基于PLC的小型包裝機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于PLC的小型包裝機控制系統(tǒng)設(shè)計摘要： 本文介紹了一種塊狀糖果包裝機的控制方案，從軟、硬件兩方面闡述了系統(tǒng)的組成和功能。根據(jù)糖果包裝工藝特點，本系統(tǒng)流程主要為推搪-包糖-噴膠-截斷。以三菱FX2N 系列 PLC 為控制核心， 利用 PLC 的強大功能，以松下 VF0 變頻器控制一臺三相異步電機完成上述流程，同時電氣裝置也能夠按照設(shè)計要求穩(wěn)定運行。本系統(tǒng)外部電路簡單，具有微型化和低能耗的特點。此外，本系統(tǒng)加強了人機互動，利用力控組態(tài)軟件開發(fā)了糖果包裝機控制系統(tǒng)界面，實現(xiàn)包裝過程的自動跟蹤與監(jiān)控。組態(tài)軟件是新型的工業(yè)自控控制系統(tǒng)，它以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)

2、。關(guān)鍵詞 ：三菱，PLC，糖果包裝機，力控組態(tài)軟件word 文檔 可自由復(fù)制編輯Design of Control System of Small Packaging Machine Based onPLCAbstract: The dissertation has introduced a control scheme of candy wrapping machine and the system composition and function are computerized from both software and hardware. According to the chara

3、cteristics of candy wrapping technology .The system psr ocess is: candy push-candy wrap-glue spray cutting off. The Mitsubishi sFX2N series PLC has been usedo natsrothl ceocre, with the higherpower of PLC, using Panason ic s VFOfre quency changer to control a three-phase asynchronous motor to realiz

4、e the process above. According to the design requirements ,the electric installation can operate stably. The system esxternal circuit is simple, miniaturized and low-consumptive. Moreover, the system strengthens the human-computer interaction, using the force control configuration software to develo

5、p the interface of candy wrapping machine and realize the wrapping process asu tomatic tracking and monitoring.Keyword ： Mitsubishi ， PLC ， candy wrapping machine ， Force control configuration software1 緒論 11.1 研究的背景及意義11.2 研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.2.1 國外包裝機現(xiàn)狀 11.2.2 國外糖果包裝機現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 11.2.3 我國糖果包裝機現(xiàn)狀 21.2.4 PLC與組

6、態(tài)軟件相結(jié)合 21.3 主要研究目的及任務(wù) 52 糖果包裝機系統(tǒng)分析及控制系統(tǒng)總體設(shè)計 52.1 糖果包裝機生產(chǎn)工藝概述 52.2 糖果包裝機控制要求 62.2.1 PLC控制系統(tǒng)選擇 62.2.2 系統(tǒng)運行方式 73 糖果包裝機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計與選型 93.1 PLC 的選型 93.2 I/O 點數(shù)的確定 103.3 系統(tǒng)主要器件的選擇 113.3.1 三相異步電機113.3.2 變頻器的選擇 113.3.3 傳感器的選擇 133.4 硬件連接圖 134 糖果包裝機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 154.1 設(shè)計系統(tǒng)流程圖 錯誤！未定義書簽。4.2 梯形圖的編寫 164.2.1 啟動程序 164.2.2

7、程序過程 164.2.3 梯形圖的變換及保存 174.2.4 程序調(diào)試及運行 175 力控組態(tài)軟件的開發(fā)和設(shè)計 185.1 力控組態(tài)軟件簡介185.2 力控組態(tài)軟件的實現(xiàn)195.2.1 新工程的建立 195.2.2 包裝機組態(tài)開發(fā) 205.2.3 力控仿真運行 27總結(jié) 30附錄A31附錄B33參考文 獻 35致謝 371 緒論1.1 研究的背景及意義食品行業(yè)是滿足人民“衣食住行”需求的基礎(chǔ)性行業(yè)，在國民經(jīng)濟中處于重要地位，具有不可替代性，尤其是目前我國居民收入日益提高、生活質(zhì)量不斷改善，對食品的需求也日趨多樣化，全國食品工業(yè)面臨良好發(fā)展契機，食品工業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L，經(jīng)濟效益也大幅提升，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

8、和增長方式進一步優(yōu)化。去年食品工業(yè)增加值占全國工業(yè)經(jīng)濟比重達到十分之一強，并且呈逐年上升趨勢。食品行業(yè)的快速發(fā)展必定會帶動食品包裝業(yè)的發(fā)展，所以對食品包裝機的改造創(chuàng)新是非常必要的。自 2003 年以來 , 中國糖果市場一直保持著8%12%的增長速度, 比全球糖果市場年均增長速度高出近6個百分點 , 成為食品工業(yè)中快速發(fā)展的行業(yè)之一1。 2008年 , 雖然受到三聚氰胺事件沖擊, 部分奶糖銷售量下滑, 但市場總體仍保持了增長趨勢。預(yù)計今后數(shù)年內(nèi) , 糖果行業(yè)將保持10%左右的增長速度。此外, 我國目前人均年糖果消費量為1.16kg,與北美、西歐、澳大利亞等國家人均年消費量9.36kg 2相比 ,

9、 存在巨大差距, 表明我國糖果產(chǎn)業(yè)具有很大的發(fā)展?jié)摿土己玫陌l(fā)展空間。糖果包裝是糖果生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，封裝的速度和精度直接影響企業(yè)生產(chǎn)的效率和效益。1.2 研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 國外包裝機現(xiàn)狀包裝機械系集機、電、氣、光、生、磁為一體的機械電子設(shè)備。近年，世界四大包裝機械強國美、日、德、意加大技術(shù)開發(fā)力度，使智能化、高效化、資源高利用化的高新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)3 。提高自動化程度是包裝機械發(fā)展最重要的趨勢。品種和產(chǎn)量均居世界之首的美國十分重視包裝機械與計算機緊密結(jié)合，實現(xiàn)機電一體化控制，將自動化操作程序、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、自動檢驗系統(tǒng)更多應(yīng)用于包裝機械之中。日本則善長于微電子技術(shù)，用以控

10、制包裝機械，有效地促進了無人操作和自動化程序的提高。在計量、制造和技術(shù)性能等方面居于世界領(lǐng)先地位的德國也高度重視提高自動化程度。幾年前，德國包裝機械系統(tǒng)設(shè)計時，自動化技術(shù)在整個系統(tǒng)操作及運行中還只占30，現(xiàn)在已占到50以上。1.2.2 國外糖果包裝機現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著國外糖果制造業(yè)的迅速發(fā)展，糖果制品的品種和樣式層出不窮，日益新穎。為了適合市場變化的需要，大規(guī)模地提高勞動生產(chǎn)率，糖果包裝機械制造商不得不經(jīng)常設(shè)計和改進各種形式的糖果包裝機。在充滿競爭色彩資本主義國家，包裝機制造商各有千秋，互不遜色。就糖果包裝機而言，要數(shù)美國、西德、意大利和英國名列前茅。這些國家的包裝機制造商一般都有四五十年歷史

11、，可稱得上經(jīng)驗豐富，名不虛傳?？v觀門類繁多的包裝機，各有不同的特點，概括為三點：一在保持中速穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，向高速包裝前進。 二同一部機器包裝花樣多種。即使單一品種的包裝機器，可包尺寸范圍也比較大。三采用多層包裝，一般為三層。一般來說，世界各國糖果制造商采用的糖果包裝機以中速的多。日本國內(nèi)糖果包裝機雖然形式多樣，但特別高速的卻少見，一般都在400-600轉(zhuǎn) / 分，機器運轉(zhuǎn)正常，穩(wěn)定性好。1.2.3 我國糖果包裝機現(xiàn)狀我國糖果和巧克力行業(yè)的生產(chǎn)歷史不過半個世紀。其產(chǎn)品包裝經(jīng)歷了從手工包裝、半機械化包裝、連續(xù)化機械包裝階段, 到目前已有部分大企業(yè)引進國外先進的自動化包裝機 , 實現(xiàn)了包裝自動化。在

12、發(fā)展的過程中也仍有部分小企業(yè)還在沿用手工包裝, 但隨著包裝技術(shù)的發(fā)展, 手工包裝會越來越少4 。 糖果、 巧克力制造商在對標準化的產(chǎn)品包裝時,一般需要高速、自動化的包裝機, 以追求規(guī)模經(jīng)濟的包裝成本優(yōu)化。在包裝機上, 通常采用全伺服電機、光電跟蹤、高速攝像等當今最新的技術(shù), 以提高包裝機效能, 目前已有每分鐘15002000粒的高速枕式硬糖包裝機5 。我國目前塊狀糖果包裝機的整個設(shè)備可以分為三大部分：生產(chǎn)線送糖部分，糖果包裝部分，包裝紙部分。生產(chǎn)送糖部分直接與糖果生產(chǎn)線相連，通過傳送帶將糖果送至糖果包裝部分入口處。糖果包裝部分是周期性的重復(fù)動作。整個包糖過程包括如下幾個步驟：推糖送紙包裝噴膠截

13、斷成品。1.2.4 PLC 與組態(tài)軟件相結(jié)合可編程序控制器PLC 是以微處理機為基礎(chǔ)并綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是計算機技術(shù)應(yīng)用于控制領(lǐng)域的新產(chǎn)品6 。 它與CAD CAM、 機器人技術(shù)一起被稱為當代工業(yè)自動化的三大支柱，以高可靠性、易操作性、靈活性等優(yōu)點在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標準，PLC的編程語言包括以下五種：梯形圖語言、指令表語言、功能模塊圖語言、順序功能流程圖語言及結(jié)構(gòu)化文本語言7 。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)

14、計。 (1) 功能完善：PLC的輸入輸出系統(tǒng)功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)各種形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量信號的輸入和輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時序、計數(shù)器、主控機電器以及移位寄存器、中間繼電器等。由于采用了微處理機，它能夠很方便的實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、強制I/O 等諸多功能，它不僅具有邏輯運算、算術(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、 監(jiān)控、 打印及報表生成等功能。此外，它還可以和其他微機系統(tǒng)、控制設(shè)備共同組成分布或分散控制系統(tǒng)，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、矩陣運算、閉環(huán)控制、順序與查表、函數(shù)運算及中斷等功能。因此PLC具備極強的適應(yīng)性，能夠很好地滿足各種類型控

15、制的需要。 (2) 模塊化結(jié)構(gòu)，硬、軟件開發(fā)周期短：PLC的硬件結(jié)構(gòu)全部采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)大小規(guī)模不同、功能復(fù)雜程度及現(xiàn)場環(huán)境各異的各種控制要求。硬件系統(tǒng)安裝方便，接線簡單，連接可靠，為控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計提供了方便、快捷的途徑，可以大大縮短硬件系統(tǒng)的開發(fā)周期。軟件編程支持梯形圖邏輯語言，直觀、方便，只要有了通常的繼電器梯形圖、邏輯圖或邏輯方程，就等于有了PLC系統(tǒng)用戶程序，大大減少了系統(tǒng)軟件開發(fā)的工作量。另外，這一特點對于PLC系統(tǒng)取代原有繼電器控制系統(tǒng)，進行老設(shè)備改造也是十分有利的?？傊褂肞LC可大大縮短整個系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)、調(diào)試周期，節(jié)約系統(tǒng)投資。(3) 維護操作方便，擴展容易：P

16、LC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀地反映現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，PLC能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O 點狀態(tài)、異常狀態(tài)、電源狀態(tài)等，均有醒目的指示，非常有利于運行和維護人員監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)。PLC采用梯形圖邏輯編程，有利于電氣操作人員對PLC的編程，可以方便地調(diào)整系統(tǒng)的程序和組態(tài)。(4) 性能穩(wěn)定，可靠性高：PLC產(chǎn)品都有嚴格的技術(shù)標準，這些標準保證了PLC能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下正常運行。它在電子線路、機械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，I/O 系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路，在機械

17、結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有精心考慮，所有這些使得 PLC具有較好的性能和較高的可靠性，一般平均無故障時間可達幾萬小時以上。另外，PLC還具有較完善的自診斷、自測試功能。(5) 具有較高的性能價格比：隨著PLC產(chǎn)品的的不斷更新和規(guī)模化的生產(chǎn)，其性能價格比日益提高。(6)PLC 的軟件容易掌握：PLC 的最主要特點就是容易學(xué)習(xí)和掌握，PLC采用了梯形圖語言，梯形圖是非常容易學(xué)習(xí)和理解的。它是在常規(guī)繼電器展開圖的基礎(chǔ)上，采用計算機軟件技術(shù)形成了一套風(fēng)格獨特的形象編程語言，并保持梯形圖語言中的符號和定義與常規(guī)繼電器展開圖完全一致。這樣就使電氣工作人員在使用時變得非常容易，基本不會存在計算機技

18、術(shù)與傳統(tǒng)繼電器技術(shù)之間的專業(yè)“斷層”問題。在對 PLC 基本的工作原理和編程技術(shù)有所掌握之后，就可以結(jié)合實際工程的需要進行應(yīng)用方面的設(shè)計，從而將PLC應(yīng)用到實際的控制系統(tǒng)中去 9 。PLC 控制系統(tǒng)的開發(fā)周期一般要經(jīng)過系統(tǒng)功能分析、確定 I/O 點數(shù)， PLC選型， 地址分配，編寫控制程序，現(xiàn)場調(diào)試，編制技術(shù)文件等過程，其中編寫控制程序和現(xiàn)場調(diào)試將占用開發(fā)周期的大部分時間8。程序編寫完成后，要對程序的可行性及控制功能正確與否進行調(diào)試和必要的測試。在現(xiàn)場調(diào)試階段，PLC 將與實際被控對象聯(lián)調(diào)，控制實際被控對象產(chǎn)生動作，以檢驗程序及整個系統(tǒng)運行是否滿足預(yù)定的控制要求。由于編制的 PLC 軟件可能不

19、是十分完善，所以調(diào)試的一個主要內(nèi)容，就是要排除編程中的一些錯誤及考慮不周的程序缺陷?，F(xiàn)場調(diào)試過程中還需要組織大量人力物力，為系統(tǒng)的調(diào)試提供各種保障，現(xiàn)場調(diào)試不成功時則需要反復(fù)修改測試，所以采用這種傳統(tǒng)方法對PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試，存在既繁瑣又費時費力且具有一定風(fēng)險的缺點9。 目前的軟PLC 系統(tǒng)只做到了控制系統(tǒng)的最底層的控制層和策略層，但對位于控制系統(tǒng)上層的監(jiān)控層和管理層的功能還有待開發(fā)10。 市場上出現(xiàn)了一些遵循IEC61131 3標準編程環(huán)境的軟PLC，但這些系統(tǒng)只提供了對控制程序的編程以及對I/O 口的邏輯控制，沒有提供完善的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)趨勢、生成報表和報警等解決方案10。近年來組態(tài)軟件

20、發(fā)展迅速，品種繁多，國外的產(chǎn)品有FIX、 Intouch 等 12。這些軟件雖然功能強大但價格昂貴，以力控等為代表的國產(chǎn)組態(tài)軟件吸引了國外軟件的優(yōu)點，在功能上等同于國外組態(tài)軟件，而且具有全中文菜單，符合國人思維習(xí)慣，便于使用開發(fā)，性價比高，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。力控組態(tài)軟件是對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集與工程控制的專用軟件，同其他軟件一樣，其最大的特點是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式進行系統(tǒng)集成 13 。它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，大大提高了

21、集成效率13。糖果機的發(fā)展方興未艾， “多功能一體化”是糖果包裝機的發(fā)展趨勢。在糖果機的控制系統(tǒng)設(shè)計中，如果采用組態(tài)軟件和PLC控制系統(tǒng)相結(jié)合，通過計算機全真模擬被控對象，在計算機上對整個PLC控制系統(tǒng)進行模擬調(diào)試，在仿真狀態(tài)中直觀地對PLC控制系統(tǒng)程序的錯誤和缺陷進行檢測和修正，待程序完全正確時，再進行現(xiàn)場實際聯(lián)機調(diào)試，將大大提高現(xiàn)場調(diào)試的效率，降低系統(tǒng)調(diào)試的費用和風(fēng)險14。1.3 主要研究目的及任務(wù)本設(shè)計結(jié)合某塊狀糖果包裝機的動作流程特點，以PLC技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建設(shè)計完成糖果包裝機的控制系統(tǒng)設(shè)計方案，控制系統(tǒng)中的主要電路的設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化、智能化。其中應(yīng)該完成的具體任務(wù)包括以下幾點：

22、(1) 查閱相關(guān)文獻資料，了解糖果包裝機的工藝特點；(2) 熟悉工藝流程后，根據(jù)其確定控制系統(tǒng)設(shè)計方案；(3) 對控制系統(tǒng)所用的設(shè)備進行選型；(4) 根據(jù)所選設(shè)備繪制相關(guān)的外部接線圖；(5) 利用 GX-developer軟件進行編程；(6) 利用組態(tài)軟件對程序進行調(diào)試，監(jiān)控。2 糖果包裝機系統(tǒng)分析及控制系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 糖果包裝機生產(chǎn)工藝概述糖果包裝機主要通過一臺2.2KW的三相異步電機帶動各機械部分完成包糖的各種動作。糖果包裝工藝流程如圖2.1 所示。圖 2.1 工藝流程圖裸糖經(jīng)過流水線到達糖果包裝機，當位于糖果包裝機入口出的光電傳感器檢測到有裸糖到來時，控制推搪的電磁閥得電，推搪機構(gòu)動

23、作，當糖果運行到限位開關(guān)1 處，控制糖紙轉(zhuǎn)盤電磁閥得電，糖紙轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，按照預(yù)先設(shè)定的步驟進行包糖動作。包糖結(jié)束后，糖果運行到限位開關(guān)2 處，控制截斷粘合的電磁閥得電，該機構(gòu)下降動作，把包裝紙截斷，粘合之后，糖果經(jīng)傳送帶傳送至成品糖庫。在傳送過程中，由于傳送帶的楔形擠壓作用，糖紙粘合完成，同時也對其進行了更好的整形。另外，在運行過程中出現(xiàn)變頻器故障、斷紙缺紙故障時，系統(tǒng)都會指示出來并停止動作。在傳送帶上如果有糖果，繼續(xù)執(zhí)行此過程；如果沒有糖果，則等待；如果等待時間超過10s，傳送帶停止運行。2.2 糖果包裝機控制要求2.2.1 PLC 控制系統(tǒng)選擇控制系統(tǒng)和遠程I/O 控制系統(tǒng)。由于糖果包裝機的

24、控制對象相對集中，主要有變頻器控利用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)，分散型控制等，因此選擇集中控制系統(tǒng)。集中控制系統(tǒng)模型如圖所示。各被控對象直接與PLC 的 I/O 口相連接，進行通信、控制182.2 集中控制系統(tǒng)模型2.2.2 系統(tǒng)運行方式糖果包裝機的運行，采用自動運行和手動運行方式：(1) 手動運行：可以用按鈕對包裝機的各個部分進行單獨控制，便于調(diào)機，主要用于故障的檢修與恢復(fù)。(2) 自動運行 : 按下啟動按鈕，系統(tǒng)即開始連續(xù)、協(xié)調(diào)、周期性地完成各包裝動作，直到系統(tǒng)接收到停止運行信號。與運行方式對應(yīng)的是停止運行方式。糖果包裝機的停止運行方式包括正常停運、暫時停運、

25、緊急停運三種：(1) 正常停運是按下該開關(guān)后，各機械動作停止，傳送帶停止傳送。(2) 暫時停運指按下該開關(guān)后，特殊繼電器M8034得電，全部輸出繼電器失電，動作停止；將開關(guān)斷開后，M8034失電，輸出繼電器恢復(fù)到原來狀態(tài)，小車繼續(xù)運行。(3) 緊急停運是指用開關(guān)將PLC的輸出電路的電源切斷，直接斷開接觸器，這種方式比較可靠。2.2.3 設(shè)計系統(tǒng)流程圖按照所查閱的糖果包裝機工藝，可設(shè)計控制控制系統(tǒng)流程圖，如圖2.3。初始化程序程序開始故障指示故障指示3 糖果包裝機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計與選型2.3 系統(tǒng)流程圖手動手動程序結(jié)束3.1 PLC 的選型PLC 基于計算機，但不等同于計算機。普通計算機進行入出

26、信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就行了。而PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實時性以及信息的使用等問題。特別是要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。PLC 與通用計算機控制系統(tǒng)之間的區(qū)別是：PLC 是專門為工業(yè)控制而設(shè)計的，而通用計算機是專門為科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理設(shè)計的19。盡管二者都采用了計算機系統(tǒng)，但是二者設(shè)計的出發(fā)點不同，因而他們在結(jié)構(gòu)上也有很大差別，使用對象和使用環(huán)境也有所不同。 PLC 抗干擾能力強，能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的溫度、濕度及相當程度的振動。其輸入/輸出采用光電隔離技術(shù)或其它隔離技術(shù)，并配有輸出繼電器或輸出晶體管等輸出部件，由于這些輸出部件能夠直

27、接承受較大的負載，因此它們可以直接驅(qū)動小型電機等負載20 。 PLC 使用專門的面向工業(yè)對象的編程語言，使程序的編制和修改都非常方便。而通用計算機，它的輸出信號通常都需要數(shù)模轉(zhuǎn)換并放大后才能驅(qū)動工業(yè)負載。FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列21 。 由于FX2N系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它擁有無以匹及的速度、高級的功能、邏輯選件以及定位控制等特點，F(xiàn)X2N是從16 到 256 路輸入輸出的多種應(yīng)用的選擇方案22。產(chǎn)品特點 23 :(1) 節(jié)省空間：其體積僅相當于以前ans系列

28、PLC 的 60%；(2) 節(jié)省配線：優(yōu)越的模塊插口設(shè)置可節(jié)省配線時間和空間；(3) 安裝靈活：有多種主基板和擴展基板供選擇；(4) 強大的網(wǎng)絡(luò)功能：相比前產(chǎn)品更為支持cc-link，在軟件Gx-developer的設(shè)置下，可以方便地使用cc-link 模塊， 減小編程時間。并且支持modbus， profibus， devicenet， asi，太網(wǎng)等等；(5) 高性能模塊：提供有多種特殊功能模塊，功能更為強大。并且有相關(guān)設(shè)置軟件，編程及調(diào)試更加方便。根據(jù)分析，以及I/O 點數(shù)確定并按20%-30%備用量原則，選擇三菱FX2N-48M。它R含有 24個輸入點，24個輸出點，且為繼電器輸出。3

29、.2 I/O 點數(shù)確定通過對工藝流程分析，確定了該系統(tǒng)的I/O 點數(shù)，其中系統(tǒng)啟動控制按鈕和系統(tǒng)停止控制按鈕為點動按鈕，按下后不保持，軟件中通過置位復(fù)位控制系統(tǒng)的順序啟動和停止。由于所選三菱系列PLC地址順序以8 進制編號。表3.1 中列出了輸入繼電器、輸出繼電器的分配情況。表 3.1 PLC I/O 分配表輸入項目名稱對應(yīng)輸入地址光電開關(guān)X0推搪開關(guān)X1糖紙轉(zhuǎn)盤開關(guān)X2限位開關(guān)SQ1X3噴膠截斷X4限位開關(guān)SQ2X5啟動X6停止X7連續(xù) /單周X10暫停X11手動X12變頻器故障X13缺紙斷紙X14截斷上限位X15截斷下限位X16( 續(xù)表 3.1)輸出項目名稱對應(yīng)輸出地址電動機啟動Y0推搪電

30、磁閥Y1糖紙轉(zhuǎn)盤電磁閥Y2噴膠截斷電磁閥Y3變頻器故障指示燈Y4缺紙斷紙指示燈Y5上限位指示燈Y6下限位指示燈Y73.3 系統(tǒng)主要器件的選擇3.3.1 三相異步電機系統(tǒng)采用PLC進行集中控制，主要控制對象為一臺2.2KW的三相異步電機，主電機的參數(shù)如表2.1 所示。主要的控制器件包括：PLC、變頻器等。表 3.2 Y2-100L1-4 三相異步電機主要技術(shù)參數(shù)型號額定 功率滿載時堵轉(zhuǎn)電 流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 矩最大轉(zhuǎn)矩KW轉(zhuǎn)速 (r/min)電流 (A)效率(%)功率因數(shù) (cos)額定電流Ist/I N額定轉(zhuǎn)矩Tst/TN額定轉(zhuǎn)矩TM/TNY2-100L1-42.214305.16800.817.02.

31、32.33.3.2 變頻器的選擇在該糖果包裝機的控制系統(tǒng)中，變頻器主要用于實現(xiàn)傳送帶的起動、停止。系統(tǒng)選擇松下變頻器VF0。松下變頻器的全稱是“松下交流變頻調(diào)速器”，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機的速度。主要由整流( 交流變直流) 、濾波、逆變( 直流變交流) 、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，松下變頻器還有很多的保護功能，如過流、過壓、過載保護等等24 。超小word 文檔 可自由復(fù)制編輯型變頻器VF0，體積小巧，體積僅是松下變頻器過去產(chǎn)品的40 56 ，

32、但其功能卻沒有因此而減少，而且在設(shè)計中更是增加了一些人性化設(shè)計，操作簡單，功能強大，可由 PLC發(fā)出的PWM信號直接調(diào)節(jié)頻率。主要涉及的變頻器參數(shù)是P66、 P01、 P02、 P08、 P09。(1)P66 是用來初始化變頻器參數(shù)的，當其被設(shè)置成“1”后，變頻器之前的所有參數(shù)設(shè)置都被恢復(fù)到出廠時的設(shè)置。(2)P01 和 P02分別用于設(shè)定變頻器的啟動和停止時間，及變頻器從起動到輸出最大頻率的時間。變頻器默認基頻是50HZ。(3)P08 是變頻器的“選擇運行指令”，它決定了變頻器的控制方式，即使采用面板控制方式還是采用外部按鈕控制方式。(4)P09 是頻率設(shè)定信號，它決定了變頻器輸出頻率的控制

33、方式。以下是松下變頻器VF0系列操作面板24 ：操作面板功能如下表3.1 松下變頻器VF0系列操作面板表 3.2 操作面板的功能顯示部位顯示輸出的頻率、電流、線速度、異常內(nèi)容、設(shè)定功能時的數(shù)據(jù)及其參數(shù)NoRUN （運行）是變頻器運行的鍵STOP（停止）使變頻器運行停止的鍵MODE （模式）切換 “輸出頻率· 電流顯示”， “頻率設(shè)定· 監(jiān)控”等各種模式以及將數(shù)據(jù)顯示切換為模式顯示所用的鍵SET（設(shè)定）切換模式和數(shù)據(jù)顯示以及存儲數(shù)據(jù)所用的鍵。在“輸出頻率·電流顯示模式”下，進行頻率顯示和電流顯示的切換UP（上升）改變數(shù)據(jù)或輸出頻率以及利用操作板使其正 轉(zhuǎn)運行時，用于

34、設(shè)定正轉(zhuǎn)方向DOWN （下降）改變數(shù)據(jù)或輸出頻率以及利用操作板使其反 轉(zhuǎn)運行時，用于設(shè)定反轉(zhuǎn)方向頻率設(shè)定鈕用操作板設(shè)定運行頻率而使用的旋鈕3.3.3 傳感器的選擇系統(tǒng)中用到了光電開關(guān)和行程開關(guān)。光電開關(guān)傳感器位于糖果包裝機的入口處，當有糖果到來時，發(fā)出信號，并傳送給PLC， PLC 控制位于傳感器附近的推糖電磁閥吸合。而所用到的行程開關(guān)又稱接近開關(guān)，它可以代替觸頭行程控制盒限位保護，還可用于高頻計數(shù)、測速、液位控制、零件尺寸檢測以及本系統(tǒng)中所用到的加工程序的自動銜接等的非接觸式開關(guān)。3.4 硬件連接圖通過上述系統(tǒng)的工藝流程分析及硬件選擇，可設(shè)計外部接線如下圖：word 文檔 可自由復(fù)制編輯3.

35、3 外部接線圖4 糖果包裝機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計本次設(shè)計所使用的編程軟件為GX-Developer25， 適用于Q、 QnU、 QS、 QnA、 AnS、AnA、 FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及 FB、 Label 語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。4.1 程序編寫如圖 4.1 所示，按下啟動按鈕X6， Y0 得電自鎖，電動機運轉(zhuǎn)，傳送帶啟動，若檢測到電動機啟動后，光電開關(guān)未檢測到有糖塊，則等待1min，若 1min 后仍沒有糖果，電動機停止。 若按下停止按鈕X7， S20S22復(fù)位，電動機停止。按下X11，

36、特殊繼電器M8034得電，暫停。圖 4.1 起動停止將開關(guān)打到自動擋，當光電開關(guān)檢測到糖塊時，初始狀態(tài)步S0 復(fù)位， S20 置位，推搪線圈得電，動作，依次類推，注意噴膠截斷動作前要確定其是否在下限位，不在才能動作。若將操作方式打到連續(xù)檔位，X10 得電，回到狀態(tài)步S20，連續(xù)動作。打到單周期，則 X10 不動作，回到狀態(tài)步S0，停止動作。部分程序如圖4.2所示。圖 4.2 部分自動控制梯形圖該系統(tǒng)的手動梯形圖如圖4.3所示。4.3 手動控制梯形圖手動梯形圖和自動控制梯形圖不能同時由PLC 讀取， 必須使用跳轉(zhuǎn)指令CJ。 (總梯形圖見附錄A，由于配合力控的監(jiān)控，必須將輸入X 改為輔助繼電器M，

37、改后梯形圖見附錄 B)4.2 梯形圖的輸入4.2.1 啟動程序點擊桌面上的“ GX-Developer”快捷圖標。進入 PLC 的工作環(huán)即GX-Developer 操作界面，選擇菜單欄“工程 ”中的 “創(chuàng)建新工程”選項，選擇PLC 類型，如圖4.2所示。選擇PLC 的系列為FXCPU，類型為FX2N(C)，程序類型為梯形圖編輯，設(shè)置工程名并進行保存。圖 4.4 PLC 型號設(shè)置4.2.2 程序過程在選擇PLC機型后，按照所編流程圖，進行程序的輸入。如圖4.3 所示4.2.3 梯形圖的變換及保存當程序編輯好后，程序區(qū)段呈灰色，這表明程序需要進行轉(zhuǎn)換。編輯好的程序先通過執(zhí)行“變換”菜單 - “變換

38、”操作，才能保存。在變換過程中顯示梯形圖變換信息，如果在不完成變換的情況下關(guān)閉梯形圖窗口，新創(chuàng)建的梯形圖將不被保存，如圖4.4 所示。圖 4.6 變換操作4.2.4 程序調(diào)試及運行(1) 程序的檢查：執(zhí)行“診斷”菜單 - “診斷”指令，進行程序檢查，如圖 4.5 所示。圖 4.7 診斷操作(2) 程序的寫入：PLC 在 STOP模式下， 執(zhí)行 “在線” 菜單-“ PLC寫入”命令， 出現(xiàn)PLC寫入對話框，如圖 4.6 所示，選擇“參數(shù)+程序”，再按“執(zhí)行”，完成程序?qū)懭隤LC，程序見附錄。圖 4.8 程序的寫入操作傳送程序時，應(yīng)注意， 計算機的RS232C端口及 PLC之間必須用指定的纜線及轉(zhuǎn)

39、換器連接。在電腦的設(shè)備管理器中查找所用的COM 端后，在“在線”- “傳輸設(shè)置”中進行設(shè)置，如圖4.7 所示。圖 4.9 PLC 端口設(shè)置(3) 關(guān)閉編程軟件GX-Developer，保證力控仿真軟件與機箱正常通信。PLC 程序可以控制組態(tài)仿真中糖果包裝機控制系統(tǒng)的流程。5 力控組態(tài)軟件的開發(fā)和設(shè)計5.1 力控組態(tài)軟件簡介力控監(jiān)控組態(tài)軟件是對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集與過程控制的專用軟件，最大的特點是能以靈活多樣的“組態(tài)方式”而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成， 它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，比如

40、在分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，所有應(yīng)用( 例如趨勢曲線、報警等) 對遠程數(shù)據(jù)的引用方法與引用本地數(shù)據(jù)完全相同，通過“組態(tài)”的方式可以大大縮短了自動化工程師的系統(tǒng)集成的時間，提高了集成效率。力控監(jiān)控組態(tài)軟件能同時和國內(nèi)外各種工業(yè)控制廠家的設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)通訊，它可以與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，達到集中管理和監(jiān)控的目的，同時還可以方便的向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，實現(xiàn)與“第三方”的軟、硬件系統(tǒng)進行集成。力控監(jiān)控組態(tài)軟件基本的程序及組件包括：工程管理器、人機界面VIEW、 實時數(shù)據(jù)庫DB、 I/O 驅(qū)動程序、控制策略生成器以及各種數(shù)據(jù)服務(wù)及擴展組件等，其中實時數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的核心。5.2 力控組

41、態(tài)軟件的實現(xiàn)5.2.1 新工程的建立(1) 在力控組態(tài)軟件中建立新工程，如圖5.1 所示。5.1 新建工程(2) 點擊開發(fā)，進入開發(fā)界面，如圖5.2 所示。5.3 忽略進入演示狀態(tài)5.2 開發(fā)新工程5.2.2 包裝機組態(tài)開發(fā)(1) 建立一個新窗口，如圖5.4 所示。5.5 創(chuàng)建新窗口(2) 雙擊“窗口”，新建一個包裝機控制系統(tǒng)的窗口，如圖 5.6 所示。5.6 新建包裝機窗口(3)建立I/O 設(shè)備驅(qū)動打開開發(fā)環(huán)境Draw的工程項目導(dǎo)航欄，如圖5.7所示。圖 5.7 選擇 I/O 設(shè)備組態(tài)雙擊 “ I/O設(shè)備組態(tài)”項出現(xiàn)如下對話框，在展開項目中選擇“ PLC”項并雙擊使其展開，然后繼續(xù)選擇“三菱

42、”-“ FX系列(串口)”，如圖 5.8所示。圖 5.8 選擇三菱PLC上述操作后出現(xiàn)“設(shè)備配置-第一步”對話框， 如圖 5.9所示， 在 “設(shè)備名稱 ”輸入框內(nèi)鍵入一個自定義的名稱，這里輸入“ plc。接下來要設(shè)置 ”plc 的采集參數(shù)，將設(shè)備地址寫為 “ 1，其它的保持默認值，點擊”“下一步 ”。圖 5.9 定義設(shè)備名稱和地址根據(jù)電腦與PLC 的連接端口，進行串口設(shè)置。5.10 選擇串口通道5.11 設(shè)置型號I/O 設(shè)備驅(qū)動建立完成，如圖5.12。圖 5.12 I/O 設(shè)備驅(qū)動建立完成4）數(shù)據(jù)庫建點“ 數(shù)據(jù)庫組態(tài)”啟動組態(tài)程序DBMANAGER 。啟動DbManager后出現(xiàn) DbMana

43、ger主窗口，然后開始建點。以設(shè)置光電開關(guān)X0 為例，雙擊點名 ”單元格，出現(xiàn)“請指定區(qū)域、點類型”向?qū)υ捒颍F(xiàn)在“數(shù)字 I/0 ”點，出現(xiàn)如5.13 所示對話框.5.13 基本參數(shù)設(shè)置- “增加”， 對寄存器類型和地址進行設(shè)置，此處由于沒有外部輸入5.14 所示，5.14 數(shù)據(jù)連接5.15 所示。圖 5.15 數(shù)據(jù)庫組態(tài)表（5）建立組態(tài)畫面在工程項目導(dǎo)航欄中點擊“標準圖庫”，根據(jù)需要選擇適當?shù)木`，建好后的最終畫面如圖 5.16 所示5.16 力控畫面將圖中的每一個精靈語變量關(guān)聯(lián)。例如將電動機關(guān)聯(lián)，如圖5.17 所示。圖 5.17 電動機關(guān)聯(lián)（ 6）編譯腳本程序腳本 if 語塊如圖5.18

44、所示。5.18 腳本程序5.2.3 力控仿真運行點擊起動按鈕，電動機起動，指示燈隱藏，糖塊運動，光電開關(guān)感應(yīng)。噴膠電磁閥處于上限位，如5.19 所示圖 5.19 起動電動機光電開關(guān)感應(yīng)后，推搪電磁閥動作，至SQ1處（呈紅色），糖紙轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，指示燈隱藏如圖 5.20 所示5.20 推搪經(jīng)過糖紙轉(zhuǎn)盤，包裝糖果，到達SQ2處（呈紅色），如圖5.21 所示。5.21 包裝糖果SQ2感應(yīng)后，噴膠截斷動作，下限位燈亮，如圖5.22 所示。圖 5.22 噴膠截斷當變頻器故障開關(guān)動作，電動機不起動，僅變頻器故障指示燈亮，如圖5.23 所示。缺紙故障同樣?？偨Y(jié)5.23 變頻器故障本次畢業(yè)設(shè)計使我對PLC有了更深

45、層次的理解，也熟悉了GX-DEVELOPE編程軟件 R及力控組態(tài)軟件的使用。通過查閱大量文獻資料，設(shè)計小型糖果包裝機控制系統(tǒng)，我對包裝機械的生產(chǎn)流程有了一定的了解?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)過程，必須嚴格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行與調(diào)試的過程來進行。我的設(shè)計系統(tǒng)較為基礎(chǔ)，僅實現(xiàn)了糖果包裝的簡單流程。經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計，我深刻的認識到了理論與實際相結(jié)合的重要性，書本上學(xué)到的東西用起來才知道相差甚遠，只有在實踐中來完成我們的理論知識。參考文獻1 中國投資咨詢網(wǎng). 2009-2012年中國糖果、巧克力行業(yè)投資分析及前景預(yù)測報告(上中下卷 )M. 北京:中投顧問,2008.2 蔡云升 .國內(nèi)外糖果生產(chǎn)及包裝發(fā)展趨勢J.中國食品工業(yè), 2006,(8):17-19.3 J.E.Shigley ， Theory of machines and mechanisms .Jr.McGraw-Hill Book company,19880:448452.4 何南至 ,蔣德福.我國食品和包裝機械發(fā)展的思考J.包裝世界 , 2009,(1):2829.5 包燕敏 .軟包裝和食品包裝安全性J.上海包裝,2008,(2):16-17.6 楊慶柏PLC 的發(fā)展方向1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. Allrights r