【文章內容簡介】 B 動 PS2檢測 傳送帶B 停 A動 第 9 頁 共 30 頁 9 對準機械手松開端，使飲料瓶裝進包裝箱中，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。為使產品傳送帶將產品從生產車間傳送到合適位置，在產品傳送帶的中間也裝有一光電傳感器。當產品被送到傳送帶的末端，會自動 停止并由機械手將其送到包裝箱中。 依據(jù)提出的要求，我們需要解決的關鍵是對機械手的上升，下降，左轉，右和夾緊，松開的執(zhí)行；對傳送帶 A 拖動飲料瓶到指定位置的控制；對傳送帶 B拖動空箱到指定位置的控制；以及傳送帶 A 制動后機械手的運行，對這一循環(huán)的計數(shù)和傳送帶 B的運動，怎么使其形成一個循環(huán)的過程；對機械手和傳送帶的控制還應該設置報警功能；同時機械手，傳送帶 A 和傳送帶 B 應有獨立點動控制，以便于調試和維修；最后還要對機械手運送的產品進行指定數(shù)量的檢測。 對于傳送帶的控制可采用步控指令實現(xiàn)步進控制；而對于傳送帶的獨立點 動 控制可設置一個手動控制按鈕，當其按下時，系統(tǒng)可進行獨立點動控制。對于 PLC 這些都可通過軟件完成要求；其中需要用傳感器來進行位置檢測和產品計 數(shù)。 第 2 章 控制系統(tǒng)的設計 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，價格低廉，多年來在各種生產機械的電氣控制領域中，應用十分廣泛，而且技術上也十分成熟，因此受到大力推廣。 但是在一些較為復雜的控制系統(tǒng)中，特別是涉及到時序控制的自動控制系統(tǒng)，必須使用大量的中間繼電器、時間繼電器、接觸器等，而且控制線路 復雜、器件多、接點多，因而在這類控制系統(tǒng)中可靠性低、可維護性差。 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就是工業(yè)控制計算機，用以取代傳統(tǒng)的中間繼電 器、時間繼電器、計數(shù)器等，并具有一切計算機控制系統(tǒng)的功能。目前 PLC 已成 為工業(yè)控制的標準設備，其應用面幾乎覆蓋了整個工業(yè)企業(yè)，廣泛應用于化工、 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)，雖然價格低廉，但大量的中間繼電器、 時間繼電器，使得線路復雜、器件多、接點多、可靠性低 ，而且一旦出現(xiàn)故障， 檢修困難。用于自動控制系統(tǒng)中，其反應時間、跟蹤能力差，有可能使得系統(tǒng)不 能正常運行。 而采用 PLC 可編程序控制器，其優(yōu)點如下： （ 1）具有高可靠性。 PLC 除采用優(yōu)質器件等外，在硬件方面采用了較先進的 電源，用以防止由電源回路串入干擾。其內部采用了電磁屏蔽，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 面設置了警戒時鐘 WDT、自診斷等措施。因而使得 PLC 的平均無故障時間達到 30萬小時，被稱為“永遠不壞的控制器”，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、擴展性好、通用性強。它采用程序使得硬件軟件化，對于不 同的控制系統(tǒng)，只需改變程序即可，因而通用性強。而且現(xiàn)場接口容易，設計周 期短。 （ 3）功能強。 PLC 具有自診斷、監(jiān)控和各種報警功能既可完成過程控制，又 可進行閉環(huán)回路的調節(jié)控制，而且在將來的工控領域，可以說是無所不能。 由于生產線上的惡劣環(huán)境和電磁干擾，一般的電子儀器都會受到干擾。而 PLC 是從取代工廠內繼電器線路、進行順序控制發(fā)展開來的工業(yè)控制產品。 PLC 由于具有可靠性高、穩(wěn)定性好、 抗干擾能力強，以及編程簡單，維護方便，通訊 靈活等優(yōu)點。在電器控制系統(tǒng)中得到廣泛應用。 PLC 不僅能實現(xiàn)復雜的邏輯控制， 還能完成定時、計算、計數(shù)和各種閉環(huán)控制功能。整個控制系統(tǒng)利用 PLC 的控制實現(xiàn)了空箱傳送、產品運輸、產品計數(shù)等功能。并且有手動控制和自動控制兩種控制方式。在生產線自動裝箱控制的控制系統(tǒng)應用，可使生產線的控制更加靈活、可靠。進而提高生產效率，突現(xiàn)節(jié)約用工，改善工人工作環(huán)境，減輕工人勞動強度，節(jié)約材料消耗和用工。 因此，本文選擇 PLC 控制系統(tǒng)。 PLC 的硬件結構及工作原理 PLC 采用的是典型的計算機結構，主要包括 CPU,RAM,ROM 和輸入、輸出接口 電路等。其內部采用總線結構，進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如果把 PLC 看作一個系 統(tǒng)，該系統(tǒng)由輸入變量→ PLC→輸出變量組成，外部的各種開關信號、模擬信號、 傳感器檢測信號等均作為 PLC 的輸入變量，它們經 PLC 外部輸入端子輸入到內部 第 11 頁 共 30 頁 11 寄存器中，經 PLC 內部邏輯運算或其他各種運算、處理后送到輸出端子，作為 PLC 的輸出變量，對外圍設備進行控制。 PLC 的一般內部邏輯結構框圖如圖 21 所示。 圖 21 PLC 的邏輯硬件結構框圖 PLC 控制系統(tǒng)組成 ①輸入部分：如按鈕開關、限位開關等，直接與 PLC 輸入端子相連接，用以產生 輸入控制信號，這些信號一般來自操作臺上的人工指令。 ②控制部分 :反復執(zhí)行根據(jù)被控對象的實際控制要求所編制的處理程序，并產生各種輸出號。 ③輸出部分 :如接觸器、電磁閥等，它們與 PLC 輸出端子相連接，用以控制被控對象的動作。 PLC 的工作過程 ①輸入處理 :PLC 以重復掃描方式執(zhí)行用戶處理程序，在執(zhí)行程序前首先按地址 編碼順序將所有輸入端子的通斷狀態(tài) (輸入信號 )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，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映象寄存器 的內容也不變，直到下一個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部寄存器中讀出并參與計算，然后將執(zhí)行結 果寫入有關輸出映象寄存器中。 ③輸出處理 :當全部指令執(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，構成 PLC 的實際輸出并由輸出端子送出。 隨著微電子技術的發(fā)展，可編程序控制器（ PLC）以微處理器為核心，適用 于開關量、模擬量和數(shù)字量的控制，已進入過程控制和位置控制等領域，成為一 種多功能、高可靠性、應用場合最多的工業(yè)控制微型計算機。 控制系統(tǒng)構成圖和工作流程 控制系統(tǒng)構成圖 生產線自動裝箱的 PLC 控制系統(tǒng)圖如圖 22所示。 圖 22 生產線自動裝箱的 PLC 控制系統(tǒng)圖 控制系統(tǒng)工作流程 1 按下啟動按鈕后，傳送帶 A 運行直到光電開關 PS1 檢測到飲料瓶，才停止。 2 傳送帶 A 停止后，機械手下降。下降 到位后機械手夾緊飲料瓶， 2s 后開始上升，而機械手保持加緊。上升到位右轉，右轉到位下降，下降到位機械手松開，將飲料瓶放進 B 傳送帶上的空箱內， 2s 后機械手上升。上升到位左轉，左轉到位下降，開始下一循環(huán)，用 PLC 作計數(shù)控制，對機械手這一循環(huán)計數(shù)。 3 計到 24 次循環(huán)后，傳送帶 B 開始運行，當 PS2 檢測到下一空箱后，傳送帶 B停止。 4 上述過程周而復始的進行，直到按下停止按鈕，傳送帶 A和傳送帶 B同時停止。其工作流程圖如圖 所示。 啟動按鈕 獨立點動輸入 停止按鈕 限位開關信號 光電傳感器 傳送帶控制電機輸出 報警燈 指示燈 機械手控制電機輸出 PLC 第 13 頁 共 30 頁 13 5 當按下手動選擇按鈕后，系統(tǒng)停止上述的自動控制運行，而可以手動進行 控制傳送帶 A和 傳送帶 B的運行，以便于調試和維修。 控制系統(tǒng)硬件設計 根據(jù)自動裝箱系統(tǒng)的控制要求 ,系統(tǒng)應有手動控制和自動控制功能。為了避 免意外事故或故障的發(fā)生，系統(tǒng)設有報警器。系統(tǒng)的具體設計過程如下： （ 1） I/O 點數(shù)的估算 系統(tǒng)輸入信號： 自動控制按鈕，需要 1個輸入端； 手動控制按鈕，需要 1個輸入端； 停止按鈕，需要 1 個輸入端； 手動控制時，傳送帶 A和傳送帶 B獨立點動控制按鈕需要 2 個輸入端； 產品數(shù)量檢測信號 SQ1 和空箱位置檢測信號 SQ2，需要 2個輸入端； 機械手的上升下降，左移右 移，夾緊放松，需要 6個輸入端； 故障報警消音按鈕，需要 1個輸入端。 以上共需 14 個輸入信號點。 系統(tǒng)輸出信號： 機械手的上升下降，左移右移，夾緊放松，需要 5個輸出端； 傳送帶 A和傳送帶 B，需用 2 個控制輸出端； 系統(tǒng)上電指示和手動指示、裝箱指示需要 3 個輸出端； 一個報警器，需要 1個輸出端。 以上共需 11 個輸出信號點。 （ 2） 用戶應用程序占用內存大小的估算 用戶應用程序占用多少內存與 I/O 點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結構 等因素有關，因此在程序設計之前只能粗略地估算。根據(jù)經驗，此應用程序占用 內 存的大小可作如下估算： 開關量輸入： 8*10=80 字節(jié)； 開關量輸出： 6*8=48 字節(jié)； 定時器 /計數(shù)器：（ 2*3+1*3） =9字節(jié)。 共計 137 字節(jié)，在加上程序存儲空間和備用存儲空間，初步估計共需 1K 字節(jié)。 （ 3） PC 型號的選擇 因為本系統(tǒng)是對開關量進行控制的應用系統(tǒng)，而且對控制速度要求不高，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 I/O， 24 點輸入， 16 點輸出，所以滿足系統(tǒng)輸入、輸出點需要。 西門子 S7200 系列 CPU224 型 PLC 的特點： 178。高速計數(shù)器能方便的測量高速運動的加工件。 178。擴展能力增強，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?？煞奖愕呐c西門子的可編程序終端 (PT)相連接，為機器操作提供一個可視化 界面。 178。可進行分散控制和模擬量控制。 178。通訊功能增強，提供內置 RS232C 端口及 RS485 的適配器。 西門子小型系列 PLC 具有優(yōu)異的性能價格比，所組成的控制系統(tǒng)具有如下技 術特點： 178。穩(wěn)定的性能西門子系列 PLC 外型小巧結構緊 湊，西門子公司長期積累的生產 控制經驗和嚴