基于PLC的打包机控制系统

摘要 打包机是一种动作步骤复杂的机床设备，在打包机控制系统中应用可编程序控制器能简化系统的设计并提高系统的工作效率和可靠性。在这篇文章中以化纤打包机的控制系统为例。首先介绍了三菱FX2N的特性特点、程序设计方法和编程方法，程序设计方法和编程方法包括经验设计法、顺序控制设计法和STL（Step Ladder Instruction）步进梯形指令，然后详细具体地分析和介绍了化纤打包机控制系统的组成、电气特征和程序。最后介绍了应用个人计算机来向可编程序控制器中输入程序。所使用的软件是三菱公司的SWOPC—FXGP/WIN—C。 关键字：打包机；可编程序控制器；步进梯形指令；个人计算机 标题内容 FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行时间高达0.08μs每条指令，远远超过了很多大型可编程程序控制器。用户存储器容量可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，有5种模拟量输入/输出模块、高速记数模块、脉冲输出模块、4种位置控制模块、多种RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。 FX2N有3000多点辅助继电器、1000点状态、200多点定时器、200点16为加计数器、35点32位加/减计数器、8000多点16位数据寄存器、128点跳步指针、15点中断指针，这些编程元件对于一般的系统是绰绰有余的。 ?FX2N有128种功能指令，具有中断输入处理、修改输入滤波器时间常数、数学运算、逻辑运算、浮点数运算、数据检索、数据排序、PID运算、开平方、三角函数运算、浮点数运算、脉冲输出、脉宽调制、ASCⅡ码输出、BCD与BIN的相互转换、串行数据传送、校验码、比较触点等功能指令。FX2N内装时实钟，有时钟数据的比较、加减、读出/写入指令，可用与时间控制。 FX2N还有矩阵输入、10键输入、16键输入、数字开关、方向开关、7段显示器扫描显示、示教定时器等方便指令。详细技术性能表格参见附录。 2.2梯形图的经验设计法简介 在可编程控制器发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，不断地增加中间编程元件和辅助触点，最后才能得到一个较为满意的结果。 这种设计方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法叫做经验设计法，它可以用于简单的梯形图（如手动程序）的设计。 用经验设计法设计复杂系统的梯形图，存在着以下问题： 1．设计方法很难掌握，设计周期长 用经验法设计系统的梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。在设计复杂系统的梯形图时，用大量的中间单元来完成记忆、联锁和互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些应该考虑的问题。修改某一局部电路时，很可能会“牵一发而动全身”，对系统的其他部分产生意想不到的影响，因此梯形图的修改也很麻烦。 2．装置交付使用后维修困难 用经验法设计的梯形图往往非常复杂，对于其中某些复杂的逻辑关系，即使是设计者的同行，分析起来都很困难，更不用说维修人员了，给可编程控制器控制系统的维修和改进带来了很大的困难。 2.3顺序控制设计法简介 所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。顺序控制设计法又称步进控制设计法，它是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师。也会提高设计的效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。三菱公司的PLC编程手册称，使用这种设计方法可以使设计时间减少2/3。某厂有经验的电气工程师用经验设计法设计某控制系统的梯形图，花了两周的时间，同一系统该用顺序控制设计法，只用了不到半天的时间，就设计完成了梯形图的设计和模拟调试，现场试车一次成功。 顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（Step），并用编程元件（例如辅助继电器M和状态S）来代表各步。步是根据输出量的状态变化划分的，在任何一步之内，各输出量的ON/OFF的状态不变，但是相邻两步输出量总的状态是不同的，步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。 使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，转换条件可能是外部的输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等；也可能是可编程控制器内部产生的输入信号，如定时器、计数器常开触点的接通等，转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。 顺序控制设计法用当转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制各输出继电器。 顺序控制设计法的这种设计思想由来已久，在继电器控制系统中，顺序控制是用有触点的步进式选线器（或鼓形控制器）来实现的，但由于触点的磨损和接触不良，工作很不可靠。20世纪70年代出现的顺序控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成，因为其功能有限，可靠性不高早已被淘汰。可编程控制器的设计者们继承了顺序控制的思想，为顺序控制程序的设计提供了大量通用的和专用的编程元件和指令，开发了供设计顺序控制程序用的顺序功能图语言，使这种先进的设计方法成为当前梯形图设计的主要方法。 顺序功能图是设计顺序控制程序的一种极为重要的图形编程语言和工具。