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自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 PLC可編程序控制器其實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 在現(xiàn)今醫(yī)藥行業(yè)中，自動(dòng)裝瓶機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，它由PLC通過USS通信協(xié)議直接控制電動(dòng)機(jī)。不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裝藥機(jī)方式運(yùn)行的控制，而且能夠根據(jù)需要靈活控制裝藥時(shí)間，達(dá)到節(jié)約電能，降低成本，提高生產(chǎn)效率等目的。PLC特有的I/O指示功能以及簡(jiǎn)便的PLC控制硬接線使得查找故障點(diǎn)十分迅速、方便。PLC主機(jī)工作可靠，本身故障率很低。所以，本文采用PLC設(shè)計(jì)裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：工業(yè)控制系統(tǒng)；PLC；自動(dòng)裝瓶機(jī) The design of PLC control system about automatic tablet bottling machine Abstract PLC programmable controller and its essence is a kind of special for industrial control computer, and its hardware structure is basically the same with micro computer. It adopts a kind of programmable memory, for its internal storage procedures, the implementation of logical, sequential control, timing, counting and arithmetic operations such as user-oriented instructions, and through digital or analog input / output control various types of machinery or production process. In todays pharmaceutical industry, automatic bottling machine has been widely used, it from the PLC through the USS communication protocol to control the motor directly. Not only can realize the charging machine operation control, and can flexibly control the charge time, save energy, reduce costs, improve production efficiency and other purposes. PLC special I / O indication function and simple PLC control hard wiring that find the point of failure is very rapid, convenient. PLC host work reliability, failure rate is very low. Therefore, this paper uses PLC to design a bottling machine control system. Key words: industrial control system ；PLC ；automatic bottling machine 目 錄 摘要……………………………………………………………………………………….I Abstract………………………………………………………………………………….II 緒論……………………………………………………………………………………….1 1 方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………...2 1.1 任務(wù)描述……………………………………………………………………………2 1.2 生產(chǎn)工作過程和要求………………………………………………………………3 1.3 方案設(shè)計(jì)圖…………………………………………………………………………4 1.4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)………………………………………………………………………5 2 硬件設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………...6 2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)……………………………………………………………………6 2.1.1 PLC的軟件結(jié)構(gòu)………………………………………………………………….7 2.1.2 PLC的編程語言………………………………………………………………….8 2.1.3 用戶程序結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………...10 2.2 PLC的基本工作原理……………………………………………………………..10 2.3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則…………………………………………………..11 3 軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………………………….…13 3.1 PLC輸入／輸出(I／O)端口與資源分配……………………………………...…13 3.2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖………………………………………………………….….13 3.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與設(shè)備動(dòng)作要求……………………………………………….….14 3.3.1 信號(hào)預(yù)處理塊………………………………………………………………..….14 3.3.2 藥瓶移位及藥片裝瓶模塊………………………………………………….…..15 3.3.3 狀態(tài)指示及藥片計(jì)數(shù)塊………………………………………………………...15 3.3.4 程序梯形圖…………………………………………………………………..….16 4 程序調(diào)試…………………………………………………………………………….20 4.1 測(cè)試程序…………………………………………………………………………..20 4.2 調(diào)試總結(jié)…………………………………………………………………………..21 總結(jié)……………………………………………………………………………………...22 致謝……………………………………………………………………………………...23 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………...24 緒 論 本文是應(yīng)用三菱FX2N-16MR與simulator6c仿真軟件設(shè)計(jì)的自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)系統(tǒng)。 1 方案設(shè)計(jì) 1.1 任務(wù)描述 這是一個(gè)將一定數(shù)量藥片自動(dòng)連續(xù)地裝入到藥瓶中的控制任務(wù)。 按下按鈕S1、S2、S3或者S4，可選擇每瓶裝入3片、5片、7片或者10片藥片，通過指示燈HI、H2、H3或者H4表示當(dāng)前每瓶的裝藥數(shù)量。當(dāng)選定要裝入瓶中的藥片的數(shù)量后，接通系統(tǒng)開關(guān)，電動(dòng)機(jī)M驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，位置檢測(cè)檢測(cè)到皮帶機(jī)上的藥瓶到達(dá)裝瓶機(jī)的位置，皮帶機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)電磁閥Y打開藥片自動(dòng)裝瓶的裝置后，通過光電傳感器B1，對(duì)進(jìn)入藥瓶的藥片進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)藥瓶中的藥片達(dá)到預(yù)先選定的數(shù)量后，電磁閥Y關(guān)閉，皮帶機(jī)重新自動(dòng)啟動(dòng)，使藥片裝瓶過程自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行。 如果當(dāng)前的裝藥過程正在進(jìn)行時(shí)，需要改變藥片裝入數(shù)量（例如7片改為5片），則只有在當(dāng)前藥瓶裝滿后，從下一個(gè)藥瓶開始裝入改變后的數(shù)量。 如果在裝藥過程中斷開系統(tǒng)開關(guān)，則在當(dāng)前藥瓶裝滿后，系統(tǒng)停止運(yùn)行。 當(dāng)系統(tǒng)開關(guān)X0的常閉觸點(diǎn)閉合時(shí)，采用手動(dòng)操作，首先選擇裝藥量，如果按下每瓶裝3片按鈕S1，電磁閥打開，開始裝藥，通過光電傳感器和計(jì)數(shù)器對(duì)藥片進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到3片時(shí)電磁閥關(guān)閉，停止裝藥。同樣的對(duì)于5片、7片、10片。自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)模型如圖1-1所示。 圖1-1 自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)模擬器示意圖 1.2 生產(chǎn)工作過程和要求 （1） 實(shí)際試驗(yàn)和生產(chǎn)表明，該控制系統(tǒng)能夠達(dá)到生產(chǎn)所提出的速度和效率 要求。并且該控制系統(tǒng)擴(kuò)展性和通用性良好。由該裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)可見，一般藥品包裝動(dòng)作均可分為以下幾個(gè)模塊： ①藥品容器供應(yīng)(如藥瓶供應(yīng))； ②藥品供應(yīng)(如藥丸藥粒等供應(yīng))； ③密封方案實(shí)現(xiàn)(如瓶蓋供應(yīng)與封蓋)； ④成品半成品運(yùn)輸(如主傳動(dòng)鏈，連接各個(gè)動(dòng)作階段，直至完成裝瓶)； ⑤最終封裝(如裝箱等)。PLC的邏輯控制能力強(qiáng)，處理數(shù)字與模擬信號(hào)能力穩(wěn)定快速，而且對(duì)于基于時(shí)間的順序動(dòng)作控制能力尤其強(qiáng)，因此是醫(yī)藥行業(yè)中自動(dòng)藥品包裝機(jī)械的理想控制平臺(tái)。只要藥品包裝的各個(gè)動(dòng)作能通過機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，就能夠找到相應(yīng)的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 （2） 典型的自動(dòng)控制動(dòng)作有： ①精確的位置控制可由高精度的步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)，以及通過設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)使用傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)； ②運(yùn)動(dòng)的控制可由各種電機(jī)實(shí)現(xiàn)； ③單向或雙向的沖擊動(dòng)作可由氣壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，液壓系統(tǒng)還可以完成帶負(fù)載的有位置要求的動(dòng)作； ④對(duì)于各種動(dòng)作所需要的條件判斷可利用各種傳感技術(shù)輸入信號(hào)至PLC來實(shí)現(xiàn)等。由此可見，該自動(dòng)裝瓶機(jī)的控制系統(tǒng)稍加改進(jìn)，能實(shí)現(xiàn)各種異型瓶、異型粒的自動(dòng)包裝，在藥品包裝行業(yè)中能夠?qū)崿F(xiàn)絕大多數(shù)的包裝機(jī)械的自動(dòng)化。另外，該自動(dòng)裝瓶機(jī)所有動(dòng)作均可由氣缸和步進(jìn)電機(jī)來完成，因此也可由數(shù)字量的輸入輸出控制來完成?，F(xiàn)在多元化的產(chǎn)品和市場(chǎng)要求可能在產(chǎn)品包裝中需要能夠處理模擬量的控制系統(tǒng)，如精確可調(diào)或連續(xù)的位置量、參量等。PLC的功能同樣可以處理模擬量的控制。 1.3 程序流程圖 程序流程圖設(shè)計(jì)如圖1-2所示 圖1-2 程序流程圖 1.4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) FX2N系列可編程控制器是功能齊全的中小型PLC，其控制規(guī)模包括16點(diǎn)/32點(diǎn)/48點(diǎn)/64點(diǎn)/80點(diǎn)/128點(diǎn)/，輸出具有繼電器/晶體管/晶閘管輸出，內(nèi)置8KB容量的EEPROM存儲(chǔ)器，CPU運(yùn)算處理速度0.55~0.7us/基本指令，在三菱FX2N系列PLC器件的右側(cè)可連接I/O擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊。 圖1-3 自動(dòng)藥片裝瓶控制系統(tǒng)PLC資源分配 2 硬件設(shè)計(jì) 2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC（Programmable Logic Controller），可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，它具有高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、靈活、易學(xué)易用、體積小，重量輕和價(jià)格便宜的特點(diǎn)。 PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為： （1） 電源PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。 （2） 中央處理單元 (CPU)中央處理單元 (CPU) 是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映像區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映像區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映像區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 （3） 存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 （4） 輸入輸出接口電路。 ①現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 ②現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 （5） 功能模塊如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 （6） 通信模塊如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。 （7） 存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 （8） 輸入輸出接口電路。 ①現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 ②現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 （9） 功能模塊如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 （10） 通信模塊如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。 2.1.1 PLC的軟件結(jié)構(gòu) PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分組成。系統(tǒng)程序由PLC制造商固化在機(jī)內(nèi)，用以控制PLC本身的運(yùn)作；用戶程序則是由使用者編制并輸入的，用來控制外部對(duì)象的運(yùn)作。 系統(tǒng)程序主要包括三部分。第一部分為系統(tǒng)管理程序，他控制PLC的運(yùn)行。第二部分為用戶指令解釋程序，將PLC的編程語言變?yōu)闄C(jī)器語言指令，再由CPU執(zhí)行。第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序，包括許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序。 （1） 系統(tǒng)管理程序 系統(tǒng)管理程序是系統(tǒng)程序中最重要的部分，用以控制PLC的運(yùn)作。其作用有三，一是進(jìn)行運(yùn)行管理，控制PLC何時(shí)輸入、何時(shí)輸出、何時(shí)計(jì)算、何時(shí)自檢、何時(shí)通信等時(shí)間上的分配管理；二是存儲(chǔ)空間管理，即生成用戶環(huán)境、規(guī)定各種參數(shù)、程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)、存儲(chǔ)地址化為實(shí)際的數(shù)據(jù)格式及物理存放地址，將有限的資源變?yōu)橛脩艉芊奖愕闹苯邮褂玫脑?。三是系統(tǒng)自檢程序，包括系統(tǒng)出錯(cuò)檢驗(yàn)，用戶程序語法檢驗(yàn)、句法檢驗(yàn)、警戒時(shí)鐘運(yùn)行等。 （2） 用戶指令解釋程序 用戶指令解釋程序是聯(lián)系高級(jí)語言和機(jī)器碼的橋梁。PLC可用梯形圖語言編程，把使用者直觀易懂的梯形圖變成機(jī)器易懂的機(jī)器語言，這就是解釋程序的任務(wù)。解釋程序?qū)⑻菪螆D逐條解釋，翻譯成相應(yīng)的機(jī)器語言指令，再由CPU執(zhí)行這些指令。 （3） 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序由許多獨(dú)立的程序塊組成，各塊程序有不同的功能，有的完成輸入、輸出處理，有的完成特殊運(yùn)算等。PLC的各種具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序的多少?zèng)Q定了PLC性能的強(qiáng)弱。 整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控程序是一個(gè)整體，它質(zhì)量的好壞很大程度上影響PLC的性能。因?yàn)橥ㄟ^改進(jìn)系統(tǒng)監(jiān)控程序就可在不增加任何硬設(shè)備的條件下改善PLC的性能。 用戶程序 即應(yīng)用程序，是PLC的使用者針對(duì)具體控制對(duì)象編制的應(yīng)用程序。根據(jù)不同控制要求編制不同的程序，相當(dāng)于改變PLC的用途，也相當(dāng)于繼電接觸器控制設(shè)備的硬接線線路進(jìn)行重設(shè)計(jì)和重接線，這就是所謂的“可編程序”。程序既可有編程器方便的送入PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，也能通過他方便的讀出、檢查與修改。 PLC編程語言有多種，它是用PLC的編程語言或某種PLC指令的助記符編制而成的。編程語言可以是語句表、梯形圖或狀態(tài)流程圖（功能圖）。各個(gè)元件的助記符隨PLC型號(hào)的不同而略有不同。 2.1.2 PLC的編程語言 （1） 梯形圖（LAD） 梯形圖是一種類似于繼電器控制線路圖的一種語言。這種語言繼承傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，使得程序直觀易讀，具有形象實(shí)用的特點(diǎn)，因此應(yīng)用最廣泛。 PLC梯形圖的一個(gè)關(guān)鍵概念是“能流”，是一種假想的“能量流”。把左邊的母線假設(shè)為電源“火線”，而把右邊的母線假想為電源“零線”。如果有“能流”從左至右流向線圈，則線圈被激勵(lì)。 要強(qiáng)調(diào)的是，引入“能流”概念，是為了和繼電接觸器控制系統(tǒng)相比較，告訴人們?nèi)绾蝸砝斫馓菪螆D各輸出點(diǎn)的動(dòng)作，實(shí)際上并不存在這種“能流”。 （2） 語句表（STL） 語句表是一種類似于計(jì)算機(jī)匯編語言的助記符語言，它是PLC最基礎(chǔ)的編程語言。由不同的指令所構(gòu)成的語句組成的，其中的指令則由操作碼和操作數(shù)組成，其中操作碼指出了指令的功能，操作數(shù)指出了指令所用的元件或數(shù)據(jù)。例如圖2-2所示。 圖2-2 梯形圖 （2） 狀態(tài)流程圖（SFC） 狀態(tài)流程圖“SFC”編程是一種較新的方法，它是用“功能圖”來表達(dá)一個(gè)順序控制過程，是一種圖形化的編程方法。用方框表示整個(gè)控制過程中一個(gè)個(gè)“狀態(tài)”，或稱“功能”或稱“步”，用線段表示方框間的關(guān)系及方框間狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件。 2.1.3 用戶程序結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)一個(gè)好的用戶程序，就要設(shè)計(jì)一個(gè)合適的用戶程序結(jié)構(gòu)，正確地使用用戶程序語言才能編寫出滿足工程需要的程序。主要包括：用戶程序、數(shù)據(jù)塊和參數(shù)塊。 （1） 用戶程序 用戶程序是程序中的必須項(xiàng)。用戶程序在存儲(chǔ)器空間中稱為組織塊，他處于最高層次，可以管理其他快，他是用各種語言編寫的用戶程序。不同機(jī)型的CPU，其程序空間容量也不同。用戶程序的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一個(gè)完整的用戶控制程序應(yīng)當(dāng)包含一個(gè)主程序、若干子程序和若干中斷程序三大部分，不同編程設(shè)備對(duì)各程序塊的安排方法也不同。 （3） 數(shù)據(jù)塊 數(shù)據(jù)塊為可選部分，他主要存放控制程序所需的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)塊中允許以下數(shù)據(jù)類型：布爾型，表示編程元件的狀態(tài)；十進(jìn)位、二進(jìn)位制或十六進(jìn)制數(shù)；字母、數(shù)字和字符型。 （3） 參數(shù)塊 參數(shù)塊也是可選部分，他存放的是CPU組態(tài)數(shù)據(jù)，如果在編程軟件或其他編程工具上來進(jìn)行CPU組態(tài)，則系統(tǒng)默認(rèn)值進(jìn)行自動(dòng)配置。 2.2 PLC的基本工作原理 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 （1） 輸入采樣階段。在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映像區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （2） 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映像區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映像區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 （3） 輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映像區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。 2.3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則 （1） 分析控制系統(tǒng)的控制要求熟悉被控對(duì)象的工藝要求，確定必須完成的動(dòng)作及動(dòng)作完成的順序，歸納出順序功能圖。 （2） 選擇適當(dāng)類型的PLC根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，確定I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類型（數(shù)字量、模擬量等），并列出I/O點(diǎn)清單。進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，適當(dāng)留有余量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于一般開關(guān)量控制系統(tǒng)，用戶程序所需存儲(chǔ)器的容量等于I/O總數(shù)乘以8；對(duì)于只有模擬量輸入的控制系統(tǒng)，每路模擬量需要100個(gè)存儲(chǔ)器字；對(duì)于既有模擬量輸入又有模擬量輸出的控制系統(tǒng)，每路模擬量需要200個(gè)存儲(chǔ)器字。確定機(jī)型時(shí)，還要結(jié)合市場(chǎng)情況，考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定性能價(jià)格比好一些的PLC機(jī)型。 （3） 硬件設(shè)計(jì)根據(jù)所選用的PLC產(chǎn)品，了解其使用的性能。按隨機(jī)提供的資料結(jié)合實(shí)際需求，同時(shí)考慮軟件編程的情況進(jìn)行外電路的設(shè)計(jì)，繪制電氣控制系統(tǒng)原理接線圖。 （4） 軟件設(shè)計(jì) ①軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制系統(tǒng)要求將順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候最好將使用的軟元件（如內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）列表，標(biāo)明用途，以便于程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、檢修時(shí)查閱。 ②模擬調(diào)試。將設(shè)計(jì)好的程序下載到PLC主單元中。由外接信號(hào)源加入測(cè)試信號(hào)，可用按鈕或小開關(guān)模擬輸入信號(hào)，用指示燈模擬負(fù)載，通過各種指示燈的亮暗情況了解程序運(yùn)行的情況，觀察輸入/輸出之間的變化關(guān)系及邏輯狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求，并及時(shí)修改和調(diào)整程序，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試在模擬調(diào)試合格的前提下，將PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試前要全面檢查整個(gè)PLC控制系統(tǒng)，包括電源、接地線、設(shè)備連接線、I/O連線等。在保證整個(gè)硬件連接正確無誤的情況下才可送電。將PLC的工作方式置為“RUN”。反復(fù)調(diào)試，消除可能出現(xiàn)的問題。當(dāng)試運(yùn)一定時(shí)間且系統(tǒng)運(yùn)行正常后，可將程序固化在具有長(zhǎng)久記憶功能的存儲(chǔ)器中，做好備份。 3 軟件設(shè)計(jì) 3.1 PLC輸入／輸出(I／O)端口與資源分配 系統(tǒng)的I/O繼電器地址分配如表3-1、3-2所示，包括對(duì)該系統(tǒng)中需要控制的硬件資源輸出控制接口的分配與定義。 表3-1 I/O分配 編程元件 I/O端子 電路器件 作用 輸入繼電器 X000 K 工作開關(guān) X001 S1 每瓶裝3片按鈕 X002 S2 每瓶裝5片按鈕 X003 S3 每瓶裝7片按鈕 X004 S4 每瓶裝10片按鈕 X005 SF 位置開關(guān) X006 B1 光電傳感器 輸出繼電器 Y001 M 皮帶機(jī)接觸器 Y002 Y 電磁閥 Y003 H1 3片指示燈 Y004 H2 5片指示燈 Y005 H3 7片指示燈 Y006 H4 10片指示燈 表3-2 其它編程元件的地址分配 編程元件 編程地址 用途 狀態(tài)器 S0 準(zhǔn)備 S20 皮帶機(jī)輸送空瓶 S21 每瓶裝3片 S31 每瓶裝5片 S41 每瓶裝7片 S51 每瓶裝10片 計(jì)數(shù)器 C1 設(shè)定值3 C2 設(shè)定值5 C3 設(shè)定值7 C4 設(shè)定值10 3.2 硬件系統(tǒng)接線圖和狀態(tài)流程圖 由于該自動(dòng)藥片裝瓶控制系統(tǒng)需要7個(gè)輸入繼電器和6個(gè)輸出繼電器，同時(shí)要用6個(gè)狀態(tài)器和4個(gè)計(jì)數(shù)器，所以本系統(tǒng)選擇了FX2N-16MR作為該系統(tǒng)的核心控制器。用三菱FX2N-16MR設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)接線如圖3-1所示，狀態(tài)流程如圖3-2所示。 圖3-1 PLC接線圖 圖3-2 狀態(tài)流程圖 3.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與設(shè)備動(dòng)作要求 3.3.1 信號(hào)預(yù)處理模塊 使所有的狀態(tài)器S0、S20、S21、S31、S41、S51復(fù)位，為后續(xù)步驟的進(jìn)行做好準(zhǔn)備，再置位S0，步進(jìn)開始，當(dāng)開關(guān)X000打開時(shí)置位S20，皮帶機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。梯形圖程序如圖3-3所示。 圖3-3 信號(hào)預(yù)處理模塊 3.3.2 藥瓶移位及藥片裝瓶模塊 S20已經(jīng)置位，選擇裝藥數(shù)量，當(dāng)達(dá)到指定位置時(shí)，位置檢測(cè)器檢測(cè)到皮帶上的藥瓶達(dá)到裝瓶的指定位置，就開始按照選擇的藥片數(shù)量進(jìn)行裝藥，可選擇3片、5片、7片、10片藥片。其梯形圖如圖3-4所示。 圖3-4 藥瓶移位及藥片選擇模塊 3.3.3 狀態(tài)指示及藥片計(jì)數(shù)模塊 上一步選擇好了藥片數(shù)量，使對(duì)應(yīng)的狀態(tài)器置位，若是裝3片藥片，電磁閥打開，3片指示燈H1點(diǎn)亮，光電傳感器準(zhǔn)確控制藥片數(shù)量為3片，置位準(zhǔn)備工作開關(guān)S0，為裝下一瓶準(zhǔn)備。其梯形圖如圖3-5所示。 圖3-5 裝3片指示及計(jì)數(shù)模塊 上一步選擇好了藥片數(shù)量，使對(duì)應(yīng)的狀態(tài)器置位，若為裝5片藥片，電磁閥打開，5片指示燈H2點(diǎn)亮，光電傳感器準(zhǔn)確控制藥片數(shù)量為5片，置位準(zhǔn)備工作開關(guān)S0，為裝下一瓶準(zhǔn)備。其梯形圖如圖3-6所示。 圖3-6 裝5片指示及計(jì)數(shù)模塊 上一步選擇好了藥片數(shù)量，使對(duì)應(yīng)的狀態(tài)器置位，這是裝7片藥片，電磁閥打開，7片指示燈H3點(diǎn)亮，光電傳感器準(zhǔn)確控制藥片數(shù)量為7片，置位準(zhǔn)備工作開關(guān)S0，為裝下一瓶準(zhǔn)備。其梯形圖如圖3-7所示。 圖3-7 裝7片指示及計(jì)數(shù)模塊 上一步選擇好了藥片數(shù)量，使對(duì)應(yīng)的狀態(tài)器置位，這是裝10片藥片，電磁閥打開，10片指示燈H4點(diǎn)亮，光電傳感器準(zhǔn)確控制藥片數(shù)量為10片，置位準(zhǔn)備工作開關(guān)S0，為裝下一瓶準(zhǔn)備。其梯形圖如圖3-8所示。 圖3-8 裝10片指示及計(jì)數(shù)模塊 3.3.4 程序梯形圖 （1） 控制梯形圖如圖3-9所示 圖3-9 控制梯形圖 （2） 指令表 0 LD M8002 1 ZRST SO S51 2 LD M8002 3 SET S0 4 STL S0 5 LD X000 6 SET S20 7 STL S20 8 OUT Y001 9 LD X005 10 AND X001 11 SET S21 12 LD X005 13 AND X002 14 SET S31 15 LD X005 16 AND X003 17 SET S41 18 LD X005 19 AND X004 20 SET S51 21 STL S21 22 OUT Y002 23 OUT Y003 24 LD X006 25 OUT C1 K3 26 LD C1 27 OUT S0 28 STL S31 29 OUT Y003 30 OUT Y004 31 LD X006 32 OUT C2 K5 33 LD C2 34 OUT S0 35 STL S41 36 OUT Y002 37 OUT Y005 38 LD X006 39 OUT C3 K7 40 LD C3 41 OUT S0 42 STL S51 43 OUT Y002 44 OUT Y006 45 LD X006 46 OUT C4 K10 47 LD C4 48 OUT S0 49 RET 50 END 4 程序調(diào)試 4.1 測(cè)試程序 在完成順序功能圖和梯形圖的繪制以后，下面就是對(duì)該程序進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試順序控制程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合順序功能圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)時(shí)，是否發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的正確變化，該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步是否變?yōu)椴换顒?dòng)步，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒?dòng)步，以及各步被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。 為了測(cè)試之前所完成的程序，所以利用 simulator6c對(duì)程序進(jìn)行仿真，步驟如下： 首先點(diǎn)擊編程界面右側(cè)的仿真按鈕→，出現(xiàn)如圖4-1調(diào)試選項(xiàng)卡。 圖4-1 調(diào)試選項(xiàng)卡 然后點(diǎn)擊→在線→調(diào)試→軟元件測(cè)試對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試。 在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)系統(tǒng)各種不同的工作方式、順序功能圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不應(yīng)遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)修改程序，直到在各種可能的情況下輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的關(guān)系完全符合要求。程序檢查窗口如圖4-2所示。 圖4-2 程序檢查窗口 4.2 調(diào)試總結(jié) 調(diào)試中會(huì)出現(xiàn)軟件和硬件的問題，主要軟件是軟件中的用戶程序問題。 首先要熟悉GX-Develop的用法。然后是輸入程序，這是最花時(shí)間也是最要細(xì)心的環(huán)節(jié)，輸入完程序后必須進(jìn)行檢查，看看進(jìn)行到哪個(gè)步驟出了錯(cuò)，然后修改程序。重新下載調(diào)試時(shí)，其中有幾部分出錯(cuò)，一是系統(tǒng)無法啟動(dòng)，二是系統(tǒng)無法停止。再次選擇指令，修改程序，第三次調(diào)試，系統(tǒng)無法循環(huán)。第四次修改程序，再次調(diào)試。反復(fù)修改調(diào)試。程序一切都調(diào)好后，導(dǎo)出語句表，調(diào)試完成。 注：由于仿真軟件本身的缺陷，有時(shí)候在程序正確的情況下并不能仿真出真實(shí)結(jié)果，這時(shí)需要關(guān)閉程序后重新打開仿真，或是過一段時(shí)間再仿真。 總 結(jié) 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的產(chǎn)品，必須要有足夠的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 從論文選題到搜集資料，從提綱的完成到正文的反復(fù)修改，直至一份完整的畢業(yè)論文圓滿地完成，我經(jīng)歷了遇到問題時(shí)的痛苦和迷茫，解決問題后的喜悅，完成論文的成就感，付出的努力都是有回報(bào)的，付出越多得到的就越多，以后的生活中都要拿出積極努力面對(duì)生活的心態(tài)。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我親自體會(huì)到做PLC程序設(shè)計(jì)的艱辛和所需要付出的努力，在設(shè)計(jì)過程中遇到不少困難，但是我都堅(jiān)持并努力克服了，和同學(xué)相互討論，不懂的地方請(qǐng)教了老師，在不斷的調(diào)試程序過程中，發(fā)現(xiàn)了很多問題，并進(jìn)行了深入研究，使問題得到很好的解決。使我加深了對(duì)PLC梯形圖、指令表、外部接線圖的理解，還有經(jīng)過在網(wǎng)上查找資料以及到圖書館學(xué)習(xí)，也使我更好的理解和認(rèn)識(shí)了關(guān)于PLC設(shè)計(jì)原理和實(shí)際中的應(yīng)用過程。本次課程設(shè)計(jì)的完成，要感謝身邊的同學(xué)還有敬愛的屈老師。使我不僅學(xué)到了PLC實(shí)用的知識(shí)，為以后進(jìn)行PLC的研究，打了很好的基礎(chǔ)。提高了自己對(duì)設(shè)計(jì)課題的分析能力、編程能力及解決實(shí)際問題的綜合能力與調(diào)試能力；通過學(xué)習(xí)這一次實(shí)踐，增強(qiáng)了動(dòng)手能力，提高和鞏固了PLC方面的知識(shí)，讓我認(rèn)識(shí)到把理論應(yīng)用到實(shí)踐中去是多么重要；讓自己的心態(tài)變得更好，遇到問題不去抱怨，要用樂觀的心態(tài)去解決，只要有自信心，很多問題都很容易解決，可以說沒有解決不了的問題，只有不敢去去嘗試的心。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，我才明白自己眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。 致 謝 首先，我要感謝我的輔導(dǎo)老師宋老師，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，給了起到了指明燈的作用，讓我很快就感受到了設(shè)計(jì)的快樂并融入其中，老師在每一個(gè)階段都激勵(lì)著我們前進(jìn)。幾個(gè)月以來，老師在指導(dǎo)我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)那種兢兢業(yè)業(yè)、孜孜不倦、無怨無悔的精神給我們留下了深刻的印象，使我們學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的知識(shí)，使我們明白了很多書本上學(xué)不到的道理。其次我要感謝同學(xué)們對(duì)我的幫助和指點(diǎn)，沒有他們的幫助和提供資料，沒有他們的鼓勵(lì)和加油，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)就不會(huì)如此的順利進(jìn)行。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)將近兩個(gè)月，是我大學(xué)學(xué)習(xí)中遇到過的時(shí)段最長(zhǎng)、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次設(shè)計(jì)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)相當(dāng)于把以前的小課程設(shè)計(jì)綜合在一起的過程，只要把握住每個(gè)小課程設(shè)計(jì)的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強(qiáng)邏輯，那么這次的任務(wù)也就不難了。我此次的任務(wù)是自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，自動(dòng)藥片裝瓶有著很重要的用途，關(guān)乎著工業(yè)醫(yī)藥業(yè)基礎(chǔ)的發(fā)展，有很好的發(fā)展前景。沒有良師益友的幫助，我?guī)缀醪豢赡芡瓿蛇@樣的一個(gè)有意義的課題設(shè)計(jì)，從而學(xué)到了那么多有用的知識(shí)，在此謹(jǐn)向宋曉晶老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 又到一年畢業(yè)季，看過了兩年來的學(xué)長(zhǎng)們的離去，如今也輪到了我們，從開始進(jìn)入課題到設(shè)計(jì)的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給予了我無言的幫助，感謝在一起愉快的度過大學(xué)生涯的的同學(xué)，感謝你們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活上給予我的幫助！感謝在大學(xué)期間教過我的各科老師，是你們的悉心教導(dǎo)才有我學(xué)業(yè)的進(jìn)步和順利的畢業(yè)，感謝你們！在這里再次表達(dá)謝意! 最后我還要感謝我的母校華中科技大學(xué)四年來對(duì)我的栽培。 祝愿老師身體健康，工作順利！ 參考文獻(xiàn) [1]廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004. 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