本科生课程设计（论文）辽宁工业大学PLC技术及应用课程设计（论文）题目：包装机械人机界面的控制系统院（系）：电气工程学院专业班级：自动化092学号： 090302051学生姓名：万晓磊指导教师：（签字）起止时间：2012.12.26-2013.1.4课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化Array注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要本设计主要是针对包装机械人机器界面控制系统的设计，包装机械是指能完成全部或部分产品和商品包装过程的机械。

包装过程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及与其相关的前后工序，如清洗、堆码和拆卸等。

本设计概述了可编程控制器PLC的现状及其在包装机械上应用的可能性和前景，其中包装机PLC 控制系统为本章主要内容。

主要内容有控制方案的选取与设计、I/0接口信号的确定、模块的选择，控制程序的设计与调试，MCGS组态的模拟等。

关键词：包装机；PLC；电机；MCGS目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (1)2.1概述 (1)2.2系统组成总体结构 (1)第3章PLC的选取和电气控制图 (3)3.1PLC的应用 (3)3.2PLC的特点： (3)3.3电机 (6)第4章MCGS组态 (8)4.1MCGS工控组态软件 (8)4.2MCGS组态软件五大组成部分 (9)4.3MCGS组态软件的功能和特点 (10)第5章系统测试与分析/实验数据及分析 (12)5.1I/O分配表及外部接线图 (12)5.2MCGS组态图及结果 (13)5.3用户窗口的组态 (14)5.44.3电动机顺序控制画面中构件的属性设置 (16)第6章程设计总结 (20)参考文献 (21)第1章绪论可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司((GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。

随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。

现代PLC已经成为真正的工业控制设备。

最初，PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。

但不久，西德的西门子(SIEMENS)公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。

70年代初，日本的OMRON也推出了他们的PLC。

三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了PLC制造者的行列。

70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。

由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降;加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能;并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。

小型PLC 开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。

据国外资料介绍:1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门(如汽车、拖拉机工业、机械工业等)、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门…11。

近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等国生产的PLC已通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。

如宝钢工程应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和西德的PLC。

随着计算机科学的发展和工业自动化愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展，其技术和产品日趋完善。

仅仅将PLC理解为开关量控制的时代已经过去，PLC不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，其功能也日趋完善。

今后，PLC将主要朝着以下两个方向发展:一个是向超小型专用化和低价格方向发展;另一个是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。

随着PLC进入过程控制的领域，对PLC可靠性的要求进一步提高。

硬件冗余的容错技术将进一步得到应用，不仅会有CPU单元冗余、通信单元冗余、电源单元冗余、1/0单元冗余、而且整个系统都会实现冗余。

但从根本上来讲，系统的可靠性取决于系统各单元的可靠程度。

要保证整个系统的可靠运行，首先要求系统各单元的质量要得到保证。

MTBF(平均无故障时间)是衡量产品质量的重要指标。

纵观各著名厂商，其PLC产品都有不同程度的冗余功能，而且发展越来越完善。

第2章课程设计的方案2.1概述本次设计主要是应用学过的知识，设计PLC控制系统，实现对三台电机的启动和停止，系统总共有三台电机MA1、MA2、MA3。

应用PLC控制，在工作的时候，MA1先启动，5S后MA2启动，10S后MA3启动。

运行一段时间后，控制电机停止，MA3先停止，10S后MA2停止，5S后MA1停止。

应用场合: 本设计应用于工业控制中上位机对包装机械的控制。

系统功能介绍: 自动运行按下启动按钮，系统即可连续、协调、周期性地循环完成各包装动作，直到系统接收到停止运行信号。

2.2系统组成总体结构总体结构有人机界面HMI，PLC控制器，驱动器及三台电机组成。

图 2.1 系统总图系统特点与功能设备采用PLC（可编程控制器））控制。

1自动化程度高系统采用当前最为流行的组态软件进行模拟设计，画面逼真，组态灵活，将PLC 等设备进行连接，构成有机的整体。

2可操作性好只需按下操作按钮就能完成所需要的工作，大大提高了劳动生产率，满足现代化生产需要。

3可靠性高全程采用高可靠性的西门子S7-200系列PLC与MCGS组态软件进行控制保证系统拥有较高的可靠性。

4可塑性强基于PLC的各方面优点如通用信好，使用方便，灵活。

在不改变硬件的情况下，修改PLC内部软件可实现不同的控制要求，大大减小调试的工作量，使系统的柔性大大提高。

第3章PLC的选取和电气控制图3.1PLC的应用微型计算机是在以往计算机与大规模集成电路的基础上发展出来的，其最大特征是运算速度快、功能强、应用范围广。

近代科学、科学管理和工业控制都离不开它，所以说微机（MC）是通用计算机。

而PLC是一种为适应工业控制环境而设计的专用计算机，选配对应的模块便可使用于各种工业控制系统，用户只需改变用户程序即可满足工业控制系统的具体控制要求。

PLC是存储控制的一种装置，其控制功能是通过存放在存储其内的程序来实现的，若需要对控制要求做修改的话，只需改变内部的程序便可，使硬件软件化，因此它在工业控制中的地位越来越高，它具有以下特点：可靠性高，编程简单易学，通用性强，使用方便，系统设计周期短，对生产改变适应性强，安装简单，调试方便，适应工业环境。

分析三台电动机的顺序启停的工作过程和控制要求，该工作过程可以方程若干个工作步，且各步个所需完成的功能和转换条件都非常的清晰明确，因此我们可以利用PLC步进顺序控制的方法来完成编程，把WR区域做为中间继电器使用。

因此可以用PLC来实现三台电动机的顺序启停的控制3.2 PLC的特点：PLC具有以下特点：1抗干扰能力强2编程简单3设计调试周期短4易于操作，操作人员培训时间短5易于维修3.2.1PLC基本组成PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图3.1所示图3.1 PLC的基本组成3.2.2中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC 的控制中枢。

它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC 的可靠性，灵活性，近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三CPU 的表决式系统。

这样，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。

3.2.3存储器（Memory）可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号的状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。

CPU常用的微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等。

小型PLC的CPU多采用单片机或专用的CPU。

大型PLC的CPU多用位片式结构，具有高速数据处理能力。

基本I/O接口电路（1）输入接口单元。

PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC内部电路。

输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1~15ms之间。

多数PLC的输入接口单元都相同，通常有两种类型。

一种是直流输入，一种是交流输入。

（2）输出接口单元。

PLC输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。

PLC输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。

3.2.4接口电路PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两类（1）I/O扩接口电路I/O扩展接口电路用连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。

I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。

根据被控制对象对PLC控制系统的技术和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。

（2）外设通信接口电路通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。

PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。

3.2.5电源PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC 内部电源需要的工作电源（5V直流）。

当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供24V直流电源（仅供输入点使用）。

根据课程需要选择西门子S7-200PLC。

西门子S7-200的性能特点SIMAATIC S7系列的PLC是德国SIEMENS公司1996年推出的产品，它包括小型PLC S7-200、中型PLC S7-300和大型PLC S7-400.S7系列PLC产品的性能和使用范围个不相同，但具有如下共同特点：CPU芯片已经升级到Intel 80486，甚至采用Pentium处理器；采用模块化设计，能按搭积木方式进行系统配置，功能扩展灵活方便；有极快的处理速度，如S7-200和S7-300的扫描速度为0.37μs指令；有很强的网络功能，可用多个PLC 连接成工业网络，构成完整的过程控制系统，即可实现总线联网，也可实现点到点通信；允许使用相关的程序软件包装及工业通信网络软件，编程工具更为开放。