电池包装送料装置总体方案及控制系统设计.doc

毕业设计报告纸毕 业 设 计课题名称电池包装送料装置总体方案及控制系统设计院/专 业 机械工程学院/数控设备应用与维护班 级数维1011学 号1001493101学生姓名许峰指导教师：黄杰2013 年 6月 1 日摘 要可编程控制器(PLC )作为控制系统的核心装置，功能强大、性能稳定可靠。在现代工业自动化生产中得到了广泛的应用。取得了理想的控制效果。本论文以高速全自动电池包装机控制系统为背景，理论与实践相结合，详细阐述了集PLC技术，光电位感应技术等先进控制技术在该包装机控制系统中的应用。论文主要内容如下：概述了可编程控制器PLC的现状及其在包装机械上应用的可能性和前景；通过对电池包装机生产工艺流程的了解，统计其输入输出I/O点，然后进行PLC选型，程序的仿真设计；电池的包装是一个典型的顺序控制，因此我们利用步进控制指令实现了包装过程的程序控制；利用三菱公司的编程软件GX Developer软件进行程序的编写和仿真。本设计的主要任务就是完成PLC控制系统的设计和控制电路的设计。关键词：可编程控制器,电池包装机，仿真AbstractProgrammable logic controller ( PLC ) as the core device of the control system, powerful, stable and reliable performance. It is widely used in modern industrial automation production. To obtain the ideal control effect.In this paper, the high-speed automatic battery packaging machine control system as the background, combining theory with practice, elaborated PLC technology, application of photoelectric position sensor technology and advanced control technique in the packing machine control system. The main contents are as follows : an overview of the status of programmable controller PLC and its possibilities and prospects of application in packaging machinery; through the production process of battery packaging machine understanding, statistics of its input and output I/O, and then PLC selection, simulation design program; battery pack is a typical sequential control, therefore we use the step control command to realize the packaging process control program; program using the software programming software GX Developer of the Mitsubishi Co s programming and simulation.Design the design of the main tasks is to complete the design of PLC control system and control circuit.Keywords: programmable controller, battery packaging machine, simulation目 录摘 要1Abstract2第一章 绪论51.1 全自动包装机PLC控制的目的及意义51.2 包装机控制系统的现状与分析51.3 本文的设计任务6第二章 控制方案要求72.1 该系统能够实现的功能72.2 电池包装送料装置的工作过程72.3 控制方案论证与选择82.3.1 PLC与其它控制装置的比较82.3.2 系统方案的确立122.5 本章小结12第三章 电池包装送料装置控制系统的硬件设计133.1 PLC控制系统结构组成133.2 PLC和I/O扩展模块的选型133.3 PLC控制的优点133.4 其他元器件的选择143.4.1固态继电器的选择143.4.2 断路器的选择153.4.3 传感器的选型153.4 PLCI/0的分配153.6 系统电气控制接线图设计173.7 本章小结18第四章 系统软件设计194.1 PLC的程序设计环境194.1.1 PLC公司的编程软件194.1.2 三菱的GX Developer 编程软件简介204.2 系统程序设计204.3 PLC控制系统软件程序的编写224.4 本章小结22第五章 程序的调试与仿真235.1 仿真的步骤235.2 本章小结25结论26致 谢27参考资料28附录29第 4 页 共 47 页第一章 绪论 1.1 全自动包装机PLC控制的目的及意义电池是人们生活中的必须品，随着人们对电器用量的增加，对电池的需求也越来越大，且对电池的安全性，方便性要求也越来越高。为使包装出的物品整齐、美观并具有良好的包装质量，研制高速、高效、高质、经济的新型包装机是市场的迫切需求。目前，该类包装机多半为进口产品，价格昂贵。为此，我选择了PLC在高速电池包装机上的应用。1.2 包装机控制系统的现状与分析包装机械的最大特点是动作复杂、频繁，且有较多的执行元件。在这种场合使用继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器，而这些中间继电器在用PLC控制的情况下，就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代。从物理介质方面来讲，前者是要用具体的电气元件来组合，而后者只是PLC的内部寄存器，在PLC编程容量许可的范围内，可以不花费额外的费用来实现复杂的控制逻辑。一般的PLC都有上百点内部辅助继电器甚至更多，且还有多种专用的内部电器，足可以应付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是对PLC进行编程。事实上PLC用于这种场合是最能显现出其经济性。从上述意义上来讲，PLC最适合于需要大量中间继电器的场合。且PLC与其他工业控制系统比较具有许多优点：（1）更改控制逻辑只需修改软件，无需对硬件作改动；（2）程序可以复制，批量生产很容易；（3）电气硬件设计大大简化；（4）由于PLC除有继电器功能外，尚有多种其它功能，可以实现继电器无法实现的控制功能，实现某种程度上的智能化，并有可能使机构简化；（5）可靠性高；（6）成本相对于继电控制而言稍高，但继电器控制随着所用中间继电器数量的增加，成本急骤上升，而PLC控制几乎保持不变，这一点对于复杂的控制来讲具有无可比拟的优越性；（7）具有扩展单元或扩展模块，当需要较多I/0时可以方便地扩展。因此，国外在注塑机、各种包装机上已经大量地采用了PLC来取代传统的继电器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。我国包装机械目前控制部件大多还沿用继电器方式。如果能用PLC来取代的话，则可以简化机械结构，机械和电气设计都可以得到简化。更重要的是可以使原来无法实现的某些功能得以实现，使机器在某种程度上实现智能化。通过对各种控制系统的分析比较，我们决定采用PLC控制系统。1.3 本文的设计任务（1）对可编程控制系统的现状与发展趋势作一简单的介绍，明确背景知识与选型根据；分析PLC在包装机械上应用的可能性与前景。（2）电池包装机各动作控制工艺的研究。了解电池包装机的工作过程及工艺要求。总结各机构的动作顺序，将其用流程图的形式表示出来，为实现全自动运动控制做准备。（3）可编程控制器部分的设计，包括控制方案的选取与设计、I/0接口信号的确定、模块的选择，包装过程控制程序的设计。（4）控制程序的在线仿真。第 46 页 共 47 页第二章 控制方案要求2.1 该系统能够实现的功能1).能够实现全自动连续工作2).能够实现点动操作3).必须高速运行2.2 电池包装送料装置的工作过程 电池包装送料装置的工作示意图如图2.1所示：图2.1示意图电池由进料装置将两节电池送到推杆1前，电动机1转动控制推杆1向前推进，将电池推到推杆2前。在推杆1向前推进电池的同时胶辊电机转动带动胶辊将放在托架上的包装袋输送到吸盘处，然后电磁阀控制吸盘将膜上层吸起。当膜的上层被吸起后，此时的电池已经进入二号通道，二号通道的电动推杆2将横放的电池推入到由吸盘吸起的包装袋内，到位后上吸盘和切断刀连接的推杆向下运动时带着切刀将包装袋切断，切断后推杆2退回，刀片气缸退回，吸盘停止工作。当推杆2和刀片气缸全部退到位后，第三通道的推杆3将纵向的含在包装袋里的电池推入到四号通道，推杆3推到位后，第四号通道的推杆4将电池推送到传送带。推杆4推到位后，推杆3和推杆4同时退回。推杆3和推杆4全部退到位后，传送带由步进电动机控制，传送带上有等间距的小格，每一小格能容纳两节五号电池，每次工作时格子底部与电池底部在同一水平面，电池经传送带送入高温箱，出来冷却即达到包装效果。电池包装机主要功能是将来自料池的电池以每分钟100个的速率包装成合格的电池。简单的工艺流程如图2.2所示：PLC送料供电切割图2.2包装工艺流程图2.3 控制方案论证与选择 2.3.1 PLC与其它控制装置的比较 可编程控制器与继电器控制的区别 在可编程控制器的编程语言中，梯形图是最为广泛使用的语言。通过可编程控制器的指令系统将梯形图变成可编程控制器能接收的程序。由编程器将程序键入到可编程控制器的用户存储区中去。 可编程控制器的梯形图与继电器控制线路图十分相似，主要原因是可编程控制器梯形图的发明大致上沿用了继电器控制的电路元件符号，仅个别地方有些不同。同时，信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但可编程控制器的控制与继电器的控制还是有不同之处，主要表现在以下几个方面： 1.可靠性高，抗干扰能力强这是PLC用户关心的首要问题。为了满足PLC专在工业环境下应用的要求，PLC采用了如下硬件和软件措施：（1）光电耦合隔离和R-C滤波器，有效的防止了各类电磁干扰信号的进入。（2）采用内部电磁屏蔽，防止辐射干扰。（3）采用优良的开关电源，防止电源线引入的干扰。（4）具有良好的自诊断功能。可以对CPU等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警。（5）程序及有关数据用电池供电进行备份，一旦电源断电或运行停止，有关状态及信息不会丢失。（6）采用了冗余技术进一步增强可编程序控制器的可靠性。对于某些大型的PLC，采用双CPU构成冗余系统，或三CPU构成表决式系统。（7）对采用的器件都进行严格的筛选和老化处理，排除了因器件可靠问题而造成的故障。随着构成PLC的元器件自身性能的提高，PLC整体的可靠性也在相应提高。一般PLC的平均无故障时间可达到几万小时以上。某些PLC的生产厂家甚至宣布，今后生产的可编程序控制器不再标明可靠性这一指标，因为对可编程序控制器这一指标已毫无意义了。经过大量实践，人们发现PLC系统在使用中发生的故障，大多是由于PLC的外部开关、传感器、执行机构引起的，而不是PLC自身的问题产生的。2.通用性强，使用方便现在的PLC产品都已系列化了，PLC配备有各种各样，种类齐全的I/O模块和配套部件用户选用，可以很方便地搭建成可满足不同控制要求的控制系统,用户不再需要自己设计和制作相应的硬件装置。在确定了PLC的硬件配置和I/O外部接线后，用户所做的工作只是程序设计而已。3程序设计简单，易学易懂PLC是一种工业自动化控制装置，其主要的使用对象是广大电气技术人员。PLC生产厂家大都根据这种实际情况，一般不采用微机所用的编程语言，而采用与继电器控制原理图非常相似的梯形图语言，工程技术人员学习和使用这种语言十分方便。4采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O通道等均采用模块化设计，由机架和电缆将各模块连接起来。系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行组合，这样便可满足用户要求的合理的性能价格比。5系统设计周期短由于系统硬件的设计任务仅是依据对象的要求配置适当的模块，如同吃饭从菜单中点菜一样方便，这就大大缩短了整个设计所花费的时间，加快了整个工程设计的进度。6安装简便、调试方便、维护工作量小可编程序控制器一般不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端子相连，系统便可以投入运行，安装接线工作量比继电器控制系统小得多。PLC软件的设计和调试大都可以在实验室里进行，用模拟实验开关代替输入信号，其输出状态可以观察PLC上的相应发光二极管显示，也可以另接输出模拟实验板。模拟调试完成后，再将本身故障率很低，又有完善的自诊断能力和显示功能，一旦发生故障可以根据PLC上发光二极管或编程器提供的信息，迅速查明原因或直接找到发生故障的外围设备。如果是PLC本身故障，则可用更换模块的方法迅速排除故障。这样既提高了维护的工作效率，使故障造成的对工业生产的影响降低到最低程度，也保证了生产的正常进行。PLC是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，具有结构简单、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业方面得到了广泛应用。近年来，随着微处理器芯片及其有关元器件的价格大幅度下降，使得PLC成本也随之下降。与此同时，PLC的性能却在不断完善，功能也在增多增强，应用领域也在逐渐拓宽，使PLC的应用已由早期的开关逻辑到现在工业控制的各个领域。根据PLC的特点，可以将应用形式归纳为如下几种类型：1.开关逻辑控制这是PLC的最基本最广泛的应用领域。PLC具有较强的逻辑运算能力，可以实现各种开关量从简单到复杂的逻辑控制。2.模拟量控制在现代工业生产过程中，除必不可少的开关量和数字量外，还有许多连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、液位等都是模拟量。而PLC所处理的量为数字量，为了能接受模拟量输入和输出模拟量信号，PLC配置有A/D和D/A转换模块，现将现场的温度、压力等模拟量经过A/D模块转换为数字量，送入微处理器进行处理，微处理器处理过的数字量，又经D/A模块转换为模拟量后，去控制被控对象，这样就可实现PLC对模拟量的控制。3.顺序控制在工业控制中，用PLC实现顺序控制，可以用移位寄存器和步进指令编写程序。也可采用IEC规定的用于顺序控制的标准化语言顺序功能图SFC编写程序，使得PLC在实现按照事件或输入状态的顺序，控制相应输出更加容易。4.定时控制PLC具有定时控制的功能，它可以为用户提供几十甚至上百个计时器，其计时的时间可由用户根据控制时间要在编写用户程序时设定，定时时间可以从0.1秒至若干小时，时间长短可任意设定，也可以由操作人员在工业现场通过编程器进行修改或重新设定，实现定时或延时的控制，通过编程既可以实现通电延时功能，也可以实现断电延时的功能。5.计数控制计数控制也是控制系统不可缺少的，PLC也同样为用户提供了几十甚至上有个计数器，实现对某些信号的计数功能。其设定方式如同定时器一样，可实现增计数控制，也可实现减计数控制，若用户需要对频率较高的信号进行跟踪计数，可选用高速计数模块。6闭环过程控制运用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，而且还可以进行闭环控制。现代大中型的PLC及部分小型的PLC配备有专门的PID控制模块，当控制过程中某一个变量出现偏差时，PLC就按照PID算法计算出正确的输出去控制被控制量，把被控制量保持在整定值上。PLC的PID控制已广泛地应用在洗煤、酿酒、反应堆、锅炉以及位置和速度等控制中。7数据处理现代PLC都具有数据处理的能力。它不仅能进行算术运算、数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示和打印以及数据通信等.对于大中型PLC还可进行浮点运算、函数运算等。8通信和联网PLC的控制已从早期的单机控制发展到了多机控制，实现了工业自动化。现代的PLC一般都具有通信功能，应用远程I/O模块，可实现远程控制，应用通信模块，可实现PLC与PLC、PLC与计算机之间的通信。也可以构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统。因此，PLC是实现工业生产自动化的理想工业控制装置。本系统选用日本三菱公司生产的FX2N-32MT PLC，属于整体式PLC。整体式PLC提供多种不同的I/O点数的基本单元和扩展单元供用户选用，基本有CPU模块，I/O模块和电源，扩展单元内有I/O模块和电源。一般配有许多专用的特殊功能单元，如模拟量I/O单元、位置控制单元、和通信单元等使PLC的功能得到扩展。 主要的控制功能有如下几项：主令操作控制和保护监视控制。FX2N系列是FX系列PLC家族中最普通的系列，其功能最强、速度最快、成本较低。由于FX2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。为大量实际应用而开发的特殊功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要模拟I/O。定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。对每一个FX2N主单元可配置总计达8个特殊功能模块。网络和数据通信连接到世界上最流行的开放式网络 CC-Link，Profibus Dp和DeviceNet或者采用传感器层次的网络解决您的通信需要。其它功能内置式24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。快速断开端子块因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。时钟功能和小时表功能在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。输入滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。注解记录功能元件注解可以记录在程序寄存器中。在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。RUN/STOP 开关面板上运行/停止开关易于操作。远程维护远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据密码保护使用一个八位数字密码保护您的程序。2.3.2 系统方案的确立在此综合各种方面因素选择PLC作为电池包装送料装置控制系统的核心,如2.3.1小节所分析的,PLC具有其他任何一种控制器所不具备的优点,更符合设计要求。2.5 本章小结 本章主要介绍了电池包装送料装置控制系统的功能要求、控制器的选择和控制方案的论证选择。第三章 电池包装送料装置控制系统的硬件设计3.1 PLC控制系统结构组成本设计的电池包装送料装置控制系统硬件主要由PLC、普通电机、步进电机、传感器、数字量开关、输入扩展模块，电源模块，固态继电器等组成。3.2 PLC和I/O扩展模块的选型 选择能满足本电池包装送料装置控制要求的适当型号的PLC是应用设计中至关重要的一步，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要作用。PLC的选择包括机型，容量，I/O模块的选择等几个方面。 本系统选取的是三菱公司生产的小型整体式可编程控制器FX2N-32MT-001系列，输入端子选择16点, 输出端子选择16点，输出点满足控制要求，输入无法满足，因此还需要外加一个外部输入模块FX-16EX，它的性能价格比很高，在小规模控制中获得广泛应用。三菱FX2N-32MT-001的CPU单元规格是:输入16点,输出16点,输入、输出为晶体管型形式,电源AC220V。FX2N-32MT-001PLC的价格为：2000元，FX2N-16EX价格为：400元。3.3 PLC控制的优点 高可靠性；（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。 丰富的I/O接口模块；PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 采用模块化结构；为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化PLC，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。编程简单易学；PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。安装简单，维修方便；工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。3.4 其他元器件的选择3.4.1固态继电器的选择固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件，因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置无限制，具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳，输入功率小，灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好，噪声低和工作频率高等特点。固态继电器专用的固态继电器可以具有短路保护，过载保护和过热保护功能，与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块，直接用于控制系统中。固态继电器目前已广泛应用于计算机外围接口设备、恒温系统、调温、电炉加温控制、电机控制、数控机械，遥控系统、工业自动化装置；信号灯、调光、闪烁器、照明舞台灯光控制系统；仪器仪表、医疗器械、复印机、自动洗衣机；自动消防，保安系统，以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关等等，另外在化工、煤矿等需防爆、防潮、防腐蚀场合中都有大量使用。通常异步电动机起动电流为额定值的57倍，直流电机起动电流还要大。不但如此，感性负载还具有较高的反电势。这是一个不定值，随L和di/dt的不同而不同。通常为电源电压的12倍，这样和电源电压叠加。有高达三倍的电源电压。这里采用都是直流微型电机，每个电机的功率只有几百瓦。这里我们选用欧姆龙固态继电器：G3R-202SLN，输入电压24VDC，输出5-48VDC，电流10A ，价格80元每个。3.4.2 断路器的选择断路器是为了保证系统短路引发的危险，通常短路器为系统总电流的1.2-1.5倍。3.4.3 传感器的选型传感器是推杆的位置检测元件，将位移转换为电脉冲，用于在线测量活塞位移，以便送到控制器中进行处理。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类。物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 我们此次的选择的主要是物理传感器中的开关传感器当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号，用于判断位置信号的有无。根据以上我们选择光电开关来作为传感器。型号为：TL-Q5MCI-Z，数量为10个，价格为36元每个。3.4 PLCI/0的分配分配输入/输出点信号、输出点与输出控制是一一对应的。分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。FX2N型PLC的输入/输出通道号采用自由配置、固定通道方式。输入输出继电器可自由选择，与输入点对应的即为输入继电器，与输出点对应的即为输出继电器。包装生产线控制系统输入输出接口如表3.1所示。表3.1 I/O接口分配输入输出启动X0步进电机脉冲输入Y0停止X1步进电机脉冲方向Y1急停X2推杆1电机正转Y2手动X3推杆1电机反转Y3自动X4推杆2电机正转Y4推杆1电机手动正转X5推杆2电机反转Y5推杆1电机手动反转X6推杆3电机正转Y6推杆2电机手动正转X7推杆3电机反转Y7输入输出推杆2电机手动反转X10真空吸盘电磁阀Y10推杆3电机手动正转X11切料气缸电磁阀Y11推杆3电机手动反转X12推杆4电机正转Y12胶辊电机手动转动X13推杆4电机反转Y13步进电机手动正转X14步进电机手动反转X15步进电机手动步距X16推杆1前进到位X17推杆1后退到位X20推杆2前进到位X21推杆2后退到位X22推杆3前进到位X23推杆3后退到位X24吸盘气缸下降到位X25吸盘气缸上升到位X26吸盘手动吸料X27吸盘气缸手动升降X30推杆4电机手动正转X31推杆4电机手动反转X32推杆4电机推进位X33推杆4电机退到位X343.6 系统电气控制接线图设计系统供电电源采用两相线制上机供电。供电电源等级为AC220V5，50Hz。其中QF给整个系统提供电源，电机的主回路包括热继电器等安全回路。整机的接地保护与系统的接地保护网相联接。电气控制主电路图见3.2。PLC的接线图如图3.3所示。图3.2主接线图图3.3 PLC接线图3.7 本章小结 本章是本文的重点,主要介绍了电池包装送料装置控制系统的硬件设计部分,分小节介绍了各子模块的功能, ,能让人清晰直观的了解,此外在本章开始几个小节还介绍了PLC的选型,接线等,思路清晰,目的明确。第四章 系统软件设计4.1 PLC的程序设计环境 PLC的编程主要是通过编程器或用PLC生产厂家提供的编程软件来完成的。每个PLC公司都有自己的编程器，一般比较小，而且比较轻，适合在现场使用。但是这种编程器只能使用助记符语言对PLC进行编程，而且由于屏幕较小，每次只能显示一、两行程序，难于对程序从整体上分析。PLC公司提供的编程软件则能使用梯形图、助记符或功能图语言等进行编程。通过编程软件，不仅能从宏观上对程序进行编辑和分析，而且还能对程序的运行情况进行监视。4.1.1 PLC公司的编程软件编程软件的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话，它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。编程软件一般由PLC生产厂家提供，各家用各家，不通用，而且多是商品化的。这些软件一般功能都差不多，大体上有以下几种功能。 (1) 脱机编程: 可用梯形图语言或助记符语言编程。这两者可相互转换。另外，程序还可加注解。 (2) 文件管理: 对所编程序可存储为磁盘文件，还可建立数据库文件以及与PLC工作相关的系统设计软件。 (3) 文件的上传与下载: 程序文件、数据文件等可在计算机与PLC建立起通信联系后下载给PLC，也可从PLC中上传，将PLC的程序、数据上传到计算机中，然后计算机在对其做相应管理。 (4) 监控运行: PLC与计算机建立通信后，计算机可监视PLC的工作，观察任何工作位的状态，可读所有的数据，可强置某些工作位处于ON或OFF状态，还可修改一些参数。 (5) 在线更改。监视运行时发现程序存在问题，有两种解决的办法。 脱机更改。即先回到脱机状态修改程序，然后再联机，重新把程序下载到PLC。 在线更改。在问题不太多，又是允许的情况下可在线更改程序。这种边运行、边监视、边更改的方式，既不耽误PLC的工作，可直接地发现与排除故障，是较为方便的调试与完善程序的方法。(6) 其他功能。编程软件还有一些其他功能。如可用来进行只读存储器的程序写入。有的还可进行对PLC作组网参数的设定等。4.1.2 三菱的GX Developer 编程软件简介进入GX Developer初始界面后，在【文件】下拉菜单中，单击“新建”菜单项，选择创建一个新文件。在【设备名称】中填写设备名称，设备类型选择PLC的类型，然后单击设定按钮选择CPU的类型，单击确定后，即可进入梯形图编程界面，开始编程，如图4.1所示界面。图4.1 编程界面程序编写完成后，下一步就可进行编译、链接和调试了。如果编译没有错误，就可以进行在线运行。在编译过程中，如果出现错误要进行修改时，我们既可以在梯形图编程下修改，也可在助记符方式下修改。编译完成，没有语法错误，可加载程序到PLC，进行在线运行。4.2 系统程序设计工程设计中，可编程控制器应用程序的设计大体上有三种方法，也是使用最多的方法。这些方法的应用，也因不同设计人员有着不同的技术水平和习惯存在着差异。下面介绍一下常用的几种应用程序的设计方法，以便对下面的设计更有一个清晰的认识，也使读者更加明白可编程控制器的设计方法和技巧。1、经验设计法经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。但是它没有一个普遍的规律可遵循，具有一定的试探性和随意性，最后得到的结果也不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验的多少有关。经验设计法的具体步骤如下：（1）确定输入/输出电器；（2）确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；（3）做出系统动作工程流程图；（4）选择PLC指令并编写程序； （5）编写其它控制控制要求的程序；（6）将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。2. 逻辑设计法工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器组件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。因此用逻辑设计法也可以适用于PLC应用程序的设计。顺序控制法对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：（1）步与步之间必须用转移隔开；（2）转移与转移之间必须用步隔开；（3）转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。（4）一个顺序功能图中至少有一个初始步。可编程控制器设计语言也有多种形式，因其在继电器的基础上研制而成，所以大部分都是以开关量为主的控制方式。很多表达形式也都是电气符号的沿用，或直接使用。这样，PLC的语言就有所不同。梯形图语言是设计中使用最多的，还有流程图，语句表，这些都为程序的阅读提供了不同形式的方法，适合电气方面的工程人员阅读，也适合电子方面的工程人员进行参考使用。本控制系统是典型的顺序控制，因此我们采用步进指令编写程序最为方便，其顺序功能图如图4-2所示。图4.2 顺序功能图4.3 PLC控制系统软件程序的编写包装产线控制系统是基于PLC集成控制的系统，根据本节叙述的内容中的系统整体控制流程图及系统的输入和输出信号，来编制PLC的梯形图。PLC采用循环扫描方式，按梯形图从上而下，从左而右的先后顺序予以执行。下面给出的是程序的梯形图，使用三菱公司编程软件GX Developer软件进行编辑，编程方式是梯形图，见附录梯形图一。4.4 本章小结 本章主要介绍了PLC控制电池包装送料装置系统设计的具体流程，其中包括PLC编程软件的介绍、程序设计、梯形图设计等内容，使读者对该系统设计的方法和具体步骤有了详细的了解。第五章 程序的调试与仿真仿真软件的功能就是将编写好的程序在电脑中虚拟运行，如果没有编好的程序，是无法进行仿真的.首先，在安装仿真软件GX Simulator 6c 之前，必须先安装编程软件GX Developer。5.1 仿真的步骤（1）启动编程软件GX Developer （2）通过“快捷图标”启动仿真如图5.1所示。图5.1 仿真启动画面启动仿真后，程序开始在电脑上模拟PLC写入过程 并且可以通过“在线”中的“软元件测试”来强制一些输入条件ON或者OFF。监控程序的运行状态，如图5.2所示： 图5.2 软元件X000强制ON如图5.2所示：我们强制X000为ON，得出M1输出，也就是启动保持状态，条件符合。我们强制X001 X002 X004 M0 M1为ON，其显示结果如图5.3所示：然后再强制X017 X020为ON，其显示结果如图5.4所示，程序步跳转，达到控制要求。图5.3 X1 X2 X4 M0 M1为0N状态图5.4 X17 X20为0N状态按照以上的步骤我们步步测试，最终结果符合要求，证明控制程序无误。5.2 本章小结本章主要对PLC程序进行仿真测试，通过仿真