLC的理解得到加强,看到了实践与理论的差距。通过合

作,我们的合作意识得到加强。合作实力得到提高。上高校后,很多同学都没

有过深化的沟通,在设计的过程中,我们用了分工与合作的方式,每个人负责

确定的部分,同时在确定的阶段共同探讨,以解决分工中个人不能解决的问题,

在沟通中大家主动发言,和提出看法,同时我们还向别的同学请教。在此过程

中,每个人都想自己的方案得到实现,主动向同学说明自己的想法。能过比较

选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过实力。

在这次设计中我主要担当在设计中的程序设计,在编好程序后在调试的过

程中出了很多问题。在运用步进写程序时没有考虑的很周全,在运行过程由于

程序不对,送料气缸始终处于快速运转中,让物料没法正确的送出。

参考文献

[1].刘美俊主编.西门子PLC编程及应用.北京:机械工业出版社,2023.7

[2].牛永奎,冷芳.传感器与应用.北京:清华高校出版社,2023

[3]

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