【文章內(nèi)容簡介】 方便性及性能價格比良好性等優(yōu)點?？紤]因素包括以下幾個方面： （ 1）結構合理 根據(jù)工藝過程、環(huán) 境條件以及維修量的大小，選用不同結構的 PLC。 （ 2）功能強大 根據(jù)控制系統(tǒng)開關量控制及控制速度要求的不同，選用不同檔次的 PLC。 （ 3）機型統(tǒng)一 整體式和模塊式是 PLC 的兩種結構形式。雖然整體式結構的 PLC 有其特有的優(yōu)點，但通常整體式結構 PLC 功能有缺陷，因此一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結構，以使得系統(tǒng)功能得到擴展。 （ 4） 環(huán)境適應性 在 PLC 系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù)。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控 制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設計相應的控制系統(tǒng)。 輸入輸出點數(shù)的估算。 I/O 點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)估計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10% 20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造商 PLC 的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。根據(jù)估算的方法故本設計的 I/O 點數(shù)為輸入 6 點，輸出 8 點。 存儲器容量是可編程序控制器本身提供的硬件存儲單元 大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制。因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調(diào)試后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來代替。 存儲器內(nèi)存儲量的估算沒固定的公式，許多文獻資料中給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 1015 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)，另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 6 另外 PLC 這種工業(yè)控制器可直接用于工業(yè)控制各個領域。因此，大多數(shù)生產(chǎn)廠家會把 PLC 設計為可在較差工作環(huán)境條件下仍可靠穩(wěn)定工作的優(yōu)良特性。每種 PLC自然會有其特殊的環(huán)境技術要求，因此在控制系統(tǒng)的設計時，應充分考慮環(huán)境條件。 面對眾多廠家提出的多種系列、功能各異的 PLC 產(chǎn)品，其結構、性能、價格各不相同。三菱 FX2N16MR 型號，其輸入輸出點分別為 8， FX2N 是 FX 系列中功能最強、速度最高的微型 PLC。他的基本指令執(zhí)行時間高達 ，內(nèi)置的用戶存儲器為 8K 步，可擴展到 16K 步，最大可以擴展到 256 個 I/O 點，有多種特殊功能模塊或功能擴展板，可為裝箱機提供最大的方便和控制能力 。 根據(jù)課題研究系統(tǒng)自動藥片裝瓶機控制所用的外圍設備，我們可以來設計 PLC輸入輸出設備的執(zhí)行元器件的點數(shù)。輸入輸出部分的點數(shù)分別如 3 32 表所示： 表 31 輸入部分點數(shù) 輸入部分 點數(shù) 系統(tǒng)開按鈕 1 系統(tǒng)關按鈕 1 數(shù)量選擇按鈕 1 1 數(shù)量選擇按鈕 2 1 數(shù)量選擇按鈕 3 1 光電傳感器 1 表 32 輸出部分點數(shù) 輸出部分 點數(shù) 皮帶機 驅(qū)動器 1 指示燈 1 1 指示燈 2 1 指示燈 3 1 電磁閥 1 步進電機 驅(qū)動器 1 步進電機 驅(qū)動器 1 頻率發(fā)生器 1 針對本課題的研究特點和系統(tǒng)性能要求的輸入輸出總點數(shù)，本系統(tǒng)采用三菱公司 FX2N 系列中的 16MR，即 FX2N16MR 類型。其為三菱 FX2N 系列、輸入輸出總點數(shù)為 1繼電器輸出。此 PLC 滿足系統(tǒng)設計的要求，并且在小型 PLC 控制系 7 統(tǒng)中得到了廣泛的應用。 PLC 外圍電路器件的選擇 光電式傳感器 光電式傳感器（ photoelectric transducer），即基于光電效應的一種傳感器，當可見光照射傳感器， 光電效應 就會產(chǎn)生，光信號將被轉換成 電信號 從而輸出。在測量位移 溫度等物理量方面均應用廣泛。光電測量時不與被測對象直接接觸，光束的質(zhì)量又近似為零，在測量中不存在摩擦和對被測對象幾乎不施加壓力。同時在測量時，光電式傳感器的優(yōu)點是與被測對象之間無摩擦和壓力， 保證測量準確性。在某些方面，光電式傳感器也有其缺點，包括成本較高，測量的環(huán)境條件要求較高等。光電式傳感器的種類很多，測量準確、靈敏、非接觸，并且測量參數(shù)多。本設計的控制系統(tǒng)中，其中的光電式傳感器對裝入藥瓶的藥片數(shù)進行一一計數(shù)，可以滿足本設計的要求。 常見的光電式傳感器有對射式與反射式兩種類型，其中反射式傳感器安裝要求低，占地小，但其由于為反射式檢測方式，紅外調(diào)制發(fā)射器與接收器均在一端安裝，其檢測準確率較低，而對射式光電傳感器雖然安裝復雜，但由于發(fā)射器與接收器分開，其檢測精度較高，非常適合于本設計。 同時為了 兼容 PLC 的 24V 輸入輸出電平，需要選擇電平與反應速度均兼容的光電傳感器完成此部分設計。經(jīng)過甄選，最終采用了臺灣億光公司的槽型光耦作為光電式傳感器，其體積小巧，便于安裝，但需要設計外圍電路，完成光電傳感器的數(shù)字量輸出。光電式傳感器及其計數(shù)電路如圖 31 所示： 通過 LM358 搭建了 24V 的正向放大器，放大器為正反饋放大器，即搭建成為比較器電路，在高于設定 12V 時產(chǎn)生輸出信號跳變，從而對光電傳感器的返回波形進行整形，完成光電傳感器與 PLC 的 IO 口信號匹配。光電傳感器輸出波形整形電路如圖 32 所示： 8 圖 31 光電傳感器及其計數(shù)電路 9 圖 32 光電傳感器輸出波形整形電路 步進電動機 步進式伺服驅(qū)動系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，執(zhí)行元件是步進電機。它受驅(qū)動控制線路的控制，將進給脈沖的電平信號直接變換為具有一定方向、大小和速度的機械轉角位移，并通過齒輪和絲杠帶動工作臺移動。由于該系統(tǒng)沒有反饋檢測環(huán)節(jié)，它的精度較差，速度也受到步進電機 性能的限制。但它的結構和控制簡單、容易調(diào)整，故在速度和精度要求不太高的場合具有一定的使用價值。步進電機的工作原理實際上是電磁鐵的作用原理。 步進電機的主要特性有以下幾個方面： （ 1）步距角：步進電機的步距角是反映步進電機定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉子轉過的角度。它是決定步進伺服系統(tǒng)脈沖當量的重要參數(shù)。步距角越小，數(shù)控機床的控制精度越高。 （ 2）矩角特性：矩角特性是步進電機的一個重要特性，它是指步進電機產(chǎn)生的靜態(tài)轉矩與失調(diào)角之間的變化規(guī)律。 （ 3）啟動頻率：空載時，步進電機由靜止突然啟動到正 常運行所允許的最高頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率。若啟動時頻率大于突跳頻率，步進電機就不能正常啟動?？蛰d啟動時，步進電機定子繞組通電狀態(tài)變化的頻率不能高于該突跳頻率。 （ 4）連續(xù)運行的最高工作頻率：步進電機連續(xù)運行時，它所能接受的，即保證不丟步運行的極限頻率，稱為最高工作頻率。它是決定定子繞組通電狀態(tài)最高變化頻率的參數(shù)，它決定了步進電機的最高轉速。 （ 5）加減速特性：步進電機的加減速特性是描述步進電機由靜止到工作頻率和 10 由工作頻率到靜止的加減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關系。當要求步進電機啟動到 大于突跳頻率的工作頻率時，變化速度必須逐漸上升。同樣，從最高工作頻率或高于突跳頻率的工作頻率停止時，變化速度必須逐漸下降。其中逐漸上升和下降的加速時間、減速時間不能過小，否則會出現(xiàn)失步或超步。我們用加速時間常數(shù)和減速時間常數(shù)來描述步進電機的升速和降速特性。 步進電動機有如下六個特點： （ 1）步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比。因此，當它轉一圈后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。 （ 2）由步進電動機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)既簡單、廉價又非?？煽?。同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 （ 3）步進電動機的動態(tài)響應快，易于啟停、正反轉及變速。 （ 4）速度可在相當寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整，低速下仍能獲得較大轉矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。 （ 5）步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，不能直接使用交流電源和直流電源。 （ 6） 步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應措施。 在選擇步進電動機時首先考慮的是步進電動機的類型選擇，其次是具體的品種選擇，在該自動藥片裝瓶機控制系統(tǒng)設計中要求步進電動機的電壓低、電流小、有定位轉矩，確定步進電動機采用二相八拍混合式步進電動機。在進 行步進電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比、軸向力、額定轉矩和運行頻率，以確定步進電動機的具體規(guī)格和控制裝置。選用電機型號為 BS110HB9905， 為了完成 PLC 對步進電機的控制，需要設計步進電機驅(qū)動器對步進電機進行驅(qū)動。為了節(jié)約 PLC 的 IO 資源，同時提高 PLC 的控制性能，需要設計一個可由 PWM控制的，高細分度的步進電機控制器。 THB7128 為國產(chǎn)的 128 高細分度二相步進電機驅(qū)動 芯片 ，其單相通路輸出電流在 24V 時最大為 。同時其內(nèi)部高速 MOS 管搭建的雙 H 橋驅(qū)動電路保證開關速度。實現(xiàn)了 PLC 慢速輸出 與驅(qū)動電路高速控制的匹配。 其原理圖如圖 34 所示： 11 圖 34 THB7128 原理圖 由于步進電機控制傳送帶，而傳送帶的工作穩(wěn)定性直接決定了裝藥的成功與否，故 128 細分度的