自動配料裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計

自動配料裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計,自動配料裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計,自動,配料,裝車,控制系統(tǒng),設(shè)計 設(shè) 計 題 目： PLC自動配料裝車控制系統(tǒng)設(shè)計 院、 系： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 系 主 任： 2016年 4月19日 摘 要 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展快速，使社會的生產(chǎn)能力不斷提高，人們生活水平也不斷提高，開始追求更高的標(biāo)準，所以對產(chǎn)品提出了更嚴苛的要求。企業(yè)需要在設(shè)備上提高自動化，這樣可以節(jié)省生產(chǎn)勞動力，可以提高工作效率，也可以提高和控制產(chǎn)品的質(zhì)量，維護企業(yè)的信譽。自動配料裝車控制設(shè)備大量應(yīng)用于糧食行業(yè)、化工行業(yè)、水泥行業(yè)等，企業(yè)對產(chǎn)品包裝稱重的要求很嚴格，準確度必須提高。自動配料裝車技術(shù)經(jīng)歷了手工稱重方式、繼電器控制方式、儀表稱重控制方式、可編程控制器控制方式。現(xiàn)代自動配料裝車系統(tǒng)都是用可編程控制器和人際界面共同組成系統(tǒng)，這樣可以提高設(shè)備自動化程度和設(shè)備控制的精度。 本設(shè)計詳細介紹了稱重傳感器以及自動配料裝車控制系統(tǒng)的工作原理，并對控制系統(tǒng)的硬、軟件設(shè)計進行了詳細的分析。通過PLC控制稱重儀再對稱重過程進行控制。 關(guān)鍵詞：自動配料，PLC，觸摸屏 Abstract With the rapid development of modern science and technology, the production capacity of the society has been improved, people's living standards have been improved, the pursuit of higher standards, so the product has put forward more stringent requirements. Enterprises need to improve the automation of the equipment, which can save labor, improve work efficiency, but also can improve and control the quality of products, maintaining the credibility of enterprises. Bulk material weighing and packaging equipment is widely used in food industry, chemical industry, cement industry, and so on. The weighing technology of bulk material packaging has experienced the manual weighing method, the relay control mode, the instrument weighing control mode and the programmable controller control mode. Modern bulk material packaging and weighing system is a system which is composed of a programmable controller and a human interface, which can improve the automation degree of equipment and the precision of equipment control. This paper introduces the design of the weighing sensor and the weighing control system of bulk materials, and analyzes the hardware and software design of the control system in detail. Control of re symmetric weight of weighing instrument by PLC control. Keywords: weighing instrument, PLC, touchscreen 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1自動配料裝車系統(tǒng)研究的目的和意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 1.3 自動配料裝車控制系統(tǒng)的控制要求 2 1.4 自動配料裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù) 3 第2章 自動配料裝車控制系統(tǒng)總體設(shè)計 4 2.1自動配料裝車控制系統(tǒng)的工藝流程 4 2.2自動配料裝車系統(tǒng)用稱重儀控制原理 5 2.3自動配料裝車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思路 7 第3章 自動配料裝車控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 9 3.1PLC原理及選型 9 3.1.1PLC的概況 9 3.1.2PLC的特點 10 3.1.3PLC的應(yīng)用 10 3.1.4PLC的選用 13 3.2可編程控制器硬件接線圖設(shè)計 16 3.3系統(tǒng)輔助控制接線圖設(shè)計 18 第4章 自動配料裝車系統(tǒng)軟件設(shè)計 21 4.1 PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法 22 4.2可編程控制器的I/O點分配 22 4.3自動配料裝車系統(tǒng)的程序設(shè)計 23 4.3.1程序設(shè)計總體思路 25 4.2.2自動配料裝車系統(tǒng)的具體程序設(shè)計 27 第5章 致謝 28 參考文獻 29 22 第1章 緒論 1.1自動配料裝車系統(tǒng)研究的目的和意義 微型計算機和電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，促進了控制技術(shù)和微型計算機測量的廣泛應(yīng)用。在國家建設(shè)重大項目上，航空航天項目一直到民用的電梯，工廠生產(chǎn)系統(tǒng)等都用到微機測控技術(shù)。在工廠生產(chǎn)中的自動配料裝車控制系統(tǒng)控制就是典型的微機測控技術(shù)的應(yīng)用。自動配料裝車控制系統(tǒng)包括稱重和邏輯控制兩個部分設(shè)計。 散料配料裝車是貿(mào)易流通和工業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。稱重是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的應(yīng)用功能，也是不可缺少的計量工具。隨著社會日益發(fā)展和商品流通的發(fā)展，稱重儀的作用越來越重要，而且需求量也越來越大。在以前使用的杠桿式秤明顯不能滿足現(xiàn)代社會的需要，隨著六十年代后的電力電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，電子秤越來越重要，技術(shù)發(fā)展也越來越成熟。到了七十年代后，微機處理器的出現(xiàn)和發(fā)展讓電子秤重的技術(shù)得到進一步的發(fā)展?，F(xiàn)代稱重系統(tǒng)中測量精確，人為誤差的消除，使用方便快速和功能豐富多樣成了主要的特點?，F(xiàn)代稱重儀是提供物品重量的重要工具，而且作為商業(yè)管理系統(tǒng)和工業(yè)控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，讓工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化和自動化發(fā)展快速，對操作環(huán)境進行改善，以人為本，提高了產(chǎn)品的效率和質(zhì)量，改善了企業(yè)經(jīng)營管理，降低了各種成本和能源消耗。如圖1-1所示，為自動配料裝車設(shè)備的示意圖。 圖1-1 自動配料裝車設(shè)備示意圖 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 國外研究大致情況：電子稱重技術(shù)是集材料、管理、信息、機械、電子、為一個整體的技術(shù)，是一項系統(tǒng)的工程。在相當(dāng)長的時間，發(fā)到國家比較重視電子秤重技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)把電子秤重技術(shù)提高到設(shè)備制造的高度來重視。所儀將研究的重點轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)過程的稱重控制系統(tǒng)和自動化控制領(lǐng)域，讓計量功能不斷發(fā)展，從單項的計量擴展到控制系統(tǒng)的應(yīng)用。 世界上重要的包裝機械出口國，如法國、意大利、美國等，他們也是稱重控制設(shè)備的主要出口國家，每年的出口總額也我國的工業(yè)工業(yè)年產(chǎn)值差不多。主要原因是在電子稱重系統(tǒng)和電子秤重控制器的產(chǎn)品生產(chǎn)研究和設(shè)計，在不斷吸取現(xiàn)代最新科技。特別是先進的工藝和制造技術(shù)。從60年代初的機電結(jié)合式電子秤重控制器出現(xiàn)以來，不斷改善和創(chuàng)新。 國內(nèi)的研究在50年代中期就開始發(fā)展，應(yīng)用電子技術(shù)，在六十年代結(jié)合型機電發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字智能型電子秤重控制器，我國的稱重控制器研究和檢測方法基本達到了國際的水平，電子稱重控制器的制造和應(yīng)用也得到了發(fā)展。電子秤重技術(shù)重點向動態(tài)稱重發(fā)展，計量方法也從開始的模擬量發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字量，測量的特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特殊設(shè)備是對快速稱重和動態(tài)稱重的方法研究?？傮w上說，我國的電子秤重控制產(chǎn)品數(shù)量和質(zhì)量都還有明顯的差距，主要的差距是技術(shù)和工藝有待提高，工業(yè)設(shè)備和測試設(shè)備開發(fā)不足，品種較少，功能也不完善。 1.3 自動配料裝車控制系統(tǒng)的控制要求 自動配料裝車控制系統(tǒng)在運行過程中，自動配料裝車控制系統(tǒng)由可編程控制器進行信號采集和控制輸出，散料給料方式采用二級給料方式，在粗給料時，給料流量大，用短時間加入額定重量的90％～95％，在細給料時，給料流量小, 為額定重量的5%至10%，由于細進料門有機械動作過程，為保證給料精度，在給料量達到98%時開始關(guān)閉細進料門，而不是等到達到100%才關(guān)閉細進料門，這樣這樣即可保證速度, 又可保證精度。 控制系統(tǒng)每次稱量工作前，都測試稱斗的凈重，以消除由于物料粘附在料斗內(nèi)壁而引起的誤差，停機時設(shè)置相應(yīng)的處理功能，保證停機排空稱斗內(nèi)物料。要保證在下次運行的時候料斗內(nèi)沒有散料，要盡量避免散料在長時間的停留下凝結(jié)在料斗壁上。在細加料的結(jié)束后，等待散料穩(wěn)定后才能進行檢測稱重，這樣得到的誤差可以循環(huán)進行補償。自動配料裝車系統(tǒng)的電機轉(zhuǎn)速可以進行單閉環(huán)控制，達到自動配料裝車的準確目的。 第2章 自動配料裝車控制系統(tǒng)總體設(shè)計 2.1自動配料裝車控制系統(tǒng)的工藝流程 自動配料裝車控制系統(tǒng)由可編程控制器進行信號采集和控制輸出，散料給料方式采用二級給料方式，在粗給料時，給料流量大，用短時間加入額定重量的90％～95％，在細給料時，給料流量小, 為額定重量的5%至10%，由于細進料門有機械動作過程，為保證給料精度，在給料量達到98%時開始關(guān)閉細進料門，而不是等到達到100%才關(guān)閉細進料門，這樣這樣即可保證速度, 又可保證精度。 自動配料裝車控制系統(tǒng)在稱重的工作之前，都要測試料斗的重量，這樣就可以消除散料粘在料斗上壁，引起的稱重誤差，在設(shè)備停車時，就要對此誤差造成的因素進行相應(yīng)的處理，要保證料斗內(nèi)沒有物料。細加料信號完畢后，待其穩(wěn)定進行實測，以便得到誤差，以使下一個循環(huán)進行補償校正。工藝流程圖如圖2-2所示。 圖2-2 自動配料裝車系統(tǒng)工藝流程圖 由工藝流程圖可知系統(tǒng)功能為：（1）、對物料重量實現(xiàn)自動控制，其設(shè)定值在觸摸屏上；（2）、放料工作完成后，要進行稱斗的凈重檢測修正；（3）、對稱量誤差進行自動補償；（4）、自動包裝和系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置有相應(yīng)的故障檢測、報警信號。系統(tǒng)工作原理：稱量工作開始，當(dāng)儲料斗中物料足夠，在重力的作用下進入重力供料裝置，PLC控制器控制儲料斗大、小進料閥均完全打開料門進入大（粗）給料狀態(tài)。當(dāng)?shù)竭_給定大給料重量（設(shè)定閾值如90%要求重量）時，關(guān)閉大進料閥，進入小（細）給料狀態(tài)，達設(shè)置重量時，關(guān)閉小進料閥門，達稱量斗穩(wěn)定（可以設(shè)置比較環(huán)節(jié)程序或延時來實現(xiàn)），稱量工作完成。并且卡袋機構(gòu)卡緊時，卸料門打開，物料進入放料斗，再落入袋內(nèi)，延時（設(shè)定一時間根據(jù)料來確定，通過程序來處理，可靈活實現(xiàn)）關(guān)閉，釋放夾袋并關(guān)閉卸料閥，并打開皮帶傳送系統(tǒng)，完成一個包裝循環(huán)，并傳送到下一環(huán)節(jié)。 2.2自動配料裝車系統(tǒng)用稱重儀控制原理 圖2-3 自動配料裝車系統(tǒng)圖 本控制系統(tǒng)采用托利多B8520稱重儀，此稱重儀有四種稱重模式分別是：無斗模式、PLC模式、有斗模式、散糧模式。根據(jù)工廠需要本系統(tǒng)采用有斗模式，該模式的稱重過程將在稱量斗中完成，當(dāng)稱量完畢后，在夾袋信號到位后，控制器將完成包裝過程。在放料后，可由控制器進行拍打振實等功能。 圖2-4 有斗稱重模式時序圖 從時序圖中可以看出只要IN8口采集到斗門關(guān)閉產(chǎn)生的一個上升沿信號，稱重控制器依次發(fā)出慢進料、中進料、快進料，同時設(shè)置延時時間，當(dāng)IN3口收到夾帶請求，稱重控制儀依次發(fā)出放料、拍打、夾帶輸出控制。PLC部分要實現(xiàn)的控制很少，只有啟動、關(guān)閉、急停、讀取毛重凈重、寫入目標(biāo)值等，這無疑給編程帶來極大方便，自動化程度得到提升。該工作流程圖如圖2-4，方案采用三速加料，一般稱重儀市場價格差不多，所以本方案采用PLC控制托利多B8520再通過托利多B8520控制執(zhí)行機構(gòu)。 圖2-5控制流程圖 2.3自動配料裝車控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思路 自動配料裝車控制系統(tǒng)主要由配料稱重儀、儀表控制柜、低壓開關(guān)柜、現(xiàn)場操作盤以及工業(yè)控制的計算系統(tǒng)及設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)軟件幾部分組成。 1)配料稱重儀 稱重儀器對經(jīng)過散料的料斗物料進行連續(xù)稱量和自動累計，此配料稱重儀具有運輸、計量功能。稱重部分的工作原理是采用電阻應(yīng)變式，多托輥杠桿式結(jié)構(gòu)。在實際工作時，控制放料電磁閥，通過調(diào)節(jié)電磁閥來改變散料流量。 2)儀表控制柜 儀表控制柜主要包括各種各樣的儀表，重點是稱重儀表。儀表重點接受稱重傳感器的模擬量信號，根據(jù)信號通過系統(tǒng)計算出流量和累計量，并將流量信號以0～10伏模擬電壓的形式送給PLC，PLC將重量信號與機內(nèi)設(shè)定值比較后，根據(jù)一定的控制規(guī)則輸出0～10伏調(diào)節(jié)信號，控制現(xiàn)場放料電磁閥，從而構(gòu)成單機閉環(huán)系統(tǒng)，達到控制某種物料流量的目的。 3)低壓開關(guān)柜 低壓開關(guān)柜配置有斷路器、電流互感器、電壓表、刀開關(guān)、電流表、隔離變壓器等器件為各控制柜和配煤系統(tǒng)動力部分提供電源，同時檢測動力電源部分的相間電壓和線電流。 4)現(xiàn)場操作盤 配煤系統(tǒng)電機的現(xiàn)場控制部件，裝有控制按鈕、指示燈，可在機旁對現(xiàn)場皮帶機和給料設(shè)備的啟停進行控制、指示PLC對電機的命令狀態(tài)。 第3章 自動配料裝車控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 ?該系統(tǒng)主要為開關(guān)量控制，料門的全部動作由氣缸驅(qū)動，而氣缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。通過對托利多B8520IN1口輸入電平的控制來實現(xiàn)手動控制和自動控制切換，當(dāng)IN1口為高電平時系統(tǒng)啟動工作，當(dāng)為低電平時系統(tǒng)停止工作并進入手動控制狀態(tài)。手動操作要求用按鈕對機器的每一步運動單獨進行操作控制。自動操作要求按一下自動/手動選擇開關(guān)，機器自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中若按下停止按鈕，則機器繼續(xù)完成一個周期的動作，回到初始狀態(tài)后自動停止?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖3-1所示。 圖3-1控制系統(tǒng)框圖 ?3.1S7-200PLC原理及選型 3.1.1PLC的概況 隨著科技的不斷進步，PLC的性能也飛速增強，其應(yīng)用和研究現(xiàn)狀主要在以下方面體現(xiàn): 1.控制規(guī)模的擴大，控制大型機的規(guī)模越變越大，開關(guān)量高的達到了幾萬。 2.組成模塊的增多，現(xiàn)在PLC己經(jīng)新增了很多模塊，如PDI控制、溫度以及運動模塊等等。 3. 在PLC的發(fā)展過程中，制造商為了壟斷和擴大各自市場，都各自發(fā)展自己的標(biāo)準，開放性和互操作性大大發(fā)展，各廠商都意識到開放是發(fā)展的一個趨勢，，并形成了長時期的妥協(xié)與競爭。 4.工作速度的提高可以對系統(tǒng)實現(xiàn)實時控制。 5.聯(lián)網(wǎng)的能力增強，由于通信、信息及控制技術(shù)的大力發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)也得到了的發(fā)展，己經(jīng)可以實現(xiàn)的遠程控制。 3.1.2PLC的特點 1)可靠性高，抗干擾能力強 　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 2)配套齊全，功能完善，適用性強 3)體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 3.1.3PLC的應(yīng)用 1)PLC開關(guān)量的邏輯控制 　　這是PLC開關(guān)量的邏輯控制是基本的控制方法。它可以實現(xiàn)各種邏輯控制工藝，順序控制工藝以及其他自動化生產(chǎn)線控制工藝等。PLC的開關(guān)量邏輯控制基本取代了接觸器-繼電器電路，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，如注塑機、訂書機械、機床、倉庫生產(chǎn)線、灌裝流水線等。 2)PLC模擬量控制 　　由于自然界存在許多連續(xù)變化的物理量，比如壓力、溫度、流量、液位等都是模擬量。要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能在程序中進行計算和處理，將處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬量。 3)PLC數(shù)據(jù)處理 可編程控制器具有各種各樣的計算方法，便于完成實際數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)傳送和轉(zhuǎn)換等，可以對數(shù)據(jù)進行采集和分析處理，具有很明顯優(yōu)勢。 4)PLC過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)中，使用很頻繁的調(diào)節(jié)方法?？删幊炭刂破骶哂袑Ｓ玫腜ID子程序。 5)PLC通信及聯(lián)網(wǎng) 　　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 PLC由三個基本部分組成：外部輸入采樣單元、內(nèi)部邏輯計算處理單元、處理結(jié)果輸出執(zhí)行單元?？删幊炭刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)框圖如圖3-2可知。 邏輯處理 輸出接口 輸入接口 M 圖3-2 PLC基本組成框圖 SBQA KA1A Rt HL KA2A 可編程控制器的I/O輸入單元包含主令按鈕、限位開關(guān)、檢測器等外部輸入主令接口， 可編程控制器在對外部I/O輸入單元收集的各種邏輯信號和模擬量采樣數(shù)據(jù)，以及主令臺的各種命令等信息進行儲存和處理?？删幊炭刂破鞲鶕?jù)所設(shè)計的程序?qū)@些輸入信號進行處理計算，并將結(jié)果通過輸出單元進行輸出。通常下都是輸出給繼電器，繼電器通過動作來控制外面的執(zhí)行單元?？删幊炭刂破骺筛鶕?jù)外部工程需要建立通訊控制，通過通訊可以將某執(zhí)行機構(gòu)的具體數(shù)據(jù)進行采樣和監(jiān)控，并計算和輸出。如圖2-2所示，可編程控制器的原理框圖。由圖可知，外部輸入變量都有開關(guān)量，模擬量，通訊接口傳送的變量數(shù)據(jù)，以及編程執(zhí)行器等。 CPU 開關(guān)量I/O接口 RAM 、 ROM 模擬量I/O接口 EPROM/E2ROM 通迅接口 編程器 電 源 圖3-3 可編程控制器原理框圖 編程工具一般就是電腦設(shè)計的編程軟件，我門可以根據(jù)編程軟件對可編程控制器進行硬件組態(tài)設(shè)計，輸入輸出點的分配設(shè)計，程序編寫設(shè)計，可以通過在線連接進行監(jiān)控，通過監(jiān)控可以調(diào)試程序，并修改程序。當(dāng)可編程控制器啟動運行后，我們可以根據(jù)外部動作情況來判斷程序的錯誤和需要完善的地方。這也是現(xiàn)場調(diào)試工程師必須具備的技能?？删幊炭刂破骶幊誊浖际歉髯詮S家自主研發(fā)的，對這些軟件必須學(xué)習(xí)，了解指令含義和編程原則，技巧等。我們在編程時，一般要對系統(tǒng)進行總體設(shè)計，總體設(shè)計可以保證編程的思路清晰，明朗?？傮w設(shè)計完后進行分布設(shè)計，對各種功能實現(xiàn)進行單獨編程，有必要的時候?qū)Τ绦蜻M行模塊化設(shè)計，節(jié)省編程空間和時間。分布設(shè)計完畢后，就進行系統(tǒng)的調(diào)試階段，在調(diào)試時，首先必須對系統(tǒng)調(diào)試步驟進行了解，對系統(tǒng)工藝進行了解，以免調(diào)試時出現(xiàn)差錯。 1．簡易編程器 簡易編程器就是很簡單的編程工具，在編程工具上我們可以看到功能輸入鍵，各種指令輸入鍵，各種指令地址數(shù)字輸入鍵，還有顯示屏顯示當(dāng)前編程的具體情況。在編程時首先簡易編程器就可以直接接在可編程控制器的端口上，用專用的通訊電纜與可編程控制器進行連接，通過設(shè)置可以對可編程控制器進行程序設(shè)計調(diào)試工作。在編程時，首先對各種按鍵進行熟悉，在編程過程中必須進行記錄，以便后面的調(diào)試修改。在編程的時候必須對輸入輸出點的地址分配進行詳細說明，以免編寫程序過程中，思路混亂。在編寫程序結(jié)束后，就要對系統(tǒng)進行調(diào)試，調(diào)試的時候，必須判斷系統(tǒng)功能實現(xiàn)是否準確，如果不準確，對相應(yīng)部分進行修改。使其準確。如果修改完畢，程序運行正常，就可以將簡易編程器拔下，保存。 2．圖形編程器 常用的圖形編程器是液晶顯示圖形編程器(手持式的)，它有一個大型的點陣式液晶顯示屏。除具有簡易型的功能外，還具有可以直接打入和編輯梯形圖程序，使用起來更方便，直觀。但它的價格較高，操作也較復(fù)雜。也有用CRT作顯示器的臺式圖形編程器，它實質(zhì)是一臺專用計算機，它的功能更強，使用更方便，但價格也十分昂貴。 3．用專用編程軟件在個人計算機(PC)上實現(xiàn)編程功能 隨著PC的日益普及，最新發(fā)展趨勢是使用專用的編程軟件，在通用的PC上實現(xiàn)圖形編程器的功能。這一編程方法的最大特點是：充分利用PC機的軟、硬件資源(如：硬盤、打印及各種功能軟件)，大大降低了編程器的成本，同時也大大增強了編程器的功能，使用十分方便。一般的PC添置一套專用的“編程軟件”后就可進行編制、修改PLC的梯形圖程序，存貯、打印程序文件(清單)，與PLC聯(lián)機調(diào)試及系統(tǒng)仿真等。并且用戶程序可在PC、PLC之間互傳。具有以上功能后，PLC的程序(特別是大型程序)編程、調(diào)試就顯得十分方便和輕松。 輸入輸出 數(shù)字輸入6~24 數(shù)字輸出4~16 模擬輸入16~32 模擬輸出8~28 輸入輸出映像（可擴展） 128輸入 128輸出 硬件擴展 最多7臺擴展模塊 中斷輸入 4 脈沖數(shù)出 2（20k~100k） CPU特性 8個PID控制器 最多2個串行端口 實時時鐘 運行中編輯 浮點運算 狀態(tài)LED指示 CPU處理時間 位處理：0.22us 程序存儲器 4~25k 數(shù)據(jù)存儲器 2~10k 定時器 256 溫度模塊 16位分辨率 網(wǎng)絡(luò)擴展 串行通訊 AS-interface MPI Profibus-DP從站 Modbus主站/從站 通訊速率 PPI/MPI：187.5kbps 自由口：115.2kbps 編程軟件 Step7-MicroWIN 安裝方式 IEC導(dǎo)軌 工作電壓 DC24V/AC220V 根據(jù)本系統(tǒng)控制要求，選用S7-200CPU226CN可編程控制器。24個DC輸入點，16個DC晶體管輸出點。訂貨號：6ES7 216-2AD23-0XB0。 3.1.4PLC的選用 我國市場上流行的有如下幾家PLC產(chǎn)品： 施耐德公司，目前有Quantum、Momentum、Premium等產(chǎn)品； 羅克韋爾公司PLC產(chǎn)品，目前有SLC、Control?Logix、 Micro?Logix等產(chǎn)品； 西門子公司的產(chǎn)品，目前有SIMATIC?S7-400/300/200系列產(chǎn)品； GE公司的產(chǎn)品；日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產(chǎn)品。本次設(shè)計選用西門子S7-200型PLC。車床電氣控制系統(tǒng)只需要邏輯運算等簡單功能，西門子S7-200系列PLC非常適用于單機自動化控制系統(tǒng)。現(xiàn)選擇西門子S7-200 CPU226型PLC控制，AC220V供電，DC24V 6點輸入，繼電器型交流3點輸出。 圖3-4 西門子S7-200型PLC S7-200可編程控制器是小型化的PLC，對于社會各種行業(yè)，各種場合的邏輯控制，自動檢測和運算功能都適用。S7-200可編程控制器具有強大的運算功能和通訊功能，能使用在比較復(fù)雜的自動化控制場合。S7-200可編程控制器提供了4個不同的型號，8中CPU類型可以選擇使用。本次設(shè)計選擇的是采用CPU226類型可編程控制器。CPU226類型的可編程控制器可以集成24輸入和16輸出共計40個I/O點?？梢詳U展7個模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O或者35路模擬量I/O點。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30KHz高速計數(shù)器，具有PID控制器，具有2路獨立的20KHz高速計數(shù)器輸出。RS485通訊編程口共有兩個，具有PPI和MPI通訊協(xié)議，I/O端子很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)。共有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能的更強的內(nèi)部集成特殊功能，可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 3.2可編程控制器硬件接線圖設(shè)計 根據(jù)自動配料裝車控制系統(tǒng)的控制要求以及工藝流程，設(shè)計了可編程控制器的硬件接線圖?？删幊炭刂破鬟x用西門子S7-200PLC，CPU226，選用模擬量輸入輸出擴展模塊，分別用于稱重儀的模擬量輸入，傳送帶速度給定輸出。具體設(shè)計如下圖所示。 圖3-7 CPU226硬件接線圖 圖3-8 擴展模塊EM231.EM232接線圖 3.3系統(tǒng)輔助控制接線圖設(shè)計 自動配料裝車系統(tǒng)的輔助控制主要包括變壓器，開關(guān)電源，電磁閥接線等。輔助控制部分設(shè)計的目的就是為了安全保護，完善系統(tǒng)控制等。如下圖所示。 圖3-10 輔助控制電路設(shè)計圖 第4章 自動配料裝車系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法 PLC軟件系統(tǒng)設(shè)計的方法主要有圖解法編程、經(jīng)驗法編程、計算機輔助設(shè)計編程。 圖解法編程主要是通過畫梯形圖來對PLC程序進行設(shè)計。 經(jīng)驗法編程主要是運用自己和別人的設(shè)計經(jīng)驗來進行設(shè)計。設(shè)計前先選擇和自己設(shè)計要求相視的程序，然后結(jié)合自己的設(shè)計要求情況，對梯形圖程序進行適當(dāng)?shù)男薷?，使它符合自己的設(shè)計要求。 計算機輔助設(shè)計編程主要是在計算機上通過PLC編程軟件進行程序設(shè)計和編程、在線仿真調(diào)試等。 在本次設(shè)計中，采用的是梯形圖法編程。 ?4.2可編程控制器的I/O點分配 散料包裝控制系統(tǒng)的輸入信號有啟動按鈕、停機按鈕、急停按鈕、斗門檢測信號、斗門關(guān)閉按鈕、斗門打開按鈕、放料旋鈕、拍打旋鈕、夾帶旋鈕、輸送帶啟動及停止。輸出信號包括系統(tǒng)運行輸出、急停輸出、粗加料電磁閥輸出、細加料電磁閥輸出、夾帶電磁閥輸出、放料電磁閥輸出、皮帶電機運行、拍打電磁閥輸出。輸入輸出器件的名稱見表1所列。 序號 PLC地址（PLC端子） 電氣符號 （面板端子） 功能說明 1 I0.0 SD 啟動（SD） 2 I0.1 SQ1 運料車到位檢測 3 I0.2 SQ2 運料車物料檢測 4 I0.3 S1 料斗物料檢測 Q0.0 M1 電機M1 5 Q0.1 M2 電機M2 Q0.2 M3 電機M3 Q0.3 M4 電機M4 Q0.4 L1 允許進車 6 Q0.5 L2 運料車到位指示 Q0.6 D1 運料車裝滿指示 Q0.7 D2 料斗下料 7 Q1.0 D3 料斗物料充足指示 8 Q1.1 D4 料斗進料 14 主機1M、面板V+接電源+24V 電源正端 15 主機1L、2L、3L、面板COM接電源GND 電源地端 ?4.3自動配料裝車系統(tǒng)的程序設(shè)計 4.3.1程序設(shè)計總體思路 自動配料裝車控制系統(tǒng)軟件設(shè)計用程序語言描述系統(tǒng)的工作任務(wù)。結(jié)合自動配料裝車控制系統(tǒng)的工作內(nèi)容。程序設(shè)計有以下幾大任務(wù)。 1）、在上位機上通過PLC將快進料、慢進料、提前量、目標(biāo)值寫入托利多B520稱重控制儀內(nèi)。 2）、將稱重系統(tǒng)的當(dāng)前值即毛重和在托利多B520處理過的即凈重值通過PLC反映在觸摸屏上，簡單的說就是讀出毛重和凈重并在觸摸屏上顯示。 3）、系統(tǒng)正常工作的調(diào)控過程。本控制系統(tǒng)指的是快、中、慢進料門的開與關(guān)、夾袋操作、斗門的開與關(guān)的控制過程。 在程序設(shè)計過程中，SM0.0指令是只要上電其就導(dǎo)通， PLC的每個掃描周期都必須調(diào)用MBUS_CTRL指令，才能確保連續(xù)地監(jiān)控MODBUS網(wǎng)絡(luò)。只有在MODBUS_CTRL指令無錯誤地被執(zhí)行后，才能啟用消息傳遞指令實現(xiàn)MODBUS通信。MODBUS_CTRL指令完成后，Done將輸出能流。如執(zhí)行有錯誤，則錯誤代碼將被送至“Error”所指向的內(nèi)存變量（字節(jié)）中。MODE：選著通信協(xié)議。“1”-通信端口被定義為MODBUS協(xié)議；“0”-通信端口恢復(fù)成缺省的PPI協(xié)議。Baud：設(shè)置波特率（必須與MODBUS從站設(shè)置的波特率一致）?？蛇x為1200、2400、4800、9600、19200、348700或115200.Parity:設(shè)置奇偶校驗形式（必須與MODBUS從站選擇的奇偶校驗形式一致）。“0”奇校驗，“1”偶校驗。Timeout：設(shè)置等待從站響應(yīng)時間（ms）?？蛇x值為1到32767。典型值=1000（ms）。ETH0_CTRL指令用于初始化和監(jiān)控CP 243-1模塊，指令中的“0”表示模塊所處的位置。PLC在每個掃描周期的開始調(diào)用一次該指令，才可確保對CP 243-1的監(jiān)控。CP_Ready:當(dāng)CP 243-1模塊準備就緒時，CP_Ready輸出能流。CH_Ready:由CP 243-1模塊返回的8個連續(xù)通道的狀態(tài)。CH_Ready的操作數(shù)是字，8個連續(xù)通道的狀態(tài)實際上存放在低字節(jié)中，第0位代表連接0的接通狀態(tài)，第7位表示連接7的接通狀態(tài)。當(dāng)某個連接通道接通時，對應(yīng)位為“1”，未接通為“0”。ERROR:由CP 243-1模塊返回的錯誤代碼。 4.2.2自動配料裝車系統(tǒng)的具體程序設(shè)計 在程序中， 按下啟動按鈕SB1，I0.0接通，MO.O導(dǎo)通自鎖，Q0.0導(dǎo)通,IN1口輸入為高電平，稱重儀啟動開始工作。若按下SB2，I0.1常閉觸點斷開，Q0.0斷電，IN1口輸入低電平，稱重儀停止工作。當(dāng)稱量漏斗門關(guān)閉到位時，I0.4接通，Q0.2通電，稱重儀為高電平，稱重系統(tǒng)開始工作，當(dāng)放料開始即稱重儀OUT4輸出為高電平時I1.0常閉觸點斷開，此時斗門限位開關(guān)SQ打開，I0.4斷開，Q0.2斷電，IN8口為低電平。按下SB6按鈕，Q0.3通電自鎖，斗門關(guān)閉，放料信號，夾帶輸出信號和關(guān)斗門實現(xiàn)互鎖，當(dāng)放料開始到夾帶輸出為低電平即OUT5輸出低電平為止，斗門都是打開的，也就是說斗門無法關(guān)閉。當(dāng)斗門限位開關(guān)關(guān)閉時I0.4接通PLC開始讀取毛重和凈重，工作過程和寫程序相似。當(dāng)系統(tǒng)啟動、斗門到位且慢進料門關(guān)閉信號為低電平時，開始計時，1s過后即穩(wěn)態(tài)判斷時間到（在稱重儀上設(shè)置），T36常閉觸點接通，SUB_R減法指令將VD2000中的值即毛重和VD1000中的值即目標(biāo)值相減，所得值放入VD3000中，若結(jié)果為負則SM1.2接通，若為正則SM1.1接通，結(jié)果若大于1或者小于-1則Q1.0通電，即IN4口為高電平，接收超差。T36接通，M2.0通電自鎖，M2.0常開觸點接通，斷電延時定時器T37常開觸點關(guān)閉，常閉觸點斷開，Q0.4導(dǎo)通，IN3端口為高電平發(fā)出夾帶請求信號，T37開始計時，0.5秒后T37常閉觸點閉合，常開觸點斷開，夾帶請求延時時間（在稱重中設(shè)置）到。Q1.1控制傳送帶，當(dāng)夾帶輸出信號為高電平I2.0常閉觸點斷開時，Q1.1斷電，傳送帶停止，網(wǎng)絡(luò)22是當(dāng)放料信號開始時置零C31，網(wǎng)絡(luò)23是當(dāng)拍打開始時，OUT6輸出脈沖信號，M0.1通電自鎖，斗門開關(guān)輸出Q0.3互鎖M0.1。M0.1導(dǎo)通且夾帶輸出信號為低電平時，Q0.3通電，斗門關(guān)閉，開始新的一次工作。 具體程序編寫如下： 第5章 致謝 為期一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計已近接近尾聲，大學(xué)生活也即將結(jié)束。 這次的畢業(yè)設(shè)計是在XXX老師悉心指導(dǎo)下完成的，回顧這次做畢業(yè)設(shè)計的過程，我慶幸我選了一個好老師。從開始編程到調(diào)試結(jié)束，老師都細心指導(dǎo)，老師只要有時間就在實驗室指導(dǎo)我們做畢業(yè)設(shè)計.這種敬業(yè)負責(zé)精神值得我去學(xué)習(xí)，同時在調(diào)試過程中我向老師學(xué)到了許多東西，小的方面有，每次調(diào)試程序歸類，以日期為名字命名程序。大的方面有，遇到問題要懂得磚研，查資料解決?？傊痪湓?，沒有老師的細心知道我的畢業(yè)設(shè)計不可能完成。再一次真誠的向老師說一聲，謝謝。 這次畢業(yè)設(shè)計不僅使我對PLC有了更深的了解，還提高了我的自學(xué)能力，和動手能力。每次一個問題解決，眼看就要成功時又會有新的問題出現(xiàn)，這無疑考驗了我的耐心和承受能力。再次我也要感謝大學(xué)四年來所有的老師，對我知識的傳授，同時還要感謝所有的同學(xué)們，在平時的學(xué)習(xí)和生活中對我的鼓勵和幫助。 參考文獻 [1] 可編程序控制器及其網(wǎng)絡(luò)通信 邱赤東 主編 大連海事大學(xué)出版社 [2] 電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù) 黃永紅 主編 機械工業(yè)出版社 [3] 工業(yè)自動化技術(shù) 陳瑞陽 主編 機械工業(yè)出版社 [4] 可編程控制器入門與應(yīng)用實例（西門子S7-200系列） 武紅軍 張萬忠 編著 中國電力出版社 [5] PLC控制系統(tǒng)和人機對話 傅鐘慶 編著 中國電力出版社 [6] 托利多B520稱重儀說明書 [7] 胡春海 張金泉 淀粉稱重包裝控制器的設(shè)計實現(xiàn) 燕山大學(xué)學(xué)報第24卷 第2期 2000年4月 [8] 百瑞祥 董英杰 盧佩 PLC在定量稱重和自動包裝控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 自動化與儀表 第12卷 第5期 1997年 編號 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 相關(guān)資料 題目： 自動排向機改造研究 ——石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 信機 系 機械工程及自動化專業(yè) 學(xué) 號： 　　　0923272 學(xué)生姓名： 支俊 指導(dǎo)教師： 　 宋廣雷 （職稱：副教授 ） 2013年5月25日 目 錄 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 二、畢業(yè)設(shè)計（論文）外文資料翻譯及原文 三、學(xué)生“畢業(yè)論文（論文）計劃、進度、檢查及落實表” 四、實習(xí)鑒定表 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 開題報告 題目： 自動排向機改造研究 ——石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學(xué) 號： 0923272 學(xué)生姓名： 支俊 指導(dǎo)教師： 宋廣雷 （職稱：副教授 ） 2012年11月12日 課題來源:本課題來源于企業(yè)橫向研究項目，針對現(xiàn)有二極管針腳排向機的不足和缺陷，提出改進措施，加強在線檢測，減少人工，包括機械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等。 科學(xué)依據(jù): 1、課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 二極管又稱晶體二極管，簡稱二極管。它是一種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個PN結(jié)兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的轉(zhuǎn)導(dǎo)性。一般來講，晶體二極管是一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的p-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場。當(dāng)外加電壓等于零時，由于p-n結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。 二極管的構(gòu)造和符號： 二極管的生產(chǎn)工藝： 焊接→酸洗→模壓→印字→機包→外揀→包裝 其中焊接又可分為排向、裝填、進爐、出爐轉(zhuǎn)換，利用焊片通過一定溫度，使芯片與金屬引線連接，形成歐姆觸角。 酸洗是利用化學(xué)品將晶體表面加以侵蝕，使P-N接面呈現(xiàn)正角比例以獲得最佳的電性品質(zhì)。于晶片表面形成SiO2，以達到絕緣目的。 模壓是使管芯與外界環(huán)境隔離，避免有害氣體侵蝕，并使表面光潔和具有特定的幾何形狀，起到保護管芯、穩(wěn)定表面、固定管芯內(nèi)引線，提高二極管機械強度的作用。 排向機是二極管生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，可以將二極管針腳有序地排列到石墨舟中，進行后續(xù)工序的加工?，F(xiàn)有排向機勞動強度大，用工人數(shù)多。改善后的排向機加強了在線監(jiān)測，加入了PLC控制系統(tǒng)，完成了生產(chǎn)的自動化，大大提高了二極管的生產(chǎn)效率，減少了人工。 現(xiàn)有排向機的構(gòu)造： 如圖，針腳通過人工方式在料參中進行震動，并有序向上移動，然后來到針腳分流裝置中，進行向下移動，針腳分流裝置可以漿成批的運輸過來的二極管針腳進行分流成為十股針腳，一列一列進行向前移動，移動至擋板處。其中彎的或者殘缺的針腳將被擋板擋住，并流入下料盤中，質(zhì)量良好的針腳將有序的一個個豎立地流入擋板下面的槽中，在整個機器的震動中來到氣缸，氣缸通過左右移動將一排排針腳準確的安放到上模中，上模與石墨舟通過定位銷進行了定位，每一個孔都準確對齊，針腳在氣缸的左右移動中對齊地放入上模，再由經(jīng)上模準確的放入石墨舟中，整個機器由旁邊的控制臺進行控制。 然而，舊版的排向機有一定的不足如下： （1） 在針腳分流裝置中，雖然整個裝置進行過周密的計算，但是針腳分流仍舊是按照一定的概率進行等量分流的，可能會產(chǎn)生某一列或者幾列在分流過程中針腳出現(xiàn)空缺的狀況，這一問題在流水線上繼續(xù)作業(yè)會使石墨舟上出現(xiàn)一列或者幾列的空缺，影響生產(chǎn)效率； （2） 在料參和下料盤中的針腳都需要通過人為的進行補充以及放回，增加了工人的負擔(dān)，并且在一定程度上降低了生產(chǎn)效率，也無法自動排出質(zhì)量有問題的針腳； （3） 在氣缸出沒有檢測針腳是否空缺的裝置，如果在氣缸前有針腳卡主或者堵塞，有可能出現(xiàn)一列或者幾列的針腳空缺情況，使進行排列后的石墨舟可能出現(xiàn)不足或者空缺的情況； （4） 上模處沒有檢測石墨舟是否每一個孔里面都裝入了針腳的傳感器及控制裝置，無法檢測是否沒個石墨舟工序后針腳是否填滿； 石墨舟在填滿后需要通過人工進行移動，并補充新的空的石墨舟，在日生產(chǎn)量巨大的工廠中，大大影響了生產(chǎn)的效率，為企業(yè)帶來不必要的損耗。 2、課題研究的目的和意義 排向機是二極管生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，可以將二極管針腳有序地排列到石墨舟中，進行后續(xù)工序的加工。 改善后的排向機彌補了現(xiàn)有排向機的不足和缺陷。在在線監(jiān)測方面得到了加強，原本在生產(chǎn)線上掉落的針腳需要工人放回料斗，經(jīng)過改善，可自行回收進入料斗。改善前石墨舟針腳排滿后需人工取走，再放上空的石墨舟，改善后由PLC控制自動補給石墨舟，從而減少了人工，提高了二極管生產(chǎn)效率，增加了經(jīng)濟收益。 另一方面，本次的課題研究是大學(xué)四年所學(xué)知識的一次綜合運用，涉及的學(xué)科有機械制圖、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、液壓與氣壓傳動、機器人技術(shù)及其應(yīng)用等。研究這個課題，不僅讓我們再次復(fù)習(xí)了專業(yè)知識，也讓我們認識到了理論知識與實際生產(chǎn)的關(guān)系。實際生產(chǎn)離不開理論知識的支持，理論知識可以為實際生產(chǎn)提供技術(shù)保障，對技術(shù)的改革發(fā)展更是起到?jīng)Q定性作用。而且，這次實際生產(chǎn)的案例用理論知識來改進的例子讓我們?yōu)榻窈蟮墓ぷ魈峁┝藢氋F的經(jīng)驗。 研究內(nèi)容： 排向機是二極管生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，可以將二極管針腳有序地排列到石墨舟中，進行后續(xù)工序的加工，勞動強度大，用工人數(shù)多。本課題來源于企業(yè)橫向研究項目，針對現(xiàn)有二極管針腳排向機的不足和缺陷，提出改進措施，加強在線檢測，減少人工。包括機械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等。 本課題設(shè)計內(nèi)容以機電氣一體化技術(shù)為核心，整機采用PLC控制，要求和原設(shè)備無縫銜接，學(xué)生需掌握機械工程及自動化專業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)理論 本子課題主要完成石墨舟倉結(jié)構(gòu)設(shè)計。 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析 （1）實驗方案： 由于現(xiàn)有排向機有無法自動檢測針腳是否裝滿，石墨舟需要人工搬動，下料盤和料參之間沒有互通裝置等特點，我們研究并設(shè)計了新的排向機方案如圖，震動料盤連接輸送帶機器支架，上面有光電傳感器連接至PLC控制器，檢測針腳是否裝滿，針腳輸送器前端連接石墨舟及其家具堆疊起來的器具，每堆約10-15層，可以自動更替，整個過程由PLC控制臺控制。如此，我們實現(xiàn)了PLC氣動控制與機械傳動相結(jié)合的新的排向機的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （2）研究方法： 查閱資料了解國內(nèi)同類了加工設(shè)備的特點，分析設(shè)備運行原理，確定系統(tǒng)方案，設(shè)計提升機機械結(jié)構(gòu)，完善設(shè)計方案。 （3）技術(shù)路線： 研究計劃及預(yù)期成果： 研究計劃： 2012年11月12日-12月2日：按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫畢業(yè)設(shè)計開題報告書 2013年12月3日-2013年1月20日：實習(xí)實訓(xùn)，參與工作。 2013年1月21日-3月1日：按照要求修改畢業(yè)設(shè)計開題報告。 2013年3月4日-3月8日：查閱與設(shè)計有關(guān)的資料不少于10本，外文不少于2本。 2013年3月11日-4月12日：自動排向機的設(shè)計說明書編寫。 2013年4月15日-5月10日：繪制自動排向機零件圖裝配圖。 2013年5月13日-5月17日：完成設(shè)計說明書、摘要和小結(jié)。 2013年5月20日-5月25日：整理所有資料上交指導(dǎo)教師，答辯。 預(yù)期成果： 彌補現(xiàn)有排向機的不足和缺陷：在在線監(jiān)測方面加強，原本在生產(chǎn)線上掉落的針腳需要工人放回料斗，經(jīng)過改善，可自行回收進入料斗。改善后由PLC控制自動補給石墨舟，從而減少人工，提高二極管生產(chǎn)效率，增加經(jīng)濟收益。 特色或創(chuàng)新之處： 排向機是二極管生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，可以將二極管針腳有序地排列到石墨舟中，進行后續(xù)工序的加工。 改善后的排向機彌補了現(xiàn)有排向機的不足和缺陷。在在線監(jiān)測方面得到了加強，原本在生產(chǎn)線上掉落的針腳需要工人放回料斗，經(jīng)過改善，可自行回收進入料斗。改善前石墨舟針腳排滿后需人工取走，再放上空的石墨舟，改善后由PLC控制自動補給石墨舟，從而減少了人工，提高了二極管生產(chǎn)效率，增加了經(jīng)濟收益。 已具備的條件和尚需解決的問題： 條件： 1、學(xué)?？商峁╅_發(fā)用計算機及編程工具，圖書館有相關(guān)書籍和文獻檢索系統(tǒng)； 2、學(xué)生通過前期課程的學(xué)習(xí)和設(shè)計環(huán)節(jié)的培養(yǎng)已具有機電系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)； 3、學(xué)生具有掌握新技術(shù)和新工藝的能力； 4、指導(dǎo)教師具有從事相關(guān)技術(shù)研究及其應(yīng)用的科研背景。 問題： （1）石墨舟倉方案確定； （2）結(jié)構(gòu)設(shè)計和圖紙實現(xiàn)； 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室（學(xué)科組、研究所）意見 教研室主任簽名： 年 月 日 系意見 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名： 年 月 日 英文原文： Control System of Chip High Voltage Ceramic Capacitor Based on PROFIBUS Chen Zigen Li XunboFengPeifuLvQiang Yu Sijia（School of Mechatronics Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China） Abstract: As the whole electric-machine is becoming smaller and thinner, function parts are becoming more and more high-voltage resistant, the chip capacitor should do some changes to meet these requirements. For this reason, we are looking for a set of automated equipment to satisfy the requirements above. In view of the present situation, a control system of automated production line based on PROFIBUS has been proposed. By means of analyzing the basic traits and structure of PROFIBUS network, this paper established a hardware structure of the control system of chip high voltage ceramic capacitor (CCH) based on PROFIBUS, realized data-transmitting and function-controlling, finished the hardware and software configuration for the whole system .This system has been successfully used in some enterprise ,realized the automated production of CCH, cut down the costs ,improved labor productivity and obtained good economic effectiveness. Keywords: PROFIBUS; Control System; Configuration; PLC. 1 Introduction With the rapidly development of LCD, LCD TV and laptop, there are more and more surface mount component（SMC）[1], chip capacitor is one of them .Chip ceramic capacitor is multilayer ceramic capacitor（MLCC）[2], but the making of Small-capacity MLCC is relatively difficult in high voltage capacitor . The performance of chip single layer ceramic capacitor is superior to that of MLCC, and it is much more competitive than MLCC as for technology and costs. With the market demand increasing, more and more chip single layer ceramic capacitors are used[3]. In recent years, MLCC is developing in the direction of high voltage, but within the country it remains in the starting stage. Some high voltage circuit,, for example, high voltage arrester, laser device and electron microscope, MLCC which used in these high voltage circuits is Chip capacitor enveloped by colophony, the further integration of high voltage circuit was restricted. So, we devised chip high voltage ceramic capacitor（CCH）, which filled in this gap. In the interests of market demand, it is very urgent to research the control system of CCH based on PROFIBUS. Field bus is a communication network which mainly used in process and manufactures automation ,which is the integration of field communication network and control system [4]. This is also a combination of computer, communication and control technology, is a new generation control system which is distributed and opened up [5]. Meanwhile, the control system of CCH is distributed and opened up network. The slave station each has their roles in the network of this control system. Therefore it is feasible to apply field bus to the control system of CCH .PROFIBUS is a field bus, depending on its distinguished traits, mighty reliability and particular design. Field bus especially fits to inter connecting of the industry process monitoring equipments [4].Furthermore it is figured as one of the most promising field bus. Based on analyzing the development of CCH and PROFIBUS, the control system of CCH based on PROFIBUS is designed. 2 Profibus PROFIBUS is one of the most widely used fieldbus, which uses a token-based medium access control mechanism that is a version of the Timed Token Protocol [6] and the MS (master-slave) way between the master and their slaves. In the PROFIBUS protocol, a token circulates between the stations of a logical ring, which is implemented on a physical bus .In the logical ring system, Master stations manage the token and control communications with the Slave stations, which are devices connected to the bus that cannot transmit unless authorized by a master, but every station would become the master station if it obtains the token and the token time. Messages are transmitted in a message cycle, which comprises an action frame (request or send request frame), a reply frame (acknowledgement or response frame) and possible retires [7]. The typical structure of PROFIBUS-DP system includes mono-master and multi-master system .Generally, token passing mode is adopted for data transmission among the masters. MS (master-slave)polling mode is adopted for data exchange between the masters and their slaves. The operation of PROFIBUS-DP is based on MS relationship among the devices connected to the network. In particular ,each master is assigned a set of slaves which it regularly polls on a periodic basis. The right to access the network (and hence to poll the slaves) is regulated by a token circulating among the masters which form a logical ring through this way. If the network works properly, each master may hold the token for the time necessary to perform all its scheduled operations .Then the token is passed to the subsequent master in the logical ring. The time employed by the token to pass through all the masters of the network is defined as the PROFIBUS-DP cycle time and corresponds to the period with which the slaves are polled [8]. 3 Structure of Hardware System This system is used for automated control of CCH production line, so PROFIBUS-DP network is adopted. The whole system consists of one master ,two slaves and some field devices. Slave A is mainly used to gather the input signal which comes from the switching sensors of the lead feeding machine ,tin-print machine and assemble machine, in the meantime, its output signal control cylinder solenoid valve ,vacuum valve and electromagnetic relays. Slave B is mainly used to gather the input signal which comes from the switching sensors of the lead discharging machine, and output signal to control cylinder solenoid valve, vacuum valve and electromagnetic relays. The central processing unit (CPU) of this control system adopts the German company’s Siemens SIMATIC S7-300 series’ medium-sized programmable logic controller (PLC) 315-2DP, which possesses fast processing speed, high reliability, strong anti-jamming capability and is capable of controlling medium-sized complex systems .When an automatic control system is set up, the simplest structure of this system is the mono-master DP system. Generally, we adopt MS communication mode. According to the principle of MS communication, the master exchanges data with its slaves by polling. These control systems are varying because of their different task; therefore two kinds of network structures are usually adopted, which will be described below. The first structure of the network system is shown in Fig.1. It is a simple mono-master DP system .The master station consists of PLC and PC. And its slave is made of the bus interface module and some field devices. The other I/Os, for example, sensors and switches, are connected to the PLC of master. PC is used to edit and debug program. The tasks of the master are to monitor and control each slave from long distance. Besides, the control arithmetic of this system is done in the master. It is used to control these slaves according to the request of whole control system. Via the bus interface module, the field device is connected to the PROFIBUS-DP network. The slave station receives the controlling command from its master and controls that field devices. With the development of field bus technology, more and more I/O modules are designed. The structure shown in Fig.1 is feasible and convenient. In this case, the slaves receive data from DP network by its communication control module. In order to further improve the performance of control each slave, it is suggested that the structure of network system shown in Fig. 2 should be adopted .The difference between the structure of system shown in Fig. 2 and Fig. 1 is that the slave in Fig.2 is based on I/O module BL20, DP bus communication modules ,power modules and switching of I/O modules are provided by the Germany Turck Company. The structure of network is still a mono-master DP system .The primary task of master is the same as the system discussed above shown in Fig. 1. It can monitor every slave in long distance and realize the control arithmetic. The slaves connect with the I/O module which adopts vector control mode, and the I/O moduleBL20 connects with the field device. In this way, we can control the entire system better. The DP masters exchange various message with their slaves. These message includes the services of SRD (send and require responsive data) and SDN(send data with no acknowledge). The DP master sends data to their slaves and receives the data from their Slaves within the DP polling cycle time. To increase the reliability of the data transmission process ,there are mandatory services for the master station .The services offered are shown in Fig.3 .It is quite significant to set up this control system based on PROFIBUS-DP. In this way, the cable length can be reduced, the structure of system becomes simple, the reliability of system is improved, and it makes designing more convenient. What’s more, the control system possesses the highly ability of expansion because the mode of design is modularized. 4 Structure of Software System In order to realize the control system based on PROFIBUS-DP network, hardware configuration of PROFIBUS-DP network must be done via STEP7 5.2 version software. The application software of monitoring can be edited by configuration software MCGS or the others. But in this control system, we monitor the whole system through MCGS. They will be described below. 4.1 Slave Monitor This system adopts SIMATIC S7-300 which is supported by programming tool STEP7 V5.2 to complete the hardware configuration, parameter setting, PLC programming, testing, debugging and document processing. The hardware configuration flow diagram is shown in Fig.4.Program consists of organization block, function and function block ,system function and system function block and data block. The user’s program in the DP master controls and monitors the communication on PROFIBUS-DP by special SIMATIC S7 FC blocks. The FCs carries out the following tasks: (1) transfer output data fromS7 CPU to field device, Vice versa; (2) monitor and diagnose scene equipment. 4.2 Master Monitor The user application system created by MCGS consists of control window, equipment window, user window, real-time database and operating strategy. In this system, according to the practical working condition, the control window is chip capacitor monitoring system; the main equipment are lead feeding machine, lead discharging machine, tin-print machine and assemble machine. The established user window are shear lead, lead feeding, tin-printing ,transmitting, product recording, discharging and capacitance assemble. The real-time database consists of the scene data of the assembly-line and the parameter of real-time processing which includes the working data of various devices, emergency situations ,alarming parameters, etc. In the strategy, we mainly adopt startup strategy, circulation strategy, alarming strategy, matter strategy and exiting strategy. Through real-time monitoring, we get to know each device’s working condition and guarantee the entire production process going smoothly, which has met the requirements of remote monitoring in producing process. The overall monitoring of Master Station is shown in Fig. 5. 5 Conclusion It is proved by practice that this system can satisfy the demand of control in accuracy, real-time capacity and have high reliability, simple structure, and relatively low prices as well. It is applied to the production field and is able to quickly meet the needs of mass production in CCH mass production, making the whole process achieves production automation and enhance the company’s competitiveness in the market, so that enterprises gradually meet the requirements of industrial modernization. References [1] Xiao Yongshan, Song Fumin, Liu Shaojun. Survey onlacement Equipment of SMC/SMD.Equipment forlectronic Products Manufacturing, Sum.143, No.12,p.11-17, Dec.2006. [2] Yang Bangchao, FengZhesheng, Lu Yun, Current Statusnd Tendency of MLCC Technology, Electronicomponents& Materials,Vol.20, No.6, pp. 17-19.2001. [3] Zhang Shiying, Wang Yan, LuoShiyong et al, Type CCHigh Voltage Ceramic Capacitors, electronic components& materials, Vol.23, No.6,pp.10-13, Jun. 2004. [4] Li Zhengjun, Field Bus and Application, mechanism press,2006. [5] Cui Zhijin, Fieldbus Technology and Its Trend, Journal ofShanghai Maritime University, Vol. 22,No. 1, pp.81-83,Mar. 2001. [6] R. M. 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Author BiographyChen Zigen (1984-), male, graduate of School of MechatronicsEngineering, University of Electronic Science and Technologyof China, is engaged in research of Algorithm and automaticcontrol system. 中文翻譯： 控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線的高壓陶瓷電容器芯片 （機電一體化工程學(xué)校,中國電子科技大學(xué),成都 610054,中國） 摘要：由于現(xiàn)在電動機整體正變得更小，更薄，功能部件越來越耐高壓，片式電容應(yīng)該做一些改變，以滿足這些要求。出于這個原因，我們正在尋找一種自動化設(shè)備，以滿足上述要求。鑒于目前的情況，我們提出了基于現(xiàn)場總新的被檢定的自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)。通過總線網(wǎng)絡(luò)的基本特征和結(jié)構(gòu)分析，本文建立了一個高壓陶瓷電容器芯片（CCH）?；诂F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制功能，完成了硬件和軟件配置整個系統(tǒng)。這個系統(tǒng)已成功地在一些企業(yè)中使用，實現(xiàn)了高壓陶瓷電容器芯片的自動配對生產(chǎn)，降低成本，提高勞動生產(chǎn)率，取得了良好的經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；控制系統(tǒng)；配置；PLC。 1. 說明 隨著液晶顯示器，液晶電視和筆記本電腦的迅速發(fā)展，有越來越多的表面貼裝元件（SMC），片式電容就是其中之一。片式陶瓷電容器是多層陶瓷電容器（MLCC），但在高電壓電容中，生產(chǎn)小容量MLCC的是比較困難的。芯片單層陶瓷電容器比MLCC的性能優(yōu)越，它是技術(shù)和成本遠比MLCC有競爭力。隨著市場需求的增加，人們越來越多的使用芯片單層陶瓷電容器。近年來，MLCC在高電壓的方向發(fā)展，但在國內(nèi)仍然在起步階段。例如，一些高電壓電路，高壓避雷針，激光設(shè)備，電子顯微鏡，在這些高電壓電路用于MLCC用于電容由樹脂包膜，但是高壓電路的進一步集成受到限制。因此，我們設(shè)計了芯片高壓陶瓷電容器（CCH），從而填補這一差距。優(yōu)于市場利益的需求，研究基于現(xiàn)場總線CCH的控制系統(tǒng)是非常緊迫的。 現(xiàn)場總線是一種通信網(wǎng)絡(luò)，主要用于工藝和生產(chǎn)自動化，這是通信網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)兩個領(lǐng)域的集成。這也是計算機，通信和控制技術(shù)的結(jié)合，是產(chǎn)生并開發(fā)出的新一代控制系統(tǒng)。同時,CCH控制系統(tǒng)產(chǎn)生并開辟了網(wǎng)絡(luò)。從站在該控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中各自都具有自己的角色。因此，應(yīng)用現(xiàn)場總線的CCH控制系統(tǒng)是可行的。現(xiàn)場總線是一種現(xiàn)場總線，取決于其杰出的特質(zhì)，強大的可靠性和特別設(shè)計的?，F(xiàn)場總線，尤其適用于除工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的連接。此外，它被認為是最有前途的現(xiàn)場總線之一。CCH和現(xiàn)場總線，CCH控制系統(tǒng)是基于現(xiàn)場總線發(fā)展分析的基礎(chǔ)上設(shè)計。 2. 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線是使用最廣泛的現(xiàn)場總線,它使用一個以象征為基礎(chǔ)的介質(zhì)存取控制機制,并且定時指令的一個版本協(xié)議與MS（主站和伺服站點）的在主站和伺服站點之間的方式。在現(xiàn)場總線協(xié)議之間的一種象征性的循環(huán)站的邏輯環(huán)在現(xiàn)實的總線上執(zhí)行。在邏輯環(huán)系統(tǒng)中，主站管理記號并控制與伺服站點的通信，伺服站點站點的設(shè)備與不能傳輸信號除非是由主站授權(quán)的總線連接，但是每一個站點如果獲得了記號并且有時間的話都可以成為主站站點。信息在一個由動作環(huán)節(jié)（申請或發(fā)送申請環(huán)節(jié)）、反應(yīng)環(huán)節(jié)（接受或反映環(huán)節(jié)）、和可能的回收環(huán)節(jié)組成的信息環(huán)中傳遞。 DP現(xiàn)場總線總線系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu),包括（mono）主站點、多站點系統(tǒng)。 一般來說,指令傳遞方式進行數(shù)據(jù)傳輸采用主站。MS(主站和伺服站點)推送模式采用主站和他的伺服站點質(zhì)檢的數(shù)據(jù)傳輸進行。DP現(xiàn)場總線的運作是基于MS裝置連接到網(wǎng)絡(luò)。特別的,每一臺主站都被指派了一組定期上傳數(shù)據(jù)的伺服站點。通過這種方式，有權(quán)獲得網(wǎng)絡(luò)(并從而推送伺服站點)是一種象征性的循環(huán)中規(guī)定的來自于臨時邏輯環(huán)的主站。如果網(wǎng)絡(luò)順利,各個主站都可表示為足夠的時間來完成所有計劃行動。然后指令傳遞到接下來的主站所在的邏輯環(huán)上。時間受限于標(biāo)志穿過所有主站的定義是:DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)周期和對應(yīng)的伺服站點周期都參與了推送數(shù)據(jù)。 3. 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 這種系統(tǒng)用于CCH的自動控制生產(chǎn)線,因此采用DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。整個系統(tǒng)由一個主站,兩個伺服站點和一些現(xiàn)場設(shè)備組成。主站A主要是用來收集來自于鉛料機，tin-print機和裝配機開關(guān)傳感器的輸入信號,,同時,其輸出信號控制缸電磁閥、真空閥門和電磁繼電器。伺服站點B主要是用來收集來自于開關(guān)傳感器的鉛排放機的輸入信號而輸出信號用于控制圓柱螺線閥、真空閥門和磁力繼電器。 中央處理單元(CPU),該控制系統(tǒng)采用德國西門子公司的“S7 - 300系列”采用SIMATIC中型可編程邏輯控制器(PLC)315 - 2 - DP,具有處理速度極快,可靠性高,抗干擾能力強,能夠控制中型的復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)建立一個自動控制系統(tǒng)時,該系統(tǒng)的最簡單的硬件結(jié)構(gòu)是mono-master DP系統(tǒng)。一般來說,我們采用MS信息傳輸模式。根據(jù)MS信息傳輸?shù)脑瓌t,主站與伺服站點通過推送信息進行交流。這些控制系統(tǒng)是不同的,因為他們的不同的任務(wù),因此兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常是采用將下面描述。 第一個結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是顯示在圖1。這是一個簡單mono-master DP系統(tǒng)。 主站站點由PLC和電腦組成。它的伺服站點由總線接口模塊和一些現(xiàn)場設(shè)備等構(gòu)成。其他的I /O系統(tǒng),例如,傳感器和開關(guān),被連接到主站的PLC。電腦是用來編輯和調(diào)試程序的。主站的任務(wù)是監(jiān)視遠距離和控制每個伺服站點。此外,該系統(tǒng)的控制算法是在主站中完成的。它是根據(jù)整個控制系統(tǒng)用來控制伺服站點的要求。通過總線接口模塊、現(xiàn)場設(shè)備連接到DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。伺服站點站點接收控制命令它主站和現(xiàn)場設(shè)備的控制。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展,越來越多的I / O模塊被設(shè)計出來。顯示在圖1上結(jié)構(gòu)是可行的、方便的。在這種情況下,伺服站點通過通訊控制模塊從DP網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)。 為了進一步提高其性能的控制每一個伺服站點,圖2 顯示的網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)該被采納。結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別在圖2顯示系統(tǒng)和圖1是，圖2中的伺服站點是基于在I / O模塊,DP總線式通信模塊、電源模塊和交換的I / O模塊由德國圖爾克的公司生產(chǎn)的。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)仍然是一個mono-master DP系統(tǒng)。主站的首要任務(wù)是和之前圖1上討論的系統(tǒng)相同的。它可以遠程監(jiān)控