自动送料装车毕业设计---PLC控制自动送料装车系统设计.docx
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摘要
伴随着我国经济实力的不断加强,科技在各大中小型企业单位中起到越来越明显的地位。
自动送料装车系统在冶金、采矿运输和生产制造等许多领域中都得到普遍的应用。
它通过自动输送设备实现物料的自动化，把工厂中的各个部分、各个生产工位、各存储点连结起来，为工厂控制系统的投入运行带来极大的方便和经济性。
自动送料装车系统是工厂自动化物流系统的重要组成环节，它能满足企业提高管理水平的要求，较大地提高生产效率，减轻工人劳动强度，对于提高企业经济效益具有重要作用，并具有众多的适用场合与广阔的应用前景。
本文设计的自动送料装车控制器选用德国施耐德公司生产的Neza系列ModiconTSX08CD12F8A型PLC来实现。
系统采用行程开关和称重传感器将检测信号输入到可编程控制器实现精确控制，可满足现场运料系统中放料、传输、装载等环节的自动化操作，提高了系统运行的精度与可靠性。
关键词：
自动送料装车系统、PLC、行程开关、称重传感器
Abstract
AccompaniedbythecontinuousstrengtheningofChina'seconomicstrength,scienceandtechnologyinthelargeandsmallbusinessesplayanincreasinglysignificantpositionintheunit.Automaticfeedloadingsysteminmetallurgy,mining,transportandmanufacturing,arecommoninmanyfieldsofapplication.Throughautomatictransportationdeviceformaterialautomation,partsofplants,eachproductionstation,storagepointstogether,fortheplantcontrolsystemputintooperationbringsgreatconvenienceandaffordability.Automaticfeedloadingsystemforfactoryautomationlogisticssystemconsistsofimportantlinksthatcanmeettherequirementsofimprovingmanagementlevelofenterprises,largeincreasesinproductivityreducelaborintensityofworkerswithregardtoimprovingtheeconomicefficiencyofenterprisesplayanimportantrole,andhavemanysuitableoccasionwithbroadapplicationprospects.ThisdesignofautomaticfeedloadingcontrollersuseGermanyNezaModiconTSXseriesSSDproduction-08CD12F8APLCtoachieve.Systemusesalimitswitchandweightsensorwilldetectthesignalinputtotheprogrammablecontrollerforprecisecontroltomeetthetransportationsystemofautomationofmaterial,transport,loadingandsoon,improvingtheaccuracyandreliabilityofthesystemisrunning.
Keywords:
automaticfeedloadingsystem,PLC,limitswitch,weighingsensors
目录
引言 3
任务书 4
第一章可编程控制器的概述 6
1.1 PLC的产生与发展趋势 6
1.2 PLC的定义 7
1.3 PLC的特点 7
1.4 PLC的主要功能 7
1.5可编程控制器的性能指标 8
1.6 PLC的应用 8
第二章可编程控制器的结构与基本工作原理 9
2.1 PLC的结构 9
2.2 PLC的基本工作原理 10
2.3 PLC的编程语言 12
第三章Neza系列可编程控制器及指令系统 错误！
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3.1 TSXNezaPLC的特点 错误！
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3.2 Neza系列PLC指令系统 错误！
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3.3定时器功能块%Tmi 错误！
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第四章PLC控制系统的设计 错误！
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4.1自动送料装车的工作过程 错误！
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4.2系统I/O分配表的确定 错误！
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4.3系统的主电路及控制线路 20
4.4系统设备的选择 错误！
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22
第五章程序设计 24
5.1梯形图程序设计 24
5.2梯形图程序设计说明 错误！
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27
5.3问题的解决 错误！
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27
结论 错误!
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参考文献 错误!
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致谢 30
附录一 系统I/O分配表 31
附录二 系统主电路图 错误！
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附录三 系统控制线路图 错误！
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附录四设备清单 错误！
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附录五 梯形图程序 错误！
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附录六指令表程序 错误！
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引言
PLC自动装车系统是利用输送装置自动机和辅助设备按产品生产顺序组合并按一定的节拍完成生产。
物品由一端不断的输入，产品从末端输出，在配以必要的自动检测控制，调整补偿装置及自动供送料装置，使物品在无需人工直接参与的情况下自动完成供送和生产的全过程。
此系统主要由基本设备，运料储存装置和控制系统三大部分组成，侧重于自动线的重要组成部件如何根据自动线的工艺及动作的需求进行选择，安装和简单的维护。
设计中运用可编程控制器对机械操作进行全程控制，采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
我们是在掌握了自动生产线的特点、分类，自动线的组成及自动机的选型，自动线的工艺生产分析和了解了自动生产线的发展趋势的前提下，设计出自动送料装车系统的。
任务书
自动送料装车PLC控制系统设计
一、设计目的
1、通过设计巩固和加深学生对本专业课程有关内容的理解与掌握。
使学生建立正确的设计思路，掌握PLC工程设计的主要内容、一般程序及基本原则、设计步骤和方法。
2、提高学生使用技术资料、进行计算和绘图以及编写技术文件的技能。
3、培养和提高学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能去分析和解决本专业范围内工程实际问题的能力和进行科学研究的初步能力。
4、培养学生独立工作的能力、创新能力，以及理论联系实际和严谨求实的工作作风。
二、设计要求
1、根据所选课题，按要求设计并完成PLC外部接线电路，编写出控制程序并调试成功，完成设计说明书（论文）。
2、学生要独立完成设计，并通过设计提高求取原始数据的能力、识图与制图能力以及查阅手册、使用国家技术标准、信息资料检索的能力和一定的文字表达能力。
3、通过设计进一步培养学生自学能力和分析问题、解决问题的能力。
4、要按规定的进度及时完成相应的设计任务，设计期间遵守有关的规章制度。
三、设计课题
PLC控制自动送料装车系统设计
控制要求：
初始状态允许汽车开进装料指示灯L1亮，禁止汽车开进指示灯L2灭。
料斗K2、电动机Ml、M2、M3皆为OFF。
当汽车到来时，L1灭，L2亮，M3运行，电动机M2在M3通2s后运行，Ml在M2通2s后运行，K2在Ml通12s后打开出料。
当料满后，料斗K2关闭，电动机Ml延时2s后关断，M2在Ml停2s后停止，M3在M2停2s后停止。
L1亮，L2灭，表示汽车可以开走。
要求完成：
1、PLC的I/O分配表；
2、梯形图程序；
3、指令表程序；
4、PLC外部接线电路图（CAD制图）及实际线路板。
四、应完成的技术资料
设计说明书（论文）及所选课题要求的图纸及线路板。
五、参考资料
钱锐主编，《PLC应用技术》，北京：
科学出版社
弭洪涛主编，《PLC应用技术要点与题解》，北京：
中国电力出版社
汪晓平主编，《PLC可编程控制器系统开发实例导航》，北京：
人民邮电出版社六、日程安排
1、借毕业设计参考资料，领毕业设计用纸，指导和布置可编程控制器的有关内容；熟悉课题，整理、收集资料（2天）
2、设计控制线路（3天）
3、编写梯形图和指令表程序，实验室调试（10天）
4、中期检查（1天）
5、整理成果，编写设计说明说（7天）
6、答辩（2天）
第1章可编程控制器的概述
可编程控制器（简称PLC或PC）是随着现代社会的发展和技术进步，现代工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞速发展，在继电器控制的基础上产生的一种新型的工业控制装置，是将微型计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体，应用到工业领域的一种高可靠性控制器，是当代工业生产自动化的重要支柱。
1.1PLC的产生与发展趋势
一种新型的控制装置和先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。
1968年，美国通用汽车公司（GM）为改造汽车生产设备的传统控制方式，解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题，提出了著名的十条技术指标在社会上招标，要求制造商为其装配线提供一种新型的通用控制器，它应具有以下特点（十条技术指标）：
1.编程方便，可在现场修改程序；
2.维修方便，最好是插件式；
3.可靠性高于继电器控制柜；
4.体积小于继电器控制柜；
5.可将数据直接送入管理计算机；
6.在成本上可与继电器控制竞争；
7.输入可以是交流115V；
8.输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀；
9.在扩展时，原有系统只要很小变更；
10.用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。
于是可编程控制器应运而生。
1969年，美国数字设备公司（DEC）根据上述要求成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14,并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。
接着美国M0DIC0N公司也研制出084控制，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。
1971年，日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。
1973年，西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。
我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。
进入20世纪70年代，随着微电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。
进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC,使PLC的功能增强,工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活，方便O
PLC的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，正是这些高新技术的发展推动了可编程控制器的发展。
可编程控制器大致有以下几个发展趋势:
1.系列化、模板（块）化
2.小型机功能强化
3.中、大型机高速度、高功能、大容量
4.低成本
5.多功能
1.2PLC的定义
1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”
该定义强调了可编程控制器是数字运算的电子系统，它是一种计算机，是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机。
1.3PLC的特点
PLC的种类虽然千差万别，但为了在工业环境中使用，它们都有许多共同的特点。
L抗干扰能力强，可靠性提高
2.编程方便
3.使用方便
4.维护方便
5.设计、施工、调试周期短
6.易于实现机电一体化
1.4PLC的主要功能
可编程控制器是采用微电子技术来完成各种控制功能的自动化设备，可以在现场的输入信号作用下，按照预先输入的程序，控制现场的执行机构，按照一定规律进行动作。
其主要功能有：
L顺序逻辑控制
2.运动控制
3.定时控制
4.计数控制
5.数据处理
6.模/数和数/模转换
1.5可编程控制器的性能指标
性能指标是用户评价和选购机型的基本依据。
目前市场上机型总类繁多，各个厂家在说明其性能指标时，主要技术项目也不完全相同。
用户在进行可编程控制器的选型时可参照生产厂商提供的技术指标，从以下几个方面来考虑。
1.处理技术指标
处理技术指标是可编程控制器各项性能指标中最重要的性能指标，在这部分技术指标中，应反映出CPU的类型、编程方法、用户程序存储器容量和可连接的I/O总点数（开关量多少点，模拟量多少路）、指令长度、指令条数、扫描速度等。
2.1/0模板（块）技术指标
对于开关量输入模板，要反映出输入点数/块、电源类型、工作电压以及COM端输入电路等情况。
对于开关量输出模板，要反映出输出点数/块、电源类型、工作电压等级以及COM端输出电路等情况。
一般可编程控制器的输出形式有三种：
继电器输出、晶体管输出、双向晶闸管输出。
要根据不同的负载性质选择PLC输出电路的形式。
对于模拟量I/O模板，要反映出他的输入/输出路数、信号范围、分辨率、精度、转换时间、外部输入或输出阻抗、输出编码、通道数、端子连接、绝缘方式、内部电源等情况。
3.编程器及编程软件
反映这部分性能指标有编程器的形式（简易编程器、图形编程器或通用计算机）、运行环境（DOS或WINDOWS）、编程软件以及是否支持高级语言等。
如果只是一般性的了解可编程控制器的性能，可简单的用一下五个指标来评价：
CPU芯片、编程语言、用户程序储量、I/O总数、扫描速度。
1.6PLC的应用
PLC作为一种通用的工业控制器，它可用于几乎所有的工业领域。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个领域。
PLC已成为工业控制的主要手段和重要的基础设备，它与CAD'CAM（计算机辅助设计'计算机辅助制造）、工业机器人并列为工业自动化的三大支柱。
第2章可编程控制器的结构与基本工作原理
2.1PLC的结构
可编程控制器其本质是工业控制专用计算机。
它的软、硬件配置与计算机极为类似。
PLC的硬件主要由中央处理单元（CPU模块），存储器，输入/输出单元，电源组成。
其结构框图如图2-1。
输入单元
编程器
X
中央处理单元（CPU）n
输出单元
系统程序存储器
用户程序存储器
电源
图2TPLC结构简化框图
一、PLC的硬件
1.中央处理单元（CPU模块）
CPU模块是PLC的控制中枢，是核心部件，其性能决定了PLC的性能。
组成：
由微处理器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线、数据总线、控制总线与存储器的输入、输出接口电路相连。
常用芯片：
通用微处理器、单片机、位片式微处理器。
作用：
处理和运行用户程序；进行逻辑和数学运算；控制整个系统，使之协调的工作。
2.存储器
存储器是具有记忆功能的半导体电路。
组成：
由多个寄存器组成。
将一个寄存器作为一个存储单元，使用N个寄存器可构成N个存储单元。
1位寄存器只能存放一位1位数字。
常用存储器类型：
RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）、EPROM（可擦除只读存储器）、EEPROM（可电擦除只读存储器）。
作用：
存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息。
3.输入/输出单元（I/O模块）
I/O模块是PLC与工业生产设备或工业生产过程连接的接口，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。
（1）输入模块
作用：
用来接收和采集输入信号（输入信号有开关量输入信号和模拟量信号两类）。
还需将这些各式各样的电平信号转换成CPU能够接收和处理的数字信号。
输入类型：
直流输入，交流输入，交直流输入。
输入接口采用光电耦合电路，目的是把PLC与现场电路隔离，提高PLC的抗干扰能力。
接口电路内部有滤波，电平转移，信号锁存电路。
各PLC生产厂家都提供了多种形式的I/O部件或模块供用户选用。
（2）输出模块
作用：
接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场的执行部件能够接收的信号。
输出类型：
继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。
输出接口电路也采用光电耦合，每一点输出都有一个内部电路，由指示电路，隔离电路，继电器组成。
输出接口电路也有输出状态锁存、显示、电平转移和输出接线端子排，输出部件或模块也有多种类型供选用。
4.电源
作用：
将交流电转换成PLC内部所需的直流电源。
类型：
目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。
二、PLC的软件
PLC的软件分为两大部分：
1.系统监控程序
用于控制可编程控制器本身的运行。
主要有管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块，系统调用。
由PLC生产厂家编写，并固化到只读式存储器ROM中，用户不能访问。
2.用户程序
用于控制被控装置的运行。
用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的程序。
由用户启动运行。
通过编程器输入到PLC的随机存储器RAM中，允许修改。
随着PLC在工业控制中的广泛应用发展，为了增强PLC的功能，扩大其应用范围。
生产厂家开发了许多供用户选用的特殊功能模块。
（1）模拟量输入输出模块
（2）高速计数器模块
（3）PID过程控制功能模块
（4）中断输入模块与快速响应模块
（5）运动控制模块
（6）通信模块
PLC除上述部分外，随机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程,实现监控以及网络通讯，常用的外部设备有编程器、人/机接口、外存储器、打印机、EPROM写入器、盒式磁带录音机等。
其中编程器是PLC必不可少的主要外设。
它主要用来生成用户程序并对它进行编程、检查、修改、输入和调试。
各种编程器还能对PLC的工作状态进行监控。
2.2PLC的基本工作原理
一、PLC的工作状态
（1）运行状态：
分为内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。
（2）待机状态：
当处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务两个阶段。
二、PLC的工作原理：
串行循环扫描
可编程控制器采用循环扫描工作方式，当可编程控制器运行时，用户程序中有众多的操作需要执行，但CPU是不能同时执行多个操作的，他只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。
即CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环。
由于CPU的运算处理速度很高，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的。
三、PLC的工作过程（扫描过程如图2-2）
图2-2扫描过程
（1）内部处理阶段
每次扫描用户程序之前都先执行故障自诊断程序。
PLC检查I/O存储器、CPU模块等是否正常发现异常停机并显示出错信息。
将监视定时器复位，以及完成一些其它内部工作。
如无异常,继续向下阶段扫描。
（2）通信服务阶段
在此阶段，PLC与一些智能模块通信响应编程器键入的命令更新编程器的显示内容等。
当PLC处于待机状态时，只进行内容处理和通信操作等内衣当PLC由待机状态切换到运行状态时,除完成以上两阶段扫描的工作外,还要向下一阶段扫描，完成另三个阶段的操作。
（3）输入处理阶段
输入处理也叫输入采样。
在此阶段顺序读取所有输入端子的通断
状态，并将所读取的信息存到输入映象寄存器中，此时输入映像寄存器被刷新。
（4）程序执行阶段
按先上后下，先左后右的步序，对梯形图程序进行逐句扫描并根据采样到输入映像寄存器中的结果进行逻辑运算，运算结果再存入有关映像寄存器中。
但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
（5）输出处理阶段
程序处理完毕后，将所有输出映象寄存器中各点的状态，转存到输出锁存器中，再通过输出端驱动外部负载。
2.3PLC的编程语言
PLC一般备用多种编程语言，供用户选择。
IEC1131—3标准详细说明了句法、语义和5种编程语言的表达方式，顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能块图（FBD）、指令表（IL）、结构文本（ST）。
其中，两种图形语言——梯形图（LD）、功能块图（FBD）
两种文字语言——指令表（IL）、结构文本（ST）
一种结构块控制程序流程图——顺序功能图（SFC）
一、梯形图（LD）
梯形图是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。
这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。
每个梯级是一个因果关系。
在梯级中，描述事件发生的条件表示在左边，事件发生的结果表示在右面。
梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。
它来源于继电器逻辑控制系统的描述。
特别适用于开关量逻辑控制。
在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。
梯形图程序设计语言的特点是：
（1）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；
（2）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；
（3）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（PowerFLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；
（4）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。
二、指令表（IL）
指令表语言又称语句表语言或助记符语言，是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。
每条指令由助记符（指令码）和操作数（参数，如作用元件编号）等组成。
助记符用来指定要执行的功能，指定CPU该进行什么操作；操作数包含为执行这一操作所需的数据，指定CPU用什么地方的数据执行此操作。
它与计算机中的汇编语言类似，但比汇编语言直观易懂，编辑简单。
指令表可实现某些不能用梯形图或功能块图实现的功能。
指令表程序设计语言具有下列特点：
（1）采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点；
（2）在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计；
（3）与梯形图有一一对应关系。
三、功能块图（FBD）
功能块图是用一种类似数字逻辑电路的编
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