【正文】 信 /編程口。 2 個(gè)模擬量電位器，最多可擴(kuò)展 35AI/AO點(diǎn)。 鑒于本人在 PLC 的開發(fā)應(yīng) 用方面欠缺很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì) PLC 的了解還不夠深入，因此 只能在詳細(xì)分析系統(tǒng)的功能和性能要求的基礎(chǔ)上， 遵循廠方的 開發(fā)與應(yīng)用習(xí)慣13 進(jìn)行設(shè)計(jì)， 選定了西門子 S7200 系列 PLC CPU226 DC/DC/DC CN 及與之配套的模塊。 PLC 生產(chǎn)廠家的選擇與確定 在進(jìn)行 PLC 生產(chǎn)廠家的選擇與確定上同樣考慮了 PLC 的功能、價(jià)格和設(shè)計(jì)者（設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)）的設(shè)計(jì)能力等三個(gè)方面。但由于系統(tǒng)中包含多個(gè)伺服系統(tǒng)，均需要在位置控制模式下工作輸出高速脈沖，而一般的 PLC 高速脈沖輸出 口不能滿足需求，在本設(shè)計(jì)中，選 用若干位置控制模塊來(lái)補(bǔ)充 PLC 的不足。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè) I/O 點(diǎn)及有關(guān)功能器件占用的內(nèi)存大致如下 所需存儲(chǔ)器容量 ： (KB)＝ (1～ )(DI10＋ DO8＋ AI/O100＋ CP300)/1024 ＝ (1～ )(1710＋ 148＋ 0＋ 1300)/1024 ＝ 其中： DI 為數(shù)字量輸入總點(diǎn)數(shù)； DO 為數(shù)字量輸出總點(diǎn)數(shù)； AI/AO 為模擬量I/O 通道總數(shù)； CP 為通信接口總數(shù)。 用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如 I/O 點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。 由于系統(tǒng)中包含多個(gè)伺服系統(tǒng)，要求輸出高速脈沖， 且動(dòng)作較為頻繁， 這就需要選用無(wú)觸點(diǎn)的晶體管輸出型 PLC。 由前面對(duì)系統(tǒng)的控制任務(wù)分析可知， 本系統(tǒng)的 實(shí)際需要的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 37～ 40 點(diǎn) ，且所有的輸入輸出信 號(hào)為開關(guān)量信號(hào) ，不需要進(jìn)行模擬量等的擴(kuò)展 。 選型 PLC 的選型主要考慮以下三個(gè)方面： PLC 容量的選擇與確定、 PLC 外設(shè)的選擇與確定、 PLC 生產(chǎn)廠家的選擇與確定等。實(shí)際的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 37～ 40 點(diǎn)。 為了選定系統(tǒng)的規(guī)模、機(jī)型和配置，需要對(duì)系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)和種類進(jìn)行精確的統(tǒng)計(jì)，且在設(shè)計(jì)過程中，實(shí)際的 I/O 點(diǎn)數(shù)要比統(tǒng)計(jì)點(diǎn)數(shù)增加20%～ 30%，以便在有需要的時(shí)候進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展或二次開發(fā) 。 同樣，自動(dòng)運(yùn)行的每一個(gè)動(dòng)作均可在觸摸屏上進(jìn)行監(jiān)視，在發(fā)生報(bào)警時(shí)，觸摸屏上顯示警報(bào)來(lái)源等故障信息。 (2)自動(dòng)運(yùn)行。作為自動(dòng)運(yùn)行的輔助方式，手動(dòng)操作包含了系統(tǒng)循環(huán)過程的每一個(gè)步驟， 并可通過點(diǎn)擊觸摸屏上的控制按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)每一個(gè)動(dòng)作的單獨(dú)控制。 根據(jù)上一節(jié)可知 ZXSJ 型 全自動(dòng) 真空吸塑機(jī)的 系統(tǒng)類型和運(yùn)行方式。 控制功能 控制系統(tǒng)所應(yīng)實(shí)現(xiàn)的控制功能是由真空吸塑機(jī)的工藝要求和 設(shè)備狀況提出來(lái)的。上述氣缸的動(dòng)作均由相應(yīng)的電磁閥來(lái)控制 ；拉伸行程由接近開關(guān)的安裝位置決定； 而各伺服電機(jī)均按位控控制模式工作， 電機(jī)的保護(hù) 可 在伺服系統(tǒng)及控制程序中設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)和命令 。 [3]掌握設(shè)備狀況對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要意義。 系統(tǒng)的控制流程圖如 31 所示。 其中，在下閘壓緊片材后，系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行 成型、沖剪、堆疊等 動(dòng)作，在這一系列動(dòng)作完成之后下閘復(fù)位，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。 收料電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)。 (14)收料。 (13)輸送。撥臂機(jī)構(gòu)的功能是把堆疊好的產(chǎn)品送到輸送鏈上。 堆疊升降臺(tái)把沖剪出來(lái)的產(chǎn)品按設(shè)定的個(gè)數(shù)堆疊起來(lái)，方便打包，在計(jì)數(shù)器達(dá)到設(shè)定計(jì)數(shù)值前，升降臺(tái)按照程序設(shè)置的行程動(dòng)作；達(dá)到 計(jì)數(shù)值時(shí)， 升降臺(tái)按另外設(shè)定的形成動(dòng)作，把堆疊好的產(chǎn)品推出。 (11)堆疊。 開模以后片材被加工成期望的形狀，通過沖剪這一工序把產(chǎn)品從片材上剪斷， 進(jìn)而進(jìn)行堆疊打包。 夾腳這個(gè)動(dòng)作視產(chǎn)品的加工需要而定， 同樣是通過電磁閥來(lái)制動(dòng)，作為一個(gè) 真空成型的 輔助動(dòng)作，有利于產(chǎn)品形成規(guī)則的形狀。在 本系統(tǒng)中，通過電磁閥 啟停真空泵。 (8) 成型。 拉伸這個(gè)工序由一個(gè)簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)來(lái)完成，使加熱變軟的片材迅速形成一個(gè)較為規(guī)則的形狀，便于真空成型。 (7) 拉伸。 開合模動(dòng)作由上下模兩臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) ，同樣需要控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度、方向及 動(dòng)作時(shí)間。下閘的動(dòng)作需要配合計(jì)時(shí)器設(shè)定的時(shí)間差來(lái)跟其他動(dòng)作進(jìn)行協(xié)調(diào)，在系統(tǒng)進(jìn)入下次循環(huán)前復(fù)位。 (5) 下閘。 (4) 加熱箱進(jìn)退。 送片電機(jī)為安川伺服電機(jī)，其速度和方向均需設(shè)定參數(shù)，并通過 PLC 來(lái)控制啟停。 (3) 送片。 送料部件的功能是將卷好掛在滾筒上的抽出來(lái) 以便送料鏈軌順利的夾住片材往前送。 在系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)前需要先啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，把加熱箱的溫度提升到設(shè)定值并保持恒溫，使塑料片材通過加熱箱時(shí)可以在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)加熱 變軟。由此構(gòu)成整個(gè)全自動(dòng)的真空吸塑機(jī)控制系統(tǒng)， 即可實(shí)現(xiàn)所要求的控制目標(biāo)，又不影響生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量及系統(tǒng)的柔性，還可以盡量縮減系統(tǒng)的開發(fā)成本。 從吸塑機(jī)的制造成本、工作效率、產(chǎn)品質(zhì)量、控制的實(shí)際需要來(lái)看，只需要將大部分的核心功能納入 PLC 控制即可，包括送片、加熱箱進(jìn)退驅(qū)動(dòng)、下閘、成型、拉伸、 夾腳、開合模、沖剪、堆疊及電機(jī)保護(hù)。 [3] 真空吸塑機(jī)工藝要求 真空吸塑機(jī)的工藝要求是本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)， 也 是 本 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的要實(shí)現(xiàn)的最終目的，因此在進(jìn)行硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)之前必須對(duì)真空吸塑機(jī)的工藝流程有深入的 研究 。 另外，在遇到設(shè)備某個(gè)部分出現(xiàn)緊急的異常情況時(shí)，可選擇 觸摸屏上的按鈕緊急停機(jī)或者 通過硬件 直接切斷電源 ，使所有設(shè)備停機(jī)，防止機(jī)器被損壞。在自動(dòng)真空吸塑機(jī)正常 情況下以自動(dòng)循環(huán)的方式運(yùn)行 ，工作結(jié)束后正常停機(jī)。 因此，本系統(tǒng)選用的運(yùn)行方式包括自動(dòng)運(yùn)行方式和手動(dòng)方式（輔助方式）。這種方式的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)工作過程中系統(tǒng)按給定的程序自動(dòng)完成被控對(duì)象的動(dòng)作，不需要人工干預(yù)。 (3)自動(dòng)運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式的特點(diǎn)是系統(tǒng)在啟動(dòng)和運(yùn)行過程中的某些步驟需要人工干預(yù)才能進(jìn)行下去。手動(dòng)運(yùn)行方式不是控制系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式，而是用于設(shè)備調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)整和特殊情況下的運(yùn)行方式，因此它是自動(dòng)運(yùn)行方式的輔助方式。 系統(tǒng)的運(yùn)行方式 選擇 PLC 控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式有三種類型，及手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)。遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)就是 I/O 模塊不與 PLC 放在一起，而是遠(yuǎn)距離地放在被控設(shè)備附近。 (4)遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)。分布式控制系 統(tǒng)的被控對(duì)象較多，他 們分布在一個(gè)較大區(qū)域內(nèi)，相互之間的距離較遠(yuǎn)，而且各被控對(duì)象之間要求經(jīng)常地交換數(shù)據(jù)和信息。由于采用一臺(tái) PLC 控制，因此各被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)及狀態(tài)不需要另設(shè)專門的通信線路。 (2)集中控制系統(tǒng)。單機(jī)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象往往是一臺(tái)機(jī)器或一條生產(chǎn)流水線，其控制是用一臺(tái) PLC 實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象控制的，這種系統(tǒng)對(duì) PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)要求較少，對(duì)存儲(chǔ)器的容量要求較小，對(duì)控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)單明了。在本項(xiàng)目實(shí)踐中如何進(jìn)行 系統(tǒng)的選型，如何 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件 ， 選擇機(jī)型時(shí) 應(yīng)考慮哪些性能指標(biāo) ， 怎樣選擇 各種擴(kuò)展模塊 ， 如何進(jìn)行供電設(shè)計(jì)等 都是要考慮到的問題。 各功能模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)見后續(xù)章節(jié)的詳細(xì)論述。 (2)人機(jī)界面?？偟膩?lái)說，本設(shè)計(jì)都是圍繞上述幾大子模塊展開的，各模塊的功能目標(biāo)如下： (1)PLC 順序控制系統(tǒng)。其中， PLC 作為控制核心，輸入系統(tǒng)的所有信號(hào)都要經(jīng)過 PLC 進(jìn)行處理，進(jìn)而控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)6 作，實(shí)現(xiàn)吸塑機(jī)的工作流程。確保各動(dòng)作正確運(yùn)行，按控制要求實(shí)現(xiàn)各種功能。要求適時(shí)地控制下閘、拉伸等動(dòng)作，做到動(dòng)作快速到位。保證轉(zhuǎn)向和定位及速度控制準(zhǔn)確，尤其是對(duì)送片、成型開合模等動(dòng)作要求精準(zhǔn)地控制電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，保持送片長(zhǎng)度，開合模行程的恒定。 系統(tǒng)的控制任務(wù)及要求 本系統(tǒng)的主要控制對(duì)象有： 6 臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī) （ 送片電機(jī)、成型電機(jī) 2 臺(tái) 、沖剪電機(jī) 2 臺(tái) 、堆疊電機(jī) ） ， 1 臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī) （ 液壓泵電機(jī) ） ， 8 個(gè)電磁閥（加熱箱驅(qū)動(dòng)電磁閥、下閘電磁閥、拉伸 下限位 電磁閥、 拉伸上限位電磁閥、拉伸復(fù)位電磁閥、 夾腳電磁閥、真空電磁閥、潤(rùn)滑電磁閥等） ， 2 個(gè)氣缸（加熱箱動(dòng)作氣缸、下閘氣缸）， 1 個(gè)液壓缸 （ 拉伸液壓缸 ） 。 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)中的輸入信號(hào) 輸入系統(tǒng)的信號(hào)主要有： 啟動(dòng)信號(hào)、急停信號(hào)、 產(chǎn)品計(jì)數(shù)信號(hào)、拉伸行程信號(hào)、同步行程信號(hào)和報(bào)警信號(hào)等，全部都是開關(guān)量信號(hào)。 對(duì) PLC 的品牌選擇上，采用了廠方的應(yīng)用慣例，初步確定選擇西門子的 PLC 作為控制核心。 在控制器核心的選擇上有兩種方案：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制和PLC 控制；而人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 也 有 兩 種方案可選擇， 液晶 +單片機(jī)、觸摸屏顯示。 系統(tǒng)控制方案的論證 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案主要是根據(jù)系統(tǒng)的上述功能和性能要求提出來(lái)的，在設(shè)計(jì) 可 提出多個(gè)候選方案。 (4)開放性。 (3)可維護(hù)性。系統(tǒng)主要是面向基層的技術(shù)人員和一線技工，因此要求人機(jī)交互界面必須友好簡(jiǎn)潔，力求做到人性化操作。系統(tǒng)是為工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，其工作環(huán)境較為惡劣且需要持續(xù)不斷地工作，因此對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求較高。保證操作人員可以直觀簡(jiǎn)便地監(jiān)視吸塑機(jī)的運(yùn)行狀況，查看報(bào)警信息，設(shè)定或修改各種參數(shù)等。主要是動(dòng)作的互鎖、出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)停車等。 (2)運(yùn)行保護(hù)功能。 ZXSJ 型真空吸塑 機(jī)的基本動(dòng)作包括送料、送片、下閘、開合模、拉伸、夾腳、真空、沖剪、堆疊、輸送、收料、啟動(dòng)運(yùn)行、手動(dòng)停車和緊急停車等。 2. ZXSJ 型吸塑機(jī)控制系統(tǒng)總體方案 系統(tǒng)的需求分析 功能需求 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī)是汕頭市明發(fā)機(jī)械有限公司最新開發(fā)的一款升級(jí)換代產(chǎn)品，產(chǎn)品的定位屬于中高檔真空吸塑機(jī)，因此對(duì)控制系統(tǒng)的性能和功能提出了更高的要求。 系統(tǒng) 功能的實(shí)現(xiàn)方法主要是觸摸屏與 PLC 進(jìn)行通信， 通過 點(diǎn)擊 觸摸屏完成系統(tǒng)的啟動(dòng)、調(diào)試、參數(shù)的更改 、控制命令的輸入等 。由于實(shí)驗(yàn)室所能提供的硬件 有限， 本系統(tǒng)在安裝調(diào)試時(shí) 搭建控制系統(tǒng)模型的時(shí)候只能 從簡(jiǎn)，演示部分功能。 在總體設(shè)計(jì)方案的框架下，逐步完善各功能模塊的設(shè)計(jì)，3 并 利用 觸摸屏 開發(fā)軟件設(shè)計(jì) 一個(gè)人機(jī)交互界面，利用觸摸屏等硬件設(shè)備結(jié)合仿真軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試，整合熱成型 機(jī)的整機(jī)控制系統(tǒng)，確保系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。 該系統(tǒng) 通過人性化的觸摸屏界面對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān) 控和操作， 如進(jìn)行工藝參數(shù)的修改、系統(tǒng)的調(diào)試等。 [2] (3)熱成型機(jī)的 PLC 控制方法的實(shí)現(xiàn)。很可能會(huì)出現(xiàn)控制精度不準(zhǔn)確的情況，也造成了在某些位置無(wú)法判斷機(jī)械部件的確切位置或者導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作，影響了生產(chǎn)效率的提高。 [2] (2)熱成型機(jī) 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的同步與順序運(yùn)轉(zhuǎn)問題的研究 。 并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出每一動(dòng)作執(zhí)行時(shí)，各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，將其用流程圖的形式表達(dá)出來(lái)，為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)真空吸塑機(jī)的控制做必要的準(zhǔn)備。 對(duì)整臺(tái)全自動(dòng)真空吸塑機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的控制，首先必須了解自動(dòng)吸塑機(jī)的工作過程及工藝要求。 本設(shè)計(jì)的主要工作是 針對(duì) ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī)設(shè)計(jì)一套可靠的智能控制系統(tǒng)，對(duì)其各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)控制，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的具體條件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的成效。 2 主要研究?jī)?nèi)容及研 究方法 主要研究?jī)?nèi)容 在實(shí)際生產(chǎn)中，吸塑機(jī)被大量用于各種塑料 產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程中，全自動(dòng)真空吸塑機(jī)由于其生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，應(yīng)經(jīng)成為了應(yīng)用最廣泛的生產(chǎn)設(shè)備。 本設(shè)計(jì) 從吸塑工藝要求出發(fā)， 結(jié)合廠方在全自動(dòng)真空吸塑機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)， 采用 已經(jīng)相當(dāng)成熟的 PLC 技術(shù)、 伺服技術(shù)、傳感技術(shù)、人機(jī)界面 等手段 完成全自動(dòng)真空吸塑機(jī)的開發(fā)，提高其生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量及整機(jī)的穩(wěn)定性，也可以增加系統(tǒng)的柔性。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上流通的吸塑機(jī) 功能和性能各異，主要以氣動(dòng)裝置為主動(dòng)力源，其拉片、送片采用電動(dòng)、減速器，時(shí)間繼電器，中間繼電器，行程開關(guān)等電器組成全自動(dòng)控制系統(tǒng)。相比之下， 我國(guó)經(jīng)過多年的 努力 ，全國(guó)各地已經(jīng) 發(fā)展了不少自動(dòng)吸塑機(jī)生產(chǎn) 廠 商， 如 上海久羅機(jī)電設(shè)備有限公司 、深圳市恒隆機(jī)械設(shè)備有限公司、深圳市恒隆基機(jī)械設(shè)備有限公司 等 。 [1]由于我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的階段，自動(dòng)吸塑機(jī)在我國(guó)有著巨大的市場(chǎng)空間。 Touch screen III 目 錄1． 緒論 ..................................................................... 6 本課題研究的目的、意義及國(guó)內(nèi)外研究概況 ................................ 6 主要研究?jī)?nèi)容及研究方法 ................................................ 2 主要研究?jī)?nèi)容 ...................................................... 2 研究方法、手段 .................................................... 2 2. ZXSJ 型吸塑機(jī)控制系統(tǒng)總體方案 ............................................ 3 系統(tǒng)的需求分析 ........................................................ 3 功能需求 ........................................................... 3 性能需求 .............................................