【正文】 業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在 可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。 CPU 的構(gòu)成 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 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(lái)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(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。 CPU 主要由運(yùn)算器 、 控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。 存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及工作數(shù)據(jù)。 6 圖 21 PLC 的工作原理 PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，在 PLC 中，用戶程序按先后順序存放， CPU 從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后，又返回第一條，如此周而復(fù)始的不斷循環(huán)。 這個(gè)工作過(guò)程分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段。 內(nèi)部處理階段， PLC 檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器等。 當(dāng) PLC 處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。 輸入處理又叫輸入采樣。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。 程序執(zhí)行階段根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐內(nèi)部處理 通信 操作 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 運(yùn) 行 停止 7 句掃描，執(zhí)行程序。 PLC 的串行工作方式避免了繼電器控制系統(tǒng)中觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配的問(wèn)題。掃描周期是一個(gè)很 重要的指標(biāo)，小型 PLC 的掃描周期一般為十幾毫秒到幾十毫秒。毫秒級(jí)的掃描時(shí)間對(duì)于一般工業(yè)設(shè)備通常是可以接受的， PLC 的影響滯后是允許的，但是對(duì)某些 I/O 快速響應(yīng)的設(shè)備，則采取相應(yīng)的處理措施。影響I/O 滯后的主要原因：輸入濾波器的慣性，輸出繼電器接點(diǎn)的慣性，程序執(zhí)行的時(shí)間，程序設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)母郊佑绊懙取?CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 I/O 模塊集成了PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸 出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。 I/O 分為開(kāi)關(guān)量輸入（ DI），開(kāi)關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。常用的 I/O 分類如下： 開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 5 電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 7 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 1） 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開(kāi)發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。 2） 人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由計(jì) 算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。 8 PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。 PLC 的通信，還未實(shí)現(xiàn)互操作性， IEC 規(guī)定了多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)， PLC 各廠家均有采用。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開(kāi)放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來(lái)系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展；其次，針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機(jī)制的前提下進(jìn)行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適用性等具體問(wèn) 題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 全自動(dòng)剪板機(jī)控制系統(tǒng) 機(jī)械部分 電氣部分 送料機(jī)構(gòu) 壓料機(jī)構(gòu) 卸料機(jī)構(gòu) 小車機(jī)構(gòu) PLC 電 機(jī) 電 路 工作電路 工作電源 軟件部分 10 第三章 自動(dòng)剪板機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第一節(jié) 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 1 設(shè)計(jì)進(jìn)料機(jī)構(gòu) E 用交流電機(jī)帶動(dòng)送料皮帶，傳送皮帶送料只向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，只要求電機(jī)向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)即可，輕負(fù)載小工率電動(dòng)機(jī)可直接起動(dòng)，用熔斷器和熱繼電器作短路、過(guò)載保護(hù)。 2 設(shè)計(jì)壓料機(jī)構(gòu) B 壓塊 B 的作用是壓緊板 料，以利于剪切刀切斷板料，壓塊 B 又上升和下降兩種運(yùn)動(dòng)，要求帶動(dòng)壓塊的電動(dòng)機(jī)具有正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，控制電路有聯(lián)鎖保護(hù)、用熔斷器和熱繼電器作短路、過(guò)載保護(hù)。電機(jī)正反轉(zhuǎn)就需要互鎖控制。 11 根據(jù)電機(jī)控制要求，其電機(jī)正反轉(zhuǎn)主電路圖如圖 4 所示，程序流程框圖如圖 5所示。 根據(jù)電機(jī)控制要求，其電機(jī)正反轉(zhuǎn)主電路圖如圖 4 所示，程序流程框圖如圖 5所示。采用 PLC 控制也應(yīng)該有自己的基本控制環(huán)節(jié)，為此而提出電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 PLC設(shè)計(jì)討論，尋找 其較好的控制方案。上、下兩圖比較，不管是電器元件、觸點(diǎn)數(shù)量、連接導(dǎo)線的數(shù)量都是一樣的，分別是 5 只、 9 個(gè)、 13 條。 3）元件的代號(hào)意義 SB0—— 帶磨姑頭急停按鈕。 5KM1—— 正轉(zhuǎn)接觸器。 其中的 5KM1 和 5KM2 要求選用帶機(jī)械聯(lián)鎖的交流接觸器。 反轉(zhuǎn)啟動(dòng) —— 撳 5SB2，首先是 5KM1 失電，其互鎖觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，才是 5KM2 得電動(dòng)作，其中一個(gè)觸點(diǎn)自鎖，另一個(gè)觸點(diǎn)則用于互鎖，即斷開(kāi) 5KM1 的線圈回路。 4 設(shè)計(jì)小車送料裝置 為實(shí)現(xiàn)板料自 動(dòng)輸送到下一工位并返回 ,可采用交流電通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸 ,驅(qū)動(dòng)行走輪來(lái)完成小車往返各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力來(lái)自電機(jī) ,根據(jù)控制的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性要求 ,用交流電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)料、小車送料、托架下料，采用伺服電機(jī)控制擋料器精確定長(zhǎng)。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。 而且 永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有： 1） 無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。 3） 慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。 伺服的額定速度比一般異步電機(jī)高的多，并且可以控制轉(zhuǎn)速和位移，而一般的變頻器只側(cè)重于轉(zhuǎn)速控制，適用于開(kāi)環(huán)調(diào)速，而伺服可以做到精確定位，速度環(huán)控制響應(yīng)比變頻器加外圍速度控制更直接，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。 KM1~KM7 為接觸器， KM1 是緊急停止接觸器 ,KM2 控制蜂鳴 器 ,KM3~KM7 分別控制送料、壓塊、剪切和小車電機(jī)。 14 該控制系統(tǒng)需要完成對(duì)工作機(jī)構(gòu)的控制情況如下： 1）進(jìn)料控制 ,執(zhí)行器 件為進(jìn)料電機(jī) ,通過(guò)對(duì)進(jìn)料電機(jī)的起?？刂?,實(shí)現(xiàn)進(jìn)給機(jī)構(gòu)輸送板料，停止輸送板料的控制。通過(guò)控制主電機(jī)傳動(dòng)路線中的電磁離合器 ,控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀具完成向下剪切板料 ,撤回利用彈簧完成。 3） 小車往返運(yùn)動(dòng)及停止控制 ,執(zhí)行器件為小車電機(jī) ,通過(guò)控制小車電機(jī)的起、停、正反轉(zhuǎn) ,控制送料小車在剪板機(jī)與下一工位往返送料。由于可編程控制器是低壓直流輸出 ,所以 ,我們使用中間繼電器作為控制器輸出的第 1 級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,通過(guò)繼電器的觸電控制大功率接觸器的通斷 ,從而控制交流電機(jī)的起、停。 15 系統(tǒng)原來(lái)采用繼電器 — 接觸器控制 ,但控制系統(tǒng)較復(fù)雜 ,大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低 , 也間接降低了設(shè)備的工作效率。 、 PLC 控制器的選擇 在此設(shè)計(jì)中，采用日本松下公司生產(chǎn)的 FP1— C24系列 PLC系統(tǒng)作為主機(jī)。 CPU 處理速度快， 運(yùn)行速度 步 。編輯工具的功能強(qiáng)大，無(wú)論是手持編程器還是編程工具軟件，其編程可監(jiān)控能力都很強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)通信功能強(qiáng)大，此系列的各種機(jī)型都提供了通信功能，松下電工提供了多達(dá) 6種的 PLC 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，在同一子網(wǎng)中集成了幾種通信方式，我們可根據(jù)需要選擇。產(chǎn)品型號(hào)以 C 字母開(kāi)頭代表主控單元或稱主機(jī)，以 E 字母開(kāi)頭代表擴(kuò)展單元或稱擴(kuò)展機(jī)，后面跟的數(shù)字代表 I/O 點(diǎn)數(shù)。 主機(jī)上配有 RS232C 通訊口及機(jī)內(nèi)時(shí)鐘 ，形成系列化產(chǎn)品。另外， FP1 還 有功能完備的編程工具，利用這些工具，我們可以方便的 進(jìn)行編程和實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。由于 FP1 具有結(jié)構(gòu)緊湊、硬件配置全、軟件功能強(qiáng)等特點(diǎn)，而且，它的某些功能甚至能與大型機(jī)媲美，所以性能價(jià)格比高，較適合在中小企業(yè)中推廣使用。 2 脈沖輸出功能 FP1 型 PLC 中晶體管輸出型可輸 出頻率可調(diào)脈沖，最高脈沖頻率大5000 Hz。 4 脈沖捕捉功能 在 FP1 的輸入端增加了脈沖捕捉功能，可以根據(jù)需要選擇。 中斷功能 手動(dòng)可調(diào)數(shù)值輸入功能 只要在小旋具或螺絲刀調(diào)節(jié)面板上的螺桿的旋轉(zhuǎn)角，即可從外部方便的改變其內(nèi)部寄存器中所存的數(shù)值，數(shù)值范圍可在 0～ 256 之間改變，在 FP1 中還有其他一些特殊功能，如時(shí)鐘日 歷、掃描時(shí)間設(shè)置、口令保護(hù)、看門狗等。主控單元和擴(kuò)展單元的 I/O 點(diǎn)數(shù)加起來(lái)最多可達(dá)152 個(gè)點(diǎn)。主控單元還具有 8 個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先權(quán)管理等功能。 除主控單元和擴(kuò)展單元外，還有 A/D、 D/A 單元， 最多可控制 152 點(diǎn)加 4 通道 A/D,4通道 D/A，還有 CNET 鏈接單元等高級(jí)模塊，可進(jìn)行模擬量處理， 通過(guò) CNET 網(wǎng)絡(luò)模塊可方便地將最多 32 臺(tái) PLC 聯(lián)成網(wǎng)絡(luò) ,距離達(dá) ，可方便的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) PLC 控制網(wǎng)絡(luò)。本設(shè)計(jì)中假設(shè)小車可最多載 40塊板料。 HL1為小車空載指示 ,根據(jù)需要 , 還可增設(shè)其它信號(hào)指示。 18 圖 37 自動(dòng)剪板機(jī) PLC控制系統(tǒng) I/O端子分配圖 把現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)輸入設(shè)備按編號(hào)接在 PLC的輸入端子上，相應(yīng)的輸出設(shè)備接在輸出端子上。利用 PLC 移位寄存器的移位功能，可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)順序控制，使每一步嚴(yán)格 按順序動(dòng)作。 、 系統(tǒng)的流程圖 控制系統(tǒng)的流程順序如圖 11所示： 19 圖 38 控制系統(tǒng)的流程圖 20 、 系統(tǒng)的梯形圖及其程序語(yǔ)句表 1 系統(tǒng)的梯形圖 圖 39 系統(tǒng)的梯形圖 程序語(yǔ)句表 0 ST X 3 1 AN/ X 1 2 AN X 5 3 OT R 0 4 ST R 0 5 AN X 0 6 OT R 1 7 ST R 1 8 PUSH 21 9 AN/ X 7 10 OT Y 7 11 RDS 12 AN/ X 7 13 AN/ Y 6 14 OT Y 5 15 POPS 16 AN X 6 17 OT R 2 18 ST R 2 19 OT Y 0 20 ST R 2 21 AN X 2 22 OT R 3 23 ST R 3 24 AN/ Y 2 25 OT Y 1 26 ST R 3 27 AN X 4 28 OT R 4 29 ST