【正文】 當(dāng)前中國(guó)的 經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局也是非常的需要高技術(shù)來支持。向西部發(fā)展的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略思想必然需要有高技術(shù)隨之轉(zhuǎn)移，生產(chǎn)也將需要自動(dòng)化技術(shù)的支持，這樣發(fā)展高技術(shù)自動(dòng)化也就是必然的趨勢(shì) 。 現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)出現(xiàn)一些自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)例： 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 4 圖 14 食 用 油 包 裝 生 產(chǎn) 線 圖 15 全 自 動(dòng) 包 裝 生 產(chǎn) 線 國(guó) 外 生 產(chǎn) 線自動(dòng)化發(fā)展概況 在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中，配電自動(dòng)化系統(tǒng)受到了廣泛的重視，國(guó)外的配電自動(dòng)化 系統(tǒng)已經(jīng)形成了集變電所自動(dòng)化、饋線分段開關(guān)測(cè)控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)（ DMS），其功能已多達(dá) 140 余種。 日本是配電自動(dòng)化發(fā)展得比較快的國(guó)家。 從國(guó)外配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用的通信方式看，尚沒有一種通信技術(shù)可以很好地滿足于配電系統(tǒng)自動(dòng)化所有層次的需要。 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 6 第二章 生產(chǎn)線的方案設(shè)計(jì)與研究 第一章我們簡(jiǎn)要介紹了包裝生產(chǎn)線的提出背景，國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)線發(fā)展現(xiàn)狀。 本課題主要研究的內(nèi)容 現(xiàn)代社會(huì)對(duì)物品的包裝要求越來越高，為使包裝出的物品整齊、美觀并且具有良好的包裝質(zhì)量，要求包裝機(jī)具有精確的動(dòng)作、定位精度及較高的生產(chǎn)率，因此對(duì)包裝線的控制要求是越來越高。包裝箱傳送帶用來傳送產(chǎn)品包裝箱，其功能是把已經(jīng)裝滿的包裝箱運(yùn)走，并用一只空箱來代替。產(chǎn)品傳送帶將產(chǎn)品從生產(chǎn)車間傳送到包裝箱，當(dāng)某一產(chǎn)品被送到傳送帶的末端，會(huì)自動(dòng)落入包裝箱內(nèi)，并由另一傳感器轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖。 由自動(dòng)包裝生產(chǎn)線的工作流程可以發(fā)現(xiàn)主要有傳送帶運(yùn)動(dòng)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)幾部分組成，所以該系統(tǒng)輸入信號(hào)有：?jiǎn)?dòng)信號(hào)，傳感器計(jì)數(shù)，包裝箱到位檢測(cè)，過載保護(hù)等。 開關(guān)啟動(dòng)，傳送帶 2運(yùn)動(dòng) 包裝箱運(yùn)動(dòng) 到 SC2 M2 停止 M1運(yùn)動(dòng) 物品下落，傳感器計(jì)數(shù) 計(jì)數(shù)到10， M1停止M2 運(yùn)動(dòng) 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 7 PLC 控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng) 通過分析包裝生產(chǎn)線的工作流程，控制系統(tǒng)分為電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)，編碼器計(jì)數(shù)等。它既靈活方便，又精確可靠，抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，使用方便，通用性好，組合靈活；體積小，功耗低，功能完善，適應(yīng)面 廣。根據(jù)輸出的信號(hào)來控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)：按下啟動(dòng)按鈕，手動(dòng)開關(guān)閉合，程序才能夠運(yùn)行，完成相應(yīng)的動(dòng)作。自動(dòng)：按下啟動(dòng)按鈕，程序完成一個(gè)周期的動(dòng)作后又接著從第一步開始運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)循環(huán)。 根據(jù)包裝生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行情況，本系統(tǒng)采用自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種方式，還必須考慮停止運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)， 可編程控制器的停運(yùn)方式有正常停運(yùn)，暫時(shí)停運(yùn)和緊急停運(yùn)三種。 系統(tǒng)控制總框圖 系統(tǒng)硬件配置機(jī)構(gòu)框圖所示，包括中央處理單元及 I/O 擴(kuò)展單元、檢測(cè)元件（光電開關(guān)和接近開關(guān)等）、控制元件（交流接觸器和電磁閥）以及執(zhí)行元件（電動(dòng)機(jī)）等幾部分。 控制元件 檢測(cè)元件 輸入輸出單元 中央處理單元 CPU 執(zhí)行元件 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 8 第三章 電氣元件的選擇 可編程控制器的介紹 .1可編程控制器的產(chǎn)生 可編程控制器（ Programmable Controller）的英文縮寫是 PC，容易同個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer）混淆，因此通常都稱其為 PLC（ Programmable Logic Controller）。目前PLC 已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱（可編程控制器、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）的首位。它用計(jì)算機(jī)的軟組件的邏輯編程成功取代了繼電器控制的硬接線編程，生產(chǎn)硬設(shè)備的生產(chǎn)線是 “柔性 ”的愿望終于實(shí)現(xiàn)了。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的 可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。 PLC 的平均無故障時(shí)間可達(dá)幾十萬個(gè)小時(shí) ，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施： 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 9 （ 1）硬件方面 I/O 通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對(duì) PLC的影響；對(duì)供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對(duì) CPU 等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對(duì)有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等。 2．編程簡(jiǎn)單、使用方 便 目前，大多數(shù) PLC 采用的編程語言是梯形圖語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時(shí)，可以 現(xiàn)場(chǎng)改變程序，使用方便、靈活。這也是PLC 獲得普及和推廣的主要原因之一。同時(shí)，由于 PLC 產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。 PLC 的用戶 程序大部分可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。 5．體積小、重量輕、能耗低 由于 PLC 采用了集成電路，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低，因而是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 10 （ 1）按結(jié)構(gòu)形式分類 ① 整體式 將 CPU、存儲(chǔ)器 、 I／ O 和電源等部件集中于一體，安裝在一個(gè)金屬或塑料的機(jī)殼的基本單元內(nèi)，機(jī)殼的上下兩側(cè)是輸入輸出接線端子，并配有反映輸入輸出狀態(tài)的微型發(fā)光二極管。一般小型以下 PLC 多采用這種結(jié)構(gòu)，如三菱公司的 FX2N、 FX0N、 FX1S 系列?？砂凑湛刂埔螅x用不同檔次的 CPU 模塊、各種 I/O 模塊和其它特殊模塊，構(gòu)成不同功能的控制系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)也較高。 圖 3— 3 三 菱 FX1 S 系 列 PLC 圖 3— 4 三 菱 A2NQ 系 列 PLC （ 2）按 I/O 點(diǎn)數(shù)和功能分類 按 I/O 點(diǎn)數(shù)、內(nèi)存容量和功能來分， PLC 可分為微型、小型、中型、大型和超大型五類。小型 PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)和計(jì)數(shù)等功能，適合于開關(guān)量控制、定時(shí)和計(jì)數(shù)控制等場(chǎng)合，常用于代替繼電器控制的單機(jī)線路中。 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 11 PLC的結(jié)構(gòu) PLC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì) ,采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu) ,主要由 CPU、存儲(chǔ)器、 采用掃描方式工作的 I/O 接口電路和電源等組成。作為一種以微處理器為核心的用作數(shù)字控制的特殊計(jì)算機(jī)，它的硬件配置與一般微機(jī)裝置類似，主要是由 CPU 模塊、輸入 /輸出模塊、電源等部分組成。 每臺(tái) PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù) 據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。 （ 2） I/O 模塊： PLC 的對(duì)外功能，主要是通過各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián)系的，按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 12 能管理的基本配置的能力，即受最 大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 輸入輸出模塊可分為：數(shù)字 I/O 接口、模擬 I/O 接口、智能 I/O 接口、通信接口、擴(kuò)展接口。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。 PLC 的工作原理 PLC 控制 PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，集中進(jìn)行輸入采樣，集中進(jìn)行輸出刷新。 任務(wù)的完成是建立在其硬件的支持下，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，這一點(diǎn)是和計(jì)算機(jī)工作原理一致的。 PLC 是采用 “順序掃描、不斷循環(huán) ”的方式進(jìn)行工作的。如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第 一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。周而復(fù)始。 電源開關(guān)和按鈕的選擇 開關(guān)是用于接通和斷開電路的電器。隨著社會(huì)和科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)代工廠企業(yè)車間甚至用戶都不在運(yùn)用這些“古董”產(chǎn)品，被取而代之的是斷路器。斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 13 熔斷器式開關(guān)與過欠熱繼電器等的組合。目前，已獲得了廣泛的應(yīng)用。 在這里我們主要介紹三種根 據(jù)使用級(jí)別和分?jǐn)嗄芰?從 大到小依次是：框架式 （ 萬能式 ） 斷路器；塑殼式斷路器；小型斷路器 。 萬能式斷路器用來分配電能和保護(hù)線路及電源設(shè)備的過載、欠電壓、短路等，在正常的條件下，可作為線路的不頻繁轉(zhuǎn)換之用。在正常條件下還可作為電動(dòng)機(jī)的不頻繁起動(dòng)之 用。塑殼式斷路器不僅功能強(qiáng)大、性能優(yōu)良，和 各種電器部件的兼容性也很好。 塑殼斷路器憑借著種種優(yōu)點(diǎn)，在低壓配電系統(tǒng)中起到了越來越重要的作用。塑殼式斷路器已 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 14 經(jīng)在一定程度上，逐步取代了熔斷器和閘刀開關(guān)的位置，成為低壓配電系統(tǒng)的主要開關(guān)。塑殼式斷路器較常應(yīng)用于工業(yè)配電系統(tǒng)，如電動(dòng)機(jī)回路、出線回路等。 小型斷路器主要用于工業(yè)、商業(yè)、高層和民用住宅等各種場(chǎng)所。在電氣自動(dòng)控制電路中，用于手動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)以控制 接觸器 、 繼電器 、電磁起動(dòng)器等。 按鈕的分類方式很多，生產(chǎn)廠家也很多，下面我們主要介紹幾種常用的按鈕開關(guān)。作為電磁起動(dòng)器、接觸器、繼電器及其它電氣線路的控制之用。 另一種常見按鈕主要運(yùn)用于機(jī)床一級(jí)流水線上，這便是我們所說的急停按鈕。顧名思義急停按鈕就是當(dāng)發(fā)生緊急情況的時(shí)候人們可以通過快速按下此按鈕來達(dá)到保護(hù)的措施。 根據(jù)電流超過規(guī)定值一段時(shí)間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而使電路斷開；運(yùn)用這種原理制成的一種電流保護(hù)器。 對(duì)熔斷器的選擇要求是： 在電氣設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，熔斷器不應(yīng)熔斷；在出現(xiàn)短路時(shí)，應(yīng)立即熔斷；在電流發(fā)生正常變動(dòng)（如電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程）時(shí)，熔斷器不應(yīng)熔斷；在用電設(shè)備持續(xù)過載時(shí)，應(yīng)延時(shí)熔斷。 選擇熔斷器的類型時(shí)，主要依據(jù)負(fù)載的保護(hù)特性和短路電流的大小。所以容量較小的照明線路和電動(dòng)機(jī)宜采用熔體為鉛鋅合金的 RC1A 系列熔斷器，而大容量的照明線路和電動(dòng)機(jī)，除過載保護(hù)外， 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 16 還應(yīng)考慮短路時(shí)分?jǐn)喽搪冯娏鞯哪芰ΑＳ糜谲囬g低壓供電線路的保護(hù)熔斷器，一般是考慮短路時(shí)的分?jǐn)嗄芰Α．?dāng)短路電流相當(dāng)大時(shí)，宜采用有限流作用的 RT0 系列熔斷 器。低壓熔斷器種類很多，有插入式（ RC 型），螺旋式（ RL 型），無填料密閉管式（ RM 型），有填料封閉管式（ RT 型）及高分段能力的 NT 型等。 圖 311 RT 系列熔斷器 圖 312 NT 型熔斷器 接觸器和熱繼電器的選擇 接觸器 接觸器（ Contactor）狹義上是指能頻繁關(guān)合、承載和開斷正常電流及規(guī)定的過載電流的開斷和關(guān)合裝置 。接觸器廣義上是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。 它的控制對(duì)象主要是電動(dòng)機(jī)、電熱設(shè)備、電焊機(jī)及電容器組等。 交流接觸器工作原理為 ,當(dāng)線圈通電時(shí)，靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力，將動(dòng)鐵芯吸 包裝生產(chǎn)線的 PLC 控制 17 合，由于觸頭系統(tǒng)是動(dòng)鐵芯聯(lián)動(dòng)的，因此動(dòng)鐵芯帶動(dòng)三條動(dòng)觸片同時(shí)運(yùn)行，觸點(diǎn)閉合，從而接通電源 。 由于控制系統(tǒng)的主電路中有兩臺(tái)電機(jī)，需要選擇與之匹配的接觸器去控制電機(jī)的通斷情