畢業(yè)論文--四工位冰箱箱體發(fā)泡生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　四工位冰箱箱體發(fā)泡生產(chǎn)線</p><p><b>　　控制系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　Four- Refrigerator Cabinet Foaming Line</p><p>　　Control System Design</p><p>　　四工位冰箱箱體發(fā)泡生產(chǎn)線</p&g

2、t;<p><b>　　控制系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　[摘 要] 冰箱箱體發(fā)泡生產(chǎn)線是冰箱生產(chǎn)過程中的一道關(guān)鍵生產(chǎn)工序，本論文主要研究西門子S7-300系列PLC在冰箱箱體發(fā)泡生產(chǎn)線中的應(yīng)用。綜合運用了變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器及各種開關(guān)量等工業(yè)控制設(shè)備。通過對系統(tǒng)工藝流程及控制要求的分析，設(shè)計了系統(tǒng)電氣線路圖和系統(tǒng)PLC程序。對系統(tǒng)主電路、變頻器及PLC等外圍電路及輸送小

3、車和注射槍頭的定位控制程序作了詳細(xì)的分析和設(shè)計。</p><p>　　對系統(tǒng)程序的設(shè)計，有自動和手動兩種控制方式，使得操作更加靈活方便。冰箱箱體發(fā)泡生產(chǎn)線采用PLC控制系統(tǒng)后可以提高生產(chǎn)率、能夠降低系統(tǒng)維護成本，可使整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 冰箱箱體發(fā)泡；S7-300；變頻器；旋轉(zhuǎn)編碼器</p><p>　　Four- Refrige

4、rator Cabinet Foaming Line</p><p>　　Control System Design</p><p>　　Abstract: Refrigerator production line refrigerator box foam production process in a key production processes, this thesis PLC

5、Siemens S7-300 series box in the refrigerator production line of foam. Comprehensive use of the drive, rotary encoders and a variety of digital and other industrial control equipment. Through the system analysis process

6、and control requirements on the system circuit, inverter and PLC, gave a detailed design of peripheral circuits. System programming, particularly its act</p><p>　　The design of the system program, automatic

7、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 maintenance costs, make the whole sy

8、stem is stable and reliable.</p><p>　　Key words: Refrigerator box foam；S7-300；Inverter；Rotary Encoder</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p>

9、<p>　　2 冰箱箱體發(fā)泡系統(tǒng)概述1</p><p>　　2.1 冰箱箱體發(fā)泡設(shè)備介紹1</p><p>　　2.2 冰箱箱體發(fā)泡生產(chǎn)工藝流程3</p><p>　　3 系統(tǒng)設(shè)計要求及設(shè)計方案3</p><p>　　3.1 系統(tǒng)設(shè)計要求3</p><p>　　3.2 系統(tǒng)設(shè)計方案4</p&

10、gt;<p>　　4 箱體發(fā)泡電氣控制系統(tǒng)設(shè)計4</p><p>　　4.1 系統(tǒng)主電路設(shè)計4</p><p>　　4.2 PLC選型及接線圖5</p><p>　　4.3 變頻器選型及設(shè)置10</p><p>　　4.3.1 變頻器類型的選擇10</p><p>　　4.3.2 變頻器容量的選

11、擇11</p><p>　　4.3.3 變頻器參數(shù)設(shè)置11</p><p>　　4.4 旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理及應(yīng)用14</p><p>　　4.4.1 旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理14</p><p>　　4.4.2 旋轉(zhuǎn)編碼器的選型及與PLC的連接14</p><p>　　5 PLC程序設(shè)計17</p>

12、<p>　　5.1 控制系統(tǒng)資源配置17</p><p>　　5.2 系統(tǒng)程序設(shè)計示例19</p><p>　　5.2.1 S7-300編程環(huán)境19</p><p>　　5.2.2 CPU參數(shù)設(shè)置21</p><p>　　5.2.3 程序流程設(shè)計與分析22</p><p><b>　　

13、6 系統(tǒng)調(diào)試31</b></p><p><b>　　結(jié)束語34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p>　　附錄: 程序清單36</p><p><b>　　致謝86</b></p><p>&l

14、t;b>　　1 引言</b></p><p>　　冰箱箱體由外箱、內(nèi)膽、絕熱層、箱門、箱內(nèi)附件等組成。除制冷系統(tǒng)外，箱體的保溫和箱門的密封性是冰箱制冷效果好壞的關(guān)鍵。冰箱箱體發(fā)泡是冰箱生產(chǎn)過程中的一道關(guān)鍵工藝，同時箱體發(fā)泡對冰箱的質(zhì)量起著關(guān)鍵作用</p><p>　　冰箱的保溫層為高分子發(fā)泡劑發(fā)泡后生成，因此在工廠生產(chǎn)冰箱時在冰箱背面留一個孔，保溫發(fā)泡劑就從該孔灌注進去，

15、在常壓下，由兩種原料混合而成的發(fā)泡劑噴出，進行化學(xué)反應(yīng)，它會迅速膨脹并充滿里面的空隙，固化后就和塑料泡沫一樣，主要起保溫和支撐冰箱的作用。</p><p>　　傳統(tǒng)的冰箱發(fā)泡生產(chǎn)線一般采用旋轉(zhuǎn)夾具結(jié)構(gòu)或者是矩形轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)。目前，為提升冰箱生產(chǎn)水平，國內(nèi)冰箱制造商一般采用國際上較流行的直線式冰箱箱體發(fā)泡線。所謂直線式箱體發(fā)泡線：即將幾臺發(fā)泡夾具成一字排開并且固定不動，發(fā)泡的內(nèi)模夾具固定不動而發(fā)泡的外模上下升降，注射槍

16、頭往復(fù)運動進行充注，發(fā)泡料在由模具固定好的箱體中發(fā)泡，固化生產(chǎn)冰箱箱體。與其他箱體發(fā)泡生產(chǎn)線相比，直線式箱體發(fā)泡線結(jié)構(gòu)緊湊，工作效率高，生產(chǎn)安全可靠，極大的提高了產(chǎn)品的合格率和生產(chǎn)效率。</p><p>　　本論文研究如何利用PLC控制技術(shù)實現(xiàn)冰箱箱體發(fā)泡生產(chǎn)線的控制，并以此提高生產(chǎn)效率，提高發(fā)泡質(zhì)量及降低生產(chǎn)設(shè)備的維護成本等。使整個系統(tǒng)的操作變的簡便，實現(xiàn)自動生產(chǎn)，減少了人為的操作故障，運行可靠、節(jié)能。同時增加

17、手動控制，提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的靈活性，便于設(shè)備的調(diào)試和維修等。</p><p>　　論文重點在于研究輸送小車及注射槍頭的PLC控制原理，詳細(xì)分析了輸送小車和槍頭的運行過程，以及在響應(yīng)相應(yīng)的請求信號時是如何判斷運行方向的。</p><p>　　本篇論文共分六個部分，結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　(1)引言部分主要介紹了箱體發(fā)泡的作用及課題研究的背景。</p>

18、<p>　　(2)介紹箱體發(fā)泡設(shè)備及工藝流程。</p><p>　　(3)系統(tǒng)的控制要求及控制方案的確定。</p><p>　　(4)在該部分中，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括系統(tǒng)主電路設(shè)計、PLC、變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器等的設(shè)計，包括選型、參數(shù)配置及相互之間的連接等。</p><p>　　(5)這部分是系統(tǒng)軟件設(shè)計，詳細(xì)說明了程序設(shè)計的過程。</p

19、><p>　　(6)系統(tǒng)調(diào)試中，采用S7-PLCSIM，進行模擬調(diào)試。</p><p>　　2 冰箱箱體發(fā)泡系統(tǒng)概述</p><p>　　2.1冰箱箱體發(fā)泡設(shè)備介紹</p><p>　　冰箱箱體發(fā)泡系統(tǒng)主要是完成對冰箱箱體的發(fā)泡，該系統(tǒng)是冰箱生產(chǎn)線的重要組成部分。發(fā)泡系統(tǒng)主要由發(fā)泡機、輸送小車、注射槍頭等機構(gòu)組成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。<

20、;/p><p>　　圖1 箱體發(fā)泡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　(1) 發(fā)泡機</b></p><p>　　發(fā)泡機，是發(fā)泡系統(tǒng)的核心單元，箱體將在這里完成發(fā)泡走向下道工序。它主要由以下部件構(gòu)成：</p><p>　　·夾具。它是對箱體的夾緊機構(gòu)，內(nèi)有加熱絲。</p><p>　　&

21、#183;滾輪。它完成對箱體的接送任務(wù)。</p><p>　　·起升機構(gòu)。實現(xiàn)發(fā)泡模具的起降。</p><p>　　當(dāng)箱體進入發(fā)泡機后，夾具將其夾緊，然后抬起一定的角度發(fā)出注射發(fā)泡劑請求，等待注射槍頭前來注料，待發(fā)泡結(jié)束后，發(fā)泡機內(nèi)的模具恢復(fù)成原位，發(fā)出出箱信號。</p><p><b>　　(2) 輸送小車</b></p>

22、;<p>　　當(dāng)發(fā)泡機有入箱信號請求時，輸送小車從拼裝生產(chǎn)線上接一臺箱體，然后送入空的發(fā)泡機中；當(dāng)發(fā)泡機有出箱請求時，輸送小車前往該工位把箱體拉出送到裝配生產(chǎn)線上。輸送小車主要由接送箱體的滾輪和檢測箱體的光電傳感器組成。</p><p><b>　　(3) 注射槍頭</b></p><p>　　注射槍頭是對要發(fā)泡的箱體注射發(fā)泡劑，它主要由槍頭入管路、槍頭

23、及相應(yīng)的電磁機構(gòu)等構(gòu)成。</p><p>　　槍頭的運行過程為：當(dāng)有注劑信號請求時，槍頭準(zhǔn)確停止在該工位的前上方，然后下行再將槍頭伸出，打開注劑閥門，注劑結(jié)束后原路返回并等待呼叫信號。</p><p>　　2.2冰箱箱體發(fā)泡生產(chǎn)工藝流程</p><p>　　共有四臺冰箱箱體發(fā)泡機，每臺的機械結(jié)構(gòu)和控制方法完全相同。四臺冰箱箱體發(fā)泡機間隔相等地排成一排，在與該排平行的

24、位置是接送箱體的地面自動運輸小車，小車能夠從拼裝生產(chǎn)線上接一臺箱體，然后送入空的發(fā)泡機中，發(fā)泡機接箱的順序為1#、2#、3#、4#。發(fā)泡機主有由夾具和輸送輥道組成，箱體后背朝下平躺著進入發(fā)泡機。當(dāng)發(fā)泡機內(nèi)箱體完全進入時，夾具夾緊并抬起一定的角度以便接受來自注射機的槍頭的注料。 </p><p>　　注射槍頭為懸掛輸送機構(gòu)，平行安放在四臺發(fā)泡機的上前方，槍頭入管路由電機和旋轉(zhuǎn)編碼器來帶動控制，當(dāng)有箱體要料時，通過計

25、算行程，準(zhǔn)確地停在該發(fā)泡機的上方，并下移，然后再水平快速移動，槍頭準(zhǔn)確插入箱體注射空中，打開兩種混料閥門，通過延時，關(guān)閉閥門，退出槍頭，槍頭上行后，繼續(xù)判斷是否有箱體要料，否則返回原位等待。槍頭由變頻器控制減速和停止。</p><p>　　當(dāng)箱體注料完畢后，模具開始加熱一定時間，時間到，即箱體和夾具由傾斜位回到水平位，松開夾具，發(fā)出出箱信號，待小車有空時來接箱，小車把箱體接出，運行到裝配生產(chǎn)線上去。</p&

26、gt;<p>　　3 系統(tǒng)設(shè)計要求及設(shè)計方案</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)設(shè)計要求</b></p><p>　?。?）系統(tǒng)具有手動和自動運行功能。</p><p>　?。?）發(fā)泡機能正確發(fā)出入箱、出箱和注劑請求信號。</p><p>　　（3）輸送小車能根據(jù)發(fā)泡機發(fā)出的信號自動判斷運行方向。<

27、;/p><p>　　（4）輸送小車響應(yīng)入箱請求信號優(yōu)先，當(dāng)處理完入箱事件后才去處理出箱。</p><p>　?。?）輸送小車在返回原點等待途中，若在其后方有出箱請求，小車能在前一工位停車并反向去響應(yīng)相應(yīng)的出箱請求。</p><p>　?。?）注射槍頭能自動判斷運行方向，并能準(zhǔn)確停止在相應(yīng)工位處。</p><p>　　（7）輸送小車和槍頭的運行控制

28、過程均為：快速—慢速—停車。</p><p>　　（8）不能有箱體注料沖突或進出箱沖空發(fā)生。整個系統(tǒng)運行平穩(wěn)、安全。</p><p>　?。?）系統(tǒng)運行中具有相應(yīng)的指示信號。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)設(shè)計方案</b></p><p><b>　　3.2.1總體方案</b></p&

29、gt;<p>　　傳統(tǒng)的電氣控制回路是利用時間繼電器、中間繼電器等實現(xiàn)其控制功能的，但是這樣的控制方式對于大型復(fù)雜的系統(tǒng)就顯得力不從心了，因此該系統(tǒng)選用以PLC為主控制器對生產(chǎn)線上的小車、注射槍頭和發(fā)泡機等進行智能化控制。</p><p><b>　　(1) 輸送小車</b></p><p>　　輸送小車在運行中要根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的需求，需要進行調(diào)速，采用變

30、頻器可方便地實現(xiàn)小車的快慢速運行。小車的位置信息通過在小車運行的軌道上安裝的行程開關(guān)等發(fā)送至PLC中，PLC接收該信息后進行處理并根據(jù)程序做出判斷，然后將處理后的結(jié)果再反饋給小車，以此實現(xiàn)小車的有序控制。</p><p><b>　　(2) 注射槍頭</b></p><p>　　槍頭的快慢速控制同小車相同，均采用變頻器控制。對于槍頭的停車定位采用旋轉(zhuǎn)編碼器，通過計算行

31、程，并轉(zhuǎn)換為脈沖，實現(xiàn)槍頭的精確定位控制。</p><p><b>　　(3) 發(fā)泡機</b></p><p>　　各工位發(fā)泡機是固定不動的部分，PLC通過控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)來完成它的控制過程。該部分控制邏輯較簡單。</p><p>　　3.2.2控制結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　根據(jù)控制要求，PLC接收現(xiàn)場的各種開關(guān)和傳

32、感器等發(fā)出的信號進行處理，然后輸出到執(zhí)行機構(gòu)進行控制。系統(tǒng)控制框圖如圖2所示。</p><p>　　圖2 系統(tǒng)控制結(jié)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4 箱體發(fā)泡電氣控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　4.1系統(tǒng)主電路設(shè)計</p><p>　　該電路主要對電機部分進行設(shè)計。</p><p>　　冰箱箱體發(fā)泡系統(tǒng)中共用三相交

33、流異步電動機七臺：輸送小車兩臺，其中滾輪驅(qū)動電機一臺，輸送箱體運行軌道電機一臺；注射槍頭橫向運行電機一臺；四個工位發(fā)泡機中的滾輪驅(qū)動電機各一臺。系統(tǒng)電氣原理圖如圖3所示。</p><p>　　圖3 系統(tǒng)電氣原理圖</p><p>　　圖中輸送小車軌道電機和注射槍頭電機采用變頻器驅(qū)動，在變頻器內(nèi)設(shè)置有相應(yīng)的電氣保護，如過熱、過載等。為了提高變頻器的效率和減少高次諧波對變頻器的影響，在變頻器的

34、入線端裝設(shè)有電抗器，線路中增加低壓斷路器對變頻器進行過載、短路、欠壓等保護。滾輪電機加設(shè)熔斷器和熱繼電器進行短路和過載保護，并通過接觸器進行正反轉(zhuǎn)的切換。</p><p>　　4.2 PLC選型及接線圖</p><p>　　4.2.1 PLC 的選型</p><p>　　可編程控制器是整個控制系統(tǒng)的核心部件，正確、合理的選擇機型對于保證整個系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標(biāo)起著

35、重要的作用。</p><p>　　PLC選型的基本原則是在滿足基本控制功能和容量的前提下，盡量保證工作可靠，維護使用方便以及最佳的性價比。</p><p>　　對于工藝過程比較固定，環(huán)境條件較好(維修量小)的場合，選用整體式結(jié)構(gòu)PLC比較合適，其他情況選用模塊式結(jié)構(gòu)PLC比較合適。</p><p>　　PLC的選型一般包括機型的選擇、存儲器容量的選擇、I/O模板的選

36、擇等。</p><p>　　(1) PLC的機型選擇</p><p>　　本研究課題主要以開關(guān)量控制為主，結(jié)合學(xué)校的實驗條件同時根據(jù)PLC市場的應(yīng)用情況，選擇德國SIEMENS公司在20世紀(jì)末推出的SIMATIC S7-300系列PLC。該型產(chǎn)品性價比高，電磁兼容性高，抗震動沖擊性強，具有非常好的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。</p><p>　　同時S7-300系列PLC是模塊

37、式結(jié)構(gòu)，各種模板如CPU模板、信號模板SM、功能模板FM、通信模板CP、電源模板PS等及人機界面（HMI），可以根據(jù)控制要求進行廣泛的組合和擴展。</p><p>　　(2) PLC存儲器容量的選擇</p><p>　　合理確定PLC的用戶程序存儲器的容量，是PLC應(yīng)用設(shè)計及選型中不可缺少的環(huán)節(jié)。一般說來，用戶程序存儲器的內(nèi)存容量與內(nèi)存利用率、開關(guān)量I/O總數(shù)、模擬量I/O點數(shù)及設(shè)計者的編

38、程水平有關(guān)。</p><p>　　冰箱箱體發(fā)泡生產(chǎn)線的I/O點數(shù)主要包括傳感器信號、電動機的接觸器線圈、控制輸送小車運行的行程開關(guān)，發(fā)泡機內(nèi)液壓系統(tǒng)的電磁閥線圈，注射槍頭的限位開關(guān)及其液壓電磁閥線圈，為安全考慮，系統(tǒng)中的電磁閥主要采用三位四通閥。此外還有各種按鈕及信號指示等。I/O點數(shù)統(tǒng)計如表1所示。</p><p>　　表1 I/O點數(shù)統(tǒng)計表</p><p>　

39、　本系統(tǒng)只考慮開關(guān)量控制，根據(jù)I/O點數(shù)統(tǒng)計表可估算出所需內(nèi)存字?jǐn)?shù)：</p><p>　　內(nèi)存字?jǐn)?shù)=開關(guān)量I/O點數(shù)×10</p><p>　　=95×10=950 </p><p>　　在此基礎(chǔ)上要考慮系統(tǒng)功能的增加、規(guī)模的擴大及編寫程序的長短等，要留有足夠大內(nèi)存空間。</p><p>　　(3) PLC I/O模板的選

40、擇</p><p>　　注射槍頭的定位采用旋轉(zhuǎn)編碼器，在選用CPU型號時要具有高速計數(shù)器功能，此外對生產(chǎn)線今后的功能升級CPU要有通信接口等。系統(tǒng)配置如表2所示。</p><p><b>　　表2 系統(tǒng)配置</b></p><p>　　(4) PLC I/O接線圖</p><p>　　輸入模板接線圖如圖4所示。<

41、;/p><p>　　圖4 輸入模板接線圖</p><p>　　輸出模板接線圖如圖5所示。</p><p>　　(a) 輸出模板接線圖</p><p>　　(b) 輸出模板接線圖</p><p><b>　　圖5輸出模板接線圖</b></p><p>　　4.2.2 S7-30

42、0系列PLC及組態(tài)編程軟件簡介</p><p>　　(1) S7-300系列PLC簡介</p><p>　　S7-300系列是西門子公司PLC的中端產(chǎn)品，是一種通用型的PLC，能適合自動化工程的各種應(yīng)用場合，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應(yīng)用。模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點，使得S7-300成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案。S7-300具有以下顯著特點：</p

43、><p>　　·循環(huán)周期短、處理速度高</p><p>　　·指令集功能強大、可用于復(fù)雜功能</p><p>　　·產(chǎn)品設(shè)計緊湊、可用于空間有限的場合</p><p>　　·模塊化結(jié)構(gòu)、適合密集安裝</p><p>　　·有不同檔次的CPU、各種各樣的功能</p>

44、;<p>　　·模塊和I/O模塊可供選擇</p><p>　　·無需電池備份，免維護</p><p>　　·可在惡劣條件下露天使用的模塊類型(SIPLUS)</p><p>　　(2) S7-300系列PLC組態(tài)編程軟件簡介</p><p>　　使用STEP 7軟件可對S7-300進行編程。STE

45、P 7包含了自動化項目中從項目的啟動、實施到測試以及服務(wù)，每一階段所需的全部功能。</p><p>　　STEP 7主要包括以下組件：</p><p>　　·SIMATIC管理器，用于集中管理所有工具以及自動化項目數(shù)據(jù)</p><p>　　·程序編輯器，用于以LAD、FBD和STL語言生成用戶程序</p><p>　　&#

46、183;符號編程器，用于管理全局變量</p><p>　　·硬件組態(tài)，用于組態(tài)和參數(shù)化硬件</p><p>　　·硬件診斷，用于診斷自動化系統(tǒng)的組態(tài)</p><p>　　·NetPro，用于組態(tài)MPI和PROFIBUS等網(wǎng)絡(luò)連接</p><p>　　4.3變頻器選型及設(shè)置</p><p>

47、　　4.3.1變頻器類型的選擇</p><p>　　控制系統(tǒng)中有七臺交流電動機組成，根據(jù)生產(chǎn)工藝的需要，要對輸送小車和注射槍頭的驅(qū)動電機進行50Hz以下調(diào)速。采用變頻器對交流電動機實施矢量控制，可以得到基本轉(zhuǎn)速以下的恒轉(zhuǎn)矩特性。由于該系統(tǒng)中的負(fù)載不大，但對小車和槍頭的運行在短時間內(nèi)具有快速性及停車時定位精確的要求，在選擇變頻器時選擇了西門子MICROMASTER 440具有轉(zhuǎn)矩控制功能的變頻器。</p>

48、;<p>　　MM440變頻器是一種集多種功能于一體的變頻器，其恒定轉(zhuǎn)矩控制方式的額定功率范圍為120W～200KW，可變轉(zhuǎn)矩控制方式的額定功率可達(dá) 250KW，它適用于電動機需要調(diào)速的場合。可通過數(shù)字面板或遠(yuǎn)程操作器方式，修改其內(nèi)置參數(shù)。</p><p>　　4.3.2變頻器容量的選擇</p><p>　　變頻器的容量可從以下三個角度表述：額定電流、可用電動機功率和額定容量

49、。其中后兩項，變頻器生產(chǎn)廠家由本國或公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)電動機給出，或隨變頻器輸出  電壓而降低，都很難確切表達(dá)變頻器的能力。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映半導(dǎo)體變頻裝置負(fù)載能力的關(guān)鍵量。負(fù)載電流不超過變頻器額定電流 是選擇變頻器的基本原則。</p><p>　　由于變頻器供給電動機的是脈動電流，電動機在額定運行狀態(tài)下，用變頻器供電與用工頻電網(wǎng)供電相比電流要大，所以選擇變頻器電流或功率

50、要比電動機電流或功率大一個等級。則變頻器容量PbN可按下式選?。?lt;/p><p>　　PbN=1.1PmN</p><p>　　式中：PmN為電動機額定功率。</p><p>　　4.3.3變頻器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　(1) 輸送小車變頻器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　輸送小車采用兩段速控制：快速運行頻率為50

51、Hz，慢速運行頻率為30Hz。在變頻器中設(shè)置兩段速頻率，下表為變頻器數(shù)字輸入及對應(yīng)PLC輸出變量約定如表2所示。</p><p>　　表2 變頻器數(shù)字輸入及對應(yīng)PLC輸出變量約定表</p><p>　　輸送小車實現(xiàn)變頻調(diào)速控制接線圖如圖6所示。</p><p>　　圖6 輸送小車實現(xiàn)變頻調(diào)速控制接線圖</p><p>　　輸送小車的變頻

52、調(diào)速變頻器具體參數(shù)設(shè)置。</p><p><b>　　● 電動機參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　為了使電動機與變頻器相匹配，需設(shè)置電動機參數(shù)。電動機采用SIEMENS型號為1LA70096-4AA10高效變頻電動機。電動機參數(shù)設(shè)置如表3所示。</p><p>　　表3 電動機參數(shù)設(shè)置表</p><p>　　● 固

53、定頻率控制參數(shù)設(shè)置</p><p>　　參數(shù)設(shè)置如表4所示。</p><p>　　表4 固定頻率控制參數(shù)表</p><p><b>　　續(xù)表4</b></p><p>　　(4) 注射槍頭變頻器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　注射槍頭與輸送小車一樣采用兩段速控制：快速運行頻率為50Hz，慢速運行頻

54、率為30Hz。變頻器數(shù)字輸入及對應(yīng)PLC輸出變量約定如表5所示。</p><p>　　表5 變頻器數(shù)字輸入及對應(yīng)PLC輸出變量約定表</p><p>　　注射槍頭實現(xiàn)變頻調(diào)速控制接線圖如圖7所示。</p><p>　　圖7 注射槍頭實現(xiàn)變頻調(diào)速控制接線圖</p><p>　　注射槍頭的變頻調(diào)速變頻器具體參數(shù)設(shè)置，像電動機參數(shù)設(shè)置、固定

55、頻率控制參數(shù)同輸送小車設(shè)置方法完全相同。</p><p>　　4.4 旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理及應(yīng)用</p><p>　　4.4.1 旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理</p><p>　　增量式旋轉(zhuǎn)編碼器是一種集光、機、電于一體的角度檢測裝置，由安裝在轉(zhuǎn)軸上的光柵碼盤和光電檢測裝置組成。光柵碼盤的轉(zhuǎn)軸與被測轉(zhuǎn)軸同軸，被測轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，光柵碼盤與其同步旋轉(zhuǎn)，經(jīng)電子元件組成的檢測裝置利用光

56、電轉(zhuǎn)換原理將旋轉(zhuǎn)位置和方向轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號。</p><p>　　光柵碼盤是在一個碼道上開出三條碼道，由內(nèi)向外分別為A、B、Z，如圖8所示。</p><p>　　圖8 光柵碼盤結(jié)構(gòu)</p><p>　　在A、B碼道的碼盤上，等距離地開有透光的縫隙，兩條碼道上相鄰的縫隙互相錯開半個縫寬，于是A和B就輸出兩個相位相差90°的電信號第三條碼道。Z只開出一個縫隙

57、，用來表示碼盤的零位。在碼盤的兩側(cè)分別安裝光源和光敏元件輸出，碼盤上有多少縫隙，就會有多少個脈沖輸出，將這些脈沖整形后，輸出的脈沖信號如圖9所示。</p><p>　　圖9 增量式編碼器三通道輸出信號示意圖</p><p>　　旋轉(zhuǎn)編碼器的選型及與PLC的連接</p><p>　　(1) 旋轉(zhuǎn)編碼器的選型</p><p>　　增量型編碼

58、器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90º，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位。根據(jù)注射槍頭運行的要求，選用歐姆龍公司E6B2-CWZ5B增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。</p><p>　　該編碼器具有以下主要特點：</p><p>　　·采用密封軸承、實現(xiàn)IP64f的防滴、防油性。</p><

59、p>　　·增強耐軸負(fù)載性能。實現(xiàn)徑向30N、推力向20N。</p><p>　　·導(dǎo)線斜式引出方式。有導(dǎo)線橫向引出和后部引出。</p><p>　　·附有逆接、負(fù)荷短路保護回路，改善了可靠性。</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)如下：</b></p><p>　　·工作電壓

60、：5～24VDC</p><p>　　·消耗電流：80mA以下</p><p>　　·輸出相： A、B、Z</p><p>　　·輸出狀態(tài)：PNP集電極開路輸出</p><p>　　·最高響應(yīng)頻率：50KHz</p><p>　　輸出回路圖如10所示：</p>&

61、lt;p>　　圖10 E6B2-CWZ5B型編碼器輸出回路圖</p><p>　　(2) 旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC 的連接 </p><p>　　在CPU314C-2DP中有兩個連接器（X1和X2）,用于連接DI/DO，或者用于計數(shù)、頻率測量和脈沖寬度調(diào)制。連接器如圖11所示。</p><p>　　圖11 CPU314C-2DP的連接器</p>

62、<p>　　當(dāng)使用計數(shù)、頻率測量和脈沖寬度調(diào)制功能時，主要應(yīng)用X2連接器，X2端子分配見表6所示。</p><p>　　表6 X2連接器端子分配</p><p>　　E6B2-CWZ5B型編碼器與CPU314C-2DP的連接如圖12所示。</p><p>　　圖12 E6B2-CWZ5B型編碼器與CPU314C-2DP的連接</p>

63、<p><b>　　5 PLC程序設(shè)計</b></p><p>　　在對本系統(tǒng)進行編程時，主要采用了線性化的編程方法。</p><p>　　冰箱箱體發(fā)泡生產(chǎn)線程序主要由輸送小車、注射槍頭和發(fā)泡機等三部分組成。三者之間的數(shù)據(jù)交換較多，邏輯互相配合完成整個系統(tǒng)的有序控制。</p><p>　　5.1控制系統(tǒng)資源配置</p>

64、<p>　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，共需數(shù)字量輸入點35個，輸出點60個。</p><p>　　前面確定了控制系統(tǒng)所需的硬件設(shè)備，CPU類型為CPU314C- 2DP；數(shù)字量輸入模板選擇DI32×DC24V一塊；DI16×DC24V一塊；數(shù)字量輸出模板選擇DO8×DC24V一塊；DO16×AC24V一塊；DO32×DC24V一塊；DO8×DC24V

65、一塊；系統(tǒng)的硬件組態(tài)如圖13所示。</p><p>　　圖13 系統(tǒng)的硬件組態(tài)</p><p>　　輸入模塊的地址分配表見表7。</p><p>　　表7 輸入模塊的地址分配</p><p>　　輸出模塊的地址分配表見表8。</p><p>　　表8 輸出模塊的地址分配表</p>&l

66、t;p><b>　　續(xù)表8</b></p><p>　　5.2系統(tǒng)程序設(shè)計示例</p><p>　　5.2.1 S7-300編程環(huán)境</p><p>　　在編寫程序之前，首先要創(chuàng)建一個項目，創(chuàng)建項目的名稱為冰箱箱體控制。步驟如下：</p><p>　　(1) 雙擊SIMATIC STEP7 軟件的圖標(biāo)，進入STEP

67、7 編程軟件環(huán)境。如圖14所示。</p><p>　　圖14 STEP7 編程軟件環(huán)境</p><p>　　(2) 執(zhí)行菜單命令“文件/新建”，在打開的對話框中單擊“瀏覽”按鈕選擇項目的存儲位置，建立一個新項目名為“冰箱箱體”，如圖15所示。</p><p>　　圖15 建立新項目</p><p>　　(3) 單擊“確定”按鈕后，在SIM

68、ATIC 管理器中，顯示出一個新建立的項目名稱“冰箱箱體”。在新項目名上按右鍵選擇“插入新對象”，選擇插入一個“SIMATIC 300站點”，如圖16所示。</p><p>　　圖16 插入一個“SIMATIC 300站點”</p><p>　　(4) 選擇插入的300 站點，雙擊右側(cè)窗口中包含的硬件圖標(biāo)，打開“硬件組態(tài)”窗口。這時，窗口中無任何內(nèi)容，需要逐一添加。</p>

69、<p>　　(5) 首先在右側(cè)的硬件目錄“SIMATIC 300/ RACK-300”中雙擊Rail，一個模擬的機架框就出現(xiàn)在左側(cè)的窗口中。在這個機架上，用戶可以配置具體的模塊。首先在左側(cè)視圖中單擊模塊將要存放的位置，然后再右側(cè)視圖中雙擊選擇的模塊，或?qū)⑦x擇的模塊拖入存放的位置也可，圖17為本系統(tǒng)的配置機架和具體的模塊。</p><p>　　圖17 配置機架和具體的模塊</p>&l

70、t;p>　　5.2.2 CPU參數(shù)設(shè)置</p><p>　　雙擊CPU所在行，彈出的對話框里包含多個選項頁。如圖18所示。</p><p>　　圖18 CPU屬性窗口</p><p>　　(1) “常規(guī)”屬性頁中包含CPU的基本信息和MPI的設(shè)置。</p><p>　　(2) “啟動”屬性頁中可以設(shè)置CPU的啟動特性參數(shù)。</

71、p><p>　　(3) “周期/時鐘存儲器”屬性頁中可設(shè)置“掃描周期監(jiān)視時間”和“來自通訊的掃描周期負(fù)載”。</p><p>　　在“周期/時鐘存儲器”選項頁中設(shè)置“時鐘存儲器”，選中該功能，并在“存儲器字節(jié)”中輸入存儲字節(jié)地址B100，此時B100的各位的作用是產(chǎn)生不同頻率的方波信號。時鐘存儲器各位的周期及頻率如表9所示。</p><p>　　表9 時鐘存儲器各

72、位的周期及頻率</p><p>　　(4)“保持存儲器”屬性頁。用來指定當(dāng)出現(xiàn)斷電或從STOP到RUN切換時需要保持的存儲器區(qū)域。設(shè)置如圖19所示。</p><p>　　圖19 CPU的“周期/時鐘存儲器”屬性頁</p><p>　　5.2.3程序流程設(shè)計與分析</p><p>　　(1) 輸送小車程序</p><p

73、>　　輸送小車的程序流程圖如圖20所示。</p><p>　　圖20 輸送小車的程序流程圖</p><p><b>　　● 正向行駛程序</b></p><p>　　小車響應(yīng)入箱請求信號設(shè)計</p><p>　　當(dāng)有出箱請求信號時，小車回原點裝箱，小車上有電動滾輪，并在內(nèi)側(cè)安裝有檢測器，當(dāng)箱體被檢測到時，其上升

74、沿發(fā)出停止?jié)L輪運轉(zhuǎn)的信號，同時發(fā)出讓小車正向行駛的信號。</p><p>　　到達(dá)工位，車上和發(fā)泡機內(nèi)的滾輪開始運轉(zhuǎn)，將箱體送入發(fā)泡機內(nèi)，當(dāng)檢測器檢測到下降沿時，停止小車上的滾輪并發(fā)出反向行駛的信號，同時解除該工位的入箱請求。若還有入箱請求，小車回原點，動作同上。</p><p>　　在只響應(yīng)出箱請求時，若小車在返回原點途中，在其后有出箱請求，車在前工位停，然后反向，例如：車行到2#處時，

75、4#有出箱請求，車在1#停，反向行駛?cè)?#響應(yīng)出箱請求。對該部分的功能在程序?qū)崿F(xiàn)上做如下設(shè)計。</p><p>　　在小車反向慢速及反向停車行駛的程序中增加相應(yīng)的控制程序段。</p><p>　　首先要排除4#工位，分別在1#、2#、3#工位的慢速行駛條件中增加其后面的出箱請求條件。在1#處要并聯(lián)2#、3#、和4#的出箱請求條件；在2#處并聯(lián)3#和4#的出箱請求條件；在3#處并聯(lián)4#的出箱

76、請求條件。反向停車中增加的條件與反向慢速相同。 停車并反向程序如圖21所示。</p><p>　　圖21 停車并反向程序</p><p>　　為保證能實現(xiàn)此功能，需要設(shè)計限制條件。</p><p>　　當(dāng)這樣的情況發(fā)生時，在小車反向行駛到1#、2#和3#的反向變速點處啟動一個定時器，定時時間要延長到小車正向運行后，確保當(dāng)車停止時能夠向右行駛。定時器控制程序如圖2

77、2所示。</p><p>　　圖22 定時器控制程序</p><p>　　● 小車響應(yīng)出箱請求信號設(shè)計</p><p>　　在順向時，直接截車響應(yīng)出箱。</p><p>　　當(dāng)車在響應(yīng)入箱還未結(jié)束時，為能在入箱完成后辨別行駛方向，需要為小車和發(fā)出出箱請求的發(fā)泡機作位置信息記錄，兩者比較，產(chǎn)生的結(jié)果作為方向的行駛的信號。</p>

78、<p>　　(2) 注射槍頭程序</p><p>　　當(dāng)有呼叫槍信號時，槍頭判斷信號的位置，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)前往相應(yīng)的工位，槍頭的停止由旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖進行定位。注射槍頭的程序流程圖如圖23所示。</p><p>　　圖23 注射槍頭的程序流程圖</p><p>　　● 計數(shù)器的操作模式</p><p>　　在CPU314C-2D

79、P中，集成了4路完全獨立的60KHz的高速計數(shù)器。計數(shù)器的工作方式可分為：</p><p><b>　　· 連續(xù)計數(shù)</b></p><p><b>　　· 一次計數(shù)</b></p><p><b>　　· 周期計數(shù)</b></p><p>　　在

80、CPU的組態(tài)畫面中，雙擊“計數(shù)”進入組態(tài)畫面，選擇計數(shù)模式為連續(xù)計數(shù)。如圖24所示。</p><p>　　圖24 計數(shù)器組態(tài)畫面</p><p>　　(3) 計數(shù)器的功能和參數(shù)設(shè)置</p><p>　　● 計數(shù)方向：可分為贈/減計數(shù)。</p><p>　　● 門功能：用于開始、停止和中斷計數(shù)功能。</p><p>　

81、　·取消計數(shù)：當(dāng)門再次打開時，計數(shù)值清零。</p><p>　　·停止計數(shù)：當(dāng)門再次打開時，計數(shù)值在上次計數(shù)值的基礎(chǔ)上計數(shù)。</p><p>　　● 比較器功能：可在CPU中存儲比較值，用于產(chǎn)生中斷。</p><p>　　● 硬件中斷功能：根據(jù)計數(shù)值和比較值，可產(chǎn)生硬件中斷。</p><p>　　計數(shù)器的參數(shù)設(shè)置畫面如圖2

82、5所示。</p><p>　　圖25 計數(shù)器參數(shù)設(shè)置畫面</p><p>　　(4) SFB47介紹</p><p>　　在OB1調(diào)用SFB47實現(xiàn)對計數(shù)器的控制。SFB47塊圖如圖26所示。</p><p>　　圖26 SFB47塊圖</p><p><b>　　可使用以下功能。</b>&l

83、t;/p><p>　　● 通過軟件門 SW_GATE 啟動/停止計數(shù)器</p><p>　　● 啟用/控制輸出 DO</p><p><b>　　● 讀出狀態(tài)位</b></p><p>　　● 讀取當(dāng)前計數(shù)值和鎖存器值</p><p>　　● 用于讀/寫內(nèi)部計數(shù)寄存器的作業(yè)</p>&l

84、t;p>　　● 讀出當(dāng)前周期（不與塊互連，但僅在背景數(shù)據(jù)塊中可用）</p><p>　　SFB47的參數(shù)說明。</p><p>　　輸入?yún)?shù)見下表10所示。</p><p>　　表10 輸入?yún)?shù)表</p><p>　　輸出參數(shù)見表11所示。</p><p>　　表11 輸出參數(shù)表</p&

85、gt;<p>　　(5) 槍頭定位程序設(shè)計</p><p>　　假設(shè)槍頭的原點在1#的前上方，在每兩個工位之間槍頭運行需要2000個脈沖，其中快速時1500個，慢速時500個，這樣共需脈沖為6000個。</p><p>　　在定位控制中采用中斷設(shè)置，通過裝入比較值與高速計數(shù)器的當(dāng)前值進行比較，若相等，就產(chǎn)生中斷，調(diào)用硬件中斷組織塊OB40。在OB40內(nèi)處理相應(yīng)的狀態(tài)，并將下一

86、次的比較值裝入，為下一次的比較中斷做準(zhǔn)備。裝比較值是通過作業(yè)請求寫作業(yè)號來裝入的。寫比較值的作業(yè)號為04（十六進制），作業(yè)的值被寫入到JOB_VAL中。</p><p>　　在OB40中要處理兩次比較中斷，由于SFB47只有一個比較功能，所以這兩次比較中斷都是由同一個位地址產(chǎn)生，只不過產(chǎn)生比較的條件（比較值）不同。當(dāng)槍頭變速為慢速行駛時產(chǎn)生一次中斷，在OB40中要讓槍頭變?yōu)槁?，快速條件復(fù)位；當(dāng)槍頭要停車時又產(chǎn)生

87、一次中斷，此時在OB40中要讓槍頭停止，同時復(fù)位快慢速條件。為了在中斷產(chǎn)生時只處理本次的事件，在中斷入口處對中斷次數(shù)進行計數(shù)，通過跳轉(zhuǎn)進行判別，如圖27所示。為一次中斷時處理變速事件，并將結(jié)果立即輸出；為兩次中斷時處理停車事件，同時將結(jié)果立即輸出。在處理完第二次中斷后，讓計數(shù)值回零。</p><p>　　圖27 中斷次數(shù)跳轉(zhuǎn)處理</p><p>　　(6) 系統(tǒng)程序示例 </p&

88、gt;<p>　　打開OB1，選擇“選項”內(nèi)的“符號表”，將I/O及相應(yīng)的輔助存儲器輸入。</p><p>　　系統(tǒng)的程序塊結(jié)構(gòu)入下圖28所示。其中手動程序編寫在FC1中。</p><p>　　圖 28 系統(tǒng)的程序塊結(jié)構(gòu)</p><p>　　● 手動程序的編寫 </p><p>　　雙擊FC1打開程序編輯器，對手動程序進行編寫

89、。</p><p>　　● SFB47程序的編寫</p><p>　　系統(tǒng)在自動模式運行時將SFB47的軟件門打開，準(zhǔn)備計數(shù)，SFB47的背景數(shù)據(jù)塊DB47如圖29所示。</p><p>　　圖29 DB47數(shù)據(jù)塊</p><p><b>　　·OB1程序的編寫</b></p><p&g

90、t;　　雙擊OB1對主程序進行編寫，在OB1中對FC1進行調(diào)用。程序見附錄。</p><p>　　·分別對FC1、OB40進行程序編寫。程序見附錄。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 胡學(xué)林.可編程控制器原理及應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.1.</p><p&

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96、gt;<p>　　[18] Clyde Herrick. Semiconductor Electronics. Copyright 1964 by Holt, Rinehart and Winston, Inc.</p><p>　　首先我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師朱清慧朱老師，朱老師在繁忙的工作之余，精心輔導(dǎo)我的課題，讓我在基礎(chǔ)理論和實際應(yīng)用等方面都得到了很大的進步。在論文寫作期間，朱老師總是在第一

97、時間給予指導(dǎo)意見，讓我得以及時發(fā)現(xiàn)問題，避免了很多的彎路，在此向朱老師致以最衷心的謝意。</p><p>　　同時也誠摯地感謝系里的各位老師，尤其是我的任課老師，感謝他們在平時的學(xué)習(xí)中給予的支持與鼓勵，在他們的悉心教導(dǎo)下，我不僅領(lǐng)會了專業(yè)知識，對我的論文能順利完成起了很大的作用，而且從他們身上又懂得了很多書本以外的東西，再次對他們深表感謝。</p><p>　　此外感謝在校期間，有緣相識的