摘要： 在PLC问世之前，业控制领域中是继电器控制占主导地位，继电器控制系统有着 十分明显的缺点。体积大、功耗多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差，尤其当生产工艺发生变化时，就鼻息重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这种现状，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC。随着PLC的不断发展增加了网络通信功能，发展了各种智能模块，增加了外部诊断功能。使PLC成为了现在工业控制领域的三大支柱之一。

本次设计时基于PLC设计的装配流水线。目前，PLC在装配流水线上应用广泛。而本设计是在电脑上模拟控制整个装配流水线的流程，以现在较为流行的PLC为基础来实现装配流水线的控制功能。经过多次的程序设计和模拟仿真，程序已能实现移位、三工位装配和单工位入库等操作。

关键词：装配流水线；设计；PLC；可靠性

第一章绪论 2

1.1 课题研究的背景 2

1.2 课题研究的目的和意义 2

1.3 方案设计与介绍 2

第二章 PLC基础知识及选型 4

2.1 可编程控制器概述 4

2.2 PLC的特点 4

2.3 PLC的组成 4

2.4 PLC选型 5

第三章硬件设计 6

3.1 程序流程图 6

3.2 I/O端口分配表 6

3.3 外部接线图 6

3.4 面板图 7

第四章软件设计 8

4.1 梯形图分析 8

总结 13

参考文献 14

附件 15

第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景

在社会快速发展、竞争激烈的今天，提高生产效率，降低生产工艺成本，最大限度的满足生产要求将直接决定各企业工厂能否紧跟社会脚步，赢得时间，占领市场甚至将决定企业的生死存亡。为此，企业生产自动化无疑扮演着重要的角色，装配流水线自动化作为工业自动化的一部分，能提高生产效率，降低工艺流程成本，最大限度的适应产品变化，提高产品质量，它是现代化生产控制系统中的重要组成部分。

1.2 课题研究的目的和意义

装配流水线是工业生产中主要的机器设备，物料和工人的连续流动完成了产品在大规模生产下的全部过程。设计流水线的必要步骤是分析制造每一件产品的组成部分，以及最终产品成产过程。

目前生产流水线控制在工业控制中占有重要比例。其优点：响应时间快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺参数改变、易与计算机接口等．同时使用PLC的编程逻辑能提供随要求而改变的“接线网络”，使得生产线的自动过程可根据产品需要灵活改变。但在现行的某些工业生产流水线的PLC控制系统中，仍存在一些不足之处．也即可编程控制器功能没有充分开发利用。

因此，只有更好的应用和改进装配流水线的工艺流程，充分发挥其自动、连续、高效率等优势，我们企业的生产效率才能提升，才能增强我们企业的产品竞争力，才能更好的造福社会。

1.3方案论证与介绍

对于本课题来说，装配流水线系统是一个较大规模的工业控制系统的改造。从企业控制要求中可以看出在新的控制系统中既需要处理模拟量也要处理大量的开关量，系统的可靠性要高，人机交互界面友好，应具备数据的存储和分析汇总能力。就本课题目前的现状有以下主要有两种控制方案满足系统的要求：

方案一：可编程控制器控制。可编程控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计制造硬件装置，只需确定可编程控制的硬件配置和设计外部接线图同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电气系统中的触电和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。

PLC从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它只是针对开关量进行控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年的微电子技术的不断发展 PLC也通过不断升级换代大大增强其功能，现在的PLC已经发展成不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种的性能，是名副其实的多功能控制器。由PLC为主的控制系统具有可靠性高，控制功能前大，性价比高等优点，是目前工业自动化首选的控制装置。

方案二：（2）继电器控制。系统控制功能是用硬件继电器实现的，本课题主要应用中间继电器来参与控制程序，它用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。 它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。一般是直流电源供电。少数使用交流供电。

继电器串接在控制电路中根据主电路中的电流、电压、转速、时间及温度等参量的变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，自控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障是非常困难的，虽然继电器本身价格并不贵，但控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高、灵活性差、响应速度慢。

整个设计过程是按理想工艺流程设计的，为设备安装，运行，维护和检修服务，设计的编写是按照国家关于电气自动化工程中的电气设备常用基本图形符号和其他相关标准和规范编写的。设计原则主要包括:工作条件；工程对电气控制线路提供的具体资料。系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽可能做到经济、合理、合用、减小设备成本。在方案选择，元器件选型时尽可能选择新技术，新产品。控制由人工控制到自动控制，有模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而更加趋于完善。可以看出可编程控制器控制相比于继电器控制更加符合要求，因此本次设计采用的是可编程控制器控制方案。

第二章PLC基础知识及选型

2.1 可编程控制器概述

上世纪60年代，在没有可编程控制器以前，在大部分工业生产中是以继电器控制来实现各种功能，传统的继电器系统主要有一下几个优点结构比较简单，易于操作，价格便宜等，在工业领域中应用甚广，于此同时继电器控制系统也有以下缺点体积比较大，动作速度比较慢，耗电量多，寿命短，更有接线复杂，更改困难等。继电器控制系统对当时的生产力发展中起到了巨大的作用， 在工业生产过程中，大量开关量顺序控制被使用，它按照逻辑条件（即实现编制好的程序）进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，以及大量离散量的数据采集。在PLC没有出现以前，这些功能是通过继电器控制系统来实现的。

世界上公认的第一台PLC（即PDD-14）是美国数字设备公司（DEC）于1969年根据美国通用汽车公司的要求研制成功的。

2.2 PLC的特点

1.可靠性高，抗干扰能力强

可靠性作为电气控制设备的重要性能。PLC也不例外，为了让PLC的可靠性更高，很多厂家都也做了很多改善措施：

⑴在PLC内部电路中，一般将其电路集成化，在生产过程中，应严格的按需要的工艺制造，并运用现在流行的功能模块，将其电路模块化以及加入抗干扰功能。

⑵在PLC的外部电路上，其电气连接线和开关连接点相对于同等规模的继电器控制系统已经少了很多，这也使PLC的故障率大大的降低。

⑶PLC中设置了一些自我诊断、警戒报警和可恢复等功能，在PLC出现故障时能及时的发现，若发生一些小故障也能自我恢复等。用户可以通过PLC的应用软件将外部器件的故障诊断程序编入PLC，使整个PLC控制系统中的+其他电路和电气设备都能得到有效和及时的保护。

⑷在工作方式上，PLC采用了周期扫描、集中采样、集中输出等工作方式极高了自身的扛干扰能力。

2.配套和功能齐全，适应性强

PLC发展到今天，各个生产厂家也形成了各自不同大小规模的系列化产品。这些产品能有效的满足市场中不同规模的工业自动化控制场合。由于PLC本身具有很强的数据运算能力和速度以及可编程控制器的网络通信能力的提高，所以它能适应不同的工业自动化控制领域。

3.简单易学，方便易用，受到工程技术人员的好评

作为现代通用的工业自动化控制计算机。PLC的汇编语言相对于计算机更简单易学，使用起来也很方便以及接口简单很容易被熟悉电气知识的和不熟悉的用户所掌握。它可以用相对于继电器少很多的接线和开关量就能实现传统继电器控制系统的功能。为用户打开了方便之门。

2.3 PLC的组成

PLC的组成：PLC的种类很多，其基本功能和指令也有差异，但是其基本结构和工作原理则大同小异。一般由CPU板、I/O接口电路、存储器、扩展接口、电源、显示面板等硬件组成。其硬件简化框图如下：

图1.1 PLC硬件简化图

2.4 PLC选型

本次设计我选用的是日本三菱公司生产的FX2N系列的PLC。三菱公司作为日本生产PLC的主要厂家之一。该公司生产的FX2N系列的机型，属于高性能叠装式机型，是目前三菱公司最先进的PLC产品，FX2N系列PLC具有数十种编程元件，能满足本次设计。FX2N系列PLC编程元件的编号分为两部分：第一部分是代表功能的字母。如输入继电器用“X”表示、输出继电器用“Y”表示。第二部分为数字，数字为该类型器件的序号。根据所需的用户输入输出设备及I/O点数，选择我们实验室的FX2N-32MR型来满足控制系统的要求。

第三章 硬件设计

3.1 程序流程图

本次设计主要目的是实现饮料装瓶流水线。通过PLC程序控制流水线的电气部分，实现饮工件的传送、加工和入库、单周期或连续循环的功能。当工件被传送到操作工位或者仓库时，通过光敏传感器反馈给PLC一个信号，促使传送带停止运行。此次装配流水线的工作流程图如下:

图3.1 装配流水线的工作流程图

3.2 I/O端口分配表

表3.1 I/O端口分配表

3.3外部接线图

此次设计的外部接线图如图2.2所示。左边为输入主要由3个点动开关组成。这3个开关X0、X1、X2分别实现了启动、移动和复位的功能。右边为输出部分主要由8个LD灯组成。通过LD灯的闪烁能直观的观察程序运行情况。

图3.2PLC的外部接线图

3.4 面板图

图2.3 装配流水线面板图

第四章软件设计

4.1 梯形图分析

图4.4（a）程序启动

图4.4（a）是为程序开始运行和传送 (D)实现通断而设计的。

PLS:上升沿微分输出指令,在输入信号上升沿产生脉冲信号。只能作用于Y与M，在输入信号接通或断开的一个周期内置位为“1”；

SET：置位指令，使动作保持；

M8000为运行监视继电器。当PLC处于RUN状态时它始终为ON，相反则为OFF。

当X000点动接通瞬间，软继电器M0输出一个周期的ON信号。（但是开关连续接通对M0没有影响）；PLC处于RUN，M8000接通在M0、T4脉冲上升沿、X001脉冲上升沿以及M18接通与T3脉冲上升沿作用下SET将Y0003置位为ON，即传送(D)动作（灯亮）。

图4.4（b）传送D和传感器E的复位动作

图4.4（b）是通过时间继电器T0来实现传送（D）的复位和传感器1（E）的复位。

RST：复位指令，使操作保持复位（清零）。

当Y003常开闭合，时间继电器T0动作开始计时1秒，在T0的脉冲上升沿的作用下Y003被置位，即传送1（D）灯灭；同时传感器1（E）灯亮。

图4.4(c)操作和入库的置位动作

图4.4（c）是实现对操作1、2、3和入库的置位动作。

M8000处于ON状态，程序给定一个时间继电器T3一个上升沿脉冲，传感器3（G）复位。同时当M18处于常闭状态，若M2常开闭合则操作1（A）被置位；若M5闭合则操作2（B）被置位；若M8闭合则操作3（C）被置位；若M11闭合则入库（H）被置位。

图4.4（d）时间继电器通断

图4.4（d）是实现对操作1、2、3和入库LD灯的通断时间控制。

当Y000、Y001、Y002或Y007常开闭合时，时间继电器T4计时3秒。

图4.4（e）操作和入库的复位动作

图4.4（e）实现实现对操作1、2、3和入库的复位动作。

ADDP:脉冲执行型的ADD指令（加法指令）执行一个扫描周期。

当T4闭合，若Y000闭合则操作1（A）被复位；操作2、3和入库同理。在T4闭合的瞬间，ADDP执行一个扫描周期，即循环选择A\B\C\H的条件。

图4.4（f）选择操作或入库动作

图4.4（f）是通过比较指令来实现DEFG循环后选择操作1、2、3或入库动作。

CMP:比较指令

M8000处于ON状态，将数据寄存器D0中的内容与常数1比较。比较结果去驱动M1、M2、M3，当D0＜1时，M1置位；当D0＝1时，M2置位；当D0＞1时，M3置位；以下几条同上。

图4.4（g）返回初始状态

图4.4（g）是实现一次循环结束后，返回初始状态的动作（即返回选择A）。

MOVP：P为脉冲；在时一个周期内执行一次数据传送。

当M14、X000、X001或M8002 OFF→ON时，数值1写入寄存器D0一次。

图4.4（h）程序复位

图4.4（h）是实现程序复位动作的。

ZRST：全部复位指令（区间复位指令）其操作对象主要为Y/M/S/T/C/D。

X002接通（点动），区间复位指令执行，位元件M0~M18,Y000~Y007成批复位。

总 结

通过这次装配流水线的PLC控制设计，我不仅对装配流水线有了了解，更让我对PLC的知识得到了巩固和深化。其中让我对梯形图、功能指令表、顺序功能图等都有了更好的了解。在开始准备设计的时候，我收集了很多有关PLC的资料并了解了很多PLC的设计原理，这让我知道了传统工业控制系统向现代工业自动化控制系统转化离不开PLC的应用，它使企业的生产周期大大缩短，同时减少劳动力和生产成本。

目前我国很多地区的企业整个生产设备还比较落后的，而且大部分工序都是通过人工来完成的，而流水线因其出色的规律性、连续性和多条生产线可同时操作的可操作性以及其操作简单很适合中小企业的发展要求。但随着科技不断进步我相信会有功能更齐全工艺水平更高的装配流水线在不久的将来将会出现，所以在今后的学习和生活中我们还要不断的学习和创新，只有这样才能设计出更符合现代社会所需求的产品。

在这次的设计中，我主要通过梯形图来设计装配流水线的程序。通过实验室PLC模拟实验，不断的改进梯形图程序。终于程序能良好的运行，不过由于本人的能力有限，原本的设计目标没有达到，只能退而求其次降低要求，最后设计出了现在的程序。在本程序中的所有开关都是点动的

参考文献

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[14]徐科军. 传感器与检测技术[M]，第2版.北京：电子工业出版社, 2008.

[15]肖峰. PLC编程100例[M].北京：中国电力出版社，2009.

附件

0 LD X000 循环启动

1 PLS M0 循环开始

循环 传送（D）~操作1（A）/操作2（B）/操作3（C）/入库（H）

3 LD M8000 （M8000= “true”1）

4 MPS

5 LD M0 循环开始

6 ORP T4

8 ORP X001 移动启动（点动）

10 LD M18

11 ANDP T3

13 ORB

14 ANB

15 SET Y003 <传动（D）灯亮>

16 MRD

17 AND Y003

18 OUT T0 K10 <传动（D）灯亮1秒>

21 MPD

22 ANDP T0

24 RST Y003 <传动（D）灯灭>

25 SET Y004 <传感器1（E）灯亮>

26 MRD

27 AND Y004

28 OUT T1 K10 <传感器1（E）灯亮1秒>

31 MRD

32 ANDP T1

34 RST Y004 <传感器1（E）灯灭>

35 SET Y005 <传感器2（F）灯亮>

36 MRD

37 AND Y005

38 OUT T2 K10 <传感器2（F）灯亮1秒>

41 MRD

42 ANDP T2

44 RST Y005 <传感器2（F）灯灭>

45 SET Y006 <传感器3（G）灯亮>

46 MPP

47 AND Y006

48 OUT T3 K10 <传感器3（G）灯亮1秒>

51 LD M8000

52 MPS

53 ANDP T3

55 RST Y006 <传感器3（G）灯灭>

56 ANI M18

57 MPS

58 AND M2

59 SET Y000 操作1（A）<循环操作1（A）>

60 MRD

61 AND M5

62 SET Y001 操作2（B）<循环操作1（B）>

63 MRD

64 AND M8

65 SET Y002 操作3（C）<循环操作1（C）>

66 MPP

67 AND M11

68 SET Y007 入库（H）<循环入库（H）>

69 MRD

70 LD Y000

71 OR Y001

72 OR Y002

73 OR Y007

74 ANB

75 OUT T4 K30

78 MPP

79 AND T4

80 MPS

81 AND Y000

82 RST Y000 <操作1（A）灯灭>

83 MRD

84 AND Y001

85 RST Y001 <操作2（B）灯灭>

86 MRD

87 AND Y002

88 RST Y002 <操作3（C）灯灭>

89 MRD

90 AND Y007

91 RST Y007 <入库（H）灯灭>

92 MPP

93 ADDP D0 K1 D0 <循环选择A\B\C\H的条件>

100 LD M8000

101 CMP D0 K1 M1 <循环后选择A>

108 CMP D0 K2 M4 <循环后选择B>

115 CMP D0 K3 M7 <循环后选择C>

122 CMP D0 K4 M10 <循环后选择H>

129 CMP D0 K5 M13 <往上返回选择A>

136 LD M14

137 OR X000

138 OR X001

139 OR M8002

140 ANB

141 MOVP K1 D0 <往上返回选择A>

146 LDP X000

148 ORP X001

150 ZRST Y004 Y007

155 ZRST Y000 Y002 <移动开始>

160 LDP X001

162 OUT M16

163 LD M8000

164 MPS

165 AND M16

166 AND M18

167 OUT M17

168 MPP

169 LD M16

170 OR M18

171 ANB

172 ANI M17

173 ANI X000

174 OUT M18 <复位开始>

175 LD X002 复位启动

176 ZRST M0 M18

181 ZRST Y000 Y007

186 END

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/9ac336a81ed9ad51f11df2c1.html