易 銘

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東佛山 528137）

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中大量的產(chǎn)品需要進(jìn)行包裝與裝箱，僅僅依靠人工來(lái)完成這些復(fù)雜的工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，不能適應(yīng)現(xiàn)代化快速生產(chǎn)的需要，于是包裝生產(chǎn)線應(yīng)運(yùn)而生。本文完成包裝生產(chǎn)線自動(dòng)計(jì)數(shù)裝箱控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)功能

包裝生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩條傳送帶，如圖1所示

傳送紙箱由傳送帶1完成，運(yùn)走已裝夠產(chǎn)品數(shù)量的箱子，并傳送來(lái)一只空紙箱，為了檢測(cè)空紙箱是否準(zhǔn)確到位，在傳送帶1上安裝一個(gè)光電檢測(cè)器1，光電檢測(cè)器1的位置正對(duì)著傳送帶2末端中間位置。傳送帶2傳送產(chǎn)品，將產(chǎn)品從生產(chǎn)車間運(yùn)來(lái)并傳送到紙箱內(nèi)。傳送路徑為當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)傳送帶2的末端時(shí)，產(chǎn)品會(huì)自動(dòng)落入紙箱內(nèi)，由光電檢測(cè)器2檢測(cè)到信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)。設(shè)計(jì)具體要求如下所述。

圖1 生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱系統(tǒng)示意

（1）按下控制裝置啟動(dòng)按鈕SB1后，傳送帶1先啟動(dòng)運(yùn)行，輸送空紙箱向前移動(dòng)，達(dá)到指定位置后，傳感器S1發(fā)出信號(hào)，使傳送帶1制動(dòng)停止，制動(dòng)時(shí)間2 s。

（2）傳送帶1停車后，傳送帶2啟動(dòng)運(yùn)行，產(chǎn)品逐一落入箱內(nèi)，由傳感器S2檢測(cè)產(chǎn)品數(shù)量，當(dāng)累計(jì)產(chǎn)品數(shù)量達(dá)到12個(gè)時(shí)，傳送帶2延時(shí)1 s停車，傳送帶1啟動(dòng)運(yùn)行。

（3）上述過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，直到按下停止按鈕SB3，傳送帶1和傳送帶2同時(shí)停止。

（4）重新啟動(dòng)后，能接著計(jì)數(shù)裝箱。

（5）故障清除后，必須復(fù)位，才能重啟，并重新計(jì)數(shù)裝箱。

（6）傳送帶1和傳送帶2應(yīng)有獨(dú)立點(diǎn)動(dòng)控制，便于維修和調(diào)試。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在深入了解被控對(duì)象的工藝過(guò)程的基礎(chǔ)上，分析控制要求，同時(shí)考慮到今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，選用FX3U-48MT作為控制器來(lái)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)［1］。

2.1 控制對(duì)象分析

2.1.1 輸入信號(hào)

輸入信號(hào)共9個(gè)，包括主令信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)。

（1）主令信號(hào)。主令信號(hào)有點(diǎn)動(dòng)1、點(diǎn)動(dòng)2、啟動(dòng)、停止、測(cè)試/復(fù)位、急停和工作方式選擇7個(gè)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)2個(gè)。

考慮PLC點(diǎn)數(shù)限制，本任務(wù)不引入3個(gè)接觸器的反饋信號(hào)，熱繼電器FR1和FR2的觸點(diǎn)也不進(jìn)PLC控制系統(tǒng)。

2.1.2 輸出信號(hào)

輸出信號(hào)共9個(gè)，包括指示類信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接觸器。

（1）指示類信號(hào)。指示類信號(hào)有1#傳送帶運(yùn)行指示HL1、2#傳送帶運(yùn)行指示HL2、停止/故障指示HL3、測(cè)試按鈕按下指示HL4、手動(dòng)模式指示HL5和自動(dòng)模式指示HL6，共計(jì)6個(gè)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接觸器。現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的接觸器KM1、KM2、KM3，計(jì)3個(gè)，分別用直流中間繼電器KA1、KA2、KA3進(jìn)行隔離驅(qū)動(dòng)。

2.2 I/O地址分配

根據(jù)對(duì)控制對(duì)象的分析，對(duì)輸入輸出元件作出分配，如表1所示。

表1 I/O地址分配表

3 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)表1地址分配情況，設(shè)計(jì)I/O接線，如圖2所示。

圖2 I/O接線圖

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 控制程序流程圖總體設(shè)計(jì)

根據(jù)控制要求與思路，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的程序總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 控制程序流程圖總體結(jié)構(gòu)

4.2 主程序組成

主程序按功能要求可分為以下5部分，其組成如圖4所示。各組成部分的功能如下所述。

（1）公用程序是無(wú)條件執(zhí)行的，主要處理手動(dòng)到自動(dòng)的工作方式切換。

（2）手動(dòng)程序是條件執(zhí)行的，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)X005斷開(kāi)，且系統(tǒng)無(wú)故障時(shí)，可執(zhí)行傳送帶1和傳送帶2的點(diǎn)動(dòng)控制。

（3）自動(dòng)程序是條件執(zhí)行的，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)X005接通，且系統(tǒng)無(wú)故障時(shí)，執(zhí)行生產(chǎn)線周而復(fù)始地自動(dòng)裝箱控制。用主控指令來(lái)判斷條件是否滿足，用步進(jìn)流程來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能［2］。

在兵團(tuán)工會(huì)干部的“親戚”中，有一戶不同尋常的親戚。那就是工會(huì)干部王霞的“親戚”麥合木提·麥合蘇提家。麥合木提·麥合蘇提的姐姐、姐夫相繼去世，留下來(lái)兩個(gè)孩子，姐姐是在生下第二個(gè)孩子時(shí)去世的，當(dāng)時(shí)大孩子三歲，第二年姐夫也相繼去世。目前兩個(gè)孩子由其母親代撫養(yǎng)，其母親身體不好，麥合木提·麥合蘇提每年用他微薄的收入除了照顧自己家庭還要接濟(jì)姐姐的兩個(gè)孩子。

（4）報(bào)警程序是無(wú)條件執(zhí)行的，用于故障報(bào)警處理。

（5）輸出驅(qū)動(dòng)和顯示程序也是無(wú)條件執(zhí)行的。用于實(shí)現(xiàn)最終輸出驅(qū)動(dòng)、工作狀態(tài)的顯示和測(cè)試信號(hào)燈的功能。為了避免雙線圈輸出，在手動(dòng)和自動(dòng)程序中，用中間信號(hào)代替輸出，最終輸出驅(qū)動(dòng)在本程序段完成。

4.3 各程序的設(shè)計(jì)

4.3.1 公用程序段設(shè)計(jì)

公用程序段設(shè)計(jì)如圖5所示。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，X005斷開(kāi)，用ZRST指令將自動(dòng)控制SFC中各狀態(tài)步（S0～S30）復(fù)位。否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后再返回自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況［3］。用MOV指令將輸出Y24～Y27清零。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，也執(zhí)行上述清零操作。清零操作完畢或PLC上電時(shí)，置位SFC的初始步S0。

圖4 主程序組成

圖5 公用程序

4.3.2 手動(dòng)程序段設(shè)計(jì)

當(dāng)手動(dòng)操作條件滿足時(shí)，用SB4點(diǎn)動(dòng)傳送帶1運(yùn)行，用SB5點(diǎn)動(dòng)傳送帶2運(yùn)行。

4.3.3 自動(dòng)程序段設(shè)計(jì)

根據(jù)控制要求，可繪制生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱控制系統(tǒng)的工藝流程如圖6a所示。

根據(jù)圖6a繪制自動(dòng)控制順序功能圖SFC，如圖6b所示。

圖6 工藝流程及自動(dòng)控制順序

自動(dòng)控制程序段如圖7所示。

圖7 自動(dòng)控制程序

圖7 中，帶1自動(dòng)運(yùn)行中間信號(hào)M21、帶2自動(dòng)運(yùn)行中間信號(hào)M22和M23的線圈前增加M0常開(kāi)觸點(diǎn)。其作用是：按下停止按鈕SB3，傳送帶1和傳送帶2能同時(shí)停止；重新啟動(dòng)后，能接著計(jì)數(shù)裝箱。

4.3.4 報(bào)警程序段設(shè)計(jì)

報(bào)警程序如圖8所示。

圖8 報(bào)警程序

由圖8可知，當(dāng)故障信號(hào)（X007）出現(xiàn)時(shí)，在操作面板上用一個(gè)LED（HL4）來(lái)指示。故障信號(hào)出現(xiàn)后，故障輸出LED以1Hz的頻率閃爍。用應(yīng)答輸入（復(fù)位按鈕SB6）來(lái)檢測(cè)故障，如果故障已排除，則LED停止閃爍；如果故障仍然存在，則LED轉(zhuǎn)換為常亮狀態(tài)直到故障被排除。圖8中用M4來(lái)存放報(bào)警信號(hào)，用M5來(lái)存放故障輸出。同樣，急停（X027）拍下時(shí)，也產(chǎn)生故障信號(hào)，急停復(fù)位后，也復(fù)位故障保存。

4.3.5 輸出驅(qū)動(dòng)和顯示程序段設(shè)計(jì)

輸出驅(qū)動(dòng)和顯示程序段如圖9所示。

圖9 輸出驅(qū)動(dòng)和顯示程序

第103步邏輯行是帶1繼電器的輸出驅(qū)動(dòng)，第106步邏輯行是帶2繼電器的輸出驅(qū)動(dòng)。集中輸出驅(qū)動(dòng)，可以有效避免雙線圈輸出。第110步邏輯行是產(chǎn)品計(jì)數(shù)控制。

第115步邏輯行到第132步邏輯行是工作狀態(tài)指示。每個(gè)狀態(tài)指示的輸出均并了一個(gè)測(cè)試/復(fù)位按鈕，用于測(cè)試指示燈是否能正常點(diǎn)亮。

因?yàn)闆](méi)有接運(yùn)行反饋信號(hào)，所以第121步邏輯行的停止顯示用所有驅(qū)動(dòng)中間繼電器的常閉觸點(diǎn)作為停止信號(hào)。

5 小結(jié)

在調(diào)試的過(guò)程中，觀察生產(chǎn)線自動(dòng)裝箱過(guò)程是否滿足要求，裝箱過(guò)程按下停止并重新啟動(dòng)后，看系統(tǒng)能否繼續(xù)工作。模擬產(chǎn)品通過(guò)傳感器S3，用程序監(jiān)控，觀察計(jì)數(shù)是否正確?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中大量的產(chǎn)品需要進(jìn)行計(jì)數(shù)與裝箱，包裝生產(chǎn)線自動(dòng)計(jì)數(shù)裝箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決了依靠人工來(lái)完成這些復(fù)雜的工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低的問(wèn)題，適應(yīng)現(xiàn)代化快速生產(chǎn)的需要。

參考文獻(xiàn)：

［1］王曉瑜.基于PLC.VVVF和HMI的無(wú)級(jí)變行程錨桿鉆機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)改造［J］.機(jī)床與液壓,2016（2）:175-178.

［2］王曉瑜.基于PLC及反饋電路的步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)改造［J］.機(jī)床與液壓,2014（16）:172-173.

［3］張俊,熊家慧,郭愛(ài)云.定量包裝控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.包裝工程,2016（13）:134-139.