【正文】 用 PLC 和人機(jī)界面兩級(jí)控制的結(jié)構(gòu)。 根據(jù)對(duì)上述控制任務(wù)的分析，本項(xiàng)目選擇了三菱公司的中小型 PLC系統(tǒng) FX1N系列，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。 存儲(chǔ)器規(guī)格大 內(nèi)置 8000 步 EEPROM 存貯器 無需電池，維護(hù)輕松 軟元件范圍豐富 輔助繼電器： 1536 點(diǎn)，定時(shí)器： 256 點(diǎn)，計(jì)數(shù)器： 235 點(diǎn)，數(shù)據(jù)寄存器： 8000點(diǎn)。送紙架 5在氣缸的驅(qū)動(dòng)下以 3m/s 的速度，首先前進(jìn) 30mm 完成一段空行程為接下來的送紙做準(zhǔn)備。 卷筒狀材料供送時(shí)，會(huì)受到各種原因的影響，當(dāng)瞬時(shí)速度發(fā)生變化而導(dǎo)致出現(xiàn)時(shí)松時(shí)緊現(xiàn)象；當(dāng)瞬時(shí)牽引速度增大時(shí)，包裝材料卷將加速轉(zhuǎn)動(dòng)，由于包裝材料卷及支承裝置中轉(zhuǎn)動(dòng)件的慣性使得 包裝材料帶的張力增大 [12] 。氣缸驅(qū)動(dòng)箱體作用完以后，箱體在自重的作用下落回到水平位置。在氣缸的驅(qū)動(dòng)下放刀板 5緩慢向下運(yùn)動(dòng)，使得放刀板上的刀將紙切成菱形。導(dǎo)料機(jī)構(gòu)是在沖紙機(jī)構(gòu)沖紙完成以后將顆粒導(dǎo)到包裝紙中。達(dá)到此壓力后上板 下板 2馬上復(fù)位，被包裝的物品在自重的作用掉在包裝袋過程里。根據(jù)兩者的優(yōu)點(diǎn)以及我們的需求選用真空泵作為真空發(fā)生裝置。 表 旋渦氣泵性能一覽表 型號(hào) XGB1 XGB2 XGB6G XGB7 XGB8 XGB9 XGB10 XGB11 XGB12 XGB13 XGB15 最大流量 (m3/h) 300 330 370 210 65 175 1000 135 100 110 480 最大壓力 (KPa) 30 33 40 28 12 26 50 18 14 16 42 正常工作壓力(KPa) 20 22 28 18 8 13 40 12 9 10 31 真空度(KPa) 21 21 29 20 10 18 31 15 11 12 30 電 動(dòng) 電 壓 3φ 380V 1φ220V 3φ380V 3φ 380V 1φ 220V 3φ 380V 3φ380V 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 18 機(jī) 功率 3 KW 4 KW KW KW KW KW 18.5KW KW KW 5KW KW 重量 kg 55 73 115 40 12 36 230 22 16 20 118 氣缸的選型，主要是根據(jù)每個(gè)動(dòng)作的行程來確定的。往復(fù)式又分為活塞式和螺 桿式，特性比較如下表： 表 活塞式和螺桿式特性表 類型 輸出壓力/MPa 吸入流量/ 3m 1物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。物理實(shí)現(xiàn)要求 PLC 的輸入應(yīng) 當(dāng)排除干擾信號(hào)適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，而輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實(shí)際控制系統(tǒng)方便使用。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 22 用戶程序存儲(chǔ)器用來存放由編程器或計(jì)算機(jī)輸入的用戶程序。 PLC 工作原理 PLC 雖然具有微機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。 自診斷與編程器計(jì)算機(jī)等通信 讀入現(xiàn)場信號(hào) 執(zhí)行用戶程序 結(jié)果輸出 圖 PLC 的工作過程 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 23 PLC 的軟件設(shè)計(jì) GX Developer 開發(fā)工具的特點(diǎn) GX Developer編程軟件是基于 Windows95/98或 Windows XP的為三菱 Q 、 nQ 、FX系列的 PLC 配置和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。為使編程更容易，語句表已擴(kuò)展到 包括一些高層語言結(jié)構(gòu)。 它們都被收集在一個(gè)項(xiàng)目下。在子菜單中，可以選擇要生成的塊的類型。在可編山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 25 程控制器中，如果掉電且 RAM 沒有被備份則數(shù)據(jù)丟失。 2. I/O 賦值（分配輸入輸出） a. 將你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的輸入信號(hào)進(jìn)行賦值，與 PLC 的輸入編號(hào)相對(duì)應(yīng)；（列表） b. 將你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的輸出信號(hào)進(jìn)行賦值 ，與 PLC 的 輸出編號(hào)相對(duì)應(yīng)。根據(jù)第二章、第三章對(duì)整個(gè)包裝機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)部分的工藝分析，可以得到包裝機(jī)的總體程序流程框圖如下圖： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 27 P L C 停 止 運(yùn) 行程 序 開 始初 始 化 程 序設(shè) 備 有故 障判 斷 操 作方 式顯 示 燈 控 制自 動(dòng) 手 動(dòng)封 口 到 位 手 動(dòng) 程 序搖 箱 動(dòng) 作 送 紙 動(dòng) 作送 紙 到 位壓 紙 切 紙 動(dòng) 作切 紙 到 位下 料 開 始下 料 結(jié) 束封 口 卸 料結(jié) 束否 ？結(jié) 束P L C 有 故 障YNYNYN搖 箱 到 位系 統(tǒng) 開 始 圖 總體程序流程圖 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 28 利用 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，我們采用的編程軟件為三菱官方提供的 GX Developer[17] ，在程序編寫之前我們首先確定 I/O 點(diǎn)的地址， PLC 輸入輸出地址如下圖： 圖 PLC 的 I/O 地址分配 我們采用的是 SFC（如圖 ）的編程方式；順序功能圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（ SFC）是一種面向工藝流程的圖形方式的編程語言，類似于計(jì)算機(jī)編程時(shí)的程序框圖。 下 面簡單分析包裝機(jī)工作的基本優(yōu)化過程： 首先開始搖箱動(dòng)作，為了節(jié)省整個(gè)包裝 的時(shí)間，在送紙一和搖箱動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，在此過程中其它機(jī)構(gòu)不允許動(dòng)作?！?0”方框代表系統(tǒng)休眠，系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。 經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，收獲頗豐，感覺最大的收獲應(yīng)該是對(duì)理論和實(shí)際相結(jié)合的重要性有了深刻的認(rèn)識(shí)。 其次，我要深深地感謝培養(yǎng)和教育我的任課老師以及輔導(dǎo)員，他們高尚的師德情操、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富的專業(yè)知識(shí)，是我今后學(xué)習(xí)的榜樣，我從他們那里所學(xué)的知識(shí)，將使我受益終生。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 34 致 謝 本人能夠完成學(xué)士階段的學(xué)業(yè) ，并能完成學(xué)士學(xué)位論文，是與許多人的幫助分不開的。 在本次課題工作中，除了鍛煉了自己的能力外，也積累了不少經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)有不少值得改進(jìn)的地方，現(xiàn)總結(jié)如下： ，使系統(tǒng)能夠按預(yù)期的目標(biāo)正常地運(yùn)行。 通過上述工作流程，我們可以很好的寫出系統(tǒng)工作的 SFC 圖，再用步進(jìn)順控指令可以很方便的得到 PLC的梯形圖；采用 SFC方法設(shè)計(jì) PLC控制程序思路清楚，易讀易修改。 包裝機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 由前面所述 ，包裝機(jī)的工作過程分為：搖箱動(dòng)作、送紙動(dòng)作、下料動(dòng)作、壓紙切紙動(dòng)作以及封口動(dòng)作。 6. 監(jiān)視運(yùn)行情況 在監(jiān)視方式下，監(jiān)視一下你的控制程序的每個(gè)動(dòng)作是否正確。這樣，當(dāng)出現(xiàn)故障而不能訪問到程序文檔的符號(hào)或注釋時(shí)，就可以在 PC 中編輯它。然后是對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，創(chuàng)建程序。一旦存儲(chǔ)并退出，生成的每一個(gè)可編程模板都會(huì)自動(dòng)生成 GX Developer 程序及空的連接表。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對(duì) PLC 在線上載或下載。 1. 梯形邏輯編程 (LAD)是 GX Developer 編程語言的圖形表達(dá)方式。如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。 微電腦輸出接口電路 :一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成而成。 中央處理器 (CPU)一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一塊芯片上。根據(jù)以上我們選擇光電開關(guān)來作為傳感器。一般可令~? 取 ? 32. 25 ( / m in)cbq kq m?? ： 11( 1 ) [ ( ) 1 ] ( ) 0 . 0 6ccp q pnN K Wp??? κ 1(n + 1 )κκ κ 1 [13] N —— 空壓機(jī)的功率 n —— 中間冷卻器個(gè)數(shù)，取 1n? κ —— 等熵指數(shù)，取 κ= 1p —— 吸入空氣的絕對(duì)壓力， MPa 11( 1 ) [ ( ) 1 ]0 . 0 6ccp q pnNp??? κ 1(n + 1 )κκ κ 1 ( 1 1 ) 1 . 4 0 . 5 2 . 2 5 2 . 2 5[ ( ) 1 ] 3 1 . 4 60 . 0 6 0 . 5 KW?? ? ?1 .4 1(1 + 1 ) 1 .4 1 .4 1 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 20 根據(jù)以上的計(jì)算選取空壓機(jī)的功率為 40KW。同理可得其它氣缸為： 表 氣缸的選擇 氣缸 (位置 ) 行程（ mm） 型號(hào) (SDA) 最大壓力（ MPa） 數(shù)量（個(gè)） 氣缸 1（搖箱處） 30 63 32 2 氣缸 1（壓紙?zhí)帲? 3 20 5 2 氣缸 2（送紙?zhí)帲? 30 157 32 32 158 1 氣缸 3(切紙?zhí)?) 28 100 30 1 氣缸 4（下料處） 9 78 63 10 80 1 氣缸 5（封口處） 19 100 25 4 空氣壓縮機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，供氣動(dòng)機(jī)械使用。該型泵廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電子、化工 、石油、醫(yī)藥等行業(yè)的真空冶煉、真空鍍膜、真空熱處理，真空干燥等工藝過程中。真空泵是吸入口形成負(fù)壓，排氣口通大氣，兩端壓力比很大的抽除氣體的機(jī)械，其動(dòng)力源是電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)等 [13] 。 要求 將顆粒料包裝封口 ，使得在一般情況下顆粒料物品不散落出來。因此在壓紙切紙桿向下運(yùn)動(dòng)到兩板接觸的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生撞擊聲。 要求 當(dāng)包裝紙送至正確位置以后，接下來是對(duì)紙進(jìn)行裁剪動(dòng)作。具體要求先將放物箱搖均 勻，然后再抽動(dòng)抽板，為了使顆粒料包裝物能夠掉到下料管內(nèi)，而不引起卡死管道的現(xiàn)象，需要計(jì)算下料管的管徑： 由于顆粒料物品一般的直徑為 3mm，因此設(shè)計(jì)管徑的直徑為 7mm。為了使送紙二到達(dá)最優(yōu)化設(shè)計(jì)送二的位置離送紙一 157mm 的位置。同時(shí)還要求排除一些干擾因素，像其中最常見的是卷帶被牽引供送時(shí)發(fā)生拉伸變形和同輥面打滑。 FX1N 系列 PLC 的特點(diǎn)： 1. 定位控制功能是標(biāo)準(zhǔn)配置； 2. 使用關(guān)鍵字功能保護(hù)程序 ； 3. 內(nèi)置不用電池的 EEPROM 存 儲(chǔ)器，無須維護(hù) [17] ； 4. 內(nèi)置 RUN/STOP 開關(guān) ，運(yùn)轉(zhuǎn) /停止執(zhí)行簡便； 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 9 5. 設(shè)備不停機(jī)時(shí)更改程序 ； 6. 特別適于高速處理； 而 FX1N 系列 PLC 控制規(guī)模為 24～ 128 點(diǎn)（基本單元： 24/40/60 點(diǎn)）特點(diǎn)有： 集成化 CPU、電源、輸入輸出合為一體。 控制系統(tǒng)主要器件的選擇 顆粒料包裝機(jī)控 制系統(tǒng)主要器件包括人機(jī)界面、 PLC 等。與運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，還必須考慮停止運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)。這些不足，我們選用人機(jī)界面來彌補(bǔ)。此時(shí)包扎好的成 品在自重的作用下掉到收集箱內(nèi)，完成了整個(gè)包裝過程。這樣前吸后夾地將紙帶往前送，此時(shí)顆粒箱仍然順（逆）時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)，送紙架繼續(xù)往前運(yùn)動(dòng)，碰到傳感器時(shí)壓紙電磁閥和送紙架上抽真空電磁閥斷開，同時(shí)抽真空電磁閥得電，使紙帶