生产线自动装箱系统的设计.docx

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生产线自动装箱系统的设计

毕业设计（论文）

2015　－　2016　学年度

机电工程系系　机电一体化　专业

班级13机电

（2）学号XXXX

　　　　课题名称:

生产线自动装箱系统的设计

学生姓名:

XX

指导教师:

XXX

2015年11月20日

目录

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

一、设计任务...........................................1

二、传感器的设计.......................................2

（一）光电传感器概述...................................2

（二）光电传感器的工作原理.............................3

（三）分类和工作方式...................................3

三、计数器介绍.........................................4

（一）计数器的原理.....................................4

1.计数器的类型....................................4

2.自动产线的发展及介绍.............................4

四、控制系统硬件设计...................................5

（一）I/O点数的估算...................................5

1.系统输入信号.....................................5

2.系统输出信号.....................................5

（二）PLC型号的选择...................................5

1.PLC选型原则.....................................5

2.PLC选型.........................................5

3.I/O分配表.......................................6

（三）主电路图..........................................7

（四）外部接线图........................................7

五、控制系统程序设计..................................8

（一）程序梯形图......................................8

（二）程序指令表......................................9

六、结论.............................................10

参考文献.............................................10

生产线自动装箱的PLC控制系统的设计

蒋可

[摘要]:

在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数和包装，如果这些繁杂的工作由人工完成的话不但效率低，而且劳动强度大，不适合现代化的生产需要。

本文主要对基于生产线自动装箱的PLC控制系统进行了详细的分析与设计。

本控制系统具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单等特点，具有良好的应用价值。

关键词：

PLC现代化自动控制系统

一、设计任务

对生产线上某种产品自动按指定数量装箱，产品箱装箱前及装箱后都由传送带传送。

生产线自动装箱控制装置示意图如图所示，生产产品由传送带A传送，装入由B传送的空箱中。

每12个产品装入一箱，当传送带A传送12个产品装入一箱后，传送带B将该箱产品移走，并传送下一个空箱到指定位置等待传送带A传送来的产品。

图1生产线自动装箱控制装置示意图

用PLC控制要达到以下要求:

1.按下控制装置启动按钮后，传送带B先启动运行，拖动空箱体前移至指定位置，达到指定位置后，由SQ2发出信号，使传送带B制动停止。

2.传送带B停车后，传送带A启动运行，产品逐一落入箱内，由传感器检测产品数量，当累计产品数量达到12个时，传送带A制动停车，传送带B启动运行。

3.上述过程周而复始进行，直到按下停止按钮，传送带A和传送带B同时停止。

4.应有必要的信号指示，如电源有电、传送带A工作和传送带B工作等。

5.传送带A和传送带B应有独立点动控制，以便于调试和维修。

生产线自动装箱工作流程图如下图所以。

图2生产线自动装箱工作流程图

二、传感器的设计

（一）光电传感器概述

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。

它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。

光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

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。

光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。

光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。

它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。

光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。

新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。

（二）光电传感器的工作原理

1.光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

2.光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：

发送器、接收器和检

测电路。

3.发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管

（LED）、激光二极管及红外发射二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。

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。

1.1

。

三、计数器介绍

（一）计数器原理

计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲

的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。

例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。

1.计数器的类型

计数器的种类很多，按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预制数和可编计数器等等。

计数器分类按计数脉冲引入方式，分为同步和异步计数器；按进位制，分为二进制、十进制和N进制计数器；按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器；按集成度，分为小规模与中规模集成计数器。

2.自动化生产线的介绍及发展

1、自动化生产线介绍

自动化生产线是指劳动对象按照一定的工艺路线,顺序的通过各个工作地，并按

照统一的生产速度（节拍）完成工艺作业的连续的重复的生产过程。

产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产活动所构成的路线。

自动化生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某种产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部件）的

全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。

随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，

产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。

这种挑战不仅对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。

因为，在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛盾的。

众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。

为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，

使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，最终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。

2、自动化生产线的基本构成

（1）自动加工系统

自动加工系统，指以成组技术为基础，把外形尺寸（形状不必完全一致）、重量大

致相似，材料相同，工艺相似的零件集中在一台或数台数控机床或专用机床等设备上加工的系统。

（2）物流系统

物流系统，指由多种运输装置构成，如传送带、轨道、转盘以及机械手等，完成

工件、刀具等的供给与传送的系统，它是柔性生产线的主要组成部分。

（3）信息系统

信息系统，指对加工和运输过程中所需各种信息收集、处理、反馈，并通过电子

计算机或其他控制装置（液压、气压装置等），对机床或运输设备实行分级控制的系统。

（4）软件系统

软件系统，指保证柔性生产线用电子计算机进行有效管理的必不可少的组成部分。

它包括设计、规划、生产控制和系统监督等软件。

柔性生产线适合于年产量1000

～100,000件之间的中小批量生产。

四、控制系统硬件设计

根据自动装箱系统的控制要求,系统应有手动控制和自动控制功能。

系统的具体

设计过程如下：

（一）I/O点数的估算

1.系统输入信号

启动（SB1）按钮，需要1个输入端；

停止（SB2）按钮，需要1个输入端；

手动控制时，传送带A（KM1）和传送带B（KM2）独立点动控制按钮（SB5，SB6）需要2个输入端

产品数量检测信号SQ1和空箱位置检测信号SQ2，需要2个输入端；以上共需6个输入信号点。

2.系统输出信号

传送带A（KM1）和传送带B（KM2），需用2个控制输出端KM1和KM2；B带指示灯（L1）

和装箱指示灯（L2）、电源（L3）以上共需5个输出信号点。

所以系统的输入输出点数为11点。

（二）PLC型号的选择

1.PLC选型原则

为了以后系统能够升级或拓展，一般在系统设计的基础上应该多10%-15%。

所以该系统的输入输出点数为16点。

根据三菱PLC选型表，选择的PLC为三菱FX2N-16MR-001。

2.PLC选项

表1PLC的选型

型号

总点数

输入点数

输入点数

输出方式

尺寸

FX2N-16MR-001

16

8

8

继电器

157*87*90

3.I/O分配表

表2I/O分配表

输入

输出

功能

符号

编号

功能

符号

编号

自动控制按钮

SB1

XO

传送带A

KM1

Y0

停止按钮

SB2

X2

传送带B

KM2

Y1

SQ2输出

SB3

X3

B带指示灯

L1

Y2

SQ1输入

SB4

X4

装箱

L2

Y3

B带点按钮

SB5

X5

电源

L3

Y4

（三）主电路图

图3主电路图

（四）外部接线图

图4外部接线图

五、控制系统程序设计

（一）程序梯形图

图5梯形图

（二）程序指令表

表3程序指令表

0

LD

X100

18

OUT

CO

K12

1

LD

Y000

21

LD

2

ANI

M0

22

LD

3

ORB

23

ANI

4

OR

CO

24

ORB

5

OR

CO

25

OR

6

ANI

X002

26

ANI

7

ANI

X005

27

ANI

8

ANI

X001

28

ANI

9

OUT

Y000

29

OUT

10

OUT

Y002

30

OUT

11

LD

X004

31

LD

12

OUT

M0

32

OUT

13

LD

X002

33

LD

14

OR

C0

34

OUT

Y004

15

RST

C0

35

END

17

LD

X003

36

NOP

六、结论

设计，成功采用PLC控制多个传送带的工作，完成了本次设计任务的

基本要求，经过多次的调试，该系统性能稳定、可靠、冗余性强，可以很好地适用于连续工作。

本次设计的生产线自动装箱PLC控制系统，其硬件结构简单，成本低廉，响应速度快，性能、价格比很高，和单片机系统相比具有极高的可靠性，具有良好的市场应用价值。

本系统解决了传统以继电器控制硬件电路的方法，采用人机界面取代继电器，通过软件的方式控制硬件电路。

由于PLC具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯灵活等优点。

但是该设计尚有不足，还有很多的扩展功能没有实现，例如对产品计数错误的检测功能等等。

通过这次设计，使我对自动控制设计有了更深刻的认识，也使自己的动手能力和方案设计的思路有了更进一步的提高，同时也更加熟悉了本专业的设计软件。

对PLC的功能也有了进一步的认识，了解了不同型号的PLC以及相关的编程软件。

在完成这个题目的过程中，我遇到了一些困难，也走了很多弯路。

但通过不断的努力和同学们的大力支持，以及指导老师的悉心教导，我克服了困难完成了本次设计，同时我也获得了很多宝贵的经验，学到了很多新的知识。