plc液体灌装机系统设计.docx
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plc液体灌装机系统设计
机床电气与PLC实训
说明书
专业：
机电一体化技术
学号：
10131326
姓名：
李星
教师：
王伟
组别：
第十九组
日期：
2012.01.10
成绩：
沈阳理工大学应用技术学院
机械与运载学院
前言
自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。
自动控制是工程科学的一个分支。
它涉及利用反馈原理的对动态系统的自动影响，以使得输出值接近我们想要的值。
从方法的角度看，它以数学的系统理论为基础。
我们今天称作自动控制的是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。
1、40年代--60年代初：
需求动力：
市场竞争,资源利用,减轻劳动强度,提高产品质量,适应批量生产需要。
主要特点：
此阶段主要为单机自动化阶段,主要特点是:
各种单机自动化加工设备出现,并不断扩大应用和向纵深方向发展。
典型成果和产品：
硬件数控系统的数控机床。
2、60年代中--70年代初期：
需求动力：
市场竞争加剧,要求产品更新快,产品质量高,并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。
主要特点：
此阶段主要以自动生产线为标志,其主要特点是:
在单机自动化的基础上,各种组合机床、组合生产线出现,同时软件数控系统出现并用于机床,CAD、CAM等软件开始用于实际工程的设计和制造中,此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。
典型成果和产品：
用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。
3、70年代中期--至今：
需求动力：
市场环境的变化,使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重,要求自动化技术向其广度和深度发展,使其各相关技术高度综合,发挥整体最佳效能。
主要特点：
自70年代初期美国学者首次提出CIM概念至今,自动化领域已发生了巨大变化,其主要特点是:
CIM已作为一种哲理、一种方法逐步为人们所接受;CIM也是一种实现集成的相应技术,把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。
所谓哲理,就是企业应根据需求来分析并克服现存的“瓶颈”,从而实现不断提高实力、竞争力的思想策略;而作为实现集成的相应技术,一般认为是:
数据获取、分配、共享;网络和通信;车间层设备控制器;计算机硬、软件的规范、标准等。
同时,并行工程作为一种经营哲理和工作模式自80年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域,并将进一步促进单元自动化技术的集成。
典型成果和产品：
CIMS工厂,柔性制造系统（FMS）。
随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用，为适应自动控制。
宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。
主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。
目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。
为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的总体，这就是自动控制系统。
在自动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持为某一恒定值，例如温度，压力或飞行航迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。
在反馈控制系统中，控制装置对被控装置施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。
机械制造自动化这是机械化、电气化与自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。
早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。
20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。
研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS）。
以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产管理自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化。
管理自动化工厂或事业单位的人、财、物、生产、办公等业务管理自动化，是以信息处理为核心的综合性技术，涉及电子计算机、通信系统与控制等学科。
一般采用由多台具有高速处理大量信息能力的计算机和各种终端组成的局部网络。
现代已在管理信息系统的基础上研制出决策支持系统（DSS），为高层管理人员决策提供备选的方案。
对社会的影响自动化是新的技术革命的一个重要方面。
自动化技术的研究、应用和推广，对人类的生产、生活等方式将产生深远影响。
生产过程自动化和办公室自动化可极大地提高社会生产率和工作效率，节约能源和原材料消耗，保证产品质量，改善劳动条件，改进生产工艺和管理体制，加速社会的产业结构的变革和社会信息化的进程。
发展趋势现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。
70年代以后，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动调度系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。
自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。
自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。
工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。
“机电传动控制”课程设计任务书
第十九组
1.设计题目：
液体灌装机控制系统程序设计
（一）
2.设计内容：
1）液体容器的传送动作。
它是有传送器在纵向和横向两个汽缸的带动下，实现左行、右行、前行、后行。
2）液体容积的升降动作。
它由升降汽缸带动，上升到位，顶开阀头，实现灌装，灌满后，容器下降，离开阀头，回原位。
3）电磁阀输出。
电磁阀为两位三通电磁阀。
接通输出，则接通油泵和容器；断开则使油泵和容器断开，油泵和油箱接通，完成油箱吸油的动作。
4）供油与吸油动作。
当上面的电磁阀接通时，油泵与容器接通，供油汽缸前进实现供油；电磁阀断开后，油泵和油箱接通，供油汽缸后退，实现吸油；
5）所有汽缸的双向动作都有到位检测开关
3.设计要求：
1）画出端子分配图和顺序功能图
2）设计并调试PLC控制梯形图
3）设计说明书
4.进度安排：
1）理解题目要求，查阅资料，确定设计方案1天
2）PLC顺序功能图与梯形图设计2天
3）说明书撰写1天
4）答辩1天
指导教师：
王伟
主管院长：
年月日
第一部分PLC的概述
1、PLC可编程控制器
PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在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英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:
一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它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.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC
“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。
”
2.PLC的应用领域
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行业，使用情况大致可归纳为如下几类。
2.1开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.2模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
2.3运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
2.4过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
2.5数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
2.6通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
3.PLC的构成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
3.1CPU的构成
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。
寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
3.2I/O模块
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。
I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
常用的I/O分类如下：
开关量：
按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：
按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
3.3电源模块
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。
电源输入类型有：
交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。
3.4底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：
电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
4PLC系统的其它设备
4.1编程设备
编程设备：
编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。
小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。
也就是我们系统的上位机。
4.2人机界面
人机界面：
最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
设计题目：
灌装机的动作有以下4种：
1）液体容器的传送动作。
它是由传送器在纵向和横向两个汽缸的带动下，实现左行、右行、前行、后行。
2）液体容器的升降动作。
它由升降汽缸带动，上升到位，顶开阀头，实现灌装，灌满后，容器下降，离开阀头，回原位。
3）电磁阀输出。
电磁阀为二位三通电磁阀。
接通输出，则接通油泵和容器；断开则使油泵和容器断开，油泵和油箱接通，完成油箱吸油的动作。
4）供油与吸油动作。
当上面的电磁阀接通时，油泵和容器接通，供油汽缸前进实现供油；电磁阀断开后，油泵和油箱接通，供油汽
缸后退，实现吸油；
所有汽缸的双向动作都有到位检测开关。
流程图如下：
第二部分总体设计
PLC的选型
PLC的主机：
选择欧姆龙系列作为此液体灌装机控制系统的主机。
由于所选机型CPM1A的主机模块为40点数的，其中输出为16，输入为24，能满足此系统输出要求，不需要添加扩展模块。
具体的输入与输出功能如表：
I∕O端口分配图
输入
输出
功能
地址
功能
地址
启动SB1
00001
传送器右行KM1
01001
传送器右到SQ1
00002
升降汽缸上升KM2
01002
升降气缸上升SQ2
00003
传送器后行KM3
01003
传送器后到SQ3
00004
传送器左行KM4
01004
传送器左到SQ4
00005
传送器前行KM5
01005
升降气缸上升SQ5
00006
电磁阀输出KM6
01006
传送器前到SQ6
00007
供油汽缸前行供油KM7
01007
供油汽缸前行SQ7
00008
升降气缸下降KM8
01008
停止SB2
00009
供油汽缸后退吸油KM9
01009
接线图
第三部分PLC程序设计
1.设计思想
本次我们的课程设计的题目是：
液体灌装机控制。
首先按照要求把具体的输入与输出的端口相应的点数配合设计出来，好为下步的工作做铺垫，然后根据找出的端口数相应的选出PLC的型号和具体的端口，在根据题中的具体要求把灌装机运行过程用顺序功能图表示出来，但每个开关和动作在顺序功能图中不能体现出来，但在梯形图中准确的表示出来，在用这种思路把相应的梯形图设计好。
再设计梯形图时，应注意以下几项：
（1）设计可编程控制器时，安全性是第一重要的，应避免程序故障的出现，应设置如下几中安全电路：
紧急停止电路，保护电路等操作的连锁电路，定位的上限位/下限位等连锁电路等，以防止误操作产生故障。
（2）编程要理论联系实践。
从最简单的做起，循序渐进。
最开始可以先编写些只包括数字量的，然后再考虑模拟量的，另外像计时器、计数器也经常使用等。
（3）在一段程序里不可有同样的两个输出存在。
比如说前段程序有1个输出Q0.0存在，后面就不要再有了。
（4）用步进指令设计梯形图时，要注意PLC初始状态继电器的设置。
状态继电器可用于步进顺序控制，也可作为辅助继电器使用。
（5）使用梯形图编程时，应把串联多的电路块尽量放在最上边，把并联多的电路块尽量放在最左边，这样即节省指令，又美观。
在同一程序中，同一编号的线圈使用两次及两次以上称为双线圈，双圈非常容易引起误动作，应避免使用。
触点应画在水平线上，不包含触点的分支线条应放在垂直方向，不要放在水平方向，以便于读图和图形的美观。
线圈和指令线圈一般不能直接连接在左边的母线上，如需要的话可通过特殊的继电器完成。
2.液体灌装机系统PLC顺序功能图
3.液体灌装机控制系统PLC梯形图
4．液体灌装机控制系统PlC指令表
LD20007
AND20008
AND00007
AND00008
AND00009
OR20000
ANDNOT20001
OUT20000
LD20000
AND00001
ANDNOT00009
OR20001
ANDNOT20002
OUT20001
LD20001
AND00002
OR20002
ANDNOT20003
OUT20002
LD20002
AND00003
OR20003
ANDNOT20004
OUT20003
LD20003
AND00004
OR20004
ANDNOT20005
OUT20004
LD20004
AND00005
OR20005
ANDNOT20007
OUT20005
LD20002
AND00003
OR20006
ANDNOT20007
OUT20006
LD20005
AND20006
AND00006
AND01006
AND01007
OR20007
ANDNOT20001
OUT20007
LD20005
AND20006
AND00006
AND01006
AND01007
OR20008
OUT20008
LD20001
OUT01001
LD20002
OUT01002
LD20003
OUT01003
LD20004
OUT01004
LD20005
OUT01005
LD20006
OUT01006
OUT01007
LD20007
OUT01008
LD20008
OUT01009
第四部分PLC课程设计总结
为期一周的PLC课程设计，很快结束了，在这短暂的实训时间里，经过老师指导以及循循善诱，我受益匪浅，学习了不少关于自己专业方面的知识。
经过这次课程设计，让自己更相信一分努力一分收获，端正的的学习态度在以后的学习、工作中是必不可少的！
这次课程设计主要是完成液体灌装机控制系统的设计，在完成这个设计项目期间还学习了画图等一些与自己专业有关的软件应用。
这门课程的灵活性很强，充分发挥自己的潜力；其实学习的过程当中并不一定要学到多少东西，个人觉得开散思维怎样去学习，这才是最重要的，而这门课程恰好体现了这一点。
这次的课程设计从程序上面看起来很复杂，我经过分析综合，再加上老师的指点，一下子就变得简单化了。
先分析题目，确定输入和输出数量以及I/O分配表，然后再进行顺序功能图的设计和梯形图的编写等等，最后进行说明书的撰写等一些细节性的修改。
期间也有一定的技术难题和一些想不到的困难，但在老师和同学们的帮助下也都迎刃而解。
总的来说，这次课程设计经过一定的努力也算顺利完成了。
通过这次的实践操作，我认识到了自己的不足，更感觉到了自己与别人的差距。
为了明年的工作实习而做准备，我应该从各方面去充实自己，使自己适应这个社会。
总之，这次的实训给予了我不同的学习方法和体验，让我深切的认识到实践的重要性。
在以后的学习过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力，多与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境，相信在不久的将来，可以打造一片属于自己的天地。
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