折板機PLC控制系統(tǒng)及組態(tài)監(jiān)控設計

1、2015 屆畢業(yè)設計說明書 *PLC控制系統(tǒng)及組態(tài)監(jiān)控設計院 、 部： 電氣與信息工程學院 學生姓名： 指導教師： 職稱 專 業(yè)： 班 級： 完成時間： 摘 要折板機是型材加工廠常用的加工設備，其中以U型折板機最為普遍。在現代化的工業(yè)生產領域中，采用PLC（Programmable Logic Controller，可編程控制器）控制的U型折板機具有動作速度快、加工精度高、一次成型等優(yōu)點，大大提高了折板機的控制精度和控制系統(tǒng)的可靠性，同時進一步提高了工作效率和生產效率。折板機PLC控制系統(tǒng)及組態(tài)監(jiān)控設計分析了U型折板機的工作原理、控制要求，根據工藝要求，統(tǒng)計了U型折板機所需要的輸入和輸出端子，

2、其中輸入點為8個，輸出點為7個，共計15個輸入輸出點。根據PLC的I/O點數和內存容量選型原則，選擇了三菱FX2N-16MR繼電器型PLC作為U型折板機的控制器，同時選擇了其它電器元件，設計了PLC的外部接線圖。論文然后利用SFC（Sequential Function Chart，順序功能圖）圖法設計了U型折板機的程序梯形圖。為了驗證設計的正確性，運用三菱GX Developer仿真軟件進行程序仿真。最后，利用MCGS（Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)）嵌入版組態(tài)仿真軟件對折板機的控制系統(tǒng)進行了組態(tài)設計。仿真結果證明，設計能夠有效的

3、保證U型板制作的準確性、快速性、安全性，滿足工藝要求，具有一定的應用價值。 關鍵詞 ：折板機；可編程控制器；組態(tài)軟件IABSTRACT Folding machine is processing plant profiles commonly used processing equipment, Which the U-type folding machine is most common. In modern industrial production, U-type folding machine with Programmable Logic Controller has feature

4、s of fast motion and high precision, and improves the accuracy and reliability of control system of U-type folding machine.At the same time, it increases efficiency of work and produce.The paper of PLC control system and configuration monitor analyzes the working principle and control demand. Accord

5、ing to technological requirements, I/O of U-type folding machine is counted, consisting of 8 inputs and 7outputs.According to the I/O numbers of PLC and the selection principle of memory capacity, FX2N-16MR is selected as controller of U-type folding machine. The external wiring diagram of PLC is de

6、signed. This paper designs the program ladder chart with SFC and the program is simulated by GX Developer. Finally, the configuration monitor system is designed by Monitor and Control Generated System.The simulation proves that the design effectively guarantees accuracy rapidity and security of the

7、manufacture of U-type plate. It conforms the technological requirements, and has a certain value. Key words folding machine; programmable controller; configuration softwareII目 錄1 緒論11.1 工業(yè)控制的現狀11.2 電氣控制的發(fā)展趨勢11.3 U型折板機設計的主要工作22 U型折板機控制系統(tǒng)的硬件設計32.1 U型折板機簡介32.2 控制方式的選擇32.3 檢測與驅動元件選型42.3.1 開關選擇42.3.2 驅動電

8、磁閥選擇52.4 I/O點的統(tǒng)計52.5 PLC的選型62.5.1 PLC的選擇62.5.2 PLC的參數簡介72.6 PLC接線原理圖設計72.6.1 I/O點分配72.6.2 PLC的接線原理圖73 U型折板機控制系統(tǒng)的軟件設計93.1 編程語言的選擇93.2 控制要求93.3 程序控制流程圖93.4 程序設計103.5 程序仿真與調試163.5.1 GX Developer的介紹163.5.2 程序仿真結果164 U型折板機控制系統(tǒng)組態(tài)設計194.1 MCGS組態(tài)軟件簡介194.1.1 MCGS嵌入版組態(tài)軟件的主要功能194.1.2 MCGS嵌入版組態(tài)軟件的組成及介紹194.2 U型折板

9、機組態(tài)仿真設計194.2.1 U型折板機組態(tài)仿真建立194.2.2 U型折板機組態(tài)仿真運行結果及分析23結束語28參考文獻30致 謝33附 錄34附錄A 指令表34V1 緒論1.1 工業(yè)控制的現狀隨著計算機、通信、自動控制和微電子等技術的發(fā)展，大量智能傳感器和智能控制芯片的不斷出現，以及在傳感器、通信和計算機領域所取得的巨大成就，使人們對系統(tǒng)的綜合性能，特別是安全性能提出了越來越高的要求1。在對系統(tǒng)設備的工作狀況進行實時監(jiān)測和控制的同時，也希望能夠實現設備的智能維護。對企業(yè)的生產自動化設備來說，對自動化設備的工作狀況進行遠程監(jiān)測和控制，不僅能夠有利于設備管理人員隨時了解設備的工作狀態(tài)，在設備出

10、現異常動作時，能夠自動報警，便于檢修工作人員及時維修。還可以增加設備使用的服務范圍，提高自動化程度，提升設備的工作性能，延長設備的使用年限2。U型折板機是型材加工廠常用的加工設備之一，組態(tài)設計是通過觸摸屏控制U型折板機制作的仿真界面，因此研究折板機PLC控制系統(tǒng)及組態(tài)監(jiān)控設計具有很好的市場價值。1.2 電氣控制的發(fā)展趨勢隨著社會的發(fā)展、科學技術的不斷進步和生產工藝的不斷改進，新興的控制技術得到了前所未有的發(fā)展，尤其在計算機技術的應用領域，新型控制策略的出現，一直在潛移默化的改變著電氣控制技術的面貌。對控制方法來說，以前的控制方法是手動控制設備的運行，而現在的控制方法則發(fā)展到了簡便的自動控制；對

11、控制功能來說，以前的控制功能相對簡單，而現在的控制功能則發(fā)展到了智能化控制，以便于實現較為復雜的功能；對操作系統(tǒng)來說，以前的操作系統(tǒng)非常笨重，而現在的操作系統(tǒng)則發(fā)展為微機的信息化處理；對控制原理來說，以前的控制系統(tǒng)是單一的有觸頭硬接線繼電器的邏輯控制系統(tǒng)，而現在則發(fā)展到以微處理器為中心的網絡化自動控制系統(tǒng)3。機床是將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器。機床電氣控制的現狀是由最原始的手動控制機床逐步發(fā)展為當今各企業(yè)生產廠家廣泛使用的計算機集成制造系統(tǒng)，期間經歷了漫長的發(fā)展過程。20世紀2030年代，繼電器控制以其結構簡單、價格低廉、易學易懂、可靠性高等優(yōu)點取代了最原始的的手動控制。

12、在60年代，順序控制器的誕生以其通用性強等優(yōu)點成為當時工業(yè)控制的主要裝置。隨后相繼出現了PLC控制、數字控制和柔性制造系統(tǒng)FMS，使機床集高效性、高精度、高柔性于一身，成為當今機床自動化的理想形式4。20世紀60年代可編程控制器PLC誕生，它以微處理器為核心，并用軟件手段來實現各種控制功能，逐步發(fā)展起來并成為一種新型工業(yè)控制裝置。可編程控制器具有適用性強、可靠性高的特點，能夠適應惡劣的工業(yè)環(huán)境。其操作指令簡單、編程方式簡便易懂，同時還具有體積小、維修工作少、現場安裝方便等優(yōu)點，正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)5。世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數字設備公司研制的。早期的PLC只能完成簡單

13、的邏輯控制及定時、計數功能。20世紀70年代初出現了微處理器，使PLC增加了運算、數據傳送的處理功能。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入了實用化發(fā)展階段，其功能發(fā)生了飛躍。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點更加適應于現代工業(yè)控制的需要6。隨著可編程控制器技術的飛速發(fā)展，各生產廠家也相繼推出了許多功能強大的新型PLC，在產品生產的過程中發(fā)揮了重要作用。以PLC為控制核心的折板機就是一個很好的例子，具有以下四個特點7：（1） 可靠性高，抗干擾能力強，能夠適用于復雜的工業(yè)環(huán)境；（2） 易學易用，操作簡單，用戶程序編制形象、直觀、方便；（3） 以PLC為控制核心的U型折板機能夠持續(xù)高效生產，并

14、具有保護功能；（4） 控制回路簡單，經濟適用，能適應單件和大批量生產。1.3 U型折板機設計的主要工作論文分析了U型折板機的工作原理和控制要求，統(tǒng)計了U型折板機的輸入輸出點，選擇三菱FX2N-16MR繼電器型PLC作為U型折板機的控制器，通過對其它電器元件的選擇，設計PLC的外部接線圖，并利用SFC圖法設計了U型折板機的程序梯形圖。通過仿真驗證，設計滿足控制要求，完成了畢業(yè)設計任務。論文各章節(jié)的內容安排如下：第1章 緒論，主要寫了當今社會工業(yè)控制的現狀，對電氣控制和機床電氣控制的發(fā)展趨勢也都做了簡單的說明。第2章 U型折板機控制系統(tǒng)的硬件設計，主要寫了U型折板機的工作原理、工藝流程和檢測與驅動

15、元件的選型；還寫了I/O點的統(tǒng)計、PLC的選型和PLC的外部接線圖設計。第3章 U型折板機控制系統(tǒng)的軟件設計，主要寫了編程語言的選擇、U型折板機的控制要求、程序控制流程圖的設計、程序的設計和程序的仿真與調試。第4章 U型折板機控制系統(tǒng)的組態(tài)設計，主要寫了MCGS組態(tài)軟件的簡介和U型折板機組態(tài)仿真的設計。通過使用三菱仿真軟件GX Developer對其控制程序進行仿真與調試，并使用MCGS組態(tài)仿真軟件再次對程序進行了組態(tài)仿真，仿真結果驗證了程序的正確性，證明設計滿足系統(tǒng)的控制要求和設計思路。2 U型折板機控制系統(tǒng)的硬件設計2.1 U型折板機簡介折板機是型材加工廠常用的加工設備，U型折板機工作原理

16、如圖1所示，由模板、左右折板、限位開關、氣壓機構（氣缸和活動鉸鏈）、安全光柵和操作盤組成。模板裝在模板座上，模板兩端的形狀不同，加工出來的U型板料的開角形狀就不同，折角的大小由左右限位開關的位置決定。根據不同要求，模板可以隨時更換。在氣壓的推動下，模板與模板座分別下移或上移。被加工的金屬板料放在平臺上，當模板下移壓緊板料后，工作平臺上的左、右折板在氣壓機構的推動下，可以向上折、也可以折回，把板料加工成型。圖1 U型折板機工作原理圖 U型折板機的生產工藝流程： （1）當模板、左右折板都在原位時，將金屬板料放到工作臺上。 （2）啟動運行后，模板開始下移，模板下移到位后自動停止。 （3）模板到位后，

17、左、右折板開始上折，當左、右折板上移到相應的限位開關時，停止上折并保壓2S。 （4）保壓過程完成后，左、右折板開始下移，折板下移到原位時自動停止。 （5）折板下移到位后，模板開始上移，模板上移到原位后自動停止。 （6）U型板材加工過程結束，取下U型板即可。2.2 控制方式的選擇 U型折板機的控制方式可以用繼電器控制和PLC控制來實現，兩者相比，PLC控制擁有很多優(yōu)點8，而且實現的過程簡單，總體操作簡單，PLC控制的優(yōu)點主要是：（1）硬件接線簡單，電器元件數量少，節(jié)約空間；（2）精度和反應時間短，動作可靠，可實現機械高效反復操作，工作效率高；（3）PLC對于突發(fā)事件和誤操作有很好的保護作用，如果

18、此保護用繼電器實現是比較麻煩的，而且多重保護很難實現；（4）配套齊全，功能完善，易于擴充其他功能；（5）PLC控制系統(tǒng)操作簡單，如遇到故障報警，能自動停止運行，檢修方便。 綜上所述，論文中設計的控制方式采用PLC控制最為合理。2.3 檢測與驅動元件選型2.3.1 開關選擇檢測模板或左、右折板的位置的裝置可以用限位開關也可以用磁性開關，因為限位開關體積大，不方便安裝，而且磁性開關和氣缸配套，安裝方便，體積小，精度靈敏度都比接近開關高。所以在模板上下限位和左右折板原位的位置安裝磁性開關，在左右折板到位的位置安裝限位開關9。由于氣缸運動內部結構中有磁塊，可以根據磁塊位置得出氣缸處于收縮還是伸長，在氣

19、缸凹槽處放入磁性開關就可以通過開關的接通或斷開狀態(tài)得知氣缸位置。所以選用的磁性開關的型號為：SMC D-F79。其具體的參數如下所示。（1） 安裝形式：軌道安裝（2） 適合負載：繼電器、程序控制器、IC電路（3） 線制：為三線制即NPN型（4） 電源參數：一般為DC5V、12V、24V（5） 電流參數：消耗電流10mA以下，負載電流40mA以下（6） 內部電壓降：1.5V以下限位開關是限制工作機械位置的主令電器，一般于工作機械到達終點時發(fā)生作用。限位開關有接觸式的和非接觸式的，接觸式的比較直觀，而非接觸式的形式有很多，常見的有干簧管、光電式、感應式等。論文選用接觸式即可滿足設計要求，選用的限位

20、開關型號為：歐姆龍D4C-1002-DKIEJ1型，此型號的限位額定電壓值為DC30V，額定電流為1A，滿足設計所提供的電壓DC24V。其具體的參數如下所示。（1） 電壓額定值：AC125V,1A；DC30V,1A（2） 傳動的種類：滾珠柱塞型（3） 配線規(guī)格：預制線型（3芯：DC規(guī)格）2.3.2 驅動電磁閥選擇由于折板機動作簡單，用氣缸便可以實現，氣缸的驅動要用電磁閥。電磁閥的選擇一般分為兩種：一種是單向電磁閥，一種是雙向電磁閥10。 由于單向電磁閥在斷電后閥芯會返回原來位置，在此次設計中，如果斷電后電磁閥還有動作是非常不安全的，所以選擇雙向電磁閥。在突然斷電的情況下，電磁閥兩個線圈都沒有電

21、，所以電磁閥沒有動作，即氣缸不會因為突然斷電而收縮或伸長。通過對電磁閥參數的了解，根據應用需求我們要選擇線圈電壓為DC24V，型號為SY3320-5LZD-M5三位五通電磁閥作為設計的驅動電磁閥。具體的參數如下所示。（1） 一般技術參數：流體為空氣；環(huán)境及流體溫度，最高為50攝氏度；手動操作類型為螺絲刀鎖定型；搞沖擊/震動能力為150G/30m/s2（8.3-2000Hz）；接電方式有直接出線式（G）,L型插座式（L）,DIN插座式（D）。（2） 電源技術參數：標準電壓一般為交流：110V、220V；直流：12V、24V（3） 容許電壓變動范圍：一般為額定電壓的±10%（4） 功率消

22、耗參數：交流為0.5W/0.55W（帶指示燈）；直流為24V、1.1VA（5） 額定電流參數：1A其次，我們根據電磁閥驅動要求選擇驅動元件。電磁閥的線圈電壓值為DC24V,電流很小，可以直接接到PLC的輸出端，但PLC的觸點可能因電磁閥線圈的損壞而受到影響，所以選擇繼電器驅動。繼電器的線圈由PLC控制，所以線圈應為DC24V型，繼電器的常開觸點控制電磁閥的線圈。繼電器可以選擇歐姆龍MY2N-J DC24V。具體的參數如下所示。（1） 一般技術參數：MY系列通用繼電器，不使用鉛，符合環(huán)保要求；通過改變交直流線圈帶的顏色，提高交直流規(guī)格的識別性；線圈機械壽命8000萬次，電氣壽命40萬次以上。（2

23、） 電源技術參數：額定電壓為DC24V（3） 觸點形式：兩開兩閉（4） 直流電阻值：一般為50（5） 防護特性：一般為密封式2.4 I/O點的統(tǒng)計U型折板機設計所需的輸入點分別為：啟動開關，占用1個輸入點；限位開關包括左限位開關、右限位開關和模板限位開關，占用3個輸入點；行程開關包括模板原位行程開關、左折板原位行程開關和右折板原位行程開關，占用3個輸入點；另外還有1個安全光柵開關的輸入點。經統(tǒng)計共有8個輸入點。具體輸入點統(tǒng)計如表1所示。表1 輸入點統(tǒng)計表序號輸入點數量1啟動開關12左限位開關13右限位開關14模板原位行程開關15模板限位開關16左折板原位行程開關17右折板原位行程開關18安全光

24、柵開關1合計8U型折板機設計所需的輸出點分別為：模板的上移、下移電磁閥線圈，占用2個輸出點；左折板的上移、下移電磁閥線圈，占用2個輸出點；右折板的上移、下移電磁閥線圈，占用2個輸出點；另外還有1個報警指示端。經統(tǒng)計共有7個輸出點。具體輸出點統(tǒng)計如表2所示。表2 輸出點統(tǒng)計表序號輸出點數量1模板上移12模板下移13左折板上移14右折板上移15左折板下移16右折板下移17報警指示1合計72.5 PLC的選型2.5.1 PLC的選擇為了滿足工藝原理和生產控制的要求，在PLC的選型階段，論文著重考慮了PLC的性價比，一般可以從以下兩個方面選擇11：（1）I/O點數估計：作為PLC的一項重要指標，選擇合

25、理的I/O點數不僅可以使系統(tǒng)滿足控制要求，還可以使系統(tǒng)的總投資降到最低。一般情況下，一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點。隨著社會的發(fā)展和工藝的提高，考慮到以后的擴充問題，一般估計的I/O總點數應在原有的基礎上增加15%20%的備用量。（2）用戶存儲容量估算：用戶所選擇的程序在整個PLC的存儲容量中占據多少內存與I/O點數、控制要求、運算處理量等有關。因此在程序設計之前，我們只能粗略的估算所需要的存儲容量，從而選擇合適的PLC。綜上所述，根據設計所使用的I/O點數統(tǒng)計可知，U型折板機的設計共需要輸入點8個，輸出點7個。所以選用三菱FX2N-16MR繼電器型PLC作為U型折板機的控制器。2.5.

26、2 PLC的參數簡介FX2N-16MR繼電器型PLC的輸入和輸出點數都是8個，其技術指標包括一般技術指標、電源技術指標、輸入和輸出技術指標，及功能技術指標，具體的參數如下所示12。（1） 一般技術指標：環(huán)境溫度，使用時為055攝氏度；環(huán)境濕度，一般以不結露時為準，使用時在35%89%；抗噪聲干擾，用噪聲仿真器產生電壓為1000Vp-p、周期為30100Hz的噪聲，在此噪聲干擾下PLC能夠正常工作；PLC一般在無腐蝕性氣體和無塵埃的環(huán)境下使用。（2） 電源技術指標：電源電壓一般為AC100240V和50/60Hz。（3） 輸入技術指標：輸入電壓為DC24V，輸入電流為7mA。（4） 功能技術指標

27、：輸入輸出方式為批處理方式，但有輸入輸出刷新指令；程序語言為繼電器符號加步進梯形圖方式。2.6 PLC接線原理圖設計2.6.1 I/O點分配通過PLC選型可知，論文采用三菱FX2N-16MR繼電器型PLC作為U型折板機的控制核心，根據I/O點數的統(tǒng)計可知，U型折板機的設計需要一個啟動開關、三個限位開關、三個行程開關，以及一個安全光柵開關，共計8個輸入點。且還需要六個電磁閥線圈和一個報警指示端，共計7個輸出點。綜上所述，PLC的I/O分配表如表3所示。2.6.2 PLC的接線原理圖 PLC控制系統(tǒng)接線原理圖中，SB1為開關按鈕；YA1-YA3均為各部分電磁閥線圈，Y0-Y5均與各部分電磁閥線圈連

28、接。為防止PLC因負載過高而燒壞，在線路中接入直流穩(wěn)壓電源，單獨給電磁閥供電。啟動運行后，輸入端輸入信號，輸出端反應相應的動作。具體的PLC接線原理圖如圖2所示。表3 I/O分配表序號器件名稱輸入點輸出點1啟動開關X02左限位開關X13右限位開關X24模板原位行程開關X35模板限位開關X46左折板原位行程開關X57右折板原位行程開關X68安全光柵開關X79模板上移電磁閥Y010模板下移電磁閥Y111左折板上移電磁閥Y212右折板上移電磁閥Y313左折板下移電磁閥Y414右折板下移電磁閥Y515報警指示燈Y6圖2 PLC接線原理圖3 U型折板機控制系統(tǒng)的軟件設計3.1 編程語言的選擇應用程序的編

29、制需使用可編程控制器生產廠方提供的編程語言。至今為止還沒有一種能適合于各種可編程控制器的通用編程語言，但由于各國可編程控制器的發(fā)展過程類似，可編程控制器的編程語言及工具大致相同。一般常見的為以下幾種編程語言13。（1） 梯形圖：梯形圖語言具有形象、直觀、實用的優(yōu)點，它是在繼電器-接觸器邏輯控制的基礎上演變而來，易學易懂，是PLC的第一編程語言。 （2）指令表：指令表也叫語句表，是編寫程序的另一種語言，也是類似組合語言的低階語言，它由語句指令以一定的順序排列而成。（3） 順序功能圖：順序功能圖是一種新的編程方法，常用來編寫開關量順序控制類程序。它包括闊步、路徑、轉換三個要素，也提供了一種組織程序

30、的圖形方法。（4） 功能模塊圖：功能模塊圖是一種類似于數字邏輯電路的編程語言，它將顯示出工程所要實現的各種功能。（5） 結構文本：結構文本具有結構簡單、直觀靈活的特點。它能實現較為復雜的數學運算，編寫的程序也更加簡潔易懂，是一種專用高級語言。綜上所述，通過對比比較可知，畢業(yè)設計采用梯形圖作為U型折板機程序設計的語言，具有可讀性、易懂性。能夠比較直觀的展現程序的功能和設計的思路。3.2 控制要求U型折板機的控制方式為單步控制，即按一次操作按鈕執(zhí)行一個工作步。具體控制要求如下。（1）具有能檢測是否為安全狀態(tài)的功能；（2）折板機運行過程中再次按下啟動按鈕或故障報警時，能夠自動停機；（3）模板的上下移

31、動和左右折板的上下移動不能同時進行；（4）完成整個加工過程后，模板和左、右折板應返回原位。3.3 程序控制流程圖根據控制系統(tǒng)的設計以及工藝原理的要求，在啟動運行的狀態(tài)下，運用單步控制方式的U型折板機的程序控制流程圖如圖3所示。當按下啟動按鈕SB1時，系統(tǒng)會自動檢測是否在安全狀態(tài)，即模板、左右折板都在原位。如果不是安全狀態(tài)，則需手動解除故障后方可重新啟動運行。如果檢測結果顯示系統(tǒng)在安全狀態(tài)，則模板開始下移，當模板下移到位后，左、右折板開始上移，當左右折板到位后，系統(tǒng)停止運行2S，以穩(wěn)定成型。然后左、右折板開始下移，當左、右折板到位后，模板開始上移，當模板到位后，系統(tǒng)再次停止運行2S，以便工作人員

32、取出U型板。圖3 程序控制流程圖3.4 程序設計 U型折板機的設計選用SFC圖法作為程序的編程方法14，它的設計思想是將一個復雜的控制過程分解為很多個工作狀態(tài)，弄清各工作狀態(tài)的細節(jié)后，依據總的控制順序的要求，將這些工作狀態(tài)聯系起來，就構成了SFC圖。根據U型折板機的工作原理和程序控制流程圖，作U型折板機PLC控制SFC圖如圖4所示。圖4 U型折板機PLC控制SFC圖 按照外部接線要求把各個元件接好，當接入電源時，按下啟動按鈕SB1，如果模板沒有在原位以及左右折板沒有在原位，系統(tǒng)將不會進行下一步動作。如果模板以及左、右折板都在原位時，系統(tǒng)將延時一秒。具體程序如圖5所示。圖5 啟動自檢程序圖 當啟

33、動延時時間到或處于原位時間到時，T0接通，模板下移輔助繼電器M11置1，模板開始下移。具體程序如圖6所示。圖6 模板下移程序圖 當模板下移到位后，到位行程開關接通，左右折板相對應的輔助繼電器M12、M13置1，并控制相應的左右折板電磁閥動作，左右折板開始上移。具體如圖7所示。 當左右折板上移到行程開關接通，從而左右折板到位。系統(tǒng)將停留2S以用來進行穩(wěn)定成型，當延時結束后，左右折板開始進行復位下移，當下移到原始狀態(tài)時，模板開始進行復位上移。具體程序如圖8所示。 當模板和左、右折板都在原位時，按下SB1通過一定的延時使系統(tǒng)只進行模板下移。左右折板保持原始狀態(tài)，不進行動作。具體程序如圖9所示。 當按

34、下啟動按鈕，左右折板和模板不在原始狀態(tài)，系統(tǒng)將進行故障報警并點亮故障報警燈，同時停止進行下一步動作。具體程序如圖10所示。圖7 左右折板上移程序圖圖8 折板和模板復位程序圖 圖9 模板下移服務程序圖圖10 報警程序圖當系統(tǒng)進行模板下移或上移以及左右折板上移或下移時，由于系統(tǒng)報警程序檢測到有模塊不在原始狀態(tài)，系統(tǒng)將進行安全報警，報警指示燈點亮。并且不影響系統(tǒng)進行下一步動作。具體程序如圖11所示。故障延時時間：當模板不在原位也未到限位時，故障延時啟動，此時有可能是模板運行過程被卡住或壓到不合格板材。具體程序如圖12所示。當系統(tǒng)進行U型板制作的時候，模板下移到位前，左、右折板不允許動作。當模板下移到

35、位后，左、右折板開始上移，折板未到位時，模板不能進行上移。當左、右折板上移到位后，系統(tǒng)將進行左、右折板下移，只有當左、右折板下移到位后，模板才能進行上移。當模板上移到位后，U型折板機加工過程結束，U型板材輸出。具體程序如圖13所示。圖11 正常動作指示程序圖圖12 運行故障程序圖 圖13 U型板制作輸出程序圖3.5 程序仿真與調試3.5.1 GX Developer的介紹GX Developer是三菱PLC的編程軟件15。其具有軟件的共通化、程序的標準化等特點，能夠利用Windows的優(yōu)越性，使操作性能更加優(yōu)越。其操作方法簡便，易學易懂，能夠讓操作人員在復雜的系統(tǒng)情況下也能夠通過簡單的設定與可

36、編程控制器CPU連接，通過調試功能實現程序的仿真，從而達到相應的目的。3.5.2 程序仿真結果根據要求U型折板機在安全狀態(tài)下方能正常啟動，即只有當折板機的模板，左右折板都在原位時，U型折板機才能開始啟動運行程序。具體仿真結果如圖14所示。圖14 U型折板機啟動自檢仿真圖當折板機啟動自檢程序完成后，若折板機處于安全狀態(tài)，這時按下啟動按鈕SB1，程序開始運行，U型折板機的模板將開始下移。具體仿真結果如圖15所示。圖15 模板下移仿真圖當U型折板機的模板下移到限位開關時，說明模板下移到位。這時折板機的左、右折板離開原位開始上移。具體仿真結果如圖16所示。圖16 左、右折板上移仿真圖當U型折板機的左、

37、右折板上移到限位開關時，說明折板上移到位，這時停止上折并保壓2S，以達到穩(wěn)定成型的目的。然后左、右折板開始下移。具體仿真結果如圖17所示。圖17 左、右折板下移仿真圖 當U型折板機的左、右折板下移到位后，即左、右折板回復到原位，這時模板開始上移。具體仿真結果如圖18所示。 當模板上移到原位時，整個U型板的制作過程結束，這時程序將停止運行2S，以便工作人員將制作好的U型板取下，然后程序繼續(xù)運行，模板開始下移，進入下一個U型板的制作循環(huán)。具體仿真結果如圖19所示。為保證U型折板機的可行性和安全性，論文專門設計了報警提示，即在程序啟動運行前，會進行一次自檢。當模板、左折板、右折板，有任何一處不在原位

38、時，報警指示燈亮。具體仿真如圖20所示。圖18 模板上移仿真圖 圖19 模板下移仿真圖 圖20 報警指示仿真圖4 U型折板機控制系統(tǒng)組態(tài)設計4.1 MCGS組態(tài)軟件簡介4.1.1 MCGS嵌入版組態(tài)軟件的主要功能（1） 簡單靈活的可視化操作界面；（2） 實時性強、有良好的并行處理性能；（3） 豐富、生動的多媒體畫面；（4） 完善的安全機制；（5） 強大的網絡功能；（6） 多樣化的報警功能；（7） 實時數據庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便；（8） 支持多種硬件設備，實現“設備無關”；（9） 方便控制復雜的運行流程；（10） 良好的可維護性；（11） 用自建文件系統(tǒng)來管理數據存儲，系統(tǒng)可靠性更高；（1

39、2） 設立對象元件庫，組態(tài)工作簡單方便。綜上所述，MCGS嵌入版組態(tài)軟件具有強大的功能，并且操作簡單，易學易用，普通工程人員經過短時間的培訓就能迅速掌握多數工程項目的設計和運行操作。同時使用MCGS嵌入版組態(tài)軟件能夠避開復雜的嵌入版計算機軟、硬件問題，而將精力集中于解決工程問題本身，根據工程作業(yè)的需要和特點，組態(tài)配置出高性能、高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)17。4.1.2 MCGS嵌入版組態(tài)軟件的組成及介紹如圖21所示，MCGS嵌入版組態(tài)軟件的組成結構圖18：（1） 主控窗口構造了應用系統(tǒng)的主框架；（2） 設備窗口是MCGS嵌入版系統(tǒng)與外部設備聯系的媒介；（3） 用戶窗口實現了數據和流

40、程的“可視化”；（4） 實時數據庫是MCGS嵌入版系統(tǒng)的核心；（5） 運行策略是對系統(tǒng)運行流程實現有效控制的手段。4.2 U型折板機組態(tài)仿真設計4.2.1 U型折板機組態(tài)仿真建立圖21 MCGS嵌入版結構圖 打開MCGS嵌入版組態(tài)軟件后，點擊“文件”按鈕，在下拉菜單中選擇“新建工程”，這時會彈出“新建工程設置”的對話框，選擇完TPC類型和背景顏色后，點擊“確定”即建立了新的工程19。具體步驟如圖22所示。圖22 MCGS新建工程圖 新建工程完成后，會出現一個“工作臺”，工作臺上分別顯示了主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略。點擊工作臺上的“設備窗口”按鈕會出現一個新的“設備窗口”

41、的選項。具體步驟如圖23所示。圖23 MCGS新建工作臺圖 雙擊“設備窗口”選項，此時會出現一個空白的設備組態(tài)窗口，然后點擊“設備工具箱”按鈕，雙擊其下拉菜單中的“通用串口父設備”，此時會發(fā)現原來空白的設備組態(tài)窗口中出現了“通用串口父設備0”選項。再次雙擊“設備工具箱”下拉菜單中的“三菱_FX系列編程口”，此時在設備組態(tài)窗口“通用串口父設備0”子菜單中會出現一個新的“設備0”。具體步驟如圖24所示。圖24 MCGS新建設備組態(tài)窗口圖 完成以上步驟后，在工作臺上打開“用戶窗口”界面，在界面中點擊“新建窗口”按鈕，此時界面中會出現“窗口0”,用戶可根據需要自行添加“窗口1”、“窗口2”等。具體步驟

42、如圖25所示。圖25 MCGS新建用戶窗口圖 新建用戶窗完成后，雙擊“窗口1”，此時會打開一個空白的“動畫組態(tài)窗口”。點擊“工具箱”，利用工具箱里面的工具畫出U型折板機所需要的組態(tài)動畫元件。具體步驟如圖26所示。圖26 MCGS新建動畫組態(tài)窗口圖4.2.2 U型折板機組態(tài)仿真運行結果及分析初始狀態(tài)下，模板和左右折板在原位狀態(tài)，這時按啟動按鈕才可以運行。如果不在正常的初始狀態(tài)，則按啟動按鈕無效，手動解除故障才可以重新運行。具體組態(tài)仿真結果如圖27所示。圖27 U型折板機啟動自檢組態(tài)仿真圖 按下啟動按鈕后，模板離開原位開始下移，此時，模板原位指示燈熄滅，左、右折板因未動作，仍在原位，相應的指示燈依

43、然點亮。具體組態(tài)仿真結果如圖28所示。圖28 U型折板機模板下移組態(tài)仿真圖當模板下移到位后，相應的行程開關動作，模板到位指示燈點亮。這時，左、右折板開始上移，相應的左、右折板原位指示燈熄滅。具體組態(tài)仿真結果如圖29所示。圖29 U型折板機左、右折板上移組態(tài)仿真圖 當左、右折板上移到位后，相應的行程開關閉合，到位指示燈點亮。同時系統(tǒng)停止運行2S，以保證U型板保壓定型。具體組態(tài)仿真結果如圖30所示。圖30 U型板保壓定型組態(tài)仿真圖當2S定時時間到后，左、右折板開始下移，左、右折板到位行程開關斷開，左、右折板到位指示燈熄滅。具體組態(tài)仿真結果如圖31所示。圖31 U型折板機左、右折板下移組態(tài)仿真圖 當

44、左右折板下移到原位時，相應的原位行程開關閉合，原位指示燈點亮。同時，模板開始上移，相應的模板到位行程開關斷開，模板到位指示燈熄滅。具體組態(tài)仿真結果如圖32所示。圖32 U型折板機模板上移組態(tài)仿真圖 當模板上移到原位時，相應的模板原位行程開關閉合，模板原位指示燈點亮，此時，系統(tǒng)停止運行2S，以保證U型板成品輸出。2S后，系統(tǒng)自動重復循環(huán)運行。具體組態(tài)仿真結果如圖33所示。圖33 U型板成品輸出組態(tài)仿真圖系統(tǒng)上電后，如果模板和左右折板有任何一個不在原位時，此時，系統(tǒng)就會進行報警，報警指示燈點亮，這時按動啟動按鈕無效。還有一種情況會導致系統(tǒng)報警，即當模板位置既不在原位也沒有到位時，如果這種情況超過2

45、S，系統(tǒng)也會自動報警。具體組態(tài)仿真結果如圖34所示。通過以上組態(tài)仿真圖可以看出，仿真結果驗證了設計的正確性，U型折板機的動作過程滿足控制要求，完成了對U型折板機的設計任務20。圖34 U型折板機報警指示組態(tài)仿真圖結束語隨著社會的發(fā)展和工業(yè)控制的需求，新型的控制策略逐漸走進人們的生活并成為眾多領域的主導。論文對U型折板機的PLC控制系統(tǒng)和組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進行了設計，主要的研究內容包括以下幾個方面：（1） 介紹了U型折板機的工作原理、組成結構和加工工藝流程，分析了U型折板機所需要的控制要求。（2） 根據U型折板機的控制要求進行I/O點的統(tǒng)計，并選用三菱FX2N-16MR繼電器型PLC作為U型折板機的控

46、制器，設計出了PLC的外部接線圖。（3） 進行了U型折板機控制系統(tǒng)的軟件設計，設計了程序控制流程圖和程序，并采用GX Developer仿真軟件對控制程序進行了仿真和調試。（4） 利用MCGS嵌入版組態(tài)仿真軟件對U型折板機的控制系統(tǒng)進行了組態(tài)設計，以實現對控制程序進行監(jiān)控，更加形象直觀的展現出U型折板機的動作過程。在對U型折板機的設計過程中，由于沒能到工廠參觀學習U型折板機的具體動作過程和原理，初次設計時對U型板材進行保壓定型和取板的過程沒有預留時間，其結果很可能導致U型板材制作不合格或工作人員取板時被機器誤傷。意識到問題的存在和嚴重性，在程序的調試過程中增加了保壓定型和取板的計時程序，通過使

47、用GX Developer仿真軟件對控制程序進行了仿真和調試，實驗結果驗證了程序的可行性和正確性。在設計過程中還使用了組態(tài)監(jiān)控軟件MCGS對控制程序進行監(jiān)控和控制，由于之前沒有接觸過MCGS組態(tài)仿真軟件，對于設計中組態(tài)仿真的建立，有許多地方設計的還不是很合理。動畫組態(tài)窗口中，僅使用指示燈來演示模板或左右折板的動作過程，并用按鈕來控制演示模板或左右折板的限位狀態(tài)。在對按鈕和指示燈的屬性設置時存在很多不理解不明確的地方。通過多次對程序的調試和改進，終于達到了預期的目標。論文所設計的U型折板機組態(tài)監(jiān)控設計滿足設計思路，符合系統(tǒng)的控制要求，但在程序設計方面還有可以改進的空間，例如：（1） 可以添加手動

48、和自動切換功能，這個功能可以方便系統(tǒng)的調試和應用。（2） 在MCGS組態(tài)仿真的應用上，動畫組態(tài)窗口中的設計可以使用U型折板機工作原理圖來作為動畫的演示，能夠更加直觀形象的展現出U型折板機的動作過程。通過折板機PLC控制系統(tǒng)及組態(tài)監(jiān)控的設計，系統(tǒng)的掌握了PLC編程和軟件調試的基本方法，對PLC梯形圖、指令表、外部接線圖和PLC的設計原理都有了更深刻的理解。隨著社會的發(fā)展和科學技術的不斷進步，PLC和仿真軟件的應用必將在各個領域得到廣泛的學習和應用。參考文獻1 胡毅，于東，劉明烈工業(yè)控制網絡的研究現狀及發(fā)展趨勢J.計算機科學，2010，1(23)：2327 Hu Yi,Yu Dong, Liu M

49、inglie. Current Situation and Development Trend of industrial control networks J Computer Science, 2010,1 (23): 2327(in Chinese)2 張萬忠可編程控制器應用技術M.北京：化學工業(yè)出版社，2011，12：112134 Zhang Wanzhong. PLC application technology M. Beijing: Chemical Industry Press, 2011,12: 112134(in Chinese)3 李道霖電氣控制與PLC原理及應用M.北京

50、：電子工業(yè)出版社，2012，6：4356 Li Daolin. Electrical control and PLC Principles and Applications M. Beijing: Electronic Industry Press, 2012,6: 4356(in Chinese)4 何海洋機床自動化程度的提升與應用J.金屬加工(冷加工)，2015，(10)：6970 He Haiyang.Enhance the level of automation tools and application J Metalworking (cold), 2015, (10): 69 70

51、(in Chinese)5 李長久PLC原理及應用M.北京：機械工業(yè)出版社，2010，8：3976 Li changjiu. PLC Principles and Applications M. Beijing: Mechanical Industry Press, 2010,8: 3976(in Chinese)6 廖常初可編程控制應用技術M.重慶：重慶大學出版社，2012，3：3543 Liao changchu. Programmable Control M. Chongqing: Chongqing University Press, 2012.3: 3543(in Chinese)7

52、 孫平可編程控制器原理及應用M.北京：高等教育出版社，2010，8：7689 Sun Ping. Principle and Application of Programmable Controller M. Beijing: Higher Education Press, 2010,8: 7689(in Chinese)8 王學良，張秋菊基于PLC的機械手自動上下料控制系統(tǒng)設計J.中國制造業(yè)信息化，2012，41(15)：5962 Wang Xueliang, Zhang Qiuju. PLC automatic loading and unloading robot control system based on J.China Manufa