自動藥片裝瓶機PLC控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計2.doc

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自動藥片裝瓶機PLC控制系統(tǒng)設計 摘 要 PLC可編程序控制器其實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術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械或生產(chǎn)過程。 在現(xiàn)今醫(yī)藥行業(yè)中，自動裝瓶機得到了廣泛應用，它由PLC通過USS通信協(xié)議直接控制電動機。不僅能夠實現(xiàn)對裝藥機方式運行的控制，而且能夠根據(jù)需要靈活控制裝藥時間，達到節(jié)約電能，降低成本，提高生產(chǎn)效率等目的。PLC特有的I/O指示功能以及簡便的PLC控制硬接線使得查找故障點十分迅速、方便。PLC主機工作可靠，本身故障率很低。所以，本文采用PLC設計裝瓶機控制系統(tǒng)。 關鍵詞：工業(yè)控制系統(tǒng)；PLC；自動裝瓶機 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 方案設計……………………………………………………………………………...2 1.1 任務描述……………………………………………………………………………2 1.2 生產(chǎn)工作過程和要求………………………………………………………………3 1.3 方案設計圖…………………………………………………………………………4 1.4 系統(tǒng)總體設計………………………………………………………………………5 2 硬件設計……………………………………………………………………………...6 2.1 PLC的基本結構……………………………………………………………………6 2.1.1 PLC的軟件結構………………………………………………………………….7 2.1.2 PLC的編程語言………………………………………………………………….8 2.1.3 用戶程序結構…………………………………………………………………...10 2.2 PLC的基本工作原理……………………………………………………………..10 2.3 PLC控制系統(tǒng)的設計基本原則…………………………………………………..11 3 軟件設計………………………………………………………………………….…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)結構方框圖………………………………………………………….….13 3.3 軟件系統(tǒng)設計與設備動作要求……………………………………………….….14 3.3.1 信號預處理塊………………………………………………………………..….14 3.3.2 藥瓶移位及藥片裝瓶模塊………………………………………………….…..15 3.3.3 狀態(tài)指示及藥片計數(shù)塊………………………………………………………...15 3.3.4 程序梯形圖…………………………………………………………………..….16 4 程序調試…………………………………………………………………………….20 4.1 測試程序…………………………………………………………………………..20 4.2 調試總結…………………………………………………………………………..21 總結……………………………………………………………………………………...22 致謝……………………………………………………………………………………...23 參考文獻………………………………………………………………………………...24 緒 論 本文是應用三菱FX2N-16MR與simulator6c仿真軟件設計的自動藥片裝瓶機系統(tǒng)。 1 方案設計 1.1 任務描述 這是一個將一定數(shù)量藥片自動連續(xù)地裝入到藥瓶中的控制任務。 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表示當前每瓶的裝藥數(shù)量。當選定要裝入瓶中的藥片的數(shù)量后，接通系統(tǒng)開關，電動機M驅動皮帶機運轉，位置檢測檢測到皮帶機上的藥瓶到達裝瓶機的位置，皮帶機停止運轉。 當電磁閥Y打開藥片自動裝瓶的裝置后，通過光電傳感器B1，對進入藥瓶的藥片進行計數(shù)，當藥瓶中的藥片達到預先選定的數(shù)量后，電磁閥Y關閉，皮帶機重新自動啟動，使藥片裝瓶過程自動連續(xù)運行。 如果當前的裝藥過程正在進行時，需要改變藥片裝入數(shù)量（例如7片改為5片），則只有在當前藥瓶裝滿后，從下一個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，則在當前藥瓶裝滿后，系統(tǒng)停止運行。 當系統(tǒng)開關X0的常閉觸點閉合時，采用手動操作，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數(shù)器對藥片進行計數(shù)，當達到3片時電磁閥關閉，停止裝藥。同樣的對于5片、7片、10片。自動藥片裝瓶機模型如圖1-1所示。 圖1-1 自動藥片裝瓶機控制系統(tǒng)模擬器示意圖 1.2 生產(chǎn)工作過程和要求 （1） 實際試驗和生產(chǎn)表明，該控制系統(tǒng)能夠達到生產(chǎn)所提出的速度和效率 要求。并且該控制系統(tǒng)擴展性和通用性良好。由該裝瓶機控制系統(tǒng)可見，一般藥品包裝動作均可分為以下幾個模塊： ①藥品容器供應(如藥瓶供應)； ②藥品供應(如藥丸藥粒等供應)； ③密封方案實現(xiàn)(如瓶蓋供應與封蓋)； ④成品半成品運輸(如主傳動鏈，連接各個動作階段，直至完成裝瓶)； ⑤最終封裝(如裝箱等)。PLC的邏輯控制能力強，處理數(shù)字與模擬信號能力穩(wěn)定快速，而且對于基于時間的順序動作控制能力尤其強，因此是醫(yī)藥行業(yè)中自動藥品包裝機械的理想控制平臺。只要藥品包裝的各個動作能通過機械方式實現(xiàn)，就能夠找到相應的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)自動化。 （2） 典型的自動控制動作有： ①精確的位置控制可由高精度的步進電機或伺服電機實現(xiàn)，以及通過設計閉環(huán)控制系統(tǒng)使用傳感技術實現(xiàn)； ②運動的控制可由各種電機實現(xiàn)； ③單向或雙向的沖擊動作可由氣壓系統(tǒng)實現(xiàn)，液壓系統(tǒng)還可以完成帶負載的有位置要求的動作； ④對于各種動作所需要的條件判斷可利用各種傳感技術輸入信號至PLC來實現(xiàn)等。由此可見，該自動裝瓶機的控制系統(tǒng)稍加改進，能實現(xiàn)各種異型瓶、異型粒的自動包裝，在藥品包裝行業(yè)中能夠實現(xiàn)絕大多數(shù)的包裝機械的自動化。另外，該自動裝瓶機所有動作均可由氣缸和步進電機來完成，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 程序流程圖設計如圖1-2所示 圖1-2 程序流程圖 1.4 系統(tǒng)總體設計 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/32點/48點/64點/80點/128點/，輸出具有繼電器/晶體管/晶閘管輸出，內置8KB容量的EEPROM存儲器，CPU運算處理速度0.55~0.7us/基本指令，在三菱FX2N系列PLC器件的右側可連接I/O擴展模塊和特殊功能模塊。 圖1-3 自動藥片裝瓶控制系統(tǒng)PLC資源分配 2 硬件設計 2.1 PLC的基本結構 PLC（Programmable Logic Controller），可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術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)廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，它具有高可靠性、抗干擾能力強、功能強大、靈活、易學易用、體積小，重量輕和價格便宜的特點。 PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為： （1） 電源PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，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從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(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)運算的結果送入I/O映像區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。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)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 （3） 存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 （4） 輸入輸出接口電路。 ①現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 ②現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。 （5） 功能模塊如計數(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） 存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 （8） 輸入輸出接口電路。 ①現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 ②現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。 （9） 功能模塊如計數(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的軟件結構 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制造商固化在機內，用以控制PLC本身的運作；用戶程序則是由使用者編制并輸入的，用來控制外部對象的運作。 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器語言指令，再由CPU執(zhí)行。第三部分為標準程序模塊與系統(tǒng)調用程序，包括許多不同功能的子程序及其調用管理程序。 （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的運作。其作用有三，一是進行運行管理，控制PLC何時輸入、何時輸出、何時計算、何時自檢、何時通信等時間上的分配管理；二是存儲空間管理，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)、存儲地址化為實際的數(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Ｈ窍到y(tǒng)自檢程序，包括系統(tǒng)出錯檢驗，用戶程序語法檢驗、句法檢驗、警戒時鐘運行等。 （2） 用戶指令解釋程序 用戶指令解釋程序是聯(lián)系高級語言和機器碼的橋梁。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器易懂的機器語言，這就是解釋程序的任務。解釋程序將梯形圖逐條解釋，翻譯成相應的機器語言指令，再由CPU執(zhí)行這些指令。 （3） 標準程序模塊與系統(tǒng)調用程序 標準程序模塊與系統(tǒng)調用程序由許多獨立的程序塊組成，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，這部分程序的多少決定了PLC性能的強弱。 整個系統(tǒng)監(jiān)控程序是一個整體，它質量的好壞很大程度上影響PLC的性能。因為通過改進系統(tǒng)監(jiān)控程序就可在不增加任何硬設備的條件下改善PLC的性能。 用戶程序 即應用程序，是PLC的使用者針對具體控制對象編制的應用程序。根據(jù)不同控制要求編制不同的程序，相當于改變PLC的用途，也相當于繼電接觸器控制設備的硬接線線路進行重設計和重接線，這就是所謂的“可編程序”。程序既可有編程器方便的送入PLC內部的存儲器中，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）。各個元件的助記符隨PLC型號的不同而略有不同。 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)中使用的框架結構、邏輯運算方式和輸入輸出形式，使得程序直觀易讀，具有形象實用的特點，因此應用最廣泛。 PLC梯形圖的一個關鍵概念是“能流”，是一種假想的“能量流”。把左邊的母線假設為電源“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。 要強調的是，引入“能流”概念，是為了和繼電接觸器控制系統(tǒng)相比較，告訴人們如何來理解梯形圖各輸出點的動作，實際上并不存在這種“能流”。 （2） 語句表（STL） 語句表是一種類似于計算機匯編語言的助記符語言，它是PLC最基礎的編程語言。由不同的指令所構成的語句組成的，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”來表達一個順序控制過程，是一種圖形化的編程方法。用方框表示整個控制過程中一個個“狀態(tài)”，或稱“功能”或稱“步”，用線段表示方框間的關系及方框間狀態(tài)轉換的條件。 2.1.3 用戶程序結構 設計一個好的用戶程序，就要設計一個合適的用戶程序結構，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。用戶程序在存儲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。不同機型的CPU，其程序空間容量也不同。用戶程序的結構比較簡單，一個完整的用戶控制程序應當包含一個主程序、若干子程序和若干中斷程序三大部分，不同編程設備對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)；十進位、二進位制或十六進制數(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行CPU組態(tài)，則系統(tǒng)默認值進行自動配置。 2.2 PLC的基本工作原理 當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 （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)中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映像區(qū)中對應位的狀態(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，只有輸入點在I/O映像區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映像區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(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)行結果會對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)只能到下一個掃描周期才能對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。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 （3） 輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映像區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。 2.3 PLC控制系統(tǒng)的設計基本原則 （1） 分析控制系統(tǒng)的控制要求熟悉被控對象的工藝要求，確定必須完成的動作及動作完成的順序，歸納出順序功能圖。 （2） 選擇適當類型的PLC根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，確定I/O點數(shù)和I/O點的類型（數(shù)字量、模擬量等），并列出I/O點清單。進行內存容量的估計，適當留有余量。根據(jù)經(jīng)驗，對于一般開關量控制系統(tǒng)，用戶程序所需存儲器的容量等于I/O總數(shù)乘以8；對于只有模擬量輸入的控制系統(tǒng)，每路模擬量需要100個存儲器字；對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個存儲器字。確定機型時，還要結合市場情況，考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務、技術支持、網(wǎng)絡通信等綜合情況，選定性能價格比好一些的PLC機型。 （3） 硬件設計根據(jù)所選用的PLC產(chǎn)品，了解其使用的性能。按隨機提供的資料結合實際需求，同時考慮軟件編程的情況進行外電路的設計，繪制電氣控制系統(tǒng)原理接線圖。 （4） 軟件設計 ①軟件設計的主要任務是根據(jù)控制系統(tǒng)要求將順序功能圖轉換為梯形圖，在程序設計的時候最好將使用的軟元件（如內部繼電器、定時器、計數(shù)器等）列表，標明用途，以便于程序設計、調試和系統(tǒng)運行維護、檢修時查閱。 ②模擬調試。將設計好的程序下載到PLC主單元中。由外接信號源加入測試信號，可用按鈕或小開關模擬輸入信號，用指示燈模擬負載，通過各種指示燈的亮暗情況了解程序運行的情況，觀察輸入/輸出之間的變化關系及邏輯狀態(tài)是否符合設計要求，并及時修改和調整程序，直到滿足設計要求為止?，F(xiàn)場調試在模擬調試合格的前提下，將PLC與現(xiàn)場設備連接?，F(xiàn)場調試前要全面檢查整個PLC控制系統(tǒng)，包括電源、接地線、設備連接線、I/O連線等。在保證整個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”。反復調試，消除可能出現(xiàn)的問題。當試運一定時間且系統(tǒng)運行正常后，可將程序固化在具有長久記憶功能的存儲器中，做好備份。 3 軟件設計 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 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 X006 B1 光電傳感器 輸出繼電器 Y001 M 皮帶機接觸器 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 準備 S20 皮帶機輸送空瓶 S21 每瓶裝3片 S31 每瓶裝5片 S41 每瓶裝7片 S51 每瓶裝10片 計數(shù)器 C1 設定值3 C2 設定值5 C3 設定值7 C4 設定值10 3.2 硬件系統(tǒng)接線圖和狀態(tài)流程圖 由于該自動藥片裝瓶控制系統(tǒng)需要7個輸入繼電器和6個輸出繼電器，同時要用6個狀態(tài)器和4個計數(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設計的硬件系統(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)設計與設備動作要求 3.3.1 信號預處理模塊 使所有的狀態(tài)器S0、S20、S21、S31、S41、S51復位，為后續(xù)步驟的進行做好準備，再置位S0，步進開始，當開關X000打開時置位S20，皮帶機開始運轉。梯形圖程序如圖3-3所示。 圖3-3 信號預處理模塊 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，當達到指定位置時，位置檢測器檢測到皮帶上的藥瓶達到裝瓶的指定位置，就開始按照選擇的藥片數(shù)量進行裝藥，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)指示及藥片計數(shù)模塊 上一步選擇好了藥片數(shù)量，使對應的狀態(tài)器置位，若是裝3片藥片，電磁閥打開，3片指示燈H1點亮，光電傳感器準確控制藥片數(shù)量為3片，置位準備工作開關S0，為裝下一瓶準備。其梯形圖如圖3-5所示。 圖3-5 裝3片指示及計數(shù)模塊 上一步選擇好了藥片數(shù)量，使對應的狀態(tài)器置位，若為裝5片藥片，電磁閥打開，5片指示燈H2點亮，光電傳感器準確控制藥片數(shù)量為5片，置位準備工作開關S0，為裝下一瓶準備。其梯形圖如圖3-6所示。 圖3-6 裝5片指示及計數(shù)模塊 上一步選擇好了藥片數(shù)量，使對應的狀態(tài)器置位，這是裝7片藥片，電磁閥打開，7片指示燈H3點亮，光電傳感器準確控制藥片數(shù)量為7片，置位準備工作開關S0，為裝下一瓶準備。其梯形圖如圖3-7所示。 圖3-7 裝7片指示及計數(shù)模塊 上一步選擇好了藥片數(shù)量，使對應的狀態(tài)器置位，這是裝10片藥片，電磁閥打開，10片指示燈H4點亮，光電傳感器準確控制藥片數(shù)量為10片，置位準備工作開關S0，為裝下一瓶準備。其梯形圖如圖3-8所示。 圖3-8 裝10片指示及計數(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 程序調試 4.1 測試程序 在完成順序功能圖和梯形圖的繪制以后，下面就是對該程序進行調試。調試順序控制程序的主要任務是檢查程序的運行是否符合順序功能圖的規(guī)定，即在某一轉換實現(xiàn)時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，該轉換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬剑械暮罄m(xù)步是否變?yōu)榛顒硬?，以及各步被驅動的負載是否發(fā)生相應的變化。 為了測試之前所完成的程序，所以利用 simulator6c對程序進行仿真，步驟如下： 首先點擊編程界面右側的仿真按鈕→，出現(xiàn)如圖4-1調試選項卡。 圖4-1 調試選項卡 然后點擊→在線→調試→軟元件測試對程序進行測試。 在調試時應充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、順序功能圖中的每一條支路、各種可能的進展路線，都應逐一檢查，不應遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后及時修改程序，直到在各種可能的情況下輸入信號與輸出信號之間的關系完全符合要求。程序檢查窗口如圖4-2所示。 圖4-2 程序檢查窗口 4.2 調試總結 調試中會出現(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，這是最花時間也是最要細心的環(huán)節(jié)，輸入完程序后必須進行檢查，看看進行到哪個步驟出了錯，然后修改程序。重新下載調試時，其中有幾部分出錯，一是系統(tǒng)無法啟動，二是系統(tǒng)無法停止。再次選擇指令，修改程序，第三次調試，系統(tǒng)無法循環(huán)。第四次修改程序，再次調試。反復修改調試。程序一切都調好后，導出語句表，調試完成。 注：由于仿真軟件本身的缺陷，有時候在程序正確的情況下并不能仿真出真實結果，這時需要關閉程序后重新打開仿真，或是過一段時間再仿真。 總 結 此次畢業(yè)設計，留給我印象最深的是要設計一個成功的產(chǎn)品，必須要有足夠的理論知識和實踐經(jīng)驗。 從論文選題到搜集資料，從提綱的完成到正文的反復修改，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生活的心態(tài)。 通過本次畢業(yè)設計，我親自體會到做PLC程序設計的艱辛和所需要付出的努力，在設計過程中遇到不少困難，但是我都堅持并努力克服了，和同學相互討論，不懂的地方請教了老師，在不斷的調試程序過程中，發(fā)現(xiàn)了很多問題，并進行了深入研究，使問題得到很好的解決。使我加深了對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習，也使我更好的理解和認識了關于PLC設計原理和實際中的應用過程。本次課程設計的完成，要感謝身邊的同學還有敬愛的屈老師。使我不僅學到了PLC實用的知識，為以后進行PLC的研究，打了很好的基礎。提高了自己對設計課題的分析能力、編程能力及解決實際問題的綜合能力與調試能力；通過學習這一次實踐，增強了動手能力，提高和鞏固了PLC方面的知識，讓我認識到把理論應用到實踐中去是多么重要；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)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，我才明白自己眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。 此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。 致 謝 首先，我要感謝我的輔導老師宋老師，她嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣，給了起到了指明燈的作用，讓我很快就感受到了設計的快樂并融入其中，老師在每一個階段都激勵著我們前進。幾個月以來，老師在指導我們做畢業(yè)設計時那種兢兢業(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，使我們學到了很多書本上學不到的知識，使我們明白了很多書本上學不到的道理。其次我要感謝同學們對我的幫助和指點，沒有他們的幫助和提供資料，沒有他們的鼓勵和加油，這次畢業(yè)設計就不會如此的順利進行。 此次畢業(yè)設計歷時將近兩個月，是我大學學習中遇到過的時段最長、涉及內容最廣、工作量最大的一次設計。這次畢業(yè)設計相當于把以前的小課程設計綜合在一起的過程，只要把握住每個小課程設計的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強邏輯，那么這次的任務也就不難了。我此次的任務是自動藥片裝瓶機PLC控制系統(tǒng)設計，自動藥片裝瓶有著很重要的用途，關乎著工業(yè)醫(yī)藥業(yè)基礎的發(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@樣的一個有意義的課題設計，從而學到了那么多有用的知識，在此謹向宋曉晶老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 又到一年畢業(yè)季，看過了兩年來的學長們的離去，如今也輪到了我們，從開始進入課題到設計的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給予了我無言的幫助，感謝在一起愉快的度過大學生涯的的同學，感謝你們在學習和生活上給予我的幫助！感謝在大學期間教過我的各科老師，是你們的悉心教導才有我學業(yè)的進步和順利的畢業(yè)，感謝你們！在這里再次表達謝意! 最后我還要感謝我的母校華中科技大學四年來對我的栽培。 祝愿老師身體健康，工作順利！ 參考文獻 [1]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004. 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