顆粒料包裝機(jī)的PLC自動控制設(shè)計(jì) 畢設(shè)

1、顆粒料包裝機(jī)的plc自動控制設(shè)計(jì)摘 要 隨著我國改革開放的不斷深入和世界經(jīng)濟(jì)一體化的日益顯現(xiàn)，我國包裝工業(yè)的發(fā)展遇到了新的挑戰(zhàn)。為了滿足人們不斷攀升的物質(zhì)文化需求，跟上包裝工業(yè)產(chǎn)品、質(zhì)量的更高要求，適應(yīng)包裝生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)的日新月異，包裝工業(yè)的技術(shù)研究必須與時(shí)俱進(jìn)，不斷更新和升級。由于傳統(tǒng)繼電器控制的顆粒料包裝機(jī)工作時(shí)存在電路復(fù)雜、可靠性差、故障診斷與排除困難等缺點(diǎn)，因此提出了用plc對包裝機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破?plc)作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定可靠，在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)詳細(xì)闡述了集plc技術(shù)，光電感應(yīng)技術(shù)，通信技術(shù)于一體的先進(jìn)控制技術(shù)在該包裝

2、機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 通過對小型全自動顆粒料包裝機(jī)工藝過程的分析 ，克服了傳統(tǒng)小型包裝機(jī)傳動方案的缺陷 ，提出了plc控制的柔性化包裝機(jī)的構(gòu)想。設(shè)計(jì)工作的任務(wù)包括包裝機(jī)構(gòu)和運(yùn)動分析，控制部分的硬件選擇，電氣原理圖的繪制和三菱plc程序編寫，以及各個(gè)電氣元器件的選擇與安裝，最終給出了plc控制包裝機(jī)系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)，其中包括plc選型、i/o地址分配、i/o端子接線、程序設(shè)計(jì)和控制原理。關(guān)鍵詞：顆粒料包裝機(jī)，plc，gx developer！所有下載了本文的注意：本論文附有cad圖紙，凡下載了本文的讀者請留下你的聯(lián)系方式（qq郵箱），我把圖紙發(fā)給你。最后，希望此文能夠幫到你！the de

3、sine of automatic control for granularmaterial packing maching abstractwith the deepening of chinas reform, opening up and the integration of the world economy, chinas emerging packaging industry development new challenges. in order to meet the increasing people, keep pace with the packing material

4、and cultural needs of industrial products, quality and higher requirements, science and technology to packaging production, packaging industry technical research must keep pace with the times, and constantly update and upgrade. because of traditional relay control of packing machine for granular mat

5、erial, here are lots of disadvantages which include device complexity, inferior reliability, malfunction analysis and trouble obviation. as the kernel device control system, plc is widely used in modern industrial production and do well in this field.this thesis takes the control system of the high-

6、speed full-automatic packing machine that was developed by liuyang handsome trade corp.ltd along with our teacher as a background. we apply the advanced control technique in the packing machine control system such as the technique of plc, light electricity technique and so on. by the describing of t

7、he basic operation of small automatic packager, and overcome the defects of now used packager in transmission system. the main designer include in the analyzing of the packaging machines structure and the movement, protracting the electric schematic diagram, writing the plc programming and the choos

8、ing and fixing the electrics parts of an apparatus. the paper gives the design of hardware and software about the electrical control of packing machine for granular material, which include selecting a model of plc, distributing address of i/o, wiring diagram of i/o, designing of programmable trapezi

9、um and theory of control.key words:packing maching for granular material,plc,gx developer目 錄 前 言1第1章 顆粒料包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)41.1 顆粒料包裝機(jī)生產(chǎn)工藝概述41.2 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)51.3 系統(tǒng)的運(yùn)行方式51.4 plc控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)61.4.1 總體結(jié)構(gòu)關(guān)系61.4.2 控制系統(tǒng)主要器件的選擇6第2章 包裝機(jī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算以及電氣元器件的選擇82.1各機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)82.1.1紙供送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)82.1.2 給料裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)92.1.3 壓紙切紙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)102.1.4 下料裝置

10、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)122.1.5 封口機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)132.2 主要電氣元器件的選擇152.2.1 真空發(fā)生裝置選型152.2.2 氣缸選型162.2.3 空氣壓縮機(jī)選型172.2.4 傳感器的選型19第3章 系統(tǒng)的編程和設(shè)計(jì)203.1 plc的結(jié)構(gòu)及其工作原理203.1.1 plc的一般結(jié)構(gòu)203.1.2 plc工作原理213.2 plc的軟件設(shè)計(jì)213.2.1 gx developer開發(fā)工具的特點(diǎn)223.2.2 plc程序的總體結(jié)構(gòu)223.3 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則243.4 包裝機(jī)的plc程序設(shè)計(jì)253.4.1 plc程序總體設(shè)計(jì)253.4.2 plc程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)29結(jié) 論33謝 辭34參考文獻(xiàn)3

11、5外文資料譯文36 前 言 可編程控制器為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(programmable logic controller)，簡稱plc，它是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國數(shù)字公司(dec)為美國通用公司(gm)研制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，plc軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時(shí)推動了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展?，F(xiàn)代plc已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。最初，plc主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機(jī)械的控制上。但不久，西德的西門子(siemens)公司、bbc公

12、司就開始研制plc，當(dāng)時(shí)主要是用于軋鋼機(jī)、升降設(shè)備等大型設(shè)備上。70年代初，日本的omron也推出了他們的plc。三菱、日立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后加入了plc制造者的行列。70年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型plc。由于plc是為工業(yè)控制所生產(chǎn)的通用性很強(qiáng)，適合于大批量生產(chǎn)的裝置，所以成本迅速下降；加上其是專為工業(yè)控制所設(shè)計(jì)，所以具有極好的抗干擾性能；并且他的使用和維護(hù)都極為方便，實(shí)現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機(jī)械制造業(yè)深受歡迎。小型plc開始步入諸如塑料注塑機(jī)、包裝機(jī)械、橡膠機(jī)械、紡織機(jī)械等輕工機(jī)械的控制領(lǐng)域，其成本的低廉和性能的優(yōu)良對直接使用微機(jī)作為控制

13、單元的做法構(gòu)成了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，更有全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。由于大規(guī)模集成電路和微處理器在plc中的應(yīng)用，使plc的功能不斷增強(qiáng)，plc不僅能進(jìn)行順利邏輯控制，還能完成定時(shí)、計(jì)數(shù)，算數(shù)、邏輯運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理，模擬量輸入輸出及pid控制。今后，plc將主要朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展：一個(gè)是向超小型專用化和低價(jià)格方向發(fā)展；另一個(gè)是向高速多功能和分布式自動化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。總趨勢如下：（1）可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化在工業(yè)自動化產(chǎn)品繁花似錦的今天，各生產(chǎn)廠商既互相競爭又互相合作。一種自動化產(chǎn)品的競爭力除表現(xiàn)在技術(shù)上的個(gè)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。標(biāo)準(zhǔn)化一方面保證了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，另一方

14、面也保證了各個(gè)廠家產(chǎn)品的互相兼容。出廠檢驗(yàn)時(shí)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)。按照這些標(biāo)準(zhǔn)，各種型號的plc產(chǎn)品對工業(yè)應(yīng)用環(huán)境、抗干擾性等條目都給出了明確的規(guī)定。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(shí)現(xiàn)全球的統(tǒng)一性。為了使各廠家的產(chǎn)品有一個(gè)共同的參考平面，制定了國際標(biāo)準(zhǔn)。（2）cpu處理速度的加快目前plc的cpu與微型計(jì)算機(jī)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。將來會全部使用64位risc芯片，實(shí)現(xiàn)多cpu并行處理或分時(shí)處理或分任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化。這樣plc執(zhí)行指令的速度將達(dá)到納秒級。（3）可編

15、程控制技術(shù)的智能化提高一個(gè)系統(tǒng)的智能程度不僅提高系統(tǒng)的品質(zhì)，在某種意義上也提高了系統(tǒng)的可靠性。（4）通用性和專業(yè)化的結(jié)合 可編程控制產(chǎn)品是通用的。但是工業(yè)的每一領(lǐng)域都有其自己的特點(diǎn)。怎樣才能使一個(gè)系統(tǒng)既具有通用性又具備專業(yè)化呢？硬件系統(tǒng)的模塊化便是解決這一矛盾的鑰匙。這樣，適合于某個(gè)行業(yè)或某些特殊問題的專用模塊就可以很容易地集成到通用系統(tǒng)中去。常用的專用模塊包括：定位模塊、溫度測量模塊、高速采樣模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等。（5）可靠性進(jìn)一步提高隨著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。要保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，首先要求系統(tǒng)各

16、單元的質(zhì)量要得到保證。mtbf(平均無故障時(shí)間)是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。(6) 控制與管理功能一體化為了滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制與管理的需要，plc將廣泛采用計(jì)算機(jī)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。綜上所述，我們不難得出下面幾個(gè)結(jié)論:(1) .智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線的新型控制思想。 (2) .基于標(biāo)準(zhǔn)化的開放性和兼容性是衡量系統(tǒng)質(zhì)量的重要判據(jù)。 (3) .通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。當(dāng)今 ，我國的包裝機(jī)械行業(yè)取得了世人矚目的發(fā)展，顆粒料物品在我們生活中隨處可見，顆粒料包裝機(jī)是一種用途十分廣泛的機(jī)

17、械設(shè)備，它的研制成功可以提高勞動生產(chǎn)率，促進(jìn)國內(nèi)化工、糧食等產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線的自動化，我國包裝機(jī)械工業(yè)由于起步較晚，大部分設(shè)備都是通過引進(jìn)設(shè)備消化吸收研制出來的。為了提高顆粒料物品包裝的效率，研究和設(shè)計(jì)顆粒料包裝機(jī)已迫在眉睫。包裝機(jī)械的最大特點(diǎn)是動作復(fù)雜、頻繁，且有較多的執(zhí)行元件。在這種場合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用plc控制的情況下，就可以對其內(nèi)部的輔助繼電器進(jìn)行編程后來取代。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(fèi)額外的費(fèi)用來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。一般的plc都有上百點(diǎn)內(nèi)部輔助繼

18、電器甚至更多，且還有多種專用的內(nèi)部電器，足可以應(yīng)付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是對plc進(jìn)行編程。事實(shí)上plc用于這種場合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然我們不僅忽視了plc的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是其運(yùn)行速度及可靠性和壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于繼電器控制方式，從上述意義上來講，plc最適合于需要大量中間繼電器的場合。因此，國外在注塑機(jī)、各種包裝機(jī)上已經(jīng)大量地采用了plc來取代傳統(tǒng)的繼電器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。我國包裝機(jī)械目前控制部件大多還沿用繼電器方式。如果能用plc來取代的話，則可以簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)都可以得到簡化。更重要的是可以使原來無法實(shí)現(xiàn)的某些功能得以實(shí)現(xiàn)，使機(jī)器在某種程度

19、上實(shí)現(xiàn)智能化。通過對各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用plc控制系統(tǒng)。第1章 顆粒料包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1.1 顆粒料包裝機(jī)生產(chǎn)工藝概述顆粒料包裝機(jī)主要功能是將顆粒料物品以一定的速率包裝成為蝌蚪狀。被包裝的顆粒直徑最大為4mm，平均為3mm，且被包裝的顆粒的硬度大。各加工工位的動作是通過順序邏輯控制電磁閥，以壓縮空氣、氣體推動氣缸，從而帶動機(jī)械結(jié)構(gòu)移動來實(shí)現(xiàn)的。顆粒料包裝機(jī)的簡單工藝流程為：送紙壓紙切紙下料填充封口。具體的工作過程如下：包裝紙以卷筒的形狀放在原料架上，當(dāng)開始動作時(shí)，送紙電磁閥控制送紙，短氣缸運(yùn)動。完成一段小的空行程。分料電磁閥控制顆粒箱轉(zhuǎn)動進(jìn)行分料動作。同時(shí)抽真空電磁閥通

20、電，直到關(guān)機(jī)抽真空電磁閥才斷電。送料架運(yùn)動一段位移以后，當(dāng)碰到傳感器時(shí)，壓紙電磁閥和送紙架上抽真空電磁閥得電，壓紙電磁閥控制送紙架上的氣缸使之將紙壓緊，為送紙架托著紙帶做準(zhǔn)備。送紙架上抽真空電磁閥控制送紙架前端的抽氣管使紙的前端緊貼在送紙架上。這樣前吸后夾地將紙帶往前送，此時(shí)顆粒箱仍然順（逆）時(shí)鐘轉(zhuǎn)動，送紙架繼續(xù)往前運(yùn)動，碰到傳感器時(shí)壓紙電磁閥和送紙架上抽真空電磁閥斷開，同時(shí)抽真空電磁閥得電，使紙帶吸緊在切紙板上，使之不會隨送紙架的返回而折疊。送紙架返回碰到傳感器時(shí)送紙二電磁閥失電，送紙動作結(jié)束。送紙架返回碰到傳感器時(shí)裁紙壓紙電磁閥通電，氣缸作用，切紙板往下運(yùn)動，海綿墊板壓緊紙帶然后在刀片的作

21、用下將紙帶裁成邊長為50mm28mm、夾角為65度的菱型紙片。當(dāng)切紙板往下運(yùn)動碰到傳感器時(shí)，切紙板返向運(yùn)動，碰到切紙板上位傳感器時(shí)，切紙電磁閥斷電切紙運(yùn)動結(jié)束。當(dāng)切紙板上位傳感器采集到信號時(shí)，插紙電磁閥得電氣缸動作使插紙桿向下運(yùn)動，進(jìn)行插紙下料動作，插紙下料運(yùn)動由兩個(gè)氣缸為其提供動力，插紙長氣缸下降（插紙一）以后有個(gè)短暫的停留時(shí)間，在這個(gè)短暫的停留時(shí)間里分料板要完成錯(cuò)位動作實(shí)現(xiàn)下料，此時(shí)料斗閥門電磁閥得電料斗閥門打開，顆粒沿著中空的插紙桿下滑到?jīng)_壓成u型的紙盆內(nèi)。然后在插紙短氣缸繼續(xù)向下運(yùn)動（插紙二）到目標(biāo)位置時(shí)才開始往上返回到原位。當(dāng)顆粒填充完畢以后，料斗閥門閉合且插紙桿繼續(xù)向上運(yùn)動，當(dāng)插紙

22、桿碰到上位傳感器時(shí)，插紙桿動作結(jié)束。當(dāng)插紙桿碰到上位傳感器時(shí)，封口電磁閥得電開始封口動作，封緊程度由電接點(diǎn)壓力表控制，達(dá)到預(yù)設(shè)壓力則鎖紙板返回，碰到傳感器則停止運(yùn)動。此時(shí)包扎好的成品在自重的作用下掉到收集箱內(nèi)，完成了整個(gè)包裝過程。1.2 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用plc可以構(gòu)成單機(jī)控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)，分散型控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程i/o控制系統(tǒng)。由于顆粒料包裝機(jī)控制對象較多，有送紙過程中的過程中的同步控制，壓紙裁紙、下料過程中的位置控制，所謂過程中的壓力控制，且被控對象比較集中，因此我們采取集中控制系統(tǒng)方案。每個(gè)被控制對象與可編程控制器指定i/o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

23、專門的信號線路。該控制系統(tǒng)多用于控制對象所處的地理位置比較接近，且相互之間的動作有一定聯(lián)系的場合。單主機(jī)控制方式，對主機(jī)要求較高，危險(xiǎn)相對集中。遠(yuǎn)程i/o控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)比較獨(dú)特，類似于集中控制系統(tǒng)，又具有分散型控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，經(jīng)常用于控制規(guī)模中等，控制對象比較分散、工程費(fèi)用較低的場合。plc作為一種控制設(shè)備，無法進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，無法顯示各種實(shí)時(shí)圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢字和打印漢字報(bào)表，沒有良好的界面。這些不足，我們選用人機(jī)界面來彌補(bǔ)。人機(jī)界面完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對現(xiàn)場進(jìn)行動態(tài)模擬顯示、分析限值或報(bào)警信息，驅(qū)動打印機(jī)實(shí)時(shí)打印各種圖表。為提高plc及系統(tǒng)的

24、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(qiáng)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(diǎn)接地等措施，消除或減弱共模和瞬變干擾。1.3 系統(tǒng)的運(yùn)行方式運(yùn)行方式分為手動、單步、周期及自動等四種操作方式。（1）各工步都可單獨(dú)點(diǎn)動，按鈕釋放即停止運(yùn)行；（2）按下啟動按鈕，運(yùn)行一個(gè)工步，到位即停。再按啟動，則進(jìn)入下一工步的運(yùn)行；（3）從初始位置開始，按啟動按鈕，程序自動完成一個(gè)周期的動作后返回到第一步開始位置停止；（4）按啟動按鈕，程序完成一個(gè)周期的動作后又接著從第一步開始運(yùn)行，自動循環(huán)。在自動方式下，中途若按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運(yùn)行到第一步開始位置才

25、停止；若按下停止按鈕，則運(yùn)行立即停止，此時(shí)若再按啟動，系統(tǒng)即從該位置運(yùn)行到第一步開始處停止。根據(jù)顆粒料包裝機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，本系統(tǒng)采用自動運(yùn)行和手動運(yùn)行兩種方式。與運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)相對應(yīng)，還必須考慮停止運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破鞯耐＿\(yùn)方式有正常停運(yùn)，暫時(shí)停運(yùn)和緊急停運(yùn)三種。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，由于包裝機(jī)運(yùn)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(yùn)行指令或設(shè)備出現(xiàn)故障或異常情況時(shí)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。包裝機(jī)控制功能要求：手動運(yùn)行可以用按鈕對包裝機(jī)的各個(gè)部分進(jìn)行單獨(dú)控制，主要用于故障恢復(fù)與檢修全自動運(yùn)行按下啟動按鈕，系統(tǒng)即可連續(xù)、協(xié)調(diào)、周期性地循環(huán)完

26、成各包裝動作，直到系統(tǒng)接收到停止運(yùn)行信號。1.4 plc控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)1.4.1 總體結(jié)構(gòu)關(guān)系本系統(tǒng)采用plc和人機(jī)界面兩級控制的結(jié)構(gòu)。plc負(fù)責(zé)按鈕、光電開關(guān)和電接點(diǎn)壓力表信號的輸入，以及發(fā)出信號去控制各個(gè)氣缸、繼電器、真空泵等電氣元件，進(jìn)而控制各部分的運(yùn)行，同時(shí)控制相應(yīng)指示燈的顯示。人機(jī)界面用來進(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。人機(jī)界面通過串行口與plc相連，進(jìn)行相互通信，所以人機(jī)界面是通過發(fā)出命令去控制plc的運(yùn)行以達(dá)到進(jìn)行全自動控制的目的。1.4.2 控制系統(tǒng)主要器件的選擇顆粒料包裝機(jī)控制系統(tǒng)主要器件包括人機(jī)界面、plc等。它們的選擇都是以在保證功能的前

27、提下盡可能地選擇可靠性高和使用方便的產(chǎn)品為依據(jù)，plc的選型具體情況如下。在進(jìn)行這項(xiàng)工作之前，需要對控制對象和控制任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機(jī)型和配值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，初步確定該包裝機(jī)控制系統(tǒng)有，20個(gè)開關(guān)量輸入，13個(gè)開關(guān)量輸出。根據(jù)對上述控制任務(wù)的分析，本項(xiàng)目選擇了三菱公司的中小型plc系統(tǒng)fx1n系列，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。fx1n系列是最多可控制128點(diǎn)的普及型微型plc。除了可以擴(kuò)展輸入輸出，還具有模擬量控制和通訊鏈接功能的等擴(kuò)展性。所以，fx1n系列可以廣泛應(yīng)用于一般的順序控制。 fx1n系列plc的特點(diǎn)：（1）.定位控制功能是標(biāo)準(zhǔn)配置；（2）.使用關(guān)

28、鍵字功能保護(hù)程序；（3）.內(nèi)置不用電池的eeprom存儲器，無須維護(hù)；（4）.內(nèi)置run/stop開關(guān)，運(yùn)轉(zhuǎn)/停止執(zhí)行簡便；（5）.不停機(jī)時(shí)更改程序（6）.特別適于高速處理而fx1n系列plc控制規(guī)模為24128點(diǎn)（基本單元：24/40/60點(diǎn)）特點(diǎn)有： （1）、集成化 cpu、電源、輸入輸出合為一體。 通過使用顯示模塊和功能擴(kuò)展板，可以非常簡便地進(jìn)行系統(tǒng)升級。另外，也可以擴(kuò)展輸入輸出和特殊模塊。 （2）、運(yùn)算高速化 基本指令：0.550.7s/指令；應(yīng)用指令：數(shù)3.7數(shù)100s/指令。 （3）、存儲器規(guī)格大 內(nèi)置8000步eeprom存貯器 無需電池，維護(hù)輕松 （4）、軟元件范圍豐富輔助繼電

29、器：1536點(diǎn)，定時(shí)器：256點(diǎn)，計(jì)數(shù)器：235點(diǎn)，數(shù)據(jù)寄存器：8000點(diǎn)。綜上所述我們選用三菱公司的fx1n系列的plc，根據(jù)plc選型對端口預(yù)留5%10%的余量，如下表所示我們選用plc為：表1.1 plc型號表型號主機(jī)輸入點(diǎn)主機(jī)輸出點(diǎn)電源fx1n-40mr-0012416ac100-240v第2章 包裝機(jī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算以及電氣元器件的選擇 2.1各機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1.1紙供送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1、要求包裝機(jī)的全部動作由氣缸驅(qū)動，氣缸由電磁閥控制，采用薄頁紙卷筒包裝材料作為包裝材料。紙供送結(jié)構(gòu)要求包裝機(jī)以一定的速度送到指定的位置，中間必須保證送至過程的連續(xù)，保證定位切斷準(zhǔn)確，所切出來的紙的形狀完整

30、無誤差。送紙的速度由氣缸來決定一般為3m/s。同時(shí)還要求排除一些干擾因素，其基本組成及機(jī)構(gòu)圖如下圖所示：1-支承架 2-導(dǎo)錕組 3-張緊裝置 4-紙定位裝置 5-送紙架 6-壓紙桿 7-氣缸圖2.1送紙結(jié)構(gòu)圖2、工藝過程包裝材料卷置于支承裝置上，為了提高包裝機(jī)的生產(chǎn)效率采用一次放卷卷筒紙同時(shí)供送。導(dǎo)輥組、張緊裝置3，完成紙供送的導(dǎo)向。紙定位裝置4使得卷筒之間的供送的包裝材料的供送位置不至于錯(cuò)位，確保一個(gè)位置只供送一條包裝紙。送紙架5在氣缸的驅(qū)動下以3m/s的速度，首先前進(jìn)30mm完成一段空行程為接下來的送紙做準(zhǔn)備。為了確保這段空行程位置的準(zhǔn)確度在30mm處安裝一個(gè)位置傳感器，當(dāng)送紙架達(dá)到此位置

31、就停下來。壓紙桿6在氣缸的驅(qū)動下下壓將紙緊緊地壓在送紙架5上，同時(shí)在送紙架上設(shè)計(jì)一個(gè)真空裝置。送紙架再一次在氣缸的驅(qū)動下向前運(yùn)動，這樣前吸后夾地帶著紙向前前進(jìn)到壓紙切紙的位置。為了使送紙二到達(dá)最優(yōu)化設(shè)計(jì)送二的位置離送紙一157mm的位置。因此在此安置一個(gè)傳感器。送紙架到達(dá)傳感器的位置送紙臺開始吸真空將紙保留在送紙臺上不動。然后壓紙桿上升，送紙架退回，完成全部的送紙過程。卷筒狀材料供送時(shí)，會受到各種原因的影響，當(dāng)瞬時(shí)速度發(fā)生變化而導(dǎo)致出現(xiàn)時(shí)松時(shí)緊現(xiàn)象；當(dāng)瞬時(shí)牽引速度增大時(shí)，包裝材料卷將加速轉(zhuǎn)動，由于包裝材料卷及支承裝置中轉(zhuǎn)動件的慣性使得包裝材料帶的張力增大。當(dāng)牽引速度減慢時(shí)，轉(zhuǎn)動件的慣性會引起包

32、裝材料卷過度松展，使得包裝材料帶呈松弛狀態(tài)，這將導(dǎo)致包裝材料在輸送過程中出現(xiàn)擺動而引起跑偏，為了減少或消除這些不良影響，一般設(shè)置張緊機(jī)構(gòu)，使包裝材料從卷盤直到牽引輸送裝置之間保持適度的牽引張緊狀態(tài)。同時(shí)為了防止打滑現(xiàn)象在張緊裝置3的向下安裝一個(gè)海綿。2.1.2 給料裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1、要求給料裝置的設(shè)計(jì)主要是將顆粒料物品搖均勻，使得包裝物在自重的作用下落到下料管中。具體要求先將放物箱搖均勻，然后再抽動抽板，為了使顆粒料包裝物能夠掉到下料管內(nèi)，而不引起卡死管道的現(xiàn)象，需要計(jì)算下料管的管徑：由于顆粒料物品一般的直徑為3mm，因此設(shè)計(jì)管徑的直徑為7mm。給料裝置機(jī)構(gòu)由氣缸一、氣缸二、箱體、斜坡、抽板等五

33、部分組成，每一部分都有其特定的作用，發(fā)揮著不同的功能，氣缸用來驅(qū)動箱體，使其右側(cè)向上運(yùn)動，使物料落入箱體孔中，箱體用來容納所需包裝的物料，抽板的作用是需要下料時(shí)將抽板抽出，使得抽板上的孔正好與箱體上的孔對齊，這樣顆粒料就順利地落入導(dǎo)料管內(nèi)，完成了整個(gè)的給料過程，方便下一個(gè)過程的繼續(xù)進(jìn)行，綜上且根據(jù)下料管的管徑設(shè)計(jì)給料裝置的結(jié)構(gòu)如下圖所示：1-氣缸一 2-氣缸二 3-箱體 4-斜坡 5-抽板圖2.2 給料裝置結(jié)構(gòu)圖2、工藝過程在氣缸1的驅(qū)動下，箱體的右側(cè)向上運(yùn)動，使得箱體3體內(nèi)的顆粒料落到箱體孔中。為了使顆粒料容易落到孔中，設(shè)計(jì)箱體上的孔為斜孔。上孔直徑為24mm，下孔直徑為15mm，箱體3的下

34、面放置一塊抽板5，需要下料時(shí)將抽板抽出使得抽板上的孔正好與箱體上的孔對齊，這樣顆粒料就落到了導(dǎo)料管內(nèi)。氣缸驅(qū)動箱體作用完以后，箱體在自重的作用下落回到水平位置。因此在水平位置安裝一個(gè)傳感器，箱體到達(dá)此位置即完成了搖箱動作。為了保證將箱體內(nèi)的顆粒料搖均勻，在箱體兩邊采用對稱的裝置，即在箱體左側(cè)也設(shè)計(jì)一個(gè)氣缸，給氣缸一個(gè)信號，氣缸將箱體左側(cè)升上去，完成如上相同的動作。為了提高生產(chǎn)效率，在箱體內(nèi)開50個(gè)孔，好一次能完成50個(gè)包裝物。2.1.3 壓紙切紙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1、要求當(dāng)包裝紙送至正確位置以后，接下來是對紙進(jìn)行裁剪動作。但是在裁剪之前應(yīng)固定紙條，以按照正確的尺寸進(jìn)行裁剪，所以將壓紙動作設(shè)計(jì)在裁紙動作之

35、前。此機(jī)構(gòu)的具體要求是先進(jìn)行壓紙動作再進(jìn)行裁紙，根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)壓紙切紙機(jī)結(jié)構(gòu)圖如下：1-壓紙板 2-彈簧 3-刀片 4-下料管 5-放刀板 6-切紙壓紙桿圖2.3 壓制切紙結(jié)構(gòu)圖2、工藝過程氣缸推動切紙壓紙桿6往下運(yùn)動，當(dāng)壓制板1壓好紙后，氣缸繼續(xù)推動切紙壓紙桿往下運(yùn)動，壓紙板運(yùn)動到極限位置不動，放刀板5繼續(xù)往下運(yùn)動將紙切成菱形。由于此次設(shè)計(jì)將壓紙和切紙?jiān)O(shè)計(jì)為同一桿，因此為了達(dá)到壓紙板1動作到位后放刀板5繼續(xù)往下動作的目的，在兩板之間安裝了彈簧2。在氣缸的驅(qū)動下放刀板5緩慢向下運(yùn)動，使得放刀板上的刀將紙切成菱形。同時(shí)彈簧還有一個(gè)作用即拖住壓紙板1。同時(shí)當(dāng)氣缸不動作的時(shí)候，彈簧將壓紙板和放刀板

36、復(fù)位。整個(gè)壓紙切紙過程中，由于壓紙板1所選用的材料為鋼，而與壓紙板接觸的板也是鋼。因此在壓紙切紙桿向下運(yùn)動到兩板接觸的時(shí)候會產(chǎn)生撞擊聲。為了避免產(chǎn)生噪音，在壓紙板1下面安裝一塊海綿，以達(dá)到減震的目的。壓紙切紙過程十分關(guān)鍵，因此必須透徹分析壓紙切紙機(jī)構(gòu)的每一個(gè)組成元件，合理設(shè)計(jì)其尺寸和結(jié)構(gòu)，只有合理的完成了壓紙切紙過程，才能使包裝外觀精美，防止漏料的現(xiàn)象的產(chǎn)生，同時(shí)也提高了了生產(chǎn)效率，承接了上一個(gè)過程，并且方便了下一個(gè)過程的順利進(jìn)行，綜上所述放刀板5的設(shè)計(jì)如下： 圖2.4 放刀板結(jié)構(gòu)圖整個(gè)壓紙切紙過程中，由于壓紙板1所選用的材料為鋼，而與壓紙板接觸的板也是鋼。因此在壓紙切紙桿向下運(yùn)動到兩板接觸的

37、時(shí)候會產(chǎn)生撞擊聲。為了避免產(chǎn)生噪音，在壓紙板1下面安裝一塊海綿，以達(dá)到減震的目的。2.1.4 下料裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1、要求下料裝置要求包裝紙沖出一定的形狀然后再把顆粒料物品準(zhǔn)確地送到包裝紙中，這就包含了沖紙機(jī)構(gòu)和導(dǎo)料機(jī)構(gòu)。沖紙機(jī)構(gòu)是在包裝紙裁剪完畢后對其初步成型以方便充填物品能充填到包裝紙內(nèi)。導(dǎo)料機(jī)構(gòu)是在沖紙機(jī)構(gòu)沖紙完成以后將顆粒導(dǎo)到包裝紙中。下料裝置具體上由導(dǎo)料板、內(nèi)管、外管、固定板、下料板、導(dǎo)料管、放刀板、壓紙板等八部分組成，每一部分都有其特定的功能，對于整個(gè)裝置順利的完成一個(gè)工作周期不可缺少，通過傳感器知道壓紙板放刀板完成壓紙切紙以后，此時(shí)氣缸驅(qū)動下料板向下運(yùn)動而將紙沖成窩形狀，在此裝一個(gè)傳

38、感器，當(dāng)一碰到此傳感器就完成了沖紙動作。由于固定板和下料板是連在一起的，因此沖紙過程中固定板也會隨著運(yùn)動，為了保證內(nèi)管與固定板之間的完好的連接，且為了保證動作過程中的運(yùn)動精度因此在內(nèi)管的外面加一個(gè)外管以避免在運(yùn)動中引起位置誤差而孔與孔之間不能很好的配合。沖紙動作完成以后導(dǎo)料板上的抽板完成動作，顆粒料落到導(dǎo)料管中而充填到窩形的包裝紙中完成了充填動作。根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)的沖紙導(dǎo)料機(jī)構(gòu)如下圖：1-導(dǎo)料板 2-內(nèi)管 3-外管 4-固定板 5-下料板 6-導(dǎo)料管 7-放刀板 8-壓紙板圖2.5 下料裝置結(jié)構(gòu)圖2、工藝過程通過傳感器知道壓紙板8、放刀板7完成壓紙切紙以后，此時(shí)氣缸驅(qū)動下料板5向下運(yùn)動而將紙沖

39、成窩形狀，在此裝一個(gè)傳感器，當(dāng)一碰到此傳感器就完成了沖紙動作。由于固定板4和下料板5是連在一起的，因此沖紙過程中固定板4也會隨著運(yùn)動，為了保證內(nèi)管2與固定板之間的完好的連接，且為了保證動作過程中的運(yùn)動精度因此在內(nèi)管2的外面加一個(gè)外管3，以避免在運(yùn)動中引起位置誤差而孔與孔之間不能很好的配合。沖紙動作完成以后導(dǎo)料板1上的抽板完成動作，顆粒料落到導(dǎo)料管中而充填到窩形的包裝紙中完成了充填動作。2.1.5 封口機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1、要求將顆粒料包裝封口，使得在一般情況下顆粒料物品不散落出來。同時(shí)由于所用的包裝材料為薄頁紙，因此，在封口時(shí)所用的封口力不能太大，太大將會損壞包裝紙。封口機(jī)構(gòu)由上板和下板兩部分組成，發(fā)揮

40、著不同的作用，根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)的封口的結(jié)構(gòu)圖如下：1-上板 2-下板圖2.6 封口機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2、工藝過程由于封口動作是在下料動作完成以后進(jìn)行的考慮到下料后被包裝物還是呈球形，因此我們設(shè)計(jì)的封口裝置也是先呈圓形.當(dāng)要進(jìn)行封口動作時(shí)，一個(gè)氣缸驅(qū)動上板1向左運(yùn)動，另一個(gè)氣缸驅(qū)動下板2向右運(yùn)動，兩塊板相向運(yùn)動19mm行程。此行程的控制由電接點(diǎn)壓力表來控制，通過測量當(dāng)壓力達(dá)到0.38mpa時(shí)剛好完成此行程。達(dá)到此壓力后上板1、下板2馬上復(fù)位，被包裝的物品在自重的作用掉在包裝袋過程里。封口動作結(jié)束，整個(gè)包裝完成。2.2 主要電氣元器件的選擇2.2.1 真空發(fā)生裝置選型此次的設(shè)計(jì)真空發(fā)生裝置主要是用于送紙過

41、程中的將紙吸附在送紙臺上。真空的產(chǎn)生裝置有真空泵和真空發(fā)生器兩種。真空泵是吸入口形成負(fù)壓，排氣口通大氣，兩端壓力比很大的抽除氣體的機(jī)械，其動力源是電動機(jī)或內(nèi)燃機(jī)等。應(yīng)用場合適合連續(xù)、大流量工作，適合集中使用。真空發(fā)生器是利用壓縮空氣（正壓）的流動而形成一定真空的元件，也即利用拉瓦爾噴管原理產(chǎn)生負(fù)壓的元件。應(yīng)用場合需供應(yīng)壓縮空氣，宜從事流量不大的間歇工作，適合分散使用。根據(jù)兩者的優(yōu)點(diǎn)以及我們的需求選用真空泵作為真空發(fā)生裝置。我們所選用的真空泵只需要滿足送紙過程中的吸真空，初步選用擴(kuò)散泵中的xgb型漩渦氣泵。xgb型漩渦氣泵用來抽除密閉容器的氣體的基本設(shè)備之一。它可以單獨(dú)使用，也可作為增壓泵、擴(kuò)散

42、泵、分子泵的前級泵使用。該型泵廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電子、化工、石油、醫(yī)藥等行業(yè)的真空冶煉、真空鍍膜、真空熱處理，真空干燥等工藝過程中。具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，噪音低，振動小等優(yōu)點(diǎn)。所以，它適用于作擴(kuò)散泵的前級泵，而且更適用于精密儀器配套和實(shí)驗(yàn)室使用。結(jié)合氣缸，氣缸的選型主要是根據(jù)每個(gè)動作的行程來確定的。像壓紙桿那個(gè)氣缸，動作要求只需要往下將紙壓住即可，因此設(shè)計(jì)它的行程為3mm即可滿足要求，根據(jù)這個(gè)行程我們選擇sda max.press 1.0mpa?？紤]到送紙過程中有兩個(gè)行程組成，選用由兩個(gè)行程組合而成的氣缸。結(jié)合壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，供氣動機(jī)械使用。空氣壓縮

43、機(jī)的按工作原理分為容積型和速度型。常用往復(fù)式容積型壓縮機(jī)，一般空壓機(jī)為中壓，額定排氣壓力1mpa；低壓空壓機(jī)排氣壓力0.2mpa；高壓空壓機(jī)排氣壓力10mpa。由于選用的氣缸的工作的最大壓力為1mpa，所以選空壓機(jī)為中壓的往復(fù)式容積型壓縮機(jī)。通過查下表選用xgb-8型號的真空泵，最大壓力12kpa，電機(jī)功率0.37kw。表2.1 旋渦氣泵性能一覽表型號xgb1gb-2gb-6gb-7xgb-8gxgb0xxgb2gxgb-15最大流 量(m3/h)300330370210651751000135100110480最大壓力 (kpa)3033402812265018141642正常工作壓力(kp

44、a)20222818813401291031真空度(kpa)2121292010183115111230電電機(jī)電壓3380v1220v3380v3380v1220v3380v3380v功率3kw4kw5.5w2.2w0.37kw111kw5kw07.5kw重量kg55 731154012362302216201182.2.2 氣缸選型氣缸的選型，主要是根據(jù)每個(gè)動作的行程來確定的。像壓紙桿那個(gè)氣缸，動作要求只需要往下將紙壓住即可，因此設(shè)計(jì)它的行程為3mm即可滿足要求，根據(jù)這個(gè)行程我們選擇sda205 max.press 1.0mpa?？紤]到送紙過程中有兩個(gè)行程組成，我們選用由兩個(gè)行程組合而成的氣

45、缸。送紙一的行程為30mm，送紙二的行程為157mm，因此選用氣缸為sda3232158max.press 1.0mpa。同理可得其它氣缸為：表2.2 氣缸的選擇氣缸(位置)行程（mm）型號 (sda)最大壓力（mpa）數(shù)量（個(gè)）氣缸1（搖箱處）3063321.02氣缸1（壓紙?zhí)帲?2051.02氣缸2（送紙?zhí)帲?015732321580.81氣缸3(切紙?zhí)?28100301.01氣缸4（下料處）9786310801.01氣缸5（封口處）19100251.042.2.3 空氣壓縮機(jī)選型空氣壓縮機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，供氣動機(jī)械使用?？諝鈮嚎s機(jī)的按工作原理分為容積型和速度型。常用往復(fù)式容

46、積型壓縮機(jī)，一般空壓機(jī)為中壓，額定排氣壓力1mpa；低壓空壓機(jī)排氣壓力0.2mpa；高壓空壓機(jī)排氣壓力10mpa。結(jié)合氣缸，氣缸的選型，主要是根據(jù)每個(gè)動作的行程來確定的。像壓紙桿那個(gè)氣缸，動作要求只需要往下將紙壓住即可，因此設(shè)計(jì)它的行程為3mm即可滿足要求，根據(jù)這個(gè)行程我們選擇sda205 max.press 1.0mpa?？紤]到送紙過程中有兩個(gè)行程組成，我們選用由兩個(gè)行程組合而成的氣缸。，結(jié)合壓縮機(jī)，壓縮機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，供氣動機(jī)械使用?？諝鈮嚎s機(jī)的按工作原理分為容積型和速度型。常用往復(fù)式容積型壓縮機(jī)，一般空壓機(jī)為中壓，額定排氣壓力1mpa；低壓空壓機(jī)排氣壓力0.2mpa；高壓

47、空壓機(jī)排氣壓力10mpa。由于選用的氣缸的工作的最大壓力為1mpa，所以選空壓機(jī)為中壓的往復(fù)式容積型壓縮機(jī)。由于我們選用的氣缸的工作的最大壓力為1mpa，所以我們選空壓機(jī)為中壓的往復(fù)式容積型壓縮機(jī)。往復(fù)式又分為活塞式和螺桿式，特性比較如下表：表2.3 活塞式和螺桿式特性表類型輸出壓力/mpa吸入流量/功率/kw振動噪音維護(hù)量排氣壓力脈動價(jià)格排氣活塞式1.00.1300.35220大大大大較低斷續(xù)排氣，需設(shè)氣罐螺桿式1.00.2671.5370小小小無高連續(xù)排氣。不需氣罐，排出氣體可不含油跟據(jù)上表我們選用活塞式容積壓縮機(jī)。再依據(jù)是氣動系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量兩個(gè)參數(shù)，確定空壓機(jī)的輸出壓力pc和

48、吸入流量qc最終選取空壓機(jī)的型號（1）.空壓機(jī)的輸出壓力，一般境況下，令氣動執(zhí)行元件的最高使用壓力，mpa輸出空氣的絕對壓力，mpa氣動系統(tǒng)的總壓力損失，mpa（2）.空壓機(jī)的吸入流量 設(shè)氣罐 （標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)） 向氣動系統(tǒng)提供的流量， 氣動系統(tǒng)的平均耗氣量， 空壓機(jī)的吸入流量， 修正系數(shù)，主要考慮氣動元件、管接頭等各處的漏損、多臺氣動設(shè)備不一定同時(shí)使用的利用率以及增添新的氣動設(shè)備的可能性等因素。一般可令 取 （3）.空壓機(jī)的功率： 空壓機(jī)的功率 中間冷卻器個(gè)數(shù)，取 等熵指數(shù)，取 吸入空氣的絕對壓力， 根據(jù)以上的計(jì)算選取空壓機(jī)的功率為40kw。2.2.4 傳感器的選型傳感器是氣缸位置檢測元件，將位移

49、轉(zhuǎn)換為電脈沖，用于在線測量活塞位移，以便送到控制器中進(jìn)行處理。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。根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類。 我們此次的選擇的主要是物理傳感器中的開關(guān)傳感器當(dāng)一個(gè)被測量的信號達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號，用于判斷位置信號的有無。根據(jù)以上我們選擇光電開關(guān)來作為傳感器。型號為：g1v-te015n1，數(shù)量為11個(gè)。第3章 系統(tǒng)的編程和設(shè)計(jì) 3.1 plc的結(jié)構(gòu)及其工作原理3.1.1 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)

50、行輸入輸出變換，并將這個(gè)變換予以物理實(shí)現(xiàn)。輸入輸出變換和物理實(shí)現(xiàn)可以說是plc實(shí)施控制的兩個(gè)基本點(diǎn)，而輸入輸出變換實(shí)際上就是信息處理。物理實(shí)現(xiàn)要求plc的輸入應(yīng)當(dāng)排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，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。這就要求i/o系統(tǒng)電路專門設(shè)計(jì)。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如圖3.1所示。圖3.1 plc的一般結(jié)構(gòu)（1）、中央處理器中央處理器(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。cpu通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元

51、、輸入輸出(i/o)接口電路相連接。（2）、存儲器存儲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。系統(tǒng)程序是用來控制和完成plc各種功能的程序，這些程序是由plc制造廠家用相應(yīng)cpu的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到rom中。用戶程序存儲器用來存放由編程器或計(jì)算機(jī)輸入的用戶程序。用戶程序是指使用者根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序，可以通過編程器或計(jì)算機(jī)修改或增刪。（3）、輸入接口電路現(xiàn)場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。（4）、輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。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

52、和中斷請求電路集成而成。cpu通過數(shù)據(jù)總線將要輸出的信號放到輸出數(shù)據(jù)寄存器中。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加以放大。plc一般采用繼電器輸出，也有的采用晶閘管或晶體管輸出。3.1.2 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。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式。如常見的鍵盤掃描方式或i/o掃描方式，有鍵按下或i/o動作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。plc則采用循環(huán)掃描工作方式，在plc中，用戶程序按先后順序存放，cpu從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制

53、下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號。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。其工作過程框圖如圖3.2所示。 圖3.2 plc的工作過程3.2 plc的軟件設(shè)計(jì)3.2.1 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、fx系列的plc配置和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。通過gx developer，用戶可以進(jìn)行系統(tǒng)配置和程序的編寫、調(diào)試，在線診斷plc硬件配置狀態(tài)、控制plc的運(yùn)行狀態(tài)和i/0通道的狀態(tài)等。三菱fx1n系列的

54、plc編程語言有三種:語句表編程語言(stl)、梯形邏輯編程語言(lad)和順序功能圖編程語言(sfc)，其它編程語言作為可選軟件包使用。通過編程器在對系統(tǒng)進(jìn)行配置、程序編制、調(diào)試和監(jiān)視，用戶界面方便友好。 梯形邏輯編程(lad)是gx developer編程語言的圖形表達(dá)方式。它的指令語法與一個(gè)繼電器梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號通過各個(gè)觸點(diǎn)、復(fù)合元件以及輸出線圈時(shí)，梯形圖可以讓你追蹤電信號在電源示意線之間的流動。語句表(stl)是gx developer編程語言的文本表達(dá)方式。與機(jī)器碼相似，如果一個(gè)程序是用語句表編寫的，cpu執(zhí)行程序時(shí)則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。為使編程更容易，語句表已擴(kuò)展到

55、包括一些高層語言結(jié)構(gòu)。順序功能塊圖(sfc)是gx developer編程語言的圖形表達(dá)方式，順序功能流程圖編程是一種圖形化的編程方法，又稱功能圖。使用它可以對具有并發(fā)、選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進(jìn)行編程。3.2.2 plc程序的總體結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用的plc軟件是三菱公司的gx developer， gx developer編程軟件可對硬件和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組態(tài)，具有簡單、直觀、便于修改等特點(diǎn)。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對plc在線上載或下載。利用gx developer可以方便地創(chuàng)建一個(gè)自動化解決方案。gx developer可用來生成自動化項(xiàng)目所需的數(shù)據(jù)和程序。這些數(shù)據(jù)包括：硬件結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)、模板參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)，以及為可編程模板編制的程序。它們都被收集在一個(gè)項(xiàng)目下。生成一個(gè)項(xiàng)目的主要任務(wù)就是為編程準(zhǔn)備這些數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在一個(gè)項(xiàng)目中以對象的形式存儲。gx developer可編