【正文】 術(shù)和信息處理技術(shù)融為一體，其功能也日趨完善。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、拖拉機工業(yè)、機械工業(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。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?，F(xiàn)代 PLC 已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。 送料過程中的同步控制 .......................................... 18 信號的獲取 .................................................... 18 同步控制電路原理的分析 ........................................ 19 6 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ......................................錯誤 !未定義書簽。 控制系統(tǒng)主要器件的選擇 .........................錯誤 !未定義書簽。 卷紙包裝機產(chǎn)生的背景及意義 ..................................... 5 PLC 在包裝機械上應(yīng)用的可能性和前景 ............................. 5 本設(shè)計研究的主要內(nèi)容 ........................................... 6 設(shè)計的安 排 ..................................................... 6 2 卷紙包裝機控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 ........................錯誤 !未定義書簽。 可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢 .......................錯誤 !未定義書簽。使該機無論從功能上還是效率上都獲得了質(zhì)的提高，較好地實 現(xiàn) 了 控制要求。 包裝過程中的同步控制問題 。為使包裝出的物品整齊、美觀并具有良好的包裝質(zhì)量，研制高速、高效、高質(zhì)、經(jīng)濟的新型包裝機是市場的迫切需求。 本 設(shè)計 以高速全自動卷紙包裝機控制系統(tǒng) 作 背景， 同時結(jié)合 理論 和 實踐，細致地記述了 ： 光電感應(yīng)技術(shù) 、 PLC 技術(shù) 、 通信技術(shù)于一 體 的先進控制技術(shù)在這款包裝機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 4.利用 Siemens 公司的編程軟件 Step和通信功能設(shè)計了包裝過程梯形圖、 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)及 STR 語句，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與控制輸出設(shè)備的高速 、 高效、安全地運行 。 關(guān)鍵詞 ： PLC 包裝機 同步控制 Step7 基于 PLC 高速全自動包裝機的控制系統(tǒng)設(shè)計 IIAbstract A roll of toilet paper is people39。 PLC 與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 ...................錯誤 !未定義書簽。 卷紙包裝機生產(chǎn)工藝論述 .........................錯誤 !未定義書簽。 4 電器線路和元件模塊的設(shè)計 ............................錯誤 !未定義書簽。 基于 PLC 高速全自動包裝機的控制系統(tǒng)設(shè)計 V 概述 ...........................................錯誤 !未定義書簽。最初， PLC 主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機械的控制上。 70 年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型 PLC。近年來，隨著我國對外開放，日、美、西德等國生產(chǎn)的 PLC 已通過多種途徑進入了我國，引起了各方面的重視并得到應(yīng)用。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。出廠檢驗時各可編程控制產(chǎn)品的廠家都有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作依據(jù)。 （ 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。 （ 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。 （ 5） 通用性和專業(yè)化的結(jié)合 可編程控制產(chǎn)品是通用的。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。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(zhì)量要得到保證。這樣使控制更有效，系統(tǒng)更可靠。 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。如電機的啟動與停止，電磁閥的開閉，工件的位置、速度、加速度的測定，產(chǎn)品的計數(shù)以及溫度、壓力、流量等物 理量的設(shè)定和控制等等。 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器控制是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點的串、并聯(lián)及時間繼電器的延遲動作來組成控制邏輯，其缺 點是一個系統(tǒng)一旦確定就很難輕易再改動。至于 PLC 對外部的聯(lián)系，只有 I/O 點，只要輸入輸出對象不變，就無須對硬接線作任何改動。對于復(fù)雜的控制，使用的繼電器越多，反應(yīng)就越慢。由于時間繼電器是利用空氣阻力，半導(dǎo)體延時電路來實現(xiàn)延時的，所以其定時精度低，調(diào)整不方便?，F(xiàn)代的 PLC 一般都具有定時器和計數(shù)器功能。 PLC 一般還具有步進控制指令，可以進行步進控制，而繼電器邏輯就比較困難。 PLC 與單片機控制系統(tǒng)比較 雖然單片機的配置較微機系統(tǒng)簡單，成本也較易接受，但它仍然不是為工業(yè)控制而設(shè)計的。因此，它具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。雖然 PLC 也有必不可少的軟件開發(fā)過程，但兩者所用的語言差別很大，單片機主要使用匯編語言開發(fā)軟件。 單片機控制系統(tǒng)僅適用于較簡單的自動化項目。 PLC 與計算機控制系統(tǒng)的比較 PLC 是專為工業(yè)控制所設(shè)計的。而微機系統(tǒng)則不具備上述特點，一般對運行環(huán)境要求苛刻，使用高級語言編程，要求使用者有相當(dāng)水平的計算機硬件和軟件知識。而集散控制系統(tǒng) DCS（ Distribution Control System） 是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的分布式控制系統(tǒng)，它在模擬量處理，回路調(diào)節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢。 由于以上的原因，可以預(yù)見隨著 PLC 成本的下降和機器要求的提高，將很快在大部分場合取代繼電器控制屏。為使包裝出 的物品整齊、美觀并具有良好的包裝質(zhì)量，研制高速、高效、高質(zhì)、經(jīng)濟的新型 包裝機是市場的迫切需求。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(nèi)部的輔助繼電器進行編程后來取代。當(dāng)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。如果能用 PLC 來取代的話，則可以簡化機械結(jié)構(gòu)，機 械和電氣設(shè)計都可以得到簡化 [6]。 （ 2） 卷紙包裝機各動作控制工藝的研究。 設(shè)計 的安排 本設(shè)計 共分 六 章。第四章主要是對 控制系統(tǒng)的供電線路及包裝 機各工位 元件的設(shè)計 。這里需要說明的是，正如前面所提到的那樣，可編程控制技術(shù)并非單純是指 PLC 本身，而是包括其在內(nèi)的一系列自動化控制產(chǎn)品和技術(shù)的應(yīng)用。 如 圖 所示是簡易的工藝流程圖 。切刀 向 上 和向 下的工作頻率可 借助 變頻調(diào)速電機 進行 調(diào)整，操作 簡單方便 。包裝工藝盤 一 共有八個 V 形槽 和 三個加工工位，當(dāng)包裝紙 與 待包裝的卷筒紙放 到 槽中 之 后，由工藝 盤載著其 開始 轉(zhuǎn)動，依次送 到每個 加工工位。移位寄存器假設(shè)是一個 8 位的，一個 V 形槽與一個移位寄存器吻合，移位一次要 120ms， 2號工位給出上料指令時，紙片被推動于推紙空心臺，紙球被托盤牽引并且用一樣的速度向前推進當(dāng)?shù)谝还の磺『霉に嚤P V 形槽相吻合時，工藝盤不動，拖延時間在這個時間是 150ms，守候紙片被放紙空心臺壓到時，到位行程開關(guān)，關(guān)閉，托盤到位行程開關(guān)，被托盤壓到時，托盤不動，實現(xiàn)了送料目的，等到延時結(jié)束，齊頭并進。 控制方案的設(shè)計 根據(jù)卷紙包裝生產(chǎn)工藝，卷紙包裝機的控制系統(tǒng)主要包括放卷過程的控制，送料過程控制，同步控制，由于控制項目多，被控工序還都聚集在一塊，所 以選 用集中控制系統(tǒng)這方案。 針對這些缺陷，上位機的輔助是我們的理想選擇。 （ 2） 單步 ： 按開始開關(guān)，運作一個工序，到位就停止。在自動模式時，如果按下復(fù)位開關(guān)，系統(tǒng)還是運行到第一步啟齒的地方才暫停 ； 如果按停止開關(guān)， 運行就馬上停止，這時候如果再按開始，系統(tǒng)就從這位置運行至啟始處停止?？紤]控制系統(tǒng)需要，因為包裝機運行模式是循環(huán)模式，當(dāng)在操作完成或檢測到停止運行信號或機器出現(xiàn)問題或突發(fā)事情時才停止，所以該系統(tǒng)應(yīng)用硬件切斷電源，讓系統(tǒng)馬上停車。 工控機 ： 本系統(tǒng)上位機選用研華 IPC610 工控機， ISA 總線插槽 4 個分布在內(nèi)部底板上、由于有 2 個 PCI 總線插槽與一個 CPU 插槽， 所以可以更簡捷的拓展系統(tǒng)，運用 WINDOWSNT 操作系統(tǒng)，打印機外接一個，目的是報表的打印。據(jù)了解，這個包裝機的控制操作系統(tǒng)應(yīng)具備配置以下不相似的特點的 I/0 點 。 在該系統(tǒng)中，主要功能是收集外部開關(guān)信號 （ 按鈕、行程開關(guān)、繼電器節(jié)點 ） 的輸入，預(yù)測現(xiàn)在的系統(tǒng)的狀態(tài)和 輸出信號來控制接觸器、繼電器等器件，用來達到控制任務(wù)的目的。這個系列的變頻器控制和動態(tài)感應(yīng)度都很好。 MICROMASTER 440 系列變頻器作用穩(wěn)定，可以適合各類環(huán)境的應(yīng)用需求 [9， 10]。工藝盤的轉(zhuǎn)動的動力源由三相異步電機用皮帶傳動提供的，電磁發(fā)給各道工序帶來外加的動力轉(zhuǎn)向從而帶動機械結(jié)構(gòu)移動來完成的。在 QS1 前導(dǎo)出的一路電源的目的是給空調(diào)器與照明燈提供電源，由于它們都是屬于附屬設(shè)備，和控制無關(guān)，因此可以從 QS1 之前引出，為了在檢修時也不干涉它的正常運作 [12]。因此我們選用交流伺服電機作為裝料機構(gòu)的執(zhí)行電機。 圖 裝料工位控制線路圖 為了 能夠 在正式工作 開始 前 合理 調(diào)整推紙空心臺 與 卷紙托盤推桿的位置，本線路設(shè)置的 有操作選擇控制，由按鈕 SB2 以及 中間繼電器 KA 構(gòu) 成。當(dāng)工藝盤轉(zhuǎn)到 V3 或 V7 槽時，壓動行程開關(guān) SQa,，KT1 得電，當(dāng)延時到，其常開觸點閉合，放紙空心臺 與 托盤推桿 一起往上 升 起 ，重復(fù)以上 操作， SQp 為到工位 1 時的行程開關(guān)，延時 150 毫秒 之 后，工藝盤 開始 轉(zhuǎn)動，同時放紙空心臺 與 托盤推桿 開始 下降。 接著 徑向電機反轉(zhuǎn)， 同時松開 夾緊裝置，軸向電機 進行 反轉(zhuǎn)， 讓 夾鉗機 構(gòu)退回到原來位置。 放卷、分切部分的張力控制 卷紙包裝機有一套傳動系統(tǒng) ， 包括放卷 ， 切斷 ， 每個部分由一臺電動機帶動。由主速節(jié)點測量到的包裝紙線速度必須實時傳到放卷節(jié)點 ， 當(dāng)某一軸上的包裝紙即將放完時 ， 該部分的另一軸應(yīng)該提前轉(zhuǎn)動起來 ， 并且線速度和主速節(jié)點傳過來的速度值保持一致 ， 這樣才能 實現(xiàn)無速度差轉(zhuǎn)接 ， 以減少廢料。 基于 PLC 高速全自動包裝機的控制系統(tǒng)設(shè)計 18 5 同步控制系統(tǒng)分析 卷紙機 設(shè)備的同步控制系統(tǒng)框，機械動力 在 提 供給產(chǎn)品供送系統(tǒng) 的 同時還提供給差速器， 把 差速器的輸出提供給包裝材料的供送 （ 無同步控制的設(shè)備是直接 把 機械動力傳輸 到 包裝材料的供送系統(tǒng) ） [13]。 送料過程中的同步控制 在高速全自動包裝機運作的 一系列動作 中，產(chǎn)品的供送 及 包裝材料的供送 全部 是連續(xù) 實行 的， 并且 它們分別 收到外在 因素的影響， 舉例來說： 生產(chǎn)中速度的 調(diào)換 、包裝材料的張力 變化以及 拉伸率不 均勻 等 等 ， 所以 這兩個系統(tǒng)相互之間有一個需要隨時調(diào)整速度的同步控制問題 [16]。產(chǎn)品供送系統(tǒng)的信號 依靠 接近開關(guān)取出。 我們 可以根據(jù)這樣的判斷來控制伺服電機對產(chǎn)品供送系統(tǒng)的速度進行補償。在這段延時結(jié)束后，如果獲得 S 信號，則表時產(chǎn)品供送超前，發(fā)出調(diào)控動作 [18]。 因為 T1 時間越少，同步準(zhǔn)確度就突出。與非門的結(jié)果功能輸出是讓 556 構(gòu)成的兩個延時電路，他們的功能作用是控制電機的正反轉(zhuǎn)。正反轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)可由發(fā)光二極管 LED2與 LED3 顯示。 假如 伺服電機 進行的 正反向動作交替 過于 頻繁， 表明 補償量 已經(jīng) 超過需要， 這時可以合理 減少補償 的 時間。從 實際 的操作 運行 不難看出 ， 這 種 控制方式的原理 以及 電路 均 是合理 的 ， 且可以 滿足現(xiàn)實 需要，同步控制精度可以在不停機的情況下實現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，控制效果大大優(yōu)于常規(guī)的凸輪控制出，這控制方法的原理與電路是可行的，達到我們的預(yù)期所需效果，同步控制的精確度能在不停機的環(huán)境下完成在線調(diào)整，這就是這系統(tǒng)的優(yōu)勢特點 [20]。特別是要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等