（机械工程专业论文）yp4b2a型胶印机电气系统设计.pdf

摘要 摘要 北人为了赢得更大的市场占有率，推出了新型四开四色y p 4 8 2 a 型胶印机。 其电气控制系统为配合机械功能的增加，进行了全新的设计。系统采用三菱p l c 的双机并行系统，p l c 之间采用f x 2 n 4 8 5 b d 通讯模块进行通讯。对于模拟 量、数字量的控制采用a d 、d a 转换器，系统的设定、参数调整、故障判断 则通过置于机器给纸部、收纸部的人机界面来完成。 在新系统设计中，对机器硬件及软件设计进行了全面的修改设计和创新设 计。系统中各种机械动作采用电动调整及先进的水自动跟踪系统，大大缩短了 印刷调整时间，提高了工作效率。为了方便胶印机操作人员操作机器，系统中 使用了友好的人机界面，在人机界面中进行参数调整、数据设定、机器故障显 示并提供必要的故障解决方法。进一步提高对操作人员及机器设备的保护措施， 对与机器运行有关控制引入了安全措施，用双路控制的方法保证机器的安全工 作。为提高电气系统的可靠性和稳定性，在节约成本的前提下，对整个p l c 系 统进行了多方位的抗干扰措施。这套系统配置上更合理，控制上更简单、稳定、 可靠，操作上更方便快捷。实践证明本系统已达到预期的设计目标。 本电气系统的电气控制水平达到国内先进水平，充分考虑产品标准化以及 该产品的后续机型的系列化问题，并在方便维护、维修方面体现出本产品的优 势，在对该产品的操作人员及维修人员进行必要的培训后，就可以进行日常的 维护及维修。符合我国国情。能够满足广大用户对印刷功能的需求，从而有利 于加快四开四色平版胶印机进入市场的步伐。 关键词p l c ：双机并行：f x 2 n 一4 8 5 b d ：水跟踪系统：套准控制：抗干扰 北京t 业大学工程硕上学位论文 a bs t r a c t i no r d e rt oh a v em u c h l a r g e rs p a c e ，b e i r e nb r o u g h tu pt h en e wk i n do fq u a r t o f o u r - c o l o ro f f s e tp r e s s y p 4 8 2 aw h o s es y s t e mw a sc o m p l e t e l yr e d e s i g n e di no r d e r t om a t c hw i t ht h en e wa d d i t i v em e c h a n i c a lf u n c t i o n s t h i sc o n t r o ls y s t e mu s e dt w o p a r a l l e l l i n k e dp l c s a n dt h ec o m m u n i c a t i o nm o d u l eo ff x 2 n 一4 8 5 - b dw a sa l s o u s e db e t w e e np l c s i na d d i t i o n ，t h ea d 、d ac o n v e r t e r sw e r ea p p l i e dt or e a l i z et h e a n a l o ga n dd i g i t a lq u a n t i t yc o n t r o l ，a n dt h eh u m a ni n t e r f a c e si nf e e d e ra n dd e l i v e r y r e a l i z es e t t i n gs y s t e m 、a d j u s t i n gp a r a m e t e r sa n dd i a g n o s i n gf a i l u r e s i nt h en e ws y s t e m ，t h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ew e r er e d e s i g n e da n dh a ds o m e i n n o v a t i v ed e s i g n t h em e c h a n i c a lm o v e m e n ti nt h i ss y s t e mw a sp o w e r - d r i v e na n d t h ed a m p e n i n ga u t ot r a c i n gs y s t e mw a sa l s ou s e d ，w h i c hs a v em u c hm o r et i m eo f t h ep r i n t i n ga d j u s t m e n ta n di m p r o v et h ew o r ke f f i c i e n c y t h eh u m a ni n t e r f a c ew a s u s e dt om a k eo p e r a t i o nc o n v e n i e n tw h e r et h ep a r a m e t e r sw e r ea d j u s t e da n ds e t 、 w h e r et h em a c h i n ef a i l u r e sw e r ed i s p l a y e da n dw h e r et h es o l u t i o n sw e r ep r o v i d e d t h ep a r tr e l a t i n gt od r i v ec o n t r o lu s e dt h es a f e t ys o l u t i o na n dd o u b l e w a yc o n t r o lt o p r o m o t et h eh u m a na n da p p a r a t u s ss a f e g u a r d i no r d e rt op r o m o t et h ee l e c t r i c a l s y s t e m sl i a b i l i t ya n ds t a b i l i t y , u n d e rt h ec o n d i t i o no fs a v i n gc o s t ，t h ed i s t u r b a n c e m e a s u r e sw e r ec a r r i e do u t t h ec o n f i g u r a t i o no ft h i ss y s t e mi sm o r er e a s o n a b l e ，a n d t h ec o n t r o li sm o r es i m p l e 、s t e a d ya n dl i a b l e a n dt h i ss y s t e mi sp r o v e dt ob e s u c c e s s f u lt h r o u g hp r a c t i c e t h ee l e c t r i c a lc o n t r o li nt h i ss y s t e mr e a c h e st h ea d v a n c e dl e v e li nt h ec o u n t r y t h i sp a p e ra d e q u a t e l yc o n s i d e r e dt h es t a n d a r da n dt h ee x t e n s i o no ft h i sk i n do fp r e s s a n da l s ot h ef e a t u r e sa r ee x h i b i t e d ，s u c ha se a s ys e r v i c ea n dm a i n t e n a n c e s a f t e rt h e p r i n t e r sa n dw o r k e r sg e tt h et r a i n i n gc o u r s e ，t h e yc a nd ot h ed a i l ys e r v i c ea n d m a i n t e n a n c e s t h i sp r e s sc o n f o r m st ot h es i t u a t i o no fc h i n aa n ds a t i s f i e st h e c u s t o m e r s p r i n t i n gr e q u i r e m e n t s s o i tc a nh e l pq u a r t of o u r c o l o ro f f s e tp r e s s q u i c k l ye n t e rt h em a r k e t k e y w o r d sp l c ；t w op a r a l l e l - l i n k e dp l c s ；f x 2 n 4 8 5 - b d ；d a m p i n ga u t o t r a c i n g s y s t e m ，p l a t e a d j u s t ；d i s t u r b a n c e i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的浣明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 a m 哮，f i 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的舰定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：蹴 导师签名： 鞋嗍皇塑型 第1 章绪论 第1 章绪论 当前世界经济发展的普遍规律是：在经济发达的国家和地区，在信息产业中 占重要地位的印刷及图像传播产业( t h ep r i n t in g g r a p h i cc o m m u n i c a t i o n i n d u s t r y ) 已成为国民经济的支柱产业，经济越发达，印刷及图像传播产业的 地位越重要。印刷及图像传播工业的发展普遍受到各国的重视和政策支持。印 刷及图像传播业不仅包括印刷业，还涵盖了出版、包装、造纸、油墨、设备制 造、中小图像设计中心以及政府、企业、银行、商业等部门内部的印刷企业； 印刷及图像传播、【k 不仅是由印刷者组成，而且也包含了与此相关的其他众多领 域的员工。印刷及图像传播已成为各国国民经济和人们日常生活的重要组成部 分。 1 1 开发背景 北人股份是全国最大的单张纸胶印机生产基地，公司生产胶印机械已有四 十多年历史，“北人牌”胶印机深受国内外用户厚爱，高、中档胶印机国内市场 占有率在6 0 以上。北人胶印机械股份有限公司生产的四开四色胶印机，电气 系统是在八十年代或九十年代初设计的，由丁二受当时科技发展水平的制约，其 功能和安全保护等方面，已经不能适应当前市场的需求。尤其近年来，市场竞 争激烈，国外先进的胶印机生产厂家纷纷看好中国市场，价格大幅下降，对北 人产品构成极大威胁。为了保证北人产品在国内的领先地位，进一步提高市场 占有率，同时也是为了解决广大用户在使用机器过程中出现的问题。开发设计 新一代的四开四色胶印机电气系统已追在眉睫。 1 2 国内外胶印机现状及分析 1 2 1 国外印刷设备的发展趋势 当今的时代是讲求效率的时代，国外各大厂家为了扩大产品的市场占有率， 都在努力降低产品的成本，为了实现胶印机的高效化减少辅助时间，提高自动 化水平。同时为了胶印机控制的发展水平，不断进行技术发展和创新。象德国 海德堡速霸系列都已进入了数字化印刷的新时代。其电气控制系统已经实现了 北京工业人学工程坝十学位论文 遥控化( 由在机控制到脱机控制) 、自动化( 曲手动控制或半自动控制到全自动 控制) 、智能化( 由常规控制到有判断3 、思维、决策智能化控制) 。 1 2 2 我国印刷设备与发达国家相比存在的主要差距 我国的印刷设备不论从质量上还是速度上与国外有较大差距，象德圜的海 德堡、罗兰、日本的三菱、小森都已发展到印前、印刷、印后一体化系统，而 且这些品牌的胶印机印刷质量稳定。我国的胶印机产品不论在胶印机械性能还 是印刷控制、工艺都无法与他们相比，随着我国加入w t o ，贸易关税的降低， 不仅对我国高速多色胶印机有冲击，而且对我国中、低档胶印机也是很大的冲 击。 1 2 3 我国印刷设备的发展目标及结构调整内容 印刷设备的主要发展日标是：适应印刷向多色、高效发展，大力发展一次 印刷过程即可印出多色印品的工艺及设备，重点是发展多色胶印机，要采取有 效措施，提高国产印刷设备的质量、精度和可靠性，既要积极跟踪海德堡、罗 兰的先进技术，又要把国产胶印机的水平定位在中档水平，占领符合国内水平 的市场份额，保持良好的性价比，不盲目追求先进。 1 3 研究内容 北人股份公司y p 4 8 2 a 型胶印机的丌发建议书提出了在原四丌四色胶印机 的基础上进行电气控制系统的研制，系统需要完成如下的控制功能： ( 1 ) 萨确的印刷控制： ( 2 ) 完善的参数设置功能； ( 3 ) 安全的运行控制； ( 4 ) 保证系统的可靠性、稳定性。 针对上述功能要求，需要解决如下问题： ( 1 ) 正确的印刷顺序控制及正确处理印刷过程中发生的异常情况： ( 2 ) 运行速度保护、分区控制、报警及显示； ( 3 ) 实现方便的套准调节、水曲线速度跟踪； ( 4 ) 在人机界面上完成参数设置、按钮操作、显示等功能。 第1 晕绪论 i i i l l 篁 根据机器功能需要，本系统包括胶印机的运行、各种用于印刷功能的动作 控制、以及为达到印品要求需要调整的各种参数等部分。系统中各种机械动作 由电磁阀、电磁铁及多种电机执行，由于增加了湿润系统设置的标准曲线水曲 线及水曲线预调功能及自动套准功能，大大缩短了印刷调整时间，提高了工作 效率。这套系统配置上更合理，控制上更安全简单、稳定、可靠，操作上更方 便快捷。 1 4 开发意义 此次电气系统的重新设计，要求控制方式简单实用，操作方便，并充分考 虑标准化以及该产品的后续机型的系列化问题，能够满足广大用j 。对印刷功能 的需求，使电气控制水平达到国内先进水平，从而有利于加快该产品进入市场 的步伐。并在维护、维修方面体现出本产品的优势。因为国外机器设计的系统 很多是封闭性的，用户的维修人员不能维修，必须请生产厂家维修，过了三包 期再维修要收取很高的维修费用。所以国内用，1 希望生产厂家能对其进行必要 的培训后，就可以进行日常的维护及维修。这就要求我们设计的系统要简单易 学，且具开放性。 1 5 软件开发环境 1 5lf x p c s w i n c 中文编程软件包 f x p c s w i n c 编程软件是基于i b m 个人机的软件包，可对三菱的f x 全系列p l c 进行编程，f x p c s w i n c 以w i n d o w s ( 3 1 或9 5 ) 为基础。 1 5 2h m l 人机界面画面设计软件 f x p c s d u w i n 是一个用于整套d u 系列的中文绘图套装软件，它可 帮助用户“缩短绘图时间”，提高绘图效率。 1 6 关键名词解释 ( 1 ) p l c ( 可编程控制器) p l c 是以微处理器为基础，并综合了计算机、 自动控制和通信等技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。足一种带有指 令存储器，数字或模拟i o 接口的，以运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、 2 北京工业大学工程硕士学位论文 计数和运算功能，用于控制机器或生产过程钓自动控制装置。可编程控制器由 于它体积小、功强能、速度快、可靠性高，控制过程可随工艺改变，并具有可 扩展性，而且价格便宜等优点，很快被用到机械制造、冶金、化工、交通、电 子、印刷、食品等：| 二业领域，取得了良好经济效益。机电一体化是企业技术进 步一个重点。p l c 技术的应用是实现机电一体化的一个行之有效的手段。 ( 2 ) 双机并行本系统采用三菱公司的两个f x 2 n 系列的p l c 构成n ：n 网络，两个p l c 同时投入工作，并通过参数设置，使各自的部分数据得到共享， 并通过r s 4 8 5 接口进行通信。 ( 3 ) f x 2 n 。4 8 5 一b dr s 4 8 5 通信用，浚板用于两个基本单元问的并列连接。 附件：终端电阻。 ( 4 ) a d 转换器是模拟信号源与计算机或其他数字系统之间联系的桥梁。 它的任务是将连续变化的模拟信号转化为数字信号，以便计算机或数字系统进 行处理、存储、控制和显示。在 ：业控制和数据采集及许多其他领域中a d 转 换器是不可缺少的重要组成部分。 ( 5 ) d a 转换器是将二进制的数字量转换成相应的模拟量。d a 转换器 的主要部件是电阻丌关网络，其主要网络形式为权电阻网络和r 一2 r 梯形电阻 网络。 ( 6 ) 水跟踪系统印刷过程中出水辊电机的速度根据主电机的速度变化而 进行自动调整，以达到在印刷过程中各速度段对应的水墨平衡。 1 7 本章小结 本章介绍了本研究课题的开发背景、国内外同行业的现状、本课题的研究 内容及开发意义。最后简单介绍了系统软件丌发环境及相关的关键名词解释。 第2 章电气系统方案设计和论证 第2 章电气系统方案论证 2 1 新型胶印机系统功能概述 图2 - 1 表示了y p 4 8 2 a 型胶印机应有功能及结构的基本状况。这种机器实 际上是条纸张加工的流水线，加工的目的1 i 是纸张的形状，而是对纸张进行 着色加工。 白： - + 纸j 给输 进 二 三 机 机 机 纸 纸纸 组 组 组 图2 一l 印刷过程示意图 四 收 机 组纸 表2 1 所示为新型机器的主要参数及性能。 表2 一l 机器的主要参数及性能 t a b e 2 一lm a i np a r a m e t e r c a p a b i l i t y 印 品 机组构成 4 晟高印刷速度1 2 0 0 0 张小时 最人纸张规格 5 2 0 7 2 0 最小纸张规格 2 7 3 3 9 3 最大印刷面积 5 l o x 7 2 0 纸张厚度 0 0 4 0 6 印版厚度0 3 橡皮布厚度 l _ 9 主电机功率 1 8 5 k w 机器尺寸( 长宽高) 6 6 7 0 x 2 4 0 0 1 7 9 0 最大输纸堆高度 9 5 0 最大收纸堆高度 7 8 0 筒直径中2 2 5 ( 倍径e p 4 5 0 ) 递纸力式下摆动器、递纸滚筒 给纸机 配n 1 7 6 北京t 业大学t 程倾十学位论文 2 2y p 4 8 2 a 型胶印机电气系统的研究依据 y p 4 8 2 a 型平版胶印机电气系统的研制，要总结原胶印机电气系统的优缺 点，结合机电一体化成熟技术，提高电气控制系统的含盒量，进一步提高自动 化程度，并控制产品成本，新系统的设计依据如下： 2 _ 2 1 原有系统存在的问题 原来的四开四色胶印机电气控制系统都是在八十年代或九十年代初设计 的，巾于受当时科技发展水平的制约，存在如下的缺陷： ( 1 ) 电气系统结构复杂，制造成本也比较高，而且也不能很好地满足当今用 户对胶印机操作的要求，造成产品的性能价格比不合理，在市场中缺乏竞争力； ( 2 ) 主传动采用的是用滑差电机与低速电机分别对高速与低速进行控制，主 传动离合器及碳刷频繁损坏，滑差电机存在温升高、噪音大、起动电流大、能 耗高等根本缺陷，用户反映比较强烈。 2 2 _ 2 机器增加的功能 ( 1 ) 机器的印刷部分增加了气动水、墨控制，要求电气控制系统反应快速、 准确地完成控制功能； ( 2 ) 湿润系统中的出水辊电机控制要求能进行对主机的速度跟踪： ( 3 ) 方便、准确地实现套准控制； ( 4 ) 整机的故障报警要有实时显示及记录等； ( 5 ) 提高系统的可靠性和稳定性。 新机器要求的印刷速度最高速为1 2 0 0 0 张4 , 时，电气系统要控制和显示内 容增多，并要加大自动化程度，加强安全保护功能等。因此，研发设计的系统 就是针对以上的依据末进行，提出了四开四色y p 4 8 2 a 胶印机电气系统的方案。 新方案以简化系统结构，稳定可靠，经济实用，加强安全保护功能作为课题的 研究目的，在实用性和耐用性方面达到国内领先水平。 2 3 方案比较 根掘y p 4 8 2 a 型胶印机电气控制功能要求及特点，对几种通用的控制系统 第2 _ 酲电气系统方案设汁和论证 方案进行了比较： ( 1 ) 采用工业p c 机编程灵活，运算功能强，但系统稳定性不好，抗干扰能 力差，可靠性差，对编程人员要求也高，也不利于对维修人员的培训，不利于批 量产品的维护，系统综合成本高； ( 2 ) 单片机系统开发周期长，丌发费用也较高，系统的运行速度较慢，抗 干扰措施需要大投入； ( 3 ) p l c 控制系统p l c 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构 基本上与微型计算机相同，p l c 工作模式图见图2 2 所示。 可编程控制器控制系统的特点如下： 功能强大，应用于小型工业控制系统与强电集中控制相比，在技术上 具有控制功能强，实现工艺连锁方便，可省去大量的硬线连接，维护方便。p l c 不但能完成复杂的继电器控制逻辑，而且也能实现模拟量控制甚至智能控制并 能实现远程通讯、联网及上位杌监控等： 控制程序可变，具有 输 c p u 出 e e p r o m k 、 扫描程序f o 模 管理 块 n r a m 用户内存 n 编程器 图2 - 2p l c _ 作模式 f ig 2 - 2p l cw o r k i n gm o d e 制计算机 北京l 业人学一i 程硕上学位论义 其控制操作能通过软件编制确定，在增减机器功能或更改机器动作关系时，可 不必改变p l c 硬设备，只需改变程序就可以改变控制方案，具有良好的柔性； 采用面向过程语言，编程方便。采用t 形图进行编程，控制线路清晰直 观，方便对机器维修人员进行培训。通过在计算机上用t 形图编程，再将程序 直接传送至p l c ，使编程更容易、方便，并可以进行在线修改等； 功能完善、扩展灵活。由于本身是一种计算机，故具有很强的运算处 理能力。同时，p l c 带有扩展单元，可以方便地适应不同i 0 点数不同的输入 输出方式的需要，同时也便于增减印刷机组，便于产品的系列化生产。 经过对上述几种控制系统的比较，结合北人设计人员、生产技术人员以及 售后服务人员的实际情况，综合考虑各种包括成本在内的各种因素，最终确定 以p l c 控制系统为y p 4 8 2 a 型胶印机的电气控制系统。 2 4 电气控制系统的建立 由于四开四色y p 4 8 2 a 型胶印机电气系统需要控制的内容很多，如果采用 一个p l c 实现整机的这些功能，由于程序量较大引起p l c 扫描时间长，势必 会影响到一些功能的实现。所以，采用何种电气系统构成将直接关系到整机的 最后效果，在经过多方面考虑，结合胶印机电气系统的特点即：胶印机电 气控制内容是由印刷控制和运行及一些辅助控制两大部分组成，基于这次四开 四色机的功能要求，如果把印刷部分( 包括高速印刷控制部分) 放在一个p l c 控制，而把运行及一些辅助控制放在另一个p l c 来控制，这样每个p l c 的程 序量变少，尤其是印刷控制部分程序量减少，缩短了扫描时间，提高了控制的 实时性。 但是这样也出现了一个问题，就是如何处理好这两个p l c 之间的联系，如 果直接用i o 连接，就会造成大量的布线，这不仅增加了故障点，还增加了调 试和调整系统的难度。经过广泛的技术、市场调研，当今的科技进步已经能很 好地解决了这些难题，多家p l c 生产厂家已经研发并推广使用多个p l c 之间 同步通信系统，其中较适用于我们系统的是日本三菱公司的n ：n 网通信系统。 这种系统不仅具有p l c 指令执行速度快( 每基本指令的执行速度为0 0 8 i js ) ， 结构紧凑，价格低廉以及具有模块化和标准化便于编程丌发的优点，而且通信 方便( 采用r s 4 8 5 通信) ，协议简单，多个p l c 间的通信同步执行。 第2 蕈电气系统方架设计和论证 经过综合分析研究，最后确定f x 2 n 系列p l c 间n ：n 网通信系统作为 y p 4 8 2 a 型胶印机的电气控制系统，而且p l c 还能通过r s 4 2 2 通讯方式直接与 人机界面通讯，这就为系统的实时显示和调整提供了方便，对于模拟量、数字 量的控制则采用a d 、d a 转换器。在整个系统选型过程中也考虑到北人胶印 机p l c 控制系统多年采用三菱产品，生产及售后服务人员能在较短的时间内掌 握。本系统采用r s 4 8 5 通信方式是非常适用于工业现场的通讯方式，由于采用 平衡输出的发送器，差分输入的接收器，在有共摸干扰电压混入信号传输线时， 接收器在其抗共摸干扰电压范围内，将干扰电压抑制，同时接收差分电压。因 此它比r s 一2 3 2 有更高的可靠性，传输距离也长得多。经过反复试验，最终确 定了系统的电气控制方案。系统结构图见图2 3 所示。 r s 4 8 5 通信( 双绞线) 2 5 系统特点 图2 - 3 系统结构图 f ig 2 - 3s y s t e ms t r u c t u r ep l o t y p 4 8 2 a 型胶印机电气系统在简单、实用、可靠的基础上，重点考虑机器 的印刷功能要求，加大自动化程度，为此整机的功能由两个p l c 加两个人机界 面控制完成，其中一个p l c 控制整机的印刷、高速控制及角度控制，另一个 p l c 控制整机的运行、参数设置及给纸堆、收纸堆控制，p l c 间用r s 4 8 5 通信， 这样系统的划分功能既清晰又专一，从而充分保证实现整机多种印刷功能及现 场调试的方便。 北京工业大学工程硕上学位论文 2 6 本章小结 本章首先介绍了y p 4 8 2 a 型胶印机电气功能及系统基本特征，提出了课题 研究的目标，经过分析和论证，确定了y p 4 8 2 a 型胶印机电气控制所要完成的功 能及所使用的控制系统。 第3 章p l c 双机并行系统的设计和实现 第3 章p l c 双机并行系统的设计和实现 3 1y p 4 8 2 a 型胶印机电气系统的基本特征 y p 4 8 2 a 型胶印机电气系统由电气控制装置( p l c ) 、电气检测元件( 如光 电检测开关) 、电气执行元件( 如电机或电磁阀) 、电气操作及显示装置( 按钮 或触摸屏) 四部分组成。通过连接线将上述四部分有机地联系起来，构成整机 的电气硬件系统。在电气操作装置上进行操作，电气控制装置综合操作指令以 及电气检测元件反馈回来的机械运动部件或纸张状态的信息，进行数据运算或 逻辑判断，并将其结果发送给电气执行元件进行各种印刷功能的控制；或者将 检测及执行结果发送给电气显示装置进行相应的显示。系统框图见图3 1 。 图3 - 1p l c 电气系统框图 f ig 3 - 1p l ce 1e e t r i c a ls y s t e mp 1 0 l 3 2f x 2 n 系列p l c 性能 三菱f x 系列p l c 是高速、大容量的超小型p l c ，它具有丰富的软元件和 各种指令，有多种功能模块与之配合进行特殊功能的扩展，p l c 内附高速计数 器，可以实现高速控制。表3 1 列出了p l c 的性能规格。1 。 表3 一i 性能规格 t a b e 3 1c a p a b i l i t yr e q u i r e m e n t 项日 f x 2 n 系列 运算控制方式存储程序反复运算方式( 专用l st ) ，中断命令 批处理方式( 执行e n d 指令时) 输入输出控制方式 但是有i o 刷新指令 程序语言继电器符号+ 步进梯形图方式( 可片is f c 表示) 程序存 最大存储容量 1 6 k 步( 含注释文件寄存器最大16 k ) 储器有键盘保护功能 北京工业人学工程硕士学位论文 8 k 步r a m ( 内置锂电池后备) 内置存储器容量电池寿命约5 年，使用r a m 卡盒约3 年 ( 保修期1 年) r a m 8 k ( 也可匹配6 k ) 可选存储卡盒 e e p r o m 4 k ，8 k 16 k e p r o m 8 k ( 也可匹配l6 k ) 步： 不能使用带有实时锁存功能存储# 盒 运算处基本指令o 0 8ps 指令 理速度 府用指令1 5 2 1 0 0us 指令 输入输 扩展井用时输入点数x 0 0 0 x 2 6718 4 点( 8 进制编号) 扩展并用时输出点数 y 0 0 0 y 2 6 718 4 电( 8 进制编号) 出点数 扩展并用时总点数2 5 6 点 一般用 1 t , i o m 4 9 95 0 0 点 辅助继 保持用 2m 5 0 0 m 1 0 235 2 4 点 电器 保持用 3 m l0 2 4 m 3 07 12 0 4 8 点 特殊用 m 8 0 0 0 m 8 2 551 5 6 点 初始化 s 0 s 9 1 0 点 状态寄般用 l sl 0 s 4 9 94 9 0 点 存器 保持用 $ 2s 5 0 0 s 8 9 94 0 0 点 信号崩 43 s 9 0 0 s 9 9 91 0 0 点 1 0 0 mst o t 19 9 2 0 0 点( 0i 3 27 67 秒) 1o ms t 2 0 0 t 2 4 54 6 点( 0 0 l 3 27 67 秒) 定时器 1 m s 乘法跫 3 t 2 4 6 t 2 4 94 点( o 0 0 1 3 2 7 6 7 秒) l0 0 m s 乘法型3t 2 5 0 t 2 5 5 6 点( 0 1 3 2 7 6 7 秒) 16 位向上 1 c o c 9 91 0 0 点( 0 3 27 67 计数器) 1 6 位向上 2c 1 0 0 c 1 9 9 10 0 点( 0 3 2 7 6 7 计数器) 32 位双向 l c 2 0 0 c 2 1 9 2 0 点( 一2 l47 4 8 3 6 4 8 计数器+ 2 14 7 4 8 3 6 47 计数器) c 2 2 0 c 2 3 4l5 点 32 位双向 2 ( 一2 147 4 8 3 6 4 8 + 2147 4 83 6 4 7 计数器) 3 2 位南愿取向 2 c 23 5 c 255 1 6 位通用 d 0 d 19 92 0 0 点 数据寄 丰1 存器 l6 何保持用$ 2d 2 0 0 d 5 1 13 12 点 ( 使_ hl d 5 12 d 7 9 9 97 4 8 8 点 对时3 2 i6 位保持瑚 3 ( d 10 0 0 以后可以5 0 0 点为单位没置文件寄存器) 市) 16 位保持片jd 8 0 0 0 1 3 8 1 9 5 10 6 点 16 位保持用v 0 v7 。z 0 z71 6 点 j a m p ，c a l l 分支用 p o p 1 2 7l2 8 点 指针输入中断，计时中断 10 口口i8 口口9 点 计数中断 1 0 10 l0 6 06 点 嵌套 主控 n o n 78 点 16 位：一3 2 7 6 8 + 3 2 7 6 73 2 位： 常数 10 进制( k ) 一2 14 7 4 8 3 6 4 8 + 2 1 47 4 8 3 6 47 16 进制( i i ) 16 位：0 f f f f3 2 位：0 f f f f f f f f 注：$ l 、非电池后备区。通过参数设置可变为电池后备区。 2 、电池后备区，通过参数设置可以改为非屯池，l 亓备区。 1 2 弟3 苹p l c 双目l 并仃糸统的设计和实现 $ 3 、电池后备固定区，区域特性小可改变。 3 3 双机并行系统 3 3 1 系统配置 四开四色y p 4 8 2 a 型胶印机电气控制系统采用三菱公司的f x 2 n 系列p l c 呵编程控制器构成双机并行的网络系统通过f x 2 n 一4 8 5 一b d 通讯模块，实现两 个p l c 之间的信息交换“。本控制系统采用一个主站和一个从站，其中主站代 号为p l c l ，主要负责胶印机的顺序动作控制，角度控制；从站代号为p l c 2 ， 主要负责胶印机的参数控制、胶印机的运行控制及相应的辅助功能控制。电气 控制系统简图见图32 。 p l c lplc2 k - x 己n 口 厂，。 l j 7 3 3 2 硬件连接 48 5b d48 bb1 图3 - 2 电气摔制系统简图 f i g 3 - 2e l e c t r i c a lc o n t r 0 1s y s t e mp 1 0 t 此网络系统采用一对带屏蔽的双绞线连接，r = 1 1 0q 为终端电阻，r d a 、 r d b 为读数据端，s d a 、s d b 为传送数据端，s g 为工作接地端，屏蔽线为 抗干扰接地( 所有接地电阻1 0 0 q ) 。系统硬件连接图”】见图3 - 3 m 一一r n ，l f、，_ + 十十、 。r 1 。r 一 一r r 州 l 一! 每 f 【| ! r 啊_ 唧：等 1o rl f1i l7 一i l | l j ： 。寸卅_ 1 1 1 一h ￥。一 图33 电气控制系统硬件连接图 f jg 3 - 3h a r d w a r ec o n n e c t i o i ld r a w i n gi ne l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e m 北京工业大学工程坝十字位论文 3 2 3 通讯规格 f x 系列p l c 根据使用的通讯模块与协议不同，分为以卜四种通讯模式： ( i ) p l c 的n ：n 通讯方式； ( 2 ) p l c 双机并联系统； ( 3 ) p l c 与计算机专有协议通讯方式； ( 4 ) p l c 与计算机无协议通讯方式。 表3 2 详细介绍了y p 4 8 2 a 型胶e 机所采用的p l c 的n ：n 通讯模式的通 讯规格。 表3 - 2 通讯规格 t a b l e 3 2c o m m u n i c a t i o f ir e q u ir e n l e n l 传输标准符合r s 4 8 5 传输距离最大5 0 0 米 连接数目 总站点数最大为8 个 通讯方式半双工通讯 数据长度 奇偶校验 固定 停止位 波特率( b p s ) 3 8 4 0 0 标题字符 固定 终结字符 控制线 胁议 和校验固定 支持的可编程控制器 f x 2 n ，f x 2 n c ，f x i n ，f x l 8 ，f x o n 3 2 4 数据寄存器 系统n ：n 网络通讯占用专门的数据寄存器，具体见表3 - 3 。 第3 章p l c 双机并行系统的设计和实现 表3 3 通讯用数据寄存器 t a b l e 3 2c o m m u n i c a t i o nd a t ar e g i s t e r 辅助继电器 f x o n f x l n ， 响应类 特性名称描述 f x l sf x 2 n 刑 f x 2 n c r d 8 】7 3站点号 存储它自己的站点号 m l r3 8 1 7 4 从站点总数存储从站点的总数 m l rd 8 1 7 5 刷新范围 存储刷新范围m ，l w d 8 1 7 6站点号设置设置它自己的站点号m l wd 8 1 7 7 总从站点数设置设置从站点的总数 m w d 8 1 7 8 刷新范围设置设置刷新范罔 m w r d 8 1 7 9重试次数馈置 设置重试次数 m w r d 8 1 8 0 通讯超时设置设置通讯超时 m r0 2 0 ld 8 2 0 1 当前网络扫描时间存储当前网络扫描时间 m l r d 2 0 2 d 8 2 0 2 最大网络扫描时间存储最大网络扫描时间 m l rd 2 0 3d 8 2 0 3 主站点的通讯错误数目主站点的通讯错误数目 1 l d 2 0 4 到d 8 2 0 4 到 r 从站点的通讯错误数目从站点的通讯错误数目 l m l d 2 1 0 丰2 d 8 2 1 0 3 rd 2 1 】d 8 2 1 1主站点的通讯错误代码土站点的通讯错误代码l l d 2 1 2 到d 8 2 1 2 剑 r从站点的通讯错误代码从站点的通讯错误代码 m l d 2 1 8 木2 d 8 2 1 8 木3 d 2 1 9 到 未井j 用于内部处理 d 2 5 5 r ：只读w ：只写 m ：主站点l ：从站点 3 3 5 设置 当程序运行或可编程控制器电源打开时，n ：n 网络的每一个设置都变为有效。 3 35 1 设定站点号( d 8 1 7 6 ) 系统n ：n 网络的站号值由d 8 1 7 6 来设定，通过设定0 到7 的值到特殊数据 寄存器d 8 1 7 6 中，确定其站号。具体见表3 4 。 北京工业人学下程硕十学位论文 表3 - 4 设定站点号 t a b l e 3 4s e ts t a t i o nn o 设定值描述 o 主站点 1 到7 从站点号 例子：1 是第l 从站点，2 是第2 从站点。 3 3 5 2 设定从站点的总数( d 8 1 7 7 ) 系统n ：n 网络的从站点的总数由d 8 1 7 7 来设定，设定l 到7 的值到特 殊数据寄存器d 8 17 7 中。( 默认= 7 ) 对于从站点此设定不需要。设定从站点数 见表4 - 5 。 表3 - 5 设定从站点数 t a b l e 3 5s e ts u b s t a t i o nn u m b e r 设定值描述 l 1 个从站点 2 2 个从站点 7 个从站点 3 3 5 3 设置刷新范围( d 8 1 7 8 ) 设定0 到2 的值到特殊数据寄存器d s l 7 8 中。( 默认= 0 ) 对于从站此设 置不需要。 在每种模式下使用的元件被n ：n 网络的所有站点所占用。系统刷新范围 由d 8 1 7 8 1 来设置，在各种模式下设置刷新范围见表3 - 6 。 表3 - 6 设置刷新范丽 t a b l e 3 6s e tt h er e f r e s h i n gr a n g e 刷新范围 模式0 通讯设备 模式1 模式2 ( f x o n ，f x l s ，f x i n ( f ) ( i n ，f x 2 n ，f 9 2 n c )( f x i n f x 2 n f x 2 n c ) f x 2 n ，f x 2 n c ) 位软元件( n ) o 点3 2 点6 4 点 字软元件( d ) 4 点4 点8 点 根据y p 4 8 2 a 型胶印机电气控制系统本身的通讯规模，采用模式2 便可 第3 章p l c 双机并行系统的设计和实现 以满足通讯要求。在模式2 韵情况下( f x l 4 ，f x 2 n ，f x 2 n c ) 软元件的分配见 表3 7 。 表3 7 模式2 通讯分配点 t a b l e 3 7m o d e 2d e t a c h i n gc o m m u n i c a t i o nn u m b e r 软元件号 站点号 位软元件( m )字软元件( d ) 6 4 点8 点 第0 号b l l 0 0 0 到m 1 0 6 3d o 到d 7 第l 号m 1 0 6 4 到m 1 1 2 7d 1 0 到d 17 第2 号m 1 1 2 8 到m l j 9j d 2 0 到d 2 7 第3 号m 1 1 9 2 到m 1 2 5 5d 3 0 到d 3 7 第4 号m 1 2 5 6 到m 1 3 1 9d 4 0 到d 4 7 第5 号m 1 3 2 0 到 1 1 3 8 3d 5 0 到d 5 7 第6 号 m 1 3 8 4 到m 1 4 4 7d 6 0 到d 6 7 第7 号m 1 4 4 8 到m 1 5 1 ld 7 0 到d 7 7 3 3 5 4 设定重试次数( d 8 17 9 ) 设定o 到1 0 的值到特殊寄存器d 8 1 7 9 中。( 默认= 3 ) 从站点不需要此设 置。如果一个主站点试图以此重试次数( 或更高) 与从站点通讯，此站点将 发生通讯错误。 3 3 5 5 设置通讯超时( d 8 1 8 0 ) 设定5 到2 5 5 的值到特殊寄存器d 8 1 8 0 中。( 默认= 5 ) 此值乘以1 0 ( m s ) 就是通讯超时的持续时间。通讯超时是主站点与从站点间的通讯驻留时间。 3 3 6 通讯的初始化 3 3 6 1 通讯参数表 系统n ：n 网络通讯初始化需要使用特殊软元件进行，通讯初始化所用软 元件见表3 8 。 北京工业大学工程硕上学位论文 表3 - 8 通讯参数 t a b l e 3 8c o m m u n i c a t j o np a r a m e t e r 属性参数 描述 只写 m 8 0 3 8 此辅助继电器同时允许通讯协议写入 本站站号主站： k o 只写 d 8 1 7 6 从站： k 1 只写 d 8 1 7 7 从站总数： k 1 只写 d 8 1 7 8 设置刷新范围模式： k 2 1 只写d 8 1 7 9通讯重试的次数；k 3 只写d 8 1 8 0通讯时间的溢出( x l o m s ) ：k 6 注： ld 8 1 7