【正文】 I 摘 要 可編程控制器 (PLC)作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定可靠。在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。取得了理想的控制效果。 本論文以長春 佳鳴機(jī)械制造有限公司與我們合作開發(fā)的高速全自動卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)為背景，理論與實(shí)踐相結(jié)合，詳細(xì)闡述了集 PLC 技術(shù)，變頻器技術(shù)，光電感應(yīng)技術(shù)，通信技術(shù)于一體的先進(jìn)控制技術(shù)在該包裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。論文主要內(nèi)容如下 : PLC 的現(xiàn)狀及其在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性和前景。 ，統(tǒng)計其輸入輸出1/O 點(diǎn)，然后進(jìn)行 PLC 選型，硬件組態(tài)的設(shè)計。 的受力 (尤其是張力 )情況，并建立了數(shù)學(xué)模型，利用自適應(yīng)控制原理實(shí)現(xiàn)了送料過程中的張力控制。 ，卷紙和包裝紙要求能同時到達(dá)工位 1，這就產(chǎn)生了送料過程中的同步控制問題，在同步控制中，我們在卷紙供送系統(tǒng)的驅(qū)動軸上安裝一個半圓形金屬片，在側(cè)面裝上接近開關(guān)探頭，通過判斷每次光電傳感器檢測到色標(biāo)時接近開關(guān)的輸出狀態(tài)，就能知道包裝紙供送系統(tǒng)是滯后還是超前于卷紙供送系統(tǒng)，從而使伺服電機(jī)正、反轉(zhuǎn)或不動，實(shí)現(xiàn)了送料過程中的同步控制。 ，因此我們利用一個移位寄存器，使工藝盤的每一個 V 形槽對應(yīng)一個二進(jìn)制位，通過移位寄存器的移動，實(shí)現(xiàn)了包裝過程的程序控制。 Siemens 公司的編程軟件 Step監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC 及其通信功能設(shè)計了包裝過程梯形圖、 STL語句及 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)，以完成數(shù)據(jù)的采集并控制輸出設(shè)備安全、高速、高效地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了該包裝過程的監(jiān)視功能。 經(jīng)過我們的努力，卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)完成。并且經(jīng)過了嚴(yán)格的 測試，在實(shí)驗(yàn)室的模擬運(yùn)行中，取得了良好的控制效果。使該機(jī)無論從功能上還 是效率上都獲得了質(zhì)的提高，基本達(dá)到了九十年代末期國際先進(jìn)水平，較好地實(shí)現(xiàn)了廠方提出的控制要求。 關(guān)鍵詞 :包裝機(jī) ； PLC； 張力控制 ； 自適應(yīng)控制 ； 同步控制 ； WinCC； Step7 II ABSTRACT This thesis mainly discussed the design of control system of roll packing. As the kermel device control system, PLC is widely used in modern industrial production and do well in this field. This thesis takes the control system of the highspeed fullautomatic roll packingmachine that was developed by ChangChunTaming Machine Manufacturing LimitedCompany along with us as a background. We apply the advanced control technique in the packing machine control system such as the technique of PLC, the inverter technique, light electricity technique and so on. By using these techniques, we realized tension control, Synchronous control in transmitting process and packing process program control. To plete the data of collecting and control the output equmeats to work safely, high speed and efficiently, we designed the PLC correspondence work by using the WinCC, a supervise control and configuration software of the pany of Siemens, and its munication function, to realize the surveillance function of the packing process. The machine got the exaltation of the quality whether the function or the efficiency, basically came to the international advanced level in the late of 9039。s, realized well the control request that the pany put forward. This control system is well running in the lab. Key words: Packing machine。 PLC。 tension control。 selfadaptive Control。 Synchronous control。 WinCC。 Step7 III 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................. II 第一章 緒 論 .............................................................................................................. 1 ................................................................................... 1 ........................................................................... 1 PLC 與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 .................................................................. 3 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較 ............................................................ 4 PLC 與單片機(jī)控制系統(tǒng)比較 ................................................................ 5 PLC 與計算機(jī)控制系統(tǒng)的比較 ............................................................ 5 PLC 與集散型控制系統(tǒng)的比較 ............................................................ 6 ....................................................................... 6 PLC 在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性和前景 ...................................................... 6 ....................................................................................... 7 ....................................................................................................... 8 1 第一章 緒 論 可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀 可編程控制器 (Programmable Logical Controller)簡稱 PC 或 PLC，是 60年代 末發(fā)明的工業(yè)控制器 件，是美國數(shù)字公司 (DEC)為美國通用公司 ((GM)研制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展， PLC 軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時推動了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展?，F(xiàn)代 PLC 已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。最初， PLC 主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機(jī)械的控制上。但不久，西德的西門子 (SIEMENS)公司、 BBC 公司就開始研制 PLC，當(dāng)時主要是用于軋鋼機(jī)、升降設(shè)備等大型設(shè)備上。 70年代初，日本的 OMRON 也推出了他們的 PLC。三菱、日 立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后加入了 PLC 制造者的行列。70年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型 PLC。由于 PLC 是為工業(yè)控制所生產(chǎn)的通用性很強(qiáng)，適合于大批量生產(chǎn)的裝置，所以成本迅速下降 。加上其是專為工業(yè)控制所設(shè)計，所以具有極好的抗干擾性能 。并且他的使用和維護(hù)都極為方便，實(shí)現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機(jī)械制造業(yè)深受歡迎。小型 PLC 開始步入諸如塑料注塑機(jī)、包裝機(jī)械、橡膠機(jī)械、紡織機(jī)械等輕工機(jī)械的控制領(lǐng)域，其成本的低廉和性能的優(yōu)良對直接使用微機(jī)作為控制單元的做法構(gòu)成了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，更有 全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。據(jù)國外資料介紹 :1982 年美國 PLC 用戶中，有 48%來自自動程序操作部門 (如汽車、拖拉機(jī)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等 )、 13%來自石油化工業(yè)、 9%來自食品飲料業(yè)、 7%來自冶金工業(yè)、其余部分來自造紙、采礦、污水處理等部門 ‘11。近年來，隨著我國對外開放，日、美、西德等國生產(chǎn)的 PLC 已通過多種途徑進(jìn)入了我國，引起了各方面的重視并得到應(yīng)用。如寶鋼工程應(yīng)用了數(shù)百臺 PLC，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應(yīng)用了美國和西德的 PLC。 可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢 隨著計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動化 愈來愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將 PLC 理解為開關(guān)量控制的時代已經(jīng)過去， PLC 不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術(shù) 2 和信息處理技術(shù)融為一體，其功能也日趨完善。今后， PLC 將主要朝著以下兩個 方向發(fā)展 :一個是向超小型專用化和低價格方向發(fā)展 。另一個是向高速多功能和 分布式自動化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。總的趨勢如下。 l一 t61: 在工業(yè)自動化產(chǎn)品繁花似錦的今天，各生產(chǎn)廠商既互相競爭又互相合作。一 種自動化產(chǎn)品的競爭力除表現(xiàn) 在其技術(shù)上的個性外，更重要的還在于其滿足國際 標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平。標(biāo)準(zhǔn)化一方面保證了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，另一方面也保證了 各個廠家產(chǎn)品的互相兼容。出廠檢驗(yàn)時各可編程控制產(chǎn)品的廠家都有相應(yīng)的技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)作依據(jù)。按照這些標(biāo)準(zhǔn)，各種型號的 PLC 產(chǎn)品對工業(yè)應(yīng)用環(huán)境、抗干擾性等條目都給出了明確的規(guī)定。但是，這些標(biāo)準(zhǔn)目前只能是統(tǒng)一區(qū)域性的產(chǎn)品，而不能實(shí)現(xiàn)全球的統(tǒng)一性。為了使各廠家的產(chǎn)品有一個共同的參考平面，制定了國際標(biāo)準(zhǔn)。 2. CPU處理速度進(jìn)一步加快 目前 PLC 的 CPU 與微型計算機(jī)的 CPU 相比，還處在比較落后的地 步，最高的也僅僅處在 80486一級。將來會全部使用 64位 RISC 芯片，實(shí)現(xiàn)多 CPU并行處理或分時處理或分任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化。這樣 PLC 執(zhí)行指令的速度將達(dá)到納秒級。 提高一個系統(tǒng)的智能程度不僅提高系統(tǒng)的品質(zhì)，在某種意義上也提高了系統(tǒng)的可靠性。 開放性和兼容性是不可分割的而且是相輔相成的概念。一方面是某一產(chǎn)品和第三家同類產(chǎn)品在通信上的兼容程度，另一方面是指某系統(tǒng)尤其是軟件上的開發(fā)平臺對使用者有多大的開 放程度。當(dāng)今可編程控制產(chǎn)品種類繁多，加上自動化項目越來越大，致使常常在一個工程項目中出現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品做主從站的現(xiàn)象，這就要求每一廠家的產(chǎn)品族中，都要考慮到和其他廠家產(chǎn)品的兼容性問題 。另一方面，可編程控制器與工業(yè)控制機(jī)等其他裝置的通信難易也體現(xiàn)了開放性的特點(diǎn)。除此之外，同一廠家產(chǎn)品族中的各系列產(chǎn)品兼容性也代表了可編程控制產(chǎn)品的水平。 可編程控制產(chǎn)品是通用的。但是工業(yè)的每一領(lǐng)域都有其自己的特點(diǎn)。怎樣才能使一個系統(tǒng)既具有通用性又具備專業(yè)化呢 ?硬件系統(tǒng)的模塊化便是解決這一矛盾的鑰匙。 這樣，適合于某個行業(yè)或某些特殊問題的專用模塊就可以很容易地集 3 成到通用系統(tǒng)中去。常用的專用模塊包括 :定位模塊、溫度測量模塊、高速采樣模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等。 隨著 PLC 進(jìn)入過程控