【文章內容簡介】 化的發(fā)展概況 國內生產(chǎn)線自動化發(fā)展概況 中國的包裝業(yè)相對發(fā)達國家如日本和美國相當落后，具有非常大的發(fā)展?jié)摿??？刂葡到y(tǒng)從20世紀四十年代就開始使用了，早期的現(xiàn)場基地式儀表和后期的繼電器構成了控制系統(tǒng)的前身?，F(xiàn)在所說的控制系統(tǒng)，多指采用電腦或微處理器進行智能控制的系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)的發(fā)展史上，稱為第三代控制系統(tǒng)。這一代系統(tǒng)以PLC和DCS為代表，從七十年代開始應用以來，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業(yè)過程控制中獲得迅猛的發(fā)展。其中PLC，即可編程控制器，主要是從順序控制發(fā)展而來的，但從九十年代開始，隨著電子技術、計算機技術和通信技術的發(fā)展，PLC的性能擴展的越來越廣，PLC的應用也逐漸向連續(xù)流程工業(yè)拓展。同時，DCS也開始向小型化的方向拓展。之后，陸續(xù)出現(xiàn)了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、基于PC的控制系統(tǒng)等。 在中國，自動化技術還未成熟，還需要長時間的發(fā)展，所以將會有很大的空間來發(fā)展此技術。這也是未來的發(fā)展方向和趨勢。中國的經(jīng)濟高速度發(fā)展也需要這項技術來促進和加速，相信在自動化技術成熟以后，中國的經(jīng)濟也將有飛躍性的進步。當前中國的經(jīng)濟發(fā)展格局也是非常的需要高技術來支持。這樣中才會有穩(wěn)定的發(fā)展狀態(tài)。向西部發(fā)展的經(jīng)濟戰(zhàn)略思想必然需要有高技術隨之轉移，生產(chǎn)也將需要自動化技術的支持，這樣發(fā)展高技術自動化也就是必然的趨勢。 國外生產(chǎn)線自動化發(fā)展概況從上世紀30年代開始，機械加工企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，采用機械化流水 作業(yè)的生產(chǎn)方式，大型自動生產(chǎn)線承擔的加工對象也隨之改變。生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用的繼電器數(shù)量很多，在頻繁動作情況下壽命較短，使生產(chǎn)線的可靠性降低。為了解決這一問題，自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內的PLC年增長率保持為20%～30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數(shù)的不斷擴大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領域占據(jù)著十分重要的位置。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。 PLC的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。 相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS方式要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近十幾年來，國外PLC技術取得了飛躍，其容量成倍擴大、體積不斷縮小、功能不斷增強，不但具有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有PID等特殊控制功能，可直接進行A/D、D/A轉換，還開發(fā)管控一體化。 本文主要研究內容一 設備概述該自動裝箱系統(tǒng)可把24瓶飲料裝成一箱。本系統(tǒng)由皮帶傳輸機傳送瓶子，當?shù)竭_裝箱位置時，機械手下降夾起瓶子后上升，上升到位后再向右移動，把瓶子裝進紙箱內，然后機械手返回原位，開始下一個動作。 該系統(tǒng)中皮帶傳輸機、機械手均由PLC控制，機械手由三臺電動機控制，一臺電機帶動夾緊機構，一臺電機帶動升降機構，一臺電機帶動移動機構。 機械手控制示意圖二 設計任務和要求用PLC控制整個控制裝置要達到以下要求：(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。(5) 應有必要的信號指示，如電源有電，傳送帶A工作，機械手工作，傳送帶B工作。(6) 傳送帶A，機械手和傳送帶B應有獨立點動控制，以便于調試和維修。 生產(chǎn)線自動裝箱工作流程圖 主要解決的問題在傳統(tǒng)的工業(yè)控制中，一般都是由繼電器來進行控制的，當今的PLC吸收了微電子技術和計算機技術的成果。在很多領域，PLC已經(jīng)取代了繼電器進行控制。在傳統(tǒng)的控制中，傳送帶的控制通常是通過繼電器來完成，維護復雜。本設計介紹了通過PLC來對傳送帶進行自動控制。該系統(tǒng)有一個機械手和兩個傳送帶，即運物機械手，包裝箱傳送帶和產(chǎn)品傳送帶。運物機械手用來轉移飲料瓶，即把產(chǎn)品傳送帶上的飲料送到包裝箱傳送帶的飲料箱中。包裝箱傳送帶用來傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已經(jīng)裝滿的包裝箱運走，并用一只空箱來代替。為使空箱恰好對準機械手松開端，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(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。當產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品計數(shù)。第2章 控制系統(tǒng)的設計 方案論證 ————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(chǎn)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。 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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品運輸、產(chǎn)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(chǎn)線自動裝箱控制的控制系統(tǒng)應用，可使生產(chǎn)線的控制更加靈活、可靠。進而提高生產(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(jīng)PLC外部輸入端子輸入到內部寄存器中，經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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