毕业设计(论文)-PLC冰柜测试输送生产线控制系统设计.doc
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1、冰柜测试输送生产线控制系统设计 I XXXXXXXXXXXXXX 本科生毕业设计(论文) 学院(系): XXXXXXXXXXXX 专 业: XXXXXXXXXXXXX 学 生: XXX 指导教师: XXX 完成日期 2011 年 5 月 冰柜测试输送生产线控制系统设计 II XXXXXX 本科生毕业设计(论文) 冰柜测试输送生产线控制系统设计 Control System Design of Freezer Test Transfer Production Line 总计: 毕业设计(论文) 38 页 表 格: 5 个 插 图: 22 幅 冰柜测试输送生产线控制系统设计 III 冰柜测试输送生
2、产线控制系统设计 摘 要本论文是设计一个由 PLC 控制的冰柜测试输送生产线。主要是以 PLC 为 控制核心,变频器为辅助元件,电机作为执行元件。首先通过对系统控制要求的分析, 画出程序流程图,之后在相应的编程软件中编写控制程序,从而通过 PLC 控制冰柜箱 体在多条生产线中的进出功能,确保安全、畅通地按照既定工艺进行箱体传送。通过 分析,分别对其硬件设计,PLC 选用西门子 S7-300。软件环境是应用西门子公司专门 为 S7-300/400 系列 PLC 设计开发的 STEP7 软件。本课题通过软、硬件的设计满足了相 关规程要求,提高了系统的准确性、安全性,通过调式基本达到了预期的效果。
3、关键词可编程逻辑控制器;控制系统;编程;仿真系统 Control System Design of Freezer Test Transfer Production Line Abstract: This paper designs a controlled by PLCs deep freezers test conveying line. This design mainly takes the PLC as control core, inverter as auxiliary components, motor as executive components etc. Firstly
4、draw the program flow chart according to the analysis of the systems require on controlling, then design the program in the corresponding software so as to reach the function of controlling the freezer cabinet getting in and out in several production by the PLC, and ensure cabinets can be transmitte
5、d safety and free according to the established process. A series of other hardware of control requirements through analysis and draw the program flow chart and in the corresponding software written by PLC control procedures to control in the cooler cabinet many production and function, ensure safe a
6、nd smooth in accordance with established process cabinet to transmit. Through the analysis of its hardware design, respectively, and selects Siemens S7-300 series PLC. Software development is the application of Siemens S7-300 / specially for design and development of 400 series PLC STEP7 software. T
7、his topic through the software and hardware design meets the relevant instruction, to improve the accuracy, security system, through adjusted achieve the expected effect. Key words: Programmable logic controller;control system;programming;simulation debugging 冰柜测试输送生产线控制系统设计 IV 目 录 1 引言.1 1.1 课题的背景
8、1 1.2 课题的意义、目的 1 1.3 课题相关技术 2 2 控制系统的总体设计方案.3 2.1 控制系统的组成 .3 2.2 系统的基本控制要求 3 3 冰柜测试输送生产线控制系统的硬件设计.5 3.1 主回路的设计 5 3.1.1 电机的功率5 3.1.2 变频器的选择与参数设置5 3.1.3 主回路电路图7 3.2 控制回路设计 8 3.2.1 PLC 的选型8 3.2.2 输入输出端口分配9 3.2.3 PLC 接线图11 4 控制系统软件设计.13 4.1 可编程控制器 13 4.1.1 可编程控制器的工作原理及编程语言13 4.2 程序流程图 14 4.3 程序的设计与分析 15
9、 5 系统软件仿真设计.18 5.1 S7-300 PLC 编程环境.18 5.2 S7-PLCSIM 仿真软件21 附录.23 冰柜测试输送生产线控制系统设计 1 1 引言 1.1 课题的背景 随着中国经济的高速发展,中国人民生活水平的不断提高,冰柜作为日常家用电 器广泛的进入百姓家中,智能化、个性化成为未来冰柜发展趋势。 为了使消费者在使用冰柜过程中更加方便简易,功能更加完善,智能化冰柜最终 迎合人们的消费需求。从目前冰柜市场来看,冰柜行业的智能之争从来没有停息过, 无论是国产品牌还是进口品牌,都在智能技术上大做文章,纷纷推出科技含量很高、 极具竞争力的产品。从目前冰柜市场来看,随着生活品
10、质的进一步提高,人们对冰柜 的消费需求已经从只看重冰柜能否延长食物保质期,逐渐发展到大容量、保鲜、营养、 健康、环保等多方面并重。在这种形式下,企业更注重进行技术改革,智能化、个性 化的冰柜应运而生,而此时对冰柜的生产也有了更高的要求,为此就需要生产线实现 智能化、自动化,从而对输送设备就要有更高的要求。 国际范围内输送机的技术与设备主要有这样几个特点。一是机械大型化,主要技 术参数与机械均向大型化发展,以满足高产、高效、集约化生产的需要。二是动态分 析技术和机电一体化、计算机监控等高新技术,采用大功率软起动与自动张紧技术, 对输送机进行动态监控与监测,大大地降低了输送带的动张力,设备运行性能
11、好,运 输效率高。三是采用多机驱动与中间驱动及其功率平衡、输送机变向运行等技术,使 输送机单机运行长度在理论上突破限制,并确保输送系统设备的通用性、互换性及其 单元驱动的可靠性。四是新型、高可靠性关键元部件技术。如先进的大功率驱动装置 与调速装置、高寿命高速托辊、自清式滚筒装置、高效贮带装置、快速自移机尾等。 如英国产的 FSW1200 工作面顺槽带式输送机就采用了液粘差速或变频调速装置运输能 力出众,并且机尾可随工作面推移而自动快速自移、人工作业少、生产效率高。 1.2 课题的意义、目的 近年来,随着计算机技术的迅猛发展以及 PLC 方面国际标准的制定,一项打破传 统 PLC 局限性的新兴技
12、术发展起来了,这就是软 PLC 技术。其特征是在保留 PLC 功能 的前提下,采用面向现场总线网络的体系结构,采用放的通信接口,如以太网、高速 串口等;采用各种相关的国际工业标准和一系列的事实上的标准;全部用软件来实现 传统 PLC 的功能。 其优点是软 PLC 解决了传统 PLC 的兼容性差、通用性差等问题,具有多方面的优 势,软 PLC 的硬件体系结构不再封闭,用户可以自己选择合适的硬件组成满足要求的 软 PLC;传统 PLC 的指令集是固定的,而实际工业应用中可能需要定义算法。软 PLC 指 令集可以更加丰富,用户可以使用符合标准的操作指令;传统 PLC 限制在几家厂商生 冰柜测试输送生
13、产线控制系统设计 2 产,具有私有性,因此很难适应现有标准计算机网络,常常是 PLC 与计算机处在不同 类型的网络中。软 PLC 不仅能加入到已存在的私有 PLC 网络中,而且可以加入到标准 计算机网络中。这使得现有计算机网络的很多研究成果很容易地应用到 PLC 控制技术 中。 在工控现场,可编程序控制器和变频器的综合使用越来越显得重要。尤其对电气 专业的学生,系统掌握一种 PLC 和变频器的使用对于日后工作会有很大帮助。 冰柜产品安装完成之后,有一道通电进行各种电气性能测试的工序。本课题设计 一个由 PLC 控制的冰柜测试输送生产线,主要控制冰柜箱体在多条生产线中的进出功 能,确保安全、畅通
14、地按照既定工艺进行箱体传送。通过此控制系统的设计,掌握 PLC 在工业控制中的具体应用,以及掌握电气保护方面的设计,了解工业控制现场中的相 关控制器件及性能和使用。 虽然自动化生产线本身并不直接创造效益,但它对企业生产效益起着明显的提升 作用: 提高生产效率; 提高产品质量; 提高生产线的安全性; 减少生产过程中能源损耗。 1.3 课题相关技术 可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下的应用而 设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、 计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型 的机械或生产过程1。 PL
15、C 的用户界面十分友好,给使用者带来很大的方便。PLC 提供标准通讯接口,可 以方便地构成 PLC-PLC 网络或计算机-PLC 网络。PLC 应用程序的编制和调试非常方便, PLC 的梯形图语言与继电器控制线路图很相似,很容易掌握。PLC 具有监控功能,利用 编程器或监视器可以对 PLC 的运行状态、内部数据进行监视或修改。PLC 控制系统的维 护非常简单,利用 PLC 的诊断功能和监控功能,可以迅速查找到故障点,对大多数故 障都可以及时予以排除。 变频器是利用电力电子器件把工频电源变换成各种频率可调的交流电源以实现电 动机的变速运行的设备,是运动控制系统中的功率变换器。 变频器是公认的交流
16、电动机最理想、最有前途的调速方案,除了具有卓越的调速 性能之外,变频器还具有显著的节能作用,是企业技术改造和产品更新换代的理想调 速装置。自 20 世纪 80 年代被引进我国以来,变频器作为节能应用与速度工艺控制中 越来越重要的自动化设备,得到快速发展和广泛应用。 冰柜测试输送生产线控制系统设计 3 2 控制系统的总体设计方案 2.1 控制系统的组成 本课题控制系统的硬件主要由 PLC 为核心控制单元,再加上外围的电路和变频器 等作为辅助设备,实现冰柜自动测试的输送。 可编程控制器主要由中央处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、电源、输入/输出接 口、外部设备接口及 I/O 扩展接口几大
17、部分构成。 CPU 是 PLC 的核心部件,主要用来运行用户程序、监控输入输出接口状态以及 进行逻辑判断和数据处理。PLC 的存储器可以分为两类:一类是系统程序存储器,主要 存放系统管理、监控程序;另一类是用户程序及数据存储器,主要存放用户编制的应 用程序和各种数据。PLC 的电源是指为 CPU、存储器、I/O 接口等内部电子电路工作所 配备的直流开关电源。输入/输出接口是 PLC 与现场输入输出设备或其他外部设备之间 的连接部件,PLC 通过输入接口把工业设备或生产过程的状态或信息(如按钮、各种继 电器触点、行程开关、各种传感器等)读入中央处理器;输出接口是将 CPU 处理的结 果通过输出电
18、路去驱动输出设备(如指示灯、电磁阀、继电器、接触器等)。PLC 的外 部设备主要有编程器、操作面板、文本显示器、打印机等。I/O 扩展接口是用于扩展输 入/输出单元,它使 PLC 的控制规模配置更加灵活,可以配置开关量的 I/O 单元,也可 以配置如模拟量、高速计数等特殊 I/O 单元及通讯适配器等2。 变频器是运动控制系统中的功率变换器,当今的运动控制系统是包含了多种学科 的技术,总的发展趋势是驱动的交流化,功率变换器的高频化,控制的数字化,智能 化和网络化。变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源的频率和 幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件3。 2.2 系统的基本控制要
19、求 该系统工作原理是通过 PLC 与变频器等设备相互配合,由自动执行装置(包括各种 执行器件,机构,如电机,电磁铁,电磁阀,气动,液压等),经各种检测装置(包括 各种检测器件,光电传感器,仪表等),检测各装置的工作进程,工作状态,经逻辑, 数理运算,判断,按生产工艺要求的程序,确保箱体安全、畅通地按照既定工艺进行 传送,自动进行生产作业的流水线。 系统电源模块:AC380V/50HZ; 系统核心控制功能模块:利用 PLC 实现对电动机运行与控制; 系统扩展模块:通过西门子变频器实现对电动机速度的调节; 辅助功能模块:利用移载机与光线传感器的配合实现相关控制要求。 冰柜测试输送生产线电气控制系统
20、硬件框图如图 1 所示 。 冰柜测试输送生产线控制系统设计 4 图 1 电气控制系统硬件框图 基本控制要求: 共有四条平行的冰柜测试板链线,每条线速度可调且能实现三种进出箱工况。 只进不出; 只出不进; 同进同出。 垂直并紧挨着四条板链线的两旁各有一段辊道,分别由一个电机驱动,且速度可 调。一侧是进箱辊道,另一侧是出箱辊道。辊道与板链接口处是移载机,可由气缸推 动上下移动且电气驱动皮带传动接送箱体。当没有箱体在辊道上运行时,移载机(分 布在辊道下)不顶起;当有冰柜向板链上进或从板链上出时,移载机顶起,然后皮带 运行,准备接送箱动作,完成后,移载机落下。同一时间只能有一条板链线实现第三 种工况,
21、同一时间可有两条板链线分别进出。根据生产工艺要求,设计控制系统主回 路电气图(要求各辊道速度可调)、和控制回路电路图及 PLC 接线图。编写 PLC 控制 程序并仿真调试,不能有箱体冲撞发生。 设计应尽可能考虑到在生产实践中出现的问题,并采用最适当的解决方案。系统 主要是利用 PLC 接收来自光电开关的信号来判断箱体的位置和数量,从而做出判断通 过 PLC 来控制辊道电机和板链电机的动作,最终达到箱体输送自动化的效果。设计中 尽量减少 PLC 的 I/O 口点数,在不影响系统功能下能共用一个操作按钮的情况下就只 使用一个按钮,能共用一个光电开关的就只使用一个光电开关,这样一来使得本设计 的操作
22、面板简洁明了,同时又使得本设计具有良好的经济性,提高了产品性价比。系 统要求各板链、辊道速度均可调节,系统的调速采用变频调速的方式。冰柜测试输送 生产线布局如图 2 所示。 冰柜测试输送生产线控制系统设计 5 图 2 冰柜测试输送生产线布局图 3 冰柜测试输送生产线控制系统的硬件设计 3.1 主回路的设计 3.1.1 电机的功率 根据控制要求所述共有四条平行的冰柜测试板链线,每条线速度可调,垂直并紧 挨着四条板链线的两旁各有一段辊道,分别由一个电机驱动,且速度可调。辊道占用 两台电机,板链占用四台电机,共六台电机分别和六台变频器相连。 设计中用到三种不同类型的电机,其转速和控制设备均不相同,控
23、制滚道和板链 线的电机需要大容量的电机,控制移载机皮带的电机容量比较小。电机的功率如表 1 所示。 表 1 电机功率表 功率台数用途 1.5KW2 辊道 2.2KW4 板链 0.45KW8 移载机皮带 3.1.2 变频器的选择与参数设置 (1)变频器的选择 冰柜测试输送生产线控制系统设计 6 本系统采用西门子 MM440 变频器。MM440 是一种集多种功能于一体的变频器,它能 适用于电动机需要调速的各种场合。利用变频器的基本操作面板可以更改、设定各个 参数及变频器的操作方式。MM440 的功能非常强大,可以选择和设定的参数很多,主要 的参数有:变频器参数、电动机参数、命令和数字 I/O 参数
24、、模拟 I/O 参数、设定值 通道、电动机控制参数、通讯参数、报警、警告和监控参数、PI 控制参数等4。 (2)变频器的参数设置 MM440 在缺省设置时,用 BOP 控制电动机的功能是被禁止的。如果要用 BOP 进行 控制,参数 P0700 应设置为 1,参数 P1000 也应设置为 1。用基本操作面板(BOP)可 以修改任何一个参数。修改参数的数值时,BOP 有时会显示“busy”,表明变频器正忙 于处理优先级更高的任务。下面就以设置 P1000=1 的过程为例,来介绍通过基本操作 面板(BOP)修改设置参数的流程,见表 25。 表 2 基本操作面板(BOP)修改设置参数流程 操作步骤BO
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