【文章內(nèi)容簡介】 B 動(dòng) PS2檢測 傳送帶B 停 A動(dòng) 第 9 頁 共 30 頁 9 對(duì)準(zhǔn)機(jī)械手松開端，使飲料瓶裝進(jìn)包裝箱中，在包裝箱傳送帶的中間裝一光電傳感器，用以檢測包裝箱是否到位。為使產(chǎn)品傳送帶將產(chǎn)品從生產(chǎn)車間傳送到合適位置，在產(chǎn)品傳送帶的中間也裝有一光電傳感器。當(dāng)產(chǎn)品被送到傳送帶的末端，會(huì)自動(dòng) 停止并由機(jī)械手將其送到包裝箱中。 依據(jù)提出的要求，我們需要解決的關(guān)鍵是對(duì)機(jī)械手的上升，下降，左轉(zhuǎn)，右和夾緊，松開的執(zhí)行；對(duì)傳送帶 A 拖動(dòng)飲料瓶到指定位置的控制；對(duì)傳送帶 B拖動(dòng)空箱到指定位置的控制；以及傳送帶 A 制動(dòng)后機(jī)械手的運(yùn)行，對(duì)這一循環(huán)的計(jì)數(shù)和傳送帶 B的運(yùn)動(dòng)，怎么使其形成一個(gè)循環(huán)的過程；對(duì)機(jī)械手和傳送帶的控制還應(yīng)該設(shè)置報(bào)警功能；同時(shí)機(jī)械手，傳送帶 A 和傳送帶 B 應(yīng)有獨(dú)立點(diǎn)動(dòng)控制，以便于調(diào)試和維修；最后還要對(duì)機(jī)械手運(yùn)送的產(chǎn)品進(jìn)行指定數(shù)量的檢測。 對(duì)于傳送帶的控制可采用步控指令實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制；而對(duì)于傳送帶的獨(dú)立點(diǎn) 動(dòng) 控制可設(shè)置一個(gè)手動(dòng)控制按鈕，當(dāng)其按下時(shí)，系統(tǒng)可進(jìn)行獨(dú)立點(diǎn)動(dòng)控制。對(duì)于 PLC 這些都可通過軟件完成要求；其中需要用傳感器來進(jìn)行位置檢測和產(chǎn)品計(jì) 數(shù)。 第 2 章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方案論證 采用傳統(tǒng)繼電 ———— 接觸器電氣控制系統(tǒng) 由于繼電 — 接觸器電氣控制線路簡單，價(jià)格低廉，多年來在各種生產(chǎn)機(jī)械的電氣控制領(lǐng)域中，應(yīng)用十分廣泛，而且技術(shù)上也十分成熟，因此受到大力推廣。 但是在一些較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，特別是涉及到時(shí)序控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)，必須使用大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、接觸器等，而且控制線路 復(fù)雜、器件多、接點(diǎn)多，因而在這類控制系統(tǒng)中可靠性低、可維護(hù)性差。 采用 PLC 可編程序控制器控制系統(tǒng) PLC 可編程序控制器其實(shí)就是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，用以取代傳統(tǒng)的中間繼電 器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等，并具有一切計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能。目前 PLC 已成 為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，其應(yīng)用面幾乎覆蓋了整個(gè)工業(yè)企業(yè)，廣泛應(yīng)用于化工、 石油等企業(yè)的現(xiàn)代過程控制中。 第 10 頁 共 30 頁 10 方案比較與選擇 采用傳統(tǒng)據(jù)電 — 接觸器電氣控制系統(tǒng)，雖然價(jià)格低廉，但大量的中間繼電器、 時(shí)間繼電器，使得線路復(fù)雜、器件多、接點(diǎn)多、可靠性低 ，而且一旦出現(xiàn)故障， 檢修困難。用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中，其反應(yīng)時(shí)間、跟蹤能力差，有可能使得系統(tǒng)不 能正常運(yùn)行。 而采用 PLC 可編程序控制器，其優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1）具有高可靠性。 PLC 除采用優(yōu)質(zhì)器件等外，在硬件方面采用了較先進(jìn)的 電源，用以防止由電源回路串入干擾。其內(nèi)部采用了電磁屏蔽，以防輻射干擾。 而外部輸入 /輸出電路則一律采用光電隔離，加上常規(guī)濾波和數(shù)字濾波；軟件方 面設(shè)置了警戒時(shí)鐘 WDT、自診斷等措施。因而使得 PLC 的平均無故障時(shí)間達(dá)到 30萬小時(shí)，被稱為“永遠(yuǎn)不壞的控制器”，因而可靠性優(yōu)于傳統(tǒng)繼電 — 接觸器電氣 控制系統(tǒng)。 （ 2）靈活性高、擴(kuò)展性好、通用性強(qiáng)。它采用程序使得硬件軟件化，對(duì)于不 同的控制系統(tǒng)，只需改變程序即可，因而通用性強(qiáng)。而且現(xiàn)場接口容易，設(shè)計(jì)周 期短。 （ 3）功能強(qiáng)。 PLC 具有自診斷、監(jiān)控和各種報(bào)警功能既可完成過程控制，又 可進(jìn)行閉環(huán)回路的調(diào)節(jié)控制，而且在將來的工控領(lǐng)域，可以說是無所不能。 由于生產(chǎn)線上的惡劣環(huán)境和電磁干擾，一般的電子儀器都會(huì)受到干擾。而 PLC 是從取代工廠內(nèi)繼電器線路、進(jìn)行順序控制發(fā)展開來的工業(yè)控制產(chǎn)品。 PLC 由于具有可靠性高、穩(wěn)定性好、 抗干擾能力強(qiáng)，以及編程簡單，維護(hù)方便，通訊 靈活等優(yōu)點(diǎn)。在電器控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 PLC 不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制， 還能完成定時(shí)、計(jì)算、計(jì)數(shù)和各種閉環(huán)控制功能。整個(gè)控制系統(tǒng)利用 PLC 的控制實(shí)現(xiàn)了空箱傳送、產(chǎn)品運(yùn)輸、產(chǎn)品計(jì)數(shù)等功能。并且有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式。在生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱控制的控制系統(tǒng)應(yīng)用，可使生產(chǎn)線的控制更加靈活、可靠。進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，突現(xiàn)節(jié)約用工，改善工人工作環(huán)境，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約材料消耗和用工。 因此，本文選擇 PLC 控制系統(tǒng)。 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理 PLC 采用的是典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括 CPU,RAM,ROM 和輸入、輸出接口 電路等。其內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如果把 PLC 看作一個(gè)系 統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量→ PLC→輸出變量組成，外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、 傳感器檢測信號(hào)等均作為 PLC 的輸入變量，它們經(jīng) PLC 外部輸入端子輸入到內(nèi)部 第 11 頁 共 30 頁 11 寄存器中，經(jīng) PLC 內(nèi)部邏輯運(yùn)算或其他各種運(yùn)算、處理后送到輸出端子，作為 PLC 的輸出變量，對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行控制。 PLC 的一般內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 圖 21 PLC 的邏輯硬件結(jié)構(gòu)框圖 PLC 控制系統(tǒng)組成 ①輸入部分：如按鈕開關(guān)、限位開關(guān)等，直接與 PLC 輸入端子相連接，用以產(chǎn)生 輸入控制信號(hào)，這些信號(hào)一般來自操作臺(tái)上的人工指令。 ②控制部分 :反復(fù)執(zhí)行根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際控制要求所編制的處理程序，并產(chǎn)生各種輸出號(hào)。 ③輸出部分 :如接觸器、電磁閥等，它們與 PLC 輸出端子相連接，用以控制被控對(duì)象的動(dòng)作。 PLC 的工作過程 ①輸入處理 :PLC 以重復(fù)掃描方式執(zhí)行用戶處理程序，在執(zhí)行程序前首先按地址 編碼順序?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài) (輸入信號(hào) )讀入輸入映象寄存器中，然后開 始執(zhí)行用 戶處理程序 .在執(zhí)行過程中，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映象寄存器 的內(nèi)容也不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才重新讀取輸入狀態(tài)。 ②程序控制 :在程序執(zhí)行階段， PLC 順序掃描用戶程序，每執(zhí)行一條程序所需要 的信息都從輸入映象寄存器和其他內(nèi)部寄存器中讀出并參與計(jì)算，然后將執(zhí)行結(jié) 果寫入有關(guān)輸出映象寄存器中。 ③輸出處理 :當(dāng)全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸 第 12 頁 共 30 頁 12 出鎖存寄存器中，構(gòu)成 PLC 的實(shí)際輸出并由輸出端子送出。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器（ PLC）以微處理器為核心，適用 于開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，已進(jìn)入過程控制和位置控制等領(lǐng)域，成為一 種多功能、高可靠性、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖和工作流程 控制系統(tǒng)構(gòu)成圖 生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱的 PLC 控制系統(tǒng)圖如圖 22所示。 圖 22 生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱的 PLC 控制系統(tǒng)圖 控制系統(tǒng)工作流程 1 按下啟動(dòng)按鈕后，傳送帶 A 運(yùn)行直到光電開關(guān) PS1 檢測到飲料瓶，才停止。 2 傳送帶 A 停止后，機(jī)械手下降。下降 到位后機(jī)械手夾緊飲料瓶， 2s 后開始上升，而機(jī)械手保持加緊。上升到位右轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)到位下降，下降到位機(jī)械手松開，將飲料瓶放進(jìn) B 傳送帶上的空箱內(nèi)， 2s 后機(jī)械手上升。上升到位左轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)到位下降，開始下一循環(huán)，用 PLC 作計(jì)數(shù)控制，對(duì)機(jī)械手這一循環(huán)計(jì)數(shù)。 3 計(jì)到 24 次循環(huán)后，傳送帶 B 開始運(yùn)行，當(dāng) PS2 檢測到下一空箱后，傳送帶 B停止。 4 上述過程周而復(fù)始的進(jìn)行，直到按下停止按鈕，傳送帶 A和傳送帶 B同時(shí)停止。其工作流程圖如圖 所示。 啟動(dòng)按鈕 獨(dú)立點(diǎn)動(dòng)輸入 停止按鈕 限位開關(guān)信號(hào) 光電傳感器 傳送帶控制電機(jī)輸出 報(bào)警燈 指示燈 機(jī)械手控制電機(jī)輸出 PLC 第 13 頁 共 30 頁 13 5 當(dāng)按下手動(dòng)選擇按鈕后，系統(tǒng)停止上述的自動(dòng)控制運(yùn)行，而可以手動(dòng)進(jìn)行 控制傳送帶 A和 傳送帶 B的運(yùn)行，以便于調(diào)試和維修。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)自動(dòng)裝箱系統(tǒng)的控制要求 ,系統(tǒng)應(yīng)有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制功能。為了避 免意外事故或故障的發(fā)生，系統(tǒng)設(shè)有報(bào)警器。系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)過程如下： （ 1） I/O 點(diǎn)數(shù)的估算 系統(tǒng)輸入信號(hào)： 自動(dòng)控制按鈕，需要 1個(gè)輸入端； 手動(dòng)控制按鈕，需要 1個(gè)輸入端； 停止按鈕，需要 1 個(gè)輸入端； 手動(dòng)控制時(shí)，傳送帶 A和傳送帶 B獨(dú)立點(diǎn)動(dòng)控制按鈕需要 2 個(gè)輸入端； 產(chǎn)品數(shù)量檢測信號(hào) SQ1 和空箱位置檢測信號(hào) SQ2，需要 2個(gè)輸入端； 機(jī)械手的上升下降，左移右 移，夾緊放松，需要 6個(gè)輸入端； 故障報(bào)警消音按鈕，需要 1個(gè)輸入端。 以上共需 14 個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)。 系統(tǒng)輸出信號(hào)： 機(jī)械手的上升下降，左移右移，夾緊放松，需要 5個(gè)輸出端； 傳送帶 A和傳送帶 B，需用 2 個(gè)控制輸出端； 系統(tǒng)上電指示和手動(dòng)指示、裝箱指示需要 3 個(gè)輸出端； 一個(gè)報(bào)警器，需要 1個(gè)輸出端。 以上共需 11 個(gè)輸出信號(hào)點(diǎn)。 （ 2） 用戶應(yīng)用程序占用內(nèi)存大小的估算 用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與 I/O 點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu) 等因素有關(guān)，因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略地估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此應(yīng)用程序占用 內(nèi) 存的大小可作如下估算： 開關(guān)量輸入： 8*10=80 字節(jié)； 開關(guān)量輸出： 6*8=48 字節(jié)； 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器：（ 2*3+1*3） =9字節(jié)。 共計(jì) 137 字節(jié)，在加上程序存儲(chǔ)空間和備用存儲(chǔ)空間，初步估計(jì)共需 1K 字節(jié)。 （ 3） PC 型號(hào)的選擇 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制的應(yīng)用系統(tǒng)，而且對(duì)控制速度要求不高，所 以可選用西門子 S7200 系列的 CPU226 型可編程控制器 PLC 作為控制核心，該單第 14 頁 共 30 頁 14 元為 40 點(diǎn) I/O， 24 點(diǎn)輸入， 16 點(diǎn)輸出，所以滿足系統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)需要。 西門子 S7200 系列 CPU224 型 PLC 的特點(diǎn)： 178。高速計(jì)數(shù)器能方便的測量高速運(yùn)動(dòng)的加工件。 178。擴(kuò)展能力增強(qiáng)，最大到 12ch 的模擬量。 178。帶高速掃描和高速中斷的高速處理。 178。可方便的與西門子的可編程序終端 (PT)相連接，為機(jī)器操作提供一個(gè)可視化 界面。 178?？蛇M(jìn)行分散控制和模擬量控制。 178。通訊功能增強(qiáng)，提供內(nèi)置 RS232C 端口及 RS485 的適配器。 西門子小型系列 PLC 具有優(yōu)異的性能價(jià)格比，所組成的控制系統(tǒng)具有如下技 術(shù)特點(diǎn)： 178。穩(wěn)定的性能西門子系列 PLC 外型小巧結(jié)構(gòu)緊 湊，西門子公司長期積累的生產(chǎn) 控制經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)