3 自动装箱机控制系统的主控单元
3.1 可编程控制器（PLC）的选择原则
可编程控制器（Programmable Logic Controller）缩写为PLC。是以计算机为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和网络通讯技术发展起来的一种通用工业自动控制装置?2?。其可靠性高，灵活性强、使用方便的，这些优点使PLC成为先进的、应用势头最强的工业控制器。
随着PLC技术的的快速发展，PLC的发展异常迅猛，产品的种类也日益繁多。不同型号的PLC，其结构形式、编程方式、指令系统、性能、容量、价格等也各不相同。不同的PLC适用的场合也不同。因此，选则合适的PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标和实用价值有着重要意义。
PLC的机型选择主要从PLC的 I/O点数、用户程序存储器容量、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。
PLC机型选择的基本原则是在满足功能需求及可靠保证、维护方便等前提下，力争达到最佳性价比。选择时应主要考虑以下几点：
（1）合理的结构型式
按照硬件的结构形式，PLC主要有整体式和组合式两种。
整体式PLC结构紧凑，体积小，重量轻，价格低，每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，一般用于工业生产中的单机控制；而组合式PLC的功能扩展灵活方便，在I／O点数、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，但价格高，体积大，一般于较复杂的控制系统?1?。
（2）相应的功能要求 （3）响应速度要求
响应速度是衡量PLC控制速度的重要指标。不同档次PLC的响应速度是不一样的。
（4）系统可靠性的要求
PLC对于一般系统的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。
3.2 PLC的选择
本设计共需12个输入点，8个输出点，首先根据系统的设计要求，确定有足够的I/O点数，并且应有10%～15%的I/O点数冗余，以备后用。另外，一些高精度输入模块对输入点数的使用是有限制的，一般同时接通的输入点数不得超
过中输入点数60%；对输出的驱动能力也有限制，有得PLC每点输出电流的大小随所加负载电压的不同而?1?异。综上述，选择台达PLC DVP60ES00R2型号的PLC作为主控单元。其具有60个I/O输入输出点数，包括36个输入点，24个输出点。ES是台达DVP型PLC的一个系列。
3.3 台达DVP型PLC的功能简介
台达PLC，是台达为工业自动化领域专门设计的、实现数字运算操作的电子装置。 台达PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
台达PLC及其有关的外围设备都是按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
台达PLC以高速、稳健、高可靠度而著称，广泛应用于各种工业自动化机械。
台达PLC除了具有快速执行程序运算、丰富指令集、多元扩展功能卡及高性价比等特色外，并且支持多种通讯协议，使工业自动控制系统联成一个整体。
为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点： （1）可靠性高，抗干扰能力强
（2）通用性强，控制程序可变，使用方便 （3）功能强，适应面广 （4）编程简单，容易掌握
（5）减少了控制系统的设计及施工的工作量 （6）体积小、重量轻、功耗低、维护方便
本设计所用基本指令及步进梯形指令一览表?4?：
表3.3.1 一般指令
助记符
LD LDI AND ANI OR ORI ANB
功能
A接点逻辑运算开始 B接点逻辑运算开始
串联A接点 串联B接点 并联A接点 并联B接点 串联回路方块
操作数
执行速度(us)
ES
EP 4.6
EH 0.24(0.56)
STEP 1~3 1~3 1~3 1~3 1~3 1~3 1~3
页码
3-3 3-3 3-3 3-4 3-4 3-5 3-5
X、Y、M、S、T、C 5.6
X、Y、M、S、T、C 5.68 4.68 0.24(0.56) X、Y、M、S、T、C 4.8
3.8
0.24(0.56)
X、Y、M、S、T、C 4.88 3.88 0.24(0.56) X、Y、M、S、T、C 4.8
3.8
0.24(0.56)
X、Y、M、S、T、C 4.88 3.88 0.24(0.56)
无
4.4
3.4
0.24
ORB MPS MRD MPP
并联回路方块 存入堆栈 堆栈读取(指针不动)
读出堆栈
无 无 无 无
4.4 3.4 0.24 0.24 0.24 0.24
1~3 1~3 1 1
3-5 3-6 3-6 3-6
4.64 3.64 4 4.4
3 3.4
表3.3.2 一般指令输出指令
助记符
OUT SET RST
功能
驱动线圈 动作保持(ON) 接点或寄存器清除
操作数
Y、S、M Y、S、M Y、M、S、T、C、D、
E、F
执行速度(us)
ES 6.4
EP 5.4
EH 0.24(0.56)
STEP 1~3 1~3 3
页码
3-7 3-7 3-8
5.04 4.04 0.24(0.56) 7.6
6.6
0.24(0.56)
表3.3.1 一般指令定时器、计数器
API
96 97 97
助记符
TMR CNT DCNT
功能
16位定时器 16位计数器 32位计数器
操作数
T-K 或 T-D
执行速度(us)
ES 9.6
EP 8.6
EH 9.6 12.8 14.3
STEP 4 4 6
页码
3-8 3-9 3-9
C-K或C-D（16位） 12.8 11.8 C-K或C-D（32位） 14.3 13.3
4 主回路电器设计
4.1 各元器件的选择
（1）控制按钮的选择
控制按钮是一种结构简单实用广泛的手动指令电器，在控制电路中发出手动指令，远距离控制其他电器，再由其他电器去控制住电路或转移各种信号，也可以直接用来转换新号电路和电器连锁电路等?5?。
急停开关也属于主令控制电器的一种，当机器即将发生安全故障时，可以按下急停开关以切断电源，使设备停止运行，以免发生安全故障。急停开关通常为红色的手动控制的按压式组合开关。
该设计中共使用了三个按钮，分别是启动按钮SB1，停止按钮SB2，急停按钮SB3。为便于识别个按钮的动作，避免误操作，通常在按钮帽上做出不同的标志或涂以不同颜色，表示不同作用。按钮的触头允许通过的电流很小，一般不超过5A。综上，
选择启动按钮SB1为绿色的点动按钮。 选择停止按钮SB2选用红色的点动按钮。 选择急停按钮SB3选用红色的复合旋转按钮。 具体型号见附录四元器件的型号选择 （2）行程开关的选择
行程开关用于监测工作机械的位置，发出命令以控制其运行方向或行程长短。行程开关按结构分为机械结构的接触式有触点行程开关和电器结构的非接触式接近开关?6?。
对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近开关，以使其在系统中具有高的性能价格比，为此在选型中应遵循以下原则?6?：
①当检测体是金属材料时，选用高频振荡型接近开关，该类型接近开关对铁镍、A3钢类检测体检测最灵敏。 对铝、黄铜和不锈钢类检测体，其检测灵敏度就低。
②当检测体是非金属材料时，如木材、纸片、液体、非晶体等，选用电容型接近开关。
③金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，选用光电型接近开关或超声波型接近开关。
④对于检测体是金属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁性接近开关或霍尔式接近开关。
综上，
选择侧推装置1复位检测为霍尔式接近开关。 选择侧推装置2复位检测为霍尔式接近开关。 选择纸箱到位行程开关SQ1为滚动式行程开关。 选择接近开关1为电容型接近开关。 选择接近开关2为电容型接近开关。
选择旋转装置1行程开关SQ2为滚动式行程开关。 选择侧推装置2限位行程开关SQ3为滚动式行程开关。 选择侧推装置1限位行程开关SQ4为滚动式行程开关。 选择旋转装置2限位行程开关SQ5为滚动式行程开关。 选择检测是否积货接近开关为电容型接近开关。 具体型号见附录四元器件的型号选择 （3）换向电磁阀的选择
电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压缸控制，所以就会用到电磁阀。
综上，
侧推装置1选两通位两电磁阀YV1 侧推装置2选三位四通电磁阀电磁阀YV2 导向装置选两通位两电磁阀YV1 具体型号见附录四元器件的型号选择 （4）电机的选择
本设计总共用了四个电机，其中旋转装置1和旋转装置2需要频繁启动，旋转装置1大概60次/min，旋转装置2大概10次/min。且两电机均要求高精度，高响应速度，所以旋转装置1和旋转装置2的电机均选择伺服电机。产品传送电机和纸箱传送电机开机后不需要启动，对精确度要求不高，载荷均匀，工作环境洁净无粉尘，所以选择三相异步电动机。下面是产品传送电机的选择计算?7?：
产品传送电机的工作载荷较小，无冲击，无过载情况，制动频繁程度较低，无特殊要求，且自动装箱机一般在且也使用，企业提供380V交流电，工作环境洁净，温度变化范围小。所以，初选电机为Y系列三相异步电动机。
工作机所需功率PW由及其工作阻力和运动参数求的：
PW?FvKW
1000?w式中：F为工作机阻力，N
v为工作机的线速度，m/s