【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .在執(zhí)行過(guò)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(hù)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(xiě)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 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(kāi)關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，已進(jìn)入過(guò)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(chǎng)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(kāi)關(guān) PS1 檢測(cè)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(kāi)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(kāi)，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(kāi)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(kāi)始運(yùn)行，當(dāng) PS2 檢測(cè)到下一空箱后，傳送帶 B停止。 4 上述過(guò)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(kāi)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 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(guò)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(cè)信號(hào) SQ1 和空箱位置檢測(cè)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(hù)應(yīng)用程序占用內(nèi)存大小的估算 用戶(hù)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(kāi)關(guān)量輸入： 8*10=80 字節(jié)； 開(kāi)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(kāi)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(mén)子 S7200 系列的 CPU226 型可編程控制器 PLC 作為控制核心，該單 14 元為 40 點(diǎn) I/O， 24 點(diǎn)輸入， 16 點(diǎn)輸出，所以滿(mǎn)足系統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)需要。 西門(mén)子 S7200 系列 CPU224 型 PLC的特點(diǎn)： 178。高速計(jì)數(shù)器能方便的測(cè)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?？煞奖愕呐c西門(mén)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(mén)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(mén)子系列 PLC 外型小巧結(jié)構(gòu)緊湊，西門(mén)子公司長(zhǎng)期積累的生產(chǎn) 控制經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán) 格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保證了其可靠穩(wěn)定的性能，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下 仍然能正常運(yùn)行。更經(jīng)過(guò)高低溫的考驗(yàn)，使得該 PLC 可以適用在特殊的場(chǎng)合。 178。通訊功能增強(qiáng)提供內(nèi)置的 RS232C 端口和 RS422 端口。西門(mén)子完全開(kāi)放的通 訊協(xié)議可以方便的實(shí)現(xiàn)上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，用戶(hù)可以隨心所欲自己定制開(kāi)發(fā)通 訊監(jiān)控系統(tǒng)。 178。高速的程序執(zhí)行速度更快的程序指令執(zhí)行速度，使得控制過(guò)程精確無(wú)誤。 （ 4） 系統(tǒng) I/O 點(diǎn)的分配 系統(tǒng) I/O 點(diǎn)的分配如表 23所示。 輸入 輸出 啟動(dòng) 系統(tǒng)指示燈 停止 傳送帶 A輸出 光電開(kāi)關(guān) PS1 輸入 傳送帶 B輸出 光電開(kāi)關(guān) PS2 輸入 原點(diǎn) 自動(dòng) 上升 手動(dòng) 下降 傳送帶 A手動(dòng)輸入 左移 傳送帶 B手動(dòng)輸入 右移 手動(dòng)上升 加緊與松開(kāi) 手動(dòng)下降 手動(dòng)指示燈 手動(dòng)左移 15 手動(dòng)右移 手動(dòng)加緊 手動(dòng)松開(kāi) 上限 下限 左限 右限 圖 23 系統(tǒng) I/O 點(diǎn)的分配如表 系統(tǒng)輸入 /輸出接線圖如圖 24 所示。 1M M L+24V 1L KM KM KM KM KM KM KM KM KM AC220V 啟動(dòng) 停止 自動(dòng) 手動(dòng) 上限 下限 左限 右限 傳送帶 A 輸入 傳送帶 B 輸入 手動(dòng)上升 手動(dòng)下降 手動(dòng)左移 手動(dòng)右移 手動(dòng)夾緊 手動(dòng)放松 原點(diǎn) 上升 下降 左移 右移 夾緊與松開(kāi) 傳送帶 A輸 出 傳送帶 B輸出 指示燈 16 圖 24 系統(tǒng)輸入 /輸出接線圖 （ 5） 傳感器的選擇 近年來(lái)，隨 著生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，光電傳感器的功能不斷完善，現(xiàn)已成 為與 PLC 相配套的系列產(chǎn)品，廣泛用于自動(dòng)包裝、打膠、罐裝、以及自動(dòng)裝配流 水線。 針對(duì)本文設(shè)計(jì)要求，我們可采用光電開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)產(chǎn)品計(jì)數(shù)和空箱到位檢測(cè)。這 類(lèi)光電傳感器利用光電元件受光照或無(wú)光照時(shí)“有”“無(wú)”電信號(hào)輸出的特性將 被測(cè)量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的開(kāi)關(guān)信號(hào)。為此，要求光電元件靈敏度高，而對(duì)光照特 性的線性要求不高。這類(lèi)傳感器主要應(yīng)用于零件或產(chǎn)品的自動(dòng)記數(shù)、光控開(kāi)關(guān)、 電子計(jì)算機(jī)的光電輸入設(shè)備、光電編碼器以及光電報(bào)警裝置等方面。 光電開(kāi)關(guān)可分為兩類(lèi)：透 射型和反射型兩種。 透射型光電開(kāi)關(guān)是由分離的發(fā)射器和接收器組成并相對(duì)放置。發(fā)射器發(fā)射的 紅外線直接照射到接收器上，當(dāng)有物品通過(guò)時(shí)，將紅外線光源切斷遮擋住了，接 收器收不到紅外光，于是就發(fā)出一個(gè)信號(hào)?？捎糜诋a(chǎn)品計(jì)數(shù)。 反射型光電開(kāi)關(guān)的接收部分和發(fā)射部分合做在一起，利用物體對(duì)發(fā)射部分發(fā) 射出的紅外線反射回去，由接收部分接收，從而判斷是否有物體存在。當(dāng)有物體 通過(guò)，接收器接收不到紅外光，于是就發(fā)出一個(gè)信號(hào)?？捎糜诳障涫欠竦轿粰z測(cè)。 當(dāng)采用接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等兩線式傳感器時(shí)，由于傳感器的漏電流較大，可 能出現(xiàn) 錯(cuò)誤的輸入信號(hào)而導(dǎo)致 PLC 的誤動(dòng)作，此時(shí)可在 PLC 輸入端并聯(lián)旁路電 阻Ｒ，如圖 25 所示。當(dāng)漏電流不足 lmA 時(shí)可以不考慮其影響。 圖 25 PLC 與光電開(kāi)關(guān)的連接 反射式光電傳感器的工作原理如圖 26所示。 光電開(kāi)關(guān) 輸入電 源 R IN PLC COM 反射物 發(fā)光 反射式光電傳感器 接受 17 圖 26反射式光電傳感器原理圖 該系統(tǒng)選擇的反射式光電傳感器型號(hào)為 PM2LF10,其性能參數(shù)如表 27 所示。 性能 參數(shù) 檢測(cè)距離 ~8mm(中心 :5mm)白色無(wú)光澤紙 (15179。 15mm) 最小檢測(cè)物體 φ 銅線 (設(shè)定距離 :5mm) 應(yīng)差 使用白色無(wú)光澤紙 (15179。 15mm)工作距離的 20%以下 重復(fù)精度 (垂直于檢測(cè)軸 ) 以下 電源電壓 5~24V DC177。 10% 脈動(dòng) PP5%以下 消耗電流 25mA 80mA 以下 輸出 NPN 開(kāi)路集電極晶體管 100mA 30V DC 以下 (輸出和 0V之間 ) 1V 以下 (流入電流為 100mA 時(shí) ) 以下 (流入電流為 16mA 時(shí) ) 短路保護(hù) 裝 備 反應(yīng)時(shí)間 以下 表 27 PM2LF10 反射式光電傳感器的性能參數(shù) (6) 電動(dòng)機(jī)的選擇 型也數(shù)不勝數(shù)。基于該系統(tǒng)的控制要求與各類(lèi)型電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作場(chǎng)合，并考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，本系統(tǒng)選擇的電動(dòng)機(jī)是 kinco 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3S57Q04056，與之配套的驅(qū)動(dòng)器為 Kinco 3M458 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它的部分技術(shù)參數(shù)如表 28 所示。 表 28 3S57Q04056 型電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù) 參數(shù)名稱(chēng) 步距角 相電流（ A） 保持扭矩 阻尼扭矩 電動(dòng)機(jī)慣量 參數(shù)值 176。 （ 7）接觸器的選型 接觸器是一種用來(lái)接通或斷開(kāi)帶負(fù)載的交直流主電路或大容量控制電路的自動(dòng)化切換器 ,主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)。通用接觸器可大致分以下兩類(lèi)。 1) CJ 0CJ1 CJ12B 等系列。 2) .一般用于控制直流電器設(shè)備 ,線圈中通以直流電 ,直流接觸器的 18 動(dòng)作原理和結(jié)構(gòu)基本上與交流接觸器是相同的。 接觸器的選型有諸多因素外與負(fù)載 密切相關(guān)一般三相異步電機(jī)的起動(dòng)電流為額定電流的 35 倍。所以接觸器的額定電流為 : 4IN=36A CJ1040 40A,額定電壓為 380V。 （ 8） 熱繼電器的選型 熱繼電器由兩部分組成 .每一部分安裝的位置不同。一部分是主觸點(diǎn) ,接在電動(dòng)機(jī)與接觸器 KM 之間。另一部分是接在控制電路中 ,與接觸器 KM 的線圈電路相串聯(lián)。熱繼電器在控制線路中起過(guò)載保護(hù)的功能。熱繼電器是采用雙金屬熱元件 ,動(dòng)作機(jī)構(gòu) ,常閉觸頭和常開(kāi)觸頭 ,復(fù)位按鈕及整定電流 調(diào)節(jié)旋鈕等構(gòu)成。根據(jù)雙金屬熱元件的數(shù)目可分為兩極和三極型熱器 ,而三極型又分帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)兩種。 電動(dòng)機(jī)的額定電流 15A,FR1 可以選用 JR16,熱元件電流為 20A,電流整 定范圍為 1422A 工作時(shí)將額定電流調(diào)整為 15A。 （ 9） 開(kāi)關(guān)電器、熔斷器的選型 行程開(kāi)關(guān)是一種由物體的位移來(lái)決定電路通斷的開(kāi)關(guān) ,選用型號(hào)為 LXK2131型。熔斷器選用 RL115 型熔點(diǎn)器 ,熔體的額定電流為 30A。 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)邏輯分析 自動(dòng)裝箱系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)考慮到其動(dòng)作的連續(xù)性以及各個(gè) 被控制設(shè)備動(dòng)作 之間的相互關(guān)聯(lián)性 ,最佳的實(shí)現(xiàn)方案就是采用順序控制。這樣就考慮針對(duì)不同的 工作狀態(tài)，進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作控制輸出，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝箱系統(tǒng)從傳送帶 A開(kāi)始工 作到產(chǎn)品進(jìn)入空箱之中并完成精確的計(jì)數(shù)這樣一個(gè)周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。 設(shè)計(jì)使用一系列的中間狀態(tài)信號(hào)來(lái)傳遞狀態(tài)