卷烟厂成品物流自动化控制系统设计(编辑修改稿)

卷烟厂成品物流自动化控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

C 可编程控制器 PLC PLC 的 定义 可编程序控制器 (Programmable Logic Controller， 简称 PLC)，是一种 专门为在工业环境应用而设计的一种数字运算操作的电子系统 （如图 ）。 它采用一类可编程的存储器，用于存储用户程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟量输入，输出控制各种类型的机械或生产过程。 图 可编程控制器 PLC 欧姆龙 PLC 是一种功能完善的紧凑型 PLC，能为业界领先的输送分散控制等提供高附加值机器控制；它还具有通过各种高级内装板进行升级的能力，大程序容量和存储器单元，以 Windows 环境下高效的软件开发能力。 本论文 控制系统是以 欧姆龙公司的 C200H 控制器 为 控制 核心， PLC 的 基本结构 可编程控制器实质上是 基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。 普遍计算机进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。 而 PLC 则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以 及信息的使用等问题。 特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。 其系统的实际组成与微机基本相同， 一般由电源、中央处理单元 (CPU)、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块六个部分组成。 其基本组成框图如图 . 哈尔滨理工大学学士学位论文 6 编 程 器用 户 程 序 存 储 器中 央 处 理 器系 统 程 序 存 储 器输入部分输出部分电 源 部 分接 触 器 线 圈电 磁 阀按 钮继 电 器 触 点行 程 开 关图 22 PLC 结构图 PLC 基本 工作 原理 可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller， PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作 等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 采用对 I/O 操作、数据处理等的循环扫描工作方式 ， 每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 CPU 从第一条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。 PLC 就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。 扫描工作 全过程 如图 23。 图 23 PLC 的 扫描 工作 过 程 整个过程 可分为四个部分 ： 第一部分 是 上电处理， PLC 上电后对系统进行一次初始化，包括硬件初始 化和软件初始化，停电保持范围设定及其他初始化处理等； 第二部分 自诊断是指 PLC 每扫描一次，执行 — 次自诊断检查，确定PLC 自身的动作是否正常。 如 CPU、电池电压、程序存储器、 I/O 和通讯等是否异常或出错，如检查出异常时， CPU 面板上的 LED 及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。 当出现致命错误时， CPU 被强制为 STOP 方式，所有的扫描便停止。 第三部分 是 与编程器或计算机通信 ， 指 PLC 检查编程器或计算机等是否有通信的请求，并接收发出来的程序、指令和各种数据， 然后调用 调用相应进程，完成与其他设备的通讯处理， 并对通讯数据作相应处理；然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作。 第四部分是程序扫描过程。 自诊断 与编程器或计算机通信 读入现场信号并采样 执行 用户程序 输出刷新 哈尔滨理工大学学士学位论文 7 PLC 在上电处理、自诊断和通讯服务完成以后，如果工作选择开关在 RUN 位置，则进人程序扫描工作阶段。 先完成输入处理，即把输入端子的状态读入输入映像寄存器中，然后执行用户程序，最后把输出处理结果刷新到输出锁存器中。 第四部分 是 CPU 对各输入端扫描并将输入端的状态送到输入状态寄存器，完成对现场信息的输入采样过程 ； PU 逐条调出并执行用户程序的指令，按照指令对数据进行运算，并将结果送至输出寄存器，实现 PLC 的程序控制过程。 当所有指令 执行完毕后， PLC 集中将输出状态寄存器中的状态通过输出模块单元转换成控制设备的电压或电流信号，以驱动控制设备，实现对输出状态的刷新。 PLC 虽具有微机的许多特点但它的工作方式却与微机有很大不同。 微机一般采用等待命令的工作方式 （ 如常见的键盘扫描方式或 I/0 扫描方式，有键按下或 I/0 动作则转入相应的子程序，无键按下则继续扫描 ）。 当可编程逻辑控制器投入运行时 ， PLC 则采用循环扫描工作方式，基本工作原理 如图 21 所示。 C P U内部继电器元件映像区定 时 器 计 数 器输 入 输 出 电 路地 址2 0 02 0 12 0 22 0 3内 部 存 储 器扫 描图 21 PLC 循环扫描工作原理 首先 它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。 等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。 这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 哈尔滨理工大学学士学位论文 8 欧姆龙 C200H PLC 欧姆龙 C200H PLC 介绍 本论文 控制系统是以一台欧姆龙公司的 C200H PLC 控制器 为 控制 核心，现场工业总线的网络为基础， ID431 和 DC222 为主要控制模块，构成一个分布式控 制系统。 在 CPU01E 里运行着由语言编制的系统控制程序，控制着物流输送系统正常工作。 系统相关的控制和检测部分都是通过现场工业总线的网络连接到 PLC 上。 控制程序通过现场总线，控制着系统各部分相互协调地工作运行，达到物流控制目的。 C200H PLC 采用模块化、总线式结构，整个系统以 CPU 单元为核心。 CPU单元包括系统电源、 微处理器、存储系统、控制逻辑、总线接口及其它接口电路等，是系统的主模块。 其编程器通过接口与 CPU 单元相连接，编程器还提供了录音机连接接口。 另外， CPU 单元还提供了独立的用户程序存储单元，以利于用户程序的方便安装和更换。 C200H PLC 的 I/O 系统均采用模块化结构，所有的 I/O 模块均通过标准的总线 SYSBUS 与 CPU 单元相连接。 其 组成 结构框图如图 25 所示 用 户 存 储 器单 元基 本I / O单 元录 音 机 接口编 程 器C P U 单 元（ 内 装 电 源 ）基 本I / O单 元特 殊I / O单 元S Y S B U S 图 25 C200H PLC 结构框图 C200H PLC 的基本组成：一个提供系统总线和模块插槽的安装机架（母版）、一个 CPU 单元、一个用户存储器单元、一个编程器及若干个基本 I/O 单元或特殊 I/O 单元。 其中安装机有 4 种规格， CPU 单元 3 种型号， I/O 单元的最大个数 由 安装机架的槽 的 个数而定。 此外 ， 本文自动化系统 设计现场由一个工业多路转换器 MX4000 和分布在输送线附近的不同位置的 6 个固定式条形码激光扫描仪，通过总线连接，构成一个数据采集系统。 经条形码激光扫描仪扫描托盘箱上的条形码，获得的条形码信息汇总到工业多路转换器 MX4000。 由于 MX4000 是挂在 ProfibusDP 总线 哈尔滨理工大学学士学位论文 9 上一个子站， PLC CPU3182DP 程序可以直接处理这些汇总的托盘箱条形码，对托盘箱进行识别。 由此而形成一个自动识别系统。 欧姆龙 C200H PLC 硬件 结构 可编程控制器 的 控制 方式 ，其实质是按一定算法进行输入和输出变换，并将这个变换予以物理实现，即输入输出和物理实现是 PLC 实现控制的两个基本点。 PLC 对输入和输出的处理类似于现代微处理机的信息处理，但是针对复杂恶劣的工业现场环境显得更加专业化。 PLC 的物理实现要考虑实际控制的需要，例如，要求输入应排除干扰信号，输出应放大到工业控制的水 平，并能为实际控制系统方便的使用，这点使 PLC 有别于普通微机信号，只针对信号本身，而不考虑实际现场的需要。 图 22 为 PLC 的 基本控制原理 结构图 ： 电源输出单元存储器CPU输入单元扩展单元扩展接口通信接口„ „„ „输入设备输出设备编程器人机界面上位机PLC写入器打印机输入端口输出端口 图 PLC 控制原理结构 图 欧姆龙 PLC 是一种功能完善的紧凑型 PLC，能为业界领先的输送分散控制等提供高附加值机器控制；它还具有通过各种高级内装板进行升级的能力，大程序容量和存储器单元，以 Windows 环境下高效的软件开发能力。 本文 采用的 欧姆龙 C200H PLC 的 基本 控制结构设计 仍采用了典型的计算机结构，一般都是由中央处理单元 (CPU)、存储器 (memory)、输 入部分 (input)、输出 部分 (output)和电源部分 (supply)五部分组成。 其中， CPU 是 PLC 的核心，存储器是存放系统程序和用户程序及数据的， I/O 部分是连接现场设备与 CPU 的 哈尔滨理工大学学士学位论文 10 接口电路，电源部分则为 PLC 内部电路提供电源。 哈尔滨理工大学学士学位论文 11 第 3章 卷 烟厂物流自动化 控制系统 要求 说明 卷烟生产的物流 自动化 系统 卷烟生产的物流 自动化系统 主要包括：原料物流、辅料物流、成品物流三部分。 如图 31 所示： 图 3－ 1 物流自动控制系统平面图 原料物流 原料物流是完 成卷烟生产使用的原料从进入工厂到运送至 生产现场 加工生产 并进行库存的全过程 系统。 包括原料供应、原料储存、配方库、原料供给、剩料回收等几个过程。 首先 将不同 品种 类型 的 原料从运送的卡车卸下，并运送到原料储存仓库。 原料储存包括登记原料信息并生成识别标签、原料运输与码放、储存、出库等工序。 然后 配方库计算机管理系统接到排产单，根据排产顺序，分别调用相应品牌产品在原料配方。 以上 准备好后，发出供料申请信号，激光导引车则将原料从配方库送到相应地点等待加工。 有些原料在一个批次中无法使用整包，将剩余原料送回配方库暂存。 最后 将生产 完毕 产品烟再 按照 下一步工序 入库。 哈尔滨理工大学学士学位论文 12 辅料物流 辅料物流是将购进的卷烟辅料进行拆分后按比例重新打包、储存、配送到各个机台的系统。 该系统包括辅料供应、辅料拆分与重新打包、辅料储存、辅料配送等几部分。 辅料供应 是 将外购的辅料送至辅料拆分现场 ；然后对进行 拆分 和 重新打包 ， 根据不同辅料的消耗量和包装规格，拆分大包与重新包装 ； 紧接着是辅料储存 ， 将生产需要，重新按比例组合好在辅料放入高架仓库内储存 ， 此外还有辅料配送 ， 即 根据 “辅料供给 ”请求信号配送辅料。 成品物流 成品物流系统是将卷接包车间生产的箱装的成品烟进行分捡、码垛、储存、配送的系统。 该系统包括成品分检、烟箱码垛、托盘运输、成吕储存、配送等几部分。 成品分检 是 通过对烟箱条形码扫描，将不同品牌规格的成品烟分到不同的出口 ； 烟箱码垛 是 在 烟箱输送轨道出口配有自动码垛机将烟箱按设定数量码放在标准托盘上 ； 托盘运输 是指 码放好成品烟箱的托盘，由激光导引小车运送到成品烟仓库 ； 成品储存 是 对装有成品烟的托盘进登记，生成识别标签并指定其存放位置 ；成 品配送 是 根据订单上需要的品牌，提取并修改托盘在识别标签，同进将烟箱通过轨道输送到装车地点。 物流 自动化控制系统构成 分析 物流自动控制系统的控制对象是主 要分布在库房、生产车间和包装车间。 其分类和作用如下所述： 首先 ， 输送链采用安装有 9 台皮带输送机，主要完成直线输送。 9 台滚轮输送机，要完成直线输送或者弯道输送，对托盘箱具有存储集放功能。 其次，对于 升降系统 安装采用 八台往复垂直式升降机，设在入口处和出口处位置，可使托盘箱往返于地面输送线和空中输送线之间，每台升降机一班要完成大约400 个托盘箱输送。 一台 NERAK 连续垂直式提升机，设在包装车间入口处位置，可快速、高效地将地面输送线的托盘箱输送到空中输送线，一班要完成大约 1200 个托盘箱输送。 一台 NERAK 连续垂直式下降机，设在包装车间出口处位置，可快速、高效地将空中输送线的托盘。