【正文】 .................... 27 參考資料 ........................................................... 28 附錄 ............................................................... 29 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 5 頁 共 43 頁 第一章 緒論 全自動(dòng)包裝機(jī) PLC 控制的目的及意義 電池是人們生活中的必須品，隨著人們對(duì) 電器 用量的增加，對(duì)電池的需求也越來越大，且對(duì)電池的安全性，方便性要求也 越來越高。為使包裝出的物品整齊、美觀并具有良好的包裝質(zhì)量，研制高速、高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的新型包裝機(jī)是市場的迫切需求。目前，該類包裝機(jī)多半為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴。為此， 我選擇了 PLC 在高速 電池包裝機(jī)上 的應(yīng)用。 包裝機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與分析 包裝機(jī)械的最大特點(diǎn)是動(dòng)作復(fù)雜、頻繁，且有較多的執(zhí)行元件。在這種場合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用 PLC 控制的情況下，就可以對(duì)其內(nèi)部的輔助繼電器進(jìn)行編程后來取代。從物理介質(zhì)方面來講，前者是要用具體的電氣元件來組合，而后者只是 PLC 的內(nèi)部寄存 器，在 PLC 編程容量許可的范圍內(nèi)，可以不花費(fèi)額外的費(fèi)用來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。一般的 PLC 都有上百點(diǎn)內(nèi)部輔助繼電器甚至更多，且還有多種專用的內(nèi)部電器，足可以應(yīng)付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是對(duì) PLC 進(jìn)行編程。事實(shí)上 PLC 用于這種場合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)性。從上述意義上來講， PLC 最適合于需要大量中間繼電器的場合。且 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點(diǎn)： （ 1）更改控制邏輯只需修改軟件，無需對(duì)硬件作改動(dòng)； （ 2）程序可以復(fù)制，批量生產(chǎn)很容易； （ 3）電氣硬件設(shè)計(jì)大大簡化； （ 4）由于 PLC 除有繼電器功能 外，尚有多種其它功能，可以實(shí)現(xiàn)繼電器無法實(shí)現(xiàn)的控制功能，實(shí)現(xiàn)某種程度上的智能化，并有可能使機(jī)構(gòu)簡化； （ 5）可靠性高； （ 6）成本相對(duì)于繼電控制而言稍高，但繼電器控制隨著所用中間繼電器數(shù)量的增加，成本急驟上升，而 PLC 控制幾乎保持不變，這一點(diǎn)對(duì)于復(fù)雜的控制來講具有無可比擬的優(yōu)越性； （ 7）具有擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，當(dāng)需要較多 I/0 時(shí)可以方便地?cái)U(kuò)展。 因此，國外在注塑機(jī)、各種包裝機(jī)上已經(jīng)大量地采用了 PLC 來取代傳統(tǒng)的繼電器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。我國包裝機(jī)械目前控制部件大多還沿用繼電器方式。如 果能用 PLC 來取代的話，則可以簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)都可以得到簡化。更重要的是可以使原來無法實(shí)現(xiàn)的某些功能得以實(shí)現(xiàn)，使機(jī)器在某種程度上實(shí)現(xiàn)智能化。通過對(duì)各 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 6 頁 共 43 頁 種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用 PLC 控制系統(tǒng)。 本文的設(shè)計(jì)任務(wù) （ 1）對(duì)可編程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢作一簡單的介紹，明確背景知識(shí)與選型根據(jù)；分析 PLC 在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性與前景。 （ 2）電池包裝機(jī)各動(dòng)作控制工藝的研究。了解電池包裝機(jī)的工作過程及工藝要求。總結(jié)各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，將其用流程圖的形式表示出來，為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制做準(zhǔn)備。 （ 3）可編程控制器部分的設(shè)計(jì)，包括控制方案的選取與設(shè)計(jì)、 I/0 接口信號(hào)的確定、模塊的選擇， 包裝過程 控制程序的設(shè)計(jì)。 （ 4） 控制程序的在線仿真 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 7 頁 共 43 頁 第二章 控制方案要求 該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能 1).能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)連續(xù)工作 2).能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)動(dòng)操作 3).必須高速運(yùn)行 電池包裝送料裝置的工作過程 電池包裝送料裝置的工作示意圖如圖 所示： 圖 示意圖 電池由進(jìn)料裝置將兩節(jié)電池送到推桿 1 前，電動(dòng)機(jī) 1 轉(zhuǎn)動(dòng)控制推桿 1 向前推進(jìn)，將電池推到推桿 2 前。在推桿 1 向前推進(jìn)電池的同時(shí)膠輥電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng) 膠輥將放在托架上的包裝袋輸送到吸盤處，然后電磁閥控制吸盤將膜上層吸起。當(dāng)膜的上層被吸起后，此時(shí)的電池已經(jīng)進(jìn)入二號(hào)通道，二號(hào)通道的電動(dòng)推桿 2 將橫放的電池推入到由吸盤吸起的包裝袋內(nèi)，到位后上吸盤和切斷刀連接的推桿向下運(yùn)動(dòng)時(shí)帶著切刀將包裝袋切斷，切斷后推桿 2 退回，刀片氣缸退回，吸盤停止工作。當(dāng)推桿 2 和刀片氣缸全部退到位后，第三通道的推桿 3 將縱向的含在包裝袋里的電池推入到四號(hào)通道，推桿 3 推到位后，第四號(hào)通道的推桿 4 將電池推送到傳送帶。推桿 4 推到位后，推桿 3 和推桿 4 同時(shí)退回。推桿 3 和推桿 4 全部退到位后，傳送帶由步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)控制，傳送帶上有等間距的小格，每一小格能容納兩節(jié)五號(hào)電池，每次工作時(shí)格子底部與電池底部在同一水平面，電池經(jīng)傳送帶送入高溫箱，出來冷卻即達(dá)到包裝效果。 電池 包裝機(jī)主要功能是將來自 料池 的 電池 以每分鐘 100 個(gè)的速率包裝成合格的 電池 。簡單的工藝流程如圖 所示： 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 8 頁 共 43 頁 圖 包裝工藝流程圖 控制方案論證與選擇 PLC 與其它控制裝置的比較 可編程控制器與繼電器控制的區(qū)別 在可編程控制器的編程語言中，梯形圖是最為廣泛使用的語言。 通過可編程控制器的指令系統(tǒng)將梯形圖變成可編程控制器能接收的程序。由編程器將程序鍵入到可編程控制器的用戶存儲(chǔ)區(qū)中去。 可編程控制器的梯形圖與繼電器控制線路圖十分相似，主要原因是可編程控制器梯形圖的發(fā)明大致上沿用了繼電器控制的電路元件符號(hào)，僅個(gè)別地方有些不同。同時(shí)，信號(hào)的輸入 /輸出形式及控制功能也是相同的，但可編程控制器的控制與繼電器的控制還是有不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： ，抗干擾能力強(qiáng) 這是 PLC 用戶關(guān)心的首要問題。為了滿足 PLC 專在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用的要求， PLC 采用了如下硬件和軟件措施 ： （ 1）光電耦合隔離和 RC 濾波器，有效的防止了各類電磁干擾信號(hào)的進(jìn)入。 （ 2）采用內(nèi)部電磁屏蔽，防止輻射干擾。 （ 3）采用優(yōu)良的開關(guān)電源，防止電源線引入的干擾。 （ 4）具有良好的自診斷功能?？梢詫?duì) CPU 等內(nèi)部電路進(jìn)行檢測，一旦出錯(cuò)，立即報(bào)警。 （ 5）程序及有關(guān)數(shù)據(jù)用電池供電進(jìn)行備份，一旦電源斷電或運(yùn)行停止，有關(guān)狀態(tài)及信息不會(huì)丟失。 （ 6）采用了冗余技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)可編程序控制器的可靠性。對(duì)于某些大型的 PLC，采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)。 PLC 送料 供電 切割 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 9 頁 共 43 頁 （ 7）對(duì)采用的器件都進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和老化處理 ，排除了因器件可靠問題而造成的故障。 隨著構(gòu)成 PLC 的元器件自身性能的提高， PLC 整體的可靠性也在相應(yīng)提高。一般 PLC 的平均無故障時(shí)間可達(dá)到幾萬小時(shí)以上。某些 PLC 的生產(chǎn)廠家甚至宣布，今后生產(chǎn)的可編程序控制器不再標(biāo)明可靠性這一指標(biāo)，因?yàn)閷?duì)可編程序控制器這一指標(biāo)已毫無意義了。經(jīng)過大量實(shí)踐，人們發(fā)現(xiàn) PLC 系統(tǒng)在使用中發(fā)生的故障，大多是由于 PLC 的外部開關(guān)、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)引起的，而不是 PLC 自身的問題產(chǎn)生的。 ，使用方便 現(xiàn)在的 PLC 產(chǎn)品都已系列化了， PLC 配備有各種各樣，種類齊全的 I/O 模塊和配套 部件用戶選用，可以很方便地搭建成可滿足不同控制要求的控制系統(tǒng) ,用戶不再需要自己設(shè)計(jì)和制作相應(yīng)的硬件裝置。在確定了 PLC 的硬件配置和 I/O 外部接線后，用戶所做的工作只是程序設(shè)計(jì)而已。 3．程序設(shè)計(jì)簡單，易學(xué)易懂 PLC 是一種工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，其主要的使用對(duì)象是廣大電氣技術(shù)人員。 PLC 生產(chǎn)廠家大都根據(jù)這種實(shí)際情況，一般不采用微機(jī)所用的編程語言，而采用與繼電器控制原理圖非常相似的梯形圖語言，工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)和使用這種語言十分方便。 4．采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便 PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU、電源、 I/O 通道等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架和電纜將各模塊連接起來。系統(tǒng)的功能和規(guī)?？筛鶕?jù)用戶的實(shí)際需求自行組合，這樣便可滿足用戶要求的合理的性能價(jià)格比。 5．系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短 由于系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)任務(wù)僅是依據(jù)對(duì)象的要求配置適當(dāng)?shù)哪K，如同吃飯從菜單中點(diǎn)菜一樣方便，這就大大縮短了整個(gè)設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間，加快了整個(gè)工程設(shè)計(jì)的進(jìn)度。 6．安裝簡便、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小 可編程序控制器一般不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端子相連，系統(tǒng)便可以投入運(yùn)行，安裝接線工作量 比繼電器控制系統(tǒng)小得多。 PLC 軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試大都可以在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，用模擬實(shí)驗(yàn)開關(guān)代替輸入信號(hào)，其輸出狀態(tài)可以觀察 PLC 上的相應(yīng)發(fā)光二極管顯示，也可以另接輸出模擬實(shí)驗(yàn)板。模擬調(diào)試完成后，再將本身故障率很低，又有完善的自診斷能力和顯示功能，一旦發(fā)生故障可以根據(jù) PLC 上發(fā)光二極管或編程器提供的信息，迅速查明原因或直接找到發(fā)生故障的外圍設(shè)備。如果是 PLC 本身故障，則可用更換模塊的方法迅速排除故障。這樣既提高了維護(hù)的工作效率，使故障造成的對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響降低到最低程度，也保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。 PLC 是以微處理器 為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告紙 第 10 頁 共 43 頁 一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面得到了廣泛應(yīng)用。 近年來，隨著微處理器芯片及其有關(guān)元器件的價(jià)格大幅度下降，使得 PLC 成本也隨之下降。與此同時(shí)， PLC 的性能卻在不斷完善，功能也在增多增強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域也在逐漸拓寬，使PLC 的應(yīng)用已由早期的開關(guān)邏輯到現(xiàn)在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù) PLC 的特點(diǎn)，可以將應(yīng)用形式歸納為如下幾種類型： 這是 PLC 的最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)