装配流水线的PLC控制

课程设计说明书
课程名称电气控制技术
题目装配流水线的PLC控制
学院
班级
学生姓名
指导教师
日期
任务
一、设计目的
进一步巩固理论知识，培养所学理论知识在实际中的应用能力；掌握一般生
产电气控制系统的设计方法；掌握一般生产电气系统的施工设计、安装与调试方
法；培养查阅图书资料、工具书的能力；培养工程图、书写技术报告的能力。

二、设计任务及要求
掌握plc工作原理、编程及调试方法及应用技术；根据控制要求，制定合理
的设计方案；正确选用plc，确定输入、输出设备；plc的I/O点分布，并绘制
其连接图，以及其它外部硬件图；设计plc控制程序；绘制有关图纸；编制设计
说明书。

三、控制要求
有A1～A10选瓶、装瓶、盖盖、贴签、传送、成品入库生产线操作工序，用
10盏灯来模拟；并有启动/停止、移位（移位到下一工序）、复位按钮（复位到
第一道工序）进行操作，如下图所示。

采用s7-200PLC进行控制，实现手动，自
动等四种以上的装瓶流水线工序控制。

四、设计时间安排
查找相关资料（一天）、设计并绘制系统原理图(两天)、设计plc控制程序（两天），模拟调试（两天）、编写设计报告（两天）和答辩（一天）。

五、主要参考文献
1.黄永红. 电气控制与plc应用技术，北京：机械工业出版社，2011.
2王建华. 电气工程手册，北京：机械工业出版社，2006.
3吴晓君. 电气控制课程设计指导，北京：中国建材工业出版社，2007 指导老师签名：年月日
装配流水线的plc控制
摘要
随着工业技术的发展和自动化水平的提高，瓶装水设备市场也在迅猛发展，但是目前我国流水线生产的自动规划水平不容乐观，国家大力支持企业的自动化应用于产品生产以避免生产企业不按生产工艺生产、规避监管，潜在不安全因素。

如果想改变此现状，要着力消除问题隐患，从生产环节入手，采用自动化生产，自动装瓶机解决了生产中的许多问题。

采用装瓶流水线设备可以使制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。

本课程设计的装瓶流水线的PLC控制可分为两大部分，分别为自动控制方式和手动控制方式。

自动控制方式分为5道工序，其中运用了左移指令，通过时间继电器来进行传送的控制，以及选瓶、装瓶、盖盖、贴签、入库等过程，0其中添加了复位和停止按钮，直到循环结束。

手动控制方式分为单过程工序，执行一次过程停止运行。

添加了移位按钮的作用是，执行完一道程序后，通过移位指令自动往下一个程序运行，本设计通过10盏灯模拟十个相应的过程，十盏灯依次量,在自动档十盏灯亮完，再继续循环运行，而在手动挡执行完后，十盏灯不在亮。

本课程设计采用step7进行设计与模拟，完成相应的操作，实现题目所要求的任务。

而采用的器件为s7-200可编程程序器件。

可编程控制器（简称PLC）是在继电器控制和计算机技术的基础上开发了出来，并逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型工业控制装置。

可编程控制器以其可靠性高，组合灵活，编程简单，维护方便等独特优势被日趋广泛应用于国民经济的各个控制领域，它的应用深度和广度已成为一个国家工业先进水平的重要标志。

关键字： plc，灯，定时器，中间继电器，移位指令
目录
第一章绪论 (1)
第二章总体设计 (2)
§2.1 设计原理及方案选择.......... 错误！未定义书签。

§2.2 所需元器件介绍.............. 错误！未定义书签。

§2.3 I/O接口分配 (2)
§2.4 I/O接线图 (2)
第三章软件设计 (3)
§3.1 程序分析 (3)
§3.2 程序设计 (3)
第四章程序分析 (3)
1 调试结果 (4)
2 误差分析 (4)
第五章设计结论 (5)
参考文献 (6)
第一章绪论
社会的发展与进步，使工业自动化越来越能减轻人们的负担，越来越有利于人类社会的进步与发展，而可编程程序器件plc的出现是工业文明有大到新的高度。

可编程控制器（简称PLC）是在继电器控制和计算机技术的基础上开发了出来，并逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型工业控制装置。

PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。

PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置控制的plc系统。

一、可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。

1.使用方便，编程简单
采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

2.功能强，性能价格比高
以实现非常复杂的控制功能。

它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。

硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。

4.可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的
1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

5.系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC 上的发光二极管可观察输出信号的状态。

完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

6.维修工作量小，维修方便
PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。

PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故。

PLC的工作原理
意图PLC采用的是循环扫描的工作方式，分为采样输入，程序执行和输出刷新三个阶段。

三个阶段称为一个扫描周期。

PLC完成一个周期后，又重复这个过程，周而复始。

plc的应用领域
Plc的广泛应用，对工业生产自动化程度的提高起到非常巨大的作用。

Plc 的应用领域从最初的逻辑控制发展到包括模拟量控制、数字量控制、机器人控制以及多级分布式控制系统在内的各种工业控制场合，在工业自动控制应用中所占的比例越来越大，成为工业领域中占主导地位的基础自动设备。

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。

而所设计的的装瓶流水线就是其中的应用设置之一。

PLC的工作示意图
二、总体设计
2.1设计原理及方案选择
1 、有A1～A10选瓶、装瓶、盖盖、贴签、传送、成品入库、生产线操作工序，用10盏等来模拟；并有并有启动/停止、移位、复位按钮进行操作，如下图所示。

采用s7-200PLC进行控制，实现手动，自动等四种以上的装瓶流水线工序控制。

工序：按下启动按钮，电机启动，传送带开始工作，当传感器检测到有空瓶（选瓶）时传送，传送到至选瓶位，利用1秒时间选瓶，传送至装位位，装瓶7秒，传送至盖瓶处，盖瓶盖1秒，传送至贴标签位，贴标签1秒，继续传送至成品库，1秒后，循环工序。

一个工作循环结束。

即A5，A1（传送，选瓶）；具体流程如图所示. 图瓶装流水线的过程。

（1）通过开关设定为自动操作模式，一旦启动，则传送带的驱动电机启动并一直保持到停止开关动作或罐装设备下的传感器检测到一个瓶子时停止；选瓶子1秒后，随转送带继续前进。

（2）瓶子到达装瓶位进行装瓶6秒，随传送带继续前进。

（3）到达盖盖处，进行改盖，持续时间1秒，随着传送带继续前进。

（4）到达贴签处，进行贴签，持续1秒，随后传送到入库处，循环运行。

为了达到方案要求，本设计采用模块法设计，把各个控制部分模块化，再逐个解决各个模块问题。

2、(1)手动控制方式
1. 装瓶流水线控制系统有10道操作工序，用指示灯来模拟。

即：A5、A1（传送、选瓶）→A6、A2（传送、装瓶）→A7、A3（传送、盖
盖）→A8、A4（传送、贴签）→A9（传送）→A10（入库）。

2. 启动、停止、控制输入，控制系统的工作状态；
3．按下启动按钮，按下手动开关，完成操作工序；
4．按下复位按钮，系统回到第一道工序；
5. 按下停止按钮，系统停止工作。

(2) 自动控制方式
1. 装瓶流水线控制系统有5道操作工序，用指示灯来模拟。

即：A5、A1（传送、选瓶）→A6、A2（传送、装瓶）→A7、A3（传送、盖盖）→A8、A4（传送、贴签）→A9（传送）→A10（入库）。

2. 启动、停止为控制输入，控制系统的工作状态；
3. 按下启动按钮，传送带每传送5S钟完成一道操作工序；
4．按下复位按钮，回到初始工序，重新开始运行；
5. 按下停止按钮，系统停止工作。

方案选择
通过对以上两种方案的的优缺点的分析和考量，结合现在国内与国际的基本情况，在保证瓶装质量，瓶装损耗，自动化水平要求，和经济，装罐控制的灵活性，即投入与产出比等因素，现在多元化的产品和市场要求可能在产品包装中需要能够处理模拟量的控制系统，如精确可调或连续的位置量、参量等。

PLC的功能同样可以处理模拟量的控制。

因此，该系统的通用性和可扩展性相当不错。

2.2 所用原件介绍
德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。

西门子（SIEMENS）公司的PLC 产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。

西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更
强，可靠性更高。

S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

2.3I/O接口分配
装瓶流水线控制的I/O分配表如下所示：
输入功能输出功能
I0.0 自动启动按钮SB0 Q0.1 选瓶操作工序A1
I0.1 停止按钮SB1 Q0.3 装瓶操作工序A2
I0.3 复位按钮SB2 Q0.5 盖盖操作工序A3
I0.4 手动启动按钮SB3 Q0.7 贴签操作工序A4
I0.2 光感开关Q0.0 传送工序A5
Q0.2 传送工序A6
Q0.4 传送工序A7
Q0.6 传送工序A8
Q1.0 传送工序A9
Q1.1 成品入库工序A10 2.4I/O接口图
S7-224 AC/DC/RLY CPU
24V
S B 0S B 1S B 2S B 3S B 4
HL0HL1HL2
HL3
HL4HL5HL6HL7HL8HL9
三软件设计
3.1程序分析
电动机的转动带动传送带的转动，通过光感传感器带动正个程序的运行。

因此，在装瓶流水线的装瓶过程中，需要一种传感原件用来检测最初的信号，此时就需要传感器来作为检测装置提供信号。

瓶装传感器的作用是来检测监测空瓶子是否到来。

传感器的类型有很多，又压力传感器，热传感器，光电传感器等等。

查阅相关资料和电气手册，并结合工业现场现状分析，选择光电传感器是它是利用被测物体热辐射引起敏感元件温度的变化进行测量，具有灵敏度高等一系列优点。

广义地说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。

它获得的信息正确与否，直接关系到整个系统的精度。

外界进入传感器的信号幅度是很小的，而且混杂有干扰信号和噪声。

为了方便随后的处理过程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有时还需要将信号线性化，该工作是由放大器、滤波器以及其他一些模拟电路完成的。

成形后的信号随后转换成数字信号，并输入到微处理器。

针对本课题的控制要求，在设计中我选用了一个光电传感器，用来检测有无饮料瓶通过，是否灌满。

位置的检测有多种方案，可以用光电传感器、摄像头、电阻传感器等，但这些传感器易受环境影响，且自身精度不好控制。

该程序设计通过定时器产生相应的时间延时来达到下一个工序的初始条件，使程序依次往下进行。

3.2程序设计
1、系统原理图
I0.0、I0.4分别为自动按钮与手动按钮，当I0.0导通时，当上升沿到来时M0.0导通，当I0.4导通时M0.1导通。

并都附有自锁装置。

而I0.1为停止按钮，实现电动机的停止转动。

当自动档、手动挡导通时，首次上电扫描。

把0赋给QW0.
当I0.4手动按钮接通时，循环一周后，定时器T46导通时，把0赋给MB0，使循环结束。

当自动按钮接通时，当光感开关导通时，M0.3导通。

当M0.3导通时，把1赋给Q0.0，表示转送过程中灯亮。

定时器延迟5秒。

当定时器延时五秒后，T37导通，通过移位指令，左移一位，Q0.1赋值为1，表示选瓶。

T38导通延迟2秒。

延迟2秒到来时，左移一位，表示转送，上个指令结束。

同时延迟5秒。

延迟到时，左移一位，进行装瓶，持续六秒。

延迟五秒，左移一位，表示转送进行五秒。

进行一秒的盖盖。

转送五秒。

贴签一秒。

转送五秒。

入库，延迟一秒。

当T46导通时，把零赋给QW0。

I0.3为复位指令。

4、语句表
TITLE=程序注释
Network 1 // 网络标题
// 网络注释
LD I0.0
EU
O M0.0
AN I0.1
= M0.0
Network 2
LD I0.4
EU
O M0.1
AN I0.1
= M0.1
Network 3
LD M0.0
O M0.1
= M0.2
Network 4
LD SM0.1
MOVW 0, QW0
Network 5
LD I0.4
A T46 MOV
B 0, MB0 Network 6
LD M0.2 LD I0.2
O M0.3 ALD
AN T46
= M0.3 Network 7
LD M0.3 MOVW 1, QW0 TON T37, 50
Network 8
LD T37 LPS
EU
SLW QW0, 1 LPP
TON T38, 20 Network 9
LD T38 LPS
EU
SLW QW0, 1 LPP
TON T39, 50 Network 10 LD T39 LPS
EU
SLW QW0, 1 LPP
TON T40, 60 Network 11 LD T40 LPS
EU
SLW QW0, 1 LPP
TON T41, 50 Network 12 LD T41 LPS
EU
SLW QW0, 1 LPP
TON T42, 10 Network 13 LD T42 LPS
EU
SLW QW0, 1 LPP
TON T43, 50 Network 14
LD T43 LPS
EU
SLW QW0, 1 LPP
TON T44, 10 Network 15 LD T44 LPS
EU
SLW QW0, 1 LPP
TON T45, 50 Network 16 LD T45 LPS
EU
SLW QW0, 1 LPP
TON T46, 10 Network 17 LD T46
O I0.3 MOVW 0, QW0 Network 18 Network 19 Network 20 Network 21 Network 22 Network 23
Network 24 Network 25
四、程序分析
原程序中含有移位指令，无法再现有仿真软件中实现，仿真通过修改原有的程序，使原有程序中的移位指令改为直接的输出端口QW0与定时器相连产生原有的效果。

1.调试结果
十盏指示灯依次控制十个状态，对应A5,A1（传送，选瓶）；A6，A2(传送，装瓶)；A7，A3（转送,盖盖）；A8，A4（传送，贴签）；A9，A10(传送，入库)。

调试结果正常，满足基本要求。

2.误差分析
程序中用到较多的定时器，增加了时间的误差，并且定时时间相对较长，延长了工序时间。

五、设计结论
PLC课程结束了，又到了课程设计的时候，我分到了：设计具有指定功能的装瓶流水线。

面对这个题目根据老师课堂讲的内容持续
了几天就确定了设计的方向，并在同学们的下解决了遇到的问题。

通过这次设计，我意识到了PLC编程技术在现实中的广泛应用，并
了解到自己学习中的不足之处，看到了理论与实践的差距通过一周的PLC设计实践。

我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道
的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来
的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行
的结果和要求的结果不相符合。

能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距本次课程设计加深了我对plc的理解，使我在原有学习基础上，利用plc的特点，对按钮，开关等输入/输出进行控制，实现了自动化控制。

程序运用了左移指令，更加简化了设计的步骤，方便了程序的运行。

PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。

有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。

通过本次设计增加了我对软件进一步的认识，增强了我分析问题，解决问题的能力，当然我清楚的知道，我还有很多应该加强的地方，充分认识到自己的不足，我不会就此满足，我会更进一步的学习，努力增强自身的能力。

参考文献
[1]杨青杰.三菱系列可编程序控制器应用系统设计指南.[M].北京：机械工程出版社,2007.
[2]吕景泉.可编程控制器及其应用.[M].北京:机械工业出版社,2004.
[3]吕景泉.可编程控制器及其应用[M].北京:机械工业出版社,2004.
[4]陈在平,赵相宾.可编程控制器技术和应用系统设计[M].北京:机械工业出版社,2001.
[5]陈洁.可编程控制器基础及应用.[M].江苏：苏州大学出版社,2006
[6]黄永红，电气控制与plc应用技术，北京：机械工业出版社，2001
[7]王建华，电气工程师手册，北京：机械工业出版社，2006.
元件清单
4个按钮，1个光电传感器，10个指示灯，10个定时器,S7-224。