【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 方便性及性能價(jià)格比良好性等優(yōu)點(diǎn)?？紤]因素包括以下幾個(gè)方面： （ 1）結(jié)構(gòu)合理 根據(jù)工藝過(guò)程、環(huán) 境條件以及維修量的大小，選用不同結(jié)構(gòu)的 PLC。 （ 2）功能強(qiáng)大 根據(jù)控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量控制及控制速度要求的不同，選用不同檔次的 PLC。 （ 3）機(jī)型統(tǒng)一 整體式和模塊式是 PLC 的兩種結(jié)構(gòu)形式。雖然整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 有其特有的優(yōu)點(diǎn)，但通常整體式結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)，以使得系統(tǒng)功能得到擴(kuò)展。 （ 4） 環(huán)境適應(yīng)性 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控 制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估算。 I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)估計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10% 20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算的方法故本設(shè)計(jì)的 I/O 點(diǎn)數(shù)為輸入 6 點(diǎn)，輸出 8 點(diǎn)。 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身提供的硬件存儲(chǔ)單元 大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制。因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)代替。 存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)量的估算沒(méi)固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 1015 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?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(gè)領(lǐng)域。因此，大多數(shù)生產(chǎn)廠家會(huì)把 PLC 設(shè)計(jì)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(huì)有其特殊的環(huán)境技術(shù)要求，因此在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮環(huán)境條件。 面對(duì)眾多廠家提出的多種系列、功能各異的 PLC 產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)、性能、價(jià)格各不相同。三菱 FX2N16MR 型號(hào)，其輸入輸出點(diǎn)分別為 8， FX2N 是 FX 系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型 PLC。他的基本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá) ，內(nèi)置的用戶存儲(chǔ)器為 8K 步，可擴(kuò)展到 16K 步，最大可以擴(kuò)展到 256 個(gè) I/O 點(diǎn)，有多種特殊功能模塊或功能擴(kuò)展板，可為裝箱機(jī)提供最大的方便和控制能力 。 根據(jù)課題研究系統(tǒng)自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制所用的外圍設(shè)備，我們可以來(lái)設(shè)計(jì) PLC輸入輸出設(shè)備的執(zhí)行元器件的點(diǎn)數(shù)。輸入輸出部分的點(diǎn)數(shù)分別如 3 32 表所示： 表 31 輸入部分點(diǎn)數(shù) 輸入部分 點(diǎn)數(shù) 系統(tǒng)開(kāi)按鈕 1 系統(tǒng)關(guān)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(diǎn)數(shù) 輸出部分 點(diǎn)數(shù) 皮帶機(jī) 驅(qū)動(dòng)器 1 指示燈 1 1 指示燈 2 1 指示燈 3 1 電磁閥 1 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器 1 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器 1 頻率發(fā)生器 1 針對(duì)本課題的研究特點(diǎn)和系統(tǒng)性能要求的輸入輸出總點(diǎn)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(diǎn)數(shù)為 1繼電器輸出。此 PLC 滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，并且在小型 PLC 控制系 7 統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)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(yīng)的一種傳感器，當(dāng)可見(jiàn)光照射傳感器， 光電效應(yīng) 就會(huì)產(chǎn)生，光信號(hào)將被轉(zhuǎn)換成 電信號(hào) 從而輸出。在測(cè)量位移 溫度等物理量方面均應(yīng)用廣泛。光電測(cè)量時(shí)不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，光束的質(zhì)量又近似為零，在測(cè)量中不存在摩擦和對(duì)被測(cè)對(duì)象幾乎不施加壓力。同時(shí)在測(cè)量時(shí)，光電式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是與被測(cè)對(duì)象之間無(wú)摩擦和壓力， 保證測(cè)量準(zhǔn)確性。在某些方面，光電式傳感器也有其缺點(diǎn)，包括成本較高，測(cè)量的環(huán)境條件要求較高等。光電式傳感器的種類很多，測(cè)量準(zhǔn)確、靈敏、非接觸，并且測(cè)量參數(shù)多。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，其中的光電式傳感器對(duì)裝入藥瓶的藥片數(shù)進(jìn)行一一計(jì)數(shù)，可以滿足本設(shè)計(jì)的要求。 常見(jiàn)的光電式傳感器有對(duì)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(cè)方式，紅外調(diào)制發(fā)射器與接收器均在一端安裝，其檢測(cè)準(zhǔn)確率較低，而對(duì)射式光電傳感器雖然安裝復(fù)雜，但由于發(fā)射器與接收器分開(kāi)，其檢測(cè)精度較高，非常適合于本設(shè)計(jì)。 同時(shí)為了 兼容 PLC 的 24V 輸入輸出電平，需要選擇電平與反應(yīng)速度均兼容的光電傳感器完成此部分設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)甄選，最終采用了臺(tái)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(shè)計(jì)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(jì)數(shù)電路如圖 31 所示： 通過(guò) 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(shè)定 12V 時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào)跳變，從而對(duì)光電傳感器的返回波形進(jìn)行整形，完成光電傳感器與 PLC 的 IO 口信號(hào)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(jì)數(shù)電路 9 圖 32 光電傳感器輸出波形整形電路 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是典型的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī)。它受驅(qū)動(dòng)控制線路的控制，將進(jìn)給脈沖的電平信號(hào)直接變換為具有一定方向、大小和速度的機(jī)械轉(zhuǎn)角位移，并通過(guò)齒輪和絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。由于該系統(tǒng)沒(méi)有反饋檢測(cè)環(huán)節(jié)，它的精度較差，速度也受到步進(jìn)電機(jī) 性能的限制。但它的結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單、容易調(diào)整，故在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合具有一定的使用價(jià)值。步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。 步進(jìn)電機(jī)的主要特性有以下幾個(gè)方面： （ 1）步距角：步進(jìn)電機(jī)的步距角是反映步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。它是決定步進(jìn)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)。步距角越小，數(shù)控機(jī)床的控制精度越高。 （ 2）矩角特性：矩角特性是步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)重要特性，它是指步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的變化規(guī)律。 （ 3）啟動(dòng)頻率：空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)到正 常運(yùn)行所允許的最高頻率，稱為啟動(dòng)頻率或突跳頻率。若啟動(dòng)時(shí)頻率大于突跳頻率，步進(jìn)電機(jī)就不能正常啟動(dòng)。空載啟動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)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(yùn)行的最高工作頻率：步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，它所能接受的，即保證不丟步運(yùn)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(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。 （ 5）加減速特性：步進(jìn)電機(jī)的加減速特性是描述步進(jìn)電機(jī)由靜止到工作頻率和 10 由工作頻率到靜止的加減速過(guò)程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時(shí)間的關(guān)系。當(dāng)要求步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)到 大于突跳頻率的工作頻率時(shí)，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(shí)，變化速度必須逐漸下降。其中逐漸上升和下降的加速時(shí)間、減速時(shí)間不能過(guò)小，否則會(huì)出現(xiàn)失步或超步。我們用加速時(shí)間常數(shù)和減速時(shí)間常數(shù)來(lái)描述步進(jìn)電機(jī)的升速和降速特性。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有如下六個(gè)特點(diǎn)： （ 1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一圈后，沒(méi)有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。 （ 2）由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)既簡(jiǎn)單、廉價(jià)又非?？煽?。同時(shí)，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(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。 （ 4）速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整，低速下仍能獲得較大轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 （ 5）步進(jìn)電機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能運(yùn)行，不能直接使用交流電源和直流電源。 （ 6） 步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)措施。 在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型選擇，其次是具體的品種選擇，在該自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩，確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用二相八拍混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。在進(jìn) 行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的品種選擇時(shí)，要綜合考慮速比、軸向力、額定轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行頻率，以確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的具體規(guī)格和控制裝置。選用電機(jī)型號(hào)為 BS110HB9905， 為了完成 PLC 對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，需要設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。為了節(jié)約 PLC 的 IO 資源，同時(shí)提高 PLC 的控制性能，需要設(shè)計(jì)一個(gè)可由 PWM控制的，高細(xì)分度的步進(jìn)電機(jī)控制器。 THB7128 為國(guó)產(chǎn)的 128 高細(xì)分度二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 芯片 ，其單相通路輸出電流在 24V 時(shí)最大為 。同時(shí)其內(nèi)部高速 MOS 管搭建的雙 H 橋驅(qū)動(dòng)電路保證開(kāi)關(guān)速度。實(shí)現(xiàn)了 PLC 慢速輸出 與驅(qū)動(dòng)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(jìn)電機(jī)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(xì)分度的