【導(dǎo)讀】業(yè)的發(fā)展遇到新的挑戰(zhàn)。為了滿足人們不段攀升的物質(zhì)文化需求，跟上包裝工業(yè)。究必須與時俱進，不斷更新和升級。診斷與排除困難等缺點，提出了用PLC對包裝機控制系統(tǒng)進行設(shè)計。器作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強大、性能穩(wěn)定可靠?；a(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。通過對小型全自動顆粒料包裝機工藝過程。設(shè)計工作的任務(wù)包括包裝機構(gòu)和運動分析，控制部分的硬件選擇，地址分配、I/O端子接線、程序設(shè)計和控制原理。的測試，在實驗室的模擬運行中，取得了良好的控制效果。通過程序優(yōu)化，及并。行化處理，較好地實現(xiàn)了廠方提出的控制要求?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生········································································1. 可編程控制器的發(fā)展····················································&

　　

【正文】 些電路一般都集成在一塊芯片上。 CPU 通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出 (I/O)接口電路相連接。 存儲器 存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。系統(tǒng)程序是用來控制和完成 PLC 各種功能的程序，這些程序是由 PLC 制造廠家用相應(yīng) CPU 的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到 ROM 中。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 22 用戶程序存儲器用來存放由編程器或計算機輸入的用戶程序。用戶程序是指使用者根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序，可以通過編程器或計 算機修改或增刪。 輸入接口電路 現(xiàn)場輸入接口電路一般有光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組成。 輸出接口電路 一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。 微電腦輸出接口電路 :一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成而成。 CPU 通過數(shù)據(jù)總線將要輸出的信號放到輸出數(shù)據(jù)寄存器中。 功率放大電路 :是為了適應(yīng)工業(yè)控制的要求，將微電腦輸出的信號加以放大。PLC 一般采用繼電器輸出，也有的采用晶閘管或晶體管輸出。 PLC 工作原理 PLC 雖然具有微機的許多優(yōu)點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微 機一般采用等待命令的工作方式。如常見的鍵盤掃描方式或 I/O 掃描方式，有鍵按下或 I/O 動作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。 PLC 則采用循環(huán)掃描工作方式，在 PLC 中，用戶程序按先后順序存放， CPU 從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。這個工作過程分為五個階段 :自診斷，與編程器等的通信，輸入采樣，用戶程序的執(zhí)行，輸出刷新 [7] 。其工作過程框圖如圖 所示。 自診斷與編程器計算機等通信 讀入現(xiàn)場信號 執(zhí)行用戶程序 結(jié)果輸出 圖 PLC 的工作過程 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 23 PLC 的軟件設(shè)計 GX Developer 開發(fā)工具的特點 GX Developer編程軟件是基于 Windows95/98或 Windows XP的為三菱 Q 、 nQ 、FX系列的 PLC 配置和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。通過 GX Developer，用戶 可以進行系統(tǒng)配置和程序的編寫、調(diào)試，在線診斷 PLC 硬件配置狀態(tài)、控制 PLC 的運行狀態(tài)和 I/0 通道的狀態(tài)等。 三菱 FX1N 系列的 PLC 編程語言有三種 :語句表編程語言 (STL)、梯形邏輯編程語言 (LAD)和順序功能圖編程語言 (SFC)，其它編程語言作為可選軟件包使用。通過編程器在對系統(tǒng)進行配置、程序編制、調(diào) 試和監(jiān)視，用戶界面方便友好。 1. 梯形邏輯編程 (LAD)是 GX Developer 編程語言的圖形表達方式。它的指令語法與一個繼電器梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號通過各個觸點、復(fù)合元件以及輸出線圈時，梯形圖可以讓你 追蹤 電信號在電源示意線之間的流動。 表 (STL)是 GX Developer 編程語言的文本表達方式。與機器碼相似，如果一個程序是用語句表編寫的， CPU 執(zhí)行程序時則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。為使編程更容易，語句表已擴展到 包括一些高層語言結(jié)構(gòu)。 塊圖 (SFC)是 GX Developer 編程語言的圖形表達方式，順序功能流程圖編程是一種圖形化的編程方法，又稱功能 圖。使用它可以對具有并發(fā)、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進行編程。 PLC 程序的總體結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)采用的 PLC 軟件是三菱公司的 GX Developer， GX Developer 編程軟件可對硬件和網(wǎng)絡(luò)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 GX Developer 可以方便地創(chuàng)建一個自動化解決方案。 下圖為創(chuàng)建一個自動化項目的基本步驟： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 24 圖 創(chuàng)建自動化項目的步驟 GX Developer 可用來生成自動化項目所需的數(shù)據(jù)和程序。這些數(shù)據(jù)包括：硬件結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)、模板參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊數(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(wù)就是為編程準(zhǔn)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的應(yīng)用程序。一旦存儲并退出，生成的每一個可編程模板都會自動生成 GX Developer 程序及空的連接表。連接表可用來定義網(wǎng)絡(luò)中可編程模板之間的通訊連接。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。在子菜單中，可以選擇要生成的塊的類型。打開一個空的塊，然后用語句表，梯形圖 或順序功能圖輸入程序。 GX Developer 可編程控制器上裝程序到編程器和其它操作，需在編程設(shè)備和可編程控制器之間建立連接。為建立在線連接，編程設(shè)備和可編程控制器必須通過合適的接口相連。然后是對參數(shù)進行設(shè)定，創(chuàng)建程序。 在參數(shù)賦值，程序創(chuàng)建和建立在線連接后，可以下載整個用戶程序到一個可編程控制器。在下載完整的或部分用戶程序到 CPU 之前，把工作方式從 RUN 模式置到 STOP 模式?？梢酝ㄟ^在線連接下載各個塊或整個用戶程序到 RAM。在可編山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 25 程控制器中，如果掉電且 RAM 沒有被備份則數(shù)據(jù)丟失。也可以下載整個用 戶程序到 EPROM 存儲卡中。當(dāng)電源關(guān)斷后和 CPU 復(fù)位時，保存在他們上面的數(shù)據(jù)將被保留。另外，可以從可編程控制器中上載一個工作站，或從一個 CPU 中上載塊到PC。這樣，當(dāng)出現(xiàn)故障而不能訪問到程序文檔的符號或注釋時，就可以在 PC 中編輯它。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的原則 設(shè)計一個 PLC 控制系統(tǒng)需要以下七個步驟： 1. 系統(tǒng)設(shè)計與設(shè)備選型 a. 分析你所控制的設(shè)備或系統(tǒng)。 PLC 最 主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可能是單個機器，機群或一個生產(chǎn)過程； b. 判斷一下你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)是否 符合可編程控制器的點數(shù)要求； c. 判斷一下你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的復(fù)雜程度，分析內(nèi)存容量是否夠。 2. I/O 賦值（分配輸入輸出） a. 將你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的輸入信號進行賦值，與 PLC 的輸入編號相對應(yīng)；（列表） b. 將你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的輸出信號進行賦值 ，與 PLC 的 輸出編號相對應(yīng)。（列表） 3. 設(shè)計控制原理圖 a. 設(shè)計出較完整的控制草圖； b. 編寫你的控制程序； c. 在達到你的控制目的的前提下盡量簡化程序。 4. 程序?qū)懭?PLC 將你的程序?qū)懭肟删幊炭刂破鳌? 5. 編輯調(diào)試修改你的程序 (邏輯及語法檢查）； END，分段調(diào)試程序； 。 6. 監(jiān)視運行情況 在監(jiān)視方式下，監(jiān)視一下你的控制程序的每個動作是否正確。如不正確返回步驟 5，如果正確則作第七步。 7. 運行程序 包裝機的 PLC 程序設(shè)計 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 26 PLC 程序總體設(shè)計 程序設(shè)計應(yīng)該建立在各個機構(gòu)的工作順序以及對整個系統(tǒng)方案的優(yōu)化的基礎(chǔ)之上的，按照 PLC 應(yīng)用的步驟開發(fā)完成的。程序控制的目的 是實現(xiàn)整個機械能夠穩(wěn)定的運行，將顆粒料物品包裝完整。根據(jù)第二章、第三章對整個包裝機各個機構(gòu)部分的工藝分析，可以得到包裝機的總體程序流程框圖如下圖： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 27 P L C 停 止 運 行程 序 開 始初 始 化 程 序設(shè) 備 有故 障判 斷 操 作方 式顯 示 燈 控 制自 動 手 動封 口 到 位 手 動 程 序搖 箱 動 作 送 紙 動 作送 紙 到 位壓 紙 切 紙 動 作切 紙 到 位下 料 開 始下 料 結(jié) 束封 口 卸 料結(jié) 束否 ？結(jié) 束P L C 有 故 障YNYNYN搖 箱 到 位系 統(tǒng) 開 始 圖 總體程序流程圖 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 28 利用 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計原則，我們采用的編程軟件為三菱官方提供的 GX Developer[17] ，在程序編寫之前我們首先確定 I/O 點的地址， PLC 輸入輸出地址如下圖： 圖 PLC 的 I/O 地址分配 我們采用的是 SFC（如圖 ）的編程方式；順序功能圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（ SFC）是一種面向工藝流程的圖形方式的編程語言，類似于計算機編程時的程序框圖。用 SFC 進行程 序設(shè)計時，首先應(yīng)分析工藝流程，將一個復(fù)雜的工藝過程分解為若干個工序，理清各個工序的輸出任務(wù)和轉(zhuǎn)移條件，而無需在時刻變化的工序動作中進行設(shè)計 [3] 。在此基礎(chǔ)上畫出其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，再用步進順控指令（ STL） 將很容易獲得相應(yīng)的梯形圖。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 29 根據(jù)包裝機械的包裝工藝寫出如下的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。 包裝機的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 由前面所述 ，包裝機的工作過程分為：搖箱動作、送紙動作、下料動作、壓紙切紙動作以及封口動作。整個過程由 PLC 控制電磁閥開啟氣缸來驅(qū)動各個機構(gòu)按一定的順序動作。每個機構(gòu)動作的行程由傳感器傳遞信號給 PLC 來控制。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 30 PLC 程序的優(yōu)化設(shè)計 為了提高生產(chǎn)效率，節(jié)省一個周期包裝時間，因此整個系統(tǒng)中各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系包括有單流程、選擇性分支與匯合、跳轉(zhuǎn)與循環(huán)等幾種基本的組合形式，很適合用 SFC 的 設(shè)計方法來進行編程。 下 面簡單分析包裝機工作的基本優(yōu)化過程： 首先開始搖箱動作，為了節(jié)省整個包裝 的時間，在送紙一和搖箱動作同時進行，在此過程中其它機構(gòu)不允許動作。送紙一動作到位后，碰到傳感器，傳感器給 PLC 一個輸入信號， PLC 再接著動作下一個動作。接下來是送紙二動作，動作工作原理相同與送紙一相同，再接著是壓紙切紙動作，再是下料動作，完成后抽板動作將顆粒聊落到包裝紙中，最后是封口動作，這樣就完成了所有機構(gòu)的運動順序。各動作工作原理相同特別搖箱動作始終貫穿于整個工作周期中，即一個周期來回?fù)u兩次箱。 通過上述工作流程，我們可以很好的寫出系統(tǒng)工作的 SFC 圖，再用步進順控指令可以很方便的得到 PLC的梯形圖；采用 SFC方法設(shè)計 PLC控制程序思路清楚，易讀易修改。各狀態(tài)之間相互獨立，各狀態(tài)對應(yīng)的輸出明確，也便于程序調(diào)試，這種設(shè)計方法符合該系統(tǒng)的控制要求。 我們采用的是 SFC 的編程方式，在編寫程序之前要把方框圖（如圖 ）設(shè)計完畢，再對每一個方框編寫梯形圖。 總的程序包括初始化程序和主程 序；初始化程序是當(dāng)系統(tǒng)剛剛啟動時，對系統(tǒng)的各項設(shè)置進行初始化，在我們調(diào)試程序的時候，首先也要利用初始程序，手動啟動系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行各方面的設(shè)置；而主程序是整個系統(tǒng)正常運行的程序，在 SFC 的方框圖 中我們可以看出，主程序包括搖箱動作 、送紙動作、下料動作、壓紙切紙動作、及封口動作的程序?！?0”方框代表系統(tǒng)休眠，系統(tǒng)處于停機狀態(tài)?！?11”方框為送紙一動作哦；其他的方框在程序中將體現(xiàn)出來。 如 圖 ，各方框里編寫有梯形圖，在處于不同的方框圖狀態(tài)時，系統(tǒng)運行的狀況不同；如下圖所示搖箱 1 號的狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件和狀態(tài)內(nèi)容： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 31 圖 搖箱 1 號梯形圖 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 32 S5 是搖箱 1 號狀態(tài)與搖箱 2 號狀態(tài)并行的結(jié)構(gòu)，搖箱 2 號的狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件和狀態(tài)內(nèi)容如下圖： 圖 系統(tǒng)休眠狀態(tài)梯形圖 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 33 結(jié) 論 在這次研究設(shè)計中，我發(fā)現(xiàn)了可編程控 制器的方便性及其實用性和廣闊的發(fā)展空間并且我從中也學(xué)習(xí)到的很重要的東西。 通過幾個月的研究與設(shè)計，經(jīng)歷了實驗室調(diào)試、模擬現(xiàn)場調(diào)試以及現(xiàn)場調(diào)試等幾個階段；最后在現(xiàn)場調(diào)試中各項功能都基本達到了預(yù)先設(shè)定目標(biāo)，保證全部邏輯正確完成，系統(tǒng)可正常工作。 在本次課題工作中，除了鍛煉了自己的能力外，也積累了不少經(jīng)驗，同時發(fā)現(xiàn)有不少值得改進的地方，現(xiàn)總結(jié)如下： ，使系統(tǒng)能夠按預(yù)期的目標(biāo)正常地運行。 2. PLC 程序采用模塊化設(shè)計思想，程序的注釋和文檔也比較充足，不僅在設(shè)計時使結(jié) 構(gòu)清晰，易于檢查和修改。而且為以后軟件的維護和改進提供了方便。 ，加入了各種保護措施，盡量消除了各種可能的事故隱患。 經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計，收獲頗豐，感覺最大的收獲應(yīng)該是對理論和實際相結(jié)合的重要性有了深刻的認(rèn)識。學(xué)到了很多的實踐的知識，特別是 PLC 的編程以及各個接口的接線。原來在課本上學(xué)到的東西當(dāng)實際用起來時才知道相差甚遠(yuǎn)，盡管實驗室里完成了調(diào)試，但到了現(xiàn)場依然問題不斷。所有這些，都使我深深認(rèn)識到實踐的重要性。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 34 致 謝 本人能夠完成學(xué)士階段的學(xué)業(yè) ，并能完成學(xué)士學(xué)位論文，是與許多人的幫助分不開的。在此，我對那些曾經(jīng)幫助我的老師、家人、同事、同學(xué)和朋友表示最衷心的感謝 ! 本文的研究工作是在我的老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題、結(jié)構(gòu)，直到整理、最后定稿，自始至終都傾注著他的心血。在此，我要深深地感謝他 !他高深的學(xué)術(shù)造詣、深入鉆研的精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度是我終身學(xué)習(xí)的楷模。 其次，我要深深地感謝培養(yǎng)和教育我的任課老師以及輔導(dǎo)員，他們高尚的師德情操、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富的專業(yè)知識，是我今后學(xué)習(xí)的榜樣，我從他們那里所學(xué)的知識，將使我受益終生。 同時，我還要感 謝在本論文撰寫過程中，關(guān)心、幫助和鼓勵過我的老師和同事們。感謝我同組同學(xué)，是他們給我提供了大量的資料，增添了我的勇氣，并為我的論文寫作提出了許多積極而富有建設(shè)性的意見 ! 最后再一次誠摯地感謝所有給予我指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)，感謝在百忙中抽出時間進行論文評審的各位老師 !謝謝 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計（本科） 35 參考文獻 [1] 平志韓．可編程序控制器及其在包裝機械中的應(yīng)用初探． 1989． 2，包裝與食品機械 :1419． [2] 段然．可編程控制技術(shù)采樣機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 [C]．碩士學(xué)位論文，西北工業(yè)大學(xué)， 2020． 3． [3] 陳 立定，吳玉香，蘇開才．電氣控制與可編程控制器．廣州 :華南理工大學(xué)了版社， 2020． 2． [4] 路林吉，王堅，江龍康 .可編程控制器原理及應(yīng)用．北京 :清華大學(xué)出版社， 2020． [5] 齊從謙，王士蘭． PLC 技術(shù)及應(yīng)用．北京 :機械工業(yè)出版社， 2020． 8． [6] 張萬忠，周淵深．可編程控制器應(yīng)用技術(shù)．北京 :化學(xué)工業(yè)出版社，2020． 12． [7] 張萬奎．機床電氣控制技術(shù)．北京：中國林業(yè)出版社， 2020． 8． [8] 鐘肇新，彭侃．可編程序控制器原理及應(yīng)用 [M]．廣州 :華南理工大學(xué)社，1995， 212215． [9] 吳宗澤、羅圣國主編．機械設(shè)計課程設(shè)計手冊（第二版）．北京：高等教育出版社， 2020． [10] 王永華．現(xiàn)代電氣控制及可編程控制技術(shù) [M]．北京 :北京航空航天出版社， 2020． [11] 張萬忠，劉明芹．電器與 PLC 控制技術(shù)．化學(xué)化工出版社， 2020． [12] 三菱 FX1N232BD， FX2N485BD 使用手冊． [13] 王魏主編．機械制圖．北京 :高等教育出版社， 2020． [14]楊仲林主編 .包裝自動控制技術(shù)及應(yīng)用 .中國輕工業(yè)出版社， 2020.