1、1 概述很長時(shí)間以來，人們一直使用繼電器來控制PLC的紙管打捆過程。繼電器壽命高，可靠性強(qiáng)，靈敏度高，控制功率小，兼容性好，因此被廣泛應(yīng)用。但繼電器仍有許多不方便的地方，比如反應(yīng)慢，無法精確控制，溫度特性和抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，成本高。為了解決這一問題，PLC控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。 PLC有很多優(yōu)勢，它可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，靈活通用，方便設(shè)計(jì)人員編程。使用PLC可以避免傳統(tǒng)控制的缺陷，節(jié)省大量的人力、物理和財(cái)力，因此提出了全自動(dòng)紙管打捆機(jī)PLC控制系統(tǒng)的課題?？删幊绦蚩刂破?PLC)是一種以計(jì)算機(jī)（微處理器）為核心的通用工業(yè)控制裝置，目前已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。早期的可編

2、程序控制器只能進(jìn)行開關(guān)量的邏輯控制，現(xiàn)代可編程序控制器采用微處理器（Microprocessor）作為中央處理單元，其功能大大增強(qiáng)，它不僅具有邏輯控制功能，還具有過程控制、運(yùn)動(dòng)控制和通信聯(lián)網(wǎng)的功能。在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制器件是大量的繼電器，整個(gè)系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計(jì)好的電器控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成，其過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而PLC是通過存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能的，如果控制功能需要改變的話，只需要修改程序以及改動(dòng)極少的接線即可。而且，同一臺(tái)PLC還可以用于不同的控制對象，改變軟件就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制要求，因此具有喊打的靈活性，通用性。全自動(dòng)紙管打捆機(jī)的整個(gè)工作過程由送帶、

3、抓帶、收帶、拉緊、咬扣和切帶以及復(fù)位組成。全自動(dòng)紙管打捆機(jī)的主要工作流程: （1)送帶:PETP帶捆 11,被送入導(dǎo)帶通路 4,觸發(fā)到位信號 ,打捆機(jī)頭 1下降至成形紙管捆 , 驅(qū)動(dòng)PETP帶沿導(dǎo)帶通路圍繞成形紙管一周 ,PETP帶頭重新回到機(jī)頭處 ,直至進(jìn)、出的兩層PETP帶重疊; （2)抓帶:送帶完成后 ,捆扎機(jī)頭抓緊重新進(jìn)入打捆機(jī)頭的PETP帶頭; （3)收帶:打捆機(jī)頭反向驅(qū)動(dòng)PETP帶 ,將多余的PETP帶回收 ,PETP帶貼緊成形紙管捆表面; （4)收緊:PETP帶貼緊成形紙管捆表面后打捆機(jī)頭進(jìn)行慢速收緊 ,產(chǎn)生很大的捆扎拉緊力; （5)咬扣和切帶:成形紙管捆被收緊后 ,打捆機(jī)頭在P

4、ETP帶重合處進(jìn)行咬扣和切帶 ,完成一個(gè)打捆動(dòng)作;（6)復(fù)位:各個(gè)動(dòng)作完成后 ,打捆機(jī)進(jìn)行復(fù)位 ,捆扎機(jī)頭的動(dòng)作單元恢復(fù)原位 ,蓄帶電機(jī)重新進(jìn)行蓄帶 ,準(zhǔn)備下次打捆。其工作結(jié)構(gòu)圖如下：1-打捆機(jī)頭 2-移動(dòng)橫梁 3-立柱 4-導(dǎo)帶通路 5-立柱底座 6-蓄帶機(jī)架座7-蓄帶盤 8-固定導(dǎo)帶輪 9-活動(dòng)導(dǎo)帶輪 10-PETP帶 11-成型紙管 12-氣控面板 圖1-1 全自動(dòng)紙管打捆機(jī)工作結(jié)構(gòu)根據(jù)以上全自動(dòng)紙管打捆機(jī)的流程及功能，此次PLC控制設(shè)計(jì)的要求設(shè)計(jì)如下：PLC投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動(dòng)。打捆過程：啟動(dòng)時(shí)開始送帶。PETP帶被送入導(dǎo)帶通路觸發(fā)到位信號停止送帶，延時(shí)2s后開始抓帶

5、。延時(shí)1s后帶開始慢速收緊。延時(shí)1s后開始咬扣與切帶。至此完成一個(gè)打捆動(dòng)作。各個(gè)動(dòng)作完成后，延時(shí)1s，打捆機(jī)開始復(fù)位。 若未完成此6個(gè)動(dòng)作的任一個(gè)動(dòng)作，則開始報(bào)警，若不急停，則機(jī)器重新復(fù)位并開始第一步送帶。若急停，則進(jìn)行急停處理，系統(tǒng)復(fù)位并自動(dòng)停機(jī)。要求能實(shí)現(xiàn)：送帶、抓帶、收帶、拉緊、咬扣和切帶、復(fù)位、報(bào)警及急停（1）根據(jù)控制要求，制定合理的設(shè)計(jì)方案，繪制主電路原理圖；（2）繪制系統(tǒng)流程圖；（3）模擬調(diào)試（4）PLC I/O點(diǎn)分配，并繪制I/O接線圖；（5）正確計(jì)算選擇電器元件，列出電器元件一覽表；（6）課程設(shè)計(jì)的心得，整理技術(shù)資料。11 PLC控制特點(diǎn) PLC采用面向過程、面向問題的“自然語

6、言”編程，容易掌握。例如目前大多數(shù)PLC采用梯形圖語言編程方式，既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到大多數(shù)電氣人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平，很容易被電氣技術(shù)人員所接受。PLC易于編程，程序改變時(shí)也容易修改，靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與目前微機(jī)控制常用的匯編語言相比，雖然在PLC內(nèi)部增加了解釋程序，增加了程序執(zhí)行時(shí)間，但是對于大多數(shù)的機(jī)電控制設(shè)備來說，PLC的控制速度是足夠快的。而且，PLC的輸入輸出接口已經(jīng)做好，可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備相連。輸入口可以與各種開關(guān)和傳感器連接，輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接與繼電器。接觸器、電磁閥等連接，使用很方便。12

7、控制系統(tǒng)框圖 全自動(dòng)紙管打捆機(jī)的整個(gè)工作過程由送帶、抓帶、收帶、拉緊、咬扣和切帶以及復(fù)位六個(gè)動(dòng)作組成。在傳統(tǒng)的紙管打捆機(jī)中，這些過程分別由相應(yīng)的按鈕來控制，這無疑會(huì)帶來很多不便。本次設(shè)計(jì)使用PLC控制全自動(dòng)紙管打捆機(jī)的所有打捆過程。對西門子S7-300系列PLC進(jìn)行編程，對打捆機(jī)各個(gè)過程的開關(guān)和電磁閥等實(shí)行控制，最終達(dá)到全自動(dòng)打捆的目的。根據(jù)過程和設(shè)計(jì)要求，首先規(guī)劃出打捆機(jī)元件的總體設(shè)計(jì)。PLC的控制系統(tǒng)框圖如圖1-2。圖1-2 系統(tǒng)控制框圖13 控制系統(tǒng)對應(yīng)設(shè)備及功能 根據(jù)控制過程中的送帶、抓帶、收帶、拉緊、咬扣和切帶、復(fù)位和報(bào)警等控制要求，對控制所需的開關(guān)及繼電器初步統(tǒng)計(jì)如下表1-1表1-

8、1對應(yīng)設(shè)備及功能表對應(yīng)的外部設(shè)備對應(yīng)的輸出設(shè)備啟動(dòng)按扭捆帶分配器電磁鐵 送抽帶電磁鐵停止按扭托板打開行程開關(guān)托板打開電磁鐵送帶到位行程開關(guān)預(yù)卡緊電磁鐵 機(jī)頭擺動(dòng)電磁鐵卡扣鎖死行程開關(guān)卡扣鎖死電磁鐵 卡抓返回電磁鐵 卡扣用完行程開關(guān)報(bào)警器機(jī)頭擺動(dòng)到位行程開關(guān)抽帶變速電磁鐵機(jī)頭復(fù)位行程開關(guān)機(jī)頭復(fù)位電磁鐵壓力繼電器高速送抽帶行程開關(guān)高速送抽帶電磁鐵托板復(fù)位行程開關(guān)托板復(fù)位電磁鐵 卡扣推出電磁鐵推板返回行程開關(guān)推板返回電磁鐵14 控制系統(tǒng)原理全自動(dòng)紙管機(jī)的送帶、抓帶、收帶、拉緊、咬扣和切帶是由各動(dòng)作的行程開關(guān)和各動(dòng)作的電磁鐵配合控制的，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。啟動(dòng)按鈕控制紙管打捆機(jī)的捆帶分配器及馬達(dá)，

9、啟動(dòng)后，高速送抽帶電磁鐵動(dòng)作，把PETP帶送到指定位置，然后延時(shí)，觸動(dòng)送帶到位行程開關(guān)，預(yù)卡緊電磁鐵動(dòng)作，使帶預(yù)緊。延時(shí)，觸動(dòng)托板打開行程開關(guān)，托板打開電磁鐵動(dòng)作使托板打開，延時(shí)，抽帶電磁鐵動(dòng)作進(jìn)行抽帶，然后機(jī)頭進(jìn)行擺動(dòng)，觸動(dòng)擺動(dòng)到位行程開關(guān)進(jìn)行抽帶處理，延時(shí)，觸動(dòng)卡扣鎖死行程開關(guān)，卡扣鎖死電磁鐵動(dòng)作，卡扣鎖死，之后卡抓返回，打捆機(jī)準(zhǔn)備高速送帶。如果卡扣用完了則觸動(dòng)卡扣用完行程開關(guān)，卡扣用完電磁鐵動(dòng)作使報(bào)警器報(bào)警。最后進(jìn)行機(jī)頭復(fù)位，托板復(fù)位，卡扣推出，推板返回。準(zhǔn)備下一次啟動(dòng)2 硬件電路的選擇2.1 PLC的選擇 I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)選擇是否合理，首先，可以滿足系統(tǒng)的控制要求，又可以使系統(tǒng)

10、成本降低。PLC的I/O總點(diǎn)數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中被控制的程序所需的模擬量、開關(guān)量、I/O設(shè)備來確定，通常情況下一個(gè)I/O元件需要占用一個(gè)I/O點(diǎn)?？紤]到程序設(shè)計(jì)過程中的調(diào)整和擴(kuò)充，還要在估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)上加上20%30%的備用量。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)程序共有12個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)14個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，具體的I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)見表2-1.表2-1 I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表對應(yīng)的外部設(shè)備對應(yīng)的輸出設(shè)備啟動(dòng)按扭捆帶分配器電磁鐵 送抽帶電磁鐵停止按扭托板打開行程開關(guān)托板打開電磁鐵送帶到位行程開關(guān)預(yù)卡緊電磁鐵 機(jī)頭擺動(dòng)電磁鐵卡扣鎖死行程開關(guān)卡扣鎖死電磁鐵 卡抓返回電磁鐵 卡扣用完行程開關(guān)報(bào)警器機(jī)頭擺動(dòng)到位行程開關(guān)抽帶變速電磁鐵機(jī)頭復(fù)位

11、行程開關(guān)機(jī)頭復(fù)位電磁鐵壓力繼電器高速送抽帶行程開關(guān)高速送抽帶電磁鐵托板復(fù)位行程開關(guān)托板復(fù)位電磁鐵 卡扣推出電磁鐵推板返回行程開關(guān)推板返回電磁鐵2.1.2 I/O存儲(chǔ)器容量的計(jì)算PLC的內(nèi)存分為EPROM、EEPROM和RAM。用戶存儲(chǔ)器容量決定了PLC可以容納用戶程序的長短，一般以字節(jié)為單位來計(jì)算。用戶的程序占用取決于多方面的因素，比如I/O點(diǎn)數(shù)，程序大小，運(yùn)算方法，控制要求等等，在設(shè)計(jì)程序之前可以初步的估算所占內(nèi)存。根據(jù)以往大部分的PLC設(shè)計(jì)，一個(gè)I/O點(diǎn)和其他功能元件占用的內(nèi)存如下：開關(guān)量輸入元件：1020B/點(diǎn)開關(guān)量輸出元件：510B/點(diǎn)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：2B/個(gè)模擬量：100150B/個(gè)

12、通信接口：一個(gè)接口需要300B以上根據(jù)上面列出的元器件占用內(nèi)存情況，再額外增加25%左右的備用量，就可以估算出用戶的程序所需的內(nèi)存大小，選出合適的PLC型號。本系統(tǒng)有12個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)和14個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，內(nèi)存一共260B，13個(gè)定時(shí)器，需內(nèi)存16B，加上余量共需內(nèi)存360B。2.1.3 CPU功能與結(jié)構(gòu)的選擇PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過數(shù)字式，模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。選型時(shí)還要考慮PLC的編程選擇。全自紙管打捆機(jī)控制系統(tǒng)所要求的功能簡單，小型

13、PLC即可。PLC的類型根據(jù)兩方面選擇，一是程序所需的I/O點(diǎn)數(shù)，二是整個(gè)程序所占內(nèi)存大小。本設(shè)計(jì)需用12個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)和14個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，13個(gè)定時(shí)器，共需內(nèi)存360B。CPU模塊可以選擇313C模塊，此模塊帶有16個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)和16個(gè)數(shù)字輸出點(diǎn)，滿足要求。綜上所述本次設(shè)計(jì)選用西門子S7-300型PLC。22 PLC外部接線圖當(dāng)做完對系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)和PLC型號的確定之后，就可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)和型號對PLC進(jìn)行外部接線設(shè)計(jì)。具體接線如圖2-1。圖2-1 PLC外部接線圖3 軟件設(shè)計(jì)31 I/O分配表3.1.1 輸入地址分配表把統(tǒng)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行分配，輸入地址見表3-1。表3-1輸入地址分配表輸

14、入地址對應(yīng)的外部設(shè)備I0.0啟動(dòng)按扭I0.1自動(dòng)按扭I0.2停止按鈕I0.3托板打開行程開關(guān)I0.4送帶到位行程開關(guān)I0.5卡扣鎖死行程開關(guān)I0.6卡扣用完行程開關(guān)I0.7機(jī)頭擺動(dòng)到位行程開關(guān)I1.0機(jī)頭復(fù)位行程開關(guān)I1.1高速送帶行程開關(guān)I1.2托板復(fù)位行程開關(guān)I1.3推板返回行程開關(guān)I1.4壓力傳感器開關(guān)3.1.2 輸出地址分配表把統(tǒng)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行分配，輸出地址見表3-2。表3-2輸出地址分配表輸出地址對應(yīng)的輸出設(shè)備Q0.0捆帶分配器及馬達(dá)Q0.1高速送帶電磁鐵Q0.2預(yù)卡緊電磁鐵Q0.3托板打開電磁鐵Q0.4抽帶電磁鐵Q0.5機(jī)頭擺動(dòng)電磁鐵Q0.6抽帶處理電磁鐵Q0.7卡扣鎖死電磁鐵

15、Q1.0卡爪返回電磁鐵Q1.1機(jī)頭復(fù)位電磁鐵Q1.2托板復(fù)位電磁鐵Q1.3卡扣退出電磁鐵Q1.4推板返回電磁鐵Q1.5報(bào)警器3.1.3 內(nèi)部元件地址分配表將統(tǒng)計(jì)的定時(shí)器地址進(jìn)行分配，分配地址見表3-3。32 系統(tǒng)流程圖根據(jù)任務(wù)書做出系統(tǒng)流程圖。全自動(dòng)紙管打捆機(jī)的打捆流程是：啟動(dòng)按鈕控制紙管打捆機(jī)的捆帶分配器及馬達(dá)，啟動(dòng)后，高速送抽帶電磁鐵動(dòng)作，把PETP帶送到指定位置，然后延時(shí)，觸動(dòng)送帶到位行程開關(guān)，預(yù)卡緊電磁鐵動(dòng)作，使帶預(yù)緊。延時(shí)，觸動(dòng)托板打開行程開關(guān)，托板打開電磁鐵動(dòng)作使托板打開，延時(shí)，抽帶電磁鐵動(dòng)作進(jìn)行抽帶，然后機(jī)頭進(jìn)行擺動(dòng)，觸動(dòng)擺動(dòng)到位行程開關(guān)進(jìn)行抽帶處理，延時(shí)，觸動(dòng)卡扣鎖死行程開關(guān)，

16、卡扣鎖死電磁鐵動(dòng)作，卡扣鎖死，之后卡抓返回，打捆機(jī)準(zhǔn)備高速送帶。如果卡扣用完了則觸動(dòng)卡扣用完行程開關(guān)，卡扣用完電磁鐵動(dòng)作使報(bào)警器報(bào)警。最后進(jìn)行機(jī)頭復(fù)位，托板復(fù)位，卡扣推出，推板返回。準(zhǔn)備下一次啟動(dòng)。流程圖見圖3-1。表3-3內(nèi)部地址分配表定時(shí)器/計(jì)時(shí)器對應(yīng)的作用T37 高速送帶暫停計(jì)時(shí)T38預(yù)卡緊計(jì)時(shí)T39托板打開暫停計(jì)時(shí)T40機(jī)頭擺動(dòng)計(jì)時(shí)T41抽帶計(jì)時(shí)T42卡爪返回計(jì)時(shí)T43抽帶處理暫停計(jì)時(shí)T44托板復(fù)位暫定計(jì)時(shí)T45卡扣退出暫停計(jì)時(shí)T46機(jī)頭復(fù)位暫停計(jì)時(shí)T47卡扣鎖死暫停計(jì)時(shí)T48報(bào)警計(jì)時(shí)T49推板返回暫停計(jì)時(shí)33 程序設(shè)計(jì)3.3.1 PLC控制狀態(tài)流程圖控制狀態(tài)流程圖又叫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、狀態(tài)

17、圖或流程圖，是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特征的一種圖形，利用它可以很方便的設(shè)計(jì)出順序控制的梯形圖。本次設(shè)計(jì)的全自動(dòng)紙管打捆機(jī)控制系統(tǒng)PLC控制狀態(tài)流程圖見圖3-2。圖3-1運(yùn)行流程圖圖3-2 PLC控制狀態(tài)流程圖3.3.2 系統(tǒng)梯形圖一、梯形圖的特點(diǎn) 梯形圖表達(dá)式是在原電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的。它與電氣控制原理圖相呼應(yīng)，形象、直觀和實(shí)用。PLC梯形圖在形式上類似于繼電器控制梯形圖。梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列。一般一個(gè)繼電器線圈對應(yīng)一個(gè)邏輯行。梯形圖的最左邊是起始母線，每一行邏輯行必須從起始母線開始畫起，然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后終了于繼電器線圈。梯

18、形圖的最右邊是結(jié)束母線，有時(shí)可以省去不畫。在梯形圖中的每個(gè)編程單元應(yīng)按一定的規(guī)則加注字母和數(shù)字串，不同的編程元件常用不同的字母符號和一定的數(shù)字串來表示。PLC梯形圖具有以下特點(diǎn):(1)梯形圖中的繼電器不是物理繼電器，每個(gè)繼電器實(shí)際上是映像七寸器中的一位，因此稱為“軟繼電器“。相應(yīng)位的狀態(tài)為1，表示該繼電器線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開；相應(yīng)位的狀態(tài)為0，表示該繼電器失電，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉粗點(diǎn)閉合。梯形圖中繼電器線圈時(shí)廣義的，出了輸出繼電器、輔助繼電器線圈外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、位移寄存器以及各種算術(shù)運(yùn)算等（2）每個(gè)繼電器對應(yīng)映像寄存器中的一位，其狀態(tài)可以反復(fù)讀取，因此，可以認(rèn)為繼

19、電器有無限多個(gè)常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)，在程序中可以被反復(fù)引用。（3）梯形圖是PLC形象化的編程手段，梯形圖兩端是沒有任何電源可接的。梯形圖中并沒有真實(shí)的物理電流流動(dòng)，而僅僅只是“概念“電流，是用戶程序解算中滿足輸出執(zhí)行條件的形象表示方式。”概念“電流只能從左向右流動(dòng)。（4）輸入繼電器供PLC接受外部輸入信號，而不是由內(nèi)部其他繼電器的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)，而不出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。輸入繼電器的觸點(diǎn)表示相應(yīng)的輸入信號。（5）輸出繼電器供PLC作輸出控制用。它通過開關(guān)量輸出模塊對應(yīng)的輸出開關(guān)（晶體管、雙向晶閘管或繼電器接觸器）去驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。因此，當(dāng)梯形圖中輸出繼電器線圈滿足接

20、通條件是，就表示在對應(yīng)的輸出點(diǎn)有輸出信號。（6）當(dāng)PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，PLC就開始按照梯形圖符號排列的先后順序（自上而下，從左到右）逐一處理，也就是說，PLC對梯形圖是按掃描方式順序執(zhí)行程序。（7）用戶程序解算時(shí)，輸入觸點(diǎn)和輸出線圈的狀態(tài)是從I/O映像寄存器中讀取的，不是解算時(shí)現(xiàn)場開關(guān)的實(shí)際狀態(tài)。梯形圖中前面程序解算的結(jié)果馬上可以被后面程序的解算所利用。二、系統(tǒng)梯形圖根據(jù)梯形圖的定義、基本特點(diǎn)以及控制狀態(tài)流程圖，使用STEP7-Micro/WIN編程軟件畫出全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)梯形圖。STEP7-Micro/WIN32是西門子公司專為S7-200系列可編程序控制器研制開發(fā)的編程軟件，它是基于

21、Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。STEP7-Micro/WIN適用于所有西門子S7-300 PLC機(jī)型軟件編程，支持IL、LAD、FBD三種編程語言，可以在三者之間隨時(shí)切換。也可將寫好的程序?qū)氲侥M軟件中進(jìn)行測試。系統(tǒng)梯形圖見附錄一。3.3.3 系統(tǒng)指令語句表由于系統(tǒng)指令語句表在此處排版影響文章美觀而且不便于閱讀，所以將本系統(tǒng)的指令語句表同樣排版在附錄二。4 程序運(yùn)行過程分析（1) 復(fù)位功能模塊。功能是打捆機(jī)初次運(yùn)行的狀態(tài)初始化和每個(gè)打捆過程循環(huán)結(jié)束后各動(dòng)作執(zhí)行元件的復(fù)位, 以及故障排除后系統(tǒng)的重啟和狀態(tài)復(fù)位等。正常情況下, 一個(gè)打捆

22、循環(huán)結(jié)束后, 復(fù)位的允許條件是咬扣與切帶動(dòng)作的完成, 其完成信號有二合一氣缸的活塞桿位置檢測接近開關(guān)(3#)觸發(fā), 需要復(fù)位的動(dòng)作包括:蓄帶復(fù)位; 打捆頭升降復(fù)位; 二合一氣缸復(fù)位; 送扣與導(dǎo)帶通路閉合、氣馬達(dá)復(fù)位。（2) 送帶功能模塊: 功能是鋼帶在氣馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下, 鋼帶頭經(jīng)打捆頭, 沿導(dǎo)帶通路圍繞鋼管捆一周后重新回到打捆頭處, 在到達(dá)咬扣單元前觸發(fā)鋼帶頭檢測接近開關(guān)傳感器, 由快速送帶轉(zhuǎn)換為慢速定時(shí)送帶,定時(shí)結(jié)束后, 鋼帶在咬扣單元處產(chǎn)生一定長度的重合段。 這里需要一個(gè)氣馬達(dá)由高速轉(zhuǎn)入低速的變化, 主要是為了便于鋼帶重合段長度的控制, 不至于重合段鋼帶過長, 浪費(fèi)鋼帶或重合段長度不夠, 造

23、成脫扣。（3) 抓帶功能。送帶結(jié)束后, 鋼帶頭重新回到打捆頭處并產(chǎn)生一定長度的重合段, 二合一氣缸的第一級氣缸動(dòng)作, 咬扣單元的咬爪握住鋼扣并使鋼扣予變形, 從而卡緊處于重合段下層的鋼帶頭, 而上層的鋼帶是可以自由活動(dòng)的。（4) 收帶功能。鋼帶頭被卡死后, 氣馬達(dá)即可以反向旋轉(zhuǎn), 驅(qū)動(dòng)摩擦輪反向收帶, 將鋼帶從導(dǎo)帶槽中拉出, 隨著鋼帶的縮短, 鋼帶裹住鋼管捆。在收帶的過程中氣馬達(dá)始終處于高速的狀態(tài)。當(dāng)位于氣馬達(dá)輸出軸端的接近開關(guān)傳感器檢測到輸出軸停止旋轉(zhuǎn)時(shí), 收帶過程結(jié)束。（5) 抽緊功能。大量多余的鋼帶在收帶過程中被收回, 但不能產(chǎn)生較大抽緊力來捆緊鋼管捆, 所以, 氣馬達(dá)要轉(zhuǎn)入低速狀態(tài),

24、這時(shí)雖然被回收的鋼帶已經(jīng)很少, 但產(chǎn)生很大的抽緊力。在將鋼管捆捆緊后, 氣馬達(dá)軸端的接近開關(guān)傳感器檢測到輸出軸再次停止旋轉(zhuǎn)時(shí), 抽緊過程結(jié)束。（6) 咬扣與切帶功能: 在鋼扣予變形的基礎(chǔ)上, 控制咬扣與切帶單元的二合一氣缸的第二級氣缸動(dòng)作, 最終使鋼扣和鋼帶產(chǎn)生永久變形而完成打結(jié), 切斷鋼帶。5 系統(tǒng)仿真與硬件模擬連接51 系統(tǒng)仿真S7-300仿真軟件簡介：(1) 該仿真軟件可以仿真大量的S7-300指令（支持常用的位觸點(diǎn)指令、定時(shí)器指令、計(jì)數(shù)器指令、比較指令、邏輯運(yùn)算指令和大部分的數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等）。仿真程序提供了數(shù)字信號輸入開關(guān)、兩個(gè)模擬電位器和LED輸出顯示，仿真程序同時(shí)還支持對TD-20

25、0文本顯示器的仿真，在實(shí)驗(yàn)條件尚不具備的情況下，完全可以作為學(xué)習(xí)S7-300的一個(gè)輔助工具。(2) 仿真軟件的界面和所有基于Windows的軟件一樣，仿真軟件最上方是菜單，仿真軟件的所有功能都有對應(yīng)的菜單命令；在工件欄中列出了部分常用的命令（如PLC程序加載，啟動(dòng)程序，停止程序、AWL、KOP、DB1和狀態(tài)觀察窗口等）。 常用菜單命令介紹: Program|Load Program：加載仿真程序。（仿真程序梯形圖必須為awl文件，數(shù)據(jù)塊必須為dbl或txt文件） Program|Paste Program（OB1）：粘貼梯形圖程序 Program|Paste Program（DB1）：粘貼數(shù)據(jù)

26、塊 View|Program AWL：查看仿真程序（語句表形式） View|Program KOP：查看仿真程序（梯形圖形式） View|Data（DB1）：查看數(shù)據(jù)塊 View|State Table：啟用狀態(tài)觀察窗口 View|TD200：啟用TD200仿真 Configuration|CPU Type：設(shè)置CPU類型 輸入位狀態(tài)顯示：對應(yīng)的輸入端子為1時(shí)，相應(yīng)的LED變?yōu)榫G色 輸出位狀態(tài)顯示：對應(yīng)的輸出端子為1時(shí)，相應(yīng)的LED變?yōu)榫G色 CPU類型選擇：點(diǎn)擊該區(qū)域可以選擇仿真所用的CPU類型 模塊擴(kuò)展區(qū)：在空白區(qū)域點(diǎn)擊，可以加載數(shù)字和模擬I/O模塊 信號輸入開關(guān)：用于提供仿真需要的外部數(shù)字

27、量輸入信號 模擬電位器：用于提供0255連續(xù)變化的數(shù)字信號(3) 仿真軟件不提供源程序的編輯功能，因此必須和STEP7 Micro/Win程序編輯軟件配合使用，即在STEP7 Micro/Win中編輯好源程序后，然后加載到仿真程序中執(zhí)行。1）在STEP7 Micro/Win中編輯好梯形圖2）利用File|Export命令將梯形圖程序?qū)С鰹閿U(kuò)展名為awl的文件，3）如果程序中需要數(shù)據(jù)塊，需要將數(shù)據(jù)塊導(dǎo)出為txt文件。(4) 程序仿真1）啟動(dòng)仿真程序。2）利用Configuration|CPU Type選擇合適的CPU類型（仿真軟件不同類型的CPU支持的指令略有不同，某些214不支持的仿真指令22

28、6可能支持）。3）模塊擴(kuò)展（不需要模塊擴(kuò)展的程序該步驟可以省略）在模塊擴(kuò)展區(qū)的空白處點(diǎn)擊，彈出模塊組態(tài)窗口。在窗口中列出了可以在仿真軟件中擴(kuò)展的模塊。選擇需要擴(kuò)展的模塊類型后，點(diǎn)擊Accept按鈕即可。不同類型CPU可擴(kuò)展的模塊數(shù)量是不同的，每一處空白只能添加一種模塊。4）程序加載選擇仿真程序的Program|Load Program命令，打開加載梯形圖程序窗口，僅選擇Logic Block（梯形圖程序）和Data Block（數(shù)據(jù)塊）。點(diǎn)擊Accept按鈕，從文件列表框分別選擇awl文件和文本文件（數(shù)據(jù)塊默認(rèn)的文件格式為dbl文件，可在文件類型選擇框中選擇txt文件）。加載成功后，在仿真軟件

29、中的AWL、KOP和DB1觀察窗口中就可以分別觀察到加載的語句表程序、梯形圖程序和數(shù)據(jù)塊。5）點(diǎn)擊工具欄運(yùn)行按鈕，啟動(dòng)仿真。6）仿真啟動(dòng)后，利用工具欄中的瀏覽按鈕，啟動(dòng)狀態(tài)觀察窗口。52 模擬連接完成程序設(shè)計(jì)和仿真后，進(jìn)入本次設(shè)計(jì)的最后階段，硬件模擬。但由于條件所限，不能進(jìn)行完全的實(shí)物制作，只能進(jìn)行簡單的元件模擬連接。具體模擬如下：自動(dòng)和步進(jìn)開關(guān)ST1、ST2使用兩個(gè)刀開關(guān)來模擬。其他的啟動(dòng)開關(guān)、停止開關(guān)、模式選擇開關(guān)和對應(yīng)的傳感器，采用幾個(gè)個(gè)按鈕開關(guān)來模擬。全自動(dòng)紙管打捆機(jī)的送帶、抓帶、收帶、拉緊、咬扣和切帶、復(fù)位、報(bào)警及急停等功能，均采用發(fā)光二極管來模擬。將選擇的模擬元件按照PLC外部接線

30、圖連接好，然后標(biāo)注各個(gè)模擬元件的使用功能，便于操作。將寫好的程序?qū)氲絇LC中，按照預(yù)設(shè)的開關(guān)進(jìn)行控制，對應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光說明設(shè)計(jì)和連接成功。6 全自動(dòng)紙管打捆機(jī)的展望 隨著在工業(yè)加工包裝領(lǐng)域，主要是一些大型紙管廠，對設(shè)備自動(dòng)化程度的要求越來越高，又迫于引進(jìn)國外的打捆設(shè)備價(jià)格比較昂貴，近幾年來，我國開始自行研制自動(dòng)化程度比較高的棒材打捆機(jī)，并已經(jīng)取得一定的研究成果，主要有首鋼自行研制的臥式棒線材打捆機(jī)、北京航空航天大學(xué)改造的達(dá)涅利打捆機(jī)和鞍山科技大學(xué)研制的鋼材打捆機(jī)等，部分已應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)過程，并取得不錯(cuò)的打捆效果。 但是縱觀我國的打捆機(jī)現(xiàn)狀，多數(shù)還是靠引進(jìn)國外的打捆機(jī)，究其原因主要是跟國

31、外的幾家著名的打捆機(jī)制造商相比，國內(nèi)打捆機(jī)穩(wěn)定性不足，雖然能夠完成打捆任務(wù)，質(zhì)量也滿足打捆要求，但是經(jīng)過一定時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)扭結(jié)不理想、易散捆或打捆失敗等現(xiàn)象，故障率較高。這樣就會(huì)影響整個(gè)流水線的正常工作，降低整個(gè)生產(chǎn)過程的工作效率，還會(huì)給運(yùn)輸過程造成麻煩，不得不進(jìn)行二次打捆或人工打捆等?，F(xiàn)在國內(nèi)的大部分地區(qū)(如北京、大連、哈爾濱等)的打捆機(jī)銷售商也主要銷售國外知名打捆機(jī)制造商生產(chǎn)的設(shè)備。所以目前就造成了一些企業(yè)寧可花高昂的費(fèi)用去購買國外的打捆機(jī)設(shè)備也不愿使用國內(nèi)自己生產(chǎn)的設(shè)備的尷尬局面事實(shí)證明，我國的打捆機(jī)行業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外，且市場環(huán)境也嚴(yán)重影響著國內(nèi)打捆機(jī)行業(yè)的發(fā)展，另外

32、國內(nèi)企業(yè)對棒材打捆機(jī)研發(fā)環(huán)節(jié)重視不夠，造成國內(nèi)打捆機(jī)行業(yè)的惡性循環(huán)，發(fā)展緩慢。不過隨著國內(nèi)科學(xué)技術(shù)水平的提高，投入到研究打捆機(jī)領(lǐng)域的研究人員越來越多，而且也有越來越多的企業(yè)開始對這個(gè)領(lǐng)域投入大量的資金，我相信在不久的將來國內(nèi)在打捆機(jī)這個(gè)領(lǐng)域的空白會(huì)被填補(bǔ)的越來越多。打捆機(jī)的質(zhì)量會(huì)得到質(zhì)的飛躍。7 結(jié)束語通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，首先使我對全自動(dòng)紙管打捆機(jī)的運(yùn)行流程和PLC控制有了新的認(rèn)識。以前當(dāng)我在看到全自動(dòng)紙管打捆機(jī)時(shí)并沒有在意打捆的程序是如何設(shè)定的，只是認(rèn)為內(nèi)部程序只運(yùn)行一遍就完成打捆，當(dāng)我拿到課題開始研究時(shí)才知道即便是打捆機(jī)，也是通過PLC程序控制的。這一次的程序設(shè)計(jì)讓我重新回顧了一遍之前在PL

33、C 課堂上所學(xué)的知識。當(dāng)初學(xué)習(xí)PLC的時(shí)候，總是一知半解，很多東西領(lǐng)會(huì)的不是很深刻，但在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，老師和同學(xué)給了我很多指導(dǎo)，讓我在設(shè)計(jì)中不斷學(xué)習(xí)。由于這次設(shè)計(jì)有一定的實(shí)用價(jià)值，也讓我了解到了一些工業(yè)設(shè)計(jì)中的方法步驟。比如在設(shè)計(jì)時(shí)首先要對PLC選型，同時(shí)考慮PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)是否夠用，以及PLC的內(nèi)存大小是否滿足，然后是對各種繼電器、開關(guān)、計(jì)時(shí)器的靈活使用，最后是對西門子S7-300系列PLC有了直觀的認(rèn)識。總之，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)為我打敞開了今后邁向?qū)嶋H應(yīng)用的大門，為我以后的各項(xiàng)工作和學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 王鶯.工業(yè)可編程控制器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J .北京：航天技術(shù)與民品1999，5：3

34、0.2 胡學(xué)林. 可編程序控制器教程M .北京：電子工業(yè)出版社，2003.3 叢國進(jìn).基于順序控制的PLC電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.電氣技術(shù)，2008，(2):70一724 吳中俊主編.可編程控制器原理及應(yīng)用M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.28-29.5 唐志勇.棒材打捆機(jī)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用J.冶金自動(dòng)化,1999(12):34- 366 張立科. PLC應(yīng)用開發(fā)與實(shí)踐工程M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，1.7 姜寶港.智能家用電器原理與維修M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.5. 8 李道霖.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社，2004.9 殷洪義.可編程控制器選擇

35、設(shè)計(jì)與維護(hù)M .北京機(jī)械工業(yè)出版社，2002.24-49.10 許謬.電氣控制與PLC控制技術(shù)M .北京：.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.218.11 王永華.電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M .北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.80-96.12 尤德同.全自動(dòng)打捆機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)J.機(jī)械制造及自動(dòng)化,1999 (4):37- 39 13 羅宇航.流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)M .西安電子科技大學(xué)出版社，2006.271.14 廖常出. PLC梯形圖程序的設(shè)計(jì)方法與技巧J .重慶：重慶大學(xué)出版社，199815 T.J.Byers.Electronic Test Equipment-principles

36、and Applications.MNewnes,2004附 錄 一系統(tǒng)梯形圖：附 錄 二語句表:Network 1 / Network Title/ 自動(dòng)LD I0.0O M0.0AN M0.2AN Q0.3= M0.0Network 2 / 步進(jìn)LD I0.1O M0.1AN M0.0= M0.1Network 3 / 高速送帶LD I0.3O Q0.3AN Q0.4AN T1AN Q0.1AN Q0.6AN I0.3LD I0.4O I0.3A M0.1OLD LDN I0.4= Q0.3LD I0.3= Q1.6OLDALDNetwork 4 / 顯示LD Q0.3= Q2.3Netw

37、ork 5 / 顯示LD Q1.6= Q3.6LD I0.5LD Q0.3TON T37，+10LDN Q0.3TON T38，+20OLDALDNetwork 6 / 預(yù)卡緊LD T38O Q0.7A Q1.2AN I0.6LD M0.1A I0.6OLD= Q0.7= Q2.7AN I0.6= T39，+20 Network 7/ 托板打開LD T39O M0.1AN T40 AN Q1.3AN Q0.7AN I0.7LD M0.1A I0.7OLD= Q1.2= Q2.5AN I0.7= T40，+10LD I2.0AN Q0.4= T41，+10Network 8 / 抽帶LD T41O Q0.4AN Q0.3AN T43AN I2.1LD M0.1A I0.9OLD= Q0.4= Q2.4Network 9 / 機(jī)頭擺動(dòng)LD T39O Q0.5AN I1.0AN Q0.6AN I1.7LD M0.1A I1.1OLD= Q1.4= Q3.4AN I1.1= T42，+10LD I1.2O T44AN Q1.4AN Q1