【正文】 基于PLC的高速全自動包裝機畢業(yè)論文姓 名 : XX 系 部 : XXXXXXXX專 業(yè) : XXXXXXX 班 級 : XXXXX 指導老師 : XXXX 日 期 : 201 /12/17—201 /06/16目錄第一章 緒論 31．1可編程控制技術的發(fā)展趨勢 41．2卷紙包裝機產生的背景及意義 61．3 PLC在包裝機械上應用的可能性和前景 61．4項目研究的主要內容 7第二章PLC構成的包裝機控制系統(tǒng)的總體設計 82．1卷紙包裝機生產工藝概述 82．2可編程控制系統(tǒng)控制方案的設計 92．3系統(tǒng)的運行方式 102．4總體結構關系 112．5本章小結 16第三章 電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設計 173．1供電線路 173．2主要控制功能模塊的設計 183．3放卷、分切部分的張力控制 213．4送料過程中的同步控制 283．5本章小結 33第四章 PLC的軟件設計 34 34 494．3本章小結 56第五章PLC控制系統(tǒng)的通訊實現 57 S7300及多點接口網絡(MPI) 575．2 PROFIBUS概述 585．3現場總線信號與系統(tǒng)監(jiān)控軟件之間橋梁一OPC 605．4 S7300與WinCC之間的通信 625．5本章小結 64全文總結 65致謝 67參考文獻 68附錄包裝過程STL程序 69第一章 緒論ABSTRACTThis thesis mainly discussed the design ofcontrol system ofroll packing．As the kennel device control system，PLC is widety used in modem industrial production and do well in this field．This thesis takes the control system of the highspeed full—automatic roll packingmachine that was developed by Dongguan Jiaming Machine Manufacturing Limited Company 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 invertertechnique，light electricity technique and SO on．By using these techniques，we realized tension control，Synchronous control in transmitting process and packing processprogram contr01．To plete the data of collecting and control the output equipments to work safely，high speed and efficiently，we designed the PLC correspondence network by using the WinCC，a supervise control and configurmion software of thepany of Siemens，and its munication function，to realize the surveillance function ofthe packing process．The machine got the exaltation of the quality whether the function or theefficiency，basically came to the international advanced level in the late of 90’S，realized well the control request that the pany put forward．This control system is well rtmning in the lab．Key words：Packing machine；PLC；tension control；selfadaptive ControlSynchronous control；WinCC；Step71．1可編程控制技術的發(fā)展趨勢 隨著計算機科學的發(fā)展和工業(yè)自動化愈來愈高的需求，可編程控制技術得到了飛速的發(fā)展，其技術和產品日趨完善。僅僅將PLC理解為開關量控制的時代已經過去，PLC不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產的廣泛需要，而且將通信技術和信息處理技術融為一體，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絡方向發(fā)展?？偟内厔萑缦?．可編程控制技術的標準化 在工業(yè)自動化產品繁花似錦的今天，各生產廠商既互相競爭又互相臺作。一種自動化產品的競爭力除表現在其技術上的個性外，更重要的還在于其滿足國際標準化的程度和水平。標準化一方面保證了產品的出廠質量，另一方面也保證了各個廠家產品的互相兼容。出廠檢驗時各可編程控制產品的廠家都有相應的技術標準作依據。按照這些標準，各種型號的PLC產品對工業(yè)應用環(huán)境、抗干擾性等條目都給出了明確的規(guī)定。但是，這些標準目前只能是統(tǒng)一區(qū)域性的產品，而不能實現全球的統(tǒng)一性。為了使各廠家的產品有一個共同的參考平面，制定了國際標準。2．CPU處理速度進一步加快 目前PLC的CPU與微型計算機的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，實現多CPU并行處理或分時處理或分任務處理，實現各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化。這樣PLC執(zhí)行指令的速度將達到納秒級。3．可編程控制技術的智能化 提高一個系統(tǒng)的智能程度不僅提高系統(tǒng)的品質，在某種意義上也提高了系統(tǒng)的可靠性。4．系統(tǒng)的開放性和兼容性 開放性和兼容性是不可分割的而且是相輔相成的概念。一方面是某一產品和第三家同類產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。當今可編程控制產品種類繁多，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不同廠家的產品做主從站的現象，這就要求每一廠家的產品族中，都要考慮到和其他廠家產品的兼容性問題；另一方面，可編程控制器與工業(yè)控制機等其他裝置的通信難易也體現了開放性的特點。除此之外，同一廠家產品族中的各系列產品兼容性也代表了可編程控制產品的水平。5．通用性和專業(yè)化的結合 可編程控制產品是通用的。但是工業(yè)的每一領域都有其自己的特點。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、網絡接口模塊等。6．可靠性進一步提高 隨著PLC進入過程控制的領域，對PLC可靠性的要求進一步提高。硬件冗余的容錯技術將進一步得到應用，不僅會有CPU單元冗余、通信單元冗余、電源單元冗余、I/O單元冗余、而且整個系統(tǒng)都會實現冗余。但從根本上來講，系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各單元的可靠程度。要保證整個系統(tǒng)的可靠運行，首先要求系統(tǒng)各單元的質量要得到保證。MTBF(平均無故障時間)是衡量產品質量的重要指標?？v觀各著名廠商，其PLC產品都有不同程度的冗余功能，而且發(fā)展越來越完善。7．控制系統(tǒng)分散化 根據分散控制、集中管理的原則，PLC控制系統(tǒng)的i／o模塊將直接安裝在控制現場，通過通信電纜或光纖與主CPU進行數據通信。這樣使控制更有效，系統(tǒng)更可靠。8．控制與管理功能一體化 為了滿足現代化大生產的控制與管理的需要，PLC將廣泛采用計算機信息處理技術、網絡通信技術和圖形顯示技術，使PLC系統(tǒng)的生產控制功能和信息管理功能融為一體。綜上所述，我們不難得出下面幾個結論：1．工控機、計算機集散控制系統(tǒng)及PLC正在走著～條相互融合的道路。2．智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現場總線的新型控制思想。3．系統(tǒng)的智能性將越來越重要，因此系統(tǒng)的分析運算能力將越來越強4．基于標準化的開放性和兼容性是衡量系統(tǒng)質量的重要判據。5．通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。1．2卷紙包裝機產生的背景及意義 衛(wèi)生卷紙是人們生活中的必須品，隨著人們對紙質品用量的增加，對衛(wèi)生紙的需求也越來越大，且對衛(wèi)生紙的安全性，方便性要求也越來越高。為使包裝出的物品整齊、美觀并具有良好的包裝質量，研制高速、高效、高質、經濟的新型包裝機是市場的迫切需求。目前，該類包裝機多半為進口產品，價格昂貴。為此，我們開發(fā)了“卷紙包裝機控制系統(tǒng)”，我在其中負責控制系統(tǒng)的研究與設計工作。1．3 PLC在包裝機械上應用的可能性和前景 包裝機械的最大特點是動作復雜、頻繁，且有較多的執(zhí)行元件。在這種場合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用PLC控制的情況下，就可以對其內部的輔助繼電器進行編程后來取代。從物理介質方面來講，前者是要用具體的電氣元件來組合，而后者只是PLC的內部寄存器，在PLC編程容量許可的范圍內，可以不花費額外的費用來實現復雜的控制邏輯。一般的PLC都有上百點內部輔助繼電器甚至更多，且還有多種專用的內部電器，足可以應付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是對PLC進行編程。事實上PLC用于這種場合是最能顯現出其經濟性。當然我們不僅忽視了PLC的另一個優(yōu)點，那就是其運行速度及可靠性和壽命遠遠高于繼電器控制方式，從上述意義上來講，PLC最適合于需要大量中間繼電器的場合。且PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點：1)更改控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件作改動；2)程序可以復制，批量生產很容易；3)電氣硬件設計大大簡化：4)由于PLC除有繼電器功能外，尚有多種其它功能，可以實現繼電器無法實現的控制功能，實現某種程度上的智能化，并有可能使機構簡化；5)可靠性高；6)成本相對于繼電控制而言稍高，但繼電器控制隨著所用中間繼電器數量的增加，成本急驟上升，而PLC控制幾乎保持不變，這一點對于復雜的控制來講具有無可比擬的優(yōu)越性；7)具有擴展單元或擴展模塊，當需要較多i／o時可以方便地擴展。因此，國外在注塑機、各種包裝機上已經大量地采用了PLC來取代傳統(tǒng)的繼電器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。我國包裝機械目前控制部件大多還沿用繼電器方式。如果能用PLC來取代的話，則可以簡化機械結構，機械和電氣設計都可以得到簡化。更重要的是可以使原來無法實現的某些功能得以實現，使機器在某種程度上實現智能化。通過對各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用PLC控制系統(tǒng)。1．4項目研究的主要內容1．對可編程控制系統(tǒng)的現狀與發(fā)展趨勢作一簡單的介紹，明確背景知識與選型根據；分析PLC在包裝機械上應用的可能性與前景。2．卷紙包裝機各動作控制工藝的研究。了解卷紙包裝機的工作過程及工藝要求?？偨Y各機構的動作順序，將其用流程圖的形式表示出來，為實現高速全自動運動控制做準備。3．可編程控制器部分的設計，包括控制方案的選取與設計、I/O接口信號的確定、模塊的選擇，控制程序的設計與調試。第二章PLC構成的包裝機控制系統(tǒng)的總體設計 可編程控制技術并非單純是指PLC本身，而是包括其在內的一系列自動化控制產品和技術的應用。本系統(tǒng)在電氣控制部分設計時，充分考慮到用戶的功能需求和與本系統(tǒng)機械部分的合需求，在具體實現的過程中，又以系統(tǒng)的可靠性與易用性為準則，盡量把本系統(tǒng)設計成為一個功能齊全、可靠性高且易于使用的包裝機設備。在設計控制系統(tǒng)之前，首先得了解其生產工藝。2．1卷紙包裝機生產工藝概述 卷紙包裝機主要功能是將來自卷紙庫的卷紙以每分鐘60個的速率包裝成合格的衛(wèi)生卷筒紙。 工藝盤包裝紙以卷筒的形式放在原料架上，當上位機發(fā)出命令時，放卷電機動作，開始放卷。放卷到一定長度(長度由色標來檢測)時，通過色標信號向切紙機構發(fā)出指令。切紙機構采用交流變頻調速電機，帶動一個凸輪旋轉，以帶動切斷刀上下運動，在凸輪上安裝一個位置傳感器，當凸輪轉到某一位置時，切刀向上運動，二刀分離，當有色標信號時，刀又向下運動。切刀上、下的工作頻率可由變頻調速電機來調整，操作簡便。切好的紙片經整理后放入紙片庫中，等待推紙空心臺送紙片。同時卷紙庫的卷紙經過整理等待托盤推桿送卷紙球。簡單的工藝流程如圖21所示。 包裝過程通過包裝工藝盤及其輔助機構來實現。包裝工藝盤共有八個v形槽，三個加工工位，當包裝紙和待包裝的卷筒紙放入槽中后，由工藝盤載著其轉動，依次送入各加工工位。工藝盤的轉動是由交流電機通過皮帶傳動帶動的，各加工工位的動作是通過順序邏輯控制電磁閥進而帶動執(zhí)行機構動作的。工件從1號工位裝入；在2號工位由夾鉗機構完成前進，抓緊，旋轉，窩邊的動作，同時分別向托盤和推紙空心臺發(fā)出送紙球和送紙片信號；在3號工位，包裝好的產品由于重力作用落入成品庫。由于這是一個典型的順序控制，利用移位寄存器操作最為方便。設定一個8位移位寄存器，每位移位寄存器相應于一個V形槽，每120ms移位一次，控制相應的操作。當到2號工位時發(fā)出上料信號，推紙空心臺推動紙片(其總的上升時間大于490ms小于640ms)，托盤推動紙球