基于PLC的打包机控制系统设计.pdf

l 匐 化 基于P L C 的打包机控制系统设计 Bas ed on t he PLC packi n g m achi ne con t r ol s ys t em de si gn 谢晓燕，滕荣华 XI E Xi a o ． y a n ． TENG Ro n g ． h u a 江西经济管理干部学院，南昌 3 3 0 0 8 8 摘要工厂企业当中在出货之前要进行打包，一般采用的是打包机来实现。通过 P L C控制的打包系 统有着很高的可靠性和工作效率。本文介绍如何利用三菱公司的 P L C来控制化纤打包机 ，利 用梯形图的指令来进行编程。 关键词打包机； P L C ；梯形图 中图分类号T M9 3 5 文献标识码B 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 2 1 0 上 -O l 4 4 -0 4 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． 1 s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 1 0 上 ． 4 6 0 引言 打 包机在很多 旧机床上大都是采用继 电器控 制 的，这 些机床采 用种类很 多的继 电器 来控制 ， 组成 的系统布线很复杂 ，维修起来很是麻烦。而 且传统 的继电器系统 只能对某个打包机进行控制 ， 一 旦要换打包机时 ，也需要 更换继 电器 系统 ，以 免使用周期较短。 在 包装工业方面 ，我 国的生产力水平一直处 于 比较低 的状态 ，主要是表现在包装机械产品的 落后 上个世纪中叶的时候 ，电子和化工有了巨大 的发展 ，出现 了一系列合成材料作为包装的设备 ， 对于包装行业的影响深远。机 电一体化的技 术提 高 了包装机的 自动包装的能力，出现了多功能的、 生产效率极高的的机械。这种机械在机械产业中占 有一定 比重 ，而且在上个世纪一直处于一个上 升 的状态。很多的发达国家扩大 了自己的 出口能力， 利用新兴的技术开创了包装机械的新的局面。 本文的重点是研究如何利用 P L C来实现打包 机控制系统设计 ，采用的是 日本三菱公司的 P L C， 三菱公 司的 P L C在各个领域都有很好 的应用，使 用起来方便，便于维护。打包机的本质还是机床设 备 ，会 牵涉到很 多的动作 ，我们采 用的程序设计 方法是顺序程序控制设计法也称为步进控制设计 法 ，具体采用的是步进梯形指令进行编程。这是 目 前 比较流行的简单易懂 的编程 方法 ，能使得维护 人员很轻松地进行维护。在具体程序设计 中，用到 了三菱公司 F X 系列特有的状态初始化的指令 I S T 来简化程序的结构设计。其 中程序具体包括打包机 的自动执行程序 、回到原点程序和手动控制程序 ， 其 中自动程序和回到原点程序中采用了步进编程 方法，对于手动的程序要采用简单的经验设计。 1 控制系统的功能分析 本文提到的可编程逻辑器件采用 的是三菱公 司的 F X2 N系列。在三菱公司的产品中，F X 2 N是 功能最 强和速度最快的一种 。其执行指令的速度 很快，而且存储空 间可 以扩展 ，多达 2 5 6个输入 输 出口，支持多种通讯模块。 我们 来分析一下打包机完成 的工作 ，打 包机 的工作 是完成 几个动作。从进料 门打开 ，进完料 后门关上 ，升降预 压继而升降主压 ，箱体被抬起 然后转箱到准确 的位置后就进行捆包 ，顶包升降 ， 最后放 包布。完成动作 的源动力是有电动机 来提 供。完成主压活塞的升 降和抬落 箱灯动作的是 由 电动机 I M 和相关的电磁阀来控制；对于预压活塞 是由电动机 2 M 和相关的电磁 阀控制的；完成左右 转箱的是 由电动机 3 M 和相关的电磁阀控制的 ；顶 包的升降、挡料们的关 闭、捆 包、放包布和预压 左右行等动作是由电动机 5 M 和相关的电磁阀控制 的。打 包机 的运行主要的步骤 是先将产 品传送到 主压上 ，进料 门关 闭之后就同时将主压和预压上 升，到一定位置时，就开始将箱子抬至一定的高 度，当箱体位置均匀后再开始下降到一定高度时 ， 到达预压上。开始对箱体进行捆包 ，然后预压右 行进行放包布的工序 。最后就 是将包装好 的产 品 移走，预压会到初始位置。 2 控制系统的硬件 本 文用到 的三菱公 司的 P L C具 有 6 4个输 入 收稿日期2 0 1 2 - 0 8 -1 9 作者简介谢晓燕 1 9 7 9 一，女，江西南昌人，讲师，硕士，研究方向为计算机网络及自动化控制。 | 1 4 4 | 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 -1 0 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 訇 出 口和 6 4个输 出口，而本文要用到的输入有 4 1 个 ， 输 出有 3 1个，能满足本文设计的要求 。 表1 I ／ O 地址编排 输入 器件 地址 功能 器件 地址 功能 S Q1 X0 预压上限 S Bl X3 O 预压升按钮 S Q2 X1 预压 下限 S B2 X3 l 预压降按钮 S Q3 X2 主压上限 S B3 X3 2 主压升按钮 S Q4 X3 主压下限 S B4 X3 3 主压降按钮 S Q5 x4 抬箱上限 S B5 x3 4 给料右行按钮 S Q6 X5 左转限位 S B6 X3 5 产 品右行 2按钮 S Q7 X6 右转限位 S B7 X3 6 抬箱按钮 S Q8 X7 给料右行到底 S B8 X3 7 左转按钮 S Q9 Xl O 落箱到底 S B9 X4 O 右转按钮 S Q1 0 Xl l 产品右行 2到底 S Bl O X 4 l 落箱按钮 YJ l X1 2 捆包压力传感器 S Bl 1 X4 2 捆 包按钮 S Q1 1 X1 3 预压右行到底 S B1 2 x4 3 预压右行按钮 S Q1 2 X1 4 顶包降下限 S B1 3 X4 4 顶包降按钮 YJ 2 Xl 5 包布压力传感器 S B1 4 X4 5 顶包升按钮 S Q1 3 X1 6 顶包上限 S Bl 5 X 4 6 放包布 进料 门关闭压力 Y J 3 X1 7 S Bl 6 X 4 7 预压右行按钮 传感器 X 2 O 手动 S Q1 4 X5 0 预压右行到位 X2 l 回原点 X2 5 回愿点起动 X2 2 单步运行 X2 6 自动起动 X2 3 单周期 X2 7 停止 X2 4 连续 输出 器件 地址 功 能 器件 地址 功能 KM5 Y O 给料 右行 Y V8 Yl O 产品右行 2 YV1 Y1 进料 门关 Y V9 Yl 1 捆包 Y V2 Y2 预压升 KM6 Y1 2 预压右行 Y V3 Y3 预压降 YV1 O Y1 3 顶包降 Y V4 Y 4 主压升 YVl 1 Y1 4 顶包升 YV5 Y 5 主压降 Y Vl 2 Y1 5 防包布 YV6 Y6 左转 KM7 Yl 6 预压右行 YV7 Y7 右转 其 中 S Q为位置开关 ，S B为按钮 ，YJ 为检测 开关 ，Yv为电磁阀，KM 为接触器。 本文设计的控制系统有 5种工作状态 ，分别是 单步 、连续、手动、单周期和回到原点。回到原点 即意味着进料门开 ，主压和预压都处于下限，捆包 停止 ，顶包上限停止放布。设置一个接触器 K M 在 紧急情况下来切断 P L C负载 的电源 ，从而起到保 护的作用。在正常运行时 ，接触器的线圈会产生自 锁 ，从而保证了 P L C的负载始终有电源提供电。 选择单 步执行时 ，打 包机就 要在某个按键被 按下时才工作 ，否则停止 ，在系统调试时常用到。 单周期工作 时，起动按钮置位后 ，打包机从 初始 状态按照一定 的顺序来 完成一个 周期动作 ，就直 接返 回到初始状 态。连续工作时 ，则打包机则是 按照一定的步骤一步步的执行 ，然后不停 的循环， 直 到最 后一个 周期，打 包机 才会停在 初始状 态。 可 以发现在上述三种工作状态下 ，系统在工作之 前就 出于原始状态 即回到原点。本文 当中设置一 个按钮 X2 5 ，在发现有不处在原始状态时按下。 3 系统程序的设计 本文 采用的顺序控制设计法 ，按 照生产的工 艺流程 的要 求来进 行的控制 。生产过程 中执行机 构根 据内部状 态以及时间的顺序 ，在输入信号输 入 的情 况下进行有效 的 自动地操作被称为顺序控 制。很多的工程师也将顺序控制设计叫做步进控 制设计法 。这是一种很容易掌握的而且对于熟练 者可 以提高设计效 率的方法。程序在需要修改时 也很 方便 。根据三菱 自己的编程手册 ，顺序设计 的方 法可以减小很 多的设计 时间，有经验的设计 师会 将需要几个星期 的设计周期缩短到 只需半天 的时间，而且可以完成仿真和调试。 顺序控制设计法并不是只在 P L C控制 系统 当 中有 ，实际上在继电器控制的系统中，这种方法就 已经有了很多的应用 ，可以说是个有历史的设计思 想。在继电器控制系统 中，用带有触点的步进式选 线器来实现 ，但是继电器控制系统由于本身的触点 会有一定磨损造成接触不 良，所 以并没有很好的稳 定性。在出现了很多的中小规模的集成电路时 ，这 种方法因为其可靠性不高而被淘汰。出现可编程逻 辑控制器后 ，设计者在设计程序采用这种顺序控制 法 ，发现效果很好，于是产生了很多的有关顺序功 能图的语言 ，直到现在为止 ，顺序控制程序设计的 方法依旧是程序设计者较为多的使用的方法。 对于顺序控制设计法的核心就是将系统分为几 个部分 ，而且是很多的相连的部分，这些在编程时 又被称为步 ，通常会由编程元件来表示 ，如辅助继 电器 M 和状态 S等等。系统的每个部分中即步中， 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 1 0 上 1 1 4 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 匐 化 图l 打包机系统的顺序 功能 图 输出量的状态是不发生变化的，但是步与步之间的 输出量是不同的。这就使得在每一步 中与编程元件 [ 1 4 6 1 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 -1 0 上 的状态有着极为密切的逻辑关系的是输出量。 转换条件可 以使得 当前步到下一步进行过度， 可以是 由外部按钮 、指令开关或限位开关 的接通 ／ 断开等一些输入信号 ；同时可编程逻辑控制器 中 的定时器或计数器常开触点的动作带来 的输入信 号也可以带来转换条件。当然这 些只是系统本身 的信号，有些信号通过一定的逻辑运 算，也可以 作为转换 条件。我们也可以说顺序控制法就是各 个编程元件 的状态变化产生的转换条件来进行一 定顺序的变化 ，各步的继电器 由这些编程元件 。 系统 的主程序 是打包机 的顺序 执行 的程 序， 除 了主程序外还包括 自动 回到原始状态的字程序、 手动的程序 。自动回到原始状态 的程序即 回到原 点 ，是满足很 多工作方式的需要而设 置的，比如 说单步、单 周期 等等时。当需要返 回原点时，继 电器 M8 0 4 4就会置位 ，返 回结束后就利用指令来 将 M8 0 4 3 置位 ，此时要利用 R S T指令来 S 1 3复位， 这样就完成了自动回到原始状态整个过程。 手动程序是很多的 P L C控制 系统都会设置的， 本文控制系统也不例外 。手动、 自动和 回到原点 这些程序都是采用 S T L触点驱动，而此三个程序 本身并不会 同时被驱动 ，在编程 时不采用指令 C J 来进行控制。 以上是基 于 P L C打包机 系统的设计 ，可以说 整个设计核心的是软件 的设计 。打包机的继 电器 控制 系统是一个很 庞大 的系统 ，有很 多的电器元 件 ，而且布 线也较为复杂 ，如果进行 维护起来其 麻 烦程度可想而知。相较于继电器接触器 系统没 有复杂的硬件 电路，改变控制状态时也不需要重 新设计和安装 ，只需要 改变程序设计。使 更新 的 周期缩短 了，加大了硬 件的使用效率。P L C目前 在工业上有着很重要的应用，很多的企业都加 以 使 用，大大提高了生产效 率减小 了投入资金。打 包机 是个劳动强度很大 ，如果速度不够 ，质量不 好，直接影响着产品质量 ，从而影响着公司的效 益。为了提高产 品的质量 ，提升在客户中的形象， 选择一台质量好的打包机尤为的重要 。 4 结束语 P L C这种技术能够普及给很多的智能仪表提 供了可靠的基础，像本文中的打包机系统 的应用， 就使得整个 系统 简单且可靠性有 了保障。P L C技 术与单 片机进 行相 比时，P L C应用 的更加广 泛， 这种梯形 图的开发技 术大大简化 了编程 的难度。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m