彩瓦成型機的PLC設(shè)計【含CAD圖紙】

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0 引言 課題是對現(xiàn)有的水泥彩瓦成型機進行改造，采用PLC控制技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制。PLC控制具有高效、節(jié)能、性能穩(wěn)定等特點，可大大改善設(shè)備性能。生產(chǎn)的水泥彩瓦，不僅徹底改變了傳統(tǒng)的擠壓式成型水泥瓦粗糙、強度底、雨水逆流滲漏、抗凍隔熱差的現(xiàn)象，且可以代替粘土瓦，節(jié)省粘土資源，保護土地環(huán)境，符合國家墻改政策。開發(fā)的這種建材機械填補了國內(nèi)空白，達到了國外同類產(chǎn)品先進水平。 （1） 采用液壓比例控制，適合各種水泥瓦生產(chǎn)工藝要求。 （2） 采用PC數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)全自動控制，性能穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高。 （3） 采用模壓成型，生產(chǎn)瓦型品種多，質(zhì)量高。 （4） 該機檔次高、投資少、性能優(yōu)。 （5） 生產(chǎn)產(chǎn)品適應(yīng)國家墻體改革政策、保護土地資源、保護環(huán)境，銷售前景好。 可編程序控制器（簡稱PLC）是微電子技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的應(yīng)用非常廣泛，能方便的直接用于機械制造，也可直接用于新產(chǎn)品開發(fā)和機電一體化，近年來，可編程序控制器的發(fā)展非?？?。這不僅表現(xiàn)在普及非?？欤冶憩F(xiàn)在新產(chǎn)品的開發(fā)速度非?？?。目前,國外ＰＬＣ的年生產(chǎn)增長率大致保持在30%～40%的水平。在我國,ＰＬＣ廣泛應(yīng)用于機械、冶金、化工、輕工、電力、汽車等行業(yè)。尤其是在機械行業(yè)中,ＰＬＣ是實現(xiàn)機電一體化技術(shù)的首選產(chǎn)品。在一些發(fā)達國家里,傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制已基本由ＰＬＣ控制所取代。ＰＬＣ的應(yīng)用,使其所控制的設(shè)備、系統(tǒng)的工作可靠性,相對單純的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)大大提高。就ＰＬＣ本身而言,平均無故障工作時間一般都達到幾萬個小時,象三菱的Ｆ1、Ｆ2、ＦＸ系列,據(jù)稱其平均無故障工作時間可達三十萬個小時。因此,ＰＬＣ控制系統(tǒng)的可靠性,主要取決于ＰＬＣ的外圍設(shè)備,如按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、撥碼盤等輸入器件和接觸器、電磁閥等執(zhí)行器件。一項統(tǒng)計表明, ＰＬＣ控制系統(tǒng)的故障有75%是因輸入、輸出設(shè)備工作不可靠引起的。此外,軟件程序的編制對可靠性提高也有一定影響。針對這一問題,本文就如何提高ＰＬＣ控制系統(tǒng)的可靠性進行探討。 可編程序控制器是一種面向生產(chǎn)過程控制的數(shù)字電子裝置，它具有控制能力強操作方便靈活、價格便宜、可靠性高等特點。它不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，還可構(gòu)、成復(fù)雜的工業(yè)過程控制網(wǎng)絡(luò)是一種適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的新型控制器。是采用微機技術(shù)的工業(yè)自動化裝置。由于其通用性強、靈活性好、硬件配套齊全、編程方法簡單易學(xué)及可靠性高,ＰＬＣ越來越廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。尤其是在順序控制方面更顯其身手。所以設(shè)計經(jīng)濟而實用的ＰＬＣ控制系統(tǒng)是廣大用戶所期望的。下文從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩方面討論ＰＬＣ控制系統(tǒng)的設(shè)計技巧具有很強的實用性,旨在降低系統(tǒng)的成本,提高系統(tǒng)的靈活性和可靠性。 彩瓦成型機是生產(chǎn)水泥彩瓦的設(shè)備，它是將水泥加壓，用一定的模型把水泥料壓制成瓦形，整個過程基本上是靠PLC控制液壓系統(tǒng)和電機系統(tǒng)來實現(xiàn)的，生產(chǎn)的水泥瓦在現(xiàn)代建筑業(yè)中的運用是很流行的。彩瓦成型機生產(chǎn)的瓦型可以根據(jù)瓦模的變化而變化，所以這對于彩瓦產(chǎn)品的多樣性生產(chǎn)是很有利的 在現(xiàn)在看來，國內(nèi)外開發(fā)水泥彩瓦成型機的種類是很有限的，在國內(nèi)外有很大的市場潛力，而且中國現(xiàn)在在突飛猛進的發(fā)展中，人們的生活水平必然也是跨越式的發(fā)展，它的走勢是很看好的。 彩瓦成型機運用PLC控制可以說是彩瓦成型機自動化發(fā)展的必然，PLC的引入，使得彩瓦成型機的生產(chǎn)效率大大的提高了。整個彩瓦成型機的運作不象以前由電氣控制的那樣復(fù)雜，既美觀又節(jié)省空間，減少了廠房的成本（一般投資中廠房的成本占總比例的很大一部分），而且電氣的維修費用比較高，使用壽命短，PLC控制器體積小，工作穩(wěn)定，控制的時間可以隨時改變，另外還具有擴展功能。而且彩瓦成型機PLC控制的情況下，它的輸出信號是低壓電，所以很安全。 彩瓦成型機的PLC研究的是怎樣是彩瓦成型機在現(xiàn)有條件下發(fā)揮出它的最高的效率，整個系統(tǒng)的PLC程序是根據(jù)它所要完成的工作過程來確定的，是把整個運動有機的連接起來，達到彩瓦生產(chǎn)的要求，生產(chǎn)的產(chǎn)品要求達到很高的質(zhì)量，所以對所有動作的時間把握是很重要的。在進行一定的市場調(diào)查的基礎(chǔ)上，對我們產(chǎn)品進行經(jīng)濟分析和社會效益分析。我們設(shè)計的雙工位液壓彩色水泥瓦成型機的成本只比原來單工位的成本提高了40％左右，但是我們的班產(chǎn)量提高了一倍。所以我們的產(chǎn)品將取得令人滿意的經(jīng)濟效益和社會效益。 目前的彩色水泥瓦模壓成型機均采用單工位雙工步形式,即瓦的成型以及脫模操作都在一個工位上,將壓制與出模分別設(shè)置為兩個工步。這種兩個工步集中在一個工位上操作,機頭的實際利用率只有一半,每班的產(chǎn)量只能達到2000～2500片瓦。因此,提高模壓成型機的生產(chǎn)效率已經(jīng)成為彩色水泥瓦成型機研究的熱點,也將成為現(xiàn)行模壓成型機的更新?lián)Q代產(chǎn)品。本設(shè)計在分析現(xiàn)行彩色水泥瓦模壓成型機PLC?設(shè)計的基礎(chǔ)上,結(jié)合單工位模壓成型機,針對整個動作過程，對單工位的部分機構(gòu)作優(yōu)化設(shè)計，在滿足性能的前提下以經(jīng)濟性為原則。設(shè)計出性能最好的程序。 由于編者水平有限，書中難免存在不當(dāng)和謬誤之處，懇請老師和專家批評指正。 2003.6.15 1 彩瓦成型機的基本工作原理和工作流程 彩瓦成型機的基本工作原理是將水泥、砂子、粉煤灰、水等經(jīng)過充分的拌和后送入定量攪拌機,定量攪拌機將定量的混凝土送入模腔內(nèi),經(jīng)上模壓頭與下模的壓制后形成濕狀水泥瓦,采用托架機構(gòu)取出上模中的瓦片后,進行干燥處理和上漆工藝即變?yōu)槌善吠?。并且整個過程是由是由PLC控制的一臺機器。 這里著重介紹彩瓦成型機的PLC設(shè)計。下面介紹一下整個彩瓦成型機的工作流程：首先要打開油泵電機和攪拌電機，然后工作臺要向左運行，中間有噴射一和噴射二兩個動作，然后定量供料，供料的過程中有兩次抖動，然后是工作臺向右，中間有壓頭壓下，然后托架上升，脫模架上升，上升到一定的極限后有行程開關(guān)動作后，壓頭上升，脫模架下降，托架由于自重下降，制品送出。具體見附圖：彩瓦成型機PLC設(shè)計的工作流程圖。 開關(guān)的流程控制： 手動：按各個點動按鈕可運行各部件。 自動循環(huán)： （1） 首先啟動油泵電機，按－ＳＢ２，－ＫＭ１合上。電機運轉(zhuǎn)。 （2） 啟動攪拌電機按鈕－ＳＢ４，－ＫＭ２合上，電機運轉(zhuǎn)。 （3） 按總動按鈕將工作臺運行至－ＳＱ２位（右限）；將壓頭運行至－ＳＱ５位（上限）；將脫模架運行至－ＳＱ４位（下限）。 （4） 按循環(huán)工作按鈕－ＳＢ６，工作臺此時應(yīng)向左，開始工作。 （5） 工作臺向左：按循環(huán)工作－ＳＢ６、－ＳＢ５、－ＳＢ６、－ＫＭ１、－ＫＭ２、－ＫＡ１接通，－ＫＡ１吸合。－ＫＡ１、ＳＱ２、－ＳＱ４、－ＳＱ５、－ＳＱ１、－ＫＡ２接通，－ＫＡ２吸合，－ＹＣ１得電，工作臺向左，同時，噴射一、二在－ＫＴ１、－ＫＴ２電路下得電工作，噴射一、二電磁閥工作。工作臺左行至－ＳＱ１位時，－ＫＡ２失電，工作臺停止。 （6） 工作臺向右：在初始位－ＳＱ２、－ＫＡ３不能吸合，雖－ＳＱ７在初始位置時閉合，但－ＳＱ２開路，并且工作臺向左，－ＫＡ２吸合，－ＫＡ３無法吸合，只有工作臺在－ＳＱ１位，托架上升后再下降使－ＳＱ７閉合，－ＫＡ１、－ＳＱ７、―ＫＡ２C 常閉，－ＳＱ７、－ＳＱ２、－ＫＡ３接通，－ＫＡ３吸合，－ＹＣ４得電，工作臺向右，右行至－ＳＱ２停止。 （7） 拖架上升：　工作臺左行至－ＳＱ１時，－ＫＡ１、－ＳＱ１、－ＳＱ３、－ＫＡ４吸合，－ＹＣ５得電 （8） 托架下降：　模架上升至－ＳＱ３時，－ＫＡ４失電，－ＹＣ５失電，托架下降。工作臺雖仍在－ＳＱ１位，－ＳＱ１動閉，但脫模架仍上升在－ＳＱ３位，－ＳＱ３開路，－ＫＡ４無法得電。 （9） 脫模架上升：當(dāng)托架上升至上限－ＳＰ１時，－ＫＡ１、－ＳＰ１、－ＳＱ１、－ＳＱ４、－ＫＡ５，－ＫＡ５吸合，脫模架上升，上升至－ＳＱ３時，上升停止。 （10） 脫模架下降：當(dāng)工作臺開始向右時，脫模架同時下降，－ＫＡ３、－ＳＱ４、－ＫＡ６接通，－ＫＡ６吸合，－ＹＣ６－２得電，脫模架下降，下降至－ＳＱ（原位）時停止，－ＹＣ６－２失電。 （11） 壓頭下降：　工作臺開始向右,－KA3吸合,－ＫＡ１、－ＫＴ３、－ＫＡ３、－ＫＡ８、－ＫＡ７接通，－ＫＡ７吸合，當(dāng)工作臺行至右限－ＳＱ２時，－ＹＣ７得電，－ＫＡ１、－ＫＴ３、－ＫＡ７、－ＳＱ２、－ＫＡ７、－ＳＱ６、－ＹＣ７接通，壓頭開始下降，下降至－ＳＱ６，－ＫＴ３得電，延時２秒后－ＫＴ３失電，下降停止。 （12） 壓頭上升：?。耍裕车秒娧訒r２秒后，－ＫＡ８得電，－ＫＡ１、－ＫＴ３、－ＳＱ５、－ＫＡ８接通，－ＫＡ８吸合，－ＹＣ８得電工作，壓頭上升，上升至－ＳＱ５停止，并開始向下循環(huán)。 （13） 定量供料：　工作臺左行至－ＳＱ１時，－ＫＡ４、－ＳＱ７、－ＫＡ５、－ＳＱ２、－ＳＰ２、－ＫＡ９接通，－ＫＡ９吸合，－ＹＣ９得電工作，定量供料前進，上升至－ＳＰ２壓力值時，－ＹＣ９失電，汽缸返回，當(dāng)托架上升到－ＳＰ１壓力值時，－ＫＡ４、－ＳＱ７、－ＫＴ５、－ＳＰ１、－ＫＴ４、－ＫＴ４線圈接通，－ＫＴ４延時打開動閉觸頭接通－ＫＡ９，－ＹＣ９短時工作，到時后（０．３秒）－ＫＴ４線圈斷電，－ＫＡ９也失電，因－ＫＴ５也同時得電延時工作，－ＫＴ４再次得電，－ＫＡ９再次吸合，短時間后（０.３秒），－ＫＴ４再次失電，－ＫＡ９同樣失電，延時電路斷開，定量供料結(jié)束。 （14） 制品送出： 右行至－ＳＱ２位時，壓頭開始下降，同時制品送出，壓頭下降，延時時間繼電器－ＫＴ３工作時，－ＫＡ１、－ＫＴ３、－ＳＱ８、－ＫＡ１０接通，－ＫＡ１０吸合，－ＹＣ１０得電工作，行至－ＳＱ８停止。 根據(jù)以上各種要求，設(shè)計出彩瓦成型機ＰＬＣ的電器控制土，在畫出梯形圖，然后根據(jù)梯型圖計出程序 ２ 控制系統(tǒng)設(shè)計 2.1 控制方案 根據(jù)ＰＬＣ的功能和模塊的組合，有以下幾種控制功能的方式： 2.1.1代替普通繼電器的順序控制 2.1.2進行定時器的時序控制 2.1.3 根據(jù)模擬輸入輸出信號進行控制 2.1.4 用數(shù)據(jù)指令進行數(shù)值處理參數(shù)控制等 2.2 PLC原理的簡單介紹 2.2.1 I/O點數(shù)確定 JH120系列的標準輸入/輸出模塊，為8點輸入/4點輸出。輸入點/輸出點定義號可通過跳線進行選擇。通常緊靠CPU模塊安裝的I/O模塊輸入點定義號固定為X400-X407。I/O模塊輸入/輸出點定義號的跳線在出廠時已排好，如需更改可參考模塊上的說明選擇跳線。 JH120H系列的標準輸入模塊為12點輸入，標準輸出模塊為8點輸出。輸入及輸出點定義號可通過模塊上的跳線進行選擇，緊靠CPU模塊安裝的輸入模塊輸入點X400-407是固定的，另外4點輸入定義號可通過跳線選擇。輸入模塊和輸出模塊的輸入/輸出點定義號的跳線在出廠時已排好，如需更改可參考模塊上的說明選擇跳線。 輸入每點均有光電隔離、濾波等抗干擾措施， 定義號為X400-407的8點輸入濾波時間常數(shù)可在0-60ms之間由程序設(shè)定，其他輸入定義號的濾波時間常數(shù)為10ms. JH120系列的標準輸出模塊的輸出適用于交流127V/1A、直流30V/2A以下的負載。 JH120H系列的標準輸出模塊的輸出適用于交流240V/5A、直流24V/5A以下。 輸入/輸出接口電路用來連接PLC主機與外部設(shè)備。為了提高抗干擾能力，一般的輸入/輸出接口都應(yīng)有光電隔離裝置。輸入端口總共有26個，輸出端口有13個。 2.2.2 確定運行方式 該系統(tǒng)的運行方式本因是自動的，但限于條件和水平，所以采用半自動的方法來控制整個動作過程的。并且是有一臺裝有WINDOWS 2000 的計算機來控制程序的輸入和輸出的。 2.2.3 外圍電路設(shè)計 外圍電路的設(shè)計首先根據(jù)確定的各個元氣件的位置來定位的，然后按節(jié)省原則用最短的線接出最美觀的電路。這樣的設(shè)計理念是未來工業(yè)發(fā)展的必然，也是為環(huán)保、為節(jié)省國家資源作出了貢獻。 2.2.4 I/O分配 輸入/輸出的分配是按照一個動作過程有啟動/停止兩個按鈕來分別控制它的啟動和停止，并且按鈕要再燈泡的正下方。 2.2.5 確定存儲器容量 存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。PLC的存儲器包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。所謂系統(tǒng)程序，是指控制和完成PLC的制造廠家用微機的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到只讀存儲器（ROM）中；所謂用戶程序，就是使用者根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序。用戶程序由使用者通過編程器輸入到PLC的只讀存儲器（RAM）中，允許修改，由用戶啟動運行。JH-120 PLC存儲器只能一個程序，最多是一千行程序。 2.2.6 選擇外部設(shè)備 PLC生產(chǎn)廠家為用戶提供的外部設(shè)備主要如下。 基本構(gòu)成如圖所示: 2.2.6.1 打印機 打印機在用戶程序編制階段用來打印帶注釋的梯形圖程序或指令語句表程序，這些程序?qū)τ脩舻木S修及系統(tǒng)的改造是非常有價值的。在系統(tǒng)的實時運行過程中，打印機用來提供運行過程中報警的時間和類型等。這對于分析事故原因和系統(tǒng)改進是非常重要的。 2.2.6.2 外存儲器 PLC 的CPU 模塊內(nèi)的半導(dǎo)體存儲器稱為內(nèi)存，可用來存放系統(tǒng)程序和用戶程序。有時將用戶程序存儲在磁盤驅(qū)動器上的磁盤中，作為備份或改變生產(chǎn)工藝流程時調(diào)用。 2.2.6.3 EPROM寫入器 EPROM寫入器用于將用戶程序?qū)懭氲紼PROM中去，它提供了一個非易失性的用戶程序的保存方法。同一PLC系統(tǒng)的各種不同場合的用戶程序可以分別寫入到幾片EPROM中，在改變系統(tǒng)的工作方式時，只需要更換EPROM芯片即可。 2.2.7 選擇I/O模塊 I/O模塊是隨機附帶的，它有擴展功能。 2.2.7.1 I/O擴展接口 用于擴展輸入、輸出點數(shù)，當(dāng)用戶的PLC控制系統(tǒng)所需的輸入、輸出點數(shù)超過主機的輸入、輸出點數(shù)時，就要通過I/O擴展接口將主機與I/O擴展單元連接起來。 2.2.7.2 智能I/O接口 它是帶有獨立的微處理器和控制軟件的特殊I/O接口,可以獨立地工作。在眾多的智能Ｉ／Ｏ接口中，常見的有滿足位置控制需要的位置閉環(huán)控制接口模塊；有快速ＰＩＤ調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制接口模塊；有滿足計數(shù)頻率高達100Hz的高速計數(shù)器接口模塊等。 2.2.7.3 通訊接口 通訊接口是專用于數(shù)據(jù)通訊的一種智能模塊，主要用于人――機對話或機――機對話。通訊接口有串行接口和并行接口兩種，它們都在專用系統(tǒng)軟件的控制下，遵循國際上多種規(guī)范的通訊協(xié)議來工作。用戶根據(jù)不同的設(shè)備要求選擇相應(yīng)的通訊方式，并配置合適的通訊接口。 2.2.8 控制回路設(shè)計 設(shè)計是在要求實現(xiàn)的各個步驟的前提下，首先產(chǎn)生一個雛形，要考慮整個回路有幾個輸入接口（ＪＨ－１２０Ｈ系列的輸入繼電器定義號如下：４００－４１３、５００－５１３）、輸出接口（ＪＨ－１２０Ｈ系列的輸出繼電器定義號如下：４３０－４３７、５３０－５３７），然后再確定它們的公共點有幾個、外部電源要怎么接等等。然后不斷的實驗，不斷的完善成熟，而產(chǎn)生的控制回路（即彩瓦成型機的ＰＬＣ接線圖）。 2.3 PLC的選擇 JH120系列和JH120H系列可編程序控制器是適用于小型工業(yè)過程自動控制理想的控制裝置。JH120系列PLC的主要特點是以8入4出構(gòu)成單元模塊，可嵌接出最大為108點（72入36出）的PLC，適用于交流127V/1A、直流30V/2A以下輸出狀態(tài)的控制場合。JH120H系列PLC的主要特點是由標準的12路輸入模塊及標準的8路輸出模塊構(gòu)成，可嵌接出最大為120點（72入48出）的PLC，適用于交流240V/5A、直流24V/5A以下輸出狀態(tài)的控制場合。 JH120系列輸入端接線示意圖 JH120H系列輸入端接線示意圖 CPU模塊功能圖 由控制規(guī)模，控制內(nèi)容和控制系統(tǒng)可靠性要求等因素，決定控制系統(tǒng)組態(tài)類型。 一般技術(shù)指標 電源電壓 AC115/230V+10%-15%，50Hz/60Hz 電壓波動范圍 AC95V-255V 電源可瞬間失效80ms 濕度 （40-90）%RH，無凝露 溫度 -5℃～+55℃ 環(huán)境 無腐蝕性氣體、無導(dǎo)電粉塵和微粒 耐壓 AC1500V，1分鐘（電源-外部端子） 絕緣阻抗 ＞200MΩ 耐振動 16.7Hz,復(fù)振幅3mm,3方向各30分鐘 耐沖擊 GB9813標準，10G 耐噪聲 GB/T13926，1KV，1μs脈沖 安全規(guī)范 FCCA級 功能技術(shù)指標 控制方式 存儲程序，循環(huán)掃描 編程語言 梯形圖，語句表 程序容量 1000步 程序存儲器 CMOS-RAM，鋰電池失電保護，EEPROM I/O點數(shù) 12-120 運算速度 12ms/1000步(平均) 定時器 32點：0.1-999s,24點；0.01-99.9s, 8點 計數(shù)器 30點：1-999，減計數(shù) 輔助繼電器 192點（其中64點斷電保持） 狀態(tài)寄存器 40點（斷電保持） 特殊繼電器 16點 高速計數(shù)器 1點：1-999999，加減計數(shù)，fmax＜2KHz 自診斷 程序檢查（語法檢查、電路檢查） 警戒監(jiān)視（電源電壓、鋰電池電壓） 指令 基本指令20條，步進指令2條，功能指令96條 輸入技術(shù)指標 輸入方式 無源觸點，光電耦合方式 輸入電壓 機內(nèi)電源DC 24V 工作 斷→通 最小DC 4mA 電流 通→斷 最大DC 1.5mA 響應(yīng)時間 斷→通、通→斷：約10ms 動作指示 輸入接通時，LED燈亮 400—407響應(yīng)時間 0—60ms軟件設(shè)定 輸出技術(shù)指標 輸出方式 繼電器輸出，無漏電流 單點電流 5A/點（電阻負載H型） 外負載電源 ＜AC 250V/DC 30V 響應(yīng)時間 斷→通，通→斷：約10ms 動作指示 繼電器通電時，LED燈亮 注：晶體管或可控硅輸出型訂貨時說明 特殊單元技術(shù)指標 A/D轉(zhuǎn)換單元 0—5V輸入，4路，8位分辨率 D/A輸出單元 0—5V輸出，2路，8位分辨率 撥盤輸入單元Ⅰ 12路雙位BCD撥盤（共24只BCD撥盤） 撥盤輸入單元Ⅱ 32路雙位BCD撥盤（共64只BCD撥盤） 測溫單元 4路熱電阻ST—100，8位分辨率 整個彩瓦成型機PLC系統(tǒng)有JH-120 PLC一臺，燈泡13只、按鈕開關(guān)26只、電線若干和一塊塑膠板。根據(jù)彩瓦成型機的工作原理及生產(chǎn)流程要求,采用嘉華ＪＨ１２０?。校蹋谩∠盗凶鳛榭刂坪诵?其本身有２８個輸入點和１６個輸出點,由于該設(shè)備通過置換不同模具可生產(chǎn)出彩瓦混凝土制品,故一些計數(shù)、時間等過程參數(shù)隨不同制品的生產(chǎn)而需要變更,因此需擴展一臺ＷＩＮＤＯＷＳ２０００系統(tǒng)。它直接與ＰＬＣ的ＰＰＩ口連接,可顯示來自ＣＰＵ的信息,并能修改和設(shè)定控制程序中的過程參數(shù)值,以實現(xiàn)人機對話功能。同時系統(tǒng)還設(shè)置一個控制操作臺,其上的控制按鈕開關(guān)用來對燈泡的熄亮進行手動/自動現(xiàn)場控制。具體由ＰＬＣ對這些輸入信號進行響應(yīng)處理,然后輸出相應(yīng)控制信號,控制這些燈泡的運行,并通過信號指示燈顯示狀態(tài)。 2.4彩瓦成型機PLC系統(tǒng)的可靠性設(shè)計 2.4.1控制方式 本實驗儀器本來應(yīng)該有１６個按鈕開關(guān)和８個限位開關(guān)，以及２個壓力開關(guān)構(gòu)成，但限于水平和現(xiàn)有條件，所以采用了２６個按鈕開關(guān)來實現(xiàn)大部分過程。本模擬實驗品是有一臺PLC控制的，首先必須輸入程序（在WINDOWS 2000系統(tǒng)的計算機下輸入），有軟件的界面來選擇運行的方式，一般都是輸入最大量。 由于ＰＬＣ是直接用于工業(yè)控制的，必須在惡劣的環(huán)境下可靠的工作，故而應(yīng)考慮溫度、濕度、震動和沖擊、電源、環(huán)境諸方面因素。 針對工作環(huán)境對ＰＬＣ系統(tǒng)的各種影響,可以采取以下相應(yīng)措施以保證系統(tǒng)的可靠性。 2.4.1.1 屏體選用屏蔽性能良好的結(jié)構(gòu),以保證外部電磁干擾不在屏內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。開入端選用光電隔離端子。 2.4.1.2 外部開入信號的電壓等級為ＤＣ220Ｖ,增強抗干擾性能;內(nèi)部因為沒有什么強電磁干擾,開入信號電壓仍選ＤＣ24Ｖ工作。光電隔離端子輸入側(cè)和輸出側(cè)的絕緣電阻很高,一般為1012～1013Ω,而分布電容值很小,一般僅為0.5～1ｐＦ,從而輸入側(cè)的干擾很難通過;光電隔離端子中信息的傳送介質(zhì)為光,而信息的轉(zhuǎn)換與傳送過程是在不透明的密閉環(huán)境中進行的,從而不受通常的電磁信號和外界光的干擾。光電隔離端子不僅增加抗干擾性能,還能避免由開入端來的強干擾損壞屏內(nèi)元器件。 2.4.1.3 開出選用開關(guān)量輸出端子。為避免開出端的干擾對ＰＬＣ造成沖擊,甚至對ＰＬＣ系統(tǒng)造成損壞,應(yīng)使用出口繼電器,并選用開出量專用端子。ＰＬＣ輸出模塊內(nèi)的小型繼電器的觸點很小,斷弧能力很差,用外部繼電器的觸點驅(qū)動ＤＣ220Ｖ的負載。ＰＬＣ系統(tǒng)只通過出口繼電器的空接點對電站控制回路進行操作。對于屏內(nèi)的信號燈、光字牌等工作電壓為ＤＣ24Ｖ的負載可以用ＰＬＣ輸出模塊內(nèi)的小型繼電器直接驅(qū)動。 2.4.1.4 對于通訊部分,為提高其抗干擾性能,選用適合強干擾的工業(yè)環(huán)境的現(xiàn)場總線方式,通信介質(zhì)選用屏蔽電纜。在實際應(yīng)用中我們選用ＣＡＮ總線方式。ＣＡＮ采用短幀結(jié)構(gòu)傳輸,每幀有效字節(jié)為8個,傳輸時間短,受干擾的概率低。而且每幀信息都有ＣＲＣ校驗和其他檢錯措施,保證數(shù)據(jù)出錯率極低。當(dāng)節(jié)點嚴重錯誤時,具有自動關(guān)閉功能,使總線上其他節(jié)點不受影響。ＣＡＮ總線是最適合水電站等強干擾工業(yè)環(huán)境。實際運行證明ＣＡＮ是水電站ＰＬＣ通信的上佳選擇。 2.4.2 環(huán)境技術(shù)條件設(shè)計 該系統(tǒng)在比較惡劣的生產(chǎn)條件下工作，主要是用水泥壓制成瓦型，而且在各種溫度、濕度的變化范圍比較大，所以必須具有良好的抗?jié)裥?，防止漏電，防止ＰＬＣ在高溫下被破壞，所以要有良好的防水性、抗高溫的能力? PLC不能安裝在過分惡劣的環(huán)境中，如過分潮濕、灰塵過多、高溫、有腐蝕性氣體、有振動或機械沖擊的環(huán)境，PLC不能安裝在高壓電源線或其他類似的電氣設(shè)備附近，環(huán)境溫度應(yīng)在-5℃-+55℃之間。不要將機器安裝在地板上、天花板上或墻壁上。為了有良好的散熱環(huán)境，PLC周圍應(yīng)留有50mm的空間。 2.4.3 冗余條件 為保證可靠性，除選用可靠性高的ＰＬＣ外，冗余條件設(shè)計是保證可靠性的有效措施。 2.4.3.1 必須遠離工作現(xiàn)場。至少不靠近工作臺 2.4.3.2 最好放在振動比較小或沒有震動的地方，防止接線頭的松開或脫落 2.4.3.3 ＰＬＣ放置的地方通風(fēng)效果要比較好，防止ＰＬＣ溫度過高，而燒壞產(chǎn)生不必要的損失 2.4.4 供電系統(tǒng)設(shè)計 供電系統(tǒng)的設(shè)計直接影響控制系統(tǒng)的可靠性，因此供電時應(yīng)考慮：輸入電源電壓應(yīng)在允許范圍內(nèi)變化，根據(jù)現(xiàn)有條件選擇２４Ｖ的電壓，是經(jīng)過變壓器把２２０Ｖ的交流電轉(zhuǎn)換而來，當(dāng) 交流電斷電時，應(yīng)考慮不破壞控制器程序和數(shù)據(jù)；在控制系統(tǒng)不允許斷電的場合，要考慮供電電源的冗余，當(dāng)外部設(shè)備電源斷開時，應(yīng)不影響控制器的供電，要考慮抗干擾的措施。 2.4.4.1 PLC控制系統(tǒng)電源的安裝要求電源是干擾進入PLC的主要途徑之一#在干擾較強或可靠性要求很高的場合，可以加接帶屏蔽層的隔離變壓器，還可以串接LC濾波電路。同時，在安裝時還要注意以下問題： （1） 動力部分、控制部分、PLC、I/O電源應(yīng)分別配線。隔離變壓器與PLC和與I/O電源之間應(yīng)采用雙絞線連接。 （2） 系統(tǒng)的動力線應(yīng)足夠粗，以降低大容量設(shè)備啟動時的線路壓降。 （3） 外部輸入電路用的外接直流電源最好是穩(wěn)壓電源。那種僅將交流電壓整流濾波的電源含有較強的紋波，可能使PLC接收錯誤信息。 2.4.5 PLC控制系統(tǒng)的布線要求 2.4.5.1 I/O線與控制線應(yīng)分開走線，并保持一定距離。如不得已要在同一線槽中布線，最好使用屏蔽電纜。 2.4.5.2 交流線與直流線、輸入線與輸出線最好分開走線。開關(guān)量、模擬量I/O線最好分開，模擬量I/O線最好用屏蔽線。 2.4.5.3 傳送模擬信號的屏蔽線的屏蔽層應(yīng)一端接地。為了泄放高頻干擾，數(shù)字信號線的屏蔽層應(yīng)并聯(lián)電位均衡線，其電阻應(yīng)小于屏蔽層電阻的1/10，并將屏蔽層兩端接地。如果無法設(shè)置電位均衡線，或只考慮抑制低頻干擾$也可一端接地。 2.4.5.4 PLC的基本單元與擴展單元之間的電纜傳送的信號低、頻率高、很容易受到干擾，不能與別的線敷設(shè)在同一管道內(nèi)。 2.4.6 輸入、輸出配線時應(yīng)注意的問題 2.4.6.1 輸入端或輸出端接有感應(yīng)元件時，應(yīng)在它們兩端并聯(lián)續(xù)流二極管（對于直流電路）或阻容電路（對于交流電路），以抑制電路斷開時產(chǎn)生的電弧對PLC的影響。電阻可以取50~120歐姆，電容取0.1~0.47uF,電容的額定電壓應(yīng)大于電源峰值電壓.續(xù)流二極管可以選1A的管子,其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的3倍。 2.4.6.2 如果輸入信號由晶體管提供,其截止電阻應(yīng)大于10千歐，導(dǎo)通電阻應(yīng)小于800歐姆。 2.4.6.3 當(dāng)接近開關(guān)、光電開關(guān)這一類兩線式傳感器的漏電流較大時，可能出現(xiàn)錯誤的輸入信號?？梢栽谳斎攵瞬⒙?lián)旁路電阻，以減少輸入電路漏電流。 3．彩瓦成型機PLC設(shè)計的測試、調(diào)試 當(dāng)對某一復(fù)雜的ＰＬＣ控制系統(tǒng)進行編程時,由于有很多的自鎖和互鎖關(guān)系在里面,因此檢查的難度也要大得多。基本邏輯法比順序控制法需要花費更多的時間、編寫更多的指令,加上系統(tǒng)中的互鎖關(guān)系很難理清,因此后者常常被說成最佳的編程方法。 (1)順序控制法,。先畫出控制系統(tǒng)時序圖與狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,再畫步進梯形圖,然后編寫指令程序。 (2)基本邏輯法,先畫出繼電接觸控制電氣原理圖,再畫“梯形圖”,然后編寫指令程序。 但是,如果被控制對象是一個比較簡單的ＰＬＣ控制系統(tǒng)的話,情況卻正好相反,即用順序控制法編程比基本邏輯法花費更多的時間、編寫更多的指令,其原因是順序控制法的程序中,一條簡單的ＳＴＬ/ＲＥＴ步進指令常常需要6條以上的指令,而這條步進指令的多次使用必然造成指令數(shù)量急增。另外,由于使用了Ｓ指令,因某些特殊原因,要求在操作過程中的任意時刻必須將控制系統(tǒng)斷開的話,由于狀態(tài)繼電器“Ｓ ”具有斷電保護功能,則必須使用功能指令。但有時需要從初始狀態(tài)開始執(zhí)行動作,這時就需要復(fù)位所有的狀態(tài), ,所以反而沒有基本邏輯法方便。采用邏輯設(shè)計法設(shè)計程序一般分四步: 第一步: 決定執(zhí)行元件與檢測元件,分配Ｉ/Ｏ點,并作出執(zhí)行元件節(jié)拍表及檢測元件狀態(tài)表。 第二步: 確定必要的中間線圈的開關(guān)邊界線,并據(jù)此設(shè)置中間線圈。 第三步: 列寫中間線圈及執(zhí)行元件邏輯函數(shù)式,并畫出梯形圖。 第四步: 進一步檢查和修改梯形圖,使其符合ＰＬＣ的特殊規(guī)定和要求。 當(dāng)整個彩瓦成型機的模擬電路都組裝好以后，就必須測試和調(diào)試整個模擬電路的可行性，調(diào)試首先要編寫整個電路的PLC程序（見程序清單），調(diào)試和測試主要分以下幾步： （1） 檢查整個電路是否有短路或斷路； （2） 檢查電路是否有漏電，要注意安全； （3） 把寫好的程序用計算機編入PLC控制器中； （4） 運行程序（如果錯誤指示燈閃的話，那么程序就有錯誤，應(yīng)該檢查程序中的錯誤，并改正錯誤）； （5） 程序沒有錯誤并不表示每一步都能實現(xiàn)，所以要進一步調(diào)試； 程序的調(diào)試是一個很重要的過程，直接影響整個彩瓦成型機工作效率，在彩瓦成型機的生產(chǎn)中如果寫入的是錯誤的程序，直接投入生產(chǎn)的話就會產(chǎn)生不可估量的損失，嚴重的時候有可能會把機器損壞。那樣的后果就更加不堪設(shè)想。 ＰＬＣ作為一種方便、功能強大的工業(yè)控制設(shè)備已經(jīng)廣泛運用于工業(yè)監(jiān)控的許多領(lǐng)域,ＰＬＣ的程序設(shè)計是實現(xiàn)其控制功能的靈魂 在工業(yè)化進程日益加速的今天,有理由也有辦法尋求一種安全可靠并且簡便的工業(yè)化的程序設(shè)計方法,以推進ＰＬＣ技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)方面的運用,提高工業(yè)監(jiān)控整體的自動化水平 ＰＬＣ的程序設(shè)計同其他設(shè)計一樣,整個過程可以分為需求分析、功能設(shè)置、程序?qū)崿F(xiàn)、調(diào)試運行和系統(tǒng)維護及功能擴展這些階段 所不同的是ＰＬＣ通用的程序設(shè)計語言是梯形圖,并且偏重于邏輯設(shè)計 現(xiàn)在的ＰＬＣ程序設(shè)計中由于每個人設(shè)計的習(xí)慣不同,個人特色的印記很濃,使得程序的可讀性差,這為以后的系統(tǒng)維護和功能擴展帶來很大麻煩 所以,我們可以借鑒已經(jīng)成功應(yīng)用于其他程序設(shè)計語言的面向?qū)ο蟮姆椒?使ＰＬＣ的程序設(shè)計在提高質(zhì)量的同時,能夠向工業(yè)化的設(shè)計方法靠擾,為大型ＰＬＣ程序集體開發(fā)的可靠性提供保障彩瓦成型機程控系統(tǒng)采用JH-120H。 結(jié) 論 經(jīng)過兩個多月的畢業(yè)設(shè)計，可謂是有得也有失，主要成果是一臺用燈泡代替整個動作過程的ＰＬＣ工作線路板，但由于是國產(chǎn)軟件，有的功能并不齊全，所以要用子程序來代替這個功能，這樣一來整個程序顯得很冗長。 雖然如此，卻讓我領(lǐng)悟到其中的許多小訣竅，在以后的工作中是很有用處的，例如：ＪＨ－１２０系列的ＰＬＣ就沒有時鐘脈沖器，就需要自己編一段小程序來實現(xiàn)它，而且編出的程序的脈沖時間可以隨意的調(diào)節(jié)；又如：時間繼電器允許的時間可以是小數(shù)的，但是如果不仔細的發(fā)現(xiàn)的話，紅綠燈的實驗就很難實現(xiàn)。畢業(yè)設(shè)計是為以后的工作打基礎(chǔ)的，所以一直以來都很重視它。在這次畢業(yè)設(shè)計中我學(xué)到了很多東西。 這次畢業(yè)設(shè)計最大的體會是學(xué)到了以前書本上沒有學(xué)到的知識，才深刻體會到書不能讀死這句話的深刻含義，有很多事情要經(jīng)過自己動手之后才會發(fā)現(xiàn)原來就這么簡單的原理那么難，而那么難的原理竟然那么簡單。有的數(shù)據(jù)是要在實驗過程中反復(fù)論證的，不是隨隨便便就能得出結(jié)論的，這個缺點正是現(xiàn)代年輕人容易犯的錯誤，理論和實踐是有差距的，所以說“一分耕耘，一分收獲”。 彩瓦成型機是目前應(yīng)用于建筑行業(yè)比較多的一種機器。 彩瓦特別適用于現(xiàn)代建筑行業(yè)，本設(shè)計是一臺全自動（由ＰＬＣ控制）的機器，它是用ＰL C控制以前的電氣控制，其優(yōu)點有： （1） 編程簡單，可以方便的在現(xiàn)場修改程序。 （2） 維護方便，可采用插件式結(jié)構(gòu)。 （3） 可靠性高于繼電器控制柜，體積小于繼電器控制柜。 （4） 成本低于繼電器控制柜。 （5） 可以用低壓電源，能直接驅(qū)動電磁閥，交流接觸器等。 （6） 可用語計算機聯(lián)網(wǎng)。 （7） 通用性強，擴展方便。 　　彩瓦成型機的特色是：本設(shè)計是一臺ＰＬＣ控制一臺機器運行。簡單易行，節(jié)約成本。突破了以往的電氣控制柜，節(jié)約了空間，并且可以隨時改變程序，并且采用了國產(chǎn)的軟件。 該設(shè)計是用燈泡的亮或不亮來展示整個過程的，可以說是通俗易懂，比較直觀的一種展示方法。并且能夠完成各個所需的過程，可以說這樣是成功的，根據(jù)其需要，有的步驟的工作時間是可以隨時改變的，很方便機器的維護和提高機器的生產(chǎn)效率。但現(xiàn)在的問題是以燈泡代替整個過程，有的并不能真的動作，所以有８個縣委開關(guān)，用的是按鈕開關(guān)，所以有的步驟只能靠手動來完成，自動化的程度大大的降低了，這是該設(shè)計的一個遺憾。 總的來說，整個設(shè)計是在現(xiàn)有條件下，最大的發(fā)揮出了它的優(yōu)勢，但以后的的發(fā)展是誰也不能預(yù)料的，科學(xué)的發(fā)展也是飛快的，而整個過程的時間安排有很大的缺陷，所以以后的方向是怎樣確定好時間，才能提高整個機器的的效率。 參 考 文 獻 1． 弭洪疇、孫德輝，可編程控制器（PLC）原理及應(yīng)用，中國水利水電出版社，1999.1 2． 李舫、李裕華、孫明，自裝可編程控制器（PLC），西安交通大學(xué)出版社，2000.4 3． 汪曉光，可編程控制器原理及應(yīng)用（上冊），機械工業(yè)出版社，1994.11 4． 汪曉光，可編程控制器原理及應(yīng)用（下冊），機械工業(yè)出版社，1994.11 5． 徐惠民，單片微機 原理 接口 應(yīng)用，北京郵電出版社 6． 楊素行，微型計算機系統(tǒng)原理及應(yīng)用，清華大學(xué)出版社 7． 陸鑫盛，氣動自動化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社 8． 俞光明，計算機控制技術(shù)，電子工業(yè)出版社 9． 許杏根，簡明機械設(shè)計手冊，機械工業(yè)出版社 10． 成大先，機械設(shè)計圖冊，化學(xué)工業(yè)出版社 11． 王兆義，小型可編程控制器實用技術(shù)，機械工業(yè)出版社，1997.8 附件清單 1．彩瓦成型機的PLC設(shè)計電氣圖 B9912022-1 A1 一張 2．彩瓦成型機的PLC設(shè)計梯形圖 B9912022-2 A3 一張 3．彩瓦成型機的PLC設(shè)計時序圖 B9912022-3 A3 一張 4．彩瓦成型機的PLC設(shè)計接線圖 B9912022-4 A2 一張 5．彩瓦成型機的PLC設(shè)計流程圖 B9912022-5 A2 一張 6. 彩瓦成型機模擬電路布局圖 B9912022-6 A2 一張 7. 彩瓦成型機簡圖 B9912022-7 A3 一張 8. 供料裝置簡圖 B9912022-8 A4 一張 9. 彩瓦成型機模擬電路板 10.設(shè)計任務(wù)書 一份 11.程序清單 一份 21