【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 與 PLC 的 I/O 口 7 相連接，進(jìn)行通信、控制 [18]。 圖 集中控制系統(tǒng)模型 系統(tǒng)運(yùn)行方式 糖果包裝機(jī)的運(yùn)行，采用自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行方式： (1)手動(dòng)運(yùn)行：可以用按鈕對(duì)包裝機(jī)的各個(gè)部分進(jìn)行單獨(dú)控制，便于調(diào)機(jī)，主要用于故障的檢修與恢復(fù)。 (2)自動(dòng)運(yùn)行 :按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)即開(kāi)始連續(xù)、協(xié)調(diào)、周期性地完成各包裝動(dòng)作，直到系統(tǒng)接收到停止運(yùn)行信號(hào)。 與運(yùn)行方式對(duì)應(yīng)的是停止運(yùn)行方式。糖果包裝機(jī)的停止運(yùn)行方式包括正常 停運(yùn)、暫時(shí)停運(yùn)、緊急停運(yùn)三種： (1)正常停運(yùn)是按下該開(kāi)關(guān)后，各機(jī)械動(dòng)作停止，傳送帶停止傳送。 (2)暫時(shí)停運(yùn)指按下該開(kāi)關(guān)后，特殊繼電器 M8034 得電，全部輸出繼電器失電，動(dòng)作停止； 將開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后， M8034 失電，輸出繼電器恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，小車(chē)?yán)^續(xù)運(yùn)行。 (3)緊急停運(yùn)是指用開(kāi)關(guān)將 PLC 的輸出電路的電源切斷，直接斷開(kāi)接觸器，這種方式比較可靠。 設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖 按照所查閱的糖果包裝機(jī)工藝，可設(shè)計(jì)控制控制系統(tǒng)流程圖，如圖 。 8 程 序 開(kāi) 始初 始 化 程 序故 障 指 示變 頻 器 故障 ？缺 紙 斷紙 ？故 障 指 示手 動(dòng)手 動(dòng) 程 序有 糖 ？ 延 時(shí) 等 待推 糖包 糖下 限 位 ？ 指 示噴 膠 截 斷結(jié) 束自 動(dòng)YYNNYNNYN 圖 系統(tǒng)流程圖 3 糖果包裝機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選型 9 PLC 的選型 PLC 基于計(jì)算機(jī)，但不等同于計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就 行了。而 PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性以及信息的使用等問(wèn)題。特別是要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問(wèn)題。 PLC 與通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間的區(qū)別是： PLC 是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的，而通用計(jì)算機(jī)是專(zhuān)門(mén)為科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)的 [19]。盡管二者都采用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但是二者設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)不同，因而他們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上也有很大差別，使用對(duì)象和使用環(huán)境也有所不同。 PLC 抗干擾能力強(qiáng)，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度及相當(dāng)程度的振動(dòng)。其輸入 /輸出采用光電隔離技術(shù)或其它隔離技術(shù)，并配有輸出繼電器或輸出晶體管等輸出 部件，由于這些輸出部件能夠直接承受較大的負(fù)載，因此它們可以直接驅(qū)動(dòng)小型電機(jī)等負(fù)載[20]。 PLC 使用專(zhuān)門(mén)的面向工業(yè)對(duì)象的編程語(yǔ)言，使程序的編制和修改都非常方便。而通用計(jì)算機(jī)，它的輸出信號(hào)通常都需要數(shù)模轉(zhuǎn)換并放大后才能驅(qū)動(dòng)工業(yè)負(fù)載。 FX2N 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列 [21]。由于 FX2N 系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適 合世界各國(guó)不同的電源以及滿(mǎn)足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它擁有無(wú)以匹及的速度、高級(jí)的功能、邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)， FX2N 是從 16 到 256 路輸入輸出的多種應(yīng)用的選擇方案 [22]。產(chǎn)品特點(diǎn) [23]: (1)節(jié)省空間：其體積僅相當(dāng)于以前 ans 系列 PLC 的 60%； (2)節(jié)省配線(xiàn)：優(yōu)越的模塊插口設(shè)置可節(jié)省配線(xiàn)時(shí)間和空間 ； (3)安裝靈活：有多種主基板和擴(kuò)展基 板供選擇； (4) 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能：相比前產(chǎn)品更為支持 cclink， 在軟件 Gxdeveloper 的設(shè)置下，可以方便地使用 cclink 模塊，減小編程時(shí) 間。并且支持 modbus， profibus， device， asi，太網(wǎng)等等； (5)高性能模塊：提供有多種特殊功能模塊，功能更為強(qiáng)大。并且有相關(guān)設(shè)置軟件，編程及調(diào)試更加方便 。 根據(jù)分析，以及 I/O 點(diǎn)數(shù)確定并按 20%30%備用量原則，選擇三菱 FX2N48MR。它含有 24 個(gè)輸入點(diǎn)， 24 個(gè)輸出點(diǎn)，且為繼電器輸出。 I/O 點(diǎn)數(shù)確定 10 通過(guò)對(duì)工藝流程分析，確定了該系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)，其中系統(tǒng)啟動(dòng)控制按鈕和系統(tǒng)停止控制按鈕為點(diǎn)動(dòng)按鈕，按下后不保持，軟件中通過(guò)置位復(fù)位控制系統(tǒng)的順序啟動(dòng)和停止。由于所選三菱系 列 PLC 地址順序以 8 進(jìn)制編號(hào)。表 中列出了輸入繼電器、輸出繼電器的分配情況。 表 PLC I/O 分配表 輸入項(xiàng)目名稱(chēng) 對(duì)應(yīng)輸入地址 光電開(kāi)關(guān) X0 推搪開(kāi)關(guān) X1 糖紙轉(zhuǎn)盤(pán)開(kāi)關(guān) X2 限位開(kāi)關(guān) SQ1 X3 噴膠截?cái)? X4 限位開(kāi)關(guān) SQ2 X5 啟動(dòng) X6 停止 X7 連續(xù) /單周 X10 暫停 X11 手動(dòng) X12 變頻器故障 X13 缺紙斷紙 X14 截?cái)嗌舷尬? X15 截?cái)嘞孪尬? X16 11 (續(xù)表 ) 輸出項(xiàng)目名稱(chēng) 對(duì)應(yīng)輸出地址 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) Y0 推搪電 磁閥 Y1 糖紙轉(zhuǎn)盤(pán)電磁閥 Y2 噴膠截?cái)嚯姶砰y Y3 變頻器故障指示燈 Y4 缺紙斷紙指示燈 Y5 上限位指示燈 Y6 下限位指示燈 Y7 系統(tǒng)主要器件的選擇 三相異步電機(jī) 系統(tǒng)采用 PLC 進(jìn)行集中控制，主要控制對(duì)象為一臺(tái) 的三相異步電機(jī)，主電機(jī)的參數(shù)如表 所示。主要的控制器件包括： PLC、變頻器等。 表 Y2100L14 三相異步電機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 變頻器的選擇 在該糖果包裝機(jī)的控制系統(tǒng)中，變頻器主要用于實(shí)現(xiàn)傳送帶的起動(dòng)、停止。系統(tǒng)選擇松下變頻器 VF0。 松下變頻器的全稱(chēng)是 “ 松下交流變頻調(diào)速器 ” ，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機(jī)的速度。主要由整流 (交流變直流 )、濾波、逆變 (直流變交流 )、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。通過(guò)改變電源的頻率來(lái)達(dá)到 改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，松下變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等 [24]。超小 型號(hào) 額定功率 滿(mǎn)載時(shí) 堵轉(zhuǎn)電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 KW 轉(zhuǎn)速(r/min) 電流(A) 效率(%) 功率因數(shù) (cos) 額定電流 Ist/IN 額定轉(zhuǎn)矩 Tst/TN 額定轉(zhuǎn)矩TM/TN Y2100L14 1430 80 12 型變頻器 VF0，體積小巧 ， 體積僅是松下變頻器過(guò)去產(chǎn)品的 40％～ 56％ ，但其功能卻沒(méi)有因此而減少，而且在設(shè)計(jì)中更是增加了一些人性化設(shè)計(jì)， 操作簡(jiǎn)單 ， 功能強(qiáng)大 ， 可由 PLC 發(fā)出的 PWM 信號(hào)直接調(diào)節(jié)頻率 。 主要涉及的變頻器參數(shù)是 P6 P0 P0 P0 P09。 (1)P66 是用來(lái)初始化變頻器參數(shù)的，當(dāng)其被設(shè)置成“ 1”后，變頻器之前的所有參數(shù)設(shè) 置都被恢復(fù)到出廠時(shí)的設(shè)置。 (2)P01 和 P02 分別用于設(shè)定變頻器的啟動(dòng)和停止時(shí)間，及變頻器從起動(dòng)到輸出最大頻率的時(shí)間。變頻器默認(rèn)基頻是 50HZ。 (3)P08 是變頻器的“選擇運(yùn)行指令”，它決定了變頻器的控制方式，即使采用面板控制方式還是采用外部按鈕控制方式。 (4)P09 是頻率設(shè)定信號(hào)，它決定了變頻器輸出頻率的控制方式。 以下是松下變頻器 VF0 系列操作面板 [24]： 圖 松下變頻器 VF0 系列操作面板 操作面板功能如下表 13 表 操作面板的功能 顯示部位 顯示輸出的頻率、電流、線(xiàn)速度 、異常內(nèi)容、設(shè)定功能時(shí)的數(shù)據(jù)及其參數(shù) No RUN（運(yùn)行） 是變頻器運(yùn)行的鍵 STOP（停止） 使變頻器運(yùn)行停止的鍵 MODE（模式） 切換“輸出頻率電流顯示”，“頻率設(shè)定監(jiān)控”等各種模式以及將數(shù)據(jù)顯示切換為模式顯示所用的鍵 SET（設(shè)定） 切換模式和數(shù)據(jù)顯示以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所用的鍵。在“輸出頻率電流顯示模式”下，進(jìn)行頻率顯示和電流顯示的切換 UP（上升） 改變數(shù)據(jù)或輸出頻率以及利用操作板使其正轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，用于設(shè)定正轉(zhuǎn)方向 DOWN（下降） 改變數(shù)據(jù)或輸出頻率以及利用操作板使其反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，用于設(shè)定 反轉(zhuǎn)方向 頻率設(shè)定鈕 用操作板設(shè)定運(yùn)行頻率而使用的旋鈕 傳感器的選擇 系統(tǒng)中用到了光電開(kāi)關(guān)和行程開(kāi)關(guān)。光電開(kāi)關(guān)傳感器位于糖果包裝機(jī)的入口處，當(dāng)有糖果到來(lái)時(shí)，發(fā)出信號(hào)，并傳送給 PLC， PLC 控制位于傳感器附近的推糖電磁閥吸合。而所用到的行程開(kāi)關(guān)又稱(chēng)接近開(kāi)關(guān)，它可以代替觸頭行程控制盒限位保護(hù)，還可用于高頻計(jì)數(shù)、測(cè)速、液位控制、零件尺寸檢測(cè)以及本系統(tǒng)中所用到的加工程序的自動(dòng)銜接等的非接觸式開(kāi)關(guān)。 硬件連接圖 通過(guò)上述系統(tǒng)的工藝流程分析及硬件選擇，可設(shè)計(jì)外部接線(xiàn)如下圖： 14 圖 外部接線(xiàn)圖 4 糖果包裝機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)所使用的編程軟件為 GXDeveloper[25]，適用于 Q、 QnU、 QS、 QnA、 AnS、 15 AnA、 FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、 SFC、 ST 及 FB、 Label語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò) 參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線(xiàn)上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫(xiě) PLC程序功能。 程序編寫(xiě) 如圖 所示，按下啟動(dòng)按鈕 X6， Y0 得電自鎖，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，傳送帶啟動(dòng)，若檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，光電開(kāi)關(guān)未檢測(cè)到有糖塊，則等待 1min，若 1min 后仍沒(méi)有糖果，電動(dòng)機(jī)停止。若按下停止按鈕 X7， S20~S22 復(fù)位，電動(dòng)機(jī)停止。按下 X11，特殊繼電器 M8034得電，暫停。 圖 起動(dòng)停止 將開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)擋，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到糖塊時(shí)，初始狀態(tài)步 S0 復(fù)位， S20 置位，推搪線(xiàn)圈得電，動(dòng)作，依次類(lèi)推，注意噴膠截?cái)鄤?dòng)作前要確定其是否在下限位，不在才能動(dòng)作。若將操作方式打到連續(xù)檔位， X10 得電，回到狀態(tài)步 S20，連續(xù)動(dòng)作。打到單周期，則 X10 不動(dòng)作，回到狀態(tài)步 S0，停止動(dòng)作。部分程序如圖 所示。 圖 部分自動(dòng)控制梯形圖 該系統(tǒng)的手動(dòng)梯形圖如圖 所示。 16 圖 手動(dòng)控制梯形圖 手動(dòng)梯形圖和自動(dòng)控制梯形圖不能同時(shí)由 PLC 讀取，必須使用跳轉(zhuǎn) 指令 CJ。（總梯形圖見(jiàn)附錄 A，由于配合力控的監(jiān)控，必須將輸入 X 改為輔助繼電器 M，改后梯形圖見(jiàn)附錄 B） 梯形圖的輸入 啟動(dòng)程序 點(diǎn)擊桌面上的 ―GXDeveloper‖快捷圖標(biāo)。進(jìn)入 PLC 的工作環(huán)即 GXDeveloper 操作界面，選擇菜單欄 ―工程 ‖中的 ―創(chuàng)建新工程 ‖選項(xiàng)，選擇 PLC 類(lèi)型，如圖 所示。選擇PLC 的系列為 FXCPU，類(lèi)型為 FX2N(C)，程序類(lèi)型為梯形圖編輯，設(shè)置工程名并進(jìn)行保存。 圖 PLC 型號(hào)設(shè)置 程序過(guò)程 在選擇 PLC 機(jī)型后，按照所編流程圖，進(jìn) 行程序的輸入。如圖 所示 17 圖 編譯界面 梯形圖的變換及保存 當(dāng)程序編輯好后，程序區(qū)段呈灰色，這表明程序需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。編輯好的程序先通過(guò)執(zhí)行“變換”菜單 “ 變換”操作，才能保存。在變換過(guò)程中顯示梯形圖變換信息 ，如果在不完成變換的情況下關(guān)閉梯形圖窗口，新創(chuàng)建的梯形圖將不被保存，如圖 所示。 圖 變換操作 程序調(diào)試及運(yùn)行 (1)程序的檢查： 執(zhí)行“診斷”菜單 “診斷 ” 指令，進(jìn)行 程序檢查，如圖 所示。 圖 診斷操作 (2)程序的寫(xiě)入： PLC 在 STOP 模式下，執(zhí)行“在線(xiàn)”菜單 “ PLC 寫(xiě)入”命令，出現(xiàn) PLC 寫(xiě)入對(duì)話(huà)框，如圖 所示，選擇“參數(shù) +程序”，再按“執(zhí)行”，完成程序?qū)懭?PLC，程序見(jiàn)附錄。 18 圖 程序的寫(xiě)入操作 傳送程序時(shí)，應(yīng)注意，計(jì)算 機(jī)的 RS232C 端口及 PLC 之間必須用指定的纜線(xiàn)及轉(zhuǎn)換器連接。在電腦的設(shè)備管理器中查找所用的 COM 端后，在 “在線(xiàn)” “傳輸設(shè)置”中進(jìn)行設(shè)置，如圖 所示。 圖 PLC 端口設(shè)置 (3)關(guān)閉編程軟 件 GXDeveloper，保證 力控仿真軟件與機(jī)箱正常通信。 PLC 程序可以控制組態(tài)仿真中糖果包裝機(jī)控制系統(tǒng)的流程。 5 力控組態(tài)軟件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì) 力控組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 力控監(jiān)控組態(tài)軟件是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件，最大的特 點(diǎn)是能以靈活多樣的 “ 組態(tài)方式 ” 而不是編程方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶(hù) 19 開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的工程實(shí)現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的 “ 組態(tài) ” ，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，比如在分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，所有應(yīng)用 (例如趨勢(shì)曲線(xiàn)、報(bào)警等 )對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的引用方法與引用本地?cái)?shù)據(jù)完全相同，通過(guò)“ 組態(tài) ” 的方式可以大大縮短了自動(dòng)化工程師的系統(tǒng)集成的時(shí)間，提高了集成效率。 力控監(jiān)控組態(tài)軟件能同時(shí)和國(guó)內(nèi)外各種工業(yè)控制廠家的設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，它可以與高可靠的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，達(dá)到集中管理和監(jiān)控的目 的，同時(shí)還可以方便的向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，實(shí)現(xiàn)與 “ 第三方 ” 的軟、硬件系統(tǒng)進(jìn)行