基于plc的手机贴膜机控制系统的设计

毕业设计（论文）基于PLC的手机贴膜机控制系统的设计专业（系）电气工程系电气自动化方向班级工业控制103班学生姓名朱鹏指导老师姜海燕2013届毕业设计任务书一、课题名称基于PLC的手机贴膜机控制系统的设计二、指导老师姜海燕三、设计内容与要求1、课题概述当今社会，移动通讯迅速发展，手机已经成为人们现代生活必须的通讯工具之一。手机的生产和销售越来越大，生产厂家为了节约生产成本，提高生产效率。手机自动贴膜机可以提高手机贴膜的效率、稳定性和平稳性而取代人工贴膜，减少了劳动力，降低了生产厂家的生产成本。2、设计内容与要求采用气动传动，实现快速准确的移动动作，工作过程采用PLC控制，实现工作过程的自动循环作业。（1）、采用伺服电机控制整个设备是运行，理解伺服电机的工作原理。（2）、理解设备的运行结构，采用PLC控制整套系统的自动循环作业。同学们可以在实现基本要求的基础上，进行发挥，如组态监控软件等。四、参考资料可编程控制器原理及应用电机与电气控制技术可编程序控制器的编程方法与工程应用可编程控制器系统开发实例导航五、设计说明书内容1、封面2、目录3、内容摘要（200400字左右，中英文）4、引言5、正文（设计方案与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）6、结束语7、附录（参考文献、图纸、材料清单等）六、毕业设计进程安排第1周方案设计讨论，第23周元件选择、电气原理图等，第47周编制程序、修改方案、设计说明书初稿，第89周编写正式设计书2周第10周答辩、完善。七、毕业设计答辩与论文要求1、毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2、毕业设计论文要求文字要求说明书要求打印（除图纸外），不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制摘要随着我国手机市场的迅猛发展，庞大的手机市场及数码产品催生了其个性化美容服务市场。现在大街上随处可见的手工手机贴膜生意个个忙得不亦乐乎，但传统手工贴膜速度慢，效率低，美观度差，缺乏个性化等缺点。本文介绍了手机贴膜机的发展、原理、结构和特点，以及它的控制方法。文章主要设计了ECMA系列的伺服电机和ASDAB2系列伺服驱动器的手机贴膜机控制系统；设计了伺服电机、PLC程序及组态的信号通信。该手机贴膜机控制系统能够实现贴膜机高效运行，能够达到节能降耗和提高产量的目的，并将大大提高贴膜机系统自动化程度。该系统具有控制精度高，运行可靠性高，操作简便等特点，达到了贴膜机生产的要求。该系统以PLC为控制核心，具有可靠性高、抗干扰能力强，同时，系统使用了触摸屏，因此具有良好的人机界面，使得其操作简便，不需要大量的专业知识就能掌握其使用方法，易于推广使用。关键字手机贴膜机、伺服电机、伺服驱动器SUMMARYWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFCHINASMOBILEPHONEMARKET,THEHUGEMOBILEPHONEMARKETANDDIGITALPRODUCTSSPAWNEDAPERSONALIZEDBEAUTYSERVICESMARKETHANDMOBILEPHONEFILMBUSINESSNOWUBIQUITOUSONTHESTREETSALLTOOBUSY,BUTTHETRADITIONALHANDFOILSLOW,LOWEFFICIENCY,POORAESTHETICS,LACKOFPERSONALIZEDSHORTCOMINGSTHISARTICLEDESCRIBESTHEDEVELOPMENTOFMOBILEPHONEFILMMACHINE,PRINCIPLE,STRUCTUREANDFEATURES,ASWELLASITSCONTROLMETHODTHEMAINDESIGNECMASERIESSERVOMOTORANDASDAB2SERIESSERVODRIVESTHETHEPHONEFILMMACHINECONTROLSYSTEMDESIGNEDSERVOMOTOR,PLCPROGRAMMINGANDCONFIGURATIONOFSIGNALCOMMUNICATIONTHEPHONEFILMMACHINECONTROLSYSTEMISABLETOACHIEVETHETHEFILMMACHINERUNEFFICIENTLY,TOACHIEVEENERGYSAVINGANDINCREASEPRODUCTIONPURPOSES,ANDWILLGREATLYENHANCETHEDEGREEOFAUTOMATIONOFTHEFILMMACHINESYSTEMTHESYSTEMHASTHECONTROLOFHIGHPRECISION,HIGHRELIABILITY,EASYTOOPERATE,ANDTOTHEFILMMACHINEPRODUCTIONREQUIREMENTSPLCCONTROLCORE,THESYSTEMHASHIGHRELIABILITY,STRONGANTIJAMMINGCAPABILITY,ATTHESAMETIME,THESYSTEMUSESTHETOUCHSCREEN,SOITHASAGOODUSERINTERFACE,MAKINGITEASYTOOPERATE,DOESNOTREQUIREALOTOFEXPERTISEWILLBEABLETOMASTERTHEMETHODOFUSE,EASYTOSPREADKEYWORDSMOBILEPHONEFILMMACHINE,SERVOMOTOR,SERVODRIVE目录第一章引言111手机贴膜机发展现状112手机贴膜机发展前景113课题概述1第二章总体方案设计221机械结构223设计原则324系统的整体设计325设计步骤4第三章硬件系统设计631硬件系统的组成632传感器的选择633伺服系统6331伺服驱动器8332伺服电机9333伺服通信1035断路器的选择1136气动系统的应用1137电磁干扰滤波器1138电磁阀、磁簧1239系统整体框架图13第四章PLC控制系统的设计1441可编程控制器简介1442可编程控制器的功能及特点1443可编程控制器的基本结构及工作原理1644PLC的选择2045手机自动贴膜机编程软件2246系统程序的设计2847程序调试33第五章人机触摸屏3451MCGS简介3452MCGS的功能特点3453MCGS的组成3455MCGS与PLC的连接和调试36第六章故障排除4261机械结构故障4262可编程控制器故障及排除4263伺服电机故障及排除42第七章个人总结44参考文献45第一章引言11手机贴膜机发展现状随着我国手机市场的迅猛发展，庞大的手机市场及数码产品催生了其个性化美容服务市场。现在大街上随处可见的手工手机贴膜生意个个忙得不亦乐乎，但传统手工贴膜速度慢，效率低，美观度差，缺乏个性化等缺点。而自动贴膜技术在我国并不常见，我国手机自动贴膜技术还处于发展阶段，有广阔得前景。12手机贴膜机发展前景手机贴膜机是一款最新的手机美容工具，手机贴膜机设计精巧方便携带，皮箱外装，美观大方，比费时费力的传统人工贴膜具有革命性进步，坚固耐用、稳定性高。手机贴膜机的问世是手机美容行业革命性的产品，不仅操作简便，效率高，而且体积更小，方便携带。以前贴膜的方法主要是人工手工粘贴,但贴膜质量不稳定、效率很低、尤其劳动力成本很高,降低了企业效益。智能贴膜必将颠覆手机个性化服务市场，一经推出，供不应求。该机设计精巧方便携带，随着我国手机市场的迅猛发展，手机贴膜机庞大的手机市场及数码产品催生了其个性化美容服务市场，发展前景广阔。13课题概述当今社会，移动通讯迅速发展，手机已经成为人们现代生活必须的通讯工具之一。手机的生产和销售越来越大，生产厂家为了节约生产成本，提高生产效率。手机自动贴膜机可以提高手机贴膜的效率、稳定性和平稳性而取代人工贴膜，减少了劳动力，降低了生产厂家的生产成本。第二章总体方案设计21机械结构手机贴膜机机械结构如图21所示。该机主要由机架基板组件，吸料贴裝组件，剥料板组件，治具架组件，调整支架组件，收料盘组件，给料盘组件，主动轮组件。1机架主要由主支架、送料滑台支架和电控安裝箱三大部分組成。2基板组件主要用来支撑，安裝其它主要组件。3吸料贴裝组件主要用来保护膜剥离，贴合到产品表面。4治具架组件主要用来产品定位，以及角度调整。5调整支架组件主要用来调整保护膜与产品贴合时的位置。6收料盘组件主要用来保护膜剥离后定位底纸回收，辅助料台送料。7给料盘组件主要用来料带定位，张紧料带。22工作步骤放入产品按启动按钮产品夹紧机构将产品夹紧真空吸打开伺服模组带动载具移动到剥料机构位置压料滚轮下降保护膜随产品同步移动压料滚轮上升图21手机贴膜机机械结构伺服模组带动载具返回产品夹紧机构打开真空吸关闭23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。24系统的整体设计如图22所示输入信号PLC控制单元输入信号光耦隔离气动单元输出信号光耦隔离输出信号伺服驱动器光耦隔离输入信号输出信号图2225设计步骤本系统的设计步骤如图23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31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（HT3）、红外线传感器（EROSUPXE20）伺服电机（ECMAC20602ES/ECMAC20604PS、伺服驱动（ASDAB20221B、ASDAB20421B）、威伦触摸屏（TPC7062KS）、接近开关（PDF5）、PLC（H2U2416MT）、电磁阀（DN158）、断路器（DZ47LE32）、急停按钮（LA37B5S5）、转换开关（HZ5D60A/2）、电磁干扰滤波器（08TDT1W4S）、电磁接触器（SCN1）。32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EROSUPXE20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。33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31所示伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺伺图31331伺服驱动器容量范围01KW3KW输入电压AC200V230V，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17BIT160000PPR高速脉冲输入（4MPPS）支持MODBUS通讯协议（通讯接口RS485/RS422/RS232）高性能精准定位控制的实现ASDAB2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ASDAB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ASDAB2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32所示图32332伺服电机1）伺服电机在手机自动贴膜机中选择伺服电机ECMAC20602ES/ECMAC20604PS,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、运行范围较广3、无自转现象（3）伺服电机工作原理伺服电机内部的转子是永磁铁，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。333伺服通信使用RS232/485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RS232/485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法正常通讯。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RS232/485。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P300无法被设定0XFF。使用RS232/485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8BITS数据由两个ASCII字节所组成。例如一个1BYTE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RTU模式每个8BITS数据由两个4BITS的十六进位字节所组成。例如1BYTE数据64H。35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15002000A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。字节符号01234567对应ASCII码30H31H32H33H34H35H36H37H字节符号89ABCDEF对应ASCII码38H39H41H42H43H44H45H46H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812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DZ47LE32型号。36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。37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内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。38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（DN158）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。39系统整体框架图第四章PLC控制系统的设计41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，用于其内部存储程序，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。42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内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1/101/100，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中大量的中间继电器、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，无需外部扩展内存卡即可达24K步；模块内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；公司产品信息H汇川控制器系列号2U第二代控制器输入点数3232点输入输出点数3232点输出模块分类M通用控制器主模块；P定位型控制器；N网络型控制器；E扩展模块输出类型R继电器输出类型；T晶体管输出类型供电电源类型AAC220V输入，省略为默认AC220V；BAC110V输入；CAC24V输入；DDC24V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PLC43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法正常工作的，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1015范围内，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内。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内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1PLC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41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78B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。2PLC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42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，停电保持范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、I0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范围内。PLC运行正常时，程序扫描周期的长短与CPU的运算速度、与IO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IO、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工作过程的中心内容，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，其内容保持不变，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内容。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的状态接通断开在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过输出端子和外部电源，驱动外部负载。由此可见，输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果，输出锁存器中的数据由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定，而输出端子的接通和断开状态，完全由输出锁存器决定。3PLC的输入输出响应时间PLC的输入输出响应时间如图43所示。44PLC的选择手机自动贴膜机采用深圳市汇川技术股份有限公司生产的H2U系列PLC，采用用户最熟悉的编程编程指令架构，参照国际PLC产品的行业标准自主研发，全面兼容三菱产品包括程序、软件、扩展模块、通讯协议以及上位机连接，比如组态连接、触摸屏等。H2U可编程控制器的主要特点程序存储空间大，无需外部扩展内存卡即可达24K步；模块内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；在手机自动贴膜机里面，输入有14个，输出有9个，所以我们选用汇川H2U2416MT作为整个手机自动贴膜机的控制系统。H2U2416MT主模块基本参数H2U2416MT接线端子定义H2U2416MT整机硬件标准配置两通讯口，COM0硬件为标准RS485和RS422，通过跳线JP0选择。若跳线插入，为纯RS422模式；若跳线断开，为RS485/422兼容模式，接口端子为8孔鼠标头母座。COM0端口定义输入输出特性型号合计点数普通输入高速输入输入电压普通输出高速输出输出方式H2U2416MT40点24点2路100K4路10KDC24V24点2路100K晶体管管脚号信号描述1RXD接收负2RXD接收正3GND地线，9、10没有电气连接4TXD/RXD对外发送负，若为RS485，也作接收负55V对外供电5V，与内部用的逻辑5V相同6CCS通讯方向控制线7TXD/RXD对外发送正，若为RS485，也作接收正8NC空脚COM0与计算机的连接有两种方式，可通过两种选配电缆实现方式1（JP0需要接通）PLC侧为RS422，计算机侧为USB，可选配USB下载电缆，型号H2UUSBCAB。方式2（JP0需要接通）PLC侧为RS422，计算机侧为RS232，可选配串口下载电缆，型号H2U232CAB。COM0与其它设备通信连接方式1（JP0需要接通）用户自制RS422电缆，需要用到TXD，TXD和RXD，RXD。方式2（JP0需要断开）用户RS485电缆，仅需要用到TXD/RXD和TXD/RXD两信号。COM1硬件为RS485，接口为接线端子，接口定义见图45。45手机自动贴膜机编程软件汇川技术股份有限公司生产的H2U系列PLC，采用用户最熟悉的编程编程指令架构，参照国际PLC产品的行业标准自主研发，全面兼容三菱产品包括程序、软件、扩展模块、通讯协议以及上位机连接，比如组态连接、触摸屏等。汇川PLC可采用三菱GXDEVELOPERVERSION7编程软件进行编程。编程软件的安装GXDEVELOPERVERSION7在WINDOWSXP安装非常简单，双击安装软件包中的安装程序FXENDEXE，然后根据安装向导中的提示完成安装。如果在WINDOWS7中安装GXDEVELOPERVERSION7，需要先安装ENVMEL目录下的SETUPEXE，以此来优化安装环境在通过GXDEVELOPERVERSION安装软件包中的安装程序FXENDEXE，然后根据安装向导中的提示完成安装，在安装GXDEVELOPERVERSION7后桌面没有图标，需要在安装完之后到开始菜单里找到这个软件然后发送一个图标的快捷个方式到电脑上面。至于那些对话框就不要勾选不要看直接下一步确定就可以了。若需增加模拟仿真功能，在上述安装结束后，再运行安装盘中的LLT文件夹下的“STEUP”,按照逐级提示即可完成模拟仿真功能的安装。编程软件的主要功能GXDEVELOPER的功能十分强大，集成了项目管理、程序键入、编译链接、模拟仿真和程序调试等功能，其主要功能如下1在GXDEVELOPER中，可通过线路符号，列表语言及SFC符号来创建PLC程序，建立注释数据及设置寄存器数据。2创建程序PLC程序以及将其存储为文件，用打印机打印。3该程序可在串行系统中与PLC进行通讯，文件传送，操作监控以及各种测试功能。4该程序可脱离PLC进行仿真调试。汇川H2U2416MT的通信在手机自动贴膜机中采用RS485通信、MODBUS通信。与PLC通信编程软件GXDEVELOPERVERSION7通信方式如下（1）程序的检查执行诊断菜单诊断命令，进行程序检查，如图46所示。图46（2）程序的写入PLC在STOP模式下，执行在线菜单PLC写入命令，出现PLC写入对话框，如图47所示，选择参数程序，再按执行，完成将程序写入PLC。图47（3）程序的读取PLC在STOP模式下，执行在线菜单PLC读取命令，将PLC中的程序发送到计算机中。传送程序时，应注意以下问题计算机的RS232C端口及PLC之间必须用指定的缆线及转换器连接。PLC必须在STOP模式下，才能执行程序传送。执行完PLC写入后，PLC中的程序将被丢失，原由的程序将被读入的程序所替代。在PLC读取时，程序必须在RAM或EEPROM内存保护关断的情况下读取。（4）程序的运行及监控运行执行在线菜单远程操作命令，将PLC设为RUN模式，程序运行，如图48所示。图48监控执行程序运行后，再执行在线菜单监视命令，可对PLC的运行过程进行监控。结合控制程序，操作有关输入信号，观察输出状态，如图49所示。图49程序运行过程中出现的错误有两种一般错误运行的结果与设计的要求不一致，需要修改程序先执行在线菜单远程操作命令，将PLC设为STOP模式，再执行编辑菜单写模式命令，再从上面第（3）点开始执行（输入正确的程序），直到程序正确。致命错误PLC停止运行，PLC上的ERROR指示灯亮，需要修改程序先执行在线菜单清除PLC内存命令，见图410所示；将PLC内的错误程序全部清除后，再从上面第3点开始执行（输入正确的程序），直到程序正确。图410程序编制（1）输入梯形图使用“梯形图标记”工具条（见图411）或通过执行编辑菜单梯形图标记（见图412），将已编好的程序输入到计算机。图411（2）编辑操作通过执行编辑菜单栏中的指令，对输入的程序进行修改和检查，如图412所示。图412编辑操作（3）梯形图的转换及保存操作编辑好的程序先通过执行变换菜单变换操作或按F4键变换后，才能保存。如图413所示。在变换过程中显示梯形图变换信息，如果在不完成变换的情况下关闭梯形图窗口，新创建的梯形图将不被保存。图41346系统程序的设计（1）I/O分配表（2）PLC输入、输出接线图软元件名注释X002真空吸力到位X003贴膜位置检测感应器X004右启动按钮开关X005左启动按钮开关X006急停按钮开关X007Y轴原点感应器X010Y轴正极限感应器X011Y轴负极限感应器X012贴膜缺料感应器X013贴膜挤压气缸伸出位置感应器X014Y轴伺服准备好X015贴膜伺服准备好X016Y轴定位完成X017贴膜伺服定位完成X025安全光幕X026安全光栅Y000Y0轴脉冲信号输出Y001Y1轴脉冲信号输出Y002Y0轴方向信号输出Y003Y1轴方向信号输出Y004吸真空控制Y012吹风控制Y013SEYONY014伺服报警清除Y015挤压轮气缸控制DDRVTD110D114Y000Y002M2021332Y0轴脉冲输出数Y0轴脉冲输出频率Y0轴脉冲信号输出Y0轴方向信号输出Y轴回原点负极限触发正转M207M475M485M230Y轴回原点完成JOGYJOGY贴膜开始3系统程序当按下回原点时，中间继电器M201闭合，Y000信号输出，贴膜机回原点动作。当原点感应器X007信号输入时，回原点动作结束，运动停止。DDRVTD110D114Y000Y002M2021332Y0轴脉冲输出数Y0轴脉冲输出频率Y0轴脉冲信号输出Y0轴方向信号输出Y轴回原点负极限触发正转M207M475M485M230Y轴回原点完成JOGYJOGY贴膜开始当Y轴回原点完成或贴膜信号开始的时候，Y0轴脉冲和Y0轴方向信号输出贴膜机准备Y轴移动当基座移动到贴膜位置或回到原点时，对伺服电机输入脉冲，控制伺服电机运动，同时输出Y轴运动信号，控制贴膜机运动。当挤压轮气缸触发信号发出后，挤压轮气缸运动，帮助手机贴膜时贴紧手机膜，尽量减少手机贴膜时的气泡。当吸真空控制开始、触发的时候，Y004得电，吸真空启动，用于吸除手机界面上的灰尘。47程序调试将写好的程序，利用三菱仿真软件进行仿真运行，看程序是否满足系统设计要求，当程序满足系统控制要求时，再将程序写入PLC，进行现场调试。第五章人机触摸屏手机自动贴膜机控制界面（人机界面）可采用触摸屏威伦触摸屏、TPC7062KS来达到人机对话，控制手机自动贴膜机的运行，或组态监控程序（MCGS、力控组态）通过个人计算机来实时监控手机自动贴膜及的运行，以此来发现故障，改进操作，达到最大化的利用资源，提到生产效率。以下以MCGS组态监控程序来进行说明51MCGS简介MCGSMONITORANDCONTROLGENERATEDSYSTEM，监视与控制通用系统是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于MICROSOFT的各种32位WINDOWS平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于MICROSOFTWINDOWS95/98/ME/NT/2000/XP等操作系统。52MCGS的功能特点具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。53MCGS的组成MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。主控窗口是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。用户窗口本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。运行策略本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（IFTHEN脚本程序），选用各种功能构件，如数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。图5154手机自动贴膜机组态界面图5255MCGS与PLC的连接和调试1、在工作台上，打开设备窗口,如图53所示图53在系统菜单选择“查看设备工具箱”，打开设备工具箱，点击“设备管理”按钮，如图54所示；图54将通用串口父设备及相应的PLC设备添加到选定设备栏中，确认退出，如图55所示；图55将设备工具箱内的通用串口父设备及PLC设备添加到设备窗口中，如下图所示注意，这里表示是三菱PLC通过串口连接到计算机的串口下，如图56所示图56双击打开通用串口父设备0，进行串口通讯参数设置。注意，数据采集方式中，同步采集是指串口下挂的各个设备全部采用父设备的采集周期，异步采集是指各自设备采用自己的采集周期。建议下挂多个子设备时，采用异步采集方式。在串口父设备中，需要设置串口号/通讯波特率/数据位/停止位/数据校验方式等设置选项。如图57图57双击打开设备0，可以选择在线帮助项的按钮来查看三菱设备帮助，如图58图58点击设置设备内部属性，如图59、510所示图59图510连接通道，如图511图511在设备调试页中，进行通讯测试，如果通讯状态标志的值为0，则表示设备已经正常通讯，可以在运行画面中进行操作了，如图512图512第六章故障排除61机械结构故障在贴膜机上如果发现机械故障，应该仔细检查贴膜机的传动系统的吻合及各类硬件的好坏，是否有硬件损坏，如有发现应在机械断电停止工作的情况下换下损坏的部件。62可编程控制器故障及排除在下载程序进入可编程控制器，启动贴膜机。如不能正常运行，应检查程序的I/O设置是否正确，是否选择了正常的通信协议（RS485），然后再逐步检查程序是否正确。63伺服电机故障及排除异警表示异警名称异警动作内容AL001过电流主回路电流值超越电机瞬间最大电流值15倍时动作AL002过电压主回路电压值高于规格值时动作AL003低电压主回路电压值低于规格电压时动作AL004电机匹配异常驱动器所对应的电机不对AL005回生异常回生控制作动异常时动作AL006过负荷电机及驱动器过负荷时动作AL007过速度电机控制速度超过正常速度过大时动作AL008异常脉冲控制指令脉冲指令的输入频率超过硬件介面允许值时动作AL009位置控制误差过大位置控制误差量大于设定允许值时动作AL010保留保留AL011编码器异常编码器产生脉冲信号异常时动作AL012校正异常执行电气校正时校正值超越允许值时动作AL013紧急停止紧急按钮按下时动作AL014反向极限异常逆向极限开关被按下时动作AL015正向极限异常正向极限开关被按下时动作AL016IGBT过热IGBT温度过高时动作AL017参数存储器异常存储器（EEPROM）存取异常时动作AL018检出器输出异常检出器输出高于额定输出频率AL019串列通讯异常RS