【正文】 1( 1 ) [ ( ) 1 ]0 . 0 6ccp q pnNp??? κ 1(n + 1 )κκ κ 1 ( 1 1 ) 1 . 4 0 . 5 2 . 2 5 2 . 2 5[ ( ) 1 ] 3 1 . 4 60 . 0 6 0 . 5 KW?? ? ?1 .4 1(1 + 1 ) 1 .4 1 .4 1 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 20 根據(jù)以上的計(jì)算選取空壓機(jī)的功率為 40KW。在每一采樣控制周期，控制器根據(jù)系統(tǒng)偏差大小，計(jì)算出該采樣控制周期所需要的控制量大小，以完成活塞位移的實(shí)時(shí)控制。物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。 化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。根據(jù)以上我們選擇光電開關(guān)來作為傳感器。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 21 第 4 章 系統(tǒng)的編程和設(shè)計(jì) PLC 的結(jié)構(gòu)及其工作原理 PLC 的一般結(jié)構(gòu) 用可編程控制器實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個(gè)變換予以物理實(shí)現(xiàn)。物理實(shí)現(xiàn)要求 PLC 的輸入應(yīng) 當(dāng)排除干擾信號(hào)適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，而輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實(shí)際控制系統(tǒng)方便使用。根據(jù) PLC 實(shí)施控制的基本點(diǎn)的分析，PLC 采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是 CPU、 RAM、 ROM 和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成 [10] 如圖 所示。 中央處理器 (CPU)一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一塊芯片上。 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 22 用戶程序存儲(chǔ)器用來存放由編程器或計(jì)算機(jī)輸入的用戶程序。 輸入接口電路 現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路一般有光電耦合電路和微電腦輸入接口電路組成。 微電腦輸出接口電路 :一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成而成。 功率放大電路 :是為了適應(yīng)工業(yè)控制的要求，將微電腦輸出的信號(hào)加以放大。 PLC 工作原理 PLC 雖然具有微機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。如常見的鍵盤掃描方式或 I/O 掃描方式，有鍵按下或 I/O 動(dòng)作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。這個(gè)工作過程分為五個(gè)階段 :自診斷，與編程器等的通信，輸入采樣，用戶程序的執(zhí)行，輸出刷新 [7] 。 自診斷與編程器計(jì)算機(jī)等通信 讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 執(zhí)行用戶程序 結(jié)果輸出 圖 PLC 的工作過程 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 23 PLC 的軟件設(shè)計(jì) GX Developer 開發(fā)工具的特點(diǎn) GX Developer編程軟件是基于 Windows95/98或 Windows XP的為三菱 Q 、 nQ 、FX系列的 PLC 配置和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。 三菱 FX1N 系列的 PLC 編程語(yǔ)言有三種 :語(yǔ)句表編程語(yǔ)言 (STL)、梯形邏輯編程語(yǔ)言 (LAD)和順序功能圖編程語(yǔ)言 (SFC)，其它編程語(yǔ)言作為可選軟件包使用。 1. 梯形邏輯編程 (LAD)是 GX Developer 編程語(yǔ)言的圖形表達(dá)方式。 表 (STL)是 GX Developer 編程語(yǔ)言的文本表達(dá)方式。為使編程更容易，語(yǔ)句表已擴(kuò)展到 包括一些高層語(yǔ)言結(jié)構(gòu)。使用它可以對(duì)具有并發(fā)、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進(jìn)行編程。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對(duì) PLC 在線上載或下載。 下圖為創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化項(xiàng)目的基本步驟： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 24 圖 創(chuàng)建自動(dòng)化項(xiàng)目的步驟 GX Developer 可用來生成自動(dòng)化項(xiàng)目所需的數(shù)據(jù)和程序。 它們都被收集在一個(gè)項(xiàng)目下。數(shù)據(jù)在一個(gè)項(xiàng)目中以對(duì)象的形式存儲(chǔ)。一旦存儲(chǔ)并退出，生成的每一個(gè)可編程模板都會(huì)自動(dòng)生成 GX Developer 程序及空的連接表。完成后就可為編程模板生成軟件。在子菜單中，可以選擇要生成的塊的類型。 GX Developer 可編程控制器上裝程序到編程器和其它操作，需在編程設(shè)備和可編程控制器之間建立連接。然后是對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，創(chuàng)建程序。在下載完整的或部分用戶程序到 CPU 之前，把工作方式從 RUN 模式置到 STOP 模式。在可編山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 25 程控制器中，如果掉電且 RAM 沒有被備份則數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)電源關(guān)斷后和 CPU 復(fù)位時(shí)，保存在他們上面的數(shù)據(jù)將被保留。這樣，當(dāng)出現(xiàn)故障而不能訪問到程序文檔的符號(hào)或注釋時(shí)，就可以在 PC 中編輯它。 PLC 最 主要的目的是控制外部系統(tǒng)。 2. I/O 賦值（分配輸入輸出） a. 將你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的輸入信號(hào)進(jìn)行賦值，與 PLC 的輸入編號(hào)相對(duì)應(yīng)；（列表） b. 將你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的輸出信號(hào)進(jìn)行賦值 ，與 PLC 的 輸出編號(hào)相對(duì)應(yīng)。 4. 程序?qū)懭?PLC 將你的程序?qū)懭肟删幊炭刂破鳌? 6. 監(jiān)視運(yùn)行情況 在監(jiān)視方式下，監(jiān)視一下你的控制程序的每個(gè)動(dòng)作是否正確。 7. 運(yùn)行程序 包裝機(jī)的 PLC 程序設(shè)計(jì) 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 26 PLC 程序總體設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)應(yīng)該建立在各個(gè)機(jī)構(gòu)的工作順序以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)方案的優(yōu)化的基礎(chǔ)之上的，按照 PLC 應(yīng)用的步驟開發(fā)完成的。根據(jù)第二章、第三章對(duì)整個(gè)包裝機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)部分的工藝分析，可以得到包裝機(jī)的總體程序流程框圖如下圖： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 27 P L C 停 止 運(yùn) 行程 序 開 始初 始 化 程 序設(shè) 備 有故 障判 斷 操 作方 式顯 示 燈 控 制自 動(dòng) 手 動(dòng)封 口 到 位 手 動(dòng) 程 序搖 箱 動(dòng) 作 送 紙 動(dòng) 作送 紙 到 位壓 紙 切 紙 動(dòng) 作切 紙 到 位下 料 開 始下 料 結(jié) 束封 口 卸 料結(jié) 束否 ？結(jié) 束P L C 有 故 障YNYNYN搖 箱 到 位系 統(tǒng) 開 始 圖 總體程序流程圖 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 28 利用 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，我們采用的編程軟件為三菱官方提供的 GX Developer[17] ，在程序編寫之前我們首先確定 I/O 點(diǎn)的地址， PLC 輸入輸出地址如下圖： 圖 PLC 的 I/O 地址分配 我們采用的是 SFC（如圖 ）的編程方式；順序功能圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（ SFC）是一種面向工藝流程的圖形方式的編程語(yǔ)言，類似于計(jì)算機(jī)編程時(shí)的程序框圖。在此基礎(chǔ)上畫出其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，再用步進(jìn)順控指令（ STL） 將很容易獲得相應(yīng)的梯形圖。 包裝機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 由前面所述 ，包裝機(jī)的工作過程分為：搖箱動(dòng)作、送紙動(dòng)作、下料動(dòng)作、壓紙切紙動(dòng)作以及封口動(dòng)作。每個(gè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作的行程由傳感器傳遞信號(hào)給 PLC 來控制。 下 面簡(jiǎn)單分析包裝機(jī)工作的基本優(yōu)化過程： 首先開始搖箱動(dòng)作，為了節(jié)省整個(gè)包裝 的時(shí)間，在送紙一和搖箱動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，在此過程中其它機(jī)構(gòu)不允許動(dòng)作。接下來是送紙二動(dòng)作，動(dòng)作工作原理相同與送紙一相同，再接著是壓紙切紙動(dòng)作，再是下料動(dòng)作，完成后抽板動(dòng)作將顆粒聊落到包裝紙中，最后是封口動(dòng)作，這樣就完成了所有機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)順序。 通過上述工作流程，我們可以很好的寫出系統(tǒng)工作的 SFC 圖，再用步進(jìn)順控指令可以很方便的得到 PLC的梯形圖；采用 SFC方法設(shè)計(jì) PLC控制程序思路清楚，易讀易修改。 我們采用的是 SFC 的編程方式，在編寫程序之前要把方框圖（如圖 ）設(shè)計(jì)完畢，再對(duì)每一個(gè)方框編寫梯形圖。“ 0”方框代表系統(tǒng)休眠，系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。 如 圖 ，各方框里編寫有梯形圖，在處于不同的方框圖狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行的狀況不同；如下圖所示搖箱 1 號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件和狀態(tài)內(nèi)容： 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 31 圖 搖箱 1 號(hào)梯形圖 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 32 S5 是搖箱 1 號(hào)狀態(tài)與搖箱 2 號(hào)狀態(tài)并行的結(jié)構(gòu)，搖箱 2 號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件和狀態(tài)內(nèi)容如下圖： 圖 系統(tǒng)休眠狀態(tài)梯形圖 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 33 結(jié) 論 在這次研究設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)了可編程控 制器的方便性及其實(shí)用性和廣闊的發(fā)展空間并且我從中也學(xué)習(xí)到的很重要的東西。 在本次課題工作中，除了鍛煉了自己的能力外，也積累了不少經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)有不少值得改進(jìn)的地方，現(xiàn)總結(jié)如下： ，使系統(tǒng)能夠按預(yù)期的目標(biāo)正常地運(yùn)行。而且為以后軟件的維護(hù)和改進(jìn)提供了方便。 經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，收獲頗豐，感覺最大的收獲應(yīng)該是對(duì)理論和實(shí)際相結(jié)合的重要性有了深刻的認(rèn)識(shí)。原來在課本上學(xué)到的東西當(dāng)實(shí)際用起來時(shí)才知道相差甚遠(yuǎn)，盡管實(shí)驗(yàn)室里完成了調(diào)試，但到了現(xiàn)場(chǎng)依然問題不斷。 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 34 致 謝 本人能夠完成學(xué)士階段的學(xué)業(yè) ，并能完成學(xué)士學(xué)位論文，是與許多人的幫助分不開的。從論文的選題、結(jié)構(gòu)，直到整理、最后定稿，自始至終都傾注著他的心血。 其次，我要深深地感謝培養(yǎng)和教育我的任課老師以及輔導(dǎo)員，他們高尚的師德情操、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富的專業(yè)知識(shí)，是我今后學(xué)習(xí)的榜樣，我從他們那里所學(xué)的知識(shí)，將使我受益終生。感謝我同組同學(xué)，是他們給我提供了大量的資料，增添了我的勇氣，并為我的論文寫作提出了許多積極而富有建設(shè)性的意見 ! 最后再一次誠(chéng)摯地感謝所有給予我指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)，感謝在百忙中抽出時(shí)間進(jìn)行論文評(píng)審的各位老師 !謝謝 山東大學(xué)自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（本科） 35 參考文獻(xiàn) [1] 平志韓．可編程序控制器及其在包裝機(jī)械中的應(yīng)用初探． 1989． 2，包裝與食品機(jī)械 :1419． [2] 段然．可編程控制技術(shù)采樣機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 [C]．碩士學(xué)位論文，西北工業(yè)大學(xué)， 2020． 3． [3] 陳 立定，吳玉香，蘇開才．電氣控制與可編程控制器．廣州 :華南理工大學(xué)了版社， 2020． 2． [4] 路林吉，王堅(jiān)，江龍康 .可編程控制器原理及應(yīng)用．北京 :清華大學(xué)出版社， 2020． [5] 齊從謙，王士蘭． PLC 技術(shù)及應(yīng)用．北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 2020． 8． [6] 張萬忠，周淵深．可編程控制器應(yīng)用技術(shù)．北京 :化學(xué)工業(yè)出版社，2020． 12． [7] 張萬奎．機(jī)床電氣控制技術(shù)．北京：中國(guó)林業(yè)出版社， 2020． 8． [8] 鐘肇新，彭侃．可編程序控制器原理及應(yīng)用 [M]．廣州 :華南理工大學(xué)社，1995， 212215． [9] 吳宗澤、羅圣國(guó)主編．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）．北京：高等教育出版社， 2020． [10] 王永華．現(xiàn)代電氣控制及可編程控制技術(shù) [M]．北京 :北京航空航天出版社， 2020． [11] 張萬忠，劉明芹．電器與 PLC 控制技術(shù)．化學(xué)化工出版社， 2020． [12] 三菱 FX1N232BD， FX2N485BD 使用手冊(cè)． [13] 王魏主編．機(jī)械制圖．北京 :高等教育出版社， 2020． [14]楊仲林主編 .包裝自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用 .中國(guó)輕工業(yè)出版社， 2020.