【正文】 了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。今后， PLC 將主要朝著以下兩個 方向發(fā)展 :一個是向超小型專用化和低價格方向發(fā)展 ?？偟内厔萑缦?。一 種自動化產(chǎn)品的競爭力除表現(xiàn) 在其技術(shù)上的個性外，更重要的還在于其滿足國際 標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平。出廠檢驗時各可編程控制產(chǎn)品的廠家都有相應(yīng)的技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)作依據(jù)。但是，這些標(biāo)準(zhǔn)目前只能是統(tǒng)一區(qū)域性的產(chǎn)品，而不能實現(xiàn)全球的統(tǒng)一性。 2. CPU處理速度進(jìn)一步加快 目前 PLC 的 CPU 與微型計算機的 CPU 相比，還處在比較落后的地 步，最高的也僅僅處在 80486一級。這樣 PLC 執(zhí)行指令的速度將達(dá)到納秒級。 開放性和兼容性是不可分割的而且是相輔相成的概念。當(dāng)今可編程控制產(chǎn)品種類繁多，加上自動化項目越來越大，致使常常在一個工程項目中出現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品做主從站的現(xiàn)象，這就要求每一廠家的產(chǎn)品族中，都要考慮到和其他廠家產(chǎn)品的兼容性問題 。除此之外，同一廠家產(chǎn)品族中的各系列產(chǎn)品兼容性也代表了可編程控制產(chǎn)品的水平。但是工業(yè)的每一領(lǐng)域都有其自己的特點。 這樣，適合于某個行業(yè)或某些特殊問題的專用模塊就可以很容易地集 3 成到通用系統(tǒng)中去。 隨著 PLC 進(jìn)入過程控制的領(lǐng)域，對 PLC 可靠性的要求進(jìn)一步提高。但從根本上來講，系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各單元的可靠程度。 MTBF(平均無故障時間 )是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。 根據(jù)分散控制、集中管理的原則， PLC 控制系統(tǒng)的 1/0 模塊將直接安裝在控制現(xiàn)場，通過通信電纜或光纖與主 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 為了滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制與管理的需要， PLC 將廣泛采用計算機信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，使 PLC 系統(tǒng)的生產(chǎn)控制功能和信息管理功能融為一體。 。 。 PLC與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備及自動化項目中，我們會遇到大量的開關(guān)量、脈沖量及模擬量等控制裝置。傳統(tǒng)的工業(yè)自動控制主要是由繼電器或分離的電子線路來實現(xiàn)的。目前，工業(yè)界比較有代表性的控制方式主要有以下幾個類別 :繼電器控制系 4 統(tǒng)，單片機控制系統(tǒng)，微型計算機系統(tǒng)，集散型控制系統(tǒng)。如果要在現(xiàn)場做一些更改和擴展更是難以實行。對于 PLC 來講，只要用 PLC 配備的編程器在現(xiàn)場就可以完成更改。 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作來實現(xiàn)的。一次動作一般為數(shù)十毫秒。而PLC 是以微型計算機為基礎(chǔ)的控制裝置，其運行速度為每個指令步數(shù)十微秒 (對于高速 PLC 則是 5微秒以下 )。 對于限時控制，繼電器是利用時間繼電器的延時動作來實現(xiàn)的。且環(huán)境溫度變化等因素都會對定時精度有直接的影響。由于 PLC 的定時是對時基脈沖進(jìn)行計數(shù)來實現(xiàn)的，所以如果是對外脈沖進(jìn)行計數(shù)，就成為計數(shù)器。 從可靠性和可維護(hù)性方面來看，繼電器控制邏輯由于使用了大量的機械觸點，連接線也多，觸點開閉時產(chǎn)生的電弧會使觸點損壞，動作時的機械振動還可能使 接線松動，所以可靠性和可維護(hù)性都較差。而且體積小、功耗小、壽 命長、可靠性高、還具有監(jiān)控功能和自檢功能，使程序的運行過程成為透明。繼電器邏輯只能對開關(guān)量進(jìn)行控制。但是目前在成本方面 PLC 還比繼電器貴，一般進(jìn)口產(chǎn)品每個 110 點為人民 5 幣 80元左右 。 PLC與單片機控制系統(tǒng)比較 雖然單片機的配置較微機系統(tǒng)簡單，成本也較易接受，但它仍然不 是為工業(yè)控制而設(shè)計的。盡管其有較強的數(shù)據(jù)處理能力，但工業(yè)控制都為開關(guān)量控制，所以其長處仍得不到發(fā)揮。因此，它具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。用單片機作控制部件在成本方面具有優(yōu)勢。雖然 PLC 也有必不可少的軟件開發(fā)過程，但兩者所用的語言差別很大，單片機主要使用匯編 語言開發(fā)軟件。前者復(fù)雜而易出錯，開發(fā)周期長。 單片機控制系統(tǒng)僅適用于較簡單的自動化項目。軟件上主要受限于與 CPU類型有關(guān)的編程語言。其通用性、兼容性和擴展性都相當(dāng)差。而微型計算機是為科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理等而 設(shè)計的，盡管兩者在技術(shù)上都采用了計算機技術(shù)，但 由于使用對象和環(huán)境的不同， PLC 較之微機系統(tǒng)具有面向工業(yè)控制、抗干擾能力強、適應(yīng)工程現(xiàn)場的溫度、濕 度環(huán)境、輸入、輸出一一般采用“光一電”隔離技術(shù)，并配備有可承受較大負(fù)載 的繼電器或可控硅 (也有用晶體管 )輸出部件，一般可以直接驅(qū)動小型電機等負(fù)載。并有較完善的監(jiān)控功能。此外，微機系統(tǒng)的外設(shè)配備較多，有些對工業(yè)控制并非必須。 6 PLC與集散型控制系統(tǒng)的比較 PLC 是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。 PLC 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，無論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高。隨著網(wǎng)絡(luò)通信功能的不斷增強， PLC 與 PLC 及計算機 的互聯(lián)，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)高速公路上 (Data Highway)掛接在線通用計算機，實現(xiàn)在線組態(tài)、編程和下裝，進(jìn)行在線監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，這樣就己經(jīng)具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上 PLC 價格和可靠性優(yōu)勢，使之可與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相互競爭。無論是與傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制邏輯相比，還是與現(xiàn)代的微型計算機系統(tǒng)乃至專用于控制的單片機相比，在工業(yè)控制方面 PLC 都具有明顯的優(yōu)越性。 卷紙包裝機產(chǎn)生的背景及意義 衛(wèi)生卷紙是人們生活中的必須品，隨著人們對紙質(zhì)品用量的增加，對衛(wèi)生紙 的需求也越來越大，且對衛(wèi)生紙的安全性，方便性要求也越來越高。目前，該 類包裝機多半為進(jìn)口產(chǎn)品，價格昂貴。 PLC 在包裝機械上應(yīng)用的可能性和前景 包裝機械的最大特點是動作復(fù)雜、頻繁，且有較多的執(zhí)行元件。從物理介質(zhì)方面來講，前者是要用具體的電氣元件來組合，而后者只是 PLC 的內(nèi)部寄存器，在 PLC 編程容量許可的范圍內(nèi)，可以不花費額外的費用來實現(xiàn)復(fù)雜的控制 7 邏 輯。事實上 PLC 用于這種場合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟性。且 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點 : 1)更改控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件作改動 。 3)電氣硬件設(shè)計大大簡化 。 5)可靠性高 。 7)具有擴展單元或擴展模塊，當(dāng)需要較多 1/0時可以方便地擴展。 我國包裝機械目前控制部件大多還沿用繼電器 方式。更重要的是可以使原來無法實現(xiàn)的某些功能得以實現(xiàn)，使機器在某種程度上實現(xiàn)智能化。 項目研究的主要內(nèi)容 ，明確背景知識與選型根據(jù) 。 ?？偨Y(jié)各機構(gòu)的動作順序，將其用流程圖的形式表示出來，為實現(xiàn)高速全自動運動控制 做準(zhǔn)備。 ，包括監(jiān)界面設(shè)計、動態(tài)現(xiàn)場狀態(tài)顯示。論文的第一章主要介紹了可編程控制器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢及其在包裝機械上應(yīng)用的可能性及前景，分析了 PLC 控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的區(qū)別，介紹了本課題的研究內(nèi)容。第三章主要對控制系統(tǒng)的供電線路及包裝各工位的電氣圖進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)放卷分切部分的受力分析，建立模型，然后依據(jù)自適應(yīng)控制原理設(shè)計和實現(xiàn)了張力控制，同時也實現(xiàn)了送料過程中的同步控制并繪出了電路圖。為了實現(xiàn)監(jiān)控，利用 SIEMENS 的工控組態(tài)軟件設(shè)計了包裝過程的監(jiān)視界面。這里需要說明的是，正如前面所提到的那樣， 可編程控制技術(shù)并非單純是指 PLC 本身，而是包括其在內(nèi)的一系列自動化控制產(chǎn) 品和技術(shù)的應(yīng)用。在設(shè)計控制系統(tǒng)之前，首先得了解其生產(chǎn)工藝。簡單的工藝流程如圖 21 所示。放卷到一定長度 (長度由色標(biāo)來檢測 )時，通過色標(biāo)信號向切紙機構(gòu) 發(fā)出指令。切刀上、下的工作頻率可由變 頻 調(diào)速電機來調(diào)整，操作簡便。同時卷紙庫的卷紙經(jīng)過整理等待托盤推桿送卷紙球。包裝工藝盤共有八個 v 形槽， 三個加工工位，當(dāng)包裝紙和待包裝的卷筒紙放入槽中后，由工藝盤載著其轉(zhuǎn)動， 依次送入各加工工位。工件從 1 號工 位裝入 。在 3 號工位，包裝好的產(chǎn)品由于 重力作用落入成品庫 10 由于這是一個典型的順序控制，利用移位寄存器操作最為方便。當(dāng)?shù)?2 號工位時發(fā)出上料信號，推紙空心臺推動紙片 (其總的上升 時間大于 490ms 小于 640ms)，托盤推動紙球 (其總的上升時間略小于 640)同 時以相同的速度前進(jìn)，當(dāng)工藝盤 V形槽到達(dá)第一工位時，工藝盤停止，在此延時 150ms，待放紙空心臺壓到紙片到位行程開關(guān)，停止，托盤壓到托盤到位 行程開關(guān)， 托盤停止，完成了上料操作，當(dāng)延時到，托盤和放紙空心臺后退，同時，插紙板 前進(jìn)，托住紙球與工藝盤一同運動。窩邊到位，該機構(gòu)就后退。從圖 22 的時序圖 分析，包裝一個衛(wèi)生卷紙只需 880ms，可為什么在 1 分鐘內(nèi)卻只能包 60 個啦，這 里還有個 PLC 掃描周期的問題，本包裝程序中 PLC 掃描周期為 120 ms. 可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計 利用 PLC 可以構(gòu)成多種控制系統(tǒng) :單機控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)，分散型控 制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程 1/0 控制系統(tǒng) lv]。集中控制系統(tǒng)如圖 23 所示，每個被控制對象與可 編程控制器指定 I/0 相連接，因此各被控對象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)的變換不需要另 外設(shè)置專門的信號線路。單主機控制方式，對主機要求較高，危險 相對集中。這些不足，我們選用上位機來彌補。 為提高 PLC 及系統(tǒng)的抗干擾能力，在硬件配置與安裝上，交流電源使用雙層 隔離，輸入信號光電隔離，遠(yuǎn)離強電布線，模擬量信號和脈沖信號采用屏蔽線傳 遞，采用放射性一點接地等措施，消除或減弱共模和瞬變干擾。 系統(tǒng)的運行方式 運行方式分為手動、單步、周期及自動等四種操作方式。 :按下啟動按鈕，運行一個工步，到位即停。 :從初始位 置開始，按啟動按鈕，程序自動完成一個周期的動作后返 回到第一步開始位置停止 :按啟動按鈕，程序完成一個周期的動作后又接著從第一步開始運行，自動循環(huán)。若按下停止按鈕，則運行立即停止，此時若再按啟動，系統(tǒng)即從該位置運行到第一步開始處停止。與運行方式的設(shè)計相對應(yīng)，還必須考慮停止運行方式的設(shè)計。根據(jù)控制系統(tǒng)要求， 由于包裝機運行期間采用循環(huán)工作方式，只有在工作結(jié)束或接收到操作人員的停止運行指令或設(shè)備出現(xiàn)故障或異常情況時才停止，因此本系統(tǒng)采用硬件切斷電源，使系統(tǒng)立即停車。 12 控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計 總體結(jié)構(gòu)關(guān)系 在前面己經(jīng)說明，本系統(tǒng)采用可編程控制器 (PLC)和工控機兩級控制的結(jié)構(gòu)。工控機用來進(jìn)行參數(shù)的修改與設(shè)定、全自動控制、在線監(jiān)視、傳送信息等工 作。 控制系統(tǒng)主要器件的選擇 卷紙包裝機控制系統(tǒng)主要器件包括工控機 (另配顯示器 )、 PLC、變頻器等。工控機由一臺 500VA的不間斷電源 UPS供電，保證報表數(shù)據(jù)的完整記錄。然后確 定系統(tǒng)的規(guī)模、機型和配值。 50 個開關(guān)量輸出 。 巧個模擬量輸出 。其模塊化、無 排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得 S7300 成為各種從小 規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟的方案。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附 加的模塊對 PLC 進(jìn)行擴展。它具有很強的計算能力和完善的 指令集，以及通過 MPI 接口和 SINEC LANS 聯(lián)網(wǎng)的能力，適用于高速的過程處理 需要。除此之外， 它自帶的 STEP?編程軟件 功能強大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷。 根據(jù) I/0 點數(shù)的確定要按照實際點數(shù)再加 20 Yo30%的備用量及其特性，配 置了如下的模塊 [V}l, 1. 2 個模擬量輸入模塊 SM331 13 為 16 路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道 。 3. 4 個數(shù)字量輸入模塊 SM321 輸入通道 。 CPU3152DP。除此之外，另一個重要的任務(wù)就是接受工控機 (上 位機 )的控制命令，以進(jìn)行全自動包裝循環(huán)。每執(zhí)行 1000 條二 進(jìn)制指令約需 0JMS，最大可擴充 1024 點數(shù)字量 1/O 或 128路模擬量通道。 CPU3152DP 的操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的用戶程序掃描過程。 128 個功能調(diào)用 FC (0127)。 OB, F B, FC, DB的容量均不大于 8KB。有 9 個系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 SDB裝載 S7300 系統(tǒng)參數(shù)。它可以裝載中等 規(guī)模的程序，并具有中等的指令執(zhí)行速度。主機架和擴展機架之間通過接口模塊 IM360 和 IM361 形成統(tǒng)一的整體。接口模塊是自組態(tài)的，無需進(jìn)行地址分配。如果 CPU不確認(rèn)此機架，則 LED 閃爍。 IM360 必須安裝在 S7300 的 0號主機架上， IM360 和 IM361 之間的最大距 離不超過 10 米。數(shù)據(jù) 通過連接線 368 由 IM360 傳輸?shù)?IM361，再從 IM361 傳輸?shù)较聜€機架上的 IM361?？赏ㄟ^電源 連接器連接 PS307 負(fù)載電源。它內(nèi)部帶有微處理器，用來分擔(dān) CPU的通訊任務(wù)，并支持其 它的通訊連接。與編程 器、人機界面裝置進(jìn)行通訊 。 CP343 一 5 通訊 處理器具有 SIMATICS7300 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點，其 9 針 D 型連接器用于連 接 PROFISUS p 4 針端子排用于連接外部 24V直流電源電壓。然 后送至輸入緩沖器等待 CPU采樣，采樣時，信號經(jīng)過背 板總線進(jìn)入到輸入映像區(qū)。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過光電禍合器隔離。輸入開關(guān)閉合即有輸入電壓時， LED 亮。按負(fù)載回路使用的電源不同分為 :直流輸出模塊、交