【正文】 hardware configuration 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) IV 摘 要 全自動(dòng)包裝機(jī) 控制系統(tǒng)達(dá)到國際先進(jìn)水平進(jìn)行了較深入的研究。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) The Design of Automatic Packaging Machine Control System Based on PLC 吉 林 化 工 學(xué) 院 Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 獨(dú) 創(chuàng) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭議。論文充分考慮了成本、維護(hù)可靠性和先進(jìn)性等諸多因素，提出了基于 全 自動(dòng) 包裝機(jī) 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，設(shè)計(jì)出 全自動(dòng)包裝機(jī) 控制系統(tǒng)的構(gòu)成 。 2 可編控 制器的發(fā)展 7 基于 PLC 的包裝機(jī)生產(chǎn)工藝概述 8 系統(tǒng)控制總框圖 13 STEP7 中的塊 16 I/O 點(diǎn)的確立及硬件配置 22 主程序 OB1 編制 30 在線調(diào)試及仿真 31 參考文獻(xiàn) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的包裝系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，顯著消除包裝工序及印刷貼標(biāo)等造成的誤差，有效減輕職工的勞動(dòng)強(qiáng)度并降低能源和資源的消耗 。自動(dòng)裝置和系統(tǒng)工程方面的技術(shù)正在進(jìn)一步深化，并得到更廣泛的應(yīng)用 。當(dāng)時(shí)全國生產(chǎn)真空設(shè)備的企業(yè)不足 20 家，產(chǎn)品以中低檔真空獲得設(shè)備為主，如制鏡鍍膜機(jī)、香煙包裝機(jī)等。 3． 可靠性低 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 國內(nèi)一些企業(yè)為了能在產(chǎn)品初期快速賺錢，低價(jià)格傾銷，采用無質(zhì)量保證的電子元件、控件或低級(jí)的原材料，再加上無規(guī)范的加工和裝配工藝，沒有針對(duì)具體情況進(jìn)行改造，導(dǎo)致產(chǎn)品不穩(wěn)定或不適合用戶使用要求。但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī) （ PersonalComputer）的專稱 PC 相區(qū)別，常常把可編程控制器仍簡稱為 PLC。 2． 數(shù)據(jù)處理和數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換功能 ——模擬量控制功能 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 PLC 設(shè)置有數(shù)據(jù)傳送、比較、運(yùn)算、移位、位操作、數(shù)制轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)處理指令和打印輸出指令，并可對(duì)存儲(chǔ)器間接尋址。可編程控制器在惡劣工作環(huán)境中應(yīng)用的高可靠性，由以下設(shè)計(jì)得到保證：硬件接線元件少，且采用精選、冗余、集成化、模塊化等措施，使元件壽命長、故障少、故障易于查找；采用多層次的抗干擾措施，如對(duì) CPU 模 塊的電磁屏蔽，在電源電路和 I/O模塊中設(shè)置濾波電路和在輸入輸出電路中采用信號(hào)光電耦合，使 PLC 可與強(qiáng)電設(shè)備在同一環(huán)境下可靠工作；因編程簡單、操作方便而使失誤減少；設(shè)置了掉電保護(hù)、監(jiān)控、報(bào)警、故障檢測(cè)等電路和程序，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障。這是 PLC 得到各行各業(yè)廣泛應(yīng)用的重要原因。 5． 體積小、功耗低 集成電路模塊使可編程控制器達(dá)到小型化或超小型化，使其易于裝入機(jī)械電子設(shè)備內(nèi)部，這是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的關(guān)鍵 。 3． 第三階段：通信階段（ 70 年代中末期至 80 年代中期） 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 PLC 隨著計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展，形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)。在電氣控制部分設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮到用戶的功能需求和與本系統(tǒng)機(jī)械部分的配合需求，在具體實(shí)現(xiàn)的過程中，又以系統(tǒng)的可靠性與易用性為準(zhǔn)則，盡量把本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為一個(gè)功能齊全、可靠性高且易于使用的包裝設(shè)備。物料通過漏斗的料位檢測(cè)，電控系統(tǒng)自動(dòng)控制上料機(jī)得啟停使漏斗內(nèi)的物料保持一定的高度，形成穩(wěn)定的料壓，以保證計(jì)量的精度的穩(wěn)定性。在高速運(yùn)動(dòng)中，傳統(tǒng)方式中各部分的動(dòng)作精確度不夠，而采用 PLC 控制的電機(jī)完成此項(xiàng)工作是比較容易的。要判別橫封和縱封的最低溫度和最高溫度，所以要采用溫度傳感器去檢測(cè)。 2． 自動(dòng)：按下啟動(dòng)按鈕，程序完成一個(gè)周期的動(dòng)作后又接著從第一步開始運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)循環(huán)?？煽啃愿?，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝調(diào)試量少等特點(diǎn)，硬件配套齊全，用戶使用方便。 5．通信模塊 通信模塊用于 PLC 之間， PLC 與遠(yuǎn)程 I／ 0 之間， PLC 與計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備之間的通信，可以將 PLC 接人 MPI， PROFIBUS。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。 5．通信聯(lián)網(wǎng)。 STEP7 的硬件接口 PC/MPI 適配器用于連接安裝了 STEP7 的計(jì)算機(jī) RS232C 接口和 PLC 的 MPI 接口。 3．點(diǎn)擊【 Properties… 】按鈕，可以設(shè)置計(jì)算機(jī)與 PLC 通信的參數(shù)。在此期間應(yīng)與當(dāng)?shù)匚鏖T子代表處聯(lián)系，以獲得丟失授權(quán)的替換授權(quán)。在 PLC 啟動(dòng)時(shí) CPU 自動(dòng)地向其他模塊傳送設(shè)置的參數(shù)，因此在更換 CPU 之外的模塊后不需要重新對(duì)它賦值。 功能塊 (FB) 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 功能 (FC) FC 包含頻繁使用功能的例行程序。 OB：功能塊，相當(dāng)于主程序，常用的有 OB1 和 OB100； FC、 FB：功能塊，相當(dāng)于子程序；在編完子程序后，必須在主程序中調(diào)用子程序。 OB1 是對(duì)應(yīng)于循環(huán)執(zhí)行的主程序的程序塊，它是 STEP／程序的主干，其他大多數(shù)OB 則對(duì)應(yīng)于不同的中斷處理程序 (另外還有啟動(dòng)程序和背景程序等非中斷類的 OB)。 背景 DB 與共享 DB 沒有本質(zhì)的區(qū)別，它們的數(shù)據(jù)都可以被任何一個(gè) 0B、 FC 或 FB讀寫。 5．可以模擬下列地址的讀寫操作：位存 儲(chǔ)器（ M）、外設(shè)輸入（ PI）變量區(qū)和外設(shè)輸出（ PQ）變量區(qū)，以及存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)。通過現(xiàn)場(chǎng)流程確定我們要監(jiān)測(cè)和需要控制的點(diǎn)。 例如： AI 卡點(diǎn)數(shù) =5 個(gè)模擬點(diǎn) +5 個(gè)模擬點(diǎn) *20% 表 43 包裝機(jī) 一硬件配置 序號(hào) 型號(hào)及規(guī)格 注釋 數(shù)量 1 6ES7 3152AH140AB0 CPU3152DP, 128K 內(nèi)存 1 2 6ES7 3071EA010AA0 電源模塊（ 5A） 1 3 6ES7 9538LG110AA0 SIMATIC Micro 內(nèi)存卡 128KByte(MMC) 1 4 6ES7 3211BH020AA0 數(shù)字量輸入卡 (16路 ) 3 5 6ES7 3221BH010AA0 數(shù)字量輸出卡 (16路 ) 2 6 6ES7 3317KF020AB0 模擬量輸入 模塊 (8路 ) 1 7 6ES7 3327ND000AB0 模擬量輸出模塊 (4路 ) 1 8 6ES7 3901AF300AA0 導(dǎo)軌 1 硬件組態(tài) 建立項(xiàng)目 方法一 當(dāng)雙擊 S7300 的快捷方式的時(shí)候，自動(dòng)會(huì)出現(xiàn)建立項(xiàng)目的向?qū)?，可以根?jù)向?qū)е鸩酵晟平?。硬件站的插入如圖 42 所示。 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 圖 43 機(jī)架的硬件組態(tài) 右側(cè)區(qū)域是硬件組態(tài)的卡件。因與繼電器電路很相似，具 有直觀易懂的特點(diǎn)，很容易被熟悉繼電器控制的電氣人員所掌握，特別適合于數(shù)字量邏輯控制 ,也適合于熟悉繼電器電路的人員使用。具體操作如圖 47 所示。將結(jié)果寫入 OUT。結(jié)果如圖 413 所示： 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 圖 413 FB58 的編輯 6． 單動(dòng)子程序編制 將數(shù)字量程序編輯在 FC3?？烧{(diào)用 OB1 中的其它功能塊 (FB、 SFB)或功能 (FC、 SFC)。 圖 418 圖 419 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 至此 WINCC 通過 MPI 連接 PLC 的過程完畢。 圖 417 上位機(jī)在線監(jiān)控 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 參考文獻(xiàn) [1] 劉美俊 .西門子 S7系列 PLC的應(yīng)用與維護(hù) [M]. 西安：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [2] 王萬強(qiáng) ,陳國金 ,張俊芳 .S7300PLC 和 WinCC 組態(tài)軟件在電廠的應(yīng)用 [J].機(jī)電工程 ,2020,(07):2629. 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Crater Control Technology Corporation. 2020,(11):5761. 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 結(jié) 論 在本次課題工作中，除了鍛煉自己的能力外，也積累了不少的經(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： 完成了控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)工作，使系統(tǒng)能夠按預(yù)期的目標(biāo)正常地運(yùn)行。而且為以后軟件的維護(hù)和改進(jìn)提供了方便。 1．程序下載 STEP 7 可以將用戶程序（ OB、 FC、 FB 和 DB）和硬件組態(tài)信息（ SDB）等下載到PLC 的 CPU 中。 首先雙擊 OB1 塊，在 OB1 塊中左側(cè)的 FC 塊點(diǎn)開，將會(huì)出現(xiàn)之前所編輯的三個(gè)功能塊。 調(diào)用常開觸點(diǎn)結(jié)束后再調(diào)用輸出線圈， 輸出線圈的 工作方式與繼電器邏輯圖中線圈的工作方式類似。 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 圖 412 模擬量輸出轉(zhuǎn)換模塊 計(jì)算公式如下： OUT = [ ((IN–LO_LIM)/(HI_LIM–LO_LIM)) * (K2–K1) ] + K1 6． OB35 子程序編制 在 OB35 塊中編輯的是調(diào)節(jié)回路程序，用的是 FB58 模塊， FB58“ TCONT_CP”用于控制有連續(xù)或脈沖控制信號(hào)的溫度處理過程。之后將會(huì)彈出數(shù)據(jù)塊屬性對(duì)話框，在名稱和類型欄中寫入 DB1,在符號(hào)名那欄寫入模入，然后根據(jù)點(diǎn)表把模擬量輸入 DB 塊中。語句表適合于經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員使用，可以實(shí)現(xiàn)某些梯形圖不能實(shí)現(xiàn)的功能。 當(dāng)用戶選擇了所需的卡件時(shí)，用鼠標(biāo)單擊卡，在軟件的右下角會(huì)出現(xiàn)一些卡的介紹，比如是不是可以安裝在惡劣的環(huán)境下或者 有什么特殊的功能及用途。 在硬件組態(tài)畫面右邊是 硬件目錄窗口，可用菜單命令“ View”（查看）中“ Catalog”（目錄）打開或關(guān)閉它。 基于 PLC 的全自動(dòng)包裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 圖 41 項(xiàng)目向?qū)? 注意：在您建立項(xiàng)目的時(shí)候，不要用中文起名，有時(shí) S7300 會(huì)不識(shí)別。 表 41 I/O 點(diǎn)表 1 橫封 1 溫度 TI200 二 線制 4～20MA 0～ 200℃ 2 橫封 2 溫度 TI201 二 線制 4～20MA 0～ 200℃ 3 縱封 1 溫度