饮料箱自动码垛机PLC控制系统设计


    饮料箱动码垛机PLC控制系统设计
    目 录

    摘 1
    0引言 2
    01西门子S7200smart硬件介绍软件应 2
    1饮料箱动码垛机结构原理 5
    11 工艺流程 5
    2方案设计 6
    21控制方案 6
    22伺服系统 6
    221伺服系统简介 6
    222伺服系统应 7
    23气动系统吸盘 8
    231气动系统 8
    232真空吸盘 9
    24步进电机 9
    25脉输出控制(PTO方式输出) 10
    26 PLC控制系统般设计步骤 12
    3电气接线图(I0分配表进行连接) 14
    4软件设计 15
    41 IO分配 15
    42 程序 16
    5 结 35
    6参考文献 37







    传统机械设备产品机械电气液压气动控制机械设备着工业水断发展机械设备已逐步手动控制改动控制设备身发展成机电体化综合体编程控制器(PLC)微处理器核心综合计算机动化技术通讯技术发展起种新型工业动控制装置30年发展目前编程控制器已成动化领域中重应控制装置居工业生产动化三支柱(编程控制器机器计算机辅助设计制造)首位广泛深度广度成衡量盒国家工业动化程度高低标志

    关键词:编程控制器(PLC)控制系统













    饮料箱动码垛机plc控制回路设计

    马宫世君 164612237
    0引言
    着科学技术迅猛发展生产力水断提高降低劳动强度改善工作环境日益重视起石油化工化肥粮食港口等行业包装质量劳动效率求日益提高促进企业现代化改造传统工包装生产效率低成行业产量包装质量提高巨障碍已满足现代化生产需户便产品运输储存包装求更加严格包装已成企业升级获济效益关键素快提高产品包装质量行业迫切务户行业求目前国全动码垛设备进口国产设备生产厂家较少市场呼吁国产化全动包装码垛生产线国工包装低效率产量提升间矛盾日益突出包装码垛动生产研究重济意义现实意义
    01西门子S7200smart硬件介绍软件应
    提供类型IO 点数丰富CPU 模块单体IO 点数高达60 点满足部分型动化设备控制需求外CPU 模块配备标准型济型供户选择应需求产品配置更加灵活限度控制成
    新颖信号板设计扩展通信端口数字量通道模拟量通道额外占电控柜空间前提信号板扩展更加贴合户实际配置提升产品利率时降低户扩展成
    配备西门子专高速处理器芯片基指令执行时间达015 μs 级型PLC 中遥遥领先颗强力芯者应繁琐程序逻辑复杂工艺求时表现容迫
    CPU 模块体标配太网接口集成强太网通信功根普通网线程序载PLC 中方便快捷省专编程电缆通太网接口CPU 模块触摸屏计算机进行通信轻松组网
    CPU 模块体集成3 路高速脉输出频率高达100 kHz支持PWMPTO输出方式种运动模式设置运动包络配方便易导设置功快速实现设备调速定位等功
    机集成Micro SD 卡插槽市面通Micro SD 卡实现程序更新PLC 固件升级极方便客户工程师终户服务支持省PLC 固件升级返厂服务便
    继承西门子编程软件强功基础融入更性化设计新颖带状式菜单全移动式界面窗口方便程序注释功强密码保护等体验强功时幅提高开发效率缩短产品市时间
    标准型晶体输出CPU 模块ST40S T60 提供3 轴100 kHz高速脉输出支持PWM(脉宽调制)PTO 脉输出
    PWM 方式中输出脉周期固定脉宽度占空程序调节调节电机速度阀门开度等
    PTO 方式(运动控制)中输出脉组态种工作模式包括动寻找原点实现步进电机伺服电机控制达调速定位目
    CPU 体Q00Q01 Q03 组态PWM 输出高速脉输出均通导设置完成述功
    SIMATIC S7200 SMART 编程控制器SIMATIC SMART LINE 触摸屏SINAMICS V20 变频器完美整合OEM 客户带高性价型动化解决方案满足客户机交互控制驱动等功全方位需求
    STEP 7 MicroWIN SMAR T 专门S7200 SMAR T 开发编程软件Windows XP SP3Windows 7 运行支持LADFBDSTL 语言安装文件100 MBSTEP 7 MicroWIN 优秀编程理念时更性化设计编程更容易手项目开发更加高效
    户根工艺需求定义变量名直接通变量名进行调
    完全享受高级编程语言便利根实现功特殊功寄存器调动命名更加便捷
    STEP 7 MicroWIN SMART 提供完善注释功程序块编程网络变量添加注释幅提高程序读性鼠标移动指令块时动显示脚支持数类型
    STEP 7 MicroWIN SMART 状态图中监测PLC 路输入 输出通道前值时路通道进行强制输入操作检验程序逻辑正确性
    状态监测值通数值形式通较直观波形图显示二者相互切换
    外PID 运动控制操作S TEP 7 MicroWIN SMART 通专门操作面板设备运行状态进行监控
    PLC 编程中般次反复执行相务编写成子程序直接调子程序更组织程序结构便调试阅读
    STEP 7 MicroWIN SMART 提供便利指令库功子程序转化成指令块普通指令块样直接拖拽编程界面完成调指令库功提供密码保护功防止库文件意查修改
    外西门子公司提供量完成种功指令库均轻松添加软件中
    1饮料箱动码垛机结构原理
    11 工艺流程
    码垛机已装入容器纸箱定排列码放托盘栈板(木质塑胶)进行动堆码然推出便运仓库储存设备采西门子S7200SMART控制实现3轴脉步输出步电机控制机械手运动设置原点方便客户操作应实现精准化作业真空吸盘操作进行提取物品吸盘成低已更换实现智化操作理简便易掌握减少劳动力降低劳动强度码垛机输送机输送料袋纸箱包装材料客户工艺求工作方式动堆叠成垛成垛物料进行输送设备
    机器道工位完成包装饮料箱进行码垛工位完成工作时饮料箱进入工位工位光电传感器进行检测检测信号反馈PLCPLC程序进行码垛操作

    2方案设计
    21控制方案
    启动键工作开始机械手原位等传感器收信号时等3秒机械手降降指定点真空机进行工作吸盘吸紧物品保证吸盘吸紧吸盘动作延迟3秒进行动作机械手升然移动指定点放物品机械手位完成次码垛完成5次需重新启动键进行码垛完成5次码垛报警灯亮起示意码垛完成需清理货仓时机械手求手动控制操作手动操作时方选择钮相应指示灯亮起机械手运动XYZ轴步进电机控制
    22伺服系统
    221伺服系统简介
    伺服系统(servo mechanism)物体位置方位状态等输出控量够输入目标(定值)意变化动控制系统伺服脉定位基样理解伺服电机接收1脉会旋转1脉应角度实现位移伺服电机身具备发出脉功伺服电机旋转角度会发出应数量脉样伺服电机接受脉形成呼应者闭环系统会知道发少脉伺服电机时收少脉回样够精确控制电机转动实现精确定位达0001mm直流伺服电机分刷刷电机刷电机成低结构简单启动转矩调速范围宽控制容易需维护维护方便(换碳刷)产生电磁干扰环境求成敏感普通工业民场合
    刷电机体积重量轻出力响应快速度高惯量转动滑力矩稳定控制复杂容易实现智化电子换相方式灵活方波换相正弦波换相电机免维护效率高运行温度低电磁辐射长寿命种环境
    交流伺服电机刷电机分步异步电机目前运动控制中般步电机功率范围做功率惯量高转动速度低着功率增快速降低适合做低速稳运行应
    伺服电机部转子永磁铁驱动器控制UVW三相电形成电磁场转子磁场作转动时电机带编码器反馈信号驱动器驱动器根反馈值目标值进行较调整转子转动角度伺服电机精度决定编码器精度(线数)
    交流伺服电机刷直流伺服电机功区:交流伺服正弦波控制转矩脉动直流伺服梯形波直流伺服较简单便宜
    222伺服系统应
    伺服系统(servomechanism)称动系统精确复现某程反馈控制系统伺服系统物体位置方位状态等输出控量够输入目标(定值)意变化动控制系统务控制命令求功率进行放变换调控等处理驱动装置输出力矩速度位置控制非常灵活方便情况伺服系统专指控制量(系统输出量)机械位移位移速度加速度反馈控制系统作输出机械位移(转角)准确踪输入位移(转角)结构组成形式反馈控制系统没原区伺服系统初国防军工 火炮控制 船舰飞机动驾驶导弹发射等逐渐推广国民济许部门动机床线踪控制等
    伺服系统指利某部件(控制杆)作系统处状态达接某预定值需状态(需值)实际状态加较差(时差变化率)调节控制部件动控制系统
    1功率指令信号控制功率负载
    2没机械连接情况输入轴控制位远处输出轴实现远距步传动
    3输出机械位移精确踪电信号记录指示仪表等
    23气动系统吸盘
    231气动系统
    气动技术传动控制方式(机械方式电气方式电子方式液压方式)相优点:
    1气动装置结构简单轻便安装维护简单压力等级低安全
    2工作介质取空气空气身花钱排气处理简单污染环境成低
    3输出力工作速度调节非常容易气动动作速度般50~500mms液压电气方式动作速度快
    4性高寿命长电器元件效动作次数约百万次SMC般电磁阀寿命3000万次型阀超2亿次
    5利空气压缩性贮存量实现集中供气短时间释放量获间歇运动中高速响应实现缓击负载负载较强适应力定条件气动装置保持力
    6全气动控制具防火防爆防潮力液压方式相气动方式高温场合
    7空气流动损失压缩空气集中供应远距离输送
    232真空吸盘
    真空吸盘称真空吊具真空设备执行器般说利真空吸盘抓取制品廉价种方法真空吸盘品种样橡胶制成吸盘高温进行操作硅橡胶制成吸盘非常适抓住表面粗糙制品聚氨酯制成吸盘耐外实际生产中果求吸盘具耐油性考虑聚氨酯丁腈橡胶含乙烯基聚合物等材料制造吸盘通常避免制品表面划伤选择丁腈橡胶硅橡胶制成带波纹吸盘吸盘材料采丁腈橡胶制造具较扯断力广泛应种真空吸持设备
    24步进电机
    步进电机电脉信号转变角位移线位移开环控制元步进电机件非超载情况电机转速停止位置取决脉信号频率脉数受负载变化影响步进驱动器接收脉信号驱动步进电机设定方转动固定角度称步距角旋转固定角度步步运行通控制脉数控制角位移量达准确定位目时通控制脉频率控制电机转动速度加速度达调速目
    步进电机种感应电机工作原理利电子电路直流电变成分时供电相时序控制电流种电流步进电机供电步进电机正常工作驱动器步进电机分时供电相时序控制器
    然步进电机已广泛应步进电机普通直流电机交流电机常规必须双环形脉信号功率驱动电路等组成控制系统方步进电机非易事涉机械电机电子计算机等许专业知识步进电机作执行元件机电体化关键产品广泛应种动化控制系统中着微电子计算机技术发展步进电机需求量日俱增国民济领域应
    25脉输出控制(PTO方式输出)
    S7200 smart三置PTOPWM (Q00Q01Q03)发生器建立高速脉串(PTO)脉宽调节(PWM)信号波形
    组态输出PTO 操作时生成50占空脉串步进电机伺服电机速度位置开环控制 置PTO 功提供脉串输出脉周期数量户控制应程序必须通PLC置IO 提供方限位控制
    简化户应程序中位控功STEP7MicroWIN 提供位控导帮助者分钟全部完成PWMPTO 位控模块组态导生成位置指令户指令应程序中速度位置提供动态控制
    开环位控步进电机伺服电机基信息
    助位控导组态PTO 输出时需户提供基信息逐项介绍:
    ⑴ 速度 (MAX_SPEED)启动停止速度 (SS_SPEED)
    MAX_SPEED 允许操作速度值应电机力矩力范围 驱动负载需力矩摩擦力惯性加速减速时间决定
    SS_SPEED:该数值应满足电机低速时驱动负载力果SS_SPEED 数值 低电机负载运动开始结束时会摇摆颤动果SS_SPEED 数值高电机会启动时丢失脉负载试图停止时会电机超速通常SS_SPEED 值MAX_SPEED 值515
    ⑵加速减速时间
    加速时间ACCEL_TIME:电机 SS_SPEED速度加速MAX_SPEED速度需时间 减速时间DECEL_TIME:电机MAX_SPEED速度减速SS_SPEED速度需时间
    加速时间减速时间缺省设置1000 毫秒通常电机1000 毫秒时间工作2 值设定时毫秒单位
    注意:电机加速失速时间 测试确定开始时者应输入较值逐渐减少时间值直电机开始失速优化应中设置
    26 PLC控制系统般设计步骤
    设计PLC应系统时首先进行PLC应系统功设计根控象功工艺求明确系统必须做工作必备条件然进行PLC应系统功分析通分析系统功提出PLC控制系统结构形式控制信号种类数量系统规模布局根系统分析结果具体确定PLC机型系统具体配置
    PLC控制系统设计步骤进行
    1.熟悉控象制定控制方案 分析控象工艺程工作特点解控象机电液间配合确定控象
    PLC控制系统控制求
    2.确定I/O设备
    根系统控制求确定户需输入(钮行程开关选择开关等)输出设备(接触器电磁阀信号指示灯等)确定PLCI/O点数
    3.选择PLC 选择时包括PLC机型容量I/O模块电源选择
    4.分配PLCI/O址
    根生产设备现场需确定控制钮选择开关接触器电磁阀信号指示灯等种输入输出设备型号规格数量根选PLC型号列出输入/输出设备PLC输入输出端子表便绘制PLC外部I/O接线图编制程序
    5.设计软件硬件进行PLC程序设计进行控制柜(台)等硬件设计现场施工程序硬件设计时进行PLC控制系统设计周期缩短继电器系统必须先设计出全部电气控制线路进行施工设计
    6.联机调试
    联机调试指模拟调试通程序进行线统调开始时先带输出设备(接触器线圈信号指示灯等负载)进行调试利编程器监控功采分段调试方法进行部分调试正常带实际负载运行符合求硬件程序作调整通常需修改部分程序全部调试完毕交付试运行段时间运行果工作正常程序需修改应程序固化EPROM中防程序丢失
    7.整理技术文件 包括设计说明书电气安装图电气元件明细表说明书等


    3电气接线图(I0分配表进行连接)






    4软件设计
    41 IO分配








    42 程序















    5 结
    次毕业设计成功然间遇种种困难宁宗奇老师指导克服种种难关终初设计求完成设计
    毕业文科学阶段次非常难理实际相结合机会通次较完整饮料箱动码垛机plc控制回路设计摆脱单纯理知识学状态实际设计结合锻炼综合运学专业基础知识解决实际工程问题力时提高查阅文献资料设计手册设计规范电脑制图等专业力水通整体掌控局部取舍细节斟酌处理力锻炼验丰富意志品质力抗压力耐力程度提升希正进行毕业设计目  
    然毕业设计容繁程繁琐收获更加丰富种系统适条件种设备选标准种plc功指令方式着设计断深入断熟悉学会应老师沟通交流更济角度设计新认识提出新求举简单例子:西门子PLC200中够控制脉输出Q00Q01两已法完成次毕业设计果选PLC200smart系列完成方案工作会意识问题通次毕业设计提前解知识珍贵  
    设计程中程序设计头痛原身设计受工艺身框定必须考虑专业求规范形成矛盾点矛盾处理难斟酌正基种考虑意识:更完美进行次设计专业交流沟通必中包括更理解户求更满足求
    提高限提高全面正次设计积累数实际验头脑更知识武装起必然会未工作学中表现出更高应变力更强沟通力理解力  
    知道毕业文写利期完成次毕业设计信心解专业知识时专业发展前景充满信心毕业文结束语中提起事实码垛机PLC工业控制系统采新技术设备着优越性存定足新足定程度限制创造力设计安全报警足提倡安全高度重视社会中疑身感遗憾足正更研究更创造动力发现问题面问题解决问题足遗憾会击会更鞭策前行更会关注新技术新设备新工艺出现争取快掌握先进知识更祖国四化服务 







    6参考文献
    [1] 廖常初PLC编程应[M]北京机械工业出版社2002
    [2] 王永华现代电器控制PLC应技术[M]北京北京航空航天学出版社2003
    [3] 汤春PLC原理应技术[M]北京高等教育出版社2006
    [4] 西门子公司西门子S7200编程序控制器系统手册 [M]2008
    [5] 傅宇PLC工业动化控制中应研究[J]机电信息2012(3)5253
    [6] 王兆义编程序控制器教程[M]北京机械工业出版社2000
    [7] 吴丽电气控制PLC实教程[M]郑州黄河水利出版2005
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    文档贡献者

    z***u

    贡献于2019-06-05

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