磚頭生產(chǎn)線(xiàn).doc

編號(hào)： 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書(shū) 題 目：磚頭生產(chǎn)線(xiàn)的PLC控制 系 別： 機(jī)電工程系 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械電子工程 學(xué)生姓名： 吳 清 學(xué) 號(hào)： 1253200205 指導(dǎo)教師： 廖曉梅 職 稱(chēng)： 高級(jí)工程師 題目類(lèi)型：理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā) 應(yīng)用研究2014年 12 月 28 日 摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)生產(chǎn)已占據(jù)了工業(yè)中不可取代的位置。當(dāng)然，培養(yǎng)設(shè)計(jì)和操作自動(dòng)產(chǎn)線(xiàn)的人才也是至關(guān)重要的。PLC自動(dòng)磚頭生產(chǎn)線(xiàn)是貼近工業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)題，它綜合了液壓與氣壓原理、PLC技術(shù)、電器與控制技術(shù)、傳感器技術(shù)等多門(mén)課程的知識(shí)，屬于一種較為典型的PLC設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)由三菱FX2N型PLC控制整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)，包括自動(dòng)攪拌機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、沖壓成型機(jī)構(gòu)、切磚成型機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分。關(guān)鍵詞：自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)；PLC；控制 Abstractwith science technical development, automatically the production has already occupied the not commutable position in the industry.Certainly, development design and operate the talented person of automatic production line is also to the pass is important.So this graduation designs to choose an experiment equipments-type THJDAL-3 that approaches actual production most automatic production line.Type THJDAL-3 automatic production line is purchase in the laboratory of production equipments, it synthesized hydraulic and barometric principle, PLC technique, electric appliances and control technique, spread a feeling machine technique the knowledge of etc. several courses, belong to a kind of more typical production line equipments, for the sake of will it the existing control system reform in order to be controled by the Mitsubishi FX2N type PLC, this graduation designs to request student as to its the existing control system carry on an investigation, and request and do a total design project according to its control, design one the control diagram of sets system paper and procedure, and carry on the spot of adjust to try.This system is controled the whole production line by the Mitsubishi FX2N type PLC, include a Gun way transmission up anticipate organization and automatically put a set organization, double the work well type up anticipate an organization, porterage to assemble organization, process blunt press an organization, porterage heap Duo organization is six parts.Reformation of the system operation is simple and decline low cost, effectively toughenned student for using flexibly knowledge.Key words： automatic production line;PLC;Control 目 錄引言11 課題的意義及設(shè)計(jì)方案論證11.1 課題意義12 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀23 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)要求與產(chǎn)品的概述33.1 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)要求33.2 產(chǎn)品概述43.3 產(chǎn)品的特點(diǎn)53.4 系統(tǒng)框圖54 設(shè)計(jì)項(xiàng)目及所需器材設(shè)備54.1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目54.1.1傳感器應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)54.1.2氣動(dòng)應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)54.2 所需器材設(shè)備54.2.1PLC64.2.2硬件連接圖84.2.3技術(shù)性能84.3 系統(tǒng)組成95 自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)各個(gè)模塊設(shè)計(jì)95.1 攪拌機(jī)構(gòu)95.1.1主要組成與功能95.1.2主要技術(shù)指標(biāo)95.1.4工作流程105.2 傳送機(jī)構(gòu)105.2.1主要組成與功能115.2.2主要技術(shù)指標(biāo)115.2.3工作流程115.3 沖壓成型機(jī)構(gòu)135.3.1主要組成與功能135.3.2主要技術(shù)指標(biāo)135.3.4工作流程135.4 切磚成形機(jī)構(gòu)155.4.1主要組成與功能155.4.2主要技術(shù)指標(biāo)155.4.4工作流程156.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)176.1.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則176.1.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟176.2 PLC的選型197 結(jié)論19謝辭20參考文獻(xiàn)21附錄22 第 20 頁(yè) 共 34 頁(yè)桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 引言隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技水平的提高，人類(lèi)控制活動(dòng)的范圍越來(lái)越廣，控制的能力也原來(lái)越強(qiáng)。特別是在現(xiàn)在的大工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證正常的生產(chǎn)和工作條件或?yàn)榱松a(chǎn)出更高質(zhì)量、更高性能的產(chǎn)品，必須對(duì)某些物理量（如溫度、壓力、力矩、重量、流量、液位、電壓、電流、位移、速度和轉(zhuǎn)速等）進(jìn)行精確的控制，盡量使這些物理量保持在某個(gè)數(shù)值附近，或按特定的規(guī)律變化。如在藥品生產(chǎn)過(guò)程中，要控制溫度保持恒定或按一定規(guī)律變化，以保證生產(chǎn)出高質(zhì)量的藥品。為了滿(mǎn)足這種控制上述物理量的需求，就必須對(duì)生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的、適當(dāng)?shù)牟僮骺刂?，以消除或減弱外界干擾對(duì)設(shè)備的影響。這種操作控制，如用人工來(lái)執(zhí)行就稱(chēng)為人工控制，如用自動(dòng)裝置來(lái)完成就稱(chēng)為自動(dòng)控制，也成為自動(dòng)化技術(shù)。就目前發(fā)展看，自動(dòng)化技術(shù)是綜合利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、制造技術(shù)、控制技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)和管理科學(xué)等學(xué)科知識(shí)，采用設(shè)備集成和信息集成，實(shí)現(xiàn)了從規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、管理銷(xiāo)售等功能的自動(dòng)化控制。所涵蓋內(nèi)容從最底層的感應(yīng)元件、傳感器到執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等非常廣泛，是現(xiàn)代化工業(yè)建立與發(fā)展的一個(gè)重要支柱技術(shù)，是關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活改善的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是本世紀(jì)工業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)，其地位的重要不言而喻。自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)就是用合適的機(jī)械和電氣設(shè)備來(lái)充當(dāng)給定元件、測(cè)量元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件、以及校正元件等控制器的構(gòu)成要素，并把這些機(jī)械和電氣設(shè)備有機(jī)地、按邏輯地結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算、判斷、調(diào)節(jié)、控制的功能?，F(xiàn)代的生產(chǎn)工藝對(duì)自動(dòng)控制的要求越來(lái)越高，單純使用機(jī)械或電氣很難滿(mǎn)足這種要求，實(shí)際上大部分的自控系統(tǒng)是由機(jī)械設(shè)備和電氣元件相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，機(jī)械和電氣之間有著密切的聯(lián)系，既相互配合，有時(shí)又相互取代，而且又相互融合的趨勢(shì)，即機(jī)電一體化。當(dāng)機(jī)械或電氣都能實(shí)現(xiàn)某一功能時(shí)，要考慮價(jià)格、性能、可靠性、壽命、參數(shù)調(diào)整、維護(hù)維修等多種因素來(lái)進(jìn)行選擇。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械和電氣相比，具有制造成本高、易磨損、不便于修改工藝參數(shù)、維護(hù)成本高等缺陷。因此，隨著電子電氣技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的原先必須使用復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合都逐步使用電氣設(shè)備來(lái)取代機(jī)械設(shè)備，特別是智能化的控制設(shè)備，如可編程控制器（PLC）、工控計(jì)算機(jī)等出現(xiàn)后，電氣設(shè)備在自動(dòng)控制領(lǐng)域越來(lái)越多地起著核心作用，電氣控制的地位正變得越來(lái)越重要。1 課題的意義及設(shè)計(jì)方案論證1.1 課題意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷快速發(fā)展，自動(dòng)化生產(chǎn)已占據(jù)了現(xiàn)代工業(yè)的半壁江山。當(dāng)然，培養(yǎng)設(shè)計(jì)和操作自動(dòng)產(chǎn)線(xiàn)的人才也是至關(guān)重要的。學(xué)生在校園學(xué)到的只是理論知識(shí)，理論結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)是關(guān)鍵，所以本次實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)選擇一個(gè)接近生產(chǎn)生活的課題-磚頭生產(chǎn)線(xiàn)的PLC控制本課題的目的是：1掌握按鈕、行程開(kāi)關(guān)和接觸器等與PLC各模塊的正確接線(xiàn)；2掌握PLC編程的設(shè)計(jì)、調(diào)試方法和技巧；3. 掌握GX-Developer軟件和GT-Designer軟件的使用方法。 通過(guò)基于該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的使用、訓(xùn)練和培訓(xùn)，引導(dǎo)我們學(xué)習(xí)的興趣和方向，促進(jìn)了工學(xué)結(jié)合高等技能人員培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和改革，培養(yǎng)出更多能適應(yīng)企業(yè)需求的高素質(zhì)、多技能的、自動(dòng)化控制人才，同時(shí)推動(dòng)時(shí)代及工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2 設(shè)計(jì)方案論證方案一：可用西門(mén)子PLC控制該系統(tǒng)，西門(mén)子PLC是德國(guó)品牌，指令比較抽象，學(xué)習(xí)難度較大，但指令較少，容易記住指令。西門(mén)子的模擬量模塊價(jià)格便宜，程序簡(jiǎn)單過(guò)程控制與通信控制西門(mén)子是強(qiáng)項(xiàng)，而要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動(dòng)作控制西門(mén)子是弱項(xiàng)，沒(méi)有特別為某項(xiàng)功能開(kāi)發(fā)的指令，雖然對(duì)伺服或步進(jìn)定位控制可以實(shí)現(xiàn)，但是程序量大，控制精度相對(duì)較低。若本系統(tǒng)利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和變頻器，根據(jù)學(xué)生在校所學(xué)的知識(shí)是難以完成的，參數(shù)設(shè)定需要的軟件學(xué)校不能提供和涉及的知識(shí)較深短時(shí)間難以掌握，另外，步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和變頻器價(jià)格較貴，提高成本，操作麻煩。方案二：可用三菱PLC控制該系統(tǒng)，三菱PLC是日系品牌，編程直觀易懂學(xué)習(xí)起來(lái)比較輕松。三菱品牌具有針對(duì)離散控制以及運(yùn)動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)，三菱的指令豐富，有專(zhuān)用的定位指令，易于控制定位，要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動(dòng)作控制是三菱的強(qiáng)項(xiàng)。而西門(mén)子在這塊就較弱，沒(méi)有專(zhuān)用的指令。但是，三菱的模擬量模塊價(jià)格昂貴，程序復(fù)雜，相對(duì)西門(mén)的通信，三菱是處于弱勢(shì)的。另外，直流電機(jī)比步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和變頻器便宜，節(jié)約成本。作者在校學(xué)習(xí)的也是三菱PLC，利用自己已學(xué)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題。綜上所述，要根據(jù)不同的設(shè)備選用不同的控制方式，要合理的選用PLC，用其長(zhǎng)處，避其短處。本次實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)大部分是離散控制和運(yùn)動(dòng)控制，所以該系統(tǒng)選用方案二。2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)招標(biāo)要求研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器PLC（DPD-14型），并成功地應(yīng)用在通用汽車(chē)的生產(chǎn)線(xiàn)上，而后的20世紀(jì)80年代改革開(kāi)放時(shí)期可編程控制器被引入我國(guó)，以可編程控制器代表的自動(dòng)化設(shè)備在我國(guó)工業(yè)控制領(lǐng)域取得了很大的貢獻(xiàn)。跟國(guó)際同行業(yè)相比，我國(guó)的自動(dòng)化水平還顯得不夠成熟，在運(yùn)用于開(kāi)發(fā)方面尤其不足，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的改造尚處于起步階段，這與自動(dòng)化水平成熟的發(fā)的國(guó)家差距明顯。因此，國(guó)家在本世紀(jì)頭20年經(jīng)濟(jì)建設(shè)和改革的主要任務(wù)是基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，大力推進(jìn)信息化，并進(jìn)一步提出信息化是本國(guó)加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇。目前，對(duì)于不同品牌的PLC控制器而言，他們的共同趨勢(shì)都是向小型微型和巨型兩個(gè)方向發(fā)展，功能越來(lái)越往兩個(gè)方面：特殊功能模塊，產(chǎn)品規(guī)格會(huì)系列會(huì)更多、更全，周邊相關(guān)產(chǎn)品線(xiàn)也會(huì)越來(lái)越豐富；性?xún)r(jià)比越來(lái)越高，能更加恰當(dāng)而不浪費(fèi)地滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的要求。近幾年來(lái)，國(guó)外興起了工廠自動(dòng)化（Factory Autoimmunization，簡(jiǎn)稱(chēng)EA）系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（ Flexible Manufacture System,簡(jiǎn)稱(chēng)FMS）及集散型控制系統(tǒng)（Distributed Control System,簡(jiǎn)稱(chēng)DCS）等發(fā)展得需要，但是在我國(guó)還鮮有這樣的例子。從這一現(xiàn)狀可以看出，我國(guó)的自動(dòng)化水平與國(guó)外技術(shù)還有一個(gè)明顯的差距。根據(jù)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展來(lái)看，可編程控制器目前已應(yīng)用于冶金、石油化工、汽車(chē)制造、機(jī)床、紡織、環(huán)保等行業(yè)，可就其發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，在今后的發(fā)展和改革中，可編程控制器還將在生活、娛樂(lè)、交通等諸多與人們?nèi)粘Ｏ⑾⑾嚓P(guān)的領(lǐng)域占有一席之地，而且比重將會(huì)越來(lái)越高，占領(lǐng)的速度也會(huì)越來(lái)越快?？梢?jiàn)，在21世紀(jì)這個(gè)信息化、自動(dòng)化、智能化的大時(shí)代，可編程控制器的前景會(huì)無(wú)限寬廣，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)人才的需求也會(huì)不斷增長(zhǎng)，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)也必將成為21世紀(jì)的一個(gè)新熱門(mén)專(zhuān)業(yè)?？傊?，PLC已成為解決自動(dòng)控制問(wèn)題的最有效工具，必將越來(lái)越廣泛地受到人們的關(guān)注。3 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)要求與產(chǎn)品的概述3.1 實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)要求可編程控制器(PLC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱(PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM)之一。PLC的應(yīng)用已成為一個(gè)世界潮流，在不久的將來(lái)PLC技術(shù)在本國(guó)將得到更全面的推廣和應(yīng)用。所以培養(yǎng)利用PLC控制自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的人才迫在眉睫，為了讓學(xué)生能更好的把在學(xué)校學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，本次實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)要求學(xué)生使用FX2N型PLC，提升學(xué)生融會(huì)貫通的能力。3.2 產(chǎn)品概述本系統(tǒng)是一種最為典型的機(jī)電與自動(dòng)化產(chǎn)品，是為職業(yè)院校、職業(yè)教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)而研制的，它適合機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)和培訓(xùn)。它在接近工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)上又針對(duì)教學(xué)及實(shí)訓(xùn)目的進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論的應(yīng)用能力。該系統(tǒng)由五部分組成，分別為：自動(dòng)攪拌機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、加工沖壓機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)成型機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分。完成工件上料、攪拌、搬運(yùn)、加工成型、燒結(jié)等功能，產(chǎn)品圖片如圖3-1所示。涵蓋了自動(dòng)化類(lèi)中機(jī)電一體化和電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中所涉及的PLC控制、傳感檢測(cè)、機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝與系統(tǒng)調(diào)試等內(nèi)容。通過(guò)基于該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的使用、訓(xùn)練和培訓(xùn)，鍛煉自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員裝配檢修能力、成本與安全意識(shí)。通過(guò)該系統(tǒng)的教學(xué)，可引導(dǎo)高校自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)發(fā)展以及改革的走向，促進(jìn)了工學(xué)結(jié)合高等技能人員培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和改革，培養(yǎng)出更多能適應(yīng)企業(yè)需求的高素質(zhì)、多技能的、自動(dòng)化控制人才，同時(shí)推動(dòng)時(shí)代及我國(guó)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。圖3-1 產(chǎn)品圖片3.3 產(chǎn)品的特點(diǎn)（1）本實(shí)訓(xùn)裝置貼近工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要求，是典型的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，設(shè)備從選材、工藝、流程、結(jié)構(gòu)、控制等各方面都從實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出發(fā)，考慮工學(xué)結(jié)合要求，有機(jī)融合了機(jī)械、電氣、傳感器、PLC控制及工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù)，能開(kāi)展任務(wù)驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目教學(xué)法。（4）該實(shí)訓(xùn)裝置PLC模塊I/O端子、各常用模塊接線(xiàn)端子，均采用安全型插座，使用帶安全插頭的導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行電路連接；各指令開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、傳感器和指示元件的電路通過(guò)端子排進(jìn)行連接。插拔線(xiàn)連接電路與端子排連接電路相結(jié)合，既保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)練、形成和鞏固，又保證電路連接的快速、安全和可靠。3.4 系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)主要完成工件的加工與傳送任務(wù)，通過(guò)PLC控制接收、處理數(shù)據(jù)，只要一旦有輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)PLC處理，就會(huì)在輸出端有相應(yīng)的輸出。本設(shè)計(jì)是基于FX2N-64MR型PLC控制為核心，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，有自動(dòng)攪拌機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、加工沖壓機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)成型機(jī)構(gòu)等組成，系統(tǒng)原理框圖如圖3-2所示。 正常停止 系統(tǒng)順序啟動(dòng) 正常工作 點(diǎn)動(dòng)控制 定量生產(chǎn) 批量生產(chǎn) 緊急停止圖3-2 系統(tǒng)原理框圖4 設(shè)計(jì)項(xiàng)目及所需器材設(shè)備4.1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目4.1.1傳感器應(yīng)用技術(shù)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)涵蓋的傳感器數(shù)量很多，包括電感式、光電式、光纖式以及色標(biāo)，每種傳感器都有其特性和原理，它們的作用及用法也不盡相同，它們共同協(xié)作時(shí)可使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。學(xué)生可通過(guò)了解各類(lèi)傳感器在不同工作環(huán)境下的特性來(lái)加深對(duì)這些傳感器的認(rèn)識(shí)。4.1.4電氣控制電路設(shè)計(jì)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)個(gè)工作機(jī)構(gòu)其電控部分全部按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且以附件方式提供全部設(shè)計(jì)圖紙和說(shuō)明書(shū)。學(xué)員在該設(shè)備上可學(xué)習(xí)電路原理圖分析、PLC各I/O 地址查對(duì)和設(shè)備電路連線(xiàn)方法。4.2 所需器材設(shè)備本系統(tǒng)采用三菱PLC FX2N-64MR作為主控CPU，顯示數(shù)據(jù)與參數(shù)輸入通過(guò)三菱觸摸屏與PLC連接實(shí)現(xiàn)。CPU：三菱FX2N型64點(diǎn)I/O型CPU(其中64點(diǎn)為32口輸入、32口輸出)。 通訊線(xiàn)：USB接口連線(xiàn)、RS-232接口連線(xiàn)。計(jì)算機(jī) 。4.2.1PLCFX系列PLC實(shí)物圖如圖4-1所示： 圖4-1 FX系列PLC實(shí)物圖(1)PLC概述PLC是英文Programmable Logic Controller的縮寫(xiě)，意為可編程序邏輯控制器。時(shí)間上第一臺(tái)PLC于1969年由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制成功，隨著技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能大大增強(qiáng)，不僅限于邏輯控制，因此美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)NEMA于1980年對(duì)它進(jìn)行重命名，稱(chēng)為可編程邏輯控制器（Programmable Controller），簡(jiǎn)稱(chēng)PC，但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)PC（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣將PLC當(dāng)做可編程控制器的縮寫(xiě)。由于可編程控制器一直在發(fā)展中，至今尚未對(duì)其下最后的定義。國(guó)際電工學(xué)會(huì)（IEC）對(duì)PLC最新定義為：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用了可編程序的儲(chǔ)存器，用來(lái)在其內(nèi)部?jī)?chǔ)存執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的、輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，可編程控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體。PLC是一種專(zhuān)為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的控制器，它主要有以下特點(diǎn)。可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。為了適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用要求，PLC從硬件和軟件方面采用了大量的技術(shù)措施，一遍能在惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行，現(xiàn)在大多數(shù)PLC的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間可達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)。通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便。PLC可利用期權(quán)的各種硬件裝置來(lái)組成控制系統(tǒng)，用戶(hù)不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶(hù)在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，無(wú)需大量改變PLC的硬件配置，只需要改程序就可以滿(mǎn)足要求。功能強(qiáng)，適應(yīng)范圍廣。現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話(huà)、自檢、記錄顯示的功能，既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線(xiàn)，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。編程簡(jiǎn)單，易用易學(xué)。目前大多PLC采用梯形圖編程方式，梯形圖語(yǔ)言的編程元件符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理非常接近，這樣使大多數(shù)學(xué)習(xí)電氣控制的技術(shù)人員非常容易接受和掌握。系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修方便。PLC用軟件來(lái)取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線(xiàn)工作量大為減少。另外，PLC的用戶(hù)程序可以通過(guò)電腦在實(shí)驗(yàn)室仿真調(diào)試，減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。此外，由于PLC結(jié)構(gòu)模塊化及很強(qiáng)的自我診斷能力，維修業(yè)極為方便。(2)三菱PLC三菱PLC按照自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的時(shí)期，開(kāi)發(fā)出了與當(dāng)時(shí)工業(yè)控制方式相對(duì)應(yīng)的不同系列的PLC其中包括F系列、0系列、2系列、0S系列、1S系列、0N系列、1N系列、2N系列、2NC系列、Q系列等。不同的系列都有不同的特點(diǎn)。例如FX2是1991年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC。在三菱PLC的眾多系列中，F(xiàn)X2N系列是一款性能極佳的產(chǎn)品，根據(jù)不同的功能，它還延伸出了以不同類(lèi)型、不同點(diǎn)數(shù)輸入輸出端口作為區(qū)別的經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品，用戶(hù)可根據(jù)需求選擇能實(shí)現(xiàn)不同功能的產(chǎn)品。同時(shí)，三菱公司還特別為個(gè)系列的PLC開(kāi)發(fā)了與之對(duì)應(yīng)的拓展模塊、特殊模塊、通信接口以及通信模塊等。本控制系統(tǒng)選用了一款名為FX2N-48MR的PLC，其參數(shù)見(jiàn)表4-1。表4-1 N型CPU參數(shù)N型 CPU單元（48 點(diǎn)I/O型CPU）外觀程序容量2K步DM區(qū)容量2K字，其中1500字可被寫(xiě)入到內(nèi)置EEPROM。安裝擴(kuò)展I/O單元和擴(kuò)展單元不可帶晶體管輸出的型號(hào)不可用脈沖輸出不支持內(nèi)置串行通信端口無(wú)選件板不支持用于編程設(shè)備的連接端口USB 端口時(shí)鐘無(wú)使用電池不可使用4.2.2硬件連接圖硬件連接圖，如圖4-2所示。圖4-2 硬件連接圖4.2.3技術(shù)性能(1)輸入電源：?jiǎn)蜗?20V10% 50Hz(2)工作環(huán)境：溫度-1040 相對(duì)濕度85%（25）海拔4000m(3)裝置容量：1.5kVA(4)外形尺寸：198cm104cm130cm(5)安全保護(hù)：具有漏電壓、漏電流保護(hù)，安全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)4.3 系統(tǒng)組成該系統(tǒng)由自動(dòng)攪拌機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、加工沖壓機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)成型機(jī)構(gòu)電源模塊、按鈕模塊、PLC模塊、各種傳感器、警示燈、電磁閥和I/O接口板等組成，完成工件上料、搬運(yùn)、加工、裝配、等功能。整體結(jié)構(gòu)采用開(kāi)放式和拆裝式設(shè)計(jì)，學(xué)生可以對(duì)各零件、部件、單元、直至整體機(jī)構(gòu)進(jìn)行零部件拆裝、調(diào)試、運(yùn)行。5 自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)各個(gè)模塊設(shè)計(jì)5.1 自動(dòng)攪拌機(jī)構(gòu)5.1.1主要組成與功能 (1)攪拌機(jī)：通過(guò)三相交流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，將土壤絞碎。(2) 限位開(kāi)關(guān)：擺臺(tái)左擺或右擺到位后，限位開(kāi)關(guān)有信號(hào)輸出。(3) 自動(dòng)注水管：通過(guò)PLC程序自動(dòng)控制其在攪拌機(jī)中注水，讓土壤具備一定的粘性。5.1.2主要技術(shù)指標(biāo)(1)控制電源：直流24V/6A(2)PLC控制器：三菱FX2N型68點(diǎn)I/O型CPU（可根據(jù)需要選擇其他品牌）5.1.3攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)I/O接線(xiàn)圖攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)I/O接線(xiàn)圖如另附圖紙所示。5.1.4工作流程攪拌機(jī)構(gòu)按下啟動(dòng)按鈕后開(kāi)始工作，一段時(shí)間后注水，攪拌好后開(kāi)閘，碰到行程開(kāi)關(guān)后開(kāi)閘停止，放完后關(guān)閘，碰到行程開(kāi)關(guān)后開(kāi)閘停止。攪拌機(jī)構(gòu)梯形圖如圖5-2所示。圖5-2 攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)梯形圖5.2 傳送帶機(jī)構(gòu)5.2.1主要組成與功能(1)傳動(dòng)輪：動(dòng)力源。(2)皮帶：動(dòng)力傳遞。5.2.2主要技術(shù)指標(biāo)(1)控制電源：直流24V/6A(2)PLC 控制器：三菱FX2N型64點(diǎn)I/O型CPU（可根據(jù)需要選擇其他品牌）5.2.3傳送帶機(jī)構(gòu)I/O接線(xiàn)圖傳送帶機(jī)構(gòu)I/O接線(xiàn)圖如另附圖紙所示。5.2.4工作流程傳送帶機(jī)構(gòu)在攪拌機(jī)開(kāi)閘時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)，然后一直運(yùn)行下去。傳送帶機(jī)構(gòu)梯形圖如圖5-3所示。圖5-3 傳送帶機(jī)構(gòu)梯形圖5.3 沖壓成型機(jī)構(gòu)5.3.1主要組成與功能由沖壓氣缸、伸縮式工作臺(tái)、長(zhǎng)程移動(dòng)氣缸、平行氣夾、筆型氣缸、磁性開(kāi)關(guān)、光電傳感器、光纖傳感器、電磁閥等組成。主要完成物體沖壓加工、裝配的工作任務(wù)。(1)光電傳感器：當(dāng)有物料到放入時(shí)，給PLC一個(gè)輸入信號(hào)，通過(guò)傳感器頂端電位器可調(diào)傳感器的靈敏度和距離。（接線(xiàn)注意棕色接“+”、藍(lán)色接“-”、黑色接輸出）。(2)磁性傳感器：用于氣缸的位置檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到氣缸準(zhǔn)確到位后將給PLC發(fā)出一個(gè)到位信號(hào)。（磁性傳感器接線(xiàn)時(shí)注意藍(lán)色接“-”，棕色接“PLC輸入端”）。(3)沖壓氣缸：滑座治具缸，連接兩個(gè)沖頭，完成對(duì)工件的沖壓加工過(guò)程。(4)電磁閥：用于控制氣缸動(dòng)作，當(dāng)PLC給電磁閥一個(gè)信號(hào)，電磁閥動(dòng)作。5.3.2主要技術(shù)指標(biāo)(1)控制電源：直流24V/6A(2)PLC控制器：三菱FX2N型48點(diǎn)I/O型CPU（可根據(jù)需要選擇其他品牌）(3)電磁閥：SY5120-5LZD、SY5220-5LZD(4)調(diào)速閥：出氣節(jié)流式(5)磁性開(kāi)關(guān)：D-C73、A93(6)氣缸: CDJ2B16-45、TSB16150-SD2、JCF2050-SD2、MHZ2-32D(7)光電傳感器：WT100-N14195.3.3加工沖壓機(jī)構(gòu)I/O接線(xiàn)圖加工沖壓機(jī)構(gòu)I/O接線(xiàn)圖如另附圖紙所示。5.3.4工作流程在物料塊的兩個(gè)裝配孔被準(zhǔn)確填充，同時(shí)長(zhǎng)程無(wú)桿氣缸被啟動(dòng)縮回左限位后，接下來(lái)需要將被放置的物料壓實(shí)進(jìn)入裝配孔中。主要的沖壓筆型氣缸被安裝在一個(gè)密閉的沖壓室中，這樣設(shè)計(jì)的目的是為了保證使用者的安全。要進(jìn)入這個(gè)沖壓室要先啟動(dòng)一個(gè)平行氣夾，它的作用相當(dāng)于密閉沖壓室的門(mén)。在控制過(guò)程中，首先被啟動(dòng)的是平行氣夾，當(dāng)“這扇門(mén)”被啟動(dòng)后，平行氣夾縮回到?jīng)_壓室的頂部，同時(shí)啟動(dòng)長(zhǎng)程移動(dòng)氣缸，它將帶動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)入沖壓室。長(zhǎng)程移動(dòng)氣缸由單電控電磁閥控制，得電則執(zhí)行進(jìn)入沖壓室的動(dòng)作。當(dāng)長(zhǎng)程氣缸完全進(jìn)入沖壓室，平行氣夾斷電，將“門(mén)”關(guān)起。在平行氣夾關(guān)上后延時(shí)一段時(shí)間，等到物料塊到達(dá)筆型沖壓氣缸的下方。值得注意的是，只有在工作臺(tái)完全到達(dá)沖壓室的最內(nèi)部時(shí)，系統(tǒng)才能判定物料塊完全置于沖壓氣缸的正下方。所以在編程時(shí)，應(yīng)考慮這一因素寫(xiě)入延時(shí)程序。工作臺(tái)完全到達(dá)沖壓室最內(nèi)部的檢測(cè)位為長(zhǎng)程移動(dòng)氣缸的縮回限位。當(dāng)縮回限位檢測(cè)到工作臺(tái)位置時(shí)，筆型沖壓氣缸會(huì)快速對(duì)物料塊進(jìn)行撞擊沖壓，并保持一段時(shí)間，以確保沖壓的質(zhì)量。由于系統(tǒng)的工作要求規(guī)定，沖壓時(shí)必須快速而準(zhǔn)確，因此需要將沖壓氣缸的節(jié)流閥盡量開(kāi)大到足夠的程度，這樣才能確保沖壓時(shí)的速度。加工沖壓機(jī)構(gòu)梯形圖如圖5-5所示。圖5-5 加工沖壓機(jī)構(gòu)梯形圖5.4 切磚成型機(jī)構(gòu)5.4.1主要組成與功能由交流電機(jī)、導(dǎo)桿滑塊氣缸、回轉(zhuǎn)缸、電磁閥、磁性開(kāi)關(guān)、工件、立體庫(kù)架、齒輪齒條、限位開(kāi)關(guān)及電磁閥組成。主要完成物體的成型任務(wù)。(1)磁性傳感器：用于氣缸的位置檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到氣缸準(zhǔn)確到位后將給PLC發(fā)出一個(gè)到位信號(hào)。（磁性傳感器接線(xiàn)時(shí)注意藍(lán)色接“-”，棕色接“PLC輸入端”）。(2)限位開(kāi)關(guān)：X軸或Z軸運(yùn)行到限位時(shí)，限位開(kāi)關(guān)有信號(hào)輸出。5.4.2主要技術(shù)指標(biāo)(1)控制電源：直流24V/6A(2)PLC控制器：三菱FX2N型64點(diǎn)I/O型CPU（可根據(jù)需要選擇其他品牌）(3)限位開(kāi)關(guān)：V-155-1C25當(dāng)型腔到達(dá)后切割成型模塊向下運(yùn)動(dòng)，碰到行程開(kāi)關(guān)后，停5秒再啟動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)如此往復(fù)不斷生產(chǎn)。5.6.3加工沖壓機(jī)構(gòu)梯形圖如圖5-6所示：6.1.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象(生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程)的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)原則往往會(huì)涉及很多方面，其中最基本的設(shè)計(jì)原則可以歸納為4點(diǎn)。(1)設(shè)計(jì)原則完整性原則：最大限度的滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或機(jī)械設(shè)備的控制要求?？煽啃栽瓌t：確保計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)濟(jì)型原則：力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、合理。發(fā)展性原則：適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。6.1.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟，如圖6-4所示。圖6-4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。所謂硬件設(shè)計(jì)，是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)，而軟件設(shè)計(jì)即PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分以下5步進(jìn)行。（1）熟悉被控對(duì)象深入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)真調(diào)查研究，收集資料，并于相關(guān)技術(shù)人員和操作人員一起分析討論，相互配合，共同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題。這一階段必須對(duì)被控對(duì)象所有功能全面的了解，對(duì)對(duì)象的各種動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)序、動(dòng)作條件、必要的互鎖與保護(hù)；電氣系統(tǒng)與機(jī)械、液壓、氣動(dòng)及各儀表等系統(tǒng)間的關(guān)系；PLC與其他設(shè)備的關(guān)系，PLC之間是否通信聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)的工作方式及人機(jī)界面，需要顯示的物理量及顯示方式等。（2）硬件選擇具體包括如下：系統(tǒng)I/O設(shè)備的選擇。輸入設(shè)備包括手動(dòng)按鍵、位置檢測(cè)元件、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及各種位置傳感器、數(shù)字或模擬量傳感器等。輸出設(shè)備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等。選擇PLC。PLC選擇包括對(duì)PLC的處理器機(jī)型、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存容量、I/O模塊及其拓展模塊、相應(yīng)的電源模塊等的選擇。PLC的I/O端口分配。在進(jìn)行I/O通道分配時(shí)應(yīng)給出I/O通道分配表，表中應(yīng)包含I/O編號(hào)、設(shè)備代號(hào)、名稱(chēng)及功能等。計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及內(nèi)部輔助繼電的地址分配器。（3）編寫(xiě)應(yīng)用程序根據(jù)不同類(lèi)型的系統(tǒng)編程需求，應(yīng)當(dāng)選擇采用對(duì)應(yīng)的程序設(shè)計(jì)方法來(lái)編寫(xiě)設(shè)計(jì)PLC程序。程序編寫(xiě)要以滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的使用要求為最終目的，按模塊編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制功能的程序語(yǔ)