【導讀】求也越來越大，且對衛(wèi)生紙的安全性，方便性要求也越來越高。為使包裝出的物品整。本設計以高速全自動卷紙包裝機控制系統(tǒng)作背景，同時結合理論和實踐，裝機控制系統(tǒng)中的應用。的可行性與前景。，計算其輸入輸出I/O. 點，然后對PLC選型，硬件組態(tài)的設計。包裝過程中的同步控制問題。網(wǎng)絡及STR語句，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與控制輸出設備的高速、高效、安全地運行。經(jīng)過我們的努力，卷紙包裝機控制系統(tǒng)的設計已經(jīng)完成。并且經(jīng)過了嚴格的測試，在實驗室的模擬運行中，取得了良好的控制效果。使該機無論從功能上還是效率上都。獲得了質(zhì)的提高，較好地實現(xiàn)了控制要求。PLC與集散型控制系統(tǒng)的比較................錯誤!

　　

【正文】 會 印有一個色標。在衛(wèi)生卷紙供送的 同時，包裝材料還要 執(zhí)行 一個切斷 程序 ，這就 大大加大 了同步供送的復雜性 [17]。如圖 所示 ： 包裝材料每供送到 要求 長度時，光電傳感器 識別 到色標信號， 把色標信號作為同步信號送給比較器，同時 把 信號輸送給切紙機構，由于切紙機構 和 包 裝 材料在水平方向上是同步的 （ 關于切紙機構 和 包裝材料的同步控制在此 不進行一一 論述 ） ， 所以 他并不 對 送料速度 產(chǎn)生影響 。產(chǎn)品供送系統(tǒng)的信號 依靠 接近開關取出。 如 包裝材料 色標 光電傳感器 圖 同步控制方法 比較器 伺服電機 差速器 產(chǎn)品供送信號的獲取 產(chǎn)品供送系統(tǒng) 機械動力 基于 PLC 高速全自動包裝機的控制系統(tǒng)設計 19 圖 所示， 在產(chǎn) 品 的 供送系統(tǒng)驅(qū)動軸 上放置 一個半圓形金屬片 1，在側(cè)面 放置一個 接近開關 J 的 小型 探頭，如圖所示的瞬間， 快要 接近開關 時無法 感應到金屬片 1，我們 假設輸出狀態(tài) 是 1，當產(chǎn)品供送軸 3 開始作 旋轉(zhuǎn) 動作時 ，半圓金屬片 擋住了 接近開關， 此時 接近開關 的 輸出狀態(tài) J 是 0， 所以 產(chǎn)品 的 供送軸每 作 旋轉(zhuǎn) 動作 一圈， 靠近開關的 1 與 0 輸出狀態(tài) 大概分別 占一半的時間。假設光電傳感器 S 檢測到有色標信號時 的 輸出狀態(tài) 是 1， 而無 色標信號時輸出 是 0， 此時 只 需 判斷每次光電傳感器檢測到色標時 靠近 開關的輸出狀態(tài)，就 可以 得 到 產(chǎn)品供送系統(tǒng) 比包裝材料供送系統(tǒng) 是滯后還是超前。在圖 所示時刻， 此時 光電傳感器 S 輸出 是 1 時，接近開關 J 的輸出也是 1， 因此能夠 認為產(chǎn)品供送滯后，當 J 為 0 時 ， 也就是 半圓金屬片遮當住 了 接近開關時， S 是 1，則產(chǎn)品供送 是 超前 的 。 我們 可以根據(jù)這樣的判斷來控制伺服電機對產(chǎn)品供送系統(tǒng)的速度進行補償。 一旦 兩個系統(tǒng) 正好 同步，在圖 的同步范圍內(nèi)，要求伺服電機既不正轉(zhuǎn)也不反轉(zhuǎn)，處于停止狀態(tài)。具體作法是讓控制電路在超前和滯后的轉(zhuǎn)換時，由跳變信號觸發(fā)，給出一段延時時間，在 這段 時間內(nèi)獲得色標信號 S 表示同步，控制伺服電機不 進行 動作。這段延時時間的長短是可供隨時調(diào)節(jié)的，因此達 到同步精度可調(diào)的目的。在這段延時結束后，如果獲得 S 信號，則表時產(chǎn)品供送超前，發(fā)出調(diào)控動作 [18]。 同步控制電路原理的分析 由圖 所示 ， J 端被鏈接在靠近開關的輸入接口， S 端被連接在光電傳感器的輸入端口。根據(jù)要求選 74LS10 集成電路中的二個三輸入與非門組成，反相器挑中74LS00 集成電路。 555 時作基電路， R1 延時調(diào)到 T10。 因為 T1 時間越少，同步準確度就突出。發(fā)光二極管 LED1 的作用是調(diào)整 T1。當555 的 2 腳獲取負脈沖，高電位在 3 腳被輸出。為讓與非門 74LS10 的 5 腳的功能不能 實現(xiàn)，所以需要反相器來控制。與非門的結果功能輸出是讓 556 構成的兩個延時電路，他們的功能作用是控制電機的正反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)補償時間由 R 與 C9 一起控制，正轉(zhuǎn)補償時由 R7 與 C7 共同控制， R8 與 R7的數(shù)據(jù)一樣， C9 和 C7 的數(shù)值也一樣，因此電機的正反向補償時間是相通的。 BG1 與 BG2 各自帶動繼電器 K1與 K2，達到電機正反轉(zhuǎn)的效果。二極管 D2 與 D3 具有擔保功能。正反轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)可由發(fā)光二極管 LED2與 LED3 顯示。產(chǎn)品供送和包裝材料的供送同步精度調(diào)節(jié)要根據(jù)包裝質(zhì)量的要求，生產(chǎn)速度，正反方向的補償情況等因素綜合考慮。調(diào)節(jié) R1 可必變精度的大小，如果同步精度要求高，生產(chǎn) 時間短且要求速度快 ， 此時 要 合理 調(diào)小 R1 的 阻值。 除此之外 ，調(diào)節(jié) R7 與 R8， 調(diào)整 伺服電機每次 進行 補償?shù)?具體 時間 [19]。 假如 伺服電機 進行的 正反向動作交替 過于 頻繁， 表明 補償量 已經(jīng) 超過需要， 這時可以合理 減少補償 的 時間。 假如 伺服電機 所做的 單方面動作 過于 頻繁， 表 明 這一 方向的補償 時間 不夠， 此時 可 以 適當 增加 補償 的 時間。 完美 情況下的補償伺服電機 所進行 的動作補償不 能 太 過 頻繁， 同 基于 PLC 高速全自動包裝機的控制系統(tǒng)設計 20 時 正反向的協(xié)動作交替都 是不可少的 。 所以 ，要 把 R1, R7 以及 R8 配合起來 統(tǒng)一 調(diào)節(jié)。從 實際 的操作 運行 不難看出 ， 這 種 控制方式的原理 以及 電路 均 是合理 的 ， 且可以 滿足現(xiàn)實 需要，同步控制精度可以在不停機的情況下實現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，控制效果大大優(yōu)于常規(guī)的凸輪控制出，這控制方法的原理與電路是可行的，達到我們的預期所需效果，同步控制的精確度能在不停機的環(huán)境下完成在線調(diào)整，這就是這系統(tǒng)的優(yōu)勢特點 [20]。 圖 控制電路原理 基于 PLC 高速全自動包裝機的控制系統(tǒng)設計 21 6 系統(tǒng)的軟件設計 概述 PLC 基于計算機，但不全部等同于計算機。一般的計算機進行入出信息變換，多數(shù)僅顧及信息本身，信息的入出，滿足人機界面好就可以了 [21]。但 PLC 則還要考慮信息入出的可 靠性、實時性以及信息的使用等問題。特別是要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等因素 [22]。 可編程序控制器實現(xiàn)控制的要點 入出信息變換、可靠物理實現(xiàn)，可以說是 PLC 實現(xiàn)控制的兩個基本要點。入出信息變換靠運行存儲于 PLC 內(nèi)存中的程序?qū)崿F(xiàn)。 PLC 程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自行開發(fā)的應用程序。系統(tǒng)程序提供運行平臺，同時，還為 PLC 程序的可靠運行及信號與信息轉(zhuǎn)換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。 可靠物理實現(xiàn)主要靠輸入 （ input） 及輸出 （ output） 電路。 PLC 的 I/O 電路，都是專門設計的。輸入電路要對輸入信號進行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內(nèi)部計算機電路在電上是隔離的，靠光禍合元件建立聯(lián)系。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光禍合元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。輸出電路還要進行功率放大，以足以帶動一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等。 輸入電路時刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存到輸入寄存器中。輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點，輸出鎖存器與輸入點也是一一對應的。這里的輸入鎖存器及輸出鎖存器實際就是 PLC處理器 1/O口的寄存器。它們通過總線與內(nèi)存交換信息 ，并主要由運行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。把輸入暫存器的信息讀到 PLC 的內(nèi)存中，稱輸入刷新。PLC 內(nèi)存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這個區(qū)的每一對應位 （ bit） 稱之為輸入繼電器，或稱軟接點。這些位置成 “ 1” ，表示接點通，置成“ 0”為接點斷。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。輸出鎖存器與 PLC內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也是對應的。一個輸出鎖存器也有一個內(nèi)存位 （ bit） 與其對應，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。依靠運行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器，這個映射也稱輸出刷新。 如圖 所示 用戶所要編的程序只是內(nèi)存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的的變換，特別是怎么按輸入的時序變換成輸出的時序。其中框圖代表信息存儲的地點，箭頭代表信息流向及實現(xiàn)信息流動的手段。 這里 輸入電路 I/O刷新 運行程序 輸出電路 I/O刷新 圖 PLC內(nèi)部原理示意圖 輸入點 暫存器 輸入繼電器 輸出繼電器 輸出點 鎖存器 基于 PLC 高速全自動包裝機的控制系統(tǒng)設計 22 體現(xiàn)了 PLC 實現(xiàn)控制的兩個基本要點，同時也 反映了 PLC 中信息的空間關系。 可編程序控制器實現(xiàn)控制的過程 簡單地說， PLC 實現(xiàn)控制的過程一般是 ： 輸入刷新 － 運行用戶程序 － 輸出刷新 －再輸入刷新 － 再運行用戶程序 － 再輸出刷新??永不停止地循環(huán)反復進行著。 有了上述過程，用 PLC 實現(xiàn)控制顯然是可能的。因為 ： 有了輸入刷新，可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入 PLC 的輸入映射區(qū) ： 經(jīng)運行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息 ； 再經(jīng)輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀態(tài)，并通過輸出電路產(chǎn)生相應的輸出。又由于這個過程是永不停止的循環(huán)反復地 進行著，所以，輸出總是反映輸入的變化，只是在時間的響應上略有滯后。當然這個滯后不宜太大，否則所實現(xiàn)的控制不那么及時，也就失去了控制上的意義。為此， PLC 的工作速度要快，速度快、執(zhí)行指令時間短，是 PLC 實現(xiàn)控制的基礎。 可編程控制器實現(xiàn)控制的方式 用以上這種不斷重復運行程序?qū)崿F(xiàn)控制稱掃描方式。是用計算機進行控制的一種方式。此外，計算機用于控制還有中斷方式 ， 需處理的控制先申請中斷，被響應后正在運行的程序中止，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作。待處理完中斷，又返回運行原來程序。哪個控制需要處理，哪個就去申請中斷。 顯然，中斷方式和掃描方式是不同的。 PLC 程序的總體結構 本系統(tǒng)采用的 PLC 軟件是西門子公司的 Step7， Step7 編程軟件可對硬件和網(wǎng)絡實現(xiàn)組態(tài)，具有簡單、直觀、便于修改等特點。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對 PLC 在線上載或下載。利用 Step7 可以方便地創(chuàng)建一個自動化解決方案。 一個自動化項目的基本步驟項目可用來存儲為自動化任務解決方案而生成的數(shù)據(jù)和程序。這些數(shù)據(jù)包括 ： 硬件結構的組態(tài)數(shù)據(jù)及模板參數(shù) ； 網(wǎng)絡通訊的組態(tài)數(shù)據(jù) ；以及為可編程模板編制的程序。它們都被收集在一個項目下。生成一 個項目的主要任務就是為編程準備這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在一個項目中以對象的形式存儲。 在生成一項目后，先插入站，然后可以組態(tài)硬件。在組態(tài)硬件時，可經(jīng)借助于模板樣本對可編程控制器中的 CPU 及各模板進行定義，通過雙擊站來啟動硬件組態(tài)的應用程序。一旦存儲并退出硬件組態(tài)，對于在組態(tài)中生成的每一個可編程模板，都會自動生成程序及空的連接表。連接表可用來定義網(wǎng)絡中可編程模板之間的通訊連接。硬件組態(tài)完成后就可為編程模板生成軟件。為可編程模板編制的軟件存儲在對象文件夾中。對 SIMATICS7 模板而言，該對象文件夾稱作 “ S7 Program”。 在子菜單中，可以選擇要生成的塊的類型 （ 如 ： 數(shù)據(jù)塊 DB， 功能 FC， 功能塊 FCB， 組織塊 OB 或變量表VAT） 。打開一個空的塊，然后用語句表，梯形圖或功能圖輸入程序。 要下裝 S7 用戶程序塊，或 S7 可編程控制器上裝程序到編程器和其它操作，需在 編程設備和可編程控制器之間建立連接。為建立在線連接，編程設備和可編程控制器 基于 PLC 高速全自動包裝機的控制系統(tǒng)設計 23 必須通過合適的接口相連 （ 如，多點接口 MPI） 。然后，可通過一個在線的項目窗口或 “ Accessible Nodes（ 可訪問站點 ）” 窗口訪問可編程控制器。如果在編程設備中沒有關于可編程控制器 的項目數(shù)據(jù)，則可選擇通過 “ Accessible Nodes” 窗口來建立在線連接。這種訪問方式可快速訪問可編程控制器，可用于測試目的。如果在編程設備 PG/PC 的項目中有組態(tài)的可編程控制器，可通過選擇在線的項目窗口建立連接。該窗口顯示可編程控制器中的項目數(shù)據(jù)?？删幊炭刂破髦械?S7 程序或 M7 程序都可以在在線窗口中顯示。 PLC 軟件的選擇 為了便于我們實現(xiàn)簡單，直觀，方便我們修改的這些要求，所以我們采用 Step7這款軟件， Step7 這軟件是我們該系統(tǒng)的最佳選擇，該款軟件可對硬件與網(wǎng)絡完成組態(tài)功能， 很有優(yōu)勢 [23]。 Step7 軟件的介紹 STEP 編程軟件用于 S