【正文】 在具體的執(zhí)行過(guò)程中，如圖 54 所示。如圖 53 所示， 該子程序的控制內(nèi)容包括開(kāi)合模及拉伸、真空和夾腳等動(dòng)作，其中拉伸動(dòng)作構(gòu)成一個(gè)小循環(huán) ，整個(gè)子程序的結(jié)束標(biāo)志為三個(gè)復(fù)位動(dòng)作完成。 開(kāi) 始按 下 加 熱 箱按 鈕選 擇 工 作 模 式（ 手 動(dòng) / 自 動(dòng) ）自 動(dòng) 模 式送 片下 閘成 型 子 過(guò) 程沖 剪 子 過(guò) 程堆 疊 子 過(guò) 程結(jié) 束N下 閘 復(fù) 位下 閘 到 位YN送 片送 片 到 位下 閘 上 升成 型 子 過(guò) 程YN沖 剪 子 過(guò) 程 堆 疊 子 過(guò) 程完 成 成 型過(guò) 程 ？NＹ完 成 沖 剪過(guò) 程 ？完 成 堆 疊過(guò) 程 ？ＮＮＹYＮ結(jié) 束按 下 停 止按 鈕 ？Ｙ 圖 52 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī)主程序流程圖 26 成型子程序設(shè)計(jì) 成型子過(guò)程包含了比較多的基本動(dòng)作，是本系統(tǒng)中最為重要的部分，成型過(guò)程的控制水平將直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。主程序流程圖如圖 52 所示， 程序中設(shè)置兩種工作方式：當(dāng)選擇手動(dòng)方式時(shí)， 只需按照?qǐng)D示流程來(lái) 順序 執(zhí)行，不必考慮同步控制的問(wèn)題；當(dāng)選擇自動(dòng)方式時(shí)， 主程序包含了順序與同步控制執(zhí)行方式， 主程序的循環(huán)周期從下閘復(fù)位開(kāi)始到成型、沖剪及堆疊子過(guò)程完成后 結(jié)束 。 下面將根據(jù)上述編程思想對(duì)本控制系統(tǒng)的主程序及各個(gè)分支程序進(jìn)行詳細(xì)的剖析 。在本控制系統(tǒng)中，有許多機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是并行進(jìn)行的，即 在某個(gè)動(dòng)作結(jié)束后需要同時(shí) 起動(dòng) 幾個(gè)機(jī)構(gòu)，經(jīng)過(guò)不同的延時(shí)動(dòng)作后在匯合到同一狀態(tài)，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。 采用功能模塊設(shè)計(jì)法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)可以把吸塑機(jī)相同功能的程序集中在一起，使得程序結(jié)構(gòu)清晰 、可讀性強(qiáng)， 便于調(diào)試，還可以根據(jù) 實(shí)際 需要靈活增加一些其他的控制 功能 。 為了提高 PLC 的響應(yīng)速度，在編寫(xiě)程時(shí)可以采取以下措施： [3]1)選用執(zhí)行時(shí)間短的基本 指令，從而縮短掃描的程序長(zhǎng)度，減少掃描時(shí)間； 2)合理 地調(diào)整指令順序，使某些不會(huì)在每個(gè)掃描周期都執(zhí)行的動(dòng)作指令 不與對(duì)時(shí)間要求較高的指令在同一掃描周期中執(zhí)行 ； 3)選用反應(yīng)快速的中間繼電器，盡量減少中間環(huán)節(jié)，縮短延時(shí)時(shí)間。 [11] (2)盡量減小 PLC 的輸出 隨機(jī) 延時(shí)影響，提高響應(yīng)速度 ，保證程序穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí) ，要達(dá)到上述設(shè)計(jì)目標(biāo)， 大致需要從兩個(gè)方面著手 ，具體分析如下： (1)準(zhǔn)確地控制吸塑機(jī)動(dòng)作的順序與同步執(zhí)行的 邏輯 關(guān)系 ，規(guī)劃好軟件結(jié)構(gòu) 。 EM253 模塊接線如圖 45 所示 ： 圖 45 EM253 位置控制模塊接線示意圖 23 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目標(biāo) ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī) 對(duì)各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作的配合要求很高，且時(shí)間上的邏輯關(guān)系較為復(fù)雜，只有嚴(yán)格按照程序設(shè)定的邏輯關(guān)系協(xié)調(diào)執(zhí)行各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作才能使吸塑機(jī)正常運(yùn)行并提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 EM253 位置控制模塊實(shí)際上可視為 CPU226 的高速脈沖口擴(kuò)展，但其屬于開(kāi)環(huán)控制，不能很好地反映電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，因此需要利用伺服驅(qū)動(dòng)器本身的差分輸出信號(hào)，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器軟件設(shè)置，反饋給 PLC，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)位置控制。由模塊的 P0 口發(fā)送脈沖， P1 口發(fā)送方向， DIS 端口使能放大器并同時(shí)清除放大錯(cuò)誤。 圖 43 伺服電機(jī)主電路接線圖 EM253 位置控制模塊 模塊位置控制原理 EM253 位置控制模塊 是西門(mén)子 S7200 的特殊功能位置控制模塊，它能夠產(chǎn)生脈沖串用于伺服電機(jī)的位置和速度的開(kāi)環(huán)控制。 圖 42 為 伺服驅(qū)動(dòng)器在高速脈沖位置控制模式下引用 CN CN2 端口的示意圖， 圖 43 為本系統(tǒng)中 送片 伺服電機(jī)的主電路接線圖。 在位置控制模式下，安川伺服驅(qū)動(dòng)器 可以通過(guò)自帶的 CN1 端口與 CPU 中的 I/O 口相連接，相互傳送信號(hào)。在 PTO 輸出模式下， PLC 可生成一個(gè)占空比為 50%的脈沖串，用于伺服電機(jī)的位置和速度控制。 [9] 高速脈沖輸出模式 高速脈沖輸出模式位置控制原理 西門(mén)子 CPU226 集成了兩個(gè)高速脈沖口，它有脈沖串輸出 (PTO)和脈沖寬度20 調(diào)制輸出兩種脈沖發(fā)生模式可供選擇。速度指令信號(hào)與速度反饋信號(hào)與位置檢測(cè)裝置相同比較后 的偏差信號(hào)經(jīng)速度環(huán)比例積分 控制 器 調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流指令信號(hào)，在電流環(huán)中經(jīng)矢量變化后，由 SPWM 輸出轉(zhuǎn)矩電流， 控制交流伺服電機(jī)的運(yùn)行。反饋脈沖是由 光電編碼器檢測(cè)到電機(jī)實(shí)際產(chǎn)生的脈沖數(shù)，經(jīng)過(guò)四倍頻后產(chǎn)生的。 位置控制模式工作原理 位置控制的根本任務(wù)就是使執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)位置控制指令的精確跟蹤，被控量一般是負(fù)載的空間位移，當(dāng)給定量隨即變化時(shí)，系統(tǒng)能使被控量無(wú)誤地跟蹤并反饋給定量，給定 量可以是角位移或線位移。因此，本系統(tǒng)的伺服控制方案最終確定為 CPU226+EM253+EM253+EM253+EM253。 但由于本系統(tǒng) 總共需要對(duì) 6 臺(tái)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，在優(yōu)先考慮高速脈沖模式的情況下，只能通過(guò) CPU226 集成的兩個(gè)高速脈沖口控制 2 臺(tái)伺服電機(jī)，其 余的四臺(tái)電機(jī)可以采用 EM253 模塊或者自由口通信兩種模式進(jìn)行控制 。 因此，每個(gè)伺服系統(tǒng)須工作在位置控制模式下，以實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)位置較為精準(zhǔn)的控制 。 控制系統(tǒng)伺服模塊詳細(xì)設(shè)計(jì) 在 ZXSJ 型全自動(dòng)真 空吸塑機(jī)控制系統(tǒng)中 ，送片機(jī)構(gòu)、開(kāi)合模機(jī)構(gòu)、沖剪機(jī)構(gòu)及堆疊機(jī)構(gòu)都是通過(guò)伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng) 。 [8]在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中， 伺服系統(tǒng)可在 位置控制模式 、 轉(zhuǎn)矩控制模式 及 速度控制模式 下控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng) ， 且模式間可以實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)19 換 。 (2)伺服電機(jī)： 驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象的代表性執(zhí)行裝置，在本系統(tǒng)中選用的是安川交流 伺服電動(dòng)機(jī)； (3)位置或速度的檢測(cè)器，一般用安裝在電機(jī)上的編碼器，進(jìn)行位置的檢測(cè)，本系統(tǒng)中的檢測(cè)器為安川伺服電動(dòng)機(jī)自帶的編碼器； (4)伺服驅(qū)動(dòng)器： 是指“指令”和“反饋”的“誤差信號(hào)”進(jìn)行補(bǔ)償處理，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器由處理“誤差信號(hào)”的“比較、控制放大器”和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的“功率放大器”構(gòu)成，本系統(tǒng)選用的是 與安川伺服電動(dòng)機(jī)配套的 SGMD 伺服驅(qū)動(dòng)器 ； (5)上位裝置：以 “位置”或“速度”為目標(biāo)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制的裝置，本系統(tǒng)以 西門(mén)子 PLC 作為上位裝置進(jìn)行控制。 伺服系統(tǒng)主要由控制對(duì)象、伺服電機(jī)、檢測(cè)器、伺服驅(qū)動(dòng)器、上位裝置構(gòu)成。但從上述計(jì)算可知，總的電源需求超出了 CPU226 模塊的電源定額，因此我們可以增加一個(gè)外部 24VDC 電源來(lái)提供給擴(kuò)展模塊 ，可保證系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。 根據(jù)表 32 及表 33 可計(jì)算本系統(tǒng)的電源需求如下： 表 35 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī)控制系統(tǒng)電源需求 CPU 電源預(yù)算 5VDC 24VDC CPU226DC/DC/DC 1000mA 400mA 減 系統(tǒng)要求 5VDC 24VDC 輸入 － 24*4mA=96mA 4EM253,5V 電源需求 4*190mA=760mA － 4EM253，每個(gè) 5 輸入 － 4*(4*5+15)=140mA 4EM253，每個(gè) 8 輸出 － 4*130mA=520mA 總需求 760mA 756mA 等于 電流平衡 5VDC 24VDC 總電流平衡 剩 240mA 缺 356mA 18 由上表可知， CPU226 通過(guò) I/O 總線 為 4 個(gè) EM253 位控模塊提供 5V 電 源，所有擴(kuò)展模塊的 5V 電源消耗之和不超過(guò)該 CPU 提供的電源額定 值，在 5V電源供電設(shè)計(jì)方面，外接 4 個(gè) EM253 模塊是合理的。 S7200 系列 CPU 模塊的電源預(yù)算和擴(kuò)展模塊的電源消耗分別如下列表格所示： [6] 表 32 S7200 系列 CPU 的供電能力 CPU 型號(hào) 電流供應(yīng) ＋ 5VDC +24VDC CPU221 0 mA 180mA CPU222 340 mA 180mA CPU224/224 XP 660 mA 280mA CPU226/226 XM 1000 mA 400mA 表 33 CPU 上及擴(kuò)展模塊上的數(shù)字量輸入所消耗的電流 CPU 上及擴(kuò)展模塊上的數(shù)字量 電流需求 ＋ 5VDC +24VDC 每點(diǎn)輸入 4mA/每輸入 表 34 EM253 位控模塊輸入輸出所消耗的電流 擴(kuò)展模塊型號(hào) 電流需求 ＋ 5VDC +24VDC EM 253 6ES7 2531AA220XA0 190mA 130mA 本系統(tǒng)的配置包括以下模塊 ： 1)CPU 226 DC/DC/DC； 2)4 個(gè) EM253 位置控制模塊 。電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。 為了防止 PLC+24V 電源因外圍的電氣故障而損壞，影響 PLC 的整體性能，一般在實(shí)際應(yīng)用中， PLC 的輸入點(diǎn)利用其本身的 +24V 電源，其他的擴(kuò)展模塊及外圍器件電源盡量外接 +24V 電源。 圖 33 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī) PLC 控制部分硬件接線圖 CPU 及擴(kuò)展模塊供電設(shè)計(jì) 供電設(shè)計(jì)原則 在 PLC 控制系統(tǒng)中， PLC 的輸入點(diǎn)、小容量的數(shù)字?jǐn)U展模塊、輸入輸出功能模塊、外圍的接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、人機(jī)界面等都需要 +24V 電源。 10) PLC 主機(jī)輸出口 控制潤(rùn)滑電磁閥。 8) PLC 主機(jī)輸出口 控制夾腳電磁閥 。 6) PLC 主機(jī)輸出口 控制下閘電磁閥。 4) PLC 主機(jī)輸出口 控制報(bào)警指示燈。 2) PLC 主機(jī)輸出口 控制送片方向， 口控制堆疊方向。 (2) 輸出 口。 4) 各電機(jī)的保護(hù)開(kāi)關(guān)分別連至 PLC 主機(jī) ～ 。 2) 拉伸系統(tǒng)的 3 個(gè)接近開(kāi)關(guān)分別連至 PLC 主機(jī) 輸入口 ～ 。下面就 PLC 控制部分硬件接線圖作簡(jiǎn)要的說(shuō)明 ： (1) 輸入口。 主機(jī) I/O 地址表 根據(jù) 節(jié)給出的 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī)控制系統(tǒng)框架圖 及所選定的PLC 及擴(kuò)展模塊分配本系統(tǒng)的 I/O 口地址如下表所示： 表 31 ZXSJ型全自動(dòng) 真空吸塑機(jī) PLC主機(jī)的 I/O資源分配 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī) PLC 主機(jī)的 I/O 資源分配（ CPU226 CN） 名稱 地址編號(hào) 說(shuō)明 輸入信號(hào) 手動(dòng) /自動(dòng)按鈕 選擇工作模式 停止按鈕 停止系統(tǒng) 拉伸停止接近開(kāi)關(guān) 停止拉伸系統(tǒng) 拉伸上限接近開(kāi)關(guān) 控制拉伸行程 拉伸下限接近開(kāi)關(guān) 控制拉伸行程 光電開(kāi)關(guān) 產(chǎn)品計(jì)數(shù) 送料報(bào)警 伺服警報(bào)輸 入 拉片報(bào)警 伺服警報(bào) 輸入 成型上模報(bào)警 伺服警報(bào) 輸入 成型下模 報(bào)警 伺服警報(bào) 輸入 油泵報(bào)警 熱繼電器 輸入 沖剪上模報(bào)警 伺服警報(bào)輸入 沖剪下模報(bào)警 伺服警報(bào)輸入 堆疊報(bào)警 伺服警報(bào)輸入 撥臂報(bào)警 熱繼電器輸入 15 輸送報(bào)警 熱繼電器輸入 收料報(bào)警 熱繼電器輸入 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī) PLC 主機(jī)的 I/O 資源分配 名稱 地址編號(hào) 說(shuō)明 輸出信號(hào) 拉片速度 拉片速度控制 堆疊升降速度 堆疊速度控制 拉片方向 拉片方向控制 堆疊升降方向 堆疊方向控制 油泵電機(jī) 油泵啟?？刂? 報(bào)警指示燈 故障提示 加熱箱驅(qū)動(dòng)電磁閥 加熱箱進(jìn)退控制 下閘電磁閥 下閘控制 拉伸電磁閥 11 拉伸控制 拉伸電磁閥 12 拉伸控制 拉伸電磁閥 21 拉伸控制 夾腳電磁閥 夾腳控制 真空電磁閥 成型控制 潤(rùn)滑電磁閥 潤(rùn)滑控制 備用 備用 備用 備用 控制系統(tǒng)硬件接線圖 根據(jù) PLC 主機(jī)的 I/O 資源分配以及 PLC 主機(jī)的硬件框圖，則 PLC 主機(jī)的硬件接線圖如圖 33 所示 。 [5]在選定了 PLC 以及其擴(kuò)展模塊與分配好 I/O 地址后，本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要進(jìn)行電氣原理圖的設(shè)計(jì)：包括 主電路的設(shè)計(jì) 和控制電路的設(shè)計(jì)。在 CPU 模塊內(nèi)部的超級(jí)電容和電池模塊用于長(zhǎng)時(shí)間的保存數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)可通過(guò)主機(jī)的超級(jí)電容存儲(chǔ)若干天。 S7200 系列 PLC 的存儲(chǔ)系統(tǒng)由 RAM 和 EEPROM 兩種類型的存儲(chǔ)器構(gòu)成， CPU 模塊內(nèi)部配備了一定容量的 RAM 和 EEPROM。 (4)具有易于掌握、便捷的操作以及豐富的指令集。 5)2 路高速脈沖輸出 (最大 20KHz)用于控制步進(jìn)電機(jī)，或伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而 實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位任務(wù)。 3)中斷輸入，允許以極高的速度對(duì)過(guò)程信號(hào)的上升沿作出相應(yīng)。 2)豐富的內(nèi)置集成功能： 1)集成的 24V 負(fù)載電源，可直接連接到傳感器和變送器。 2)MPI 方式：通過(guò) MPI 方式， S7200 可以通過(guò)內(nèi)置接口連 接到 MPI 網(wǎng)絡(luò)上，它可與 S7300/S7400CPU 進(jìn)行通信。 (2)S7200 系列 CPU 的主要特點(diǎn)如下： 1)內(nèi)部集成的具有強(qiáng)勁的通信能力的 PPI 接口是 S7200 的用戶口， CPU 接口物理特性為 RS485，可在三種方式下工作。有 6 路高速計(jì)數(shù)器 (30Hz),2 路高速脈沖輸出， 2 個(gè) RS485 通