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码垛
分层
装置
控制系统
设计
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高架码垛机分层装置控制系统设计,码垛,分层,装置,控制系统,设计
- 内容简介：
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新PLC1.码垛机程序分层升降 1 of 9 000000 (002156) W8.11零袋处理 I:1.15 I:1.08 KEEP (011) W8.14零袋处理分层动? a2039 a2055 a2166 a2203 a2213 T0179分层开到位定时 W8.11零袋处理 000001 (002162) I:2.07 H2.10分层机满记忆 I:2.09 I:2.10 T0019分层开延时 W16.00自动运行 H10.15分层开位置限制 T0087分层接触器吸合 I:2.031 I:2.08 I:2.13 W8.14零袋处理 分层动? W7.05手动操作 17.08手动分层 开.P W7.03控制电源断开信号 W16.00自动运行 I:2.09 H4.01码垛完成记忆 W16.00自动运行 I:2.06 T0087分层接触器吸合 T0088 垛1接触器吸合 I:2.10 Q:7.10 W7.05手动操作 17.15垛盘手动 输送.P1 Q:6.06 W80.12紧急停车 W7.09转位机待机辅助 Q:6.05 000002 (002197) Q:6.05 I:2.03 KEEP (011) H10.15分层开位置限制 b2176 Q:6.06 I:2.04 000003 (002202) I:0.02 I:2.07 I:2.03 KEEP (011) H5.05层满下降辅助 b2223 a2365 W8.14零袋处理 分层动? T0197上升临界 OFF定时 Q:6.10 新PLC1.码垛机程序分层升降 2 of 9 I:2.09 I:2.10 000004 (002211) Q:6.05 I:2.00 I:2.06 KEEP (011) W9.10分层板上无袋记忆 b2219 W8.14零袋处理 分层动? T0179分层开到位定时 I:2.07 000005 (002218) W16.00自动运行 W9.10分层板上无袋记忆 Q:5.02 I:2.02 H2.10分层机满记忆 H5.05层满下降辅助 I:2.06 Q:6.05 H10.14分层关位置限制1 W7.05手动操作 17.09手动分层 关.P W16.00自动运行 W7.03控制电源断开信号1 I:2.00 W80.12紧急停车 Q:6.06 000006 (002235) Q:6.06 I:2.06 KEEP (011) H10.14分层关位置限制 b2231 Q:6.05 I:2.05 000007 (002240) I:2.04 Q:6.05 KEEP (011) H2.11分层机低速 a2254 I:2.05 Q:6.06 I:2.03 I:2.06 000008 (002248) Q:6.06 W16.00自动运行 Q:6.07 Q:6.05 000009 (002252) W7.05手动操作 W16.00自动运行 T0087分层接触器吸合 Q:6.08 H2.11分层机低速 000010 (002257) T0087分层接触器吸合 Q:6.09 T0088 新PLC1.码垛机程序分层升降 3 of 9 垛1接触器吸合 000011 (002260) I:3.03 TIM0233 D1411 OP1空托盘到位 a2271 OP2升降机延时上升时间 c2264 TIM0104 D1410 OP1空托盘到位延时停 a2608 OP2空托盘到位时间 c2264 000012 (002263) W16.00自动运行 +B (404) D1410 #3 D1411 OP1空托盘到位时间 c2262 OP2 OP3升降机延时上升时间 c2261 000013 (002265) I:2.06 I:2.09 I:2.10 I:2.07 SET H3.00升降机上升 a2432 a2470 I:2.09 T0233空托盘到位 Q:5.06 I:2.10 000014 (002275) I:2.09 I:3.03 RSET H3.00升降机上升 a2432 a2470 I:2.10 I:2.08 I:2.13 T0003上升临界后延时 W11.12选择升降机反顶程序 T0003上升临界后延时 T0004升降机反顶时间 I:0.00 W16.00自动运行 T0149上升遮光 新PLC1.码垛机程序分层升降 4 of 9动作时限 H4.01码垛完成记忆 000015 (002292) I:2.07 TIMH (015)0003 D78 OP1上升临界后延时 a2280 a2283 a2298 a2392 b2404 b2435 OP2 上升临界ON延时 c0889 Q:6.10 TIM0149 #45 OP1上升遮光动作时限 a2289 OP2 T0003上升临界后延时 TIMH (015)0004 D1409 OP1升降机反顶时间 a2284 a2393 OP2升降机反顶上升 时间.p c0132 000016 (002300) CF113 P_On常通标志 CMP (020) D1102 D136 OP1层计数 c0119 c0982 c0996 c2887 OP2每垛层数 c0123 c0124 c0126 CF000 P_GE大于或等 于(GE)标志 H19.08计数满垛信号 a0993 a2304 a2313 b2339 000017 (002304) H19.08计数满垛信号 SET H13.01码垛层数计数完成记忆 a2315 000018 (002306) H4.01码垛完成记忆 RSET 16.00 强制排垛.P a2316 I:0.00 I:0.01 I:0.02 W7.03 新PLC1.码垛机程序分层升降 5 of 9控制电源断开信号 000019 (002312) Q:6.11 H19.08计数满垛信号 I:2.03 W16.00自动运行 SET H4.01码垛完成记忆 b0510 a0664 b0789 a0985 a0997 a1000 a1011 a1124 a1131 a2180 a2290 a2306 a2325 a2366 b2383 b2391 b2473 a2474 a2501 b2507 b2519 b2609 a2619 a2627 a2635 a2665 H13.01码垛层数计数完成记忆 H2.10分层机满记忆 16.00强制排垛 .P SET W3.02高速下降 b2475 W8.11零袋处理 I:2.03 H4.01码垛完成记忆 RSET H13.01码垛层数计数完成记忆 a2315 000020 (002327) I:2.09 I:2.10 I:3.03 TIM0148 #40 OP1垛盘离开升降机 a2332 OP2 000021 (002331) W2.07垛盘离开 升降? RSET H4.01码垛完成记忆 b0510 a0664 b0789 a0985 a0997 a1000 a1011 a1124 a1131 a2180 a2290 a2306 a2325 a2366 b2383 b2391 b2473 a2474 a2501 b2507 b2519 b2609 a2619 a2627 a2635 a2665 T0148垛盘离开升降机 W2.07垛盘离开 升降? I:2.03 I:0.00 I:0.02 W16.00自动运行 H19.08计数满垛信号 新PLC1.码垛机程序分层升降 6 of 9 I:2.06 000022 (002342) I:2.11 RSET W3.02高速下降 b2475 000023 (002344) I:2.00 I:2.04 Q:6.05 Q:5.03 KEEP (011) W3.06满层开记忆 a2360 H2.10分层机满记忆 Q:6.06 I:2.04 000024 (002352) I:2.03 W16.00自动运行 I:2.07 W11.10压袋机不压袋 KEEP (011) W9.01压袋信号记忆 a2361 a2364 T0017压袋定时 Q:6.11 000025 (002359) I:2.03 W3.06满层开记忆 W9.01压袋信号记忆 W2.04升降下降辅助 a2363 000026 (002363) W2.04升降下降辅助 W9.01压袋信号记忆 W16.00自动运行 SET H3.01升降机下降 a2449 a2480 H5.05层满下降辅助 H4.01码垛完成记忆 000027 (002369) I:2.09 TIM0226 #3 OP1 下降到位1 a2376 a2386 b2452 OP2 I:2.10 000028 (002372) I:2.09 I:2.10 TIM0227 #1 OP1 下降到位1&2 a2387 b2453 OP2 000029 (002375) I:2.10 TIM0225 #6 OP1升降机下降到位定时 a2385 OP2 T0226下降到位 新PLC1.码垛机程序分层升降 7 of 91 000030 (002378) I:2.07 TIM0197 D1408 OP1 上升临界OFF定时 a2206 a2384 OP2未满垛低速下降时间 c2380 c2382 CMP (020) D1408 #0 OP1未满垛低速下降时间 c2379 c2382 OP2 CF006 P_EQ 等于(EQ)标志 MOV (021) #20 D1408 OP1 OP2未满垛低速下降时间 c2379 c2380 000031 (002383) H4.01码垛完成记忆 T0197上升临界 OFF定时 RSET H3.01升降机下降 a2449 a2480 T0225升降机下降到位定时 T0226下降到位1 T0227下降到位 1&2 W7.03控制电源断开信号 000032 (002390) W4.06 层数为0 H4.01码垛完成记忆 T0003上升临界后延时 T0004升降机反顶时间 W11.12选择升降机反顶程序 Q:6.10 I:2.06 TIM0169 #15 OP1反顶上升保持时间 a2398 OP2 T0169反顶上升保持时间 SET H4.07反顶下降记忆 a2400 a2447 000033 (002400) H4.07反顶下降记忆 Q:6.11 TIMH (015)0005 D94 OP1反顶下降时间 a2403 OP2升降机反顶下降 时间.p 新PLC1.码垛机程序分层升降 8 of 9 c0133 000034 (002403) T0005反顶下降时间 RSET H4.07反顶下降记忆 a2400 a2447 T0003上升临界后延时 000035 (002406) I:2.06 TIM0166 #2 OP1分层到位定时 b2414 OP2 000036 (002408) Q:6.06 Q:7.07 Q:6.05 17.15垛盘手动 输送.P I:2.09 I:2.10 TIM0087 #1 OP1分层接触器吸合 a0371 a2177 b2189 a2255 a2257 b2639 b2655 OP2 W16.00自动运行 T0166分层到位定时 17.08手动分层 开.P I:2.03 W7.05手动操作 T0088 垛1接触器吸合 17.09手动分层 关.P I:2.06 000037 (002427) W16.00自动运行 W7.05手动操作 18.00手动升降 机上升.P W7.03控制电源断开信号 T0003上升临界后延时 I:2.08 I:2.13 Q:6.11 W80.12紧急停车1 W16.00自动运行 H3.00升降机上升 I:2.061 W7.09转位机待机辅助 T0088 垛1接触器吸合 Q:6.10 000038 (002443) W7.05手动操作 18.01手动升降 机下降.P W7.03控制电源断开信号 W16.00自动运行 T0226下降到位1 T0227下降到位 1&2 Q:6.10 W80.12紧急停车 W7.09转位机待机辅助 Q:6.11 H4.07反顶下降记忆 W11.12选择升降机反顶程序 W16.00自动运行 H3.01 新PLC1.码垛机程序分层升降 9 of 9升降机下降 000039 (002458) I:3.10 I:0.10 Q:7.08 000040 (002461) Q:6.10 W16.00自动运行 Q:6.12 Q:6.11 000041 (002465) W16.00自动运行 I:2.06 H3.00升降机上升 W16.00自动运行 Q:6.13 I:2.12 W4.06 层数为0 Q:6.13 I:2.07 W4.06 层数为0 H4.01码垛完成记忆 H3.01升降机下降 H4.01码垛完成记忆 W3.02高速下降 I:3.03 H5.12激活垛盘 1与升降一起升降 W7.05手动操作 W16.00自动运行哈尔滨理工大学学士学位论文高架码垛机分层装置控制系统设计摘要目前国内全自动包装码垛设备主要依靠进口，国产设备生产厂家较少，市场呼吁国产化的全自动包装生产线。我国人工包装的低效率与产量的日益提高之间的矛盾同益突出，因此对包装码垛自动生产线的研究具有重大的经济意义和现实意义。主要介绍了全自动码垛机生产线工艺流程，设计了以日本欧姆龙的包装码垛机生产线控制系统，重点介绍了控制系统的硬件配置，输入输出点分配和软件设计。本文首先概述了PLC的产生、发展及应用现状，随后又论述了高架码垛机的应用现状及其发展趋势。高架码垛机是一个多部机协同作业的复杂的机械系统，其机械结构既有共性又有其特性。本文研究了高架码垛机装置机械系统设计，进行了机构的选择和分析；给出了传动装置的计算方法；对关键技术进行了分析。阐述了气动系统的设计，给出了基本的气动回路组成及功能。最后，论文对全文进行总结，并提出了进一步研究的展望。关键词码垛机；控制系统；可编程控制器；软件Anti-folding device PLC control system design packageAbstractThe technologic process of automatic bagging and palletizing line is introduced.A set of automatic bagging and palletizing line control system based on plc is designed.Emphasis is given to the hardware disposition of control system.This paper outlines the PLC of the production, development and application status, then discusses the application of anti-stack package device status and development trend.Anti-stack package device is a multi-machine collaboration of the Department of complicated mechanical system, the mechanical structure of common but their characteristics. This paper studies the anti-stack package device mechanical systems design, conduct and analysis of institutional choice; given transmission is calculated; on the key technologies are analyzed. Described the design of pneumatic system, gives the basic composition and function of pneumatic circuit.Finally, a summary paper on the text and made the outlook for further research.Keywords Anti-stacked package; control system; PLC目录摘要Abstract第1章 绪论11.1 课题研究的背景和意义11.2 可编程控制器的产生、应用现状和发展趋势11.2.1 可编程控制器的产生11.2.2 可编程控制器的应用现状21.2.3 可编程控制器的发展趋势31.3 高架码垛机的发展、应用现状及发展趋势51.3.1 高架码垛机的发展51.3.2 高架码垛机的应用现状51.3.3 高架码垛机的发展趋势71.4 课题研究的主要内容81.5 分层装置设计方案81.5.1 概述81.5.2 分层装置的组成9第2章 分层装置机械系统设计102.1 概述102.2 分层装置的工作原理102.3 分层装置的主要机械组成部件102.4 分层装置的方案设计112.4.1 机构设计112.4.2 传动装置设计122.4.3 链传动132.5 分层装置的气动装置142.5.1 气动回路设计142.6 本章小结15第3章 分层装置电气控制系统设计163.1控制系统概述163.1.1 PLC的分类163.1.2 PLC程序的表达方式163.1.3 PLC的工作原理173.2 主要控制元器件183.2.1 控制回路的组成183.2.2控制回路元器件选型193.2.2.1断路器193.2.2.2变频器213.2.2.3熔断器233.2.2.4交流接触器243.2.2.5接近开关、光电开关263.3PLC控制系统设计293.3.1 分层装置的控制过程293.3.2 PLC控制系统硬件设计303.4本章小结30结论31致谢32参考文献33附录A35附录B431- -不要删除行尾的分节符，此行不会被打印第1章 绪论- 1 -1.1 课题研究的背景和意义- 1 -1.2 可编程控制器的产生、应用现状和发展趋势- 1 -1.2.1 可编程控制器的产生- 1 -1.2.2 可编程控制器的应用现状- 2 -1.2.3 可编程控制器的发展趋势- 3 -1.3 高架码垛机的发展、应用现状及发展趋势- 5 -1.3.1 高架码垛机的发展- 5 -1.3.2 高架码垛机的应用现状- 5 -1.3.3 高架码垛机的发展趋势- 5 -1.4 课题研究的主要内容- 8 -1.5 推袋装置设计方案- 8 -1.5.1 概述- 8 -1.5.2 工作原理以及工艺动作流程错误！未定义书签。1.5.3 系统功能- 9 -1.5.4 机构选用：错误！未定义书签。第2章 推袋装置机械系统设计- 10 -2.1 概述- 10 -2.2 主要机械执行机构方案设计错误！未定义书签。2.2.1 原动机的选择错误！未定义书签。2.2.2 传动装置设计错误！未定义书签。2.2.3 推送回程机构错误！未定义书签。2.3 机械运动系统设计方案拟定错误！未定义书签。2.4 机械系统运动转换功能错误！未定义书签。2.5 传动机构的尺寸设计及数据处理错误！未定义书签。2.6 本章小结- 14 -第3章 推袋装置气动系统设计错误！未定义书签。3.1 气动系统的组成错误！未定义书签。3.2 气动回路设计错误！未定义书签。3.3 本章小结错误！未定义书签。第4章 推袋装置电气控制系统设计- 16 -4.1 概述错误！未定义书签。4.2 主要控制元器件- 18 -4.2.1 单元组成错误！未定义书签。4.2.2 其他主要元器件选型- 19 -4.3 PLC控制系统设计- 29 -4.3.1 推袋装置的控制过程- 29 -4.3.2 PLC控制系统硬件设计错误！未定义书签。4.4 本章小结错误！未定义书签。结论- 30 -致谢- 32 -参考文献- 32 -附录一- 35 -千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行1-第1章 绪论1.1 课题研究的背景和意义所谓码垛就是按照集成单元化的思想，将一件件的物料按照一定的模式堆码成垛，以便实现物料的存储、搬运、装卸运输等物流活动。在现代生产中，人工码垛常常存在。在物料轻便、尺寸变化大、吞吐量小的场合，采用人工码垛方案，常常是经济可取的，特别是在人力资源丰富的我国，这些应用场合基本上都是采用人工码垛的。然而，在工作量恒定的情况下，长时间地进行人工码垛作业常常会造成弯腰疲劳和重复劳动疲劳，从人机工程学的角度考虑，需要增加一些符合人机工程学方面的设施，例如托盘操纵机、剪式升降台、工业操作机械手等。码垛有人工码垛和自动码垛之分，人工码垛应用在物料轻便、尺寸和形状变化大、吞吐量小的场合，当码垛吞吐量在10件/分钟以上，采用人工码垛方案需要较多工人时，采用自动码垛方案不仅可以加快物流速度，保护工人的健康和安全，而且可以获得整齐一致的物垛，减少物料的损伤，提高叉车的搬运效率，增强处理柔性。从60年代开始，在工业发达的德国、意大利、日本等国家，已相继研制出半自动、全自动码垛机，后来在结构和机型方面，还不断作了改进和完善。国产码垛机从80年代开始研制开发到现在，己经历了20多的时间。到目前为止，我国生产的码垛机，机型、品种规格、设备性能和产品质量等各方面，有很大的发展和提高，并在很多方面己逐步接近或达到国外同类型高架码垛机的技术性能及各项参数，已基本能满足大中型企业产品包装码垛的需要1。在新的世纪，随着我国各项事业的蓬勃发展以及知识经济所面临的机遇和挑战，高架码垛机PLC控制系统必将发挥越来越重要的作用，为国民生产产生不可估量的经济效益。防叠包控制器是现代化企业成品仓库的首选机械，广泛应用于粮食、面粉、饲料、麦芽、食盐以及化肥、水泥等行业。1.2 可编程控制器的产生、应用现状和发展趋势1.2.1 可编程控制器的产生1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司(GM)为满足市场需求，适应汽车生产工艺不断更新的需要，提出了著名的十条技术指标公开向社会招标，要寻求一种比继电器更可靠，响应速度更快、功能更强大的通用工业控制器。1969年，美国数字设备公司(DEC)根据十条要求研制出世界上第一台可编程控制器PDP14，并在GM公司的汽车生产线上首次应用成功。可编程控制器是以微处理器为核心，把电气传动和逻辑控制、自动测量和调节、数据计算和处理有机地结合起来，具有丰富的软件资源的现代化工业自动化控制器2。经过30多年的发展，现在可编程控制器己经成为最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业控制微型计算机。在可编程控制器中，充分应用了大规模集成电路技术、微电子技术及通信技术，迅速地从早期的逻辑控制发展到进入位置控制、过程控制等领域。用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集、图形工作站等的综合控制系统汇。该公司为新的控制系统提出10项指标：a. 编程方便，可现场修改程序；b. 维修方便，采用插件式结构；c .可靠性高于继电器控制装置；d体积小于继电器控制盘；e数据可直接送入管理计算机；f成本可与继电器控制盘竞争；g输入可为市电；h输出可为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器等；i扩展时原系统改变最少；j用户存储器大于4KB。这10项指标实际上就是现在可编程控制器的最基本功能。其核心要求可归结为4点：1用计算机代替继电器控制盘；2用程序代替硬接线；3输入输出电平可与外部装置直接相联；4结构易于扩展。1.2.2 可编程控制器的应用现状可编程控制器是“专为工业环境下应用而设计的”工业控制计算机川，由于其具有很强的抗干扰能力，很高的可靠性，能在恶劣环境下工作的大量的I/0接口，因此，伴随着新产品、新技术的不断涌现，始终保持着旺盛的市场生命力。可编程控制器的出现，除了取代传统的继电器控制外，正在逐步占领DCS和PID市场份额。国际市场：当今世界的PLC生产厂家约200多家，生产400多种PLC。全球最大的5家PLC制造商，德国SIEMENS公司、美国AB公司、SCHNEIDER公司、日本的MITSUBISHI公司、OMRON公司、三菱公司约占全球市场销售额的67%。我国对可编程控制器的研制始于1974年，目前全国有几十个生产厂家，但产品多为125个开关量I/0点以下的小型机。我国应用PLC还处于初级阶段，而且局限于钢铁、化工、汽车、机床、煤炭、电站等领域，其他行业的应用尚未普及，中国尚有广阔的应用领域等待开拓。我国90%的PLC市场由国外占领，中、大型PLC中，几乎100%是国外产品，以美国MOD工CON公司、GE公司、西德SIEMENS，日本富士公司为主。我国的饮料包装设备在许多方面采用了PLC，并取得了非常好的效果10。1.2.3 可编程控制器的发展趋势随着计算机科学的发展和工业自动化愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展，其技术和产品日趋完善。仅仅将PLC理解为开关量控制的时代已经过去，PLC不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，其功能也日趋完善。今后，PLC将主要朝着以下两个方向发展:一个是向超小型专用化和低价格方向发展;另一个是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展11。总的趋势如下：(1)可编程控制技术的标准化。在工业自动化产品繁花似锦的今天，各生产厂商既互相竞争又相互合作。一种自动化产品的竞争力除表现在其技术上的个性外，更重要的还在于其满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量，另一方面也保证了各个厂家产品的互相兼容。出厂检验时各可编程控制产品的厂家都有相应的技术标准作依据。按照这些标准，各种型号的PLC产品对工业应用环境、抗干扰性等条目都给出了明确的规定。但是，这些标准目前只能是统一区域性的产品，而不能实现全球的统一性。为了使各厂家的产品有一个共同的参考平面，制定国际标准是必然趋势。(2)CPU处理速度进一步加快。目前PLC的CPU与微型计算机的CPU相比，还处在比较落后的地步，最高的也仅仅处在80486一级。将来会全部使用64位R工SC芯片，实现多CPU并行处理或分时处理或分任务处理，实现各种模块智能化，且部分系统程序用门阵列电路固化。这样PLC执行指令的速度将达到纳秒级。(3)可编程控制技术的智能化。提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质，在某种意义上也提高了系统的可靠性。(4)系统的开放性和兼容性。开放性和兼容性是不可分割的而且是相辅相成的概念。一方面是某一产品和第三家同类产品在通信上的兼容程度，另一方面是指某系统尤其是软件上的开发平台对使用者有多大的开放程度。当今可编程控制产品种类繁多，加上自动化项目越来越大，致使常常在一个工程项目中出现不同厂家的产品做主从站的现象，这就要求每一厂家的产品族中，都要考虑到和其他厂家产品的兼容性问题;另一方面，可编程控制器与工业控制机等其他装置的通信难易也体现了开放性的特点。除此之外，同一厂家产品族中的各系列产品兼容性也代表了可编程控制产品的水平。(5)通用性和专业化的结合。可编程控制产品是通用的。但是工业的每一领域都有其自己的特点。怎样才能使一个系统既具有通用性又具备专业化呢?硬件系统的模块化便是解决这一矛盾的钥匙。这样，适合于某个行业或某些特殊问题的专用模块就可以很容易地集成到通用系统中去。常用的专用模块包括:定位模块、温度测量模块、高速采样模块、网络接口模块等。(6)可靠性进一步提高。随着PLC进入过程控制的领域，对PLC可靠性的要求进一步提高。硬件冗余的容错技术将进一步得到应用，不仅会有CPU单元冗余、通信单元冗余、电源单元冗余、1/0单元冗余、而且整个系统都会实现冗余。但从根本上来讲，系统的可靠性取决于系统各单元的可靠程度。要保证整个系统的可靠运行，首先要求系统各单元的质量要得到保证。MTBF(平均无故障时间)是衡量产品质量的重要指标。纵观各著名厂商，其PLC产品都有不同程度的冗余功能，而且发展越来越完善。(7)控制系统分散化。根据分散控制、集中管理的原则，PLC控制系统的1/0模块将直接安装在控制现场，通过通信电缆或光纤与主CPU进行数据通信。这样使控制更有效，系统更可靠。(8)控制与管理功能一体化。为了满足现代化大生产的控制与管理的需要，PLC将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PLC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。随着计算机科学的发展和工业自动化愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展，其技术和产品日趋完善。仅仅将PLC理解为开关量控制的时代已经过去，PLC不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，其功能也日趋完善。今后，PLC将主要朝着以下两个方向发展:一个是向超小型专用化和低价格方向发展;另一个是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。综上所述，我们不难得出下面几个结论:工控机、计算机集散控制系统及PLC正在走着一条相互融合的道路。智能分布式控制是可编程控制系统基于现场总线的新型控制思想。系统的智能性将越来越重要，因此系统的分析运算能力将越来越强。基于标准化的开放性和兼容性是衡量系统质量的重要判据。通用性、高度专业化的融合是可编程控制系统的新特征。1.3 高架码垛机的发展、应用现状及发展趋势1.3.1 高架码垛机的发展从60年代开始，在工业发达的德国、意大利、日本等国家，已相继研制出半自动、全自动码垛机，后来在结构和机型方面，还不断作了改进和完善。国产码垛机从80年代开始研制开发到现在，已经历了20年左右的时间。到目前为止，我国生产的码垛机，机型、品种规格、设备性能和产品质量等各方面，有很大的发展和提高，并在很多方面已逐步接近或达到国外同类型码垛机的技术性能及各项参数，已基本上能满足大中型企业产品包装码垛的需要，高架码垛机是机电仪一体化高技术产品，是现代化企业成品仓库的首选机械，广泛应用于化工、粮食、医药及食品等行业。3它可使对包装产品的拣选输送、码垛、整形、金属检测、重量检测等作业全部实现自动化。高架码垛机采用进口可编程控制器、进口电机变频调速控制器、进口优质光电及位置检测器件构成控制系统的主体，实现整个码垛机的协调控制。系统具有故障诊断及显示功能，并有完善的故障保护及连锁停机功能。整个操作系统使用简单，功能完善，便于检修和维护。高架码垛机简单的讲，它是包装码垛生产线的一个环节。在我国包装机械的研制始于1958年，主要是自用设备，属于革新产品未进入市场，正式包装生产线始于七十年代初，“八五”期间呈全方位发展态势，“九五”期间进入转型期，逐步成为高科技、高效益、现代化、国防化的产业。随着进入21世纪，包装机械的产品种类不断增加，技术水平逐年提高，机械工业正在不断发展完善。高架码垛机的应用将大大提高码垛机械工业的生产效率，使包装码垛机械工业更加完善4。1.3.2 高架码垛机的应用现状1.高架码垛机在我国已经得到了发展，但是与国外的码垛机相比，还是有很大的差距的，其主要问题是:(1)零部件加工质量低国产码垛机机械部分的零部件加工，目前还处于单件生产阶段，一般加工精度和质量与国外同类型产品相比，还有一定的差距。因此投产后维修工作量较多，使用寿命较短，特别是对动作频繁的关键零部件，还缺少专用设备进行批量加工生产的条件。如气垫盘的加工制造，目前仍采用较简易的加工手段和方法，因此投产后有的气垫盘的气密性不够，有漏气现象，有的液压机构还有漏油等现象，因此，维修工作量较大5。(2)控制系统主要元器件性能还不过关目前码垛机选用的国产控制系统元器件，与国外先进的元器相比，其性能和使用寿命还有一定的差距。有的定位不准，造成操作失灵;因此，在生产过程中的维修、更换工作量较多。(3)码垛效率低国产型钢码垛机的码垛能力，一般保持在12捆/小时左右，尚能保证正常稳定生产的要求;如要达到30捆/小时以上的生产能力，还需用作进一步的改进和提高。2.国产码垛机的发展前景：纵观国内码垛机的设计、制造和生产使用情况，其发展前景是很光明的。特别是目前国内已拥有一批专门从事码垛机研究的单位，积累了一定的生产使用经验，为发展、完善和提高码垛机的生产技术水平，打下了良好的基础，因此，发展国产码垛机具有很多有利条件。加之，在当前形势下各级领导对国产化工作的重视，因此，在近期内实现码垛机的国产化，已是大势所趋、人心所向。预计在今后35年内，全面采用国产化码垛是完全可能的。当前，发展国产化码垛机的主要有利条件有如下几方面:(1)国内已有一批专业科技队伍目前国内一些科研、设计和生产单位，已拥用一批专门从事科研、设计和制造码垛机的技术队伍，他们通过近20年左右的摸索、研制、和生产实践已积累了较丰富的经验，现在已具备设计和研制出符合国情和先进水平的码垛机所必需的条件。(2)已有一批专业制造单位目前国内已有小5家生产码垛机的主要专业制造厂(所)，其中主要生产厂家有宜昌机械厂、常州机械厂、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学机器人研究所等。其技术和装备已具有制造一流水平码垛机的能力和条件。加上有关控制元器件配套厂的共同努力，在最近35年内，我国将能够生产出接近或达到国际先进水平的码垛机。(3)国产机型己基本能满足生产需要目前国内几个厂生产的码垛机，无论从机型、规格及各项主要技术性能来看，已初步形成系列产品，可基本满足国内大、中型企业生产的要求，有些机型的结构设计，还比较简单实用、制造质量也较高，从机械性能等到方面看，也能保证安全、正常稳定运转的要求;但在型钢自动码垛机方面，除邯钢、通刚外，自动码垛机大多从国外引进，对国外产品有一定依赖性。这与我国冶金行业自动化水平有关，相信通过我们进一步努力，根据生产的需要，进行控制系统的自动化改造和完善，可逐步接近国外的自动码垛机生产水平7。(4)已能生产与码垛机配套的控制元器件从八十年代开始，国内一些仪表厂已生产出为码垛机配套所需用的控制元器件，并已用于生产运行。目前国产元器件与国外同类型先进水平相比，还有一定的差距，其中主要是使用寿命较短。但相信通过进一步努力，国产元器件还是有可能逐步接近或达到国外水平的8。目前国内一些码垛机制造单位，为了提高码垛机的整体技术水平，对一些控制系统的主要元件、敏感元件及气动系统工程主要元件等，采取从国外进口的办法，这也是一种过渡的措施之一。(5)国产码垛机有明显的价格优势目前国产码垛机价格都在5475万元套，其中气垫式全自动码垛机约54万元每套左右;辊道式全自动码垛机约75万元每套左右;国产机器人自动码垛机每套价格介于上述两类之间。因此，国产全自动码垛机与国外同类型产品相比，其价格仅为国外同类型新产品价格的1/21/3左右。因此，选用国产码垛机是比较经济合理的，且可节省大量外汇。(6)国产码垛机的备品备件容易解决国产码垛机投产后所需的备品备件，供应渠道畅通，容易解决，且经济实惠。(7)售后服务周到及时目前国内生产码垛机的几个主要厂家，对产品的售后服务，都较周到和及时，一般制造厂都有能积极协助用户做好安装调试工作，为用户培训技术操作人员，有的制造单位还有整套稳定的售后技术队伍，保证生产单位用好管好码垛机生产线。1.3.3 高架码垛机的发展趋势为了满足各行各业对包装商品的提高生产效率的要求，改善工作环境，降低劳动强度，高架码垛机就必须适应不断发展的包装工业的需求，未来的高架码垛机有以下发展趋势:1机电仪综合技术是高架码垛机的发展主流 自动化程度是衡量包装机械技术水平的重要标志。其内容包括自动控制(工艺过程、工艺参数、产品质量、运行故障、安全防护等控制)和自动检测(包装物、包装容器及材料、包装产品、包装过程等检测)两个方面。由于大量采用了微电子、远红外、传感器等高新技术，特别是微型计算机的应用，使上述两个方面的水平迅速提高，从而简化了产品结构，减少了人工操作，提高了包装商品的传输效率9。2在促进高速化的同时，注意提高系统效率 高速化是提高包装机生产效率的主要途径，为此，不断提高包装产品的传输速度已成为发展趋势。其主要途径是在提高自动化水平的同时不断改进结构。与此同时，还将更多的注意力投向提高整个包装系统的生产效率上，使高速化向深层次发展，使包装系统更加经济合理。3大力开发辅助设备，促进连续化生产的发展 除主机外，各种辅助设备也相当重要。为此，全面地系统地开发各种辅助设备已经引起普遍关注。如用于包转产品的各种整理、转向、传送装置、检测装置、打印装置等的开发，大大提高了生产效率和自动化程度。1.4 课题研究的主要内容作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来，码垛技术获得了飞速的发展。一方面，随着企业的集团化，生产能力的规模化，对码垛机的工作能力的要求不断提高，使传统的在线式码垛机向高速化方向发展;另一方面，由于企业产品由卖方市场进入了买方市场，企业生产正在向着多品种少批量的方向发展，生产企业不能够承担一条生产线只生产单一产品的代价，往往需要一线多产品的生产线，这就要求作为后处理设备的码垛机，必须具有处理多种产品的能力，另外，随着大型物资批发配送中心的出现，需要为成千上万的用户按定单配送产品，这就要求码垛机具有混合码垛的能力，所有这些都为高架码垛机的发展提供了机会，继70年代末日本将机器人技术用于码垛工艺以来，高架码垛机的研究开发获得了迅速的发展，柔性、处理速度以及码垛重量不断提高，价格不断下降。本课题主要研究高架码垛机分层装置控制系统设计。该课题主要包括以下研究内容：1.分层装置的原理及使用。2.工厂电气控制原理，继电器、接触器、断路器的原理及使用。3.分层装置的控制系统设计。4.对高架码垛机分层装置进行控制元器件选型。1.5 分层装置设计方案1.5.1 概述 本课题所设计的高架码垛机分层装置控制系统是一个典型的机电一体化系统。机电一体化技术又称机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。机电一体化系统通常由五大要素构成，即动力源、传感器、机械结构、执行元件和电子计算机。高架码垛机生产线是集机、电、仪于一体的高技术产品，它主要应用于化工、粮食、食品及医药等行业中的粉、粒、块状物料(如塑料、化肥、合成橡胶、粮食等)的全自动码垛，高架码垛机主要由以下几部分组成，大斜坡输送机、缓停压平机、转位机、编组机、推袋机、分层机、升降机、托盘输送机、垛盘输送机、托盘仓等组成。其中分层装置是重要组成部分。分层机在升降机的协同下，对料袋进行码垛操作。 本课题所设计的分层装置具有全自动化功能，其主要设计思路来自于对传统工艺分解,然后按照相应功能的机构部件进行设计,对比,选定, 实现机电一体化操作。1.5.2 分层装置的组成分层装置是该系统是一个典型的机电一体化系统或称为机电计算机控制系统(本系统主要采用PLC控制)，因而本系统设计主要由机械、气动、控制三大部分组成。其机械部分主要是各传动装置通过各种机构驱动执行装置实现设定的运动轨迹、完成预期的功能。气动部分是由检测传感器、光电开关等组成。控制部分主要由可编程控制器(本课题采用OMRON的CPM2A)、交流接触器、低压断路器等组成升降装置的功能。通过控制电机的正反转，分层板可以实现打开和关闭运动。分层装置是码垛机系统中的一个主要组成部分，位于推袋动作的下一个动作，是第四道工序，通过与升降装置的协同运动，对通过输送机输送过来的料袋进行码垛，然后将码好的托盘通过垛盘输送机运走，送到指定的位置，最后由叉车运走。第2章 分层装置机械系统设计2.1 概述分层板是码垛机组中的重要部机之一，对提高码垛质量和速度起到关键的作用。分层板主要由滑板机构、整形装置和端挡板组成。分层机分层板的位置通过接近开关进行检测，在分层板下方共有4个接近开关，分别是分层机开位、分层机开减速位、分层机关减速位、分层机关位。分层机上的料袋是否到位通过位于侧边整形板后面的分层机满光电开关进行检测。压袋气缸侧面有压袋上位接近开关。2.2 分层装置的工作原理分层板的工作原理是将推袋小车送来的料袋按按要求送到升降托盘上。当推袋小车把一层的袋子推到分层板上时，侧边整形的光电开关启动，工作并保持。当升降如果升降机已经在上升临界位置定位，分层机以预置速度对应的速度正向高速启动，分层板向两侧打开。当分层板到达分层机开减速位置时，分层板变为低速运行。到达打开位置时，分层板停止运动。这时料袋已经落在升降托架上的托盘上，压拍开始动作，对料袋进行压平。压拍动作一定时间后，侧边整形和压拍复位。升降机开始下降，分层机分层板以预置速度对应的速度反向高速启动。当分层板到达分层机关减速位置时，选择预置速度，使分层板变为低速运行。到达关闭位置时，分层板停止运动，完成一个动作循环。 2.3 分层装置的主要机械组成部件分层码垛机的结构如图21所示，它是由滑板机构、整形装置和端挡板组成。(l)滑板机构由传动系统(包括减速电机、链轮副、传动轴、传动链轮、张紧链轮、大框架和导轨等)和左、右滑板组成。大框架由四个定位销固定在高架平台立柱的四根支撑角钢上。轴装式减速电机通过链传动带动左、右滑板沿导轨相向或相背运动，使左右滑板分开或合扰。传动轴和张紧链轮分别装在大框架的两端，在大框架上还装有一组接近开关3，用于控制左、右滑板的运动及停止位置。大框架对角线方向有一对光电开关1，用于检测和控制升、降机的极限位置12。(2)整形装置由支撑平板、整形气缸、整形板、导向辊等组成。支撑平板通过支撑杆连接到大框架上，气缸和整形板均安装在支撑平板上，在左、右滑板上有料袋时，气缸在光电信号控制下带动整形板伸出压紧料袋(整形)，当料袋落到托盘上后，气缸便带动整形板退回到原始位置。(3)端挡板由挡板和支架组成。用于限制料袋在分层机上的位置，从而保持良好的垛形13。图2-1 码垛机分层结构简图2.4 分层装置的方案设计2.4.1 机构设计在设计机器时，当确定了所需执行构件的数目和运动后，下一步就是选择能够实现各个执行构件所需运动的机构，也就是机构选型问题。执行构件的数目就是应当选用的执行机构的个数，而执行构件的运动就是所选执行机构输出件的运动。执行机构可以是一个基本机构，也可以是一个组合机构。由分析各种机器可知，执行构件的运动形式有下列七种：1)连续转动；2)往复移动；3)往复摆动；4)单向问歇转动；5)间歇往复移动；6)问歇往复摆动：7)实现给定轨迹。另一方面，选择机构时还要确定选用何种原动机，因为执行机构的输入运动是从原动机经过传动机构传来的。常用原动机的运动形式有下列三种：1)连续转动，例如电动机和内燃机的输出运动；2)往复移动，例如赢线电动机和固定的活塞式油缸或气缸的输出运动；3)往复摆动例如双向电动机和摆动的活塞式油缸或气缸的输出运动。已知执行机构输出运动和输入运动后，便不难决定该执行机构应当选用什么机构。选择机构时，不但要考虑执行构件的运动形式，而且还要考虑它的运动规律或运动轨迹。还要考虑到该机构的动力学特性和制造、安装、维修及成本等问题。根据所设计机器的特点，进行综合考虑、分析比较，抓主要矛盾，才能选出最佳的机构。机构是具有确定相对运动的构件组合。在着手设计新机构时，首先应判断所设计的机构能否运动；如果能够运动，还需判断在什么条件下才能具有确定的相对运动。设某一平面运动链共包含q个构件，个低副和个高副。这q个构件中有一个构件(机架)被看作固定不动，其余活动构件数为n=q-1。这n个活动构件在未用运动副联接之前共具有3n个自由度，当用个低副和个高联接成运动链之后，便受到2+个约束(每个低副引入两个约束，每个高副引入一个约束)。显然，整个运动链相对其中一杆(机架)的自由度，办即机构的自由度，应为活动构件自由度总数与运动副引入的约束总数之差，即机构的自由度也即是机构所具有的独立运动的数目。通常机构中的每个原动件具有一个独立运动(如电动机转子具有一个独立转动，油缸中的活塞具有一个独立的直移运动)，因此，机构的自由度也就是机构应当具有的原动件的数目14。2.4.2 传动装置设计传动装置是一种在距离间传递能量并兼实现某些其它作用的装置。这些作用是：1)能量的分配：2)转速的改变；3)运动形式的改变等15。机器中所以要采用传动装置的原因是：1)工作机构所要求的速度、转矩或力，通常与动力机不一致；2)工作机构常要求改变速度，用调节动力机速度的方法来达到这一目的往往不很经济；3)动力机的输出轴一般只作等速回转运动，而工作机构往往需要多样的运动；4)一个动力机有时要带动若干个运动形式和速度都不同的工作机构。机械传动分为摩擦传动和啮合传动。摩擦传动的外廓尺寸较大，由于打滑和弹性滑动等原因，其传动比不能保持恒定。但它的回转体要比啮合传动简单，即使精度要求很高，制造也不困难。摩擦传动运行平稳、无噪声。大部分摩擦传动都能起安全作用，且易于实现无级调速。啮合传动具有外廓尺寸小、效率高、传动比恒定、功率范围广等优点。因为靠着金属元件问的齿的啮合来传递动力，所以即使有很小的制造误差及齿廓变形，在高速时也将引起冲击和噪声，这是啮合传动的主要缺点。高架码垛机主传送带采用带传动和链传动(弯道输送机采用链传动)。 2.4.3 链传动链传动是在两个或多于两个链轮之间用链作为挠性拉曳元件的一种啮合传动。因其经济、可靠，故广泛用于农业、采矿、冶金、起重、运输、石油、化工、纺织等各种机械的动力传动中。和带传动比较，链传动的主要优点是：1)没有滑动；2)工况相同时，传动尺寸比较紧凑；3)不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；4)效率较高，；5)能在温度较高、湿度较大的环境中使用等。高架码垛机中弯道输送机主要采用链传动，并且主要是滚子链传动。下面介绍滚子链传动。1. 滚子链传动 滚子链齿形系用标准刀具加工，在链轮工作途中不必画出，应注明链节距、齿数、分度圆直径、齿项圆直径、齿根圆直径。分度圆直径齿顶圆直径齿根园直径式中 滚子直径(mm)。2. 链速 链传动的运动情况和绕在多边形轮子上的带传动很相似，边长相当于链节距，边数相当于链轮齿数。轮子每转一周，带转过的长度应为，当两链轮转速分别为和时，链速3. 工作拉力 取决于传动功率(kW)和链速(m/s)4. 轴上载荷 作用在轴上的载荷可以近似取2.5 分层装置的气动装置气动系统主要由以下四种装置组成；1. 气源装置 气源装置即压缩空气的发生装置，其主体部分是空气压缩机(简称空压机)。它将原动机(如电动机)的机械能转换为空气的压力能并经净化设备净化，为各类气动设备提供洁净的压缩空气。2. 执行机构 执行机构是系统的能量输出装置，如气缸和气马达，它们将气体的压力能转换为机械能，并输出到工作机构上去。3. 控制元件 即用以控制调节压缩空气的压力、流量、流动方向以及系统执行机构的工作程序的元件，如压力阀、流量阀、方向阀和逻辑元件等。4. 辅助元件 系统中除上述三类元件外，其余元件称辅助元件，如各种过滤器、油雾器、消声器、散热器、传感器、放大器及管件等。它们对保持系统可靠、稳定和持久地工作起着十分重要的作用15。2.5.1 气动回路设计气源处理装置该装置由气水分离器、减压阀、油雾器组成。气水分离器将压缩空气中的赃物和水分滤出，由减压阀把空气压力降到预定压力，然后供给电磁阀和气缸。油雾器中的润滑油由压缩空气顺空气流动方向带到需润滑的电磁阀和气缸。减压阀带有压力表，调整空气压力可由压力表直接读出。气源处理装置简图如图2-2所示图2-2 气源处理装置简图气路的基本回路一个气动系统不管有多么复杂，它总不外是由一些基本回路组成的。所谓基本回路就是由一些气压元件组合起来完成特定功能的气路结构。气路系统由基本回路构成，基本回路由电磁阀、气缸、管路、调速器、消音器等组成。电磁阀控制气体通断及执行机构换向。气缸是执行机构的基本元件，承担负载、输出力及转矩。调速器用来调节气缸的运动速度，以满足负载的不同速度要求。消音器用来排除排气噪声，保护环境。基本回路简图如图2-3所示。图2-3 基本回路简图2.6 本章小结本章主要介绍了分层装置的机械部分。分层装置机械结构复杂，零部件较多。对其电动机、传动装置进行了选型，进而对对分层装置机械部分进行方案设计，设计满足要求的机械结构。第3章 分层装置电气控制系统设计3.1控制系统概述自动控制（automatic control）是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。在码垛机码垛过程中，需要完成对袋子的夹紧、升降及水平搬运、旋转、排列等多个动作，另外还要进行金属检测、压力检测、行程开关检测等，动作频繁且过程复杂。并且，在码垛工作现场往往环境较为恶劣，所以为了保证生产过程平稳有效地进行，就要求控制系统具有很好的可靠性以及很强的故障诊断能力。目前，市场上的主流控制系统是PLC，它的特点是结构小巧、通用性好、运行速度快、可靠性高，非常适合于在高温、振动、粉尘等环境恶劣的工业现场实现各种开关控制，所以选用PLC作为控制系统的核心部件。3.1.1 PLC的分类目前，PLC应用非常广泛，国内外有众多的生产厂家，所以生产出来的产品其规格、型号、性能、价钱等不尽相同。通常，我们可以按照其结构与功能的不同的几类：1.结构形式分类 按照结构形式的不同，PLC 可分为整体式和模块式两种。前者具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低的优点，易于装在工业设备的内部，通常适于单机工作。一般小型和超小型 PLC 多采用这种结构，如日本三菱 FX 系列的 PLC。后者配置灵活，装载和维修方便，功能易于扩展，其缺点是结构较复杂，造价也较高。一般大、中型 PLC 都采用这种结构，如日本三菱公司的 AN 系列。2.功能、点数分类 按功能、输入输出点数和存储器容量不同，PLC 可分为小型、中型和大型三类。小型 PLC 又称为低档的 PLC。这类 PLC 的规模较小，它的输入输出点数一般从 20 点到 128 点。中型 PLC 的 I/O 点数通常在120 点至 512 点之间，用户程序存储器的容量为 2KB-8KB。大型 PLC 又称为高档的 PLC，I/O 点数在 512 点以上，其中 I/O 点数大于 8192 点的又称为超大型 PLC，用户程序存储器容量在 8KB 以上16。3.1.2 PLC程序的表达方式目前生产PLC的厂商很多，不同厂家生产的产品或者不同的机型往往会有不同的表达方式，但基本原理是一样的，就是其操作是按照一定的程序要求进行的，而这些程序要用“程序语言”来表达17。PLC的程序表达方法形式多样且非常灵活，目前常见的表达方法主要有一下几种:梯形图、指令(语句表)、逻辑符号图和高级语言137。下面对这些表达方式作简要说明：（1）梯形图。PLC的梯形图编程语言与传统的继电器电路非常类似，它仍沿用的线圈、触点、串、并联等继电器技术术语，延续了传统继电器控制逻辑中经常使用的逻辑运算方式、框架结构以及输入输出形式。梯形图形象、直观，程序简单易读，对于有一定继电器控制基础知识的人来说非常容易接受。在PLC中，梯形图是使用最多的一种程序表达方式，当今世界各国的PLC制造厂商大都采用梯形图语言编程。（2）语句表(也成指令表)。是采用助记符来表达PLC的各个功能，它与计算机的汇编语言非常类似，但较之简单得多，因为不同型号的PLC有着不同的标识符和参数，所以编写格式也是不固定的。这种程序表达方式，因其编程简单，简单易学，逻辑紧凑的特点，目前几乎所有的PLC上均有该功能。（3）逻辑符号图。一般是采用半导体逻辑电路的逻辑方块图，首先定义逻辑符号的功能和变量函数，确定每一种逻辑功能都使用一个运算方块，常用的表达控制逻辑的逻辑功能有“与”、“或”、“非”三种。输入画在方块的左边，输出画在右边。（4）高级语言。近年来，随着软件技术不断地发展，各生产厂商均推出了功能强大、结构复杂的大型PLC，为了对大量数据进行处理、完成PID调节等较为复杂的控制，采用BASIC、PASCAL等高级语言编程。3.1.3 PLC的工作原理PLC的工作过程是周期循环扫描的工作过程，采用了“批处理”的程序执方式，用户可以将程序通过编程器等输入设备输存到PLC的用户程序存储器中。17首先，PLC把输入单元端子上的输入状态全部读入，然后按照顺序对程序进行处理，而后将输出继电器等设备的通断状态全部输送出去。当PLC投入运行后，其工作过程一般输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成这三个阶段一次就是完成一个扫描周期，在PLC整个运行过程中，PLC的CPU按照一定的扫描速度重复执行扫描周期即上述三个阶段如图3-1所示图3-1 PLC扫描的工作过程(1) 在输入采样阶段，PLC按照扫描方式依次读入所有的数据和输入状态，同时把这些数据和输入状态存入到FO映象区中相应的单元里，完成输入采样，同时PLC转入用户程序执行阶段以及输出刷新阶段。(2) 在用户程序执行阶段，PLC按照梯形图程序的读取扫描原则，先上后下，先左后右，逐步对语句依次扫描，对由触点所组成的控制电路进行逻辑运算，然后依据所得到的运算结果，刷新在系统RAM存储区中对应逻辑线圈地址的状态，以及该输出线圈在FO映象区对应位置的状态。同时，确定是否需要执行梯形图中设定的特殊功能指令，根据跳转条件能否得到满足，当需要对程序指令进行跳转时，选择程序的跳转地址18。 (3) 当扫描用户程序阶段完成后，PLC便会自动跳入输出刷新阶段。在这个阶段，执行完所有指令之后，CPU将输出映像寄存器中的每个输出继电器的状态(FO)储存到输出锁存寄存器中，通过电路方式输出，驱动相应的外部负载，完成才是PLC的输出。3.2 主要控制元器件3.2.1 控制回路的组成控制系统控制回路如图3-2所示。图3-2分层装置控制回路由图3-2可知，控制回路主要由电机、电磁制动器、变频器、断路器、交流接触器、接近开关等元部件组成，这些元器件在编程控制器的控制下，控制分层装置的启动、停止以及分层速度的改变19。3.2.2控制回路元器件选型3.2.2.1断路器断路器（英文名称：circuit-breaker，circuit breaker）是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。目前，已获得了广泛的应用。断路器一般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成。当短路时，大电流（一般10至12倍）产生的磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构动作，开关瞬时跳闸。当过载时，电流变大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度推动机构动作（电流越大，动作时间越短）。现在有电子型的，使用互感器采集各相电流大小，与设定值比较，当电流异常时微处理器发出信号，使电子脱扣器带动操作机构动作。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20。3-3 断路器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。低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，主要用于低压动力线路中起过载、短路、失压保护等作用，当电路发生短路故障时，它的电磁脱扣器自动脱扣进行短路保护，直接将三相电源同时切断，保护电路和用电设备的安全。在正常情况下也可用作不频繁地接通和断开电路或控制电动机。 低压断路器的选用： (1) 根据电气装置的要求选定断路器的类型、极数以及脱扣器的类型、附件的种类和规格。 (2) 断路器的额定工作电压应大于或等于线路或设备的额定工作电压。对于配电电路来说应注意区别是电源端保护还是负载端保护，电源端电压比负载端电压高出约5%左右。 (3) 热脱扣器的额定电流应等于或稍大于电路工作电流。 (4) 根据实际需要，确定电磁脱扣器的额定电流和瞬时动作整定电流。 电磁脱扣器的额定电流只要等于或稍大于电路工作电流即可。 电磁脱扣器的瞬时动作整定电流为： 作为单台电动机的短路保护时，电磁脱扣器的整定电流为电动机启动电流的1.35倍 (DW系列断路器) 或1.7倍 (DZ系列断路器); 作为多台电动机的短路保护时，电磁脱扣器的整定电流为1.3倍最大一台电动机的启动电流再加上其余电动机的工作电流。 低压断路器具有多种保护功能，动作后不需要更换元件，其动作电流可按需要方便地调整，工作可靠、安装方便、分断能力较强，因而在电路中得到广泛的应用。 低压断路器的主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放。也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要距离控制时，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开。低压断路器按结构型式可分为塑壳式 (又称装置式) 和框架式 (又称万能式) 两大类，常用的DZ520型塑壳式和 DW10型框架式低压断路器。框架式断路器为敞开式结构，适用于大容量配电装置;塑壳式断路器的特点是外壳用绝缘材料制作，具有良好的安全性，广泛用于电气控制设备及建筑物内作电源线路保护及对电动机进行过载和短路保护。 DZ20系列断路器按其极限分断故障电流的能力分为一般型 (Y型)、较高型 (J型)、最高型 (G型)。J型是利用短路电流的巨大电动斥力将触头斥开，紧接着脱扣器动作，故分断时间在 14 ms以内，G型可在810 ms以内分断短路电流。此课题研究的升降装置所选用的断路器型号为LRD-08C允许的电流范围为0.1-32A,额定电压为380V,额定频率为50/60。3.2.2.2变频器变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力电子器件经历了SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SITH(静电感应晶闸管)、MGT(MOS控制晶体管)、MCT(MOS控制晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)的发展过程，器件的更新促进了电力电子变换技术的不断发展。从20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。 变频器是将工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。 变频器的生产厂家颇多，型号各异，用途很广，但概括起来无非有两种：通用变频器和特种变频器。特种变频器亦叫专用变频器，它是在通用变频器原理的基础上略增某个(或某些)功能而成。也就是说它不仅能作通用变频器使用，而且能用于某种要求更特别的机械设备，所以应用范围更为广泛。 变频器除了可以按照上文所述的三种控制方式进行分类之外，一般还具有三种分类方法它们依次是：按主回路变换环节分类，按电压调制方式分类和按直流环节的储能方式分类。使用变频器的好处。 a、调速方便（相对与调压调速、转子电子调速等）。 b、节能（与具体负载、使用情况有关）。 c、启动电流小、对电网冲击小（与直接启动比）。 d、功能多样，有利于自动化生产、提高生产效率及自动化水平。 使用变频器的坏处： a、对其他设备干扰大。 b、输出电压是PWM波形，对电机温升及绝缘有不利影响。 c、是一个故障源，容易损坏（相对而言）。 d、调试、维护等需要一定的技术水平。本控制系统采用4台变频器，分别用于编组电机、推袋电机、分层电机（与垛盘输送机1共用一台变频器）和升降电机的速度控制。变频器的工作方式、预置速度、加减速时间等参数可通过码垛机控制柜内变频器操作面板进行设置。变频器的控制端子LI1和LI2分别控制电机的正转和反转，LI3和LI4为预置速度选择控制端子。系统运行时，PLC通过选通LI1或LI2控制电机的正反转；通过选通LI3和LI4进行变频器输出频率控制：当只选通LI3时，变频器的输出频率为预置速度2（由参数SEt-SP2确定），当只选通LI4时，变频器的输出频率为预置速度3（由参数SEt-SP3确定），当LI3和LI4同时选通时，变频器的输出频率为预置速度4（由参数SEt-SP4确定）。分层装置采用的变频器型号为ATV31HU22N4,最大线电流：（380V）8.9A、(500V)6.7A,预期最大线电流：5KA,视在功率：18.0KVA,最大起动电流：30A,额定电流：5.5A,最高瞬时电流：8.3A,额定负载下的耗散功率：79W。3.2.2.3熔断器熔断器是低压配电网络和电力拖动系统中主要用作短路保护的电器。熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。使用时，熔断器应串联在被保护的电路中。正常情况下，熔断器的熔体相当于一段导线；而当电路发生短路故障时，熔体能迅速熔断分断电路，起到保护线路和电气设备的作用。 低压熔断器的分类：（1） 按保护形式可分为过电流保护与过热保护熔断器。过电流保护熔断器就是平常所说的熔断器（也叫限流熔断器）；用于过热保护的熔断器一般被称为“温度熔断器”。（2） 按分断范围可分为g类和a类。g类为全范围分断，在规定条件下，连续承载电流不低于额定电流，并能够分断最小熔化电流至额定分断电流之间的各种电流；a类为部分范围分断，在规定条件下，连续承载电流不低于额定电流，但只能分断4倍额定电流至额定分断电流之间的各种电流。（3） 按使用类别可分为G类和M类。G类为一般用途的熔断器；M类为电动机电路用熔断器。上述后两种分类可有不同的组合，如gG系列熔断器主要用于电路的过载和短路保护，而aM系列熔断器主要用于电动机短路保护。1 低压熔断器选型的基本原则1. 熔断器类型的选用根据使用环境、负载性质和短路电流的大小选用适当类型的熔断器。2. 熔断器额定电压和额定电流的选用熔断器的额定电压必须等于或大于线路的额定电压。熔断器的额定电流必须等于或大于所装熔体的额定电流。3. 熔体额定电流的选用(1) 对照明和电热等的短路保护，熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流。(2) 对一台不经常启动且启动时间不长的电动机的短路保护，应有： IRN (1.52.5)IN (3) 对多台电动机的短路保护，应有： IRN (1.52.5)INmax +IN 本装置所选用的熔断器型号为LRD-08C。3.2.2.4交流接触器交流接触器是通过电磁机构动作，频繁地接通和分断主电路的远距离操纵电器。它的优点是动作迅速，操作安全方便，便于远距离控制，具有欠电压、失电压保护作用，广泛用于电动机、电焊机、小型发电机、电热设备和机床电路上。由于它只能接通和分断负荷电流，不具备短路保护作用，因此常与熔断器、热继电器等配合使用21。 1. 交流接触器的工作原理 交流接触器主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置及辅助部件等组成。图所示是CJ1020型交流接触器的外形结构。图 图3-4CJ1020型交流接触器当交流接触器的电磁线圈通电后，线圈中流过电流产生磁场，使静铁心产生足够的吸力，克服反作用弹簧与动触头压力弹簧片的反作用力，将动铁心吸合，同时带动传动杆使动触头和静触头的状态发生改变，其中三对常开主触头闭合，主触头两侧的两对常闭辅助触头断开，两对常开辅助触头闭合。当电磁线圈断电后，由于铁心电磁吸力消失，动铁心在反作用弹簧力的作用下释放，各触头也随之恢复原始状态。交流接触器的线圈电压在 85%105%额定电压下工作时，能保证正常吸合和释放。电压过高时，磁路趋于饱和，线圈电流将增大，严重时会烧毁线圈。而电压过低时，电磁吸力不足，动铁心吸合不上或时吸时放，线圈电流增大会造成线圈过热而烧毁。 2. 交流接触器的选择(1) 接触器类型的选择。根据电路中负载电流的种类来选择。即交流负载应选用交流接触器，直流负载应选用直流接触器。 (2) 主触头额定电压和额定电流的选择。接触器主触头的额定电压应大于或等于负载电路的额定电压。主触头的额定电流应大于负载电路的额定电流。 (3) 线圈电压的选择。交流线圈电压： 36 V、110 V、 127 V、220 V、380 V; 直流线圈电压： 24 V、48 V、110 V、 220 V、440 V;从人身和设备安全角度考虑，线圈电压可选择低一些; 但当控制线路简单，线圈功率较小时，为了节省变压器，可选220 V或380 V。 (4) 触头数量及触头类型的选择。通常接触器的触头数量应满足控制回路数的要求，触头类型应满足控制线路的功能要求。 (5) 接触器主触头额定电流的选择。主触头额定电流应满足下面条件，即 IN主触头PN电动机/ (11.4)UN电动机若接触器控制的电动机启动或正反转频繁，一般将接触器主触头的额定电流降一级使用。 (6) 接触器主触头额定电压的选择。使用时要求接触器主触头额定电压应大于或等于负载的额定电压。 (7) 接触器操作频率的选择。操作频率是指接触器每小时的通断次数。当通断电流较大或通断频率过高时，会引起触头过热，甚至熔焊。操作频率若超过规定值，应选用额定电流大一级的接触器。 (8) 接触器线圈额定电压的选择。接触器线圈的额定电压不一定等于主触头的额定电压，当线路简单、使用电器少时，可直接选用380 V或220 V电压的线圈，如线路较复杂、使用电器超过5个时，可选用24 V、48 V或110 V电压的线圈。 此分层装置所采用的接触器型号为LC1-D09M7C,额定电流为9A,额定电压为220V.3.2.2.5接近开关、光电开关1. 接近开关传感器一般都是按被检测的对象来分类，如被检测的是温度就称为温度传感器，如被检测的是压力就称为压力传感器;另外也有按信号类型、借助的方法或器件进行分类的。 是按被检测对象分类传感器的情况，目前一般分为机械、音响、频率、电、磁、温度、光、放射线、湿度、化学、生物等11类，再按探测对象细分为近百种，五花八门无所不包。按被变换信号分类传感器的情况，目前一般分为物理、化学、生物三大类，在物理类中有热电变换的、压电变换的、光电变换的、磁电变换的、热磁变换的等等，形式最多，应用最广，历史也最悠久;化学和生物类中有氧化还原反应的、光化学反应的、酶反应的等等，大多是近年来发展起来的后起之秀，有些作为常规元器件正服务于各行各业，而大多数还是在研制阶段，估计不久的将来就会涌现出大量成熟的元器件供人们选用。接近开关是传感器大家族中的一种所谓接近开关大多是两位式的，当被测物体接近某设定的位置时开关即动作，开关打开或闭合，去控制相应的电路，达到显示、报警或执行的目的。接近开关中比较古老而应用广泛的是行程开关、微动开关、水银开关等接触式的，其外形与应用实例如图3-1 所示。 非接触式的接近开关有光电式(在光学传感器中讲)、高频式、电容式和磁式等。接近开关的应用实例如图5-5所示。(a)为钻床打孔时当金属块M接近开关P时，开关动作切断电源;(b)为输送机输送金属箱时把高箱分出的情况，当高金属箱接近开关P时，开关动作，驱动闸门G关至如图位置，高箱就会被送至岔路;(c)为检测输送机上瓶子是否缺盖的情况，当缺盖者接近开关P时就会发出报警;(d)为向箱中落入一定数量的金属部件的应用例，每落下一个部件接近开关就记录一次，落下部件达设定的个数后即控制给料机停止，运输机向前进位;(e)为一种简易的液位计，金属浮子接近开关P时就会使开关动作;(f)为用于差压探测的接近开关控制器，当差压减小时水银接近开关P，使开关动作;(g)为轧钢时要求钢水液位保持一定的应用例，接近开关是利用涡流原理的，当高达1500的钢水液位接近检测板时，开关动作，控制油压机构使滑动水口关闭。另外，高速公路上交通量的探测，可以在路面上每隔一定距离埋入一个接近开关的线圈，就能检测出交通量的大小。 2. 光电开关光传感器一般定义为把从紫外线到红外线波段的光能按着提取的信息转换为电、光或其他便于外理信号的器件。光电变换用得最多，它的原理主要利用光电导效应、光电压(光生电动势)效应、光电子发射效应、热电效应等。可以利用光传感器间接地检测温度、压力、位移、速度等各种参量。光纤传感器是利用光纤本身的传光性能和光纤本身物理特性受被检测参量的影响而作的传感器件。 (1)光传感器(主要是指光电变换)的种类 光传感器以所依据的效应分类，大致如表 5-12所示。 1)光电导效应 是指某些固体物质(主要是半导体)在光照射下，由于入射的辐射能传递给电子，使电子达到一个新的能级(进入导带中)，从而使电导率变化的现象。例如CdS光敏电阻。 2)光电压效应 又称光生伏打效应和光生电动势效应。它是指在适当波长光对某些材料的照射下能产生电动势的效应。例如由硅半导体作的PN结在光的照射下，空间电荷区(耗尽层)中激发相应多的电子空穴对，在内电场的作用下聚集于两极，产生一定的电动势现象。例如硅光电池、光电二极管、光电晶体管等。 3)光电子发射效应 光照射到某些材料上时，辐射能转移到电子上，使电子从表面放射出的现象。利用这种现象可作成光电管和光电倍增管。 光电开关 光电开关可用于发生光器到受光器中间有物体或没有物体的探测。一般发生光器采用发红外光的发光二极管，受光器用光电二极管或光电晶体管。 结构分类：光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。放大器分离型是将放大器与传感器分离，并采用专用集成电路和混合安装工艺制成，由于传感器具有超小型和多品种的特点，而放大器的功能较多。因此，该类型采用端子台连接方式，并可交、直流电源通用。具有接通和断开延时功能，可设置亮、音动切换开关，能控制6种输出状态，兼有接点和电平两种输出方式。除了安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。光电开关还在许多方面得到了应用，例如在行程控制、直径限制 、转速检测、气流量控制等方面。我们相信光电开关会做得越来越先进，它的应用也会越来越广泛。应用举例：可以看出光电开关的各种应用。其中光电开关用于对材料的定位剪切控制；为用光电开关来控制液面位的上下限值，当液面位高于或低于上下极限液面位时，光电开关控制电路可使阈门打开或关闭，使液面位的高度保持在上下限之间，为利用物体对光的遮挡作用，检测物体的通过个数，或物体是否存在；为利用光的直线传播性，检验产品是否等高排列，为将光电开关用在流水生产线上，来检测产品的个数；光电开关检测液面位的高低。品牌主要有：法国施耐德、日本欧姆龙、德国西门子、台湾明纬、以及国内正泰、德力西、梅兰日兰、人民、华通、天正、环宇等品牌产品。3.3PLC控制系统设计3.3.1 分层装置的控制过程分层机分层板的启停、运行速度和开合方向由分层电机变频器控制。分层机分层板的位置通过接近开关进行检测，在分层板下方共有4个接近开关，分别是分层机开位（SQ13）、分层机开减速位（SQ14）、分层机关减速位（SQ15）、分层机关位（SQ16）。分层机上的料袋是否到位通过位于侧边整形板后面的分层机满光电开关（SG8）进行检测。压袋气缸侧面有压袋上位（SQ12）接近开关。控制过程如下：a. 码垛机进入自动运行状态时，分层机分层板初始处于关闭位置，此时分层机关接近开关为ON。当推袋机将一层5个料袋推上分层板后，分层机满光电开关为ON，侧边整形动作并保持。b. 如果升降机已经在上升临界位置定位，即升降机上升临界光电开关为ON时，则PLC使分层电机变频器正转控制端LI1为ON，预置速度控制端LI3为ON，LI4为OFF，分层机以预置速度2对应的速度正向高速启动，分层板向两侧打开。c. 当分层板到达分层机开减速位置时，分层机开减速接近开关为ON，此时PLC使变频器的预置速度控制端LI3为ON，LI4为ON，选择预置速度4，使分层板变为低速运行。到达打开位置时，分层机开接近开关为ON，变频器各控制端为OFF，分层板停止运动。这时料袋已经落在升降托架上的托盘上，压拍开始动作，对料袋进行压平。d. 压拍动作一定时间（此时间可通过触摸屏设定，不同种类物料时间不同）后，侧边整形和压拍复位。升降机开始下降，当到达预定位置后停止。这时PLC使分层电机变频器反转控制端LI2为ON，预置速度控制端LI3为ON，LI4为OFF，分层机分层板以预置速度2对应的速度反向高速启动。当分层板到达分层机关减速位置时，分层机关减速接近开关为ON，此时PLC使变频器的预置速度控制端LI3为ON，LI4为ON，选择预置速度4，使分层板变为低速运行。到达关闭位置时，分层机关接近开关为ON，变频器的各控制端为OFF，分层板停止运动，完成一个动作循环。e. 在手动运行时，无论是打开还是关闭分层机分层板，变频器的LI3端均为OFF、LI4端为ON，即选择预置速度3对应的手动速3.3.2 PLC控制系统硬件设计PLC主要完成对现场控制信号的采集与执行元件的驱动。由于该系统是对数字量进行控制，选用了德国西门子公司的S7-300型PLC作为控制核心。PLC的输入与输出端子根据系统的要求，PLC的IO的分配如下表3-1I8.0SG8分层机满光电I12.0SG10托盘仓托盘检测I8.1SP1压力检测开关I12.1SG11托盘传送位I8.2SQ12压袋上位I12.2SG12托盘等待位I8.3SQ13分层开位I12.3SG13垛盘输送1 I8.4SQ14分层开减速I12.4SQ26托盘挡铁下位I8.5SQ15分层关减速I12.5SQ27垛盘输送2位置I8.6SQ16分层关位I12.6SQ28垛盘输送3位置Q36.5YV6托盘叉阀Q40.5U10分层打开Q36.6YV7托盘定位挡铁阀Q40.6U10分层关闭Q36.7YV8垛盘定位阀1Q40.7U10分层速度选择1Q37.0YV9垛盘定位阀2Q41.0U10分层速度选择2Q37.1Q41.1U10分层自由旋转Q44.7KM10分层电机Q48.7KM50弯道输送机3.4本章小结本章介绍了高架码垛机的分层装置，首先介绍了PLC基本结构、分类、工作原理，接着对分层装置的工作原理作了详细介绍，最后对分层装置控制系统的I/O点进行了分配。结论分层装置包括机械、电控、等系统，虽然设备复杂，但操作却很简单。论文在深入研究PLC控制技术的基础上，完成了以下几方面的工作：1系统分析了分层装置的结构和设计要求，完成了基于PLC控制的分层装置机械结构的设计。2控制器是控制系统的核心部分，在全面分析了可编程控制器的基础上确定采用PLC作为本课题的控制器，使系统的开放性和通用性大大加强。3对分层装置控制器的升降装置进行了细致研究，除了进行机械部分分析、设计外，还进行了控制回路的设计，并且对控制回路进行了元器件的选型，进一步的熟悉了电气元件的相关知识。 致谢转眼间，四年的大学学习和生活就将过去了，这四年对于我来说，是非常值得留念的。回想四年来的点点滴滴，哈尔滨理工大学的校园文化，陶冶了我的性情，使我逐渐走向成熟，机械学院的各位老师，传授给了我更加深层次的专业知识。在学习及论文的撰写期间，我得到了许多师友的关心和帮助。在论文完成之际，请允许我表达对他们最真挚的谢意。我要感谢，非常感谢我的导师。她为人随和热情，治学严谨细心。在闲聊时总能像朋友一样鼓励你，在论文的写作和措辞方面总能以“专业标准”来要求我，从选题、定题开始，一直到论文的最后反复修改、润色，张老师始终认真负责的给予我深刻而细致的指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是张老师的热忱帮助和悉心鼓励才使我的论文得以顺利完成，谢谢您，张老师。感谢培养教育我的母校，感谢在我论文写作期间为我提供资料查询服务的图书馆，浓厚的学习氛围、舒适的学习环境让我终身难忘。 祝母校蒸蒸日上，勇创辉煌。感谢在论文写作期间对我有帮助的同学，感谢你们为我提出的有益的意见和建议，有了你们的支持、鼓励和帮助，我才能充实的度过大学四年的学习生活。 “路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，我将在以后的时间里，继续对机电知识的探索和研究。参考文献1 胡学林可编程控制器教程电子工业出版社，2003：282 时盛志，魏毅立，韩素贤.包装码垛机自动生产线的应用研究.科技创新报，2009：223 戴冠秀，刘太湖，巩敦卫，李明PLC在运料小车自动控制系统中的应用.工矿自动化，2005.(6):57594 张碧波，浅谈包装码垛机自动生产线的发展、应用现状及发展趋势.中国高新技术企业期刊论文，2008：235 Nanette Bauer，Sebastian Engel，Ralf HuckVerification of PLC Programs Given as Sequential Function FigsLecture Notes in Computer ScienceLecture Notes in Computer Science，2009，(3147)：5175406 Henning DierksComparing model checking and logical reasoning for realtime systems Formal Aspects of Computing，2004，16(2)：104-1207 王继忠PLC在货车轴承加工装夹机械手上的应用研究河南科技大学硕士论文，2004：35368 姜培刚，盖玉先机电一体化系统设计机械工业出版社，2003：78929 方承远工厂电气控制技术机械工业出版社，2007：202110 卢志珍基于PLC的全自动包装码垛生产线控制系统设计学位论文，200811 李全利可编程序控制器及其网络系统的综合应用技术机械工业出版社，2005：18919312 吴宗泽机械结构设计机械工业出版社，1988：212513 郑文纬，吴克坚机械原理高等教育出版社，2007：14 郑志峰链传动机械工业出版社，1984：172315 吴卫荣气动技术中国轻工业出版社，2005：2416 蒋继红PLC在包装码垛自动生产线中得应用.学位论文，200817 郭宗仁可编程序控制器及其通信网络技术人民邮电出版社，1999：7818 郭宗仁，吴亦峰，郭永可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术人民邮电出版社，2002：131419 张进秋，陈永利，张中民可编程控制器原理及应用实例机械工业出版社，2004：1220 张万忠可编程控制器入门与应用实例中国电力出版社，2005：8921 李超微机PLC在机床电液控制系统中的应用新技术新工艺，2000，(4)：57附录AProgrammable logic controllerIn recent 40 years，as the widely used industry2controlling computer，the PLC has occurred with its function be2come stronger and stronger as well as its field broader and broader nowadays，the PLC is becoming the key control2ling equipment in the filed of industry2controlling.It has played a important role in almost each part of the world. Firstly，the paper looks back on the developing process of the PLC，then it mainly presents the PLCs characteristics and application field，At last，it gives a prospect on the PLCs future development.IN the 1960s ,The unit consists of separate elements, from left to right; power supply, controller, relay units for input and output. The main difference from other computers is that PLCs are armored for severe condition (dust, moisture, heat, cold, etc) and have the facility for extensive input/output (I/O) arrangements. These connect the PLC to sensors and actuators. PLCs read limit switches, analog process variables (such as temperature and pressure), and the positions of complex positioning systems. Some even use machine vision. On the actuator side, PLCs operate electric motors, pneumatic or hydraulic cylinders, magnetic relays or solenoids, or analog outputs. The input/output arrangements may be built into a simple PLC, or the PLC may have external I/O modules attached to a computer network that plugs into the PLC. PLCs were invented as replacements for automated systems that would use hundreds or thousands of relays, cam timers, and drum sequencers. Often, a single PLC can be programmed to replace thousands of relays. Programmable controllers were initially adopted by the automotive manufacturing industry, where software revision replaced the re-wiring of hard-wired control panels when production models changed.1 .The PLCs characteristicsMany of the earliest PLCs expressed all decision making logic in simple ladder logic which appeared similar to electrical schematic diagrams. The electricians were quite able to trace out circuit problems with schematic diagrams using ladder logic. This program notation was chosen to reduce training demands for the existing technicians. Other early PLCs used a form of instruction list programming, based on a stack-based logic solver. (1) Simple programmingThe functionality of the PLC has evolved over the years to include sequential relay control, motion control, process control, distributed control systems and networking. The data handling, storage, processing power and communication capabilities of some modern PLCs are approximately equivalent to desktop computers. PLC-like programming combined with remote I/O hardware, allow a general-purpose desktop computer to overlap some PLCs in certain applications. Under the IEC 61131-3 standard, PLCs can be programmed using standards-based programming languages. A graphical programming notation called Sequential Function Charts is available on certain programmable controllers. PLC compared with other control systems. PLCs are well-adapted to a range of automation tasks. These are typically industrial processes in manufacturing where the cost of developing and maintaining the automation system is high relative to the total cost of the automation.(2) Use and maintenance conveniencePLCs contain input and output devices compatible with industrial pilot devices and controls.PLC applications are typically highly customized systems so the cost of a packaged PLC is low compared to the cost of a specific custom-built controller design. On the other hand, in the case of mass-produced goods, customized control systems are economic due to the lower cost of the components, which can be optimally chosen instead of a generic solution。For high volume or very simple fixed automation tasks, different techniques are used. For example, a consumer dishwasher would be controlled by an electromechanical cam timer costing only a few dollars in production quantities. A microcontroller-based design would be appropriate where hundreds or thousands of units will be produced and so the development cost (design of power supplies and input/output hardware) can be spread over many sales, and where the end-user would not need to alter the control. Automotive applications are an example; millions of units are built each year, and very few end-users alter the programming of these controllers. However, some specialty vehicles such as transit busses economically use PLCs instead of custom-designed controls, because the volumes are low and the development cost would be uneconomic.(3) The stable and reliable operationVery complex process control, such as used in the chemical industry, may require algorithms and performance beyond the capability of even high-performance PLCs. Very high-speed or precision controls may also require customized solutions; for example, aircraft flight controls. PLCs may include logic for single-variable feedback analog control loop, a proportional, integral, derivative or PID controller. A PID loop could be used to control the temperature of a manufacturing process, for example. Historically PLCs were usually configured with only a few analog control loops; where processes required hundreds or thousands of loops, a distributed control system (DCS) would instead be used. However, as PLCs have become more powerful, the boundary between DCS and PLC applications has become less clear-cut. Digital and analog signals Digital or discrete signals behave as binary switches, yielding simply an On or Off signal (1 or 0, True or False, respectively) 6. (4) Design of short construction periodPush buttons, limit switches, and photoelectric sensors are examples of devices providing a discrete signal. Discrete signals are sent using either voltage or current, where a specific range is designated as On and another as Off. For example, a PLC might use 24 V DC I/O, with values above 22 V DC representing On, values below 2VDC representing Off, and intermediate values undefined. Initially, PLCs had only discrete I/O.(5) VersatilityAnalog signals are like volume controls, with a range of values between zero and full-scale. These are typically interpreted as integer values (counts) by the PLC, with various ranges of accuracy depending on the device and the number of bits available to store the data. As PLCs typically use 16-bit signed binary processors, Pressure, temperature, flow, and weight are often represented by analog signals. Analog signals can use voltage or current with a magnitude proportional to the value of the process signal. (6) Convenient installationUsing only digital signals, the PLC has two digital inputs from float switches (tank empty and tank full). The PLC uses a digital output to open and close the inlet valve into the tank. When the water level drops enough so that the tank empty float switch is off (down), the PLC will open the valve to let more water in. 2. .The PLCs Status and development trend of domesticOnce the water level raises enough so that the tank full switch is on (up), the PLC will shut the inlet to stop the water from overflowing. An analog system might use a water pressure sensor or a load cell, and an adjustable (throttling)dripping out of the tank, the valve adjusts to slowly drip water back into the tank. In this system, to avoid flutter adjustments that can wear out the valve, many PLCs incorporate hysteresis which essentially creates a dead band of activity. A technician adjusts this dead band so the valve moves only for a significant change in rate. This will in turn minimize the motion of the valve, and reduce its wear. A real system might combine both approaches, using float switches and simple valves to prevent spills, and a rate sensor and rate valve to optimize refill rates and prevent water hammer. Backup and maintenance methods can make a real system very complicated. 5 System scale A small PLC will have a fixed number of connections built in for inputs and outputs. Typically, expansions are available if the base model does not have enough I/O.Recently, the International standard IEC 61131-3 has become popular. IEC 61131-3 currently defines five programming languages for programmable control systems: FBD (Function block diagram), LD (Ladder diagram), ST (Structured text, similar to the Pascal programming language), IL (Instruction list, similar to assembly language) and SFC (Sequential function chart). These techniques emphasize logical organization of operations. PLCs used in larger I/O systems may have peer-to-peer (P2P) communication between processors. This allows separate parts of a complex process to have individual control while allowing the subsystems to co-ordinate over the communication link. These communication links are also often used for HMI (Human-Machine Interface) devices such as keypads or PC-type workstations. Some of todays PLCs can communicate over a wide range of media including RS-485, Coaxial, and even Ethernet for I/O control at network speeds up to 100 Mbit/s. Programming Early PLCs, up to the mid-1980s, were programmed using proprietary programming panels or special-purpose programming terminals. they were designed to replace relay logic systems. These PLCs were programmed in ladder logic, which strongly resembles a schematic diagram of relay logic. Modern PLCs can be programmed in a variety of ways, from ladder logic to more traditional programming languages such as BASIC and C. Another method is State Logic, a Very High Level Programming Language designed to program PLCs based on State Transition Diagrams.3. .The PLCs future development trendWhile the fundamental concepts of PLC programming are common to all manufacturers, differences in I/O addressing, memory organization and instruction sets mean that PLC programs are never perfectly interchangeable between different makers. Even within the same product line of a single manufacturer, different models may not be directly compatible.User interface. PLCs may need to interact with people for the purpose of configuration, alarm reporting or everyday control. A Human-Machine Interface (HMI) is employed for this purpose. HMIs are also referred to as MMIs (Man Machine Interface) and GUI (Graphical User Interface). A simple system may use buttons and lights to interact with the user. Text displays are available as well as graphical touch screens. Most modern PLCs can communicate over a network to some other system, such as a computer running a SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) system or web browser.(1) The cost of the required PLCs usually have built in communications ports usually 9-Pin RS232, and optionally for RS485 and Ethernet. Modbus or DF1 is usually included as one of the communications protocols. Others options include various fieldbuses such as DeviceNet or Profibus. The PLC was invented in response to the needs of the American automotive industry. Before the PLC, control, sequencing, and safety interlock logic for manufacturing automobiles was accomplished using relays, timers and dedicated closed-loop controllers. The process for updating such facilities for the yearly model change-over was very time consuming and expensive, as the relay systems needed to be rewired by skilled electricians. In 1968 GM Hyd ramatic (the automatic transmission division of General Motors) issued a request for proposal for an electronic replacement for hard-wired relay systems.The winning proposal came from Bedford Associates of Bedford, Massachusetts. The first PLC, designated the 084 because it was Bedford Associates eighty-fourth project, was the result. Bedford Associates started a new company dedicated to developing, manufacturing, selling, and servicing this new product: Modicon, which stood for MOdular DIgital CONtroller. One of the people who worked on that project was Dick Morley, who is considered to be the father of the PLC. (2) The required functionThe Modicon brand was sold in 1977 to Gould Electronics, and later acquired by German Company AEG and then by French Schneider Electric, the current owner.1) The function of network communication .The automotive industry is still one of the largest users of PLCs, and Modicon still numbers some of its controller models. PLCs are used in many different industries and machines such as packaging and semiconductor machines. Well known PLC brands are Toshiba, Siemens, Allen-Bradley, ABB, Mitsubishi, Omron, and General Electric.2) Position and motion control.These PLCs were programmed in ladder logic, which strongly resembles a schematic diagram of relay logic. Modern PLCs can be programmed in a variety of ways, from ladder logic to more traditional programming languages such as BASIC and C. Another method is State Logic, a Very High Level Programming Language designed to program PLCs based on State Transition Diagrams.As PLCs typically use 16-bit signed binary processors, the integer values are limited between -32,768 and +32,767. Pressure, temperature, flow, and weight are often represented by analog signals. Analog signals can use voltage or current with a magnitude proportional to the value of the process signal.3）A variety of functional integration, miniaturizationThis allows separate parts of a complex process to have individual control while allowing the subsystems to co-ordinate over the communication link. These communication links are also often used for HMI (Human-Machine Interface) devices such as keypads or PC-type workstations.4）The high speed of operationAs PLCs typically use 16-bit signed binary processors, the integer values are limited between -32,768 and +32,767. Pressure, temperature, flow, and weight are often represented by analog signals. Analog signals can use voltage or current with a magnitude proportional to the value of the process signal.（3）The overall solutionWhile the fundamental concepts of PLC programming are common to all manufacturers, differences in I/O addressing, memory organization and instruction sets mean that PLC programs are never perfectly interchangeable between different makers. Even within the same product line of a single manufacturer, different models may not be directly compatible.In the long run. Before the PLC, control, sequencing, and safety interlock logic for manufacturing automobiles was accomplished using relays, timers and dedicated close
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