基于PLC的打包機控制系統(tǒng)

1、摘要摘要打包機是一種動作步驟復雜的機床設備，在打包機控制系統(tǒng)中應用可編程序控制器能簡化系統(tǒng)的設計并提高系統(tǒng)的工作效率和可靠性。在這篇文章中以化纖打包機的控制系統(tǒng)為例。首先介紹了三菱FX2N的特性特點、程序設計方法和編程方法，程序設計方法和編程方法包括經(jīng)驗設計法、順序控制設計法和STL（Step Ladder Instruction）步進梯形指令，然后詳細具體地分析和介紹了化纖打包機控制系統(tǒng)的組成、電氣特征和程序。最后介紹了應用個人計算機來向可編程序控制器中輸入程序。所使用的軟件是三菱公司的SWOPCFXGP/WINC。關鍵字：打包機；可編程序控制器；步進梯形指令；個人計算機37ABSTRACT

2、ABSTRACTThe packageing machinery is a kind of steping complicated machine tools.Applying Programmable Logic Controller to the control system of packageing machinery can simplify the system design and raise the effectiveness and reliability of the system.In this paper,the control systems of chemical

3、fiber baler are used as a example.At first it introduces the characteristics,method of designing the program,and method of editing the program of Mitsubishi FX2N.The method of designing and editing the program include the Experience Designing Method ,Sequencely Controlling Designing Method,and STL(S

4、tep Ladder Instruction).Then,it concretely analyses and introduces the electrical construct,electrical feature,and program of the control systems of chemical fiber baler.At last it introduces using the personal computer to input the program into the Programmable Packageing Machinery.The used softwar

5、e is SWOPC-FXGP/WIN-C of Mitsubishi company.Keywords: packageing machinery; Programmable Logic Controller; Step Ladder Instruction; personal computer目錄目錄摘要IABSTRACTII目錄III前言IV1 緒論11.1可編程控制器在打包機中的應用概述11.2我國包裝機械的現(xiàn)狀及與國際水平的差距11.2.1產(chǎn)品技術方面的差距21.2.2產(chǎn)品品種方面的差距21.3發(fā)達國家包裝機械技術水平及發(fā)展趨勢31.4標題內(nèi)容51.4.121世紀包裝機械基礎技術的發(fā)

6、展重點：51.4.2堅持技術創(chuàng)新，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和開拓新品種51.4.3調(diào)整出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，開拓國際市場51.4.4增加智力投入、加強科研隊伍建設52.1三菱FX2N系列可編程控制器性能特點72.2梯形圖的經(jīng)驗設計法簡介72.3順序控制設計法簡介82.4順序控制設計法的本質(zhì)92.5 STL指令的編程方式簡介93化纖打包機控制系統(tǒng)的設計實現(xiàn)113.1化纖打包機的基本動作、工藝要求和運行控制方式113.2打包機控制系統(tǒng)設計的實現(xiàn)：134應用個人計算機程序開發(fā)系統(tǒng)向PLC中導入程序314.1個人計算機程序開發(fā)系統(tǒng)概述314.2向PLC中輸入程序的過程32結(jié)論37參考文獻38前言前言隨著現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代

7、科學技術的發(fā)展,不斷涌現(xiàn)出對落后的操作機械和復雜生產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制。以適應現(xiàn)代生產(chǎn)的需要,在我國打包機的種類很多,但大部分的打包機是由手工操作或是開關型液壓控制系統(tǒng)完成,打包的勞動強度大,打包的落后狀態(tài)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以自動打包機的研究需要很迫切。自動打包機是現(xiàn)代高速線材生產(chǎn)線特有的設備,它集機械、電氣、液壓控制為一體,動作準確,為現(xiàn)代化的線材生產(chǎn)線構(gòu)筑了一道靚麗的風景線?？删幊炭刂破鱌LC（Programmable Logic Controller）在打包機控制系統(tǒng)中的應用具有十分重要的意義，與以往復雜的繼電器控制系統(tǒng)相比，其功能強、性能價格比高、硬件配套齊全、用戶使用方便，適應性強、

8、無觸點免配線、可靠性高、抗干擾能力強、維護工作量小、維修方便。大大提高了打包機的精度、可靠性、靈活性和工作效率，為各種智能型儀表提供了可靠的技術基礎。從而降低了打包機的生產(chǎn)成本。解決了打包機繼電器控制系統(tǒng)以往采用眾多的電器元件,邏輯布線復雜,接點多,故障率高,設備運行可靠性差的缺陷，所以可編程序控制器非常適合應用于各種機床設備的控制系統(tǒng)中。有著廣泛的應用前景，對打包機控制系統(tǒng)的研究對提升我國包裝設備的自主創(chuàng)新、提高國際競爭力、促進工業(yè)化發(fā)展、提升產(chǎn)品質(zhì)量具有著重要的影響。我國包裝機械產(chǎn)品與發(fā)達國家相比，其差距主要表現(xiàn)在：控制技術和產(chǎn)品可靠性方面較差，且技術更新的速度太慢，新技術、新材料、新工藝

9、推廣的范圍太.。整體水平比發(fā)達國家要落后20年，現(xiàn)在我國包裝機械產(chǎn)品中僅有5左右能夠達到發(fā)達國家90年代初期的水平，還有20 的產(chǎn)品僅能和國外80年代的產(chǎn)品相比，其余60左右僅能達到國外70年代的水平。 我國的包裝機械在產(chǎn)品的開發(fā)、性能、質(zhì)量、可靠性、價格、服務等方面與進口產(chǎn)品在競爭中處于劣勢，抵擋不了進口產(chǎn)品的大量涌入。在進口設備中，一般是技術含量高或大型設備，大都是國內(nèi)不能制造或達不到使用技術要求的。如無菌包裝機大型高速飲料灌裝機、貼標機、組合電子秤等。有的設備國內(nèi)雖然也能制造，但可靠性不好，生產(chǎn)出的食品質(zhì)量、保質(zhì)期等都不如進口設備目前國外包裝機械產(chǎn)品的品種大約有2300多種，成套數(shù)量多，

10、并且不斷有新技術、新產(chǎn)品出現(xiàn)。國外的包裝機械產(chǎn)品一方面向高精度、大型化發(fā)展，另一方面向多功能方向發(fā)展。本設計重點研究的是基于PLC的打包機控制系統(tǒng)，采用了日本三菱公司的FX2N系列當中的FX2N-128MR型號可編程控制器，由于打包機的工作原理也屬于機床設備，所以涉及到很多的動作，本設計中的打包機程序的編制設計采用了順序控制設計法和經(jīng)驗設計法，順序控制設計法中采用步進梯形指令（Step Ladder Instruction）STL的編程方法，使得程序簡潔且能方便的是維護人員讀懂程序，同時用到了FX系列可編程控制器的狀態(tài)初始化指令IST(Initial State), 更簡化了程序的結(jié)構(gòu)設計，其

11、中打包機的自動程序和回原點程序采用了步進梯形指令STL的編程方法，而手動程序采用了經(jīng)驗設計法的設計。在向PLC中輸入程序采用了個人計算機（Personal Computer）輸入，所用的軟件是三菱公司的SWOPCFXGP/WINC。黑龍江八一農(nóng)墾大學畢業(yè)設計（論文）1 緒論1.1可編程控制器在打包機中的應用概述近幾年來可編程控制器(PLC)技術的普及為各種智能型儀表提供了可靠的技術基礎,在打包機控制系統(tǒng)方面的應用,提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。與工控機和單片機相比,可編程控制器應用廣泛,使打包機控制系統(tǒng)的開發(fā)更加簡單、周期更短、使用更可靠、維護更簡便。大大的提高了經(jīng)濟效益。舊機床電氣控制部分大多

12、采用繼電器控制,這種控制方法中采用眾多的電器元件,邏輯布線復雜,接點多,故障率高,設備運行可靠性差。用PLC能有效地解決這些問題。在我國打包機的種類很多,但大部分的打包機是由手工操作或是開關型液壓控制系統(tǒng)完成,打包的勞動強度大,打包的落后狀態(tài)直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以自動打包機的研究需要很迫切。自動打包機是現(xiàn)代高速線材生產(chǎn)線特有的設備,它集機械、電氣、液壓控制為一體,動作準確,為現(xiàn)代化的線材生產(chǎn)線構(gòu)筑了一道靚麗的風景線?？删幊炭刂破鱌LC（Programmable Logic Controller）在打包機控制系統(tǒng)中的應用具有十分重要的意義，與以往復雜的繼電器控制系統(tǒng)相比，其功能強、性能價格比高、

13、硬件配套齊全、用戶使用方便，適應性強、無觸點免配線、可靠性高、抗干擾能力強、維護工作量小、維修方便。大大提高了打包機的精度、可靠性、靈活性和工作效率，為各種智能型儀表提供了可靠的技術基礎。從而降低了打包機的生產(chǎn)成本。解決了打包機繼電器控制系統(tǒng)以往采用眾多的電器元件,邏輯布線復雜,接點多,故障率高,設備運行可靠性差的缺陷，所以可編程序控制器非常適合應用于各種機床設備的控制系統(tǒng)中。有著廣泛的應用前景，對打包機控制系統(tǒng)的研究對提升我國包裝設備的自主創(chuàng)新、提高國際競爭力、促進工業(yè)化發(fā)展、提升產(chǎn)品質(zhì)量具有著重要的影響。 1.2我國包裝機械的現(xiàn)狀及與國際水平的差距我國早在50年代中期就有少數(shù)工廠生產(chǎn)包裝機

14、械，5060年代，我國包裝機械如煙草加工、制糖、制鹽、釀酒等行業(yè)水平很低。改革開放初期，引進了一批食品機械和包裝機械，具有一定的促進作用。80年代后期，隨著國民經(jīng)濟的突飛猛進，市場對包裝機械的需求日趨擴大。在此間期，我國的一大批機床、通用機械、農(nóng)機行業(yè)的企業(yè)開始轉(zhuǎn)產(chǎn)從事包裝機械的生產(chǎn)。據(jù)1986年不完全統(tǒng)計，當時僅有縣以上包裝機械企業(yè)1062年，工業(yè)總產(chǎn)值278億元。進入90年代，全行業(yè)實現(xiàn)了高速發(fā)展，年平均增長率達30。據(jù)中國食品和包裝機械工業(yè)協(xié)會1994年統(tǒng)計，當時我國包裝機械生產(chǎn)廠家有1540家，包裝機械行業(yè)總產(chǎn)值為2556億元，包裝機械的產(chǎn)量總數(shù)258420臺，其中，包裝容器制造機械1

15、7112臺，直接包裝機械213303臺，包裝裝潢印刷機械10508臺，輔助包裝機械7493臺。據(jù)中國包裝總公司計劃部第三次全國工業(yè)普查資料表明，1995年包裝機械總產(chǎn)量為489569臺，其中，包裝容器制造機械29514臺，直接包裝機械455284臺，專用包裝機械4771臺。1997年底，全國增加至1600余家從事包裝機械的生產(chǎn)廠家；同時，從事包裝機械研究及開發(fā)的科研院所達75個，另有21所高等院校從事包機械專業(yè)的教學和科研工作。我國進口額較大并增長幅度較大的有紙漿、紙或紙板的制造和整理機械，其次是包裝或打包機器，各種容器的裝封、貼標簽機器，其他干燥器等。1.2.1產(chǎn)品技術方面的差距我國的包裝工

16、業(yè)過去長期處于一種生產(chǎn)力水平低下、主體技術不高、規(guī)模過小、游離分散生產(chǎn)、企業(yè)管理水平不高、國家投入不足的狀況，大部分企業(yè)仍然處于需要技術改造、技術創(chuàng)新、提高產(chǎn)品質(zhì)量、加強現(xiàn)代化管理以及體制轉(zhuǎn)軌的關鍵時期。包裝行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術升級、產(chǎn)品換代、規(guī)模效益以及布局合理、經(jīng)營體制的轉(zhuǎn)換等，仍是新世紀的大大重要課題。 我國包裝機械產(chǎn)品與發(fā)達國家相比，其差距主要表現(xiàn)在：控制技術和產(chǎn)品可靠性方面較差，且技術更新的速度太慢，新技術、新材料、新工藝推廣的范圍太窄。從整體水平上看，比發(fā)達國家要落后20年，現(xiàn)在我國包裝機械產(chǎn)品中僅有5左右能夠達到發(fā)達國家90年代初期的水平，還有20的產(chǎn)品僅能和國外80年代的產(chǎn)品相

17、比，其余60左右僅能達到國外70年代的水平。我國的包機在產(chǎn)品的開發(fā)、性能、質(zhì)量、可靠性、價格、服務等方面與進口產(chǎn)品在競爭中處于劣勢，抵擋不了進口產(chǎn)品在競爭中處于劣勢，抵擋不了進口產(chǎn)品的大量涌入。進口設備中，一般是技術含量高或大型設備，大都是國內(nèi)不能制造或達不到使用技術要求的。如無菌包裝機，大型、高速飲料灌裝機、貼標機、組合電子秤等。有的設備國內(nèi)雖然也能制造，但可靠性不好，生產(chǎn)出的食品質(zhì)量、保質(zhì)期等都不如進口設備，如冰淇淋包裝機。包裝機械進出口比例相差太大，以1998年為例：包裝機械進出口總額148億美元，進口總額144億美元，比1997年增長213，出口僅為045億美元，比1997年還下降89

18、，進口約為出口的近33倍。我國出口的大多是低檔次、低附加值或勞動密集型產(chǎn)品，而進口產(chǎn)品都是大型成套設備和高技術含量的產(chǎn)品。 1.2.2產(chǎn)品品種方面的差距目前國外包裝機械產(chǎn)品的品種大約有2300多種，成套數(shù)量多，并且不斷有新技術、新產(chǎn)品出現(xiàn)。國外的包裝機械產(chǎn)品一方面向高精度、大型化發(fā)展，另一方面向多功能方向發(fā)展。如意大利ILAPAK公司的小劑量顆粒包裝機采用機械轉(zhuǎn)鼓式計量，連續(xù)式封合并裁切，一機多工位，包裝速度可達120袋分鐘，其控制系統(tǒng)采用微機和可編程控制器。與發(fā)達國家相比，我國包裝機械產(chǎn)品品種及配套數(shù)量少，只有1300多種。缺少高精度和大型化包裝機械產(chǎn)品，在鋼制兩片罐成型設備、高精度電子計量

19、裝置、高速電阻焊機、大型中空容器成型機械等方面仍屬空白。 1.3發(fā)達國家包裝機械技術水平及發(fā)展趨勢上世紀50至70年代，電子技術和合成化工的迅速發(fā)展，對包裝機械產(chǎn)生了委大的影響，出現(xiàn)了一系列以采用合成材料為包裝材料的新包裝工藝及設備。如機電密切結(jié)合的高速自動化包裝機、調(diào)整操作方便的多功能包裝機和勞動生產(chǎn)率極高的自動包裝線的大量出現(xiàn)，使包裝機械在產(chǎn)業(yè)機械中成為矚目的一個領域。日本在那個時期的包裝機械生產(chǎn)每年平均增長率達20，進入穩(wěn)定發(fā)展的80年代，增長率仍然高于10。80年代，各發(fā)達國家為了維護本國包裝機械市場，擴大出口能力，積極采用其他領域的新技術（如微電子、激光、熱管、新材料等），成為開創(chuàng)包

20、裝機械新局面的關鍵性年代。歐 家的包裝機械生產(chǎn)，以大、中型企業(yè)為主，以聯(lián)合經(jīng)營的方式擴大在國際市場上的競爭實力。歐美制造廠在經(jīng)營上，重視展覽會上的成交和銷售；在發(fā)展方針上，不太注重本公司產(chǎn)品的品種，而是注重增加在原有品種的基礎上繼續(xù)研究改進性能。日本的包裝機械制造廠則中小企業(yè)為主，最拿手的是微電子技術，用它來控制包裝機，達以安全性高、無人操作、高生產(chǎn)率，大大提高了國際市場競爭能力。美國、德國、日本、意大利是世界上包裝機械四強。美國美國是世界上包裝機械發(fā)展歷史較長的國家，早已形成了獨立完整的包裝機械體系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多?，F(xiàn)有包裝機械制造企業(yè)700多家，1

21、996年全美包裝機械產(chǎn)值為439億美元，90年代以來，美國包裝機械市場以6左右的年均速度增長，據(jù)預測，2000年美國包裝機械市場規(guī)模將達到50億美元，2005年將達到68億美元。新型機械產(chǎn)品中以成型、填充、封口三種機械的增長最快，裹包機和薄膜包裝機占整個市場份額的15，厚紙盒封盒包裝機在市場占有率中居第二位。美國的包裝機械制造廠大部分附屬于大包裝材料廠，銷售也完全依賴母公司。這是因為包裝材料的產(chǎn)值一般是包裝機械的20倍左右，機械產(chǎn)業(yè)與材料產(chǎn)業(yè)結(jié)合，自然獲得了強大的資本后盾。而包裝機械常常與包裝材料一起進行系統(tǒng)化的銷售，從而保證了其產(chǎn)品技術領先的地位。過去美國包裝機械業(yè)是由小規(guī)模、家族式生產(chǎn)所構(gòu)

22、成，技術也甚為散亂，各自競爭。到今天，包裝機械業(yè)務越來越多是由專業(yè)經(jīng)理人員經(jīng)營，建造的機械不單供應龐大的美國市場，也出口到全世界。美國的包裝機械與計算機緊密結(jié)合，實現(xiàn)了機電一體化控制。據(jù)世界包裝機械協(xié)會總會（COPAMA）表示，1997年全球的包裝機械銷售額為180億美元，其中美國制造商占了50億美元，約為總數(shù)的28。據(jù)最近統(tǒng)計信息表明，美國包裝機械占美國產(chǎn)業(yè)機械總值的1強，1995后美國包裝機械產(chǎn)值402億美元，產(chǎn)業(yè)機械產(chǎn)值為3536億美元，比例為11；1996年此項比例為12。美國國內(nèi)包裝機械市場規(guī)模在世界上也是名稱前茅。1992年為438億美元，1998年為483億美元。美國包裝機械出口

23、額也較大，1998年美國對中國的包裝出口額為3578萬美元，與1992年的641萬美元相比，增長了401倍。中國已成為繼加拿大、墨西哥、日本、英國、德國之后，美國包裝機械的第6大出口市場。日本日本與美國、德國相比，起步雖較晚，且包裝設備經(jīng)歷了引進一消化一發(fā)展的研究過程，吸收國外的長處，并加以改進，目前已成為世界上僅次于美國的包裝機械生產(chǎn)國。60年代以前，生產(chǎn)廠家不足60家，只能包裝糖果、香煙等。6070年代，是日本包裝機械工業(yè)起步階段，產(chǎn)值增長非常高。包機由1960的38億日元劇增到1970年的560億日元。7080年代，增長速度雖不如60年代那么高，但年均增長率仍達13。8090年代，是日本

24、包裝機穩(wěn)定增長的階段，將微電子技術成功地應用于包裝機械的控制，以后又將光導纖維技術、工業(yè)機械人技術、模塊技術應用于包裝機械，達到安全性高、無人操作、高生產(chǎn)率的水平，大大提高了其國際市場競爭力。日本的包裝機械制造廠以中小企業(yè)為主，包裝機械的品種齊全，產(chǎn)品品種近500種,規(guī)格有700多個。其中，包裝機械以中小型單機為主，具有體積小、精密度高、易安裝、操作方便、自動化程度高等優(yōu)點。90年代以來，已將變頻調(diào)整、光電追蹤、無觸點電子開關、動態(tài)數(shù)據(jù)顯示等技術運用在包裝機械中。1992年產(chǎn)值達4670億日本，近幾年有所下降，1995年為4280億日元，1996年回升到4400億日元。亞洲是日本包裝機械的主要

25、出口市場。1996年日本對亞洲的包機出口額為221億日元，比上一年增加22。占出口總額的比例，也由1994年底的59、1995年的60提高到1996年的65。從90年代以來，日本對中國的包機出口額連年大幅增長，由1991年的128億日元分別增加到1993年的404億日元和1995年的594億日元，1996年又增加了14億日元。自1995年起，中國取代美國而成為日本包裝機械的最大出口國。1996年，日本對中國的包裝機械出口額為734億日元，占出口總額的216。也就是說，日本出口的5臺包裝機械中就有一臺是銷往中國的。德國德國的包裝設備在計量、制造、技術性能等方面居領先地位，特別是啤酒、飲料灌裝設備

26、具有高速、成套、自動化程度高、可靠性好等特點，享譽全球。如Hassiag、Boch、Rovema等大公司生產(chǎn)的集機一電一液及微機控制于一體，采用光電感應，靠光標控制袋長，并配有防靜電裝置。其中袋包裝機速度達160袋分鐘，大型自動包機UPM600的最大包裝容積達80L，制袋尺寸達800mm×1200mm。并能集制袋、稱重、充填、抽真空、封口等工序在一臺單機上完成。Teepach Co.（茶葉包裝公司）生產(chǎn)出世界上最高速的茶葉包裝機，其速度達350袋分鐘。所以為了使我國的包裝設備在當今激烈的國際競爭當中占有一席位置，我國必須在這方面加大科技投入，積極培養(yǎng)具有良好創(chuàng)新能力的人才設計隊伍，擺

27、脫我國在某些大型號、高精密包裝設備長期依賴國外進口的現(xiàn)狀，研發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權的先進包裝設備。1.4標題內(nèi)容1.4.121世紀包裝機械基礎技術的發(fā)展重點：從發(fā)達國家的包裝機械企業(yè)發(fā)展的成功經(jīng)驗可以得到啟示：美、日、德、意等國家積極采用其他領域的新技術（如微電子、激光、熱管、新材料等），開創(chuàng)包裝機械新局面。21世紀包裝機械基礎技術的發(fā)展重點：機電一體化技術的應用、熱管技術、基礎配套技術、設計技術、模塊化技術、制造技術。機電一體化技術和微機應用可提高包裝自動化程度及可靠性和智能化程度；熱管技術可提高包裝機械的封口質(zhì)量；基礎配套技術中配套的電子元件、專用泵、閥產(chǎn)品、傳感器、電機及電器控制元件，

28、開發(fā)各種在線或離線的檢測設備；采用模塊化設計技術和CADCAM技術，可以提高包裝機械在材料選擇、加工裝備與工藝技術的水平。 1.4.2堅持技術創(chuàng)新，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和開拓新品種加入企業(yè)集團后，企業(yè)將逐步成為產(chǎn)業(yè)技術開發(fā)和投e的主體。如美國的包裝機械產(chǎn)業(yè)與材料產(chǎn)業(yè)結(jié)合，自然獲得了強大的資本后盾。而包裝機械常常與包裝材料一起進行系統(tǒng)化的銷售，從而保證其產(chǎn)品技術領先的地位。我國也可以嘗試借鑒他們的成功建立技術創(chuàng)新的運行機制，采用產(chǎn)、學、研相結(jié)合的方式，積極創(chuàng)造條件，鼓勵科研院所與企業(yè)結(jié)合的經(jīng)驗。國外包裝機械的成功經(jīng)驗表明：企業(yè)用于研究與開發(fā)的投資占銷售額的1，企業(yè)難以生存，占2可勉強維持，占5才有競

29、爭力，而我國的包裝機械企業(yè)平均水平不足1。因此，在技術日新月異的今天，國際競爭日趨激烈的今天，僅靠擴大投資、擴大規(guī)模的粗放經(jīng)營已被淘汰，要多渠道、多層次的增加科研經(jīng)費，積極引進人才，開發(fā)出產(chǎn)銷對路的高新技術產(chǎn)品。 1.4.3調(diào)整出口產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，開拓國際市場我國應該立足接受國外技術，洋為中用，開發(fā)出“新、奇、特”的包裝設備，開拓國際市場。世界已進入信息時代，競爭呈現(xiàn)出高速度、高強度、全方位的新特點，實施電子商務是包裝機械企業(yè)開拓國際市場的必然趨勢。 1.4.4增加智力投入、加強科研隊伍建設經(jīng)濟競爭的關鍵是技術競爭，技術競爭的實質(zhì)是人才競爭，要在國內(nèi)外市場競爭中取勝，必須重視培養(yǎng)和用好包裝機械的技術

30、人才，做到人盡其才。包裝機械產(chǎn)品中的大部分生產(chǎn)線都是技術密集性產(chǎn)品，它是集機、光、電、磁、聲、化、生、美為一體的高技術、高智能的產(chǎn)品，發(fā)展速度快、更新速度快。因此，有遠見的領導和企業(yè)家要切實地從政策上與物質(zhì)上支持包裝機械的教育、科研、設計部門，使它們走在包裝機械生產(chǎn)的前面，而不是滯后于生產(chǎn)需求?？蒲畜w制與機制改革，將使包裝機械的工作與產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)更密切地結(jié)合，它們或者聯(lián)合生產(chǎn)產(chǎn)品，或者組成科技企業(yè)、企業(yè)集團，或者與生產(chǎn)企業(yè)形成合體?？傊?，包裝機械科研單位要向經(jīng)濟實體方向轉(zhuǎn)變。例如，株洲工學院與廣東中山包裝集團共同成立的廣東中山包裝分院，就是產(chǎn)、學、研相結(jié)合的典范，已取得了良好的經(jīng)濟效益和社會

31、效益，值得推廣。發(fā)展包裝機械行業(yè)。既要有一大批學術帶頭人，專家隊伍，也需要一批高級有管理技術人才，既懂經(jīng)營、善于管理、有開拓精神懂得企業(yè)家隊伍。在培養(yǎng)專門人才的同時，也要有計劃、全面系統(tǒng)地提高行業(yè)職工的整體素質(zhì)。 2 FX2N系列PLC性能、程序設計和編程方法介紹2.1三菱FX2N系列可編程控制器性能特點1.1.1標題內(nèi)容FX2N是FX系列中功能最強、速度最高的微型可編程控制器。它的基本指令執(zhí)行時間高達0.08s每條指令，遠遠超過了很多大型可編程程序控制器。用戶存儲器容量可擴展到16K步，最大可擴展到256個I/O點，有5種模擬量輸入/輸出模塊、高速記數(shù)模塊、脈沖輸出模塊、4種位置控制模塊、多

32、種RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模塊或功能擴展板，以及模擬定時器功能擴展板，使用特殊功能模塊和功能擴展板，可實現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。FX2N有3000多點輔助繼電器、1000點狀態(tài)、200多點定時器、200點16為加計數(shù)器、35點32位加/減計數(shù)器、8000多點16位數(shù)據(jù)寄存器、128點跳步指針、15點中斷指針，這些編程元件對于一般的系統(tǒng)是綽綽有余的。 FX2N有128種功能指令，具有中斷輸入處理、修改輸入濾波器時間常數(shù)、數(shù)學運算、邏輯運算、浮點數(shù)運算、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排序、PID運算、開平方、三角函數(shù)運算、浮點數(shù)運算、脈沖輸出、脈寬調(diào)制、ASC碼輸出、BC

33、D與BIN的相互轉(zhuǎn)換、串行數(shù)據(jù)傳送、校驗碼、比較觸點等功能指令。FX2N內(nèi)裝時實鐘，有時鐘數(shù)據(jù)的比較、加減、讀出/寫入指令，可用與時間控制。FX2N還有矩陣輸入、10鍵輸入、16鍵輸入、數(shù)字開關、方向開關、7段顯示器掃描顯示、示教定時器等方便指令。詳細技術性能表格參見附錄。2.2梯形圖的經(jīng)驗設計法簡介在可編程控制器發(fā)展的初期，沿用了設計繼電器電路圖的方法來設計梯形圖，即在一些典型電路的基礎上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復地調(diào)試和修改梯形圖，不斷地增加中間編程元件和輔助觸點，最后才能得到一個較為滿意的結(jié)果。這種設計方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循，具有很大

34、的試探性和隨意性，最后的結(jié)果不是唯一的，設計所用的時間、設計的質(zhì)量與設計者的經(jīng)驗有很大的關系，所以有人把這種設計方法叫做經(jīng)驗設計法，它可以用于簡單的梯形圖（如手動程序）的設計。用經(jīng)驗設計法設計復雜系統(tǒng)的梯形圖，存在著以下問題：1 設計方法很難掌握，設計周期長用經(jīng)驗法設計系統(tǒng)的梯形圖時，沒有一套固定的方法和步驟可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，對于不同的控制系統(tǒng)，沒有一種通用的容易掌握的設計方法。在設計復雜系統(tǒng)的梯形圖時，用大量的中間單元來完成記憶、聯(lián)鎖和互鎖等功能，由于需要考慮的因素很多，它們往往又交織在一起，分析起來非常困難，并且很容易遺漏一些應該考慮的問題。修改某一局部電路時，很可能會“

35、牽一發(fā)而動全身”，對系統(tǒng)的其他部分產(chǎn)生意想不到的影響，因此梯形圖的修改也很麻煩。2 裝置交付使用后維修困難用經(jīng)驗法設計的梯形圖往往非常復雜，對于其中某些復雜的邏輯關系，即使是設計者的同行，分析起來都很困難，更不用說維修人員了，給可編程控制器控制系統(tǒng)的維修和改進帶來了很大的困難。 2.3順序控制設計法簡介所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。順序控制設計法又稱步進控制設計法，它是一種先進的設計方法，很容易被初學者接受，對于有經(jīng)驗的工程師。也會提高設計的效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便。三

36、菱公司的PLC編程手冊稱，使用這種設計方法可以使設計時間減少2/3。某廠有經(jīng)驗的電氣工程師用經(jīng)驗設計法設計某控制系統(tǒng)的梯形圖，花了兩周的時間，同一系統(tǒng)該用順序控制設計法，只用了不到半天的時間，就設計完成了梯形圖的設計和模擬調(diào)試，現(xiàn)場試車一次成功。順序控制設計法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步（Step），并用編程元件（例如輔助繼電器M和狀態(tài)S）來代表各步。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出量的ON/OFF的狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的，步的這種劃分方法使代表各步的編程元件的狀態(tài)與各輸出量的狀態(tài)之間有著極為簡單的邏輯

37、關系。使系統(tǒng)由當前步進入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件可能是外部的輸入信號，如按鈕、指令開關、限位開關的接通/斷開等；也可能是可編程控制器內(nèi)部產(chǎn)生的輸入信號，如定時器、計數(shù)器常開觸點的接通等，轉(zhuǎn)換條件還可能是若干個信號的與、或、非邏輯組合。順序控制設計法用當轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制各輸出繼電器。順序控制設計法的這種設計思想由來已久，在繼電器控制系統(tǒng)中，順序控制是用有觸點的步進式選線器（或鼓形控制器）來實現(xiàn)的，但由于觸點的磨損和接觸不良，工作很不可靠。20世紀70年代出現(xiàn)的順序控制器主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，因為

38、其功能有限，可靠性不高早已被淘汰?？删幊炭刂破鞯脑O計者們繼承了順序控制的思想，為順序控制程序的設計提供了大量通用的和專用的編程元件和指令，開發(fā)了供設計順序控制程序用的順序功能圖語言，使這種先進的設計方法成為當前梯形圖設計的主要方法。 順序功能圖是設計順序控制程序的一種極為重要的圖形編程語言和工具。 2.4順序控制設計法的本質(zhì)經(jīng)驗設計法實際是試圖用輸入信號X直接控制輸出信號Y，如果無法直接控制，或為了實現(xiàn)記憶、聯(lián)鎖、互鎖等功能，只好被動地增加一些輔助元件和輔助觸點。由于不同的系統(tǒng)的輸出量Y與輸入量X之間的關系各不相同，以及它們對聯(lián)鎖、互鎖的要求千變?nèi)f化，不可能找出一種簡單通用的設計方法。順序控制

39、設計法的則是用輸入量X控制代表各步的編程元件（如輔助繼電器M），再用它們控制輸出量Y。步是根據(jù)輸出量Y的狀態(tài)劃分的，M與Y之間具有很簡單的“與”的邏輯關系，輸出電路的設計極為簡單。任何復雜系統(tǒng)的代表步的輔助繼電器的控制電路，其設計方法都是相同的，而且很容易掌握，所以順序控制設計法具有簡單、規(guī)范、通用的優(yōu)點。由于M是依次順序為ON/OFF狀態(tài)的，實際上已經(jīng)基本解決了經(jīng)驗設計法中的記憶、聯(lián)鎖等問題。2.5 STL指令的編程方式簡介步進梯形指令（Step Ladder Instruction）簡稱為STL指令，F(xiàn)X系列可編程序控制器還有一條使STL指令復位的RET指令。利用這兩條指令，可以很方便地編

40、制順序控制梯形圖程序。如果使用個人計算機用FX編程軟件，可以用符合IEC1131-3標準的順序功能圖（SFC）編程語言來編程，根據(jù)順序功能圖可以生成指令表程序，也可以將梯形圖或指令表轉(zhuǎn)換為順序功能圖。使用計算機用的FX編程軟件，還可以用順序功能圖來進行運行監(jiān)視和自動顯示運行狀態(tài)，很容易查找到發(fā)生故障的地方。使用步進梯形指令編制的程序簡潔、清晰、明了。其中FX2N系列可編程控制器的狀態(tài)S0S9用于初始步，S10S19用于返回原點，S20S499是通用狀態(tài)，S500S899有斷電保持功能，S900S999用于報警。用它們編制順序控制程序時，應于步進梯形指令一起使用。使用STL指令的狀態(tài)的常開觸點稱

41、為STL觸點，STL觸點驅(qū)動的電路塊具有三個功能，即對負載的驅(qū)動處理、指令轉(zhuǎn)換條件和指定轉(zhuǎn)換目標。STL觸點是與左側(cè)母線相連的常開觸點，當某一步為活動步時，對應的STL觸點接通，該步的負載被驅(qū)動。當該步后面的轉(zhuǎn)換條件滿足時，轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，即后續(xù)步對應的狀態(tài)被SET指令置位，后續(xù)步變?yōu)榛顒硬?，同時與原活動步對應的狀態(tài)被系統(tǒng)程序復位，原活動步對應的STL觸點斷開。STL指令有以下一些特點：1與STL觸點相連的觸點應使用LD或LDI指令，即LD點移到STL觸點的右側(cè)，直到出現(xiàn)下一條STL指令或出現(xiàn)RET指令，RET指令使LD點返回左側(cè)母線。各STL驅(qū)動的電路一般放在一起，最后一個STL電路結(jié)束時一定要使

42、用RET指令，否則將出現(xiàn)“程序錯誤”信息，可編程控制器不能運行。2. STL指令觸點可以直接驅(qū)動或通過別的觸點驅(qū)動Y，M，S，T等元件的線圈。由于CPU只執(zhí)行活動步對應的電路塊，使用STL指令時允許雙線圈輸出，即不同的STL觸點可以分別驅(qū)動同一編程元件的一個線圈。3. 在狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程中，相臨兩步的兩個狀態(tài)同時ON一個掃描周期，為了避免不能同時接通的兩個外部負載（如控制異步電動機正、反轉(zhuǎn)的兩個接觸器）同時接通，應在可編程控制器外部設置硬件聯(lián)鎖。同一定時器的線圈可以在不同步使用，但是如果用于相鄰的兩步，在步的活動狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，該定時的線圈不能斷開，當前值不能復位。STL觸點驅(qū)動的電路塊中不能使用MC

43、和MCR指令，雖然不禁止在STL觸點驅(qū)動的電路塊中使用CJ指令，但因其操作復雜，建議不要使用。在中斷程序與子程序內(nèi)，不能使用STL指令。復雜的控制系統(tǒng)不僅I/O電數(shù)多，順序功能圖一般也相當復雜。任何復雜的順序功能圖都由單序列、選擇序列和并行序列組成，掌握了選擇序列和并行序列的編程方式，就可以將復雜的順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖。對選擇序列和并行序列編程的關鍵在于對它們的分支與合并的處理，轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則是設計復雜系統(tǒng)梯形圖的基本準則。與單序列相比，在選擇序列和并行序列的分支、合并之處，某一步或某一轉(zhuǎn)換可能有幾個前級步或幾個后續(xù)步，在設計順序控制梯形圖時應注意這個問題。3化纖打包機控制系統(tǒng)的設計實現(xiàn)

44、3.1化纖打包機的基本動作、工藝要求和運行控制方式生產(chǎn)中要求化纖打包機完成以下的基本動作：進料、進料門關、預壓升降、主壓升降、抬箱、左右轉(zhuǎn)箱、落箱、預壓右行和左行、捆包、頂包升降、放包布。這些動作里給料動作由電動機4M直接控制；主壓泵電動機1M和電磁閥YV4、YV5完成主壓活塞的升降及抬箱、落箱動作；預壓泵電動機2M和電磁閥YV2、YV3完成預壓活塞的升降動作；控制油泵電動機3M完成左右轉(zhuǎn)箱電磁閥YV6、YV7的動作，頂包升降電磁閥YV11、YV12的動作、擋料門關閉電磁閥YV1的動作、捆包YV9的動作和放包布YV12的動作；預壓右行和左行由電動機5M控制，各動作到位均有限位開關、行程開關進行

45、位置控制?；w打包機的工藝要求：（1）箱體左右正確定位后，其他動作才允許進行。（2）預壓、主壓升至上限位才允許左右轉(zhuǎn)箱動作。（3）主壓升、抬箱同時在上限位才允許左右轉(zhuǎn)箱動作?；w打包機的樣機如圖31所示。 圖（31）化纖打包機樣機 圖（32）打包機的動作原理圖 打包機的運行控制方式要求：手動、回原點、單步運行、連續(xù)、回原點起動、自動起動、停止?？刂埔缶唧w為：首先產(chǎn)品給料右行，產(chǎn)品從傳送帶移動到主壓上，關閉進料門，此時主壓和預壓同時上升。當主壓和預壓都到達上限位時，主壓開始抬箱，當主壓到達抬箱上限同時主壓上限也已到達時開始左右轉(zhuǎn)箱，使其中的物品放置均勻。然后主壓開始落箱，當落箱到位時，產(chǎn)品開始

46、右行2到達預壓上，主壓降到初始位置，下一步開始對產(chǎn)品進行捆包。當捆包完畢后，預壓開始右行進行下一步的放包布的工序，頂包降開始放包布，包步放完之后頂包升，之后產(chǎn)品包裝完畢被移走。接下來預壓左行并降到初始位置。本管理信息系統(tǒng)的主要功能是把各系別3.2打包機控制系統(tǒng)設計的實現(xiàn)：本設計中的可編程控制器的輸入/輸出繼電器地址編排詳見下表所示。其中輸入信號有41個，輸出信號有31個，所以選用的是三菱公司FX2N128MR可編程序控制器。此可編程序控制器輸入和輸出口都為64個口，完全滿足對控制器的要求。I/O地址編排 輸 入器件號地址號功能說明器件號 地址號 功能說明 SQ1 X0預壓上限 SB1 X30預

47、壓升按鈕 SQ2 X1預壓下限 SB2 X31預壓降按鈕 SQ3 X2主壓上限 SB3 X32主壓升按鈕 SQ4 X3主壓下限 SB4 X33主壓降按鈕 SQ5 X4抬箱上限 SB5 X34給料右行按鈕 SQ6 X5左轉(zhuǎn)限位 SB6 X35產(chǎn)品右行2按鈕 SQ7 X6右轉(zhuǎn)限位 SB7 X36 抬箱按鈕 SQ8 X7給料右行到位 SB8 X37左轉(zhuǎn)按鈕 SQ9 X10落箱到位 SB9 X40右轉(zhuǎn)按鈕 SQ10 X11產(chǎn)品右行2到位 SB10 X41落箱按鈕 YJ1 X12捆包壓力傳感器 SB11 X42捆包按鈕 SQ11 X13預壓右行到位 SB12 X43預壓右行按鈕 SQ12 X14頂包降下

48、限 SB13 X44頂包降按鈕 YJ2 X15包布壓力傳感器 SB14 X45頂包升按鈕 SQ13 X16頂包上限 SB15 X46放包布 YJ3 X17進料門關閉壓力傳感器 SB16 X47預壓右行按鈕 X20手動 SQ14 X50預壓右行到位 X21回原點 X25回愿點起動 X22單步運行 X26自動起動 X23單周期 X27停止 X24連續(xù) 輸 出 器件號地址號功能說明器件號 地址號功能說明KM5 Y0給料右行YV8 Y10產(chǎn)品右行2YV1 Y1進料門關YV9 Y11捆包YV2 Y2預壓升KM6 Y12預壓右行YV3 Y3預壓降YV10 Y13頂包降YV4 Y4主壓升YV11 Y14頂包

49、升YV5 Y5主壓降YV12 Y15防包布YV6 Y6左轉(zhuǎn)KM7 Y16預壓右行YV7 Y7右轉(zhuǎn)（其中SQ為位置開關，SB為按鈕，YJ為檢測開關，YV為電磁閥，KM為接觸器）手動和自動（包括連續(xù)、單周期、單步等、自動返回初始狀態(tài)）工作方式。手動程序比較簡單。采用經(jīng)驗設計法，復雜的自動程序根據(jù)系統(tǒng)的順序功能圖用順序控制法設計。為了保證在緊急情況下（包括可編程程序控制器發(fā)生故障時）能可靠地切斷可編程序控制器的負載電源，設置了交流接觸器KM。在可編程序控制器開始運行時按下“負載電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點接通，給外部負載提供交流電源，出現(xiàn)“緊急停車”按鈕斷開負載電源。系統(tǒng)設有手動、

50、單周期、單步、連續(xù)和回原點5種工作方式，打包機在進料門開、主壓位于下限位、預壓位于下限且預壓位于左行限位、停止捆包、頂包位于上限且停止放包布時，稱為系統(tǒng)處于原點狀態(tài)（或初始狀態(tài)）。如果選擇的是單周期工作方式，按下起動按鈕X26后，從初始狀態(tài)S20開始打包機按順序功能圖的規(guī)定完成一個周期的工作后，返回并停留在初始步。如果選擇連續(xù)工作方式，在初始狀態(tài)下按下起動按鈕后，打包機從初始步開始一個周期一個周期地反復連續(xù)工作，完成最后一個周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。在單步工作方式，從初始步開始，按一下起動按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務后，自動停止工作并停在該步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)

51、試。在選擇單周期、連續(xù)和單步工作方式以前，系統(tǒng)應處于原點狀態(tài)；如果不滿足這一條件，可選擇回原點工作方式，然后按回原點起動按鈕X25，使系統(tǒng)自動返回原點狀態(tài)。為進入單周期、連續(xù)和單步工作方式作好了準備。 圖（33）主接線圖 圖（34）打包機電動機接線圖 圖（35） 打包機主壓和預壓液壓系統(tǒng)圖（1）采用單向順序閥式平衡回路，可防止立式液壓缸或垂直運動的工作部件自行下滑，這種回路有利于提高垂直運動的工作部件在下行時的運動平穩(wěn)性。（2）方向控制閥在液壓系統(tǒng)中起阻止和引導油液按規(guī)定的流向進出通道，即在油路中起控制油液流動方向的作用。（3）溢流閥用于定量油泵液壓系統(tǒng)。溢流閥常開，隨著執(zhí)行元件所需油量的不同

52、，閥的溢流量時大時小，使系統(tǒng)壓力保持恒定。調(diào)節(jié)溢流閥彈簧的彈力，即可調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供油壓力。 圖（36） 控制面板圖FX系列可編程序控制器的狀態(tài)初始化指令IST（Initial State）的功能指令編號為FNC60，它與STL指令一起使用，專門用來設置具有多種工作方式的控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)和設置有關的特殊輔助繼電器的狀態(tài)，可以大大簡化復雜的順序控制程序的設計工作。本設計IST指令中的S20和S39用來指定在自動操作中用到的最低和最高的狀態(tài)元件號，IST中的原操作數(shù)可取X，Y和M，圖中的原操作數(shù)X20用來指定與工作方式有關的輸入繼電器的首元件，它實際上指定了從X20開始的8個輸入繼電器具有以下的意義

53、：X20：手動 X21：回原點X22：單步運行X23：單周期運行（半自動）X24：連續(xù)運行（全自動）X25：回原點起動X26：自動操作起動X27：停止X20X24中只能有一個處于接通狀態(tài)，必須使用選擇開關，以保證這5個輸入中不可能有兩個同時為ON。IST指令的執(zhí)行條件滿足時，初始狀態(tài)S0S2和下列的特殊輔助繼電器被自動指定為以下的功能，以后即使IST指令的執(zhí)行條件變?yōu)镺FF，這些元件的功能仍保持不變：M8040：禁止轉(zhuǎn)換M8041：開始轉(zhuǎn)換M8042：起動脈沖M8047：STL監(jiān)控有效S0：手動操作初始狀態(tài)S1：回愿點初始狀態(tài) S2：自動操作初始狀態(tài)自動程序：用STL指令設計的自動程序的順序功

54、能圖如圖37所示，特殊輔助繼電器M8041（轉(zhuǎn)換開始）和M8044（原點條件）是從自動程序的初始狀態(tài)S2轉(zhuǎn)換到下一個狀態(tài)S20的轉(zhuǎn)換條件。自動程序的梯形圖如圖38所示。使用IST指令后，系統(tǒng)的手動、自動、單周期、單步、連續(xù)和回原點這幾種工作方式的切換是系統(tǒng)程序自動完成的，但必須按照前述的規(guī)定，安排IST指令中指定的控制工作方式用的輸入繼電器的元件號順序。工作方式的切換是通過特殊輔助繼電器M8040M8042實現(xiàn)的，IST指令自動驅(qū)動M8040M8042。實現(xiàn)多種工作方式控制電路的功能是系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要用戶寫入。以下輔助繼電器由用戶程序控制：M8043（回原點完成）：在系統(tǒng)返回原點時，通過

55、用戶程序用SET指令將它置位。M8044（原點條件）：在系統(tǒng)滿足初始條件（或原點條件）時為ON。 S2S20Y0S21Y1S22Y2S23Y4S24Y4Y1S25Y6Y1S26Y7Y1S27T0S28S29Y5Y10自動程序的初始狀態(tài)M8041·M8044（轉(zhuǎn)換開始與原點條件）給料右行進料門關X7X17 門已關預壓升主壓升X0·X2（預壓上限與主壓上限）抬箱X4·X2（抬箱上限與主壓上限）X6左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)X5左轉(zhuǎn)限位X6右轉(zhuǎn)限位K20定位延時T0主壓降X10落箱到位產(chǎn)品右行2S31Y11S30Y5S32Y12S33Y13S34Y15S35Y14S36T2X11產(chǎn)品右行2到位S37Y16S38Y3C0加1捆包預壓右行X12X13X14X15X16T2X50主壓降頂包降放包布頂包升K50取包預壓左行預壓降X1·X3（預壓下限與主壓下限） 圖（37）打包機系統(tǒng)的順序功能圖 圖