孙红权四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计

1、孙红权四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计理工学院本科生毕业设计（论文）学院（系）：电子与电气工程系 专 业：电气工程及其自动化学 生：孙红权指导教师：朱清慧完成fi期 2011年5月四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计总计：表格：插图：理工学院本科生毕业设计（论文）四工位冰箱箱体发泡生产线 控制系统设计 four refrigerator cabinet foaming line control system design90页11个33幅i四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计理工学院本科毕业设计（论文）四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计four- re

2、frigerator cabinet foaming linecontrol system design专业：学生姓名：学号：指导教师（职称）:评阅教师：兀成日期：电气工程及其自动化孙红权097409085朱清慧（教授）理工学院institute of tech no logyii四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计电气工程及英自动化专业 孙红权摘要冰箱箱体发泡生产线是冰箱生产过程中的道关键生产工序, 本论文主要研究西门子s7-300系列plc在冰箱箱体发泡生产线中的应用。 综合运用了变频器、旋转编码器及各种开关量等工业控制设备。通过对系 统工艺流程及控制要

3、求的分析，设计了系统电气线路图和系统plc程序。 对系统主电路、变频器及plc等外围电路及输送小车和注射枪头的定位控 制程序作了详细的分析和设计。对系统程序的设计，有自动和手动两种控制方式，使得操作更加灵活 方便。冰箱箱体发泡牛产线采用plc控制系统后可以提高牛产率、能够降 低系统维护成本，可使整个系统运行稳定、可靠。关键词冰箱箱体发泡；s7-300；变频器；旋转编码器four- refrigerator cabinet foaming linecontrol system designelectrical engineering and automation specialty sun ho

4、ng-quanabstract: refrigerator production line refrigerator box foam production process in a key production processes, this thesis plc siemens s7-300 series box in the refrigerator production line of foam comprehensive use of the drive, rotary en coders and a variety of digital and other in dustrial

5、con trol equipment. through the system analysis process and control requirements on the system circuit, inverter and plc, gave a detailed design of peripheral circuits system programming, particularly its action on the transport car and the positioning of the control injection of detailed analysis a

6、nd program design.the design of the system program, automatic and manual control, making the operation more flexible and convenient. refrigerator box with foam production line after the plc control system can increase productivity, reduce system maintenanee costs, make the whole system is stable and

7、 reliablekey words: refrigerator box foam； s7-300； inverter； rotary encoderiii四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计目录1引言12冰箱箱体发泡系统概述12.1冰箱箱体发泡设备介绍12.2冰箱箱体发泡生产工艺流程33系统设计要求及设计方案33.1系统设计耍求33.2系统设计方案44箱体发泡电气控制系统设计44.1系统主电路设计 44.2 plc选型及接线图 54.3变频器选型及设置 104.3.1变频器类型的选择104.3.2变频器容量的选择114.3.3变频器参数设置114.4旋转编码器工作原理及应用144.4.1旋转

8、编码器的工作原理144.4.2旋转编码器的选型及与plc的连接145 plc程序设计175.1控制系统资源配置 175.2系统程序设计示例195.2.1 s7-300 编程环境 195.2.2 cpu参数设置 215.2.3程序流程设计与分析226系统调试31结束语34参考文献35附录：程序清单36致谢86iv四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计1引言冰箱箱体由外箱、内胆、绝热层、箱门、箱内附件等组成。除制冷系 统外，箱体的保温和箱门的密封性是冰箱制冷效果好坏的关键。冰箱箱体 发泡是冰箱牛产过程中的一道关键工艺，同时箱体发泡对冰箱的质量起着 关键作用冰箱的保温层为高分子发泡剂发泡后生成，因此在

9、工厂生产冰箱时在 冰箱背面留一个孔，保温发泡剂就从该孔灌注进去，在常压下，由两种原 料混合而成的发泡剂喷出，进行化学反应，它会迅速膨胀并充满里面的空 隙，固化后就和塑料泡沫一样，主要起保温和支撑冰箱的作用。传统的冰箱发泡生产线一般采用旋转夹具结构或者是矩形转盘结构。 目前，为提升冰箱生产水平，国内冰箱制造商一般采用国际上较流行的直 线式冰箱箱体发泡线。所谓直线式箱体发泡线：即将几台发泡夹具成一字 排开并且固定不动，发泡的内模夹具固定不动而发泡的外模上下升降，注 射枪头往复运动进行充注，发泡料在由模具固定好的箱体中发泡，固化牛 产冰箱箱体。与其他箱体发泡生产线相比，直线式箱体发泡线结构紧凑, 工

10、作效率高，生产安全可靠，极大的提高了产品的合格率和生产效率。本论文研究如何利用plc控制技术实现冰箱箱体发泡生产线的控制, 并以此提高生产效率，提高发泡质量及降低生产设备的维护成本等。使整 个系统的操作变的简便，实现自动生产，减少了人为的操作故障，运行可 靠、节能。同时增加手动控制，提高了生产系统的灵活性，便于设备的调 试和维修等。论文重点在于研究输送小车及注射枪头的plc控制原理，详细分析了 输送小车和枪头的运行过程，以及在响应相应的请求信号时是如何判断运 行方向的。本篇论文共分六个部分，结构如下：(1) 引言部分主要介绍了箱体发泡的作用及课题研究的背景。(2) 介绍箱体发泡设备及工艺流程。

11、(3) 系统的控制要求及控制方案的确定。(4) 在该部分中，详细介绍了系统的硬件设计，包括系统主电路设计、 plc、变频器、旋转编码器等的设计，包括选型、参数配置及相互之间的 连接等。(5) 这部分是系统软件设计，详细说明了程序设计的过程。(6) 系统调试中，采用s7-plcsim,进行模拟调试。2冰箱箱体发泡系统概述2.1冰箱箱体发泡设备介绍冰箱箱体发泡系统主要是完成对冰箱箱体的发泡，该系统是冰箱牛产线的重要组成部分。发泡系统主要由发泡机、输送小车、注射枪头等机构组成。系统整体结构图如图1四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计1所示。图1箱体发泡系统结构图(1) 发泡机发泡机，是发泡系统的核心

12、单元，箱体将在这里完成发泡走向下道工 序。它主要由以下部件构成：夹具。它是对箱体的夹紧机构，内有加热丝。滚轮。它完成对箱体的接送任务。起升机构。实现发泡模具的起降。当箱体进入发泡机后，夹具将其夹紧，然后抬起一定的角度发出注射 发泡剂请求，等待注射枪头前来注料，待发泡结朿后，发泡机内的模具恢 复成原位，发出出箱信号。(2) 输送小车当发泡机有入箱信号请求时，输送小车从拼装生产线上接一台箱体, 然后送入空的发泡机中；当发泡机有出箱请求时，输送小车前往该工位把 箱体拉出送到装配生产线上。输送小车主要由接送箱体的滚轮和检测箱体 的光电传感器组成。(3) 注射枪头注射枪头是对要发泡的箱体注射发泡剂，它主

13、要由枪头入管路、枪头及相应的电磁 四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计机构等构成。枪头的运行过程为：当有注剂信号请求时，枪头准确停止在该工位的 前上方，然后下行再将枪头仲出，打开注剂阀门，注剂结束后原路返回并 等待呼叫信号。2.2冰箱箱体发泡生产工艺流程共有四台冰箱箱体发泡机，每台的机械结构和控制方法完全相同。四 台冰箱箱体发泡机间隔相等地排成一排，在与该排平行的位置是接送箱体 的地面自动运输小车，小车能够从拼装生产线上接一台箱体，然后送入空 的发泡机中，发泡机接箱的顺序为1#、2#、3#、4#。发泡机主有由夹具和 输送辐道组成，箱体后背朝下平躺着进入发泡机。当发泡机内箱体完全进 入时，夹具夹

14、紧并抬起一定的角度以便接受来自注射机的枪头的注料。注射枪头为悬挂输送机构，平行安放在四台发泡机的上前方，枪头入 管路由电机和旋转编码器来带动控制，当有箱体要料时，通过计算行程, 准确地停在该发泡机的上方，并下移，然后再水平快速移动，枪头准确插 入箱体注射空中，打开两种混料阀门，通过延时，关闭阀门，退出枪头, 枪头上行后，继续判断是否有箱体要料，否则返回原位等待。枪头由变频 器控制减速和停止。当箱体注料完毕后，模具开始加热一定时间，时间到，即箱体和夹具 由倾斜位回到水平位，松开夹具，发出出箱信号，待小车有空时来接箱, 小车把箱体接出，运行到装配生产线上去。3系统设计要求及设计方案3.1系统设计耍

15、求（1）系统具有手动和自动运行功能。（2）发泡机能止确发出入箱、出箱和注剂请求信号。（3）输送小车能根据发泡机发出的信号口动判断运行方向。（4）输送小车响应入箱请求信号优先，当处理完入箱事件后才去处 理出箱。（5）输送小车在返回原点等待途中，若在其后方有出箱请求，小车 能在前一工位停车并反向去响应相应的出箱请求。（6）注射枪头能口动判断运行方向，并能准确停止在相应工位处。（7）输送小车和枪头的运行控制过程均为：快速一慢速一停车。（8）不能有箱体注料冲突或进出箱冲空发生。整个系统运行平稳、 安全。（9）系统运行中具冇相应的指示信号。3四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计3.2系统设计方案321总

16、体方案传统的电气控制回路是利用时间继电器、中间继电器等实现其控制功 能的，但是这样的控制方式对于大型复杂的系统就显得力不从心了，因此 该系统选用以plc为主控制器对牛产线上的小车、注射枪头和发泡机等进行智能化控制。(1) 输送小车输送小午在运行屮耍根据生产节拍的需求，需耍进行调速，采用变频 器可方便地实现小车的快慢速运行。小车的位置信息通过在小车运行的轨 道上安装的行程开关等发送至plc中，plc接收该信息后进行处理并根据 程序做出判断，然后将处理后的结果再反馈给小车，以此实现小车的有序 控制。(2) 注射枪头枪头的快慢速控制同小车相同，均采用变频器控制。对于枪头的停车 定位采用旋转编码器，通

17、过计算行程，并转换为脉冲，实现枪头的精确定 位控制。(3) 发泡机各工位发泡机是固定不动的部分，plc通过控制相应的执行机构来完 成它的控制过程。该部分控制逻辑较简单。3.2.2控制结构图根据控制要求，plc接收现场的各种开关和传感器等发出的信号进行 处理，然后输出到执行机构进行控制。系统控制框图如图2所示。图2 系统控制结结构图4箱体发泡电气控制系统设计4.1系统主电路设计该电路主耍对电机部分进行设计。冰箱箱体发泡系统中共用三相交流异步电动机七台：输送小车两台,其中滚轮驱动电机一台，输送箱体运行轨道电机一台；注射枪头横向运行电机一台；四个工位发泡机中的4四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计滚

18、轮驱动电机各一台。系统电气原理图如图3所示。图3系统电气原理图图中输送小车轨道电机和注射枪头电机釆用变频器驱动，在变频器内 设置有相应的电气保护，如过热、过载等。为了提高变频器的效率和减少 高次谐波对变频器的影响，在变频器的入线端装设有电抗器，线路中增加 低压断路器对变频器进行过载、短路、欠压等保护。滚轮电机加设熔断器 和热继电器进行短路和过载保护，并通过接触器进行正反转的切换。4.2 plc选型及接线图4.2.1 plc的选型可编程控制器是整个控制系统的核心部件，正确、合理的选择机型对 于保证整个系统的技术经济性能指标起着重要的作用。plc选型的基本原则是在满足基本控制功能和容量的前提下，尽

19、量保 证工作可靠，维护使用方便以及最佳的性价比。对于工艺过程比较固定，环境条件较好(维修量小)的场合，选用整体 式结构plc比较合适，英他情况选用模块式结构plc比较合适。plc的选型一般包括机型的选择、存储器容量的选择、i/o模板的选择 等。(1) plc的机型选择木研究课题主要以开关量控制为主，结合学校的实验条件同时根据 plc市场的应用情况，选择德国siemens公司在20世纪末推出的simatic s7-300系列plc。该型产品性价比高，电磁兼容性高，抗震动冲击性强， 具有非常好的工业环境适应性。同时s7-300系列plc是模块式结构，各种模板如cpu模板、信号模板 sm、功能模板f

20、m、通信模板cp、电源模板ps等及人机界面(hmi),可 以根据控制要求进行广泛的组合和扩展。5四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计(2) plc存储器容量的选择合理确定plc的用户程序存储器的容量，是plc应用设计及选型屮不 可缺少的环节。一般说来，用户程序存储器的内存容量与内存利用率、开 关量i/o总数、模拟量i/o点数及设计者的编程水平有关。冰箱箱体发泡生产线的i/o点数主要包括传感器信号、电动机的接触 器线圈、控制输送小车运行的行程开关，发泡机内液压系统的电磁阀线圈, 注射枪头的限位开关及其液压电磁阀线圈，为安全考虑，系统中的电磁阀 主要采用三位四通阀。此外还有各种按钮及信号指示等。i

21、/o点数统计如 表1所示。表1 i/o点数统计表本系统只考虑开关量控制，根据i/o点数统计表可估算出所需内存字 数：内存字数二开关量i/o点数x 10=95x10=950在此基础上要考虑系统功能的增加、规模的扩大及编写程序的长短等,要留有足够大内存空间。(3) plc i/o模板的选择注射枪头的定位采用旋转编码器，在选用cpu型号时要具有高速计数 器功能，此外对生产线今后的功能升级cpu要有通信接口等。系统配置如 表2所示。表2系统配置6四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计输入模板接线图如图4所示。图4输入模板接线图输出模板接线图如图5所示。7四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计(a) 输出模

22、板接线图8四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计(b) 输出模板接线图图5输出模板接线图4.2.2 s7-300系列plc及组态编程软件简介(l) s7-300系列plc简介四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计s7-300系列是西门子公司plc的中端产品，是一种通用型的plc,能 适合口动化工程的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块 化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得s7-300 成为一种既经济又切合实际的解决方案。s7-300具有以下显著特点：循环周期短、处理速度高指令集功能强大、可用于复杂功能产品设计紧凑、可用于空间有限的场合模块化结构、适合密集安装有不

23、同档次的cpu、各种各样的功能模块和i/o模块可供选择无需电池备份，免维护可在恶劣条件下露天使用的模块类型(siplus)(2) s7-300系列plc组态编程软件简介使用step 7软件可对s7-300进行编程。step 7包含了自动化项目中从 项日的启动、实施到测试以及服务，每一阶段所需的全部功能。step 7主要包扌舌以下组件： simatic管理器，用于集中管理所有工具以及自动化项目数据程序编辑器，用于以lad、fbd和stl语言生成用户程序符号编程器，用于管理全局变量硬件组态，用于组态和参数化硬件硬件诊断，用于诊断自动化系统的组态 netpro,用于组态mpi和profibus等网络

24、连接4.3变频器选型及设置431变频器类型的选择控制系统中有七台交流电动机组成，根据生产工艺的需要，要对输送 小车和注射枪头的驱动电机进行50hz以下调速。采用变频器对交流电动 机实施矢量控制，可以得到基本转速以下的恒转矩特性。由于该系统中的 负载不大，但对小车和枪头的运行在短时间内具有快速性及停车时定位精 确的要求，在选择变频器时选择了西门子micromaster 440具有转矩控 制功能的变频器。mm440变频器是一种集多种功能于一体的变频器，其恒定转矩控制 方式的额定功率范围为120w200kw,可变转矩控制方式的额定功率可 达250kw,它适用于电动机需要调速的场合。可通过数字面板或远

25、程操作 器方式，修改其内置参数。10四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计4.3.2变频器容量的选择变频器的容量可从以下三个角度表述：额定电流、可用电动机功率和 额定容量。其中后两项，变频器生产厂家由本国或公司生产的标准电动机 给出，或随变频器输出 电压而降低，都很难确切表达变频器的能力。选 择变频器时，只有变频器的额定电流是一个反映半导体变频装置负载能力 的关键量。负载电流不超过变频器额定电流 是选择变频器的基本原则。由于变频器供给电动机的是脉动电流，电动机在额定运行状态下，用变频器供电与用工频电网供电相比电流要人，所以选择变频器电流或功率要比电动机电流或功率大一个等级。则变频器容量pbn可按

26、下式选取：pbn=l.lpmn式4 pmn为电动机额定功率。4.3.3变频器参数设置(1) 输送小车变频器参数设置输送小车采用两段速控制：快速运行频率为50hz,慢速运行频率为30hzo在变频器屮设置两段速频率，下表为变频器数字输入及对应plc输 出变量约定如表2所示。表2变频器数字输入及对应plc输出变量约定表输送小车实现变频调速控制接线图如图6所示。图6 输送小车实现变频调速控制接线图11四工位冰箱箱体发泡牛产线控制系统设计输送小车的变频调速变频器具体参数设置。电动机参数设置为了使电动机与变频器相匹配，需设置电动机参数。电动机采用siemens型号为1la70096-4aa10高效变频电动

27、机。电动机参数设置如表3 所示。表3电动机参数设置表固定频率控制参数设置 参数设置如表4所示。表4固定频率控制参数表12(4) 注射枪头变频器参数设置注射枪头与输送小车一样采用两段速控制：快速运行频率为50hz,慢 速运行频率为30hz。变频器数字输入及对应plc输岀变量约定如表5所示。表5 变频器数字输入及对应plc输出变量约定表注射枪头实现变频调速控制接线图如图7所示。图7 注射枪头实现变频调速控制接线图注射枪头的变频调速变频器具体参数设置，像电动机参数设置、固定 频率控制参数同输送小车设置方法完全相同。13四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计4.4旋转编码器工作原理及应用4.4.1旋转编

28、码器的工作原理增量式旋转编码器是一种集光、机、电于一体的角度检测装置，由安 装在转轴上的光栅码盘和光电检测装置组成。光栅码盘的转轴与被测转轴 同轴，被测转轴旋转时，光栅码盘与其同步旋转，经电子元件组成的检测 装置利用光电转换原理将旋转位置和方向转换成相应的信号。光栅码盘是在一个码道上开出三条码道，由内向外分别为a、b、乙 如图8所示。zba图8光栅码盘结构在a、b码道的码盘上，等距离地开有透光的缝隙，两条码道上相邻的缝隙互相错开半个缝宽，于是a和b就输出两个相位相差90°的电信号 第三条码道。z只开出一个缝隙，用来表示码盘的零位。在码盘的两侧分 别安装光源和光敏元件输岀，码盘上有多少

29、缝隙，就会有多少个脉冲输出, 将这些脉冲整形后，输出的脉冲信号如图9所示。abz图9增量式编码器三通道输出信号示意图4.4.2旋转编码器的选型及与plc的连接(1) 旋转编码器的选型增量型编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲a、b和z 相；a、b两组脉冲相位差90o,从而可方便地判断出旋转方向，而z相为 每转一个脉冲，用于基准点定位。根据注射枪头运行的要求，选用欧姆龙 公司e6b2-cwz5b增量式旋转编码器。14四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计该编码器具有以下主要特点：采用密封轴承、实现ip64f的防滴、防油性。增强耐轴负载性能。实现径向30n、推力向20n。导线斜式引出方式。有

30、导线横向引出和后部引出。附有逆接、负荷短路保护回路，改善了可靠性。技术参数如下:工作电压：524vdc消耗电流：80ma以下输出相：a、b、z输岀状态：pnp集电极开路输出最高响应频率：50khz输出回路图如10所示：图10 e6b2-cwz5b型编码器输出回路图(2) 旋转编码器与plc的连接在cpu314c-2dp中有两个连接器(xi和x2)，用于连接di/do,或者 用于计数、频率测量和脉冲宽度调制。连接器如图口所示。图11cpu314c-2dp的连接器当使用计数、频率测量和脉冲宽度调制功能时，主要应用x2连接器，x2端子分配15四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计见表6所示。表6 x2

31、连接器端子分配e6b2-cwz5b型编码器与cpu314c-2dp的连接如图12所示。图12 e6b2-cwz5b型编码器与cpu314c-2dp的连接16在对本系统进行编程时，主要采用了线性化的编程方法。冰箱箱体发泡生产线程序主耍由输送小车、注射枪头和发泡机等三部 分组成。三者之间的数据交换较多，逻辑互相配合完成整个系统的有序控 制。5.1控制系统资源配置根据系统的控制要求，共需数字量输入点35个，输出点60个。前面确定了控制系统所需的硬件设备，cpu类型为cpu314c-2dp；数 字量输入模板选择di32xdc24v块；di16x dc24v块；数字量输出模 板选择 do8xdc24v块

32、；do16x ac24v块；do32x dc24v块；do8 x dc24v 一块；系统的硬件组态如图13所示。图13系统的硬件组态17四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计输入模块的地址分配表见表7o表7输入模块的地址分配表8输出模块的地址分配表18四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计续表85.2系统程序设计示例5.2.1 s7-300编程环境在编写程序之前，首先要创建一个项目，创建项目的名称为冰箱箱体控制。步骤如下：(1) 双击simaticstep7软件的图标示。，进入step7编程软件环境。如图14所图14 step7编程软件环境19四工位冰箱箱体发泡牛产线控制系统设计(2) 执行菜单命

33、令“文件/新建”，在打开的对话框中单击“浏览”按 钮选择项目的存储位置，建立一个新项目名为“冰箱箱体”，如图15所示。图15建立新项目(3) 单击“确定”按钮后，在simatic管理器屮，显示出一个新建立 的项目名称“冰箱箱体”。在新项目名上按右键选择“插入新对象”，选择 插入一个“simatic300站点”，如图16所示。图16插入一个“simatic 300站点”(4) 选择插入的300站点，双击右侧窗口中包含的硬件图标，打开“硬 件组态”窗口。这时，窗口中无任何内容，需要逐一添加。(5) 首先在右侧的硬件目录“simatic 300/rack-300”中双击rail, 一 个模拟的机架框

34、就出现在左侧的窗口中。在这个机架上，用户可以配置具 体的模块。首先在左侧20四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计视图中单击模块将要存放的位置，然后再右侧视图中双击选择的模块,或将选择的模块拖入存放的位置也可，图17为木系统的配置机架和具体的模块。图17配置机架和具体的模块5.2.2 cpu参数设置双击cpu所在行，弹出的对话框里包含多个选项页。如图18所示。图18 cpu属性窗口(1) “常规”属性页中包含cpu的基本信息和mpi的设置。21四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计(2) “启动”属性页中可以设置cpu的启动特性参数。(3) “周期/时钟存储器”属性页中可设置“扫描周期监视时间”和

35、“来 自通讯的扫描周期负载”。在“周期/时钟存储器”选项页中设置“时钟存储器”，选中该功能， 并在“存储器字节”中输入存储字节地址b100,此时b100的各位的作用 是产生不同频率的方波信号。吋钟存储器各位的周期及频率如表9所示。表9时钟存储器各位的周期及频率(4) “保持存储器”属性页。用来指定当出现断电或从stop到run切 换时需要保持的存储器区域。设置如图19所示。图19 cpu的“周期/时钟存储器”属性页5.2.3程序流程设计与分析(1)输送小车程序输送小车的程序流程图如图20所示。四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计图20 输送小车的程序流程图正向行驶程序小车响应入箱请求信号设计当

36、有出箱请求信号时，小车回原点装箱，小车上有电动滚轮，并在内 侧安装有检测器，当箱体被检测到时，其上升沿发出停止滚轮运转的信号, 同时发出让小车正向行驶的信号。到达工位，车上和发泡机内的滚轮开始运转，将箱体送入发泡机内， 当检测器检测到下降沿时，停止小车上的滚轮并发出反向行驶的信号，同 时解除该工位的入箱请求。若还有入箱请求，小车回原点，动作同上。在只响应出箱请求时，若小车在返回原点途中，在其后有出箱请求, 车在前工位停，然后反向，例如：车行到2#处时，4#有出箱请求，车在 1#停，反向行驶去4#响应岀箱请求。对该部分的功能在程序实现上做如下 设计。在小车反向慢速及反向停车行驶的程序中增加相应的

37、控制程序段。首先要排除4#工位，分别在1#、2#、3#工位的慢速行驶条件中增加 其后面的出箱请求条件。在1#处要并联2#、3#、和4#的出箱请求条件； 在2#处并联3#和4#的出箱请求条件；在3#处并联4#的出箱请求条件。反 向停车中增加的条件与反向慢速相同。停23图21停车并反向程序24四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计为保证能实现此功能，需要设计限制条件。当这样的情况发生时，在小车反向行驶到1#、2#和3#的反向变速点 处启动一个定时器，定时时间要延长到小车正向运行后，确保当车停止时 能够向右行驶。定时器控制程序如图22所示。图22定时器控制程序小车响应出箱请求信号设计在顺向时，直接截车

38、响应出箱。当车在响应入箱还未结束时，为能在入箱完成后辨别行驶方向，需要 为小车和发出出箱请求的发泡机作位置信息记录，两者比较，产生的结果 作为方向的行驶的信号。(2)注射枪头程序当有呼叫枪信号时，枪头判断信号的位置，正转或反转前往相应的工 位，枪头的停止由旋转编码器发出的脉冲进行定位。注射枪头的程序流程 图如图23所示。25四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计图23注射枪头的程序流程图计数器的操作模式 在cpu314c-2dp中，集成了 4路完全独立的60khz的高速计数器。计 数器的工作方式可分为：连续计数 一次计数周期计数在cpu的组态画面中，双击“计数”进入组态画面，选择计数模式为 连续

39、计数。如图24所示。图24计数器组态画面(3) 计数器的功能和参数设置26四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计计数方向：可分为赠/减计数。门功能：用于开始、停止和中断计数功能。取消计数：当门再次打开时，计数值清零。停止计数：当门再次打开时，计数值在上次计数值的基础上计数。 比较器功能：可在cpu中存储比较值，用于产生中断。硬件中断功能：根据计数值和比较值，可产生硬件中断。计数器的参数设置画面如图25所示。图25计数器参数设置画面(4) sfb47 介绍在0b1调用sfb47实现对计数器的控制。sfb47块图如图26所示。图26 sfb47块图可使用以下功能。27四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统

40、设计通过软件门sw_gate启动/停止计数器启用/控制输出do读出状态位读取当前计数值和锁存器值用于读/写内部计数寄存器的作业读出当前周期（不与块互连，但仅在背景数据块中可用）sfb47 的参数说明。输入参数见下表10所示。表10 输入参数表28四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计输出参数见表11所示。表11 输出参数表假设枪头的原点在1#的前上方，在每两个工位之间枪头运行需要2000 个脉冲，其中快速时1500个，慢速时500个，这样共需脉冲为6000个。在定位控制中采用中断设置，通过装入比较值与高速计数器的当前值 进行比较，若相等，就产生中断，调用硬件中断组织块ob40。在ob40内 处理

41、相应的状态，并将下一次的比较值装入，为下一次的比较中断做准备。 装比较值是通过作业请求写作业号来装入的。写比较值的作业号为04 （十 六进制），作业的值被写入到job_val中。在0b40屮耍处理两次比较中断，由于sfb47只有一个比较功能，所 以这两次比较中断都是由同一个位地址产牛，只不过产牛比较的条件（比 较值）不同。当枪头变速为慢速行驶时产生一次中断，在ob40中要让枪头变为慢速，快速条件复位；当枪头要停车时又产生一次中断,此时在ob40 中耍让枪头停止，同时复位快慢速条件。为了在屮断产生时只处理本次的 事件，在中断入口处对中断次数进行计数，通过跳转进行判别，如图27 所示。为一次中断时

42、处理变速事件，并将结果立即输出；为两次中断时处 理停车事件，同时将结果立即输出。在处理完第二次屮断后，让计数值回 零。图27中断次数跳转处理29四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计(6) 系统程序示例打开0b1,选择“选项”内的“符号表”，将i/o及相应的辅助存储器 输入。系统的程序块结构入下图28所示。英中手动程序编写在fc1中。图28系统的程序块结构手动程序的编写双击fc1打开程序编辑器，对手动程序进行编写。 sfb47程序的编写系统在自动模式运行时将sfb47的软件门打开，准备计数，sfb47的背景数据块db47如图29所示。图29 db47数据块 0b1程序的编写四工位冰箱箱体发泡生产

43、线控制系统设计双击0b1对主程序进行编写，在0b1屮对fc1进行调用。程序见附录。分别对fc1、ob40进行程序编写。程序见附录。6系统调试采用西门子的s7-plc模拟软件s7-plcsim对程序进行调试。s7-plcsim模拟软件是在step7环境下，不用连接任何s7系列的plc, 而是通过仿真的方法和测试应用程序。s7-plcsim提供了简单的界面，可 以用编程的方法来监控和修改不同的参数，也可以使用便量表(vat)进 行监控和修改变量。调试步骤如下。(1) 打开"simatic manager”。(2) 单击，以启动s7-plcsimo仿真窗口画面如图30所示。图30 s7-p

44、lcsim的窗口画面(3) 打开系统项目“冰箱箱体”。(4) 选择菜单命令“plc”中的"download",将系统程序下载到模拟 的plc中。在弹出的提示中点击确定即可。(5) 插入程序中所用到的量，入i、0、m等，以便观察程序的运行情 况。(6) 根据控制耍求，对程序进行调试。调试时，可分别对程序中不同的功能进行分部调试，在该系统程序中, 高速计数器程序段由于条件限制不能调试，其余部分均达到了系统的控制要求。系统仿真31四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计画面如图31所示。图31系统仿真画面(7) 调试出现的问题及其改进系统初始运行时，发泡机不发出入箱请求信号经过对程序

45、的分析，当系统启动后，各工位的发泡机的入箱请求存储 位不响应(以l#m10.1为例)。在该部分程序设计中，由于不在发泡机内 装设检测箱体的传感器，所以m10.1的动作是由发泡机滚轮反转的下降沿 驱动的，这就是说一定先出箱发泡机才能发出入箱信号，但系统在初始启 动时此中情况是不可能出现的。解决的方法是当按下启动按钮的同时就让 发泡机发出请求，即将启动按钮10.0的逻辑变化作为m10.1的动作条件。 改进后的梯形图如图32所示。图32入箱请求程序改进32四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计小车响应出箱，将箱体从发泡机中拉出后，小车不正传却反向行 驶对该问题的改进方法是，小车响应出箱并到达该工位时，

46、用m27.0标 示小车在处理处箱。各工位滚轮反转来置位m27.0,直到小车到达拼装线 时复位。将该位作为车反向行驶的限制条件。改进后的程序可参见ob1中 程序段57 o枪头注完发泡剂后，各工位加热的条件均相同由于枪头不管在哪个工位加工完后都由同一个位来作为加热的信号， 但每个工位要求开始加热的时间时不同的，这样就不能由同一位来作为加 热的条件。解决的方法是利用各工位的呼枪信号作为响应工位的加热条件。 由于呼枪信号是唯一的，这样每个工位加热条件也是唯一的。改进后的加 热条件如图33所示。图33加热条件改进33四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计结束语本论文主要从如何提高冰箱箱体发泡的质量和生产效

47、率等处发，解决 在传统的电路控制方式存在的操作难、效率低、能耗高、故障多、定位不 准确等问题，继而改传统的控制方式为现代的全自动化控制。系统中应用 plc、变频器和旋转编码器等对输送小车及注射枪头的控制，取消计时继 电器，减少了接触器的数量，简化了控制电路，不仅达到了精确的定位要 求而且实现箱体发泡线的智能化控制。为了提高控制的灵活性，在对输送小车的控制中增加了正反向响应的 顺向截车功能，提高了小车的利用率，节省了运行时间。在注射枪头的定位控制中，采用硬件中断的处理方式，使定位更精确。此外，系统增加了手动控制功能，更易于维护和调试，使控制更加灵活。随着市场的要求以及科学技术的不断发展，各种新工

48、艺、新技术、新的控制方案均会在冰箱箱体发泡生产屮应用推广，箱体发泡智能化控制程 度将会进一步提高，在该系统的程序设计中将有更大的改进以适应实际的 控制系统。34四工位冰箱箱体发泡牛产线控制系统设计参考文献1 胡学林可编程控制器原理及应用m北京：电子工业出版社，2007.1.2 刘美俊西门子s7系列plc的应用与维护m北京:机械工业出版 社，2009.1.3 郑凤翼图解西门子s7-300/400系列plc入门m北京：电子工业 出版社，2009.8.4 柴瑞娟，孙继承等西门子plc高级培训教程m北京:人民邮电 出版社，2009.3.5 张洪润传感器技术大全（中册）m北京：北京航空航天大学出 版社，2007.106 廖常初.s7-300/400 plc应用技术m北京：机械工业出版社， 2008.9.7 刘华波，何文雪等西门子s7-300/400 plc编程与应用m北京： 机械工业出版社，2010.7.8 周志敏，周纪海等变频调速系统工程设计与调试m北京：人民邮电岀版社，2009.6