基于PLC的手机贴膜机控制系统的设计方案Word格式文档下载.docx
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2.3设计原则
（1）根据工艺流程进行设计，力求设计出来的控制系统能最大限度满足控制要求。
（2）在满足控制要求的前提下，尽量减少PLC系统硬件费用。
（3）考虑到以后控制要求的变化，所以控制系统设计时应考虑到PLC的可扩展性。
（4）控制系统使用和维护方便、安全可靠。
2.4系统的整体设计
如图2-2所示：
图2-2
2.5设计步骤
本系统的设计步骤如图2-3所示。
（1）控制要求分析
在设计PLC控制系统之前，必须对工艺流程进行细致的分析，详细了解控制对象和控制要求，这样才能真正明白自己要完成的任务，设计出令人满意的控制系统。
（2）确定I/O设备
根据控制要求选择合理的输入设备（控制按钮、开关、传感器等）和输出设备并根据选用的输入/输出设备的类型和数量，确定PLC的I/O点数。
（3）选择合适的PLC
确定PLC的点数后，就根据I/O点数、控制要求等来进行PLC的选择。
选择包括机型、存储器容量、输入/输出模块、电源模块和智能模块等。
（4）I/O点数分配
点数分配就是PLC的I/O端子和输入/输出设备的对应关系，画出I/O接线原理图。
（5）PLC程序设计
本阶段就是根据控制对象和控制要求对PLC进行编程。
首先把工艺流程分为若干阶段，确定每一阶段的输入信号和输出要控制的设备，还有不同阶段之间的关系，然后画出流程图，最后再进行程序编制。
（6）模拟调试
程序编制好后，可以用按钮和开关模拟数字量，电压源和电流源代替模拟量，进行模拟调试，使控制程序基本满足控制要求。
（7）现场联机调试
现场联机调试就是将PLC与现场设备进行调试。
在这一步中可以发现程序存在的实际问题，然后经过修正后使其满足控制要求。
（8）整理技术文件
这一步主要包括整理与设计有关的文档，包括设计说明书、I/O接线原理图、程序清单和使用说明书等。
第三章硬件系统设计
3.1硬件系统的组成
手机自动贴膜机硬件系统由光电传感器（TYBE4）、磁簧（HT-3）、红外线传感器（EROSUPXE-20）伺服电机（ECMA-c20602ES/ECMA-c20604PS）、伺服驱动（ASDA-B2-0221-B、ASDA-B2-0421-B）、威伦触摸屏（TPC7062KS）、接近开关（PDF-5）、PLC（H2u-2416MT）、电磁阀（DN15-8）、断路器（DZ47lE-32）、急停按钮（LA37-B5S5）、转换开关（HZ5D-60A/2）、电磁干扰滤波器（08TDT1W4S）、电磁接触器（SC-N1）。
3.2传感器的选择
传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
手机自动贴膜机选择光电传感器（红外线传感器）。
采用红外线传感器检测手机位置以及整个基座的运动位置的确定。
它是利用被测物体热辐射引起敏感元件温度的变化进行测量的。
常温下工作且价格便宜，不受可见光的影响。
选EROSUPXE-20型号红外线传感器接收传感信号，通过转化为电信号高电平启动控制设施。
3.3伺服系统
1、伺服系统：
伺服的定义：
是使物体的位置、方位、状态等输出被控量跟随输入目标值（或给定值）的任意变化的自动控制系统。
2、伺服的构成要素：
如图3-1所示：
图3-1
3.3.1伺服驱动器
▲容量围:
0.1kW~3kW
▲
输入电压：
AC200V~230V，使用单相/三相输入或三相输入。
位置/速度/转矩控制模式
编码器分辨率为17bit（160000ppr）
高速脉冲输入（4MPPS）
支持Modbus通讯协议（通讯接口：
RS-485/RS-422/RS-232）高性能精准定位控制的实现
ASDA-B2系列支持17bit（160000ppr）高分辨率编码器，满足机器设备高精度定位控制及平稳低速运转的应用需求。
搭配三组自动共振抑制滤波器，有效抑制机构动作的振动，是运转更平稳也更完整。
简单操作、节省成本
1.
动力线和编码器接线与ASDA-B系列共用，并搭配相同尺寸的ECMA系列电机，方便原有客户直接升级为ASDA-B2系列。
2.
面板操作控制，可直接在驱动器上进行设置调整。
（1）控制模式：
位子控制模式：
利用上位机产生脉冲控制伺服电机转动，脉冲个数来决定电机转动的角度。
脉冲的频率决定电机转速。
（2）伺服驱动接线图：
如图3-2所示：
图3-2
3.3.2伺服电机
（1）伺服电机
在手机自动贴膜机中选择伺服电机（ECMA-c20602ES/ECMA-c20604PS）,通过伺服电机精
通过伺服电机精确定位，使手机贴膜达到高效、精确的效果。
（2）伺服电机的特点
伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：
1、起动转矩大
2、运行围较广
3、无自转现象
（3）伺服电机工作原理：
伺服电机部的转子是永磁铁，驱动器控制U/V/W三相形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度。
3.3.3伺服通信
使用RS-232/485通讯时，伺服驱动器的通讯地址需藉由此参数各自设定不同的伺服驱动器局号。
使用RS-232/485通讯时，一组伺服驱动器仅能设定一局号。
若重复设定局号将导致无常通讯。
此站号代表本驱动器在通讯网路上的绝对地址，同时适用于RS-232/485。
当上层MODBUS的通讯局号为0xFF时具有自动回复功能，驱动器会接收并回复，不管局号是否符合，但是P3-00无法被设定0xFF。
使用RS-232/485串联通讯接口时，每一台伺服驱动器必须预先在参数『0300』上设定其伺服驱动器局号，电脑便根据局号对个别的伺服驱动器实施控制。
通讯的方法是使用MODBUSnetworks通讯，其中MODBUS可使用下列两种模式：
ASCII（AmericanStandardCodeforinformationinterchange）模式或RTU（RemoteTerminalUnit）模式。
ASCII模式：
每个8-bits数据由两个ASCII字节所组成。
例如：
一个1-byte数据64H（十六进位表示法），以ASCII”64”表示，包含了’6’的ASCII码（36H）及’4’的ASCII码（34H）。
数字0至9与字母A至F的ASCII码，如下表示：
字节符号
‘0’
‘1’
‘2’
‘3’
‘4’
‘5’
‘6’
‘7’
对应ASCII
码30H
31H
32H
33H
34H
35H
36H
37H
字节符号‘
‘8’
‘9’
‘A’
‘B’
‘C’
‘D’
E’
‘F’
码38H
39H
41H
42H
43H
44H
45H
46H
RTU模式：
每个8-bits数据由两个4-bits的十六进位字节所组成。
1-byte数据64H。
3.5断路器的选择
断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。
而高压断路器要开断1500V，电流为1500-2000A的电弧，这些电弧可拉长至2m仍然继续燃烧不熄灭。
故灭弧是高压断路器必须解决的问题。
吹弧熄弧的原理主要是冷却电弧减弱热游离，另一方面通过吹弧拉长电弧加强带电粒子的复合和扩散，同时把弧隙中的带电粒子吹散，迅速恢复介质的绝缘强度。
断路器选用原则：
（1）额定工作电压大于等于线路额定电压。
（2）额定电流大于等于线路负载电流。
（3）电磁脱扣器整定电流大于等于最大峰值电流（负载短路时电流值达到脱扣器整定值，断路器瞬时跳闸。
一般D型代号的断路器出厂时，电磁脱扣器整定电流值为额定电流的8-12倍。
）也就是说短路跳闸而电机启动电流是可以避开的。
根据伺服电机及PLC的额定电流，选择断路器DZ47lE-32型号。
3.6气动系统的应用
气动系统的特点
气动系统在工业在广泛应用的主要原因如下：
贮存、设计和控制简单、运动的选择、经济、可靠性、恶劣环境适应性、环境干净、安全性
气动技术具有响应速度快、元件结构简单、抗环境污染、成本低廉、便于集中供气和工作时无污染等特点,被广泛应用于化工、医药、纺织、微电子、生物工程等工业自动化领域中,作为实现工业生产自动化的重要手段之一广受重视。
随着现代先进制造技术和传感技术的进一步发展,,现代气动技术也有迅猛的发展,与其它传动技术相比,已有了更多的优势。
在手机贴膜机中的运用，利于保持整个操作的洁净。
3.7电磁干扰滤波器
工作原理
因为有害的电磁干扰的频率要比正常信号频率高得多，所以电磁干扰滤波器是通过选择性地阻拦或分流有害的高频来发挥作用的。
基本上，电磁干扰滤波器的感应部分被设计作为一个低通器件使交流线路频率通过，同时它还是一个高频截止器件，电磁干扰滤波器的其他部分使用电容来分路或分流有害的高频噪声，使这些有害的高频噪声不能到达敏感电路。
这样，电磁干扰滤波器显著降低或衰减了所有要进入或离开受保护电子器件的有害噪声信号。
功能
电磁干扰滤波器的功能就是保持电子设备的部产生的噪声不向外泄漏，同时防止电子设备外部的交流线路产生的噪声进入设备。
手机自动贴膜机选用（08TDT1W4S）电磁干扰滤波器是尽量使传入伺服电机的干扰信号降低从而提高精确度。
3.8电磁阀、磁簧
电磁阀
电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。
电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。
贴膜机上配备（DN15-8）电磁阀来提高手机贴膜的精度。
磁簧
磁簧开关是基于电磁感应原理制作的一种开关，早期是用于配合步进/转换与电子仪器和测试仪器中的。
密封的封口，品质与可靠性俱佳，可以存在或应用于大部份环境下。
3.9系统整体框架图
第四章PLC控制系统的设计
4.1可编程控制器简介
可编程逻辑控制器
可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
4.2可编程控制器的功能及特点
1.使用方便，编程简单
采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。
另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
2.功能强，性能价格比高
一台小型PLC有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。
它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。
PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。
3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。
PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。
硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。
4.可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
5.系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。
完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。
6.维修工作量小，维修方便
PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。
PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故
H2U可编程控制器的主要特点：
程序存储空间大，无需外部扩展存卡即可达24K步；
模块部集成了大容量电源，可直接给传感器、HMI、外部中间继电器等提供电源；
提供多通道高频率高速输入输出端口，丰富的运动和定位控制功能；
集成两个独立通讯口，提供了丰富的通信协议，提供MODBUS指令，方便系统集成；
提供完备的加密功能，保护用户知识产权；
命名规则；
①公司产品信息H：
汇川控制器
②系列号2U：
第二代控制器
③输入点数32：
32点输入
④输出点数32：
32点输出
⑤模块分类M：
通用控制器主模块；
P：
定位型控制器；
N：
网络型控
制器；
E：
扩展模块
⑥输出类型R：
继电器输出类型；
T：
晶体管输出类型
⑦供电电源类型A：
AC220V输入，省略为默认AC220V；
B：
AC110V输入；
C：
AC24V输入；
D：
DC24V
⑧特殊功能标识位。
如高速输入输出功能、模拟量功能等。
供应汇川PLC
4.3 可编程控制器的基本结构及工作原理
可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机可编程逻辑控制器
其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
一、电源
可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）围，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
二、中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是可编程逻辑控制器的控制中枢。
它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；
检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
三、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
四、输入输出接口电路
1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。
2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
五、功能模块
如计数、定位等功能模块。
六、通信模块
可编程控制器的工作原理
1．PLC的控制逻辑实现原理
继电器控制系统是一种“硬件逻辑系统”，如图4-1所示，它的三条支路是并行工作的，当按下按钮SB1．中间继电器K得电，K的两个触点闭合，接触器KM1、KM2同时得电并产生动作。
所以继电器控制系统采用的是并行工作方式。
可编程控制器是一种计算机控制系统，它的工作原理是建立在计算机工作原理基础之上的，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，如图7．8（b）所示。
由于CPU是以执行程序来处理各项任务的，所以在每一瞬间只能做一件事，属于串行工作方式。
通过程序的执行按程序顺序依次完成各相应的动作。
2．PLC的工作方式
为了满足工业逻辑控制的要求，同时结合计算机控制的特点，PLc的工作方式采用不断循环的顺序扫描工作方式。
每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。
CPU从第一条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户 程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。
PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。
PLC工作的全过程可用图4-2所示的运行框图来表示。
整个过程可分为以下几个部分：
第一部分是上电处理。
PLC上电后对系统进行一次初始化，包括硬件初始化和软件初始化，停电保持围设定及其他初始化处理等。
第二部分是自诊断处理。
PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常。
如CPU、电池电压、程序存储器、I／0和通信等是否异常或出错．如检查出异常时．CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。
当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。
第三部分是通信服务。
PLC自诊断处理完成以后进入通信服务过程。
首先检查有无通信任务．如有则调用相应进程．完成与其他设备的通信处理，并对通信数据作相应处理；
然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作。
第四部分是程序扫描过程。
PLC在上电处理、自诊断和通信服务完成以后，如果工作选择开关在RUN位置，则进入程序扫描工作阶段。
先完成输入处理，即把输入端子的状态读人输入映像寄存器中，然后执行用户程序，最后把输出处理结果刷新到输出锁存器中。
在上述几个部分中，通信服务和程序扫描过程是PLC工作的主要部分，其工作周期称为扫描周期。
可以看出扫描周期直接影响控制信号的实时性和正确性，为了确保控制能正确实时地进行，在每个扫描周期中，通信任务的作业时间必须被控制在一定围。
PLC运行正常时，程序扫描周期的长短与CPU的运算速度、与I／O点的情况、与用户应用程序的长短及编程情况等有关。
通常用PLC执行1KB指令所需时闯来说明其扫描速度，一般为零点几毫秒到上百毫秒。
值得注意的是，不同指令其执行时间是不同的，从零点几微秒到上百微秒不等．故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。
而对于一些需要高速处理的信号，则需要特殊的软、硬件措施来处理。
当PLC处于正常运行时，它将不断重复扫描过程。
分析上述扫描过程，如果对远程I／O、特殊模块和其他通信服务暂不考虑，这样扫描过程就只剩下“输入采样”、“程序执行”和“输出刷新”三个阶段了。
这三个阶段是PLC工作过程的中心容，理解透PLC工作过程的这三个阶段是学习好PLC的基础。
下面就对这三个阶段进行详细的分析。
1）输入采样阶段
PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端点，并将各输入状态存人相对应的输入映像寄存器中。
此时，输入映像寄存器被刷新。
接着．进入程序执行阶段和输出刷新阶段，在此阶段输入映像寄存器与外界隔离，无论输入情况如何变化，其容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的薪容。
所以一般来说．输入信号的宽度要大于一个扫描周期，否则很可能造成信号的丢失。
由此可见，输入映像寄存器的数据完全取决于输入端子上各输入点在上一刷新期间的接通和断开状态。
2）程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC按从左到右、从上到下的步骤顺序执行程序。
当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”采集到的对应输入端子状态，从元件映像寄存器‘‘读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态。
然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。
对元件映像寄存器来说，每一个元件（“软继电器’’）的状态会随着程序执行过程而变化。
3）输出刷新阶段在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器
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