毕业设计
设计题目：自控成型机控制
前言
本次毕业设计是我们学完了机电一体化专业两年的全部课程之后，一次对我们所学科程的知识与能力的综合训练，亦是一次全部而且全面性地针对我们所学知识的检查。通过此次毕业设计，可以把我们以前所学的专业知识和基础知识有机地结合起来。以达到全面能力培养的目的。该次毕业设计的主要任务是PLC的自动控制应用。
总之，通过这次的毕业设计，使我深深地感受和领略到，掌握知识与运用知识的重要性。由于本次的毕业设计任务较为繁重，加之自己一到工厂实习时间仓促、资料不全，和自己的知识水平有限，设计的过程中还存在诸多问题在所难免，希望各位老师给予指证，我在此对您深表感谢！
关键词： PLC 可编程序控制器 硬件系统 软件系统 编程语言
目 录
前言………………………………………………………2
目录………………………………………………………3
设计任务书………………………………………………5
设计说明…………………………………………………7
PLC简介………………………………………11
1.1PLC由来………………………………………………11 1.3 PLC的构成…………………………………………12
1.4 PLC的各组成元素的构成及功能…………………13
1.41 CPU…………………………………………………13 1.43 内存…………………………………………………14
1.44 电源模块……………………………………………14
1.45 底版或机架…………………………………………14
1.46 PLC系统的其他设备………………………………14
1.47 PLC的通信联网……………………………………14
1.5 PLC工作原理 ………………………………………15
1.51 I/O刷新……………………………………………15 1.53 中断任务……………………………………………16
1.54 I/O分配………………………………………………16
1.55 CPU单元的存储区域…………………………………16
1.56 用户程序区域…………………………………………16
1.57 I/O存储器区域………………………………………16
1.58 参数区域………………………………………………16
第二章 PLC的编程语言……………………………………16
2.1 LD、LDN 、 = 指令…………………………………16
2.2 A和AN指令…………………………………………17
2.3 O和ON指令…………………………………………18
2.4 OLD和AON指令………………………………………18
2.41 OLD(Or Load)…………………………………………19
2.5 逻辑堆栈的操作………………………………………20
第三章 液压传动系统………………………………………22 3.11 压力控制回路…………………………………………22 3.13 增压回路………………………………………………24
3.2 液压缸…………………………………………………25
第四章 程序设计……………………………………………27 4.2 程序……………………………………………………27
4.3 输入/输出分配…………………………………………29
结束语…………………………………………………………30
参考文献
………………………………………………………31毕业设计任务书
题目：自控成型机控制
一、控制要求
1、初始状态：当原料放入成型机时，各液压缸为初始状态：Y1=Y2=Y4=OFF，Y3=ON，S1=S3=S5=OFF，S2=S4=S6=ON。
2、运行状态：当按下启动按钮，系统要求如下：
（2）当该液压缸活塞下降到终点时，S3=ON，此时，启动左液压缸，A的活塞向右运动，右液压缸C的活塞向左运行，Y1=Y4=ON，Y3=OFF，使S2=S6=OFF。
（3）当A缸活塞运行到终点时，S1=ON，并且C缸活塞也到终点，S5=ON时，原料已成型，各液压缸开始退回原位。首先，A、C液压缸返回，Y1=Y4=OFF，Y3=ON，使S1=S5=OFF。
（4）当A、C液压缸回到初始位置，S2=S6=ON时，B液压缸返回，Y2=OFF，使S3=OFF。
（5）当B液压缸返回到初始状态，S4=ON时，系统回到初始状态，延时10S，取出成品，放入原料后，开始下一工件的加工。
（6）模板上各指示灯说明
S1：油缸A的关限位
bsp; Y1：控制A的电磁阀
S2：油缸A的开限位 Y2：控制B的电磁阀
S3：油缸B的关限位 Y3：控制C开的电磁阀
S4：油缸B的开限位 Y4：控制C关的电磁阀
S5：油缸C的关限位
S6：油缸C的开限位
二、设计任务
画出自控成型机控制原理图；
画出一些参数表和说明图。
写出详细说明书（10000字以上），要求用计算机排版打印 ，原理叙述正确，计算主要元器件的一些参数，并选择元器件。
画图要求：画图规范化，图形清晰，符号大小统一，线条均匀，有条件最好用计算机画图
图：自控成型机控制实验板
设计说明
本次毕业设计是我们学完了机电一体化专业两年的全部课程之后，一次对我们所学科程的知识与能力的综合训练，亦是一次全部而且全面性地针对我们所学知识的检查。通过此次毕业设计，可以把我们以前所学的专业知识和基础知识有机地结合起来。以达到全面能力培养的目的。该次毕业设计的主要任务是PLC的自动控制应用，通过这次设计全面了解PLC的性能和特点。
目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：
1.开关量逻辑控制
2.运动控制
3.过程控制
4.数据处理
5.通信联网
PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。
为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：
1. 可靠性高，抗干扰能力强
工业生产对控制设备的可靠性要求：
① 平均故障间隔时间长
② 故障修复时间（平均修复时间）短
·硬件措施：
主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。
① 屏蔽——对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。
② 滤波——对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或π型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。
③ 电源调整与保护——对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。
④ 隔离——在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。
⑤ 采用模块式结构——这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。
·软件措施：
有极强的自检及保护功能。
①故障检测——软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。
②信息保护与恢复——当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。
③ 设置警戒时钟WDT（看门狗）——如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。
④加强对程序的检查和校验——一旦程序有错，立即报警，并停止执行。
⑤对程序及动态数据进行电池后备——停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。
2 .通用性强，控制程序可变，使用方便
PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。
3.功能强，适应面广
现代PLC不仅有逻辑运算、计时、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。
4.编程简单，容易掌握
目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。
PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。
5.减少了控制系统的设计及施工的工作量
由于PLC采用了软件来取代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，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。
6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便
第一章 PLC简介 1.2 PLC的定义 在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会（NEMA）经过4年的调查，于1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程序控制器（Programmable Controller），英文缩写为PC，并作如下定义：“可编程序控制器是一种数字式电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。” 国际电工委员会（IEC）曾于1982年11月颁布了可编程序控制器标准的草案第一稿，1985年1月又发表了草案第二稿，1987年2月颁布了草案第三稿。该草案中对可编程序控制器的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，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。并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。
1.3 PLC的构成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
1.4 PLC的各组成元素的构成及功能
1.41 CPU
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
对使用者来说，不必详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令，但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。
I/O种类有开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等。
开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
1.43 内存
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。不同机型的PLC期内存大小也不尽相同，除主机单元的已有的内存区外，大部分机型还可根据用户具体需要加以扩展。
1.44 电源模块1.45 底板或机架
大多数模块 式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
1.46 PLC系统的其它设备
（1）) 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编写程序、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。某些PLC也配有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。
（2） 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面也非常普及。
（3）输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。
1.47 PLC的通信联网
依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。
PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。
PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先,网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议和机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。
1.5 PLC工作原理
1.51 I/O刷新
在PLC（可编程控制器）中，客户所设计的用户程序通过一边读写PLC内的存储器区域（欧姆龙称「I/O存储器」）的信息一边将指令从开始到最后逐个执行的方式来进行处理。另一方面，对于与PLC或I/O单元直接相连的感应器/开关等PLC外的数据，按照一定时序，会与PLC内的「I/O存储器」的数据一并更新。这种PLC外的数据与PLC内的I/O存储器的数据的一并更新，即称为「I/O刷新动作」。 在PLC处理周期中，从I/O刷新执行（开始）到下一次的I/O刷新执行（处理）之间的时间，即周期时间。
周期时间包含共通处理（自我诊断）、用户程序执行处理、I/O刷新处理、外围服务处理等所需要的时间。
1 如周期时间过长，则与PLC外部进行数据更新的周期变长，输入输出的响应时间变长，导致无法获取比周期时间短的输入的变化。
2 如周期时间短，则输入输出的响应时间变短，可进行高速处理。
3 如更改周期时间，则命令的执行间隔及输入输出的响应时间也会改变。
1.53 中断任务
通常，在PLC的处理周期内，用户程序包括I/O刷新等其他处理，将按顺序执行。
在这个处理周期中能够优先执行的处理，即中断任务。如事先指定的中断条件成立，则中断处理周期，优先执行该处理。
1.54 I/O分配
在用户程序中，为了对PLC内装载的输入输出单元的输入、输出信号进行处理，有必要事先为其分配PLC内的I/O存储器的地址。将PLC内装载的单元的输入、输出信号分配到I/O存储器上，即为I/O分配。CPU单元即根据该I/O分配信息执行装载单元及I/O刷新动作。
将PLC内装载的单元的输入、输出信号分配到I/O存储器上，即为I/O分配。CPU单元即根据该I/O分配信息执行装载单元及I/O刷新动作。
1.55 CPU单元的存储区域
在PLC内，进行用户程序、I/O存储器的数据及注释信息、CPU单元及高功能单元的设定信息、登录I/O表信息等各类的数据的处理。保存这些PLC所处理的全部数据的地方，即CPU单元内的存储区域。
1.56 用户程序区域
记录客户所设计的用户程序。
1.57 I/O存储器区域
通过指令的操作码，可以访问该区域。记录通道I/O（CIO）、内部辅助继电器、保持继电器、特殊辅助继电器、数据存储器、扩展数据存储器、计时完成标志?当前值、计数完成标志?当前值、任务标志、变址寄存器、数据寄存器、条件寄存器、时钟脉冲等的信息。
l/O存储器区域的数据中包括：断电后恢复时，内容会被清除的区域，以及可保持以前的信息的区域
1.58 参数区域
PLC所处理的各种初始设定信息。
记录PLC系统设定、登录I/O表、路由表、CPU高功能单元系统设定等的信息。
第二章 PLC的编程语言
2.1 LD、LDN 、 = 指令
下面把LD/LDN/OUT三条指令的功能、梯形图表示形式以列表的形式加以说明：
LD(load)与LDN(load Not)指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。
= (Out)指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出令用于并行输出，能连续使用多次。
2.2 A和AN指令
A(And),AN (And Not):用于单个触点与前面触点(或电路快)的串联连接指令，串联触点的数量不限，这两个指令可多次重复使用。
2.3 O和ON指令
O(Or)，ON (Or Not：指令用于单个触点的并联，并联触点的数
2.4 OLD和AON指令
2.41 OLD(Or Load)：用于“串联电路块” 的并联连接指令 。含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，
说明：
1）串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDN指令开始，而支路的终点要用OLD指令。
2）如果多个“串联电路块”并联，则并联连接的电路块的个数不受限制.
3）OLD指令是 一条独立指令，无操作数。
2.ALD (And Load):用于”并联电路块”的串联连接指令..含有两个以上触点并联连接的电路称为“并联电路块”，
说明：
并联电路块串联连接时，支路的起点以LD或LDN指令开始，而支路的终点要用ALD指令。
如果多个”并联电路块”串联,则串联连接的电路块的个数不受限制。
ALD指令是一条独立指令，无操作数。.
2.5 逻辑堆栈的操作
S7—200系列PLC中有一个9层堆栈,用于处理所有逻辑操作,称为逻辑堆栈。
ALD指令:把逻辑堆栈的第一,第二级作”与”操作,结果置于栈顶.ALD执行后堆栈减少一级。
OLD指令:把逻辑堆栈的第一，第二级作”或”操作,结果置于栈顶.OLD执行后堆栈减少一级。
LPS(进栈)指令:把栈顶值复制后压入堆栈,栈底值压出丢失.
LRD(读栈)指令:把堆栈第二级的值复制到栈顶,堆栈没有压入和弹出.
LPP(出栈)指令:把堆栈弹出一级,原第二级的值变为新的栈顶值.
3.1 液压系统基本回路 任何机械设备的液压传动系统，都是由一些液压基本回路组成的。所谓基本回路，就是由有关的液压元件组成，用来完成特定功能的典型油路。下面对一些常用的基本回路分别予以介绍。3.11 压力控制回路 压力控制回路是利用压力控制阀来控制系统中油液的压力，以满足执行元件对力或力矩的要求，包括调压、减压、增压、卸荷、保压、平衡等多种回路。1 、调压回路 调压回路的功用是使液压系统整体或某一部分的压力保持恒定或不超过某个数值。
(1)单级调压回路：在泵1的出口处设置并联的溢流阀2，使泵的出口压力基本维持恒定。
(2)多级调压回路：先导式溢流阀3的遥控口串接二位二通换向阀5和远程调压阀4。这里要求远程调压阀4的调整压力必须小于先导式溢流阀3的调整压力，即p2<p1当二位二通换向阀5处于截止位(即上位)时，泵出口压力为p1；当二位二通换向阀5处于通位(即下位)时，泵出口压力为p2。如果在溢流阀的遥控口处通过多位换向阀的不同通口，并联多个调压阀，即可实现多级调压。
(3)无级调压回路：通过改变比例溢流阀6的输入电流来实现无级调压。
也可采用类似两级或多级调压的方法获得两级或多级减压。还可采用比例减压阀来实现无级减压。 为了使减压回路工作可靠，减压阀的最低调整压力不应小于0．5MP9，最高调整压力至少比系统压力小0．5MPa。当减压回路中的执行元件需要调速时，调速元件应放在减压阀的下游，以避免减压阀泄漏(指由减压阀泄油口流回油箱的油液)对执行元件速度产生影响。
3.2 液 压 缸 液压缸是液压系统中的液压执行元件，它是将液压能转变为机械能做直线往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单，工作可靠，在液压系统中得到了广泛的应用。 液压缸的种类繁多，分类方法各异。可按运动方式、作用方式、结构形式的不同进行分类。下表是按液压缸的作用数及结构形式进行分类的。
第四章 程序设计
4.1梯形图
4.2 程序
LD X400
OR X4O2
LDI M100
OR X404
ORB
OUT Y432
LD X402
ANI X406
PLS M100
LD X403
PLS M101
LD M101
OR Y431
ANI X401
ANI X407
OUT Y431
LD M101
OR Y434
ANI X405
ANI X407
OUT Y434
LD X405
OR Y433
OR & nbsp; X407
ANI X406
OUT Y433
END
4.3 输入/输出分配
X400：启动开关；X403：面板S3 X404：面板S4
X405：面板S5 X406：面板S6
结束语
通过这一段时间的毕业设计，我经过长期的核实并进行了深入的调查研究，经过一段时间的工厂实习和社会调查，使我得到了很多的经验，并且巩固和加深以及扩大了专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力，正确使用技术资料的能力。达到了由学生向工程技术人员的过渡，为进一步成为优秀的技术人员奠定基础。通过毕业设计，学生应具有：
巩固和加深专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力。
学习怎样查找文献资料，正确使用技术资料。
熟悉与“电气工程”相关的工程技术设计规范、国家有关标准手册和工具书、设计程序及方法。
通过调整资料，达到编写工程技术设计的说明书和国家标准要求的绘制技术图纸的能力。
培养严肃认真，一丝不苟和实事求是的工作作风，塑造一个工程技术人员的形象，从而尽快实现从学生到一个合格的工程技术人员的过渡。
毕业设计的结束，意味着从此我将进入社会，把我所学的知识运用到社会实践当中去，通过这次毕业设计，我更加地认识到自己的不足之处，指导老师耐心和细致的指导，使我的知识水平有更进一步的提高，为我走向社会，走向岗位打下了坚实的基础。
但有于本人的知识有限，设计有许多不足之处，还望各位老师及各位读者给与宝贵的意见和建议。
参考文献
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