【正文】 輸出為0，只要判斷每次光電傳感器檢測到色標(biāo)時接近開關(guān)的輸出狀態(tài)，就能得出產(chǎn)品供送系統(tǒng)是滯后還是超前于包裝材料供送系統(tǒng)。在圖39所示時刻，正好光電傳感器S輸出為1時，接近開關(guān)J的輸出也為1，可以認(rèn)為產(chǎn)品供送滯后，當(dāng)J為0，即半圓金屬片遮當(dāng)住接近開關(guān)時，S為1，則產(chǎn)品供送超前?？梢愿鶕?jù)這樣的判斷來控制伺服電機(jī)對產(chǎn)品供送系統(tǒng)的速度進(jìn)行補(bǔ)償。如果兩個系統(tǒng)剛好同步，在圖39的同步范圍內(nèi)，要求伺服電機(jī)既不正轉(zhuǎn)也不反轉(zhuǎn)，處于停止?fàn)顟B(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，在此時間內(nèi)獲得色標(biāo)信號S表示同步，控制伺服電機(jī)不動作。這段延時時間的長短是可供隨時調(diào)節(jié)的，因此達(dá)到同步精度可調(diào)的目的。在這段延時結(jié)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。 上述原理可由圖312實現(xiàn)。當(dāng)S為0時，卻未檢測到色標(biāo)，兩個與門F和Z都被鎖住，J的狀態(tài)對輸出結(jié)果無影響，正反補(bǔ)償均無輸出。只有當(dāng)檢測到色標(biāo)信號，S=1，電路中2, 4腳為高電位時，J的狀態(tài)才對輸出有影響。如果J=1, 1腳為高電位，F(xiàn)輸出為1，進(jìn)行反轉(zhuǎn)補(bǔ)償。如果包裝材料供送超前，J剛好從1變?yōu)?, 1腳為低電位，鎖住F，而3腳由反相器的作用為1，如果得到S=1，使4腳電位也為1, Z輸出狀態(tài)取決于腳5。但由于J的跳變，延時電路得到一個負(fù)觸發(fā)脈沖，輸出低電位，使5腳為0，將Z鎖住也無輸出。這時正反補(bǔ)償都不動作，即補(bǔ)償電機(jī)停止，表示兩個系統(tǒng)處于同步狀態(tài)。當(dāng)延時結(jié)束后，延時電路輸出高電位，使5腳電位為1，如果包裝材料供送滯后，檢測到色標(biāo)S=1，使3, 4, 5腳都是高電位，Z輸出為1，形成正轉(zhuǎn)補(bǔ)償。 同步控制電路原理如圖313所示。接近開關(guān)的輸入接J端，光電傳感器的輸入接S端。比較電路選用一塊74LS 10集成電路中的二個三輸入與非門構(gòu)成，反相器選用一塊74LS00集成電路。用一塊555時基電路，調(diào)節(jié)電位器R1可調(diào)整電路的延時時間Tlo T1時間越短，同步精度就越高。T1的調(diào)整效果可通過發(fā)光二極管LED1來指示。只要555的2腳得到負(fù)脈沖，3腳就輸出高電位。為了能鎖住與非門74LS10的5腳，用一個反相器反相。與非門的比較結(jié)果輸出給由556組成的兩個延時電路，這兩個延時電路的輸出分別控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。R8和C9決定反轉(zhuǎn)補(bǔ)償時間，R7和C7決定正轉(zhuǎn)補(bǔ)償時間，R8與R7值相等而且聯(lián)動，C9和C7容量也相等，所以伺服電機(jī)的正反向補(bǔ)償時間是一樣的。BG1和BG2分別驅(qū)動繼電器K1和K2，實現(xiàn)對伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。二極管D2和D3起保護(hù)作用，即在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)補(bǔ)償期間又出現(xiàn)反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)指令時，伺服電機(jī)不會出錯。在伺服電機(jī)的主電路中也有互鎖保護(hù)環(huán)節(jié)。實際上主電路中也可用固體繼電器代替普通有觸點(diǎn)繼電器。正反轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)可通過發(fā)光二極管LED2和LED3指示。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(bǔ)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)速度快，要適當(dāng)調(diào)小R1阻值。另外，調(diào)節(jié)R7和R8，改變伺服電機(jī)每次補(bǔ)償?shù)臅r間。如果伺服電機(jī)正反向動作交替頻繁，說明補(bǔ)償量超過需要，可適當(dāng)減少補(bǔ)償時間。如果伺服電機(jī)單方面動作頻繁，說明該方向的補(bǔ)償不夠，可適當(dāng)增加補(bǔ)償時間。理想情況下的補(bǔ)償伺服電機(jī)的動作補(bǔ)償不太頻繁，而且正反向的協(xié)動作交替都有。因此，要將R1, R7和R8配合起來調(diào)節(jié)。 通過實際運(yùn)行證明，該控制方式的原理和電路是合理，可行的，能夠滿足實際需要，同步控制精度可以在不停機(jī)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)的凸輪控制方式。3. 5本章小結(jié) 本章主要對控制系統(tǒng)的供電線路及包裝各工位的電氣圖進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)放卷分切部分的受力分析，建立模型，然后依據(jù)自適應(yīng)控制原理設(shè)計和實現(xiàn)了張力控制，同時也實現(xiàn)了送料過程中的同步控制并繪出了電路圖。第四章系統(tǒng)的編程和設(shè)置 本系統(tǒng)的程序控制部件共有兩個，一個是PLC，另一個是工控機(jī)，因此控制軟件的設(shè)計也就分為PLC的軟件設(shè)計和工控機(jī)的軟件設(shè)計兩部分，其軟件分別為Step7, WinCCo PLC的軟件設(shè)計 PLC基于計算機(jī)，但不等同于計算機(jī)。普通計算機(jī)進(jìn)行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就行了。而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(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。 ’25]一[3l] 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(diǎn)。入出信息變換靠運(yùn)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(yīng)用程序。系統(tǒng)程序提供運(yùn)行平臺，同時，還為PLC程序的可靠運(yùn)行及信號與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)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(shè)計的。輸入電路要對輸入信號進(jìn)行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內(nèi)部計算機(jī)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(jìn)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。1/O電路是很多的，每一輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)都要有一個I或O電路。PLC有多少1/O點(diǎn)，一般也就有多少I/O電路。但由于它們都是由高度集成化的電路所組成的，所以所占體積不大。 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。每一輸入點(diǎn)都有一個對應(yīng)的存儲信息的寄存器。輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送給輸出點(diǎn)，輸出鎖存器與輸入點(diǎn)也是一一對應(yīng)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(yùn)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(yīng)位(bit )稱之為輸入繼電器，或稱軟接點(diǎn)。這些位置成“1，表示接點(diǎn)通，置成“0”為接點(diǎn)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(yīng)的。一個輸出鎖存器也有一個內(nèi)存位(bit )與其對應(yīng)，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。依靠運(yùn)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。這樣，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。圖41對以上敘述做出了說明。其中框圖代表信息存儲的地點(diǎn)，箭頭代表信息流向及實現(xiàn)信息流動的手段。這個圖既反映了PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點(diǎn)，同時也反映了PLC中信息的空間關(guān)系。，PLC實現(xiàn)控制的過程【‘一般是:輸入刷新一運(yùn)行用戶程序一輸出刷新一再輸入刷新一再運(yùn)行用戶程序一再輸出刷新……永不停止地循環(huán)反復(fù)進(jìn)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(yùn)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(yīng)的輸出。又由于這個過程是永不停止的循環(huán)反復(fù)地進(jìn)行著，所以，輸出總是反映輸入的變化，只是在時間的響應(yīng)上略有滯后。當(dāng)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(chǔ)。 用以上這種不斷重復(fù)運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)控制稱掃描方式。是用計算機(jī)進(jìn)行控制的一種方式。此外，計算機(jī)用于控制還有中斷方式。在這種方式下，需處理的控制先申請中斷，被響應(yīng)后正在運(yùn)行的程序中止，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作(運(yùn)行有關(guān)中斷服務(wù)程序)。待處理完中斷，又返回運(yùn)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(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)采用的PLC軟件是西門子公司的Step7, Step?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(diǎn)。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Step?可以方便地創(chuàng)建一個自動化解決方案。 圖42為創(chuàng)建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(wù)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(jié)構(gòu)的組態(tài)數(shù)據(jù)及模板參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)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(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(jìn)行定義，通過雙擊站來啟動硬件組態(tài)的應(yīng)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S7瓜7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。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SIMATIC S7模板而言，該對象文件夾稱作“S7Program。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(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(如，多點(diǎn)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(diǎn))”窗口訪問可編程控制器。如果在編程設(shè)備中沒有關(guān)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(shè)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)。可編程控制器中的S7程序或M7程序都可以在在線窗口中顯示。 在完成組態(tài)，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或個別塊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S7CPU中上載塊到PG/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PG/PC中編輯它。 PLC編程軟件Step?簡介 Step?編程軟件是基于Windows95/98或WindowsNT的S7300/400PLC配置和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。通過Step?，用戶可以進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)和I/0通道的狀態(tài)等。 SIEMENS S7300系列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)和功能塊圖編程語言(FBD)，其它編程語言作為可選軟件包使用。通過編程器在WindowsNT的環(huán)境下對系統(tǒng)進(jìn)行配置、程序編制、調(diào)試和監(jiān)視，用戶界面方便友好。(LAD)是STEP?編程語言的圖形表達(dá)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(diǎn)、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。 (STL)是STEP7編程語言的文本表達(dá)方式。與機(jī)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(kuò)展到包括一些高層語言結(jié)構(gòu)(例如，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的訪問和塊參數(shù))。 (FBD)是STEP7編程語言的圖形表達(dá)方式，使用與布爾代數(shù)相類似的邏輯框來表達(dá)邏輯。復(fù)合功能(如數(shù)學(xué)功能)可用邏輯框相連直接表達(dá)。 Step?有三種編程方法:A:線性編程。B:分部式編程。C:模塊化編程。模塊化編程就是把程序分成若干程序塊，各程序塊分別含有一些設(shè)備和任務(wù)的程序指令，每個功能區(qū)被分成不同的塊進(jìn)行編程，這有利于程序的多人同時編程，也利于程序調(diào)試和故障的查找。 廣義的程序塊分為系統(tǒng)程序塊和用戶程序塊[32]，如表41所示。系統(tǒng)程序塊是集成在CPU操作系統(tǒng)中的預(yù)定義的功能和功能塊，不占用用戶存儲空間，并且在整個系統(tǒng)中都具有相同的接口、相同的名稱和相同的編號。用戶程序塊是提供給用戶用于管理用戶程序代碼和數(shù)據(jù)的區(qū)域。 STEP 7將用戶程序指令存放在“塊”中。本控制系統(tǒng)用戶程序，主要有四類程序塊:功能FC (Function)、功能塊FB (Function block)、組織塊OB (Organizationblock)和數(shù)據(jù)塊DB (Data block)。其中FB和FC作為OB的子程序。全局?jǐn)?shù)據(jù)塊:全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中定義的監(jiān)控量(地址)可被所有邏輯塊使用，因而在全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中定義了包裝傳輸設(shè)備、環(huán)境量、電源等所有監(jiān)控量(地址)，根據(jù)此地址，邏輯塊可訪問、調(diào)用所有的監(jiān)控量。 根據(jù)卷紙包裝機(jī)的實際情況，我們在編程時作了如下規(guī)定:DB1定義存儲放卷分切的所有開關(guān)量和模擬量。DB2定義存儲環(huán)境設(shè)備的監(jiān)控量。DB3定義存儲包裝過程的所有開關(guān)量監(jiān)控量:0B5定義了所有電源的監(jiān)控量。具體到各站的定義又根據(jù)設(shè)備和通信的需要稍有不同。根據(jù)PLC設(shè)備對定義變量地址的規(guī)定，數(shù)字量模塊都按4個字節(jié)(32位)分配地址，模塊的起始地址是實際插槽(SLOT)號減1乘4，每個數(shù)字量只占1位地址:模擬量模塊自動按16個字節(jié)的地址寄存器分配地址，模擬量模塊的起始地址是實際插槽(SLOT)號減1乘64，再加上512,每個模擬量占用2個字節(jié)的地址。(OB):提供CPU操作系統(tǒng)與用戶程序的接口。OB1為執(zhí)行用戶程序 的接口。(FB ):有相連存儲器區(qū)的邏輯塊。單個FB塊可以帶不同的即時數(shù)據(jù) 塊，多次調(diào)用。FB塊定義為“可再調(diào)用”塊，用戶程序?qū)γ看蜦B調(diào)用提供 新參數(shù)。(FC)