AD喷涂机控制系统设计毕业设计.doc

31AD喷涂机控制系统设计第一章 设计概述1设备概述 AD（Admixture）喷涂机是电视机生产线上的一种重要设备。AD喷涂机用于彩色显像管生产线上74cmPF管屏在蒸铝膜后，往屏内表面铝膜上以雾状形式交替喷涂石墨和巴利亚药液的一种设备。石墨和巴利亚的在显像管的生产中起防拱效应的作用。在早期的生产线上，此类设备为半自动化设备，即管屏需要人工从流水线上搬到AD喷涂机平台上，每屏须人工启动方可喷涂。而且，由于喷涂巴利亚和石墨时的速度不同，使用电子调速来实现主传动的变速。因此，不但使工人劳动强度增大，自动化程度低。而且，继电器线路性能不稳定，故障多，维护困难。本次设计的喷涂机由机械部分，管路部分及电气部分组成。 （一）. 控制部分包括PLC控制和变频器调速部分的。本次设计采用了PLC控制方式，可以灵活似地改变满足不同的工艺要求。电机采用变频器调速，也可以灵活的按照工艺要求进行调整。1. 机械部分包括动力部分，转动部分和执行部分等。2. 动力部分由驱动电机组成。它提供给整个喷涂机提供动力。3. 传动部分由减速齿轮组成。通过传动把电机的动力传递给执行部件完成整个喷涂过程。4. 执行部分由凸轮，蜗轮蜗杆及喷枪摆杆组成。凸轮的作用是控制摆杆沿一定的轨迹摆动，从而在指定的区域里喷涂指定的液体。凸轮机构系统是由两个凸轮组成，分别控制摆杆的X轴向和Y轴向实现X轴向和Y轴向的运动。X轴向和Y轴向之间由蜗轮蜗杆连接实现。两个凸轮通过四连杆机构带动摆杆作前后左右的摆动。喷枪安装在摆杆上，随摆杆一起在指定的区域内喷涂工作。5. 管路部分包括气动系统及喷液管路系统。5.1 气动管路系统是由喷气液阀组成。5.2 喷涂系统负责把需要喷涂的液体雾化并喷出至屏上的。拔阀系统则是控制喷涂的阀门打开。6.其他的还包括喷嘴系统，面板箱体系统，注入系统，外罩，配罩系统，动力传动系统等组成。6.1 喷嘴系统由喷嘴，摆动轴机构和凸轮摆动机构和电机组成。凸轮机构系统决定着喷嘴程序。它使喷嘴沿屏长轴方向在一定角度下摆动。使喷出的雾状巴利亚液和石墨液喷到屏上有效的区域内。6.2 箱体是安装喷嘴轴，注入系统和面板的框架和护板构成的。同时，还可防止喷涂时的溅散。6.3 面板是箱体上面被喷涂的屏的定位板，喷涂口根据屏上的尺寸而有不同的尺寸，四周有防护异物落入的保护挡口和定位块，面板是不锈钢制成的，上面有海棉和橡胶板。6.4 注入系统安装在箱体上方，与排风管相连接通，是由两个透明的聚乙烯板制成的，他在工作时是密封的，由压缩空气压送通过管道送往喷嘴。其中一个是压送巴利亚液的，另一个是压送石墨液的，上面有空气过滤器，防止空气中的异物进入堵塞喷嘴。6.5 外罩安装在箱体上方的，与排气管连通，可以把喷涂中的溢出雾状液体及气体排出，不留在室内，两种液体中都混有醇类物质，是易燃的物质。它们的残留物高温时容易引起自燃，及时处理是十分必要的。此外，外罩上易于安装的地方装有操作箱。调和设备也是AD喷涂机所必须具备的，主要是调和罐。调和罐是由不锈钢制成的，上面有电机带动的调和搅拌机。2防拱效应石墨喷涂（AD）概述： （一） 防拱效应的机能 1荫罩防止热拱起的方法 彩色显象管工作时，电子枪发出的电子束中的一部分通过荫罩孔射到荧光屏上的，使荧光屏发光的。但是大部分（70%80%）射到荫罩板上（包括桥，肋，有效面外），由动能转变成热能，产生大量的热量，荫罩板很薄，极易受热变形的，但是由于其周围被框架所限制，荫罩面板不能向四周延伸，只有向荧光面方向拱起，使q值引起色纯不良。 为了防止热拱起，设计了几种方法：1.1防拱效应石墨喷涂通过在铝膜上喷涂一层遮挡溶液后在喷涂一层石墨，使铝膜吸收来自荫罩热量的能力增大，使荫罩温度降低，从而抑制了热拱起。同时有了石墨导电层，也可以使荧光屏面电位更稳定，又吸收减少了电子束的反射造成的散光，避免了杂散光引起的对比度降低。1.2蒸黑铝有的制造显像管工艺在铝膜上在低真空状态下在蒸一次形成的黑铝，其作用与石墨相同，也是为了吸收来自荫罩面的热量。1.3低熔点玻璃喷涂在荫罩面向电子枪内侧一面喷涂一层低熔点的玻璃并将其经烧热使其结晶，产生应力，防止荫罩热拱起。1.4氧化铋喷涂在荫罩面向电子枪内侧一面喷涂一层氧化铋。氧化铋是重金属氧化物，电子束遇到它会反射回来，而不会轰击荫罩板，减少了荫罩上产生的热量，从而防止热拱起。1.5黑色陶瓷（BCC）喷涂在荫罩面向电子枪内侧一面喷涂一层黑色陶瓷后，低熔点玻璃一样产生应力防止荫罩热拱起。本次设计采用了第一种，即利用石墨喷涂来防止拱起效应。2AD遮挡层2.1 巴利亚的作用 为了防止石墨在喷涂时渗入铝膜中，影响亮度，喷涂石墨液之前先喷涂一层巴利亚液的遮挡液。2.2 预热及预热炉 巴利亚在高温时易成膜，所以在喷涂前要将屏升温到90110，这是通过预热炉来进行实现的，为防止荫罩与温度差别太大而产生变形，屏与荫罩层同时加热。 预热的温度对成膜至为重要，达不到预定的温度，巴利亚成膜前就流动太多，使膜不均匀，过高会引起屏炸裂。 屏和荫罩是分别装在传送吊篮上通过预热炉预热的。为了操作方便，预热炉的外形常做成U字型的传送吊篮是用不锈钢表面覆有一层不绣钢的细网或高温木材制成的，可防止划伤屏封界面，又经受住几百度的高温。为了加热均匀，炉体内部装有热风循环用的风机，外表装有保温层，防止热量的向外辐射影响外界环境的温度。（二） 工艺流程及材料组成1.工艺流程 蒸铝完成的荫罩分离- 预热炉投入- 预热炉取出- 屏投入AD喷涂机（荫罩存放）- 巴利亚喷涂- 石墨喷涂- 检验- 与配对荫罩一起送往下一道工序2.材料组成及其作用2.1 巴利亚液（1）纯水：作为溶剂，先加入调和罐里；（2） 醇特：即三硝基甲苯，透明粘稠性的液体，分散性，作为界面的活性剂使其它材料分布均匀。（3）丙烯酸树脂AC-33：乳白色粘稠的液体，主要成膜材料，遇热固化而成膜， 250以上高温时分解。 其中醇特，与少量水纯水加热至热至60，溶解才可以加入调和罐搅拌，最后加入丙烯酸树脂AC-33。2.2石墨液（1）纯水：作为溶剂，首先加入调和罐内。（2）醇类：即三硝基甲苯，透明粘稠性的液体，分散性，作为界面的活性剂，使其它材料分布均匀。（3）变性木质磺酸钠：茶褐色粉末。辅助成膜的材料，形成网状机构可使其膜变的更加坚固。 （4）碳黑XC-72：黑色颗粒状，加深颜色的材料。（5）石墨乳：主要成膜材料，形成AD涂层。（6）氨水：调整溶液的Ph值。 其中醇类，变性木质磺酸钠与少量水加热至6070，溶解才可以加入调和罐搅拌。碳黑XC-72加入少量纯水及洗容器纯水，滚屏3小时后加入料罐搅拌。 上述两种溶液调和后要进行浓度测定。 3AD的不良及分析与对策： 3.1 石墨溅散 正常的喷涂是看不见石墨液点的。若局部有明显的墨点形状超过了规格技术时即是不良的，在装罐后光栅下可以看见它的阴影，即光栅欠点。 喷涂压力过大过小，喷嘴堵塞，喷涂的石墨液异常，面板上海棉异物吹入等现象都会造成石墨溅散。 对策：更换石墨液，清洗喷嘴，面板，调整空气压力可以消除石墨溅散。3.2 石墨污迹喷涂后局部出现浓度不均，像山水画状，这是由于巴利亚液变质或巴利亚液过稀，或预热后屏温度太低，巴利亚未成墨而流动，造成浓度不匀。对策：更换巴利亚液，提高屏温可以消除此现象。3.3 黑色浓淡不足黑色的浓淡有极限样品作比较，在最淡极限样品之间即为合格品。浓淡不足的原因有巴利亚液，石墨液浓度异常，喷涂压力异常，喷嘴堵塞，喷涂时间过长，过短品异常等。 对策：调整喷涂液的浓度，喷涂压力，喷涂时间，清洗喷嘴可以消除。但必须逐一调整，不能同时调整。AD工序多种不良，在光栅状态下才可以发现，如热拱起效应光栅欠点，要特别注意日常管理，避免各种制造条件的异常出现，减少各种不良的出现的可能性。综上所述，喷涂机的设计要考虑多方面的要求，合理的进行设计。第二章 方 案 论 证1. 设计要求：能够按工艺要求完成喷涂巴利亚和石墨的工作。喷涂路径为Z字形，先喷巴利亚，后喷石墨。巴利亚喷涂一遍。暂停一定时间后，喷涂两遍石墨，两遍石墨之间也要暂停一定时间。动作时序图如下：图1 动作时序图石墨料罐要求连续搅拌。喷涂要均匀连续喷涂巴利亚和喷涂石墨速度不同，要求方便自动地调整喷涂速度。巴利亚和石墨均是液体，需要有高压气将液料雾化喷至屏上。巴利亚及石墨自流至气孔喷出。工作时屏由移载机移至喷涂机上，内表面朝下放置。要求有与移载机协调通讯的信号输出。设备正常工作时应当为全自动循环喷涂，自动与移载机协调连续的工作。要求有良好的人机界面，使管理者能方便的监控设备工作，在设备不正常时要求有方便的手动方式供管理者调试。整台设备要求能连续高效的工作，要求控制系统能灵活的按工艺要求调整，高效进行调试。喷涂设备必须具备排风系统，以便使有害气体排出制造车间。2. 提出可能方案：2.1 完全以凸轮带动四连杆机构控制摆杆摆动及停止等全部动作，以行程开关检测喷涂机到位与否。利用继电器控制喷涂启停及电机速度和气阀开关等。2.2 以凸轮带动四连杆机构控制直摆动，以接近开关检测喷涂到位与否，电机变速使用变频器。整个系统采用PLC控制。启停采用电磁离合器。2.3 以步进电机带动喷枪作平移，用单片机作控制系统。3. 方案介绍：3.1 第一种方案 用行程开关作检测元件行程开关是机床上常用的检测元件。它的结构原理与开关按钮相似，但行程开关的动作是由运动部件上的撞块或通过其它机构的机械作用进行操作的。常用的行程开关有按钮式和滑轮式两种，按钮式行程开关要在撞块压下推杆时，其常闭触点打开，常开触点闭合。当撞块离开推杆时，触点在弹簧力的作用下恢复砂状。这种行程开关的结构简单，价格便宜。缺点是触点通断速度与撞块的移动速度有关，当撞块的移动速度较慢时，触点的断开也缓慢，电弧容易使触点烧损，因此它不宜用在类似喷涂机之类的移动速度较慢的场合。滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位与双滚轮非自动复位两种。其优点是触点的通断速度不受部件运动速度的影响，动作快。缺点是，结构复杂，价格昂贵。电磁继电器具有工作可靠结构简单，寿命长等一系列特点。凸轮带动的四连杆机构结构简单可靠，可连续运转。总上所述的一种方案结构简单可考，价格便宜，易于加工制造。但其缺点也很明显，即系统的灵活性非常的差，几乎没有调整的余地。所以设计方案不完全满足此次设计要求。3.2 第二种方案 以凸轮带动四连杆机构控制摆杆摆动以接近开关作检测元件。接近开关为光电感应开关，属于一种非接触式行程开关。其工作时感应片不需与开关中的零部件接触，即可发出电信号。故其使用寿命长，操作频率高，动作迅速可靠。接近开关有高频振荡型，电容型、感应电桥型、永久磁铁型、霍尔型等多种，其中以高频振荡型最为常用，它是由装在运动部件上的一金属片移近或离开振荡线圈来实现控制的。接近开关的工作电压分为交流127、220、380V及直流24V四种。本设计中可采用直流24V的。本方案中使用PLC作控制部件。可编程控制器(Programmable Logic Controller)其主要控制作用已完全能取代继电器控制系统，克服其死接线的缺点。不要求操作者是高等技术人才，使用简单的程序语言及继电器符号编写程序，这样的描述简单、直观、易于掌握。可编程控制器还具有模拟量运算和联网等许多功能，它省去计算机的一些函数功能，大大加强了逻辑运算和控制功能。总之，PLC与其它控制装置相比有以下几个突出优点。1) 高可靠性PLC专为十分环境恶劣条件而设计，一个良好的PLC能置于有很大的电噪声，电磁干扰，机械振动，空气湿度很大的环境中。与其它控制方式相比，PLC具有很高的可靠性，而且随着器件水平的提高。可编程控制器的可靠性还在提高。可以说在可编程控制器使用中发生的故障，大部分是由可编程控制器外部的开关、传感器、执行器引起的，而不是可编程控制器本身引起的。2) 编程方便，易于使用用微机实现自动控制，使用汇编语言，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。而PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。可编程控制器采用与实际电路接线图非常接近的梯形图，这种编程方式易懂易编，就是普通工人也能很快掌握。从硬件方面来说使用可编程控制器，无论是接线还是配置都极为方便，只用螺丝刀即可完成全部接线工作，而不用自制许多接口电路，通常在实验室编程，模拟调试后，在现场就能完成安装调试成功。3) 环境要求低PLC的现场连线选用双绞屏蔽线、同轴电缆或光导纤维等。因而PLC的耐热、防潮、抗干扰和抗震动等性能好。通常PLC可在060下正常工作，不须强迫风冷。可承受峰值1000V、脉宽1s的矩形脉冲串的线路尖峰干扰。4) 应用灵活、扩展性好PLC的用户程序可简单而方便地编制和修改，以适应各种工艺流程变更地要求。PLC可以按积木方式控制系统规模和增删其功能，以满足各种应用场合地要求。5) 接线简单，通用性好。PLC的接线只需将输入信号的设备(按钮、开关)于PLC的输入端子连接。接线简单，工作量少，省去了传统的继电器控制系统接线于拆线的麻烦。PLC的逻辑编程提供了能随要求而改变的接线网络，这样，产生线的自动化过程就随意改变，这种性能使PLC具有很高的经济效益。PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器控制系统改换到PLC系统的情况下，PLC的模块结构使之能安装在继电器箱附近，并将连线向以有接线端。其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端口即可。6) 可连接为控制网络系统。PLC可连成功能很强的网络系统，包括低速网络与高速网络，而且这两种网络可以级连，网上可以兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局域网络。7) 在大型安装中，应将长距离输入/输出站点安装在最优地点。长距离站通过同轴电缆或双绞线连向CPU，这种配置大大减少了物资和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连接好，这一方法大大减少了电器技术员的现场安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标，由于几乎所有的器件都是固态的，维护时只需更换模块及插入部件，故障检测电路将诊断指示器迁入每个部件中，就能指示器件是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可编程指令来报告故障。PLC的这些及其它特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一日安装后，其收益也马上实现，像其它智能设备一样，PLC的潜在优势取决于应用时的创造性。综上所述，与采用传统的继电器控制相比，使用PLC可提高系统的灵活性、可靠性、简化电器线路、便于维护。方案二中使用的变频器是将交流电源转变成直流电源后，再转变为频率可调的交流电压的频率变换装置。变频器由整流电路逆变电路组成。整流电路采用由二极管组成的三相桥式整流电路。具有电容滤波电路的变频器，称为电压型变频器。采用电感串连滤波的变频器，称为电流型变频器。两种变频器都可用于交流电机的调速控制，但后者体积较大，主要应用于快速性要求较高的系统中，一般情况下多采用电压型变频器。近年来，变频器发展很快，不断更新换代产品。目前的变频器普遍采用计算机数字控制技术，不仅提高了调频准确度和可靠性，还可以通过设置参数的方法，随时改变工作状态，还具有自动诊断及保护功能，体积大为减少。鼠笼型异步减速电动机，完全没有整流子和碳刷，具有结构简单坚固、成本低、惯量小适合于高速运行等特点。因此采用变频器组成调速系统，在综合性能和成本上都占有一定的优势。电磁离合器是利用表面摩擦和电磁感应来传递两个转动体间转矩的执行电器。由于能够实现远距离操纵，控制能量小，便于实现机床自动化，同时动作快，结构简单，因而获得广泛的应用。常用的电磁离合器有摩擦片式电磁离合器、电磁粉末离合器、电磁转差离合器等。3.3 第三种方案 采用单片机控制步进电机使喷杆作平动单片机是一种功能全体积小功耗低价格便宜的控制装置。凡是采用各种模拟电路，数字脉冲电路及逻辑控制电路的测控电路装置，都可以采用单片机代替。单片机系统结构上采用哈佛型，和冯诺依曼型不同，哈佛型采用数据和程序分别存放在两个不同的存储器中的结构，一个称为数据存储器，一个称为程序存储器。因为单片机通常为一个特定对象服务，它的程序调试成功后，一般固定不变，因而程序可以一次性的存放在存储器中。这是与通用的计算机不同的。这样不仅省去了每次程序开机后的程序重新装入时间，还可以有效的防止因掉电及其它原因造成的程序丢失。而单片机系统有极强的布尔处理能力，这是因为在控制应用中，开关量比较多，因而对开关量的处理能力要强。表现在单片机上有寻址功能及对各种算术及逻辑处理和控制功能，构成一个布尔处理的环境。一般单片机上都配有并行口和串行口计数器定时器，有的还配有A/D，D/A转换器，具有较齐全的输入/输出接口及实时中断能力。单片机系统还配有实时控制的特殊电路，如掉电保护电路和复位电路。时间监视定时电路等。常用的MCS-51单片机有8051和8031，它们的内部结构主要区别是8031片内部既无ROM也无EPROM，8051片内有4KB的ROM。8051主要由运算器、控制器、特殊功能寄存器(SFR)、RAM、ROM、定时器/计数器、可编程I/O通道及内部数据总线等组成。步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移的执行元件，没输入一个电脉冲，电动机转子就转过一个角度。因此，采用步进电机可以组成位置控制系统。这种步进电机系统，结构简单，成本低廉，广泛用于小刑机床的位置控制中。步进电机可分为变磁阻式，永磁式和混合式三种。变频磁阻式步进电动机也称为反应式步进电动机，其转子为齿轮状的铁芯，而永磁式步进电动机的转子为永久磁铁。混合式步进电动机具有以上两种电动机的混合结构，其转子为永久磁铁磁化过了的齿轮状铁芯。步进电机一般采用开环控制，因此其特性及性能随激励方式不同而不同。步进电动机通过开环控制方式进行精密的位置定位，因此步进电动机常被用于进给伺服系统实现位置及轮廓控制。步进电机的特点：位移量与输入电脉冲数有严格的对应关系。控制性能好，在一定的频率下，能按控制脉冲的要求快速起、停和反转。改变控制脉冲频率，电动机的转速就随着变化，并可在很宽的范围内平滑调节。控制系统简单，工作可靠，成本低。但其控制精度受到步距角的限制。步进电机驱动电源的主要作用是对控制脉冲进行功率放大，以使步进电机获得足够大的功率驱动负载运行。设计步进电机驱动电源须作如下考虑：步进电机是用脉冲方式供电。且按一定的工作方式轮流作用于各相励磁线圈上。因此，要求采用开关元件来实现对各相的通、断。一般采用晶闸管和功率晶体管开关元件。步进电机的正反转，是靠给各相励磁线圈通电顺序的改变来实现的。因此不管是正转还是反转，步进电机中各相的电流的方向是不变化的。步进电机的速度控制址是靠改变控制脉冲的频率来实现的。不像一般伺服电机是靠控制励磁线圈的电流大小来实现。由于这两个原因，使得步进电机要求得功率驱动电路比一般直流伺服电机简单。尽管如此，步进电机得仍要求有高质量的驱动电源。设计步进电机的驱动电源，要解决一个关键问题，是在电脉冲内使励磁线圈的电流能快速的建立，而在断电时，电流又能快速的消失。在理想情况下，流过各励磁线圈绕组的电流波形和加在其上的矩形脉冲电压大小一样，都是矩形波。如果步进电机各相绕组结构及电气参数完全一样，加在其上的矩形脉冲电压大小一样，则这时步进电机的输出转矩是恒定不变的，步进电机的输出功率则随着励磁脉冲频率的增加而线性地增加。微机与步进电机的接口，实际上是微机与步进电机驱动电源的接口，接口电路应具有以下功能：能将计算机发出的控制信号准确的传送给步进电机驱动电源。能按步进电机的工作方式产生相应的控制信号。这些控制信号可由计算机产生，并经接口电路传送给步进电机。如果使用脉冲分配器，计算机只要按插补运算的结果发出控制脉冲，而脉冲分配由脉冲分配器完成。能实现升、降速控制。能实现电压隔离，因为微机及其外围芯片一般工作在+5V的弱电条件下，而步进电机驱动器电源是采用几十伏至上百伏强电压供电。如果不采用隔离措施，强电部分会耦合到弱电部分，造成CPU及其外围芯片的破坏。常用的隔离元件是电流元件是光耦合器，可以隔离上千伏的电压。应有足够的驱动能力，以驱动功率晶体管的通断。双极型功率晶体管和晶闸管都是电流控制器件，因此，其驱动部分必须提供足够强大的驱动电流。微机和一般的逻辑部件的带电能力都比较弱，所以接口部分必须有电流放大电路。电流放大会采用晶体管及脉冲变乐器来完成。能根据不同形式的驱动电源，提供各种所需的信号。例如，采用单电压的驱动电源，只需一路步进控制信号控制功率晶体管的通断：采用恒定频率脉宽中的驱动电源，不仅要有步进控制信号，还要有高频载波控制信号。所以，步进电机会用于数模转换，速度控制和位置控制的控制系统中，是开环控制系统的理想执行元件。综上所述，第三套方案适用于位置要求高精确度高的喷涂中，它可实现较多的功能。它要利用步进电机和单片机，因此该设备有较高的价格，不适应于AD喷涂机。4. 方案确定：经过以上分析，可以看出第一套方案虽然简单可靠但同时也由于其太过问单可靠使系统灵活性降低，功能上并不能满足本次设计要求。第三套方案使用单片机控制步进电机，定位精度高，功能多，但单片机在恶劣的环境中难以排除干扰，不如PLC稳定。另外步进电机的控制也比交流电机复杂。所以此方案也不十分符合本次设计要求。第二套方案以凸轮驱动四连杆结构控制摆杆摆动。其结构简单可靠。以接近开关作检测元件。PLC作控制部件使系统有高可靠性高稳定性并且可灵活地按工艺要求改变工作程序，操作简便，维护方便。综上所述根据价格性能比，选定第二套方案为本次设计方案。本次使用的PLC控制设备以其优异的性能被广泛使用。不同型号的PLC，其内部结构和功能不尽相同，但其主体结构型式大体相同。如下图所示由图可知，PLC由中央控制单元、输入输出部件和电源等三部分组成，在其内部或与外部组件之间的信息交换，均在一个总线系统支持下进行。图2 PLC的基本结构中央控制单元CPU是PLC的核心。它的主要作用是由微处理器通过数据总线、地址总线、控制总线以及辅助电路连接存储器、接口及I/O单元，诊断和监控PLC的硬件状态；同时，借助编程器接收键入的用户程序和数据、读取、解释并执行用户程序；按规定的时序接收输入状态，更新输出状态，与外部设备交换信息等。总之，由中央控制单元实现对整个PLC的控制和管理。与一般的微处理器不同的是，可编程控制器常以字(每个字为16位)为单位，而不是以字节(8位/字节)为单位来存储与处理信息。PLC中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机、位片、和微处理器等。在小型PLC中，一般采用8位机；在中性PLC中，一般采用16位机；在大型PLC中，一般采用32位机。在可编程控制器中存储器用来存放系统程序、用户程序和工作数据。系统程序是由控制器的制造厂家在研制系统的时候确定的程序，它包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准化程序以及其它各种管理程序等。系统程序一般都固化在ROM或EPROM存储器中，用户不能访问、修改这一部分的内容。用户应用程序是随PLC的使用环境而定的，随生产工艺的不同而变动，但是并不是经常发生。用户根据实际控制的需要，用PLC的编程语言编制应用程序，通过编程器输入到PLC的用户程序存储器。为了便于程序的调试、修改、扩充、完善，该存储器使用RAM。PLC的电源单元包括系统的电源及备用电池。PLC一般使用220V交流电源。它配有开关式稳压电源，电源的交流输入端接有尖峰脉冲吸收电路，以提高抗干扰能力。有些PLC还有输入电路和少量的外部检测装置提供24V直流电源。备用电池(一般为锂电池)用于掉电情况下保存程序和存储。因此用户在调试过程中，可用RAM代替ROM，以便修改程序，这给程序的调试带来极大的方便。输入输出接口是CPU与工业现场装置之间的连接部件，是PLC的重要部分，PLC通过输入接口把工业设备或生产过程的状态信息读入主机，通过用户程序的运行，把结果生产接口输出给执行机构。与微机的I/O接口工作于弱电的情况不同，PLC的I/O接口是按照强电要求设计的，即其输入接口可以接受强电信号，其输入接口可以直接和强电设备相连。因此，I/O接口除过连接系统内、外部的作用外，其输入输出接口还有对输入信号进行整理、滤波、隔离、转换电平的作用；输出接口还具有隔离PLC内部电路与外部执行元件的作用和功率放大的作用。对于小型PLC厂家通常将I/O部分装在PLC的本体中，而对于中大型PLC，各厂家通常都将I/O部分做成可供选取、扩充的模块或模板，用户可以根据自己的需要选取具有不同功能、不同点数的I/O模块来组成自己的靠控制系统。PLC的输入信号多为开关信号，分为直流和交流开关量两种，各种开关量的输入接口的基本机构大同小异。交流开关量输入接口与直流开关量接口电路的主要区别是：前者要有现场提供交流电压(AC220240V)，输入的交流信号经整流后得到直流，再去驱动光电耦合器。为适应工业现场的各种执行机构的需要，PLC备有各种形式的输出模块可供选择。常用的有晶体管方式。晶闸管输出方式和继电器输出方式。晶体管输出方式用于直流方式。双向晶闸管输出方式用于交流负载，继电器输出方式可用于直流负载，也可用于交流负载。输入输出模块的电路机构并不是唯一的，各个生产厂家都有自己的生产特点，但有两个共同点值得关注。电路中的防干扰隔离措施很突出，如光电隔离，阻熔滤波等：输入输出模块具有适应生产过程信息的输入与控制能力。这两点是PLC在工业生产中得到广泛应用的原因所在。在整个系统中CPU存储器等环境与普通计算机是一样的(甚至是同样的芯片)。但是PLC可以在相当恶劣的生产环境中正常运行，主要是上述两个条件，前者保证了工作的可靠，后者适应了工作的需要。在各类PLC产品中，还有其它一些功能模块，如模拟量输入、输出模块；用于主频开关量信号的高速计数模块；可按多种PID算法对模拟量进行控制的PID模块；与远程扩展机和主机之间进行信息交换的远程I/O模块；以及用于在多台PLC之间构成网络的通信模块等。扩展接口也是PLC总线接口，主机与扩展机之间利用扩展口连接。编程器是PLC的一种主要外部设备。他的主要任务就是输入程序、调试和监控程序的执行。它一个主机上的编程器接口直接与主机相连。手持编程器上有一个方式选择开关，用于控制PLC主机的工作发式。当工作方式选择开关打在变成(PROGRAM)位置时，PLC主机处于编程方式。此时，用户可以通过PLC向编程器输入、查询、修改用户程序，单PLC部运行有害程序。当工作方式选择开关在监控(MORNITOT)位置时，PLC主机处于监控方式。在监控方式下，PLC运行用户程序、用户通过编程器不能输入和修改用户程序，但可以查询用户程序，并对程序的运行进行全面干预。例如：在监控方式下，可通过编程器件的某些内部的状态和某些通道的内容，也可以强行改变内部位置的状态和通道的内容，可以很方便的对用户程序进行调试。在运行方式下，PLC运行用户程序用户不能输入和修改用户程序，也不能干预用户程序的运行状况，只能查询用户程序并监视状态。现在的PLC，除了上述手持编程器外，还配有功能更强的具有显示屏幕的智能性编程器。这种编程器带有编程、监控用的系统程序软件包，为用户程序输入、在线监控提供极大方便。PLC具有计算机的许多特点，但它的工作方式却与计算机有很大不同。计算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/O扫描方式，有键按下或I/O动作，则转入相应的子程序，无键按下，则继续扫描。PLC则采用循环扫描的工作方式。当PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，单CPU是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。由于CPU的运算速度很高，使得外部出现的结果从宏观来看是同时完成的。这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。扫描从SM0.1存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储器的地址号递增的方向顺序逐条扫描用户程序，直到所编用户程序的结束处或用户存储器的末尾的置为止。从而构成一个扫描周期，并周而复始的重复上述扫描循环，每扫描一次，用户程序执行一次。通过扫描可完成各输入点的状态采集或输入数据采集、用户逻辑解算、各输入点的状态更新、编程器键入响应和显示更新、CPU自检和复位监视用定时器、响应调试强迫I/O键入等功能。PLC的扫描即可按固定的顺序进行，也可按用户程序所指定的可变顺序进行。这不仅因为有的程序不需要每扫描一次执行一次，也因为在一个打控制系统中需要处理的I/O点数较多。通过工业不同的组织模块的安排采用分时分批扫描执行的方法，可缩短扫描周期和提高控制的实时响应性。总的扫描时间是与程序容量、所使用的功能和连接的设备有关的，一般的扫描范围在10 ms左右。像其它所有的工业控制计算机一样，也因为在一个人的控制系统中需要处理的I/O点数较多，通过不同的组织模块的安排采用分时分批扫描执行的方法，可缩短扫描周期和提高控制的实时响应性。总的扫描时间是与程序容量、所使用的功能和连接的设备有关的，一般的扫描范围在10 ms左右，像其它所有的工业控制计算机一样，PLC的CPU上有一机载的“看门狗定时器”(WDT)，用户可根据具体情况对它进行设置，其最大扫描时间可设在200 ms。如果一个扫描周期时间大于WDT所设定的时间，就可能是硬件故障所致，这要进行异常处理，停止CPU工作并关断I/O，进行报警。扫描时对输入输出的处理是集中在一起完成的，即成批传送方式，即如下图所示。执行逻辑文字传送外部设备自测试图3 PLC的中央处理器CPU结构功能PLC的机构特点是集I/O电路、I/O现场连线端子和I/O状态显示于一体。PLC与常规的继电器逻辑控制不同，用梯形图的形象编程格式来构成控制逻辑从而大大简化了I/O之间的连线，同时也是控制逻辑的变更容易实现。以8点I/O模板为例，他们可连接8个输入点和8个输出点。典型的输入点由继电器、电磁阀、指示灯、马达起动器等。所谓I/O逻辑，就是将这些开关或执行元件的相应端子方便用导线引出，每个的一段接入相应的输入或输出模板的端子上，另一端视具体情况在现场则和PLC的接线端子相互连接，然后接到模板的公共端子上，从而完成现场I/O与PLC的连接。各现场I/O状态有PLC对I/O模板的扫描分别存入输入状态表和输出状态表中。PLC周而复始的快速扫描，不断更新I/O状态表的内容，以满足实时响应要求。PLC进入用户程序扫描期间，用户连接的解算和输出控制，是根据输入状态表的相应状态，而不是该I/O点的实时状态。I/O的状态表是存储器的一部分。梯形图的中断的继电器输出点，不是物理继电器的线圈，只是输出状态表中的位状态。线圈“通电”该位是“1”，反之为“0”。它的“1”状态输出必须通过输出模板上对应的晶体管或双向可控硅开关的导通，它们对应输入状态表中的位状态。它们的常开，常闭并不完全说明它们是现场物理开关的状态，常闭应理解为对应的开关状态取反的逻辑关系表达式。编制和调试好用户程序并将现场I/O装置与PLC连接后，将PLC接到测试的工作方式，借助于强迫I/O功能，通过编程器上的按键输入来模拟现场开关的动作。正确无误后，PLC投入运行。先接通交流供电电源，执行电源建立操作程序和自我诊断。自检通过后，根据从各I/O口所取得状态和有关数据开始扫描用户程序，扫描顺序按存储器地址号递增的方向进行，而不是按操作数和梯形图中继电器输出线圈的变化大小的顺序进行。每次扫描都要对相应的I/O模板访问一次，扫描时间的长短与要访问的I/O模板的数量有关。若检测到电源或PLC内部电路等有故障，就在当前被解算的语句上终止扫描并启动电源关闭程序，包括把所有输出点置成断开(OFF)状态。每次扫描用户程序结束后，还要执行一些内部处理功能。例如响应编程器的键入、更新显示、与外部设备通讯、检查存储功能等。若发现异常，PLC停止运行，并使各输出处于OFF状态。同时显示出相应的错误代码，提醒操作人员有关PLC的错误原因，便于排除故障。在大中型PLC控制系统里可配置远程I/O控制站。一方面由于I/O点数较多和远程I/O的配置的需要CPU具有更高的扫描速度和扫描顺序的管理。另一方面还需要远程I/O站里的I/O模板与CPU之间的信息交换和数据传输的验证。这就需要采用反馈重发之类校验方法来验证数据传输的可点的状态进行比较，若相等则存入虽然状态表中，若不相等则请求重发，然后将重发来的16个输入点的状态(对16点I/O而言)，并将重发来的16个输入点的状态与上一次受到的相应的状态比较，处理方法同前，直到人为规定的比较次数达到为止。若相邻两次收到的16状态不相等，CPU就将该模板的16输入认为OFF状态，并继续往下扫描。这一状态作为一个事件存档。每次I/O扫描，CPU至少向输出模板提供两次新的输出状态，输出模块向CPU问答两次，输出模板将相邻的输出状态比较，若相等则驱动相应的16点输出，反之要求CPU重发，直到人为规定的重发次数达到后，若未能达到一般的比较结果，则该输出模板上16个输出点的输出保持原状，CPU继续扫描并将这一情况存档。当远程I/O与CPU建立通讯联系后，远程I/O在规定的时间内未收到CPU法来的有效数据，则点亮相应的异常指令灯，并将相应的输出点置成OFF状态。可见，PLC的综合性能完全适合本次设计的要求。设计中使用PLC使设备的设计更简单，也使以后的调试更加容易。综上所述，第二套使用PLC和变频器的方案最佳。第三章详细方案AD喷涂机的设计要求能够按工艺要求完成喷巴利亚和石墨的工作。喷涂路径为Z字型，先喷巴利亚。后喷石墨。巴利亚喷一边，暂停一段时间后再石墨喷两边，喷石墨两边之间也需要时间间隔。石墨料罐要求连续搅拌，喷涂要求均匀连续，因为石墨和巴利亚的粘度不同，故在喷涂时喷涂石墨和巴利亚的速度也将不同，要求能方便自动地调整喷涂速度。石墨和巴利亚均是液体，需要有高压气将其雾化喷至屏上。巴利亚及石墨液由气孔喷出。工作时，屏由移栽机移至喷涂机上，内表面向下放置。要求有与移栽机协调的信号输出。设备正常工作时应当为全自动循环喷涂，自动与移栽机协调连续的工作。要求有良好的人机界面，以便于用户能方便快捷的监控设备工作。在设备不正常工作时，即出现故障时，要求有方便的手动方式供用户调试。整台设备要求能连续高效的工作，要求控制系统能灵活地按工艺要求调整，高效进行调试，喷涂机必须具有排风设备，以便使有害气体排出制造车间。1. 控制部分电器控制部分采用可编程序控制器（PLC）进行控制，可以方便灵活地调整工艺步骤。PLC控制系统在现代企业中具有强大的吸引力，据估计，在现代企业的数控机