【正文】 14 架和最多三個擴(kuò)展機(jī)架，每個機(jī)架最多八個擴(kuò)展模塊，相鄰機(jī)架的間隔為 4 厘米 到 10 米。具有指示系統(tǒng)狀態(tài)和故障的發(fā) 光二極管 LED。每個機(jī)架的接口模塊通過總線連接器連接到 I/O 模塊。 接口模塊 IM360 和 IM361 當(dāng) PLC 系統(tǒng)的規(guī)模較大時，一個機(jī)架不能容納所有的模塊時，就要增添擴(kuò)展 機(jī)架，這時裝有 CPU 的機(jī)架 稱為主機(jī)架。 CPU3152DP 適用于要求高速處理和中等 v0 規(guī)模的任務(wù)。此外，還有 38 個系統(tǒng)功能塊 SFC 集成在操 作系統(tǒng)中供用戶調(diào)用 。 127 個數(shù)據(jù)塊 DB (127, 0 保留 )。 CPU 響應(yīng)哪個事 件，操作系統(tǒng)自動調(diào)用該事件的組織塊 OB o CPU315 可調(diào)用 128 個功能塊 FB (0 一 127)。 CPU3152DP 內(nèi)裝硬件實時時鐘。圖 24 給出了本項目中配置的 S7 300PLC 模板的型號和數(shù)量，下面對使用的這些模塊作具體介紹〔 }210 PLC 的中央處理器 CPU3152DP CPU31*)2DP 是 S7 一 300 的大腦，其裝載存儲器的基本容量為 48K 字節(jié)或 80K 字節(jié)，可用存儲卡擴(kuò)充裝載存儲器，最大容量可達(dá)到 312。 CP343 一 5 IM360 和 IM361 在本系統(tǒng)中， H 刃的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號 (按鈕、行程開關(guān)、繼電 器節(jié)點 )的輸入，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號去控制接觸器、繼電器等器 件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)。 4. 3 個數(shù)字量輸出模塊 SM322 關(guān)量輸出通道 。 2. 4 個模擬量輸出模塊 SM332 為 16 路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道 。此外， S7300 系列 PLC 還 具有模塊點數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點。本系統(tǒng)所用的主機(jī)模塊是 CPU 3152DP，可以通過 MPI 轉(zhuǎn)接電纜或通訊模 塊與計算機(jī)進(jìn)行通訊，再加上其全面的診斷功能和完善的自我保護(hù)技術(shù)，使其具 有極高的可靠性，極其適合本系統(tǒng)的需求。 SIMATIC S7300 所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動， 抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。 S7300 系列所具有的多種 性能遞增的 CPU 和豐富的且?guī)в性S多方便功能的 I/0 擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全 根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊。 根據(jù)對上述控制任務(wù)的分析，本項目選擇了 Siemens 的模塊化中小型 PLC 系 統(tǒng) S7300，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。 巧個模擬量輸入 。據(jù)統(tǒng)計，該包裝機(jī)控制系統(tǒng)需要配置如下的不同性 質(zhì)的 I/0 點 : 80 個開關(guān)量輸入 。 下位 PLC 的選型及其模塊配置 在進(jìn)行這項工作之前，需要對控制對象和控制任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析。 它們的選擇都是以在保證功能的前提下盡可能地選擇可靠性高和使用方便的產(chǎn)品 為依據(jù)，具體情況如下 : 工控機(jī) 本系統(tǒng)上位機(jī)選用研 華 IPC610 工控機(jī)， 128M 內(nèi)存， lOG 硬盤，內(nèi)部底板 上有 4 個 ISA總線插槽、 2 個 PCI 總線插槽和一個 CPU 插槽，可以方便地進(jìn)行系 統(tǒng)擴(kuò)展，另外選配飛利浦 105A型顯示器，可清晰地顯示各種圖形和文字，運行 WINDOWSNT 操作系統(tǒng)，外接打印機(jī)，打印報表。工控機(jī)通過串行口與 PLC 相連，進(jìn)行相互通信，所以工控機(jī)是通過發(fā)出命令 去控制 PLC 的運行以達(dá)到進(jìn)行全自動控制的目的。 PLC 負(fù)責(zé)按鈕、行程開關(guān)和其它開關(guān)量信號的輸入，以及發(fā)出信號 去控制接觸器、 繼電器、變頻器等電氣元件，進(jìn)而控制各電機(jī)的運行，同時控制相應(yīng)指示燈的顯 示。 包裝機(jī)控制功能要求 : 手動運行可以用按鈕對包裝機(jī)的各個部分進(jìn)行單獨控制，主要用于故障恢復(fù)與檢修 全自動運行按下啟動按鈕，系統(tǒng)即可連續(xù)、協(xié)調(diào)、周期性地循環(huán)完成各包裝動作，直到系統(tǒng)接收到停止運行信號?？删幊炭刂破鞯耐?運方式有正常停運，暫時停運和緊急停運 三種。根據(jù)卷紙包裝機(jī)的實際運行情況，本系統(tǒng)采用自動運行和手動運行兩種方式。在自動方式下，中途若按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運行到第一步開始位置才停止 。再按啟動，則進(jìn)入下一工 步運行 。 :各工步都可單獨點動，按鈕釋放即停止運行 。在軟件設(shè)計和編 程上，加上一些抗干擾模塊。上位 機(jī)完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對現(xiàn)場進(jìn)行動態(tài)模擬顯 示、分析限值或報警信息，驅(qū)動打印機(jī)實時打印各種圖表。遠(yuǎn)程 I/0 控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)比較獨特，類似于集中控制系統(tǒng)，又具 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 11 有分散型控制系統(tǒng)的特點，經(jīng)常用于控制規(guī)模中等，控制對象比較分散、工程費用較低的場合 圖 23 集中控制系統(tǒng) Fig 23 Concentration control system PLC 作為一種控制設(shè)備，用它單獨構(gòu)成一個控制系統(tǒng)是有局限性的，主要是 無法進(jìn)行復(fù)雜運算，無法顯示各種實時圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢 字和打印漢字報表，沒有良好的界面。該控制系統(tǒng)多用于控制對象所處的地理位置比較接近， 且相互之間的動作有一定聯(lián)系的場合。由于卷紙包裝機(jī)控制對象較多，有放卷分切中的 張力控制，包裝過程控制，送料過程中的同步控制，且被控對象比較集中，因此 我們采取集中控制系統(tǒng)方案。到達(dá) 3 號工位時，成 品落下，完成一次包裝，這樣 如此循環(huán)，直到發(fā)出停止信號。當(dāng)?shù)竭_(dá) 2 號工位時，工藝盤停止，延時 250ms， 同時發(fā)出上料信號，在此時段內(nèi)，插紙板在工藝盤停止后也相繼停止，但由于慣 性，會使包裝紙帶著紙球旋轉(zhuǎn)一個較小的角度，使包裝紙能完全包住紙球，然后 再后退，同時夾鉗機(jī)構(gòu)軸向運動，碰到限位開關(guān)時，軸向運動停止，而三個夾桿 同時徑向運動，抓緊包裝紙的兩端，當(dāng)碰到抓緊限位開關(guān)時，夾鉗機(jī)構(gòu)軸旋轉(zhuǎn) 90 度后繼續(xù)向前移動，進(jìn)行窩邊。設(shè)定一個 8 位移位寄存器，每位移位寄存器相應(yīng)于一個 V形槽，每 120ms 移位一次，控制 相應(yīng)的操作。在 2 號工位由夾鉗機(jī)構(gòu)完成前進(jìn)，抓緊，旋轉(zhuǎn)，窩邊的動作，同時分別 向托盤和推紙空心臺發(fā)出送紙球和送紙片信號 。工藝盤的轉(zhuǎn)動是由交流電機(jī)通過皮帶傳動帶動的，各加工 工位的動作是通過順序邏輯控制電磁閥進(jìn)而帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的。 包裝過程通過包裝工藝盤及其輔助機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。切好的紙片經(jīng)整 理后放入紙片庫中，等待推紙空 心臺送紙片。切紙機(jī)構(gòu)采用交流變頻調(diào)速電機(jī)，帶動一個凸輪旋轉(zhuǎn)，以帶動切斷刀 上下運動，在凸輪上安裝一個位置傳感器，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到某一位置時，切刀向上運 動，二刀分離，當(dāng)有色標(biāo)信號時，刀又向下運動。 包裝紙以卷筒的形式放在原料架上，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出命令時，放卷電機(jī)動作， 開始放卷。 卷紙包裝機(jī)生產(chǎn)工藝概述 卷紙包裝機(jī)主要 功能是將來自卷紙庫的卷紙以每分鐘 60 個的速率包裝成合 格的衛(wèi)生卷筒紙。本系統(tǒng)在電氣控制部分設(shè)計時，充分考慮到用戶的功能需求和 與本系統(tǒng)機(jī)械部分的配合需求，在具體實現(xiàn)的過程中，又以系統(tǒng)的可靠性與易用 性為準(zhǔn)則，盡量把本系統(tǒng)設(shè)計成為一個功能齊全、可靠性高且易于使用的包裝機(jī) 設(shè)備。長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 9 第二章 PLC 構(gòu)成的包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 第二章卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 第一章介紹了可編程控制 技術(shù)的一些概要情況，下面就具體結(jié)合卷紙包裝機(jī) 電控系統(tǒng)的實際來看一下它的應(yīng)用。第四章根據(jù) PLC 原理用SIEMENS 的 STEP7 設(shè)計了某些功能塊的梯形圖和 STL 程序，并用 S7PLCSIM simulator 模擬其運行結(jié)果。第二章分析了卷紙包裝機(jī)工藝流程和包裝各動作的時序及包裝機(jī)速度的影響因素及提高方法，設(shè)計了包裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制方案、運行方式及硬件的選擇和組態(tài)，并詳細(xì)介紹了組態(tài)的各模塊。 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 8 論文的安排 全文共分五章。 ，包 括控制方案的選取與設(shè)計、 I/0 接口信號的確定、模塊的選擇，控制程序的設(shè)計與調(diào)試。了解卷紙包裝機(jī)的工作過程及工藝要求。分析 PLC 在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性與前景。通過對各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用 PLC 控制系統(tǒng)。如果能用 PLC 來取代的話，則可以簡 化機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械和電氣設(shè)計都可以得到簡化。 因此，國外在注塑機(jī)、各種包裝機(jī)上已經(jīng)大量地采用了 PLC 來取代傳統(tǒng)的繼電器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。 6)成本相對于繼電控制而言稍高，但繼電器控制隨著所用中間繼電器數(shù)量的增加，成本急驟上升，而 PLC 控制幾乎保持不變，這一點對于復(fù)雜的控制來講具有無可比擬的優(yōu)越性 。 4)由于 PLC 除有繼電器功能外，尚有多種其它功能，可以實 現(xiàn)繼電器無法實現(xiàn)的控制功能，實現(xiàn)某種程度上的智能化，并有可能使機(jī)構(gòu)簡化 。 2)程序可以復(fù)制，批量生產(chǎn)很容易 。當(dāng)然我們不僅忽視了 PLC 的另一個優(yōu)點，那就是其運行速度及可靠性和壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于繼電器控制方式，從上述意義上來講， PLC 最適合于需要大量中間繼電器的場合。一般的 PLC 都有上百點內(nèi)部輔助繼電器 甚至更多，且還有多種專用的內(nèi)部電器，足可以應(yīng)付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是對 PLC 進(jìn)行編程。在這種場合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用PLC 控制的情況下，就可以對其內(nèi)部的輔助繼電器進(jìn)行編程后來取代。為此， 我們與長春 佳鳴機(jī)械制造有限公司合作，共同開發(fā)了“卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)” 。為使包裝出 的物品整齊、美觀并具有良好的包裝質(zhì)量，研制高速、高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的新型 包裝機(jī)是市場的迫切需求。尤其是對生產(chǎn)流水線、動作復(fù)雜的單機(jī)，比起前述幾種控制手段來具有壽 命長、可靠性高、對環(huán)境無特殊要求、開發(fā)費用低、周期短、無需專門的計算機(jī)軟、硬件知識就可在短期內(nèi)掌握，功能擴(kuò)展方便，成本可為一般用戶所接受等優(yōu)點，是現(xiàn)代機(jī)電一體化產(chǎn)品控制裝置的理想選擇。 由于以上的原因，可以預(yù)見隨著 PLC 成本的下降和機(jī)器要求的提高，將很快在大部分場合取代繼電器控制屏。并開始與小型計算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了以 PLC 為重要部件的分布式控制系統(tǒng)。而集散控制系統(tǒng) DCS (DistributionControl System)是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的分布式控制系統(tǒng)，它在模擬量處理，回路調(diào)節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢。因此 PLC 顯然較微機(jī)系統(tǒng)更適合于工業(yè)控制。而微機(jī)系統(tǒng)則不具備上述特點，一般對運行環(huán)境要求苛刻，使用高級語言編程，要求使用者有相當(dāng)水平的計算機(jī)硬件和軟件知識。此外，使用面向工業(yè)控制的專用語言而使編程及修改方便。 PLC與計算機(jī)控制系統(tǒng)的比較 PLC 是專為工業(yè)控制所設(shè)計的。一般說來單片機(jī)或單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用只是為某個特定的產(chǎn)品服務(wù)的。硬件上主要受 CPU、內(nèi)存容量及 1/O 接口的限制 。后者簡便易學(xué)，現(xiàn)場就可以開發(fā)調(diào)試。而 PLC 用專用的指令系統(tǒng)來 編程的。但是不可否認(rèn)，從單片機(jī)到工業(yè)控制裝置之間畢竟有一個硬件開發(fā)和軟件開發(fā)的過程。事實上，現(xiàn)代PLC 的核心就是單片微處理器。單片機(jī)與 PLC 的比較 :在很大程度上，單片機(jī)是專為工業(yè)控制而設(shè)計的。同樣存在著編程難、 不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性仍較差，成本高等缺點。國產(chǎn)一般點 1/O 為 60 元左右。而 PLC 除了具有開關(guān)量控制功能外，有些功能較全的 PLC 還具有 A/D, D/A 轉(zhuǎn)換裝置，可以用來對模擬量進(jìn)行控制。 PLC 一般還具有步進(jìn)控制指令，可以進(jìn)行步進(jìn)控制，而繼電器邏輯就比較困難。而 PLC 則采用了無觸點的電子電路來替代繼電器觸點，確切地說是用存貯器內(nèi)的數(shù)據(jù)來代替觸點，因此不存在上述缺點?，F(xiàn)代的 PLC 一般都具有定時器和計數(shù)器功能。而 PLC 則是由晶體振蕩器所產(chǎn)生的脈沖經(jīng)多次分頻后得到的時基脈沖進(jìn)行計數(shù)來定時的，定時范圍一般為 秒，也有 秒的，精度一般高于 10 毫秒，只要根據(jù)需要由編程器送入時間常數(shù)即可 實現(xiàn)定時時間的設(shè)定或更改。由于時間繼電器是利用空氣阻力，半導(dǎo)體延時電路來實現(xiàn)延時的，所以其定時精度低，調(diào)整不方便。并且內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，所以不會出現(xiàn)抖動的問題。對于復(fù)雜的控制，使用的繼電器越多，反應(yīng)就越慢。工作頻率很低。至于 PLC 對外部的聯(lián)系，只有 1/0 點，只要輸入輸出對象不變，就無須對硬接線作任何改動。而 PLC 是利用其內(nèi)部的存儲器以數(shù)據(jù)形式將控制邏輯存儲起來的，所以只要改變 PLC 內(nèi)存儲器的內(nèi)容，也就可以實現(xiàn)更改控制邏輯的目的。 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器控制是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點的串、并聯(lián)及時間繼電器的延遲動作來組成控制邏輯，其缺點是 一個系統(tǒng)一旦確定就很難輕易再改動。這種控制方式雖然造價便宜，但卻存在許多致命的弱點 :只適用于簡單的邏輯控制，僅適用某種控制項目，缺乏通用性，一旦要實現(xiàn)改動或者優(yōu)化，只能通過硬件的重新組合來實現(xiàn)。如電機(jī)的啟動與停止，電磁閥的開閉，工件的位置、速度、加速度的測定，產(chǎn)品的計數(shù)以及溫度、壓力、流量等物 理量的設(shè)定和控制等等。 、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。 ，因此系統(tǒng)的分析運算能力將越來越強(qiáng) 。