【導(dǎo)讀】型鋼堆垛機(jī)是一種用于對(duì)成型鋼材自動(dòng)打捆的設(shè)備。計(jì)，重點(diǎn)介紹了型鋼堆垛機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。主要包括型鋼堆垛機(jī)。包括壓緊機(jī)構(gòu)液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核。

　　

【正文】 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 (10) CPU 的處理速度進(jìn)一步加快 。 目前， PLC 的處理速度與計(jì)算機(jī)相比還比較慢，其高的 CPU 也不過(guò) 80486，將來(lái)會(huì)全面使用 64 位的 RISC 芯片，采用多 CPU 進(jìn)行處理、分時(shí)處理或分任務(wù)處理方式，將各種 模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使 PLC的處理速度達(dá)到納秒級(jí)。 PLC 的特點(diǎn) (1) 抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好 PLC 在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。 I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個(gè)方面： ① 隔離：這是抗干擾的主要措施之一。 PLC 的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來(lái)傳遞信號(hào)。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避 免了光電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對(duì)于 PLC 的影響，同時(shí)防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。② 濾波：這是抗干擾的另一個(gè)主要措施。在 PLC 的電源電路和輸入 /輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對(duì)高頻干擾信號(hào)進(jìn)行有效的抑制。 ③ 對(duì)內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保護(hù)供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的干擾。 ④ 內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測(cè)與診斷、 Watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過(guò)了警戒時(shí)鐘 (WDT)規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了死 循環(huán)），立即報(bào)警，以保證 CPU 可靠運(yùn)行。 ⑤ 利用系統(tǒng)軟件定期進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測(cè)，并采用信息保護(hù)和恢復(fù)措施。 ⑥ 對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。 ⑦ 采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。 ⑧ 以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過(guò)程不依賴于機(jī)械觸點(diǎn)，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工作循環(huán)方式，也提高了抗干擾能力。 (2) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng) PLC 及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。 (3) 編程方便，易于使用 PLC 是面向用戶的設(shè)備， PLC 的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣 進(jìn)行 PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語(yǔ)言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。 (4) 功能完善 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 PLC 的輸出 /輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入 /輸出。在 PLC 內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄 存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)，鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制 I/O 等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印及報(bào)表生成等功能。 (5) 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短 用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫(huà)出電氣原理圖，然后畫(huà)出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來(lái)十分不便。而采用 PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程 序編制工作也可在 PLC 到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。 (6) 體積小、維護(hù)操作方便 PLC 體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。 PLC 的輸入 /輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過(guò)各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 (7) 易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 PLC 可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 (8) 可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC 將電控（邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的 需要。 PLC 的主要功能 (1) 條件控制功能 條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用 PLC 的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。 (2) 定時(shí) /記數(shù)控制功能 定時(shí) /記數(shù)控制功能指用 PLC 提供的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對(duì)某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)問(wèn)繼電器和記數(shù)繼電器。 (3) 數(shù)據(jù)處理功能 數(shù)據(jù)處理功能是指 PLC 能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及編碼和譯碼等操作。 (4) 步進(jìn)控制功能 步進(jìn)控制功能是指用步進(jìn)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 成以后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進(jìn)控制器。 (5) A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換功能 A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換功能是指通過(guò) A/D、 D/A 模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。 (6) 運(yùn)動(dòng)控制功能 運(yùn)動(dòng)控制功能是指通過(guò)高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸運(yùn)動(dòng)控制。 (7) 過(guò)程控制功能 過(guò)程控制功能是指通過(guò) PLC 的 PID 控制指令或模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。 (8) 擴(kuò)展功能 擴(kuò)展功能是指通過(guò)連接輸入輸出擴(kuò)展單元（即 I/O 擴(kuò)展單元）模塊來(lái)增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)，也可通過(guò)附加各種智能單元及特殊功能單元來(lái)提高 PLC 的控制功能。 (9) 遠(yuǎn)程 I/O 功能 遠(yuǎn)程 I/O 功能是指通過(guò) I/O 單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入、輸出設(shè)備與 PLC 主機(jī)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，接收輸入信號(hào)、傳出輸出信號(hào)。 (10) 通信聯(lián)網(wǎng)功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過(guò) PLC 之問(wèn)的聯(lián)網(wǎng)、 PLC 與上位機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程 I/O 控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。 (11) 監(jiān)控功能 監(jiān)控 功能是指 PLC 能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進(jìn)行狀態(tài)和進(jìn)程，對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行報(bào)警和記錄，甚至自動(dòng)終止運(yùn)行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時(shí)器、記數(shù)器等設(shè)定值或強(qiáng)制 I/O 狀態(tài)。 PLC 的分類 PLC 的種類很多，其實(shí)現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外型等方面均存在較人的差異。因此， PLC 的分類并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)、實(shí)現(xiàn)的功能人致地分類。 a．按結(jié)構(gòu)形式分類 PLC 按硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分 為 整體式和模塊式。 整體式 PLC。 整體式 PLC 的 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 安裝在同一機(jī)體內(nèi) （如三菱的 FX 系列）。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低 ， 適用于嵌入控制設(shè)備的內(nèi)部，常用于單機(jī)控制。 模塊式 PLC。 組合式 PLC 為總線結(jié)構(gòu) ， 其總線做成總線板，上面有若干個(gè)總線槽每個(gè)河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 總線槽上可安裝一個(gè) PLC 模塊，不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能。配置靈活、組裝方便、擴(kuò)展容易。 b．按 I/O 點(diǎn)數(shù)和功能分類 I/O 的點(diǎn)數(shù)是衡量 PLC 控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)?？煞譃樾⌒?PLC、中型 PLC 和大型 PLC。 表 33 PLC 控制規(guī)模參數(shù) PLC 機(jī)型 I/O 點(diǎn)數(shù) 存儲(chǔ)容量 /KB 微型 小于 64 點(diǎn) 小 于 2 小型 64256 點(diǎn) 24 中型 256512 點(diǎn) 416 大型 5128192 點(diǎn) 1664 超大型 大于 8192 點(diǎn) 大于 64 c．按控制實(shí)現(xiàn)的功能分類 按照 PLC 所能實(shí)現(xiàn)的功能不同，可以把 PLC 大致 的 分為低檔 PLC、中檔 PLC 和高檔 PLC三類。 PLC基本結(jié)構(gòu)及原理 PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 目前 PLC 種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似，主要包括中央處理單元 CPU、 存儲(chǔ)器 RAM 和 ROM、輸入 /輸出接口電路、電源、 I/O 擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 如圖 31 所示， PLC 控制系統(tǒng)由輸入量 PLC輸出量組成，外部的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為 PLC 的輸入量，它們經(jīng) PLC 外部輸入端子， 經(jīng) PLC 的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見(jiàn)， PLC 的基本結(jié)構(gòu)有控制部分輸入和輸出組成。 PLC 各部分的作用 (l) 中央處理器 CPU 是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。控制器的作用是控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中 讀 取指令和執(zhí)行指令。他的 重 要功能如下： ① 診斷 PLC 電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 ② 采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入 PLC 的寄存器中。 ③ 按用戶程序存儲(chǔ)器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。 圖 31 PLC 硬件結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn) 圖 ④ 將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 ⑤ 應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。 (2) 存儲(chǔ)器 PLC 的存儲(chǔ)器分為兩大部分： 第一大部分是系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來(lái)存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)；第二大部分是用戶存儲(chǔ)器，包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)； (3) 輸入 /輸出接口電路 PLC 通過(guò)輸入輸出 (I/O)接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過(guò) PLC 的輸入端子接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CPU 所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。 (4) 電源 PLC 的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足 PLC的 CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 (5) 輸入輸出 I/O 擴(kuò)展接口 若主機(jī)單元的 I/O 點(diǎn)數(shù)不能滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過(guò)此接口用扁平電纜線將I/O 擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。 PLC 的基本工作原理 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 PLC 內(nèi)部有許多具有不同功能的器件，實(shí)際上這些器件是由電了電路和存儲(chǔ)器組成的。例如，輸入繼電器由輸入電路和映像輸入觸點(diǎn)的存儲(chǔ)器組成；輸出繼電器由輸出電路和映像輸出點(diǎn)的存儲(chǔ)器組成 ；定時(shí)器、記數(shù)器、輔助繼電器、狀態(tài)器、數(shù)據(jù)寄存器、變址寄存器等都有存儲(chǔ)器組成。為了把它們與普通的硬件區(qū)分開(kāi)，通常把上面的器件稱為軟 組 件。從工作過(guò)程看，只注重 組 件的功能和 組 件的名稱 ， 如：輸入繼電器、輸出繼電器等，而且每個(gè)器件都有確定的地址編號(hào)，這對(duì)編程十分重要。 PLC 采用的是循環(huán)掃描工作方式。對(duì)每個(gè)程序， CPU 從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。 PLC 的掃描全過(guò)程如圖 32 所示。 其基本工作過(guò)程可分為以下三個(gè)階段： （ 1） 輸入刷新階段 在輸入刷新階段， CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫(xiě)入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 （ 2） 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開(kāi)始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 （ 3） 輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過(guò)一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行 元件工作，這才形成 PLC 的實(shí)際輸出。 圖 32 PLC 的掃描全過(guò)程 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 PLC設(shè)備選型 PLC 最主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可能是單個(gè)機(jī)器，機(jī)群或一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。不同型號(hào)的 PLC 有不同的適用范圍。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對(duì)象的復(fù)雜程度，進(jìn)行I/O 點(diǎn)數(shù)和 I/O 點(diǎn)的類型 (數(shù)字量、模擬量等 )統(tǒng)計(jì)，列出清單 ， 適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，確定適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔慷焕速M(fèi)資源的機(jī)型 (小、中、大型機(jī)器 )， 并且結(jié)合市場(chǎng)情況，考察PLC 生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定價(jià)格性能比較好 的 PLC 機(jī)型。 目前市場(chǎng)上的 PLC 產(chǎn)品眾多，國(guó)外知名品牌有德國(guó)的 SIEMENS（西門子） ， 日本 立石 的OMRON（歐姆龍）、 MITSUBISHI（三菱）、 FUJI（富士）、 Panasonic（松下） ， 美國(guó)的 GE（通用電氣） ， 韓國(guó)的 LG 等 ； 國(guó)產(chǎn)品牌有研華、研祥、合力時(shí)等。近幾年， PLC 產(chǎn)品的價(jià)格有較大的下降，其性價(jià)比越來(lái)越高。 因此 PLC 的設(shè)備選型從以下幾個(gè)方面考慮： PL