PLC在輸送帶自動控制裝置中的應用研究

前言目前，輸送帶控制系統(tǒng)在工業(yè)領域有著廣泛的應用，此外，輸送帶控制系統(tǒng)也廣泛運用于物流行業(yè)，采用傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)，不僅接線復雜、抗干擾能力差，易因接觸不良而造成故障，而且功能擴展性差。PLC系統(tǒng)因其可靠性高、編程簡單、功能完善而越來越受到青睞，傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)已逐步被PLC系統(tǒng)所取代。目前傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)己逐步為PLC所取代這是一種發(fā)展的趨勢。接觸繼電器控制系統(tǒng)是根據(jù)一定的生產(chǎn)機械，一定的生產(chǎn)工藝，采用硬接線方式，以完成一定的邏輯控制(包括空間控制、時間控制等)功能的。而一旦生產(chǎn)機械不同或生產(chǎn)工藝變更，則系統(tǒng)必須重新設計改造。而PLC技術(shù)，由于采用了微電了技術(shù)和計算機技術(shù)，其邏輯控制功能可以通過軟件編程來實現(xiàn)。因此當生產(chǎn)機械或生產(chǎn)工藝變更，只需改變程序或變更一下接線端子就可以了。本文介紹了基于的輸送帶控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過控制輸送帶的運行與停止、翻身電機和推桿電機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了工作的順利進行。1.1研究背景目前，輸送帶控制系統(tǒng)在工業(yè)領域有著廣泛的應用，此外，輸送帶控制系統(tǒng)也廣泛運用于物流行業(yè)，采用傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)，不僅接線復雜、抗干擾能力差，易因接觸不良而造成故障，而且功能擴展性差。PLC系統(tǒng)因其可靠性高、編程簡單、功能完善而越來越受到青睞，傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)已逐步被PLC系統(tǒng)所取代。目前傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)已逐步為PLC所取代這是一種發(fā)展的趨勢。接觸繼電器控制系統(tǒng)是根據(jù)一定的生產(chǎn)機械，一定的生產(chǎn)工藝，采用硬接線方式，以完成一定的邏輯控制(包括空間控制、時間控制等)功能的。而一旦生產(chǎn)機械不同或生產(chǎn)工藝變更，則系統(tǒng)必須重新設計改造。而PLC技術(shù)，由于采用了微電了技術(shù)和計算機技術(shù)，其邏輯控制功能可以通過軟件編程來實現(xiàn)。因此當生產(chǎn)機械或生產(chǎn)工藝變更，只需改變程序或變更一下接線端子就可以了。本文介紹了基于的輸送帶控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過控制輸送帶的運行與停止、翻身電機和推桿電機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了工作的順利進行。所以本文對PLC在輸送帶自動控制裝置中的應用的研究是非常有意義的。本文的研究目的就是對PLC技術(shù)有個更加全面深入的了解，深入研究PLC應用在輸送帶自動控制裝置中是如何設計并且運行的。繼而在現(xiàn)實中能夠更加熟悉這項技術(shù)，能夠熟悉運用這個技術(shù)。1.2文獻綜述由于軟PLC具有通用性、兼容性高、價格低廉、編程方便、易于與網(wǎng)絡連接等優(yōu)點，在歐美等西方國家都把軟PLC作為一個重點對象進行研究開發(fā)。目前軟PLC產(chǎn)品在國外主要有美國，歐洲和口本的產(chǎn)品，美國和歐洲的PLC技術(shù)是在相互隔離的情況下獨自研發(fā)出來的，所以美國和歐洲的PLC產(chǎn)品有很大的差異?？诒镜腜LC技術(shù)是從美國引進的，但口本主要定位在小型的PLC上。所以口本的PLC產(chǎn)品以小型化著稱。歐洲生產(chǎn)PLC的廠商主要有德國的西門子公司、AGE公司、法國的TE公司。西門子生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品主要有SS和S7系列。其中S7系列產(chǎn)品是西門子公司在系列的基礎上推出的新產(chǎn)品，S7系列產(chǎn)品的主要特點：完全符合IEC61131-3標準開發(fā)環(huán)境集成化程度高；圖形化編程非常方便；極高的可靠性；極豐富的指令性豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性；強大的通訊能力；豐富的擴展模塊。美國的廠商主要有ABB公司、通用電氣公司、MODICON公司、德州儀器公司等。日本的小型最具特色，在小型機領域中頗具盛名，主要的廠商有三菱、歐姆龍、松下等。在國內(nèi)，主要以計算機為依托，借助其豐富的軟硬件資源并以某一操作系統(tǒng)為平臺而開發(fā)的開放式體系結(jié)構(gòu)軟PLC的技術(shù)路線，這樣就避開了制約我國傳統(tǒng)硬件可靠性差的缺點，使得我國在今后開發(fā)的軟PLC技術(shù)條件上與國外基本處于同一起跑線上，可以充分發(fā)揮我國在軟件技術(shù)方面的人力資源和智力特長，從而使我國有可能在較短的時間內(nèi)，以較少的投入實現(xiàn)軟PLC在品種、數(shù)量和性能上不僅可以滿足國內(nèi)的需求，而且能在國際上占一席之地。如果我們采取“揚長避短，避硬重軟，軟件突破，以軟代硬，技術(shù)成套，易于生產(chǎn)”的思路，致力于以工業(yè)通用微機為硬件平臺，將與國外同行重新站在一條起跑線上。所以，發(fā)展軟PLC將對我國的工業(yè)控制領域產(chǎn)生很重要的影響。目前國內(nèi)己經(jīng)有不少公司正在研究開發(fā)的具有自主版權(quán)的軟PLC產(chǎn)品，并且有部分產(chǎn)品己經(jīng)基本達到國際上要求的軟PLC的性能指標。其中像國內(nèi)某公司生產(chǎn)的軟PLC產(chǎn)品，主要基于Windows98系統(tǒng)，主要應用于電磁攪拌控制系統(tǒng)，其產(chǎn)品基本符合IEC61131-3標準，并且操作簡便，專業(yè)性強。但同時存在不少缺點，比如人機交互界面過于簡潔；梯形圖編輯器智能化程度不高指令集過于簡單；用途過于單一等。和國外著名廠商生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品相比，國內(nèi)的產(chǎn)品大部分功能過于單一，產(chǎn)品智能化程度不高，性能不高。在軟PLC的開發(fā)平臺方面。目前，國內(nèi)外大多數(shù)的軟PLC以Windows和為操作平臺，DOS環(huán)境下可以輕松實現(xiàn)實時控制的要求，但是DOS環(huán)境是單任務處理方式，使得PC機的潛力未能充分發(fā)揮，系統(tǒng)的功能和靈活性也受到了限制。而操作系統(tǒng)具有操作界面良好，程序開發(fā)相對容易，開發(fā)程序可移植性好，多任務等優(yōu)點，同時具有實時響應特征和搶占式多任務調(diào)度機制，因此在下開發(fā)實時多任務系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢；另外，Windows為應用程序的開發(fā)提供了豐富的內(nèi)部接口函數(shù)。但Windows并不是一個理想的實時控制系統(tǒng)。同時，系統(tǒng)是收費的，這樣就增加了成本。而采用Linux操作系統(tǒng)則可以克服DOS下內(nèi)存管理和Windows下非實時控制等的限制，具有內(nèi)存管理方便、多任務、實時性強的特點。同時也具有豐富的圖形庫，比如GTK,Qt可以方便的實現(xiàn)Windows下的圖形界面，也避免了Windows環(huán)境的不穩(wěn)定帶來的危害，并且Linux為自由軟件，降低了開發(fā)成本。所以可以預見，發(fā)展Linux環(huán)境下的軟PLC系統(tǒng)是未來的趨勢，同時也符合我們國家所倡導的伸用Linux操作系統(tǒng)的要求。1.3設計工作方案輸送帶控制系統(tǒng)由系統(tǒng)控制柜和傳送帶木體兩部分組成。系統(tǒng)控制柜的操作ICI板上裝有不數(shù)顯示器、電源指示燈、故障指示燈、急停按鈕、啟動按鈕、停止按鈕、角度調(diào)整按鈕、PLC輸入輸出端子以及電源接等。不數(shù)顯T器用來記錄、顯示傳送帶輸送件的數(shù)量;電源指示燈用來反映控制系統(tǒng)是否已經(jīng)通電;故障指示燈用來顯不有無故障，若有緊急情況，操作人員可按緊急按鈕，系統(tǒng)將立即停止運行，只有急停按鈕復位后系統(tǒng)才可重新啟動;角度調(diào)整按鈕是用來服務翻身電機的。由十翻身電機在運行時易受慣性、摩擦等因素，使得翻身電機在多次運行之后會產(chǎn)生累加誤差，使其不能返回初始位置，通過角度調(diào)整進行校正，使翻身電機回到初始位置。輸送帶俯視圖，輸送帶木體是由輸送帶電機、翻身電機、推桿電機及其傳動裝置所構(gòu)成的，用來完成用戶所要實現(xiàn)的工藝流程。本文首先介紹PLC系統(tǒng)的工作流程，時序，以及簡要的介紹了PLC系統(tǒng)的特點，然后本文描述了傳送帶控制系統(tǒng)和它運行的時候的要求，然后本文介紹了傳送帶輸出輸入的確認以及PLC系統(tǒng)的選擇，并且本文介紹了機械手如何PLC，最后本文就以三菱FX系列PLC為例，具體的分析了PLC技術(shù)在該公司輸送帶自動控制裝置中的上位機和下位機中的設計和應用。本文要求對PLC技術(shù)有個比較系統(tǒng)的了解，本文還要求對輸送帶自動控制裝置的工作比較熟悉。2PLC系統(tǒng)的工作分析及特點PLC在自動化領域占據(jù)了舉足輕重的地位.機器控制仍舊是最主要的應用方面.占據(jù)了82%過程控制占74%;運動控制占55%;批量控制占31%。緊隨其后的是診斷應用占25%;比重最小的是安全應用僅占1%。對于現(xiàn)代PLC來說.與其他控制系統(tǒng)的接口方法對其靈活性非常關鍵。據(jù)受調(diào)查者稱.接入網(wǎng)絡是主要PLC的主要接口方法，占69%。其余31%作為獨立設備使用。對于那些接入網(wǎng)絡的設備大多數(shù)與電腦或PAC連接使用.與PLC連接使用的差不多同樣數(shù)量。最少的是與分布式控制系統(tǒng)連接使用.所占比例稍高于5%。PLC網(wǎng)絡協(xié)議也為控制工程師提供了幾乎無限的靈活性。雖然其中有幾種協(xié)議最常用例如Ethemet,SerialRS-232/RS-485和4-20mA標準型號.但是全部的網(wǎng)絡協(xié)議還包括很多種類。除了上述的三種協(xié)議.以下是按照使用頻度排序的其他協(xié)議：DeviceNetAllen-BradleyRemoteI/OModbusControlNetWirelessprotocolProfibusHARTPLC的選擇在選型、推薦和/或采購PLC的時候有一些特征是很重要的.據(jù)受訪者稱.最重要的特性是內(nèi)部通訊支撐組件其他特性.以重要程度降序排列依次為:PID、快速掃描時間、內(nèi)存總量、運動支持能力、可否外接存儲器和無線通訊能力。2.1工作流程分析圖1系統(tǒng)工作示意圖機械手的任務是將傳輸帶A上的工件搬運到傳輸帶B上，其中的上升、下降、左移、右移、抓、放等動作都按一定程序白動完成。傳輸帶B連續(xù)運轉(zhuǎn)。按下啟動按鈕SB1后，手臂開始上升-到達一定高度后，由上升限位開關ST4檢測-手臂開始左旋轉(zhuǎn)-到達左極限位置時，由手臂左旋極限開關ST2檢測-手臂開始下降-到達下降極限位置時，由手臂下降極限開關STS檢測-這時傳輸帶A開始運載被送工件前進，當工件到達機械手的手掌時，由工件檢測傳感器PS1檢測到位-停止傳輸帶A前進，同時將工件開始抓緊-是否將工件已經(jīng)抓緊，由抓緊限位傳感器ST1檢測-然后手臂開始上升-到達上升限位后由上升限位開關ST4檢測-手臂開始右旋-到位后由右旋限位開關ST3檢測-手臂開始下降-到位后由下降限位開關STS檢測-手臂將工件放下，2s后手臂開始上升，進行下一輪操作。它的工作流程如圖2。圖2系統(tǒng)工作流程圖2.2系統(tǒng)的工作步進時序圖圖3步進時序圖2.3PLC的特點反應快是PLC的主要特點，因PLC用自身內(nèi)部的定義輔助繼電器對傳統(tǒng)機械觸電繼電器進行了替換，并將原先的導線連接形式去掉，轉(zhuǎn)而由內(nèi)部邏輯關系取代。所以，這一繼電器節(jié)點的變位時間近乎為零，不需要對傳統(tǒng)繼電器返回系數(shù)進行考慮。可靠性是PLC的又一顯著特點，相比于傳統(tǒng)繼電器技術(shù)，其抗干擾能力要高出許多，在復雜工業(yè)環(huán)境下仍能保持良好的工作運行狀態(tài)。操作簡單是PLC的重要特點，也是其日漸推廣應用的主要原因。簡單的指令形式使PLC的采用對象簡單、直觀的程序為現(xiàn)場操縱人員提供了很大的便利，同當前電氣專業(yè)人員技術(shù)參差不齊的現(xiàn)狀相適應，如圖4所示。圖4PLC結(jié)構(gòu)圖3輸送帶控制系統(tǒng)描述及其系統(tǒng)運行要求輸送帶控制系統(tǒng)由系統(tǒng)控制柜和傳送帶木體兩部分組成。系統(tǒng)控制柜的操作ICI板上裝有不「數(shù)顯示器、電源指示燈、故障指示燈、急停按鈕、啟動按鈕、停止按鈕、角度調(diào)整按鈕、PLC輸入輸出端子以及電源接等。不「數(shù)顯T器用來記錄、顯示傳送帶輸送件的數(shù)量;電源指示燈用來反映控制系統(tǒng)是否已經(jīng)通電;故障指示燈用來顯不有無故障，若有緊急情況，操作人員可按緊急按鈕，系統(tǒng)將立即停止運行，只有急停按鈕復位后系統(tǒng)才可幣新啟動;角度調(diào)整按鈕是用來服務翻身電機的。由十翻身電機在運行時易受慣性、摩擦等因素，使得翻身電機在多次運行之后會產(chǎn)生累加誤差，使其不能返回初始位置，通過角度調(diào)整進行校正，使翻身電機回到初始位置。輸送帶俯視圖如圖1所不，輸送帶木體是由輸送帶電機、翻身電機、推桿電機及其傳動裝置所構(gòu)成的，用來完成用戶所要實現(xiàn)的工藝流程。該系統(tǒng)有如下運行要求:1)按下啟動按鈕后，系統(tǒng)開始運行，傳送帶電機動作。2)當傳感器1檢測到傳送帶1上物體后，計數(shù)器加1，并顯示累積的數(shù)據(jù)，同時PLC開始延時時間的長短大于或等于工件從傳感器1到翻身電機處所需的時間)。3)延時時間到，翻身電機動作。運行一段時間，也就是正轉(zhuǎn)900后，停頓若干秒，翻身電機反轉(zhuǎn)復位，復位所用時間與正轉(zhuǎn)所用時一間相同。這樣翻身電機將土件翻個身送到傳送帶2上。4）當傳感器"檢測到傳送帶"上有工件時，延時一段時間（時間的長短等于工件從傳感器"被送到推桿處所需的時間），推桿動作，將工件推出傳送帶后復位。在推桿動作期間傳動帶!、"以及翻身電機不能工作，推桿復位后傳送帶、翻身電機才能動作。5）物體在輸送帶運行的時候，是根據(jù)兩個傳感器的觸發(fā)來決定工作時序的。為避免產(chǎn)生誤動作，手及其他物體不要離光電傳感器的探頭太近，以免產(chǎn)生誤動作。4確定系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)及PLC類型要配置的PLC其輸入、輸出點數(shù)分別與系統(tǒng)的輸入、輸出設備相對應。木控制系統(tǒng)的輸入設備有:啟動按鈕、停止按鈕、角度調(diào)節(jié)按鈕、急停按鈕、傳感器1、傳感器2等。輸出信號包括:急停輸出、傳送帶運行輸出、翻身電機正轉(zhuǎn)輸出、翻身電機反轉(zhuǎn)輸出、推桿電機正轉(zhuǎn)輸出、推桿電機反轉(zhuǎn)輸出、系統(tǒng)運行指示輸出、故障輸出等。根據(jù)輸入、輸出點數(shù)，系統(tǒng)選用三菱FX1S-20MR型PLC已有12個輸入點和8個輸出點，能夠滿足系統(tǒng)的要求?？刂葡到y(tǒng)的I/0分配表如表所示。5機械手的PLC控制機械手的整個工作過程是按照工序要求，用限位開關、傳感器作為各步驟的輸入控制點，通過PLC的編程來完成各種動作。本例用步進控制方法進行編程，在編程中使用保持繼電器HROOO，HR009，這些繼電器能保持當電源出現(xiàn)故障而停電時，保持它掉電時刻的通/斷狀態(tài)，使生產(chǎn)有了可靠保障。輸出繼電器0500控制傳輸帶A動作。繼電器0501控制左移電磁閥動作，由電磁閥控制液壓系統(tǒng)動作。0502繼電器控制右移電磁閥。0503繼電器控制上升電磁閥。0504繼電器控制下降，0505繼電器控制抓緊，0506繼電器控制放手電磁閥。根據(jù)各動作要求用以下的梯形圖程序可以實現(xiàn)上面的自動控制。6下位機程序設計三菱FX系列PLC采用的是FX(}PXIN編程環(huán)境。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)要求，系統(tǒng)的程序流程如圖所不。這個程序主要有傳感器檢測模塊、角度調(diào)整模塊等組成。6.1傳感器檢測模塊若有貨物在輸送帶1上，貨物首先會經(jīng)過傳感器1，計數(shù)器加1時定時器T。開始延時loseto*后翻身電機開始反轉(zhuǎn)，將貨物翻身后再正轉(zhuǎn)，恢復初始位置，貨物運行在輸送帶2上，傳感器2將檢測到有貨物經(jīng)過，啟動定時器，延時20s20*后推桿電機開始動作，將貨物推出去后復位如此循環(huán)。傳感器1的輸出對應著PLC的輸入X004，傳感器2的輸出對應著PLC的輸入X005。傳感器1對應的PLC程序梯形圖如圖所示6.2角度調(diào)整模塊角度調(diào)整是服務翻身電機的。翻身電機的初始位置是指翻身的剖ICI與皮帶ICI在同一水平位置。由翻身電機在運行時受慣性、摩擦等因素影響，翻身電機在多次運行后會產(chǎn)生累加誤差，使得翻身電機不能返回初始位置，因此要進行角度調(diào)整，使其回到初始位置。角度調(diào)整的具體做法是通過對角度調(diào)整按鈕X002輸入調(diào)整信號，則定時器:定時O.S翻身電機翻轉(zhuǎn)O.S時間能翻轉(zhuǎn)的角度，實現(xiàn)翻身電機微調(diào)的目的，直至翻身電機處十初始位置為止。相應的PLC梯形圖如圖所示。7上位機軟件設計上位機監(jiān)控部分采用Windows9x/2000/NT環(huán)境下運行的VisualBasic}VB)開發(fā)的監(jiān)控軟件。用VB開發(fā)串行通信程序時一有兩種方法，一種是WindowsAPI函數(shù)，另一種是VB支持的通信控件MSCOMM.OCX。利用WindowsAPI函數(shù)是通過調(diào)用讀寫等函數(shù)來操作串!}。兩種比較，使用MSCOMM.OCX控件編程方便，具有更完善的發(fā)送和接收功能。木系統(tǒng)需要設置的MSCOMM.OCX的相關屬性值主要有:1）ComPort，設置或傳回通信連接端代號。2）Settings，設置初始化參數(shù)，以字符串的形式設置或傳回連接速度、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位等四個參數(shù)。3）PortOpen設置或傳回通信連接端II的狀態(tài)。4)Input，從輸入寄存器傳回并移除字符。5）Output，將一個字符串寫入輸出寄存器。6）InputLen指定由串行端II讀入的字符串長度。7）InBufferCount，傳回在接收寄存器中的字符數(shù)。上位機需要對輸送帶進行監(jiān)控，監(jiān)控界ICI分為監(jiān)視和控制兩大部分組成。整個系統(tǒng)的實時工作狀態(tài)可形象地顯不在上位機的屏幕上，并日根據(jù)具體情況做必要的控制。操作人員可以不用接觸輸送帶系統(tǒng)的控制ICI板，就可以實現(xiàn)用電腦控制輸送帶的自動化生產(chǎn)的目的。當按下控制命令按鈕后，調(diào)用控制程序，cmd,adds,SUM分別被賦值，其中cmd為命令代碼，add*為需要進行操作的兒件地址，SUM為校驗和。控制寫出函數(shù)首先向PLC發(fā)送通信請求命令ASH"，然后進入LOOP循環(huán)，等待PLC回答，接收緩沖區(qū)字符數(shù)為1，則PLC有回答。然后判斷PLC是否準備好接收，如果準備好，則將cmd,adds,SUM組合成完整的字符串，寫入到串II發(fā)送緩沖區(qū)，由RS232串行通信II發(fā)送到PLC，然后啟動接收延時，等待PLC回答。如果PLC回答正忙或查詢等待超過限制時一間，則在消息窗口提PLC忙或連線出錯，提示使用者-重試或檢查連線。8結(jié)語可編程控制器因它具有控制能力強、操作方便靈活、可靠性強等特點，因此在工業(yè)生產(chǎn)自動化過程中，顯示出較大的優(yōu)越性。它不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)，還可構(gòu)成復雜的工業(yè)控制網(wǎng)絡。在各行各業(yè)的自動控制中得到廣泛應用。本文所述的PLC控制裝置，在某汽車生產(chǎn)裝配車間的自動流水線中得到應用。由于采用PLC技術(shù)，生產(chǎn)的自動化程度大大提高，從而提高了工作效率，節(jié)約了產(chǎn)品成本，經(jīng)濟效益顯著。由于PLC機本身包含了繼電器、定時器等控制元件的功能，因此，大大地減少了控制系統(tǒng)所需的元件，提高了產(chǎn)品的可靠性。在調(diào)試的過程中，出現(xiàn)了輸送帶跑偏、推桿電機無法動作的現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是機械故障，調(diào)整以后運行狀態(tài)良好，達到了設計的基本要求。本文所述的輸送帶控制系統(tǒng)，已成功運用于某物流廠家。系統(tǒng)由于采用了234控制技術(shù)，實現(xiàn)了生產(chǎn)自動化，提高了