【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輯控制器，現(xiàn)代的可編程邏輯控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，高集成度的新型工業(yè)裝置，是計(jì)算機(jī)與工業(yè)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)品。自 PLC 問世以來，經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，以及稱為工業(yè)控制類產(chǎn)品。它不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，還具有數(shù)字運(yùn)算、模擬調(diào)節(jié)、監(jiān)控、記錄、計(jì)算機(jī)接口、數(shù)據(jù)傳輸功能，而且還能進(jìn)行中斷控制、智能控制、過程控制、遠(yuǎn)程控制、向上能與上位機(jī)進(jìn)行通訊，向下能直接控制生產(chǎn)設(shè)備，可以通過下級(jí) PLC 直接去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求以外，還有許多有點(diǎn)。它能夠較好的解決工業(yè)控制普遍關(guān)心的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、靈活、經(jīng)濟(jì)等問題?？删幊炭刂破鞑捎糜?jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括 CPU、存取器、輸入輸出模塊、通訊接口及模塊、編程器和電源 6 個(gè)部分。如圖 3－4 所示，PLC 內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)，傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均為PLC 輸入量，它們經(jīng)過 PLC 的外部輸入到內(nèi)部寄存器，PLC 做各種邏輯運(yùn)算或其他運(yùn)算處理送到 PLC 的輸出端，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供各種控制。 PLC的機(jī)構(gòu)示意圖 可編程控制器的選型市場(chǎng)上可供選擇的 PLC 種類繁多，各種型號(hào)的 PLC 也有各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)合也不大相同。因此在設(shè)計(jì)之初，選擇一款符合手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)控制系統(tǒng)工藝和要求的可編程控制器顯得十分重要。經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，本控制系統(tǒng)的下位機(jī)采用的是日本三菱公司的FX2N32MRE/UL系列PLC作為下位機(jī)控制，它是一款可視化的PLC，屬于中小型可編程序控制器，可用于簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合，也可用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。由于它具有極強(qiáng)的通信功能，即使在大型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用。FX2N32MRE/UL系列PLC系統(tǒng)是緊湊型可編程序控制器。系統(tǒng)的硬件構(gòu)架是由成系統(tǒng)的CPU模塊和豐富的擴(kuò)展模塊組成。它能夠滿足各種設(shè)備的自動(dòng)化控制需求。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的上業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如:沖壓機(jī)床、印刷機(jī)械、中央空調(diào)、電梯控制、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等等。FX系列除了具有以上一般 PLC 具有的基本控制功能以外，還在以下三個(gè)方面有獨(dú)到之處：（1）三菱的FX系列 PLC 是一款可視化編程的 PLC，它具有強(qiáng)大的指令集、功能強(qiáng)大、速度快，掃描 30000 步時(shí)僅需要1毫秒。（2）FX2N32MRE/UL提供了豐富的硬件資源，不僅有兩個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)控制伺服定位控制接口；還提供了4通道的高速計(jì)數(shù)器，特別適合伺服系統(tǒng)的控制，如步進(jìn)電機(jī)或者伺服電機(jī)以及光電編碼器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。相對(duì)常規(guī)的可編程控制器而言，省去了定位控制單元，給安裝調(diào)試帶來方便。（3）該系列 PLC 帶有 USB 編程口，與上位機(jī)進(jìn)行串口通信調(diào)試時(shí)不會(huì)占用串口，可以在編程軟件中可以很方便的看到相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器里面上位機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)。 伺服系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)和絲杠選型在電池位置伺服系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠的選型關(guān)系到電池每次搬送的位置精度，伺服系統(tǒng)的精度和抗擾動(dòng)性格是衡量系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。在步進(jìn)電機(jī)的選型時(shí)，必須充分考慮步進(jìn)電機(jī)的一些相關(guān)物理量，步進(jìn)電機(jī)的步距角度和最大靜態(tài)轉(zhuǎn)距，一般的靜態(tài)轉(zhuǎn)距越大，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)距越抗擾動(dòng)性能會(huì)更好，在負(fù)載變化時(shí)不容易失步，同樣步進(jìn)電機(jī)的步距角越小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差會(huì)越小，但是步進(jìn)電機(jī)的價(jià)格會(huì)更昂貴。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用的步進(jìn)電機(jī)為日本東方電機(jī)公司生產(chǎn)的 PK264A2 型步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)的轉(zhuǎn)子與軸直接是通過減速傳動(dòng)，減速比 1：18，因此它的步進(jìn)角度僅為 ，為同行電機(jī)步距角度最小的一款。絲杠選擇選擇必須考慮到系統(tǒng)的最小日本 THK公司生產(chǎn)的 THKKR30 滾珠絲杠，其導(dǎo)程t為1毫米，根據(jù)初步估算滿足系統(tǒng)載荷要求。在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，為了配合步進(jìn)電機(jī)的控制，許多 PLC 都配有脈沖輸出功能，并設(shè)置了相關(guān)指令，可以很好的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。這種控制方式可以大大減小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作量，而且 PLC 具有實(shí)時(shí)刷新功能，輸出頻率可以到達(dá)數(shù)千赫茲或者更高，使步進(jìn)電機(jī)響應(yīng)速度更快。PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，必須考慮脈沖當(dāng)量，根據(jù)貼標(biāo)工藝和要求，系統(tǒng)為直線每次進(jìn)給量為δ=8 .13mm，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的步距角度α ，滾珠絲杠導(dǎo)程t＝1mm，那么步進(jìn)電機(jī)每次搬送相鄰兩個(gè)電池需要的脈沖數(shù)m ，根據(jù)公式：代入數(shù)字得 m =2926。 下位機(jī)控制系統(tǒng)的硬件配置 下位機(jī)控制硬件配置要求下位機(jī)控制系統(tǒng)的主要用來對(duì)貼標(biāo)的機(jī)械動(dòng)作進(jìn)行控制，主要包括電池升降位置伺服系統(tǒng)、搬送電池的機(jī)械手動(dòng)作控制、真空吸附氣缸吸附標(biāo)簽的動(dòng)作控制、貼標(biāo)氣缸的對(duì)電池的貼標(biāo)控制，下位機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)必須滿足以下幾個(gè)方面的要求：（1）實(shí)現(xiàn)電池貼標(biāo)系統(tǒng)的高精度位置伺服系統(tǒng)，電池位置伺服系統(tǒng)每次搬送的距離為10mm；（2）氣動(dòng)機(jī)械手搬送電池必須每次準(zhǔn)確的夾緊電池，然后搬送到貼標(biāo)位置，貼標(biāo)完畢以后準(zhǔn)確的放回；（3）下位機(jī)控制系統(tǒng)必須有對(duì)機(jī)器良好的可操作性，必須輸入開關(guān)來控制設(shè)備。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，，各種位置傳感器將設(shè)備的狀態(tài)，如氣缸的位置、電池的位置等傳給PLC進(jìn)行處理，由CPU做各種運(yùn)算處理來，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。 手機(jī)電池貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)硬件配置設(shè)備的主要硬件配置：（1）以FX2N32MRE/UL系列PLC為核心的控制器，用來對(duì)設(shè)備的各種狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通過傳感器的輸入信號(hào)得到設(shè)備的工作狀態(tài)，經(jīng)過實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)各種氣動(dòng)閥、步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作貼標(biāo)機(jī)動(dòng)作。（2）在緊急情況下為了實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的可操作性，需要設(shè)置輸出開關(guān)信號(hào)給可編程控制器和合理布局控制面板，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)輸出開關(guān)信號(hào)鍵有開機(jī)鍵、復(fù)位鍵、手動(dòng)/自動(dòng)鍵的切換、控制電池上升鍵和下降鍵、氣動(dòng)機(jī)械手搬送鍵和緊急停止鍵，控制面部的布局應(yīng)該簡(jiǎn)潔，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，操作人員能夠第一時(shí)間通過操作面板的操作來阻止重大事故的發(fā)生。（3）為了檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，合理選擇和安裝傳感器，保證傳感器信號(hào)可靠的輸給可編程控制器，本設(shè)計(jì)對(duì)于氣動(dòng)閥的位置檢測(cè)選用磁性開關(guān)量傳感器，對(duì)于電池和電池抽屜選用光電接近開關(guān)傳感器。（4）伺服系統(tǒng)的控制是本設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)，它的控制效果好壞關(guān)系到設(shè)備能否貼標(biāo)成功。為了滿足電池貼標(biāo)工藝和要求，本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)位置伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式，通過光電編碼器的脈沖檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)的位置送給可編程控制器，并在 PLC內(nèi)部設(shè)定一定的控制器進(jìn)行處理來調(diào)整輸出脈沖，使步進(jìn)電機(jī)的位置準(zhǔn)確的到達(dá)給定位置。FX2N32MRE/UL系列 PLC 。FX2N32MRE/UL系列PLC位置控制輸出脈沖單元分別為 500～503，占用4個(gè)輸出點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的位置采用502和503輸出脈沖分別控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，光電編碼器將步進(jìn)電機(jī)的位置脈沖數(shù)給 PLC 的高速計(jì)數(shù)器CTC0計(jì)數(shù)來檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)的位置。 步進(jìn)電機(jī)控制接線圖 PLC 輸入輸出信號(hào)地址分配PLC 的輸入輸出控制地址分配包括操作按鈕的輸入如包括開機(jī)按鈕、搬送按鈕、手自動(dòng)按鈕切換和急停按鈕；氣缸位置傳感器的輸入信號(hào)、電池檢測(cè)光纖傳感器、電池盒檢測(cè)光纖傳感器、步進(jìn)電機(jī)光電編碼器的輸入計(jì)數(shù)器，設(shè)備工作狀態(tài)的輸出顯示運(yùn)行正常、運(yùn)行報(bào)警和運(yùn)行故障。其PLC地址分配如表 31 所示： PLC輸入信號(hào)地址分配輸出信號(hào)輸入信號(hào)分配地址自動(dòng)手動(dòng)信號(hào)X0啟動(dòng)信號(hào)X1停止信號(hào)X2光電開關(guān)檢測(cè)X3手機(jī)電池到位檢測(cè)X5貼標(biāo)精度檢測(cè)X7限位開關(guān)X10電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)X11PLC的輸出信號(hào)主要控制氣缸電磁閥的動(dòng)作，如控制氣缸搬送、真空吸附、貼標(biāo)、下氣缸托住電池、氣動(dòng)機(jī)械手夾住電池等動(dòng)作，其PLC輸出地址分配如表 ： PLC輸出信號(hào)地址分配輸出信號(hào)輸出信號(hào)分配地址步進(jìn)電機(jī)一Y0步進(jìn)電機(jī)二Y2推料電磁閥Y3步進(jìn)電機(jī)三Y4伺服電機(jī)一Y10伺服電機(jī)二Y12前糾正氣缸電磁閥Y13伺服電機(jī)三Y14聲光報(bào)警Y16 電氣控制柜的整體布局設(shè)計(jì)貼標(biāo)機(jī)設(shè)備處在工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，工作環(huán)境惡劣，各種干擾對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行有著嚴(yán)重影響。在設(shè)計(jì)電氣控制柜時(shí)必須充分考慮到設(shè)備的抗干擾措施。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)輸入給 PLC 主要有位置傳感器信號(hào)、光電接近開關(guān)信號(hào)、按鈕等；輸出信號(hào)主要有繼電器線圈、電磁閥線圈、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等，處理這些信號(hào)時(shí)應(yīng)時(shí)應(yīng)充分考慮到系統(tǒng)的抗干擾性，因此在電氣控制柜布局時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）輸入信號(hào)弱信號(hào)電纜應(yīng)該與強(qiáng)盡量分開敷設(shè)，特別是控制步進(jìn)電機(jī)脈沖輸出信號(hào)應(yīng)該與大信號(hào)分開，避免步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖收到干擾。（2）對(duì)于 PLC 的輸如輸出信號(hào)盡量選擇帶有屏蔽層的線，并且一點(diǎn)接地。（3）對(duì)于 PLC 的供電電源必須有專門的接地。（4）電氣控制柜應(yīng)該遠(yuǎn)離電磁干擾比較嚴(yán)重的地方，比如大功率用電器的、供電變壓器等器件，PLC 應(yīng)該避免在潮濕、腐蝕、有機(jī)械振動(dòng)的地方。 由于設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)的不同，上位機(jī)的相關(guān)器件的選型在本文就不具體涉及了。 貼標(biāo)機(jī)系統(tǒng)中，設(shè)備多，工作電壓也不盡相同。三相異步電動(dòng)機(jī)工作電壓是380V(AC), PLC 的工作電壓為220V (AC)，傳感器的工作電壓為24V DC。 (1)電源進(jìn)線 ，電源由滑線引入電器利l中，經(jīng)過刀開關(guān)Qs后，再經(jīng)由熔斷器后供給系統(tǒng)的控制回路及主電機(jī)電路部分。三相電源的線電壓為380V，相電壓為220v，因此系統(tǒng)采用三相中的A相相電壓提供220V的交流電要壓。 (2)電源模塊 ，直流電源能使電路中形成恒定電流的裝置，如干電池、蓄電池、直流發(fā)電機(jī)等。在24V電壓范圍內(nèi)又叫24A直流電源，直流電源有正負(fù)兩個(gè)電極，正極的電勢(shì)高，負(fù)極的電勢(shì)低；當(dāng)兩個(gè)電極與電路連通后，直流電源能維持兩個(gè)電極之間的恒定電勢(shì)差，從而在外電路中形成山正極到負(fù)極的恒定電流。24V電源模塊開關(guān)電源為系統(tǒng)中的A/D模塊和電磁閥提供