【文章內(nèi)容簡介】 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(dāng)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(guān)鍵是對機械手的上升，下降，左轉(zhuǎn)，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(yīng)該設(shè)置報警功能；同時機械手，傳送帶 A 和傳送帶 B應(yīng)有獨立點動控制，以便于調(diào)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(shè)置一個手動 控制按鈕，當(dāng)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)。 啟 動 傳 A動 計數(shù)24 機械手放開 機械手移動 機械手加緊 機 械 手到 A 傳送帶 A停 PS1 檢測 傳送帶B 動 PS2檢測 傳送帶B 停 A動 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 第 2 章 控制系統(tǒng)的設(shè)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(chǎn)機械的電氣控制領(lǐng)域中，應(yīng)用十分廣泛，而且技術(shù)上也十分成熟，因此受到大力推廣。但是在一些較為復(fù)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(fù)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(shè)備，其應(yīng)用面幾乎覆蓋了整個工業(yè)企業(yè)，廣泛應(yīng)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(fù)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(yīng)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(zhì)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(nèi)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(shè)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)。 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 （ 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(shè)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(diào)節(jié)控制，而且在將來的工控領(lǐng)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(nèi)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(yīng)用。 PLC 不僅能實現(xiàn)復(fù)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(yīng)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(jié)構(gòu)及工作原理 PLC 采用的是典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要包括 CPU,RAM,ROM 和輸入、 輸出接口電路等。其內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，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(guān)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(nèi)部寄存器中，經(jīng) PLC 內(nèi)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(shè)備進行控制。 PLC 的一般內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)框圖如圖 21所示。 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 圖 21 PLC 的邏輯硬件結(jié)構(gòu)框圖 PLC 控制系統(tǒng)組成 輸入部分：如按鈕開關(guān)、限位開關(guān)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。 控制部分 :反復(fù)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。 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 輸入處理 :PLC 以重復(fù)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?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(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(nèi)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)。 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(nèi)部寄存器中讀出并參與計算，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)輸出映象寄存器中。 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)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構(gòu)成 PLC 的實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，適用于開關(guān)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(lǐng)域，成為一種多功能、高可靠性、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制微型計算機。 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 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)線自動裝箱的 PLC 控制系統(tǒng)圖如圖 22所示。 圖 22 生產(chǎn)線自動裝箱的 PLC控制系統(tǒng)圖 控制系統(tǒng)工作流程 按下啟動按鈕后，傳送帶 A 運行直到光電開關(guān) 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(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)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(nèi)， 2s 后機械手上升。上升到位左轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)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(dāng) PS2 檢測到下一空箱后，傳送帶 B停止。 上述過程周而復(fù)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。 當(dāng)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(diào)試和維修。 啟動按鈕 獨立點動輸入 停止按鈕 限位開關(guān)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 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 控制電路原理圖 圖 231 控制電路原理圖 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 根據(jù)自動裝箱系統(tǒng)的控制要求 ,系統(tǒng)應(yīng)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(shè)有報警器。系統(tǒng)的具體設(shè)計過程如下： 河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 （ 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(chǎn)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(yīng)用程序占用內(nèi)存大小的估算 用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與 I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，因此在程序設(shè)計之前只能粗略地估算。根據(jù)經(jīng)驗，此應(yīng)用程序占用內(nèi)存的大小可作如下估算： 開關(guān)量輸入： 8*10=80 字節(jié)； 開關(guān)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(guān)量進行控制的應(yīng)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：