【正文】 ................ 19 高速脈沖輸出模式位置控制原理 .................................. 19 硬件接線圖 .................................................... 20 EM253 位置控制模塊 ................................................ 21 模塊位置控制原理 ......................................... 21 EM253 硬件接線圖 .............................................. 22 ..................................................... 23 設(shè)計(jì)目標(biāo) ............................................................. 23 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) ..................................................... 23 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 ...................................................... 23 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................................... 24 軟件模塊詳細(xì)設(shè)計(jì) ..................................................... 24 主程序設(shè)計(jì) ........................................................ 24 成型子程序設(shè)計(jì) .................................................... 26 沖剪子程序設(shè)計(jì) .................................................... 26 堆疊子程序設(shè)計(jì) .................................................... 27 ..................................................... 28 人機(jī)界面概述 ......................................................... 28 人機(jī)交互原理 ...................................................... 28 V 觸摸屏簡介 ....................................................... 29 人機(jī)界面設(shè)計(jì) ......................................................... 29 設(shè)計(jì)目標(biāo) .......................................................... 29 觸摸屏選型 ........................................................ 30 人機(jī)界面的控制需求分析 ............................................ 30 觸摸屏畫面的規(guī)劃與設(shè)計(jì) ........................................... 31 PLC 與觸摸屏通信的實(shí)現(xiàn) ................................................ 33 ..................................................... 33 系統(tǒng)模型的配置與接線 ................................................. 33 系統(tǒng)配置 .......................................................... 33 硬件布局及接線 .................................................... 34 系統(tǒng)調(diào)試過程 ......................................................... 34 PLC 與觸摸屏聯(lián)機(jī)調(diào)試 .............................................. 34 調(diào)試結(jié)果 .......................................................... 35 8． 結(jié)論 .................................................................... 35 研究工作總結(jié) ......................................................... 35 研究展望 ............................................................. 36 參考文獻(xiàn) ................................................................... 38 附錄一 電氣原理圖 .......................................................... 39 附錄二 人機(jī)界面 ............................................................ 49 VI 1．緒論 本課題研究的目的、意義及國內(nèi)外研究概況 全自動(dòng)真空吸塑成型機(jī)（又叫熱塑成型機(jī)）是利用真空吸力，將加熱塑化的PVC、 PE、 PP、 PET、 HIPS 等熱塑性塑料卷材吸制成各種形狀的高級(jí)包裝裝 璜盒、框等產(chǎn)品。 本設(shè)計(jì) 從吸塑工藝要求出發(fā)， 結(jié)合廠方在全自動(dòng)真空吸塑機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)， 采用 已經(jīng)相當(dāng)成熟的 PLC 技術(shù)、 伺服技術(shù)、傳感技術(shù)、人機(jī)界面 等手段 完成全自動(dòng)真空吸塑機(jī)的開發(fā)，提高其生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量及整機(jī)的穩(wěn)定性，也可以增加系統(tǒng)的柔性。 并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出每一動(dòng)作執(zhí)行時(shí)，各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，將其用流程圖的形式表達(dá)出來，為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)真空吸塑機(jī)的控制做必要的準(zhǔn)備。 該系統(tǒng) 通過人性化的觸摸屏界面對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān) 控和操作， 如進(jìn)行工藝參數(shù)的修改、系統(tǒng)的調(diào)試等。 2. ZXSJ 型吸塑機(jī)控制系統(tǒng)總體方案 系統(tǒng)的需求分析 功能需求 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī)是汕頭市明發(fā)機(jī)械有限公司最新開發(fā)的一款升級(jí)換代產(chǎn)品，產(chǎn)品的定位屬于中高檔真空吸塑機(jī)，因此對(duì)控制系統(tǒng)的性能和功能提出了更高的要求。保證操作人員可以直觀簡便地監(jiān)視吸塑機(jī)的運(yùn)行狀況，查看報(bào)警信息，設(shè)定或修改各種參數(shù)等。 (4)開放性。 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)中的輸入信號(hào) 輸入系統(tǒng)的信號(hào)主要有： 啟動(dòng)信號(hào)、急停信號(hào)、 產(chǎn)品計(jì)數(shù)信號(hào)、拉伸行程信號(hào)、同步行程信號(hào)和報(bào)警信號(hào)等，全部都是開關(guān)量信號(hào)。確保各動(dòng)作正確運(yùn)行，按控制要求實(shí)現(xiàn)各種功能。 各功能模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)見后續(xù)章節(jié)的詳細(xì)論述。由于采用一臺(tái) PLC 控制，因此各被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)及狀態(tài)不需要另設(shè)專門的通信線路。 系統(tǒng)的運(yùn)行方式 選擇 PLC 控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式有三種類型，及手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)。這種方式的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)工作過程中系統(tǒng)按給定的程序自動(dòng)完成被控對(duì)象的動(dòng)作，不需要人工干預(yù)。 [3] 真空吸塑機(jī)工藝要求 真空吸塑機(jī)的工藝要求是本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)， 也 是 本 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的要實(shí)現(xiàn)的最終目的，因此在進(jìn)行硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)之前必須對(duì)真空吸塑機(jī)的工藝流程有深入的 研究 。 送料部件的功能是將卷好掛在滾筒上的抽出來 以便送料鏈軌順利的夾住片材往前送。 (5) 下閘。 拉伸這個(gè)工序由一個(gè)簡單的液壓系統(tǒng)來完成，使加熱變軟的片材迅速形成一個(gè)較為規(guī)則的形狀，便于真空成型。 開模以后片材被加工成期望的形狀，通過沖剪這一工序把產(chǎn)品從片材上剪斷， 進(jìn)而進(jìn)行堆疊打包。 (13)輸送。 系統(tǒng)的控制流程圖如 31 所示。 根據(jù)上一節(jié)可知 ZXSJ 型 全自動(dòng) 真空吸塑機(jī)的 系統(tǒng)類型和運(yùn)行方式。 為了選定系統(tǒng)的規(guī)模、機(jī)型和配置，需要對(duì)系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)和種類進(jìn)行精確的統(tǒng)計(jì)，且在設(shè)計(jì)過程中，實(shí)際的 I/O 點(diǎn)數(shù)要比統(tǒng)計(jì)點(diǎn)數(shù)增加20%～ 30%，以便在有需要的時(shí)候進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展或二次開發(fā) 。 由于系統(tǒng)中包含多個(gè)伺服系統(tǒng)，要求輸出高速脈沖， 且動(dòng)作較為頻繁， 這就需要選用無觸點(diǎn)的晶體管輸出型 PLC。 PLC 生產(chǎn)廠家的選擇與確定 在進(jìn)行 PLC 生產(chǎn)廠家的選擇與確定上同樣考慮了 PLC 的功能、價(jià)格和設(shè)計(jì)者（設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)）的設(shè)計(jì)能力等三個(gè)方面。 (2)S7200 系列 CPU 的主要特點(diǎn)如下： 1)內(nèi)部集成的具有強(qiáng)勁的通信能力的 PPI 接口是 S7200 的用戶口， CPU 接口物理特性為 RS485，可在三種方式下工作。 5)2 路高速脈沖輸出 (最大 20KHz)用于控制步進(jìn)電機(jī)，或伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而 實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位任務(wù)。 [5]在選定了 PLC 以及其擴(kuò)展模塊與分配好 I/O 地址后，本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要進(jìn)行電氣原理圖的設(shè)計(jì)：包括 主電路的設(shè)計(jì) 和控制電路的設(shè)計(jì)。 4) 各電機(jī)的保護(hù)開關(guān)分別連至 PLC 主機(jī) ～ 。 6) PLC 主機(jī)輸出口 控制下閘電磁閥。 為了防止 PLC+24V 電源因外圍的電氣故障而損壞，影響 PLC 的整體性能，一般在實(shí)際應(yīng)用中， PLC 的輸入點(diǎn)利用其本身的 +24V 電源，其他的擴(kuò)展模塊及外圍器件電源盡量外接 +24V 電源。但從上述計(jì)算可知，總的電源需求超出了 CPU226 模塊的電源定額，因此我們可以增加一個(gè)外部 24VDC 電源來提供給擴(kuò)展模塊 ，可保證系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。 控制系統(tǒng)伺服模塊詳細(xì)設(shè)計(jì) 在 ZXSJ 型全自動(dòng)真 空吸塑機(jī)控制系統(tǒng)中 ，送片機(jī)構(gòu)、開合模機(jī)構(gòu)、沖剪機(jī)構(gòu)及堆疊機(jī)構(gòu)都是通過伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng) 。 位置控制模式工作原理 位置控制的根本任務(wù)就是使執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)位置控制指令的精確跟蹤，被控量一般是負(fù)載的空間位移，當(dāng)給定量隨即變化時(shí)，系統(tǒng)能使被控量無誤地跟蹤并反饋給定量，給定 量可以是角位移或線位移。在 PTO 輸出模式下， PLC 可生成一個(gè)占空比為 50%的脈沖串，用于伺服電機(jī)的位置和速度控制。由模塊的 P0 口發(fā)送脈沖， P1 口發(fā)送方向， DIS 端口使能放大器并同時(shí)清除放大錯(cuò)誤。 [11] (2)盡量減小 PLC 的輸出 隨機(jī) 延時(shí)影響，提高響應(yīng)速度 ，保證程序穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。 下面將根據(jù)上述編程思想對(duì)本控制系統(tǒng)的主程序及各個(gè)分支程序進(jìn)行詳細(xì)的剖析 。 在具體的執(zhí)行過程中，如圖 54 所示。主程序流程圖如圖 52 所示， 程序中設(shè)置兩種工作方式：當(dāng)選擇手動(dòng)方式時(shí)， 只需按照?qǐng)D示流程來 順序 執(zhí)行，不必考慮同步控制的問題；當(dāng)選擇自動(dòng)方式時(shí)， 主程序包含了順序與同步控制執(zhí)行方式， 主程序的循環(huán)周期從下閘復(fù)位開始到成型、沖剪及堆疊子過程完成后 結(jié)束 。 為了提高 PLC 的響應(yīng)速度，在編寫程時(shí)可以采取以下措施： [3]1)選用執(zhí)行時(shí)間短的基本 指令，從而縮短掃描的程序長度，減少掃描時(shí)間； 2)合理 地調(diào)整指令順序，使某些不會(huì)在每個(gè)掃描周期都執(zhí)行的動(dòng)作指令 不與對(duì)時(shí)間要求較高的指令在同一掃描周期中執(zhí)行 ； 3)選用反應(yīng)快速的中間繼電器，盡量減少中間環(huán)節(jié)，縮短延時(shí)時(shí)間。 EM253 位置控制模塊實(shí)際上可視為 CPU226 的高速脈沖口擴(kuò)展，但其屬于開環(huán)控制，不能很好地反映電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，因此需要利用伺服驅(qū)動(dòng)器本身的差分輸出信號(hào)，通過伺服驅(qū)動(dòng)器軟件設(shè)置，反饋給 PLC，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制。 在位置控制模式下，安川伺服驅(qū)動(dòng)器 可以通過自帶的 CN1 端口與 CPU 中的 I/O 口相連接，相互傳送信號(hào)。反饋脈沖是由 光電編碼器檢測到電機(jī)實(shí)際產(chǎn)生的脈沖數(shù)，經(jīng)過四倍頻后產(chǎn)生的。 因此，每個(gè)伺服系統(tǒng)須工作在位置控制模式下，以實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)位置較為精準(zhǔn)的控制 。 伺服系統(tǒng)主要由控制對(duì)象、伺服電機(jī)、檢測器、伺服驅(qū)動(dòng)器、上位裝置構(gòu)成。電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。 8) PLC 主機(jī)輸出口 控制夾腳電磁閥 。 (2) 輸出 口。 主機(jī) I/O 地址表 根據(jù) 節(jié)給出的 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī)控制系統(tǒng)框架圖 及所選定的PLC 及擴(kuò)展模塊分配本系統(tǒng)的 I/O 口地址如下表所示： 表 31 ZXSJ型全自動(dòng) 真空吸塑機(jī) PLC主機(jī)的 I/O資源分配 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī) PLC 主機(jī)的 I/O 資源分配（ CPU226 CN） 名稱 地址編號(hào) 說明 輸入信號(hào) 手動(dòng) /自動(dòng)按鈕 選擇工作模式 停止按鈕 停止系統(tǒng) 拉伸停止接近開關(guān) 停止拉伸系統(tǒng) 拉伸上限接近開關(guān) 控制