生产线自动装箱装置控制系统设计.docx
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生产线自动装箱装置控制系统设计
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攀枝花学院本科毕业设计（论文）
生产线自动装箱装置
控制系统设计
学生姓名：
学生学号：
院（系）：
年级专业：
指导教师：
助理指导教师：
二〇一三年五月
摘要
在现代化工业生产中时常需要对生产产品进行包装和计数，如果这么多繁杂的工作都完全由人工去完成的话不仅效率低下，而且劳动强度非常大，不能够满足现代化的生产需要。
本文主要对生产线自动装箱的PLC控制系统进行了细密的科学研究。
此系统拥有有两个传送带，即生产产品传送带和包装箱传送带。
产品传送带将生产产品从生产车间流水线传送到包装箱，当某一刻生产产品被送到传送带的末端时，就会自动地进入包装箱中，并由另一个传感器将其转换成计数脉冲。
包装箱传送带则用来传第产品包装箱，其作用就是把已经装满了的包装箱运走，并用另外一只空箱来代替。
为了使传送过来的空箱刚好对准产品传送带的末端，使产品准确落入空箱中，因此在包装箱的传送带中间装有一个光电传感器，用来检测空箱是否按照正确的方式传送到位。
此控制系统具有成本低、精度高、故障率低、抗干扰能力强、操作维护简单等特点，具有优良的实际应用价值。
关键词：
系统,生产,自动,设计
ABSTRACT
Oftenneedtocarryoutcountingandpackageontheproductinthecommercialrunbeingmodernized,notonlytheinefficient,moreoverintensityoflabourworkingfromthewordsthatthemanpoweraccomplishesifthesearecomplicatedandoverloadedisbig,thechildbirthbeingunfittobemodernizedneeds.
DetailedresearchthemainbodyofabookhasbeencarriedoutonthePLCnavarenchasingowingtoproductionlineautomationmainly.Besystem'sturntohavetwoconveyerbelts,bepackageboxconveyerbeltandproductconveyerbelt.Thepackageboxconveyerbeltisusedtodelivertheproductpackagebox,whosefunctionisthatthepackageboxluckalreadyfillingtofullisleaked,isusesonetoreplacetocomeemptyspaceboxand.Endbeingtomaketheemptyspaceboxaimattheproductconveyerbeltfitly,justthedrop-inpackageboxishitbythemessengerproduct,beforepackageboxconveyerbeltcentreinstallonephotoelectricitysensor,inordertocheckifpackageboxarriveataplace.Andtheproductconveyerbelttransmitsaproductfromproducingaworkshoptopackagebox,pawnsomeoneproductsdelivertotheconveyerbeltend,themeetingautomationdrop-inpackageboxinner,changefromanothersensorbecomingcountingpulse.
Navarhasaccuracyheight,thelow,anti-interferenceabilityofcostisstrong,themalfunctionleadsacharacteristiclow,operationupkeepwaitsforsimplely,havefineapplicationvalue.
Keywords:
System,Produce,Voluntarily,Design
摘要Ⅰ
ABSTRACTⅡ
1绪论1
1.1本课题研究的意义2
1.2生产线自动化的发展概况3
1.2.1国内生产线自动化发展概况3
1.2.2国外生产线自动化发展概况4
1.3生产线自动化的发展趋势5
1.4本文主要研究内容7
1.4.1设计任务书7
1.4.2主要解决的问题8
1.4.3自动化生产线的应用9
2控制系统的设计11
2.1方案论证11
2.1.1采用传统继电—接触器电气控制系统11
2.1.2采用PLC可编程序控制器控制系统11
2.1.3方案比较与选择11
2.2PLC的硬件结构及工作原理12
2.2.1PLC控制系统组成12
2.2.2PLC的工作过程13
2.2.3控制系统构成图15
2.2.4控制系统工作流程图16
3可编程控制器（PLC）17
3.1PLC简介17
3.1.1PLC的定义17
3.1.2PLC的特点17
3.1.3PLC的应用领域18
3.2PLC的系统组成19
3.3PLC的工作原理20
4硬件系统设计22
4.1系统控制要求22
4.2输入输出端确定22
4.3CPU模块型号选择23
4.3.1主机模块简介23
4.3.2CPU模块选择24
4.4主电路设计27
4.5PLC接线图28
5电气元件的选型29
5.1熔断器选择29
5.1.1熔断器的分类29
5.1.2熔断器的型号选用29
5.2接触器选择31
5.2.1接触器的结构及工作原理31
5.2.2接触器的型号选用31
5.3热继电器选择32
5.4时间电器选择33
5.5控制按钮选择34
5.6行程开关选择34
5.6.1行程开关分类34
5.6.2行程开关的选用及安装36
5.7光电开关选择36
5.7.1光电开关的分类36
5.7.2光电开关使用原则37
5.8电源开关选择38
5.9驱动设备选择39
5.9.1电机设备简介39
5.9.2电动机选择39
6软件系统设计41
6.1设计原理41
6.2梯形图41
6.3指令表43
7程序调试与仿真45
7.1仿真软件简介45
7.2程序调试与仿真过程46
总结与体会49
参考文献50
致谢51
1绪论
在现代化工业生产中时常需要对生产产品进行包装和计数，如果这么多繁杂的工作都完全由人工去完成的话不仅效率低下，而且劳动强度非常大，不能够满足现代化的生产需要。
为了能够适应大规模生产某种产品的现代化需要，并且还要对产品进行包装、计数，就必须完整的设计出一套自动化生产线，以便将这些繁杂的工作由自动化生产线来代替人工完成。
进一步促进工业现代化的发展，增加国民经济，改提高人民的生活水平。
本文主要对生产线自动装箱装置控制系统进行研究，详细的介绍了所用到的各个元器件的功能。
本文先具体的概括了设计的总体思路，主体部分使用两条传送带，一条是产品传送带，另外一条是包装箱传送带，产品计数则采用了光电传感器，而电机部分采用性能良好的固态交流SSR，而且可以根据所装箱的产品的重量对内部器件数值的大小进行设置。
主电路部分则是由803174LS3732764组成一个单片机最小系统。
为了方便地读出键盘给定植，以及完成各种检测和控制，本设计专门扩展了一个8255A可编程接口及程序存储器EPROM2764。
对各控制系统进行程序编制，这样运用软硬件结合的方式完成整个生产线自动装箱装置控制系统的设计。
1.1本课题研究的意义
当今时代，由于科学技术的快速发展，自动化生产技术在工业生产中得到越来越广泛的应用。
在机械制造、电子等行业已经设计和制造出大量的类型各异的自动化生产线。
这些自动化生产线的使用，在提高劳动效率和产品的质量、改善工人劳动条件、降低能源消耗、节约材料等方面均取得了显著的成效[1]。
而对于以前，当生产力还远远不如现在代，生产线都十分复杂并且严重浪费财力物力，从而生产出来的商品的合格率也令人堪忧，生产的发展受到了很大的制约。
这种情况下先驱改革者们开始思考用一种方法来改变这一现实，生产者们希望能通过制造各种机器来完全代替手工制作，而其他工人就只需要在旁边对机器进行控制与操作即可，每一道工序如：
清点产品的数目，自动包装等工序都能让机器精确很而快速的进行。
1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台可编程控制器,用于通用汽车的生产线，取代生产线上的继电器控制系统，开创了工业控制的新纪元。
1971年，日本、德国、英国、法国等相继开发了适于本国的可编程控制器，并推广应用[2]。
从此之后，这项新得技术迅速在全球得到广泛推广与应用，这项技术最大限度的按照人们预先的期望来实现生产及控制，使生产效率大大的提高，使繁重的生产至此变得简单、有序、准确。
再自动化生产逐步普及的当今，包装机械自动化程度的优劣直接会对产品的质量和生产效率产生重大的影响。
在工业的现代化生产中时常需要对产品进行计数，包装。
但是这些繁咋的工作如果都让人工去完成的话不但麻烦，而且生产效率低下，劳动强度让人难以忍受，这不能够达到现代化生产的需要。
为了适应现代化大批量生产一种产品，促进工业现代化的飞速发展，增加国民经济，提高广大劳动人民的生活水平,就应当准确的设计出一套完整的自动化生产线，再用这种自动化生产线来取代人工完成各种各样的繁杂工作。
而且还需要有对产品进行计数，包装等各道程序。
生产自动化技术的使用大幅度的提高了工厂的经济效益，这在包装业中体现的尤为明显。
特别是近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统的大力发展，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績。
2002年11月3至7日在芝加哥举行的国际PACKEXPO上，我们可以看到多家自动化公司展示的最新的包裝设备和新技术。
这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展力量。
可见自动装箱技术的应用前景十分广阔。
由于生产线生产的产品会有所不同不同，所以各种类型的自动化生产线均拥有自己的特点，这样就导致了生产线的大小有所差别，根据实际生产而设计的不同结构，在功能上也有诸多的不同。
在这种情况下自动化生产线就被人们广泛的分为了：
生产线的机械本体，工作过程的生产检测，各类信息的归纳及处理，运行机构的各种执行装置和与各类设备相连接的接口五个部分。
生产线的不同导致功能的差异，但是所有的自动化生产线都应具备四大功能，它们分别是：
运转，控制，检测和驱动这四大最基础的功能。
动力源能为自动化生产线中的运转功能提供可靠地东方能。
控制功能在自动生产线当中得以实现，是由微型机、单片机、可编程控制器或其他一些电子装置来承担完成的。
在工作过程中，设在各部位的传感器把信号检测出来，控制装置对信号进行储存、运输、运算、变换等等，然后用相应的接口电路向执行机构发出命令，完成必要的动作。
检测功能主要有位置传感器、直线位移传感器、角位移传感器等各种传感器来实现。
传感器收集生产线上的各种信息，如：
位置、温度、压力、流量等传递给信息处理部分完成控制作用。
驱动功能主要有电动机、液压缸、气压缸、电磁阀、机械手或机器人等执行机构来完成[1]。
1.2生产线自动化的发展概况
1.2.1国内生产线自动化发展概况
中国的包装业相对于如美国和欧盟等这些发达国家而言就相当落后，但是却具有非常大的发展潜力。
控制系统早在20世纪四十年代就已经开始运用了，最初的现场基地式仪表和后来的继电器成为了控制系统的前身。
现在通常所说的控制系统，大多指的是采用电脑或微处理器进行智能控制的电子系统，在控制系统多年发展的历史上，它被称为第三代控制系统。
这一代系统以PLC为代表，从70年代开始应用以来，在轻工、电力和石油等工业过程控制中得到飞速的发展。
PLC，即可编程控制器，开始主要是从顺序控制发展而来，但自从90年代以来，随着通信技术、电子技术和计算机技术的发展，PLC的性能得到了大规模的拓展，PLC的应用范围也逐渐向连续流程工业生产方面进军，这一应用极大的使得自动化生产线得到了前所未有的发展。
在中国，自动化技术还没有成熟，需要较长一段时间的积累和发展，因此在以后各行业将会有足够的空间来发展这项技术，这理所当然的成为未来很长一段时间内的发展方向和趋势。
目前而言中国的经济发展局势也表明了十分需要各种高技术来支持，这样才能满足有一个比较稳定的发展基础。
国家西部大开发的政策方针就必然伴随着许多高技术的转移，各类工业生产也将需要自动化技术大力支持，因此加大发展自动化生产的力度也就成为了目前以及未来必然的趋势。
相信中国经济跨越式进步的背景下必将有生产自动化技术成熟后的深远影响。
现阶段我国自动化市场有着活跃的发展状况，这种前提下剧烈地促进了对各种自动化人才的大量需求。
此外，国外自动化企业正在实施的包括人员本土化在内的全方位战略，这一举措也使得我国对自动化人才需求的与日骤增。
ABB是一家国家著名的跨国公司，被广大业内人士称为“多国部队”。
因为ABB更加重视在它的业务发展到的任何一个地方，都毫不犹豫并全力地推行人才本土化战略。
2004年10月25日，ABB集团董事长兼首席执行官杜曼先生在北京的新闻发布会上曾表示：
5年后，中国将取代美国和德国成为ABB的第一大市场。
为了顺利实现这一目标，ABB已经制定了清晰的5点战略，其中包括培养本地人才。
根据计划，到2008年ABB将在中国招聘新员工5000名。
那时，ABB在中国的雇员总数将达到约12,000名。
这些目标在此后一一得到了具体体现。
现在，与一系列的中国本土化战略相对应，更多的跨国企业都把大规模的招募计划排上了日程安排甚至早已经在实施。
1.2.2国外生产线自动化发展概况
可编程控制器（PLC）是一种实时的工业控制装置,可编程控制器（PLC）是专为在工业的复杂环境下运用而开发设计的。
可编程控制器（PLC）毫无疑问已经成为了现代工厂的生产自动化的最佳配置之一。
随着越来越发达的微电子技术，现代化的工业控制技术等先进技术的飞速发展，可编程控制器（PLC）在各种配置、程序的编辑、网络技术等先进功能方面已经有了非常优良的进步。
根据实际工艺要求，借助于顺序功能图（SFC）和梯形图来编制用户程序，实现单台设备或生产过程的顺序控制，则是PLC主要功能的具体体现[3]。
在许多工业比较发达的国家的工业系统网络中，电力系统的自动化得到了各个企业甚至国家的高度重视，他们电力系统的自动化程度已经达到了一个非常高的高度。
到目前为止它们的已经形成了集各种调节控制、自动化、实现远距离的抄表和各种先进测控等系统于一体的电力网络管理系统（DMS），这些功能已经多达140余种。
另外，国外许多著名电力系统设备的制造厂家几乎都已经涉足电力系统自动化领域，如美国COOPER公司、德国西门子公司、日本东芝公司、法国施耐德公司等，他们均已经推出了具有自主产权的配电网自动化产品。
在这些产品中PLC的运用占有举足轻重的作用，它对自动化生产产生了深远的影响。
在国外，自从上个世纪30年代开始，许多机械加工企业为了大幅度提高生产效率，就开始采用机械化流水生产线的作业方式，并且大型自动生产线所需要加工的对象也发生了很大的变化。
但是由于生产线的控制系统大量地使用继电器，而继电器在频繁工作情况下使用寿命都不长，这种状况使的生产线的可靠性大为降低。
因此许多公司为了解决这一问题而投入了大量的财力物力，直到20世纪60年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代一直以来使用的继电器控制装置后，PLC的发展开始进入黄金时期，迅速在全球各地得到了大规模使用。
20世纪末期，现代化的工业控制已经更加的离不开PLC的调控。
从发展的规模上来讲，各种大型号得控制机器和微型号的控制机在这个时段有了举世瞩目的发展。
从功能上来讲，许多具有特殊能力的单元相继被开发出来，这些特殊的能力单元大多被运用在不同环境的管理制控场合中。
从机械配套组合上来讲，各类信号传递科目和人、机交流界面大量产生，使运用PLC的工业自动化的自动管理控制系统的搭配更加不具备难度。
21世纪的最初几年，伴随着现场总线技术的不断进步，可编程控制器重点发展了网络通讯能力。
可编程控制器在工业控制网络的各个层面上开始发挥重要作用。
这标志着可编程控制器已从单台设备的控制及小型生产线的控制发展为石油化工、冶金钢铁、机械制造、汽车、轻工业等领域的大型或集散控制系统中的基础及骨干的设备[4]。
PLC之所以在全球范围内得到广泛推崇，它的工作原理是不可忽视的。
PLC的CPU中有着一种叫程序计数器的元件，它起着指示程序步存储地址的作用。
在指令下达之后，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），每当执行一步之后计数器都要自动加1，之后再返回起始步开始循环运算。
PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期，在扫描的过程之中要进行4个方面的工作：
以故障诊断和处理为主的公共操作；处理工业现场的数据I/O操作；执行用户程序和外设服务操作[5]。
PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点。
1.3生产线自动化的发展趋势
流水线在历史的发展长河中逐渐产生了一种新的生产线即自动化生产线。
相对传统的流水线来说自动化生产线不仅要求能够完成生产线上已经被预定好了的种种工序以及各种路线的生产工艺过程，大量的生产出合格的产品。
而且要求对各类工件的装卸，不同类型的工件夹紧定位，工件的传送包装等各方面都能自动地进行并且完成工作任务。
为了达到以上所提出的各种条件并且能够正常的执行，人们把通过精心设计把各种机械加工装置组合在一起，而将各个部分动作联系起来是通过液压控制系统、气压控制系统和电气自动化控制系统来完成的，这样这些装置就能按照预先设定的工序步骤自动地进行作业。
所以就把这种具备自动工作的装置系一律统称为自动化生产线。
目前阶段，自动化生产线需要满足下列几项指标才能满足众多的要求：
（1）提高产品生产质量；
（2）增加生产线产品的生产量；（3）更换各种模具的时间比较简短以便适应各种变化；（4）能够监察控制整个生产流程；（5）对生产人员的安全能够起到保护作用。
为了满足上述要求，自动化系统的应用增加了下列任务：
（1）收集与管理产品及机器参数。
这个任务的增加可以提高工作效率，同时也可给设备的维护提供方便。
（2）存储最佳生产数据，为连续生产过程制作实验数据以及自动纠正加工数据[1]。
自动化生产线所涉及的技术领域是很广泛的，所以它的发展、完善是与各种相关技术的进步及互相渗透是紧密相连的。
因而自动化生产线的发展概况就必须以整个支持自动化生产线有关技术的发展联系起来。
技术应用发展如下：
（1）应用可编程控制器（PLC）技术：
PLC主要以顺序控制作为主要的控制方式，而以回路的各种调节作为辅住功能的一种工业控制计算机。
它不仅能够完成逻辑运算、时间控制、数量计量和对工作过程的记忆等功能，而且能对开关控制量和模拟数据量实现大范围地控制。
可编程控制器（PLC）技术的运用完美地解决了工业上控制用的计算机诸多难题，比如复杂的程序编程，由于外部接口的不标准引起的组合复杂问题，各种生产机械的不合理运用导致的资源浪费以及适应能力差等各种缺陷。
但是运用PLC技术就能非常好的解决这些问题，于是大量的传统顺序控制器被其广泛所取代。
（2）应用机械手、机械人技术：
在现代化自动生产线中工件的装卸及自身的夹紧定位，工件在各个阶段的传送，排除生产过程中的各种加工余量和生产线包装等方面，机械手技术都得到了广泛的运用。
而新一代的机器人正在火热的研发当中，它具有传统机器人所不具备的许多操作技能，而且更加的智能化，具备许多人类具备的感知能力。
并且这种机器人判断，应急能力均达到了一个新的高度能。
这些技术正逐渐应用到自动生产线中。
（3）应用传感技术：
随着现代科学技术的飞速发展，新材料不断地被开发出来，不断出现的各式物理效应，一个新兴的科学体系诞生--传感器应用技术。
随着“智能传感器”加载的微型处理器的广泛运用，传感技术在自动生产线的生产中起到了不可忽视的作用，他被大量的运用于各种复杂的自动控制程序监视。
（4）应用液压和气压传动技术：
特别是气动技术，由于使用的是取之不尽的的空气作为介质，具有传动反应快、动作迅速、气动元件制作容易、成本小和便于集中供应和长距离输送等优点。
而引起人们的普遍重视。
气动技术已经发展成为一个独立的技术领域。
在各行各业，特别是在自动线中得到迅速发展和广泛地应用。
（5）应用网络技术的飞跃发展：
就是网络技术的飞跃，无论是现场总线还是工业太网络，使得自动线中的各个控制单元构成一个协调运转的整体[15]。
自动化生产线综合应用机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术、人机接口技术等，通过一些辅助装置按工艺顺序将各种机械加工装置连成一体，并控制液压、气压和电气系统将各个部分的动作联系起来，完成预定的生产加工任务[6]。
总之，所有这些支持自动线的机电一体化技术的进一步发展，使得自动线功能更加齐全、完善、先进，从而能完成技术性更加复杂的操作和生产线装配工艺要求更高的产品。
1.4本文主要研究内容
1.4.1设计任务书
一、设计的主要任务及目标：
控制要求如下：
1）按SB1系统起动，传输线2起动运行，当箱子进入指定位置时SQ2动作，传输线2停止；
2）SQ2动作后延时1秒起动传输线1，物品逐一落入箱内，由SQl检测物品（在物品通过时发出脉冲信号），当落入箱内的物品达到12个，传输线1停止，同时起动传输线2；
3）按下停止按钮，传输线l和2均停止。
图1.1自动装箱简图
目标：
通过各种方式查阅大量的参考资料，能够基础地掌握工程初步设计方法和进行亲身实践的一般技能，给以后工作为生产技术方面的内容打下一定的基础；学会善于运用曾经学习的各种知识，并且能够不停地汲取新的知识能力，拥有良好的创造设计理念。
2、设计的基本要求：
1、对设计地任务进行初步分析。
2、能够恰当地选择PLC输出输入端的个数。
3、PLC的选择及输出输入模块的选择。
4、选择PLC的型号。
5、画出PLC地接线图以及I/O接点的合理分配。
6、作出梯形图。
7、能够写出指令表程序。
8、软件的一般流程图。
9、继电－接触器控制：
主电路、控制电路、以及各种运用到的元件选用原则和方法并且能够描绘出接线图。
1.4
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