基于PLC的自動切蛋糕機(jī)的控制方案獲獎科研報(bào)告

基于PLC的自動切蛋糕機(jī)的控制方案獲獎科研報(bào)告摘要：本文根據(jù)自動切蛋糕機(jī)控制系統(tǒng)的要求對系統(tǒng)硬件組成進(jìn)行了精心選配，設(shè)計(jì)了自動切蛋糕機(jī)的整體控制方案。設(shè)計(jì)了簡單直觀的操作界面，直觀易操作；根據(jù)系統(tǒng)手動控制、自動控制和操作需要設(shè)計(jì)了實(shí)際的操作系統(tǒng)，在完成設(shè)計(jì)后對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，通過反復(fù)調(diào)試，制定了準(zhǔn)確的程序。從系統(tǒng)運(yùn)行情況判斷，該系統(tǒng)控制靈活、運(yùn)行穩(wěn)定，切割位置精確，質(zhì)量好，完全滿足自動化生產(chǎn)的要求，同時(shí)大大縮短了加工切割的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：自動切蛋糕機(jī)PLC控制系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)的自動切蛋糕機(jī)要求能夠快速地將各種不同的圓形食品和方形食品分成大小和重量相同的若干等份，主要研究自動切蛋糕機(jī)的控制方案，重點(diǎn)介紹自動切蛋糕機(jī)的工作流程和控制程序的設(shè)計(jì)。

一、自動切蛋糕機(jī)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

自動切蛋糕機(jī)的控制系統(tǒng)的硬件組成主要包括可編程控制器（PLC）、驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動的步進(jìn)電機(jī)、觸摸屏、變頻器等。硬件設(shè)計(jì)工作量較大，過程較復(fù)雜。

硬件的設(shè)計(jì)：

1.PLC的配置

可編程控制器主要由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置、電源等組成。PLC的工作原理是采用循環(huán)掃描的工作方式，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)。

在設(shè)計(jì)自動切蛋糕機(jī)的控制方案過程中，選擇了臺達(dá)DVP32ES00R2型號的PLC作為控制系統(tǒng)。

2.步進(jìn)電機(jī)的選用

步進(jìn)電機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)是沒有積累誤差。這次設(shè)計(jì)中選用型號為85BYGH250A-2的二相混合式步進(jìn)電機(jī)。

3.觸摸屏的選用

觸摸屏是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動各種聯(lián)結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。這次設(shè)計(jì)中選用電阻式觸摸屏，型號為臺達(dá)的DOP-A57BSTD，屏幕尺寸為5.7寸。

4.變頻器的選用

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。選用的變頻器為歐瑞傳動F1000-G系列的變頻器。

5.氣缸的選用

氣壓傳動中將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動執(zhí)行元件。本設(shè)計(jì)中采用單作用的氣缸。

二、自動切蛋糕機(jī)的控制方案

在系統(tǒng)首頁選擇切割模式，若要切圓形蛋糕則觸摸圓形圖標(biāo)，則進(jìn)入圓形選段；若要切割方形蛋糕則觸摸方形圖標(biāo)，則進(jìn)入方形選段頁面。兩個(gè)頁面相互獨(dú)立，操作按鈕相互獨(dú)立。

在選段頁面可直接選擇切割的數(shù)量進(jìn)入設(shè)定頁面，也可進(jìn)入設(shè)定頁面后再修改切割的數(shù)量，或選上一頁進(jìn)入首頁重新選擇切割模式。

圓形切割設(shè)定頁面要能實(shí)現(xiàn)2片到20片偶數(shù)片的切割，并要能實(shí)現(xiàn)返回上頁的要求。

方形切割設(shè)定頁面要能實(shí)現(xiàn)2×2、4×4、5×5、6×6、7×7、8×8、9×9、10×10、11×11、12×12（單位：分割數(shù)）的切割，并要能實(shí)現(xiàn)返回上頁的要求。

通過對自動切蛋糕機(jī)的操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要能達(dá)到設(shè)定好切割的數(shù)量和切割尺寸，并能達(dá)到按下外部運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備按鈕，設(shè)備工作臺面要求能自動尋找原點(diǎn)；按下自動啟動按鈕后，系統(tǒng)能自動運(yùn)行，開始切割；切割時(shí)若要加熱刀片，則點(diǎn)擊畫面加熱圖標(biāo)即可實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)擊加熱后會顯示加熱中和加熱正?；蚣訜岵徽?，不需要加熱時(shí)則點(diǎn)擊加熱中圖標(biāo)即可。修改刀速度可改變切刀抖動頻率；修改切刀停止時(shí)間可改變切刀在最低點(diǎn)的切割時(shí)間。

三、自動切蛋糕機(jī)的PLC梯形圖程序的設(shè)計(jì)

1.電氣符號及I/O點(diǎn)地址分配表的制定

旋轉(zhuǎn)速度D510進(jìn)退速度D511去屑時(shí)間D512方型原點(diǎn)位置D513圓形圓心位置D514手動切刀速度D51方型脈沖當(dāng)量D515圓形脈沖當(dāng)量D516加熱M0前進(jìn)M1后退M2旋轉(zhuǎn)M3去屑M4上升M5下降M6切刀M7切刀M7測試M8定位X1防滑X2入料異X3切刀異X4旋轉(zhuǎn)異X5上限位X6運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備X10自動啟動X11加熱檢測X13加熱指示D52當(dāng)前位置D520錯誤顯示D50旋轉(zhuǎn)電機(jī)脈沖Y1進(jìn)退電機(jī)方向Y3進(jìn)退脫機(jī)Y14加熱指示D52去屑汽缸Y10下降汽缸Y11加熱Y12變頻器OP2Y4變頻器OP3Y5變頻器OP4Y6旋轉(zhuǎn)脫機(jī)Y15方型發(fā)送接點(diǎn)M11

2.梯形圖的設(shè)計(jì)

自動蛋糕機(jī)的控制系統(tǒng)要求具有自動加工、手動加工、故障報(bào)警等控制功能，綜合這些功能進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的PLC梯形圖是根據(jù)系統(tǒng)的控制流程，以及手動操作和自動操作控制來編寫的，同時(shí)系統(tǒng)要和觸摸屏連接，編寫的梯形圖都做了相應(yīng)的處理。

結(jié)合整個(gè)切蛋糕機(jī)的工作要求，在進(jìn)入操作系統(tǒng)后要求能實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)動作：自動、手動和報(bào)警。其中在自動操作的過程中又分為圓形加工和方形加工。

3.手動切蛋糕的程序設(shè)計(jì)

在程序的設(shè)計(jì)過程中考慮切刀的加熱溫度，直接影響到切割的精度，由驅(qū)動器來驅(qū)動對應(yīng)的電機(jī)工作，以此實(shí)現(xiàn)氣缸的上升和下降，前進(jìn)和后退。手動切蛋糕的動作執(zhí)行程序如圖1所示。

4.圓形加工的控制流程圖設(shè)計(jì)

結(jié)合圓形加工的特點(diǎn)，根據(jù)流程圖的要求，圓形加工的開頭程序設(shè)計(jì)如圖2所示。

5.方形加工的控制流程圖

結(jié)合方形加工的特點(diǎn)，根據(jù)流程圖的要求，方型加工的開頭程序設(shè)計(jì)如圖3所示。

四、自動切蛋糕機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試

PLC程序在編寫完成之后，按照程序的模塊式結(jié)構(gòu)，對每個(gè)功能模塊進(jìn)行編譯，找出程序在邏輯和算法上的錯誤，使得每個(gè)功能模塊都達(dá)到0警告，0錯誤的標(biāo)準(zhǔn)。PLC程序在檢查完畢后進(jìn)行編譯，無錯誤和警告。

PLC程序的調(diào)試實(shí)際為模擬調(diào)試過程，在此之前首先對PLC外部接線做仔細(xì)檢查，這一環(huán)節(jié)很重要。外部接線保證準(zhǔn)確無誤。用事先編好的試驗(yàn)程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查查找接線故障。為了安全考慮，將主電路斷開。當(dāng)確認(rèn)接線無誤后再連接主電路，將模擬調(diào)試好的程序送入用戶存儲器進(jìn)行調(diào)試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調(diào)一致地完成整體的控制功能為止。

將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC后，首先逐條仔細(xì)檢查，并改正寫入時(shí)出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，實(shí)際的輸入信號可以用按鈕來模擬，各輸出量的通/斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接PLC實(shí)際的負(fù)載。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用開關(guān)或按鈕模擬實(shí)際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點(diǎn)的接通和斷開。在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都逐一檢查。

自動切蛋糕機(jī)的研制和開發(fā)使用使得糕點(diǎn)行業(yè)更快走向了自動化，將糕點(diǎn)的產(chǎn)量得到了很大的提高，節(jié)約了人工的投入，提高了生產(chǎn)效