【正文】 統(tǒng)，外接打印機(jī)，打印報(bào)表。SIMATIC S7 一 300 所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。圖 24給出了本項(xiàng)目中配置的 S7300PLC模板的型號(hào)和數(shù)量，下面對使用的這些模塊作具體介紹⑿： PLC 的中央處理器 CPU3152DP CPU3152DP 是 S7 一 300 的大腦，其裝載存儲(chǔ)器的基本容量為 48K 字節(jié)或 80K字節(jié)，可用存儲(chǔ)卡擴(kuò)充裝載存儲(chǔ)器，最大容量可達(dá)到 512KB。 CPU3152DP 適用于要求高速處理和中等 I/O 規(guī)模的任務(wù)。一個(gè)系統(tǒng)可以有中央機(jī)架和最多三個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，第 ２０ 頁 共 42 頁 每個(gè)機(jī)架最多八個(gè)擴(kuò)展模塊，相鄰機(jī)架的間隔為 4厘米到 10 米。與其他 SIMATIC S7 系統(tǒng)進(jìn)行通訊。 32位數(shù)字輸出模塊 SM 322 D032*24DC/ 數(shù)字輸出模塊將 S7300 的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號(hào)電平。 A/D 轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心 ，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法。 SM331 的 8 個(gè)模擬量輸入通道共用一個(gè)積分式 A/D 轉(zhuǎn)換部件。 電源模塊 PS307 (5A)及其容量計(jì)算 PS307 電源模塊的輸入接單相交流，輸入電壓為 120/230V, 50/60HZ:輸出電壓24VDC，輸出電流 5A；在輸入和輸出之間有可靠的隔離。如能把接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用，可以解決大部分千擾問題。 那么各模塊從 24V電源吸取的總電流為 : 1000+600+2*60+3*100+4*1+500+4*80=2844 (mA) 考慮到電源應(yīng)留有一定的余量，所以電源模塊應(yīng)選 PS307 （ 5A ） 。 傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu) 卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)中主要的傳感器以開關(guān)量提供給 PLC，作為操作決策的依據(jù)，這些開關(guān)輸入量有 : 3工位的行程開關(guān) 、皮帶、推紙機(jī)的自動(dòng)停用和工作信號(hào) 、電磁閥等的電源信號(hào)等 PLC 的控制輸出大多是一些開關(guān)輸出信號(hào)，如送料機(jī)、工藝盤電機(jī)，皮帶的啟動(dòng)等，這些信號(hào)經(jīng)功率放大驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這樣便于將故障分散， 并且有利于調(diào)試和檢修。 裝料工位 1 要達(dá)到高速包裝，紙片和紙球需要快速地送到 1 工位，因此就必須考慮電機(jī)的速度響應(yīng)性。若要調(diào)整他們的位置，就不能按選擇按鈕SB2，這樣 KA不得電其常開觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控 制電路只能完成點(diǎn)動(dòng)控制。 第 ２７ 頁 共 42 頁 卸料工位 3 當(dāng)?shù)竭_(dá)此工位時(shí)，由于已越過卷紙的支撐平臺(tái)，包裝好的卷紙由于重力作用，自動(dòng)落入成品庫中。而采取基于 PLC的自適應(yīng)控制方法則可消除系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化的影響，達(dá)到優(yōu)良的控制效果。調(diào)節(jié)輥的位置通過電位器檢出后送 PLC，放卷輥的直徑通過超聲波測距儀檢出后送 PLC。一個(gè)典型的自適應(yīng)控制系統(tǒng)如圖 36所示，與一般反饋控制系統(tǒng)的區(qū)別第 ３１ 頁 共 42 頁 在于增加了參考模型和自適應(yīng)控制器⒆，因此增加了幾個(gè)參數(shù)。放卷機(jī)的調(diào)節(jié)原理方框圖見圖 3一 7[21]。從站可以是 ET200M 分布式 I/0設(shè)備，其通訊模塊為 profibusDP 有接口的現(xiàn)場設(shè)備，通過 profibusDP總線的數(shù)據(jù)傳送率可達(dá) 12Mbit/so CP5611 網(wǎng)卡是將 PLC 的 MPI 口和上位機(jī)連接，以進(jìn)行程序的下載調(diào)試及變量傳輸。 ET200M 帶有集成 I/0，除開關(guān)量信號(hào)以外，還可以采集和 傳輸模擬信號(hào)。用光電編碼器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速 P090 =1。定子頻率 1/s 除以極對數(shù)之值為 CBl 板字 2(實(shí)際測量值 ) 以上自適應(yīng)控制方法在變轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的張力控制系統(tǒng)中取得了良好的控制效果，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。附加設(shè)定位 2為 0 P554 =3001。本系統(tǒng)中放卷機(jī)變頻器的使用特點(diǎn)是 V/f轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，但通過光電編碼器采集電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值，變頻器通過 CB1板經(jīng) profibusDP總線接收 PLC 的“控制字”命令和轉(zhuǎn)速設(shè)定值，或向 PLC發(fā)送“狀態(tài)字”和轉(zhuǎn)速實(shí)際值。 CBl 通訊板，是用于 SIMOVERT Master Drives 的 profibusDP 總線接口， CBl第 ３３ 頁 共 42 頁 通過雙口 RAM 與變頻器內(nèi)閉環(huán)控制電子板 CU2 接口 .變頻器可通過 CBl 通訊板接人profibusDP網(wǎng)中 作為從站接收主站 SIMATIC S7 的控制。 CPU315DP 使用STEP7 編程語言，最短的指令執(zhí)行時(shí)間為 ，最長的除法操作指令執(zhí)行時(shí)間為。其中積分系數(shù)與放卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比。 第 ２９ 頁 共 42 頁 放卷部分 放卷部分恒張力控制的變化是由于原卷材半徑的變化，造成放卷電機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化，根據(jù)放卷半徑的檢測方法⒅，以放卷筒為研究對象，根據(jù)圖 35 受力關(guān)系，建動(dòng)態(tài)力矩平衡方程 : 第 ３０ 頁 共 42 頁 張力控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 1)基本控制思想 由于帶膜放卷輥的直徑變化范圍很大，放卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化范圍很大，亦即控制對象的參 數(shù)變化范圍很大，若控制器采用定參數(shù)的 PID 調(diào)節(jié)方法必定得不到滿意的控制效果。 工作時(shí)首先根據(jù)紙厚通過上位機(jī)設(shè)定所需張力， 該張力是通過氣壓加至調(diào)節(jié)輥上而產(chǎn)生的。當(dāng)某一段張力出現(xiàn)允許范圍內(nèi)的抖動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)也應(yīng)該作出上述反應(yīng)。 SQa 為到工位 2 時(shí)的行程開關(guān) ,當(dāng)?shù)竭_(dá)此處時(shí)，發(fā)出進(jìn)料信號(hào)，放紙空心臺(tái)和托盤推桿上升。在這個(gè)工位上，推紙空心臺(tái)推動(dòng)己切好的包裝紙片，托盤推桿推動(dòng)紙球同時(shí)以 相同的速度前進(jìn)，當(dāng)壓到紙片到位行程開關(guān)時(shí)，推紙空心板停止，當(dāng)壓到托盤到位行程開關(guān)時(shí)，托盤停止。若機(jī)器出現(xiàn)故障，則應(yīng)立即切斷電源，并且進(jìn)行機(jī)第 ２４ 頁 共 42 頁 械制動(dòng)，確保機(jī)器的安全。對于該包裝機(jī)的控制系統(tǒng)，主要有原包裝紙放料過程中的張力控制，送料過程中的同步控制，包裝過程控制等。滿足了不同控制系統(tǒng)的要求。表 21列出了在 24V 直流負(fù)載電源下，所選用的各種 S7300 模塊的電流損耗以及從 24V 負(fù)載電源吸取的電流。輸出電流長期在 5A到 7A 之間時(shí)，輸出電壓下降，電源壽命縮短 。對于一個(gè)積分時(shí)間設(shè)定為 20ms,8 個(gè)輸入通道都接有外部信號(hào)且都需斷線監(jiān)視的 SM331，其循環(huán)時(shí)間為 (22+10)*8=256ms. 第 ２１ 頁 共 42 頁 SM331 的每兩個(gè)輸入通道構(gòu)成一個(gè)輸入通道組，可以按通道組任意選擇 測量方法和測量范圍。在我國為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用 20ms 的積分時(shí)間，相應(yīng)精度為 12位。 的輸出電流 。 SM321 數(shù)字輸入模塊具有 32 位獨(dú)立的輸入點(diǎn)，用于連接開關(guān)或 2 線接近開關(guān) (BERO)。 通訊處理器模塊 CP3435 CP3435 通訊處理器是用于 PROFIBUSFMS 總線系統(tǒng)的 SIMATICS7300 的通訊處理器。每個(gè)機(jī)架的接口模塊通過總線連接器連接到 I/O 模塊。 CPU 響應(yīng)哪個(gè)事件，操作系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用該事件的組織塊 OB 。此外， S7 300 系列 PLC 還具有模塊點(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該包裝機(jī)控制系統(tǒng)需要配置如下的不同性質(zhì)的 I/0點(diǎn)： 80 個(gè)開關(guān) 量輸入； 50 個(gè)開關(guān)量輸出； 15 個(gè)模擬量輸入； 15 個(gè)模擬量輸出； 根據(jù)對上述控制任務(wù)的分析，本項(xiàng)目選擇了 Siemens 的模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)S7300，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。 PLC負(fù)責(zé)按鈕、行程開關(guān)和其它開關(guān)量信號(hào)的輸入，以及發(fā)出信號(hào)去控制接觸器、繼電器、變頻器等電氣元 件，進(jìn)而控制各電機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)控制相應(yīng)指示燈的顯示。 ：按啟 動(dòng)按鈕，程序完成一個(gè)周期的動(dòng)作后又接著從第一步開始運(yùn)行，自動(dòng)循環(huán)。 PLC 作為一種控制設(shè)備，用它單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)是有局限性的，主要是無法進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，無法顯示各種實(shí)時(shí)圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢字和打印漢字報(bào)表，沒有良好的界面。 整個(gè)控制系統(tǒng)以西門子 S7300 系列 PLC 作為基礎(chǔ)，其掃描速度在其他工業(yè)控制系統(tǒng)中處于領(lǐng)先地位，每 1000 條指令約需 0. 3 ms。但體積比較大，調(diào)整環(huán)節(jié)比較長。當(dāng)包裝材料按定長切斷后，在移送過程中，一旦發(fā)生靜電粘附時(shí)；就需馬上停機(jī)，所以靜電性越小越好。因此研制高速包裝機(jī) 已成為社會(huì)發(fā)展的必然。當(dāng)?shù)?2 號(hào)工位時(shí)發(fā)出上料信號(hào)，推紙空心臺(tái)推動(dòng)紙片 (其總的上升時(shí)間大于490ms 小于 640ms)，托盤推動(dòng)紙球 (其總的上升時(shí)間略小于 640ms)同時(shí)以相同的速度前進(jìn)，當(dāng)工藝盤 V 形槽到達(dá)第一工位時(shí)，工藝盤停止，在此延時(shí) 150ms，待放紙空心臺(tái)壓到紙片到位行程開關(guān)，停止，托盤壓到托盤到位行程開關(guān)，托盤停止，完成了上料操作，當(dāng)延時(shí)到，托盤和放紙空心臺(tái)后退，同時(shí)，插紙板前進(jìn)，托住紙球與工藝盤一同運(yùn)動(dòng)。包裝過程通過包裝工藝盤及其輔助機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 卷紙包裝機(jī)生產(chǎn)工藝概述 卷紙包裝機(jī)主要功能是將來自卷紙庫的卷紙以 每分鐘 60 個(gè)的速率包裝成合格的衛(wèi)生卷筒紙。下面就具體結(jié)合卷紙包裝機(jī)電控系統(tǒng)的實(shí)際來看一下它的應(yīng)用?？偨Y(jié)各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，將其用流程圖的形式表示出來，為實(shí)現(xiàn)高速全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制做準(zhǔn)備。 因此，國外在注塑機(jī)、各種包裝機(jī)上已經(jīng)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。當(dāng)然我們不僅忽視了 PLC 的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是其運(yùn)行速度及可靠性和壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)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。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(jì)的新型包裝機(jī)是市場的迫切需求。 而 集 散 控 制 系 統(tǒng)DCS( DistributionControl 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。 PLC 與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較 PLC 是專為工業(yè)控制所設(shè)計(jì)的。而 PLC用專用的指令系統(tǒng)來編程的。同樣存在著編程難、不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性仍較差，成本高等缺點(diǎn)。而 PLC 則采用了無觸點(diǎn)的電子電路來替代繼電器觸點(diǎn)，確切地說是用存貯器內(nèi)的數(shù)據(jù)來代替觸點(diǎn)，因此不存在上述缺點(diǎn)。并且內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，所以不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的問題。而 PLC 是利用其內(nèi)部的存儲(chǔ)器以數(shù)據(jù)形式將控制第 ９ 頁 共 42 頁 邏輯存儲(chǔ)起來的，所以只要改變 PLC 內(nèi)存儲(chǔ)器的內(nèi)容，也就可以實(shí)現(xiàn)更改控制邏輯的目的。 、高度專業(yè)化的融合 是可編程控制系統(tǒng)的新特征?？v觀各著名廠商，其 PLC 產(chǎn)品都有不同程度的冗余功能，而且發(fā)展越來越完善。怎樣才能使一個(gè)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。 提高一個(gè)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。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(gè)廠家產(chǎn)品的互相兼容。近年來，隨 著我國對外開放，日、美、西德等國生產(chǎn)的 PLC 己通過多種途徑進(jìn)入了我國，引起了各方面的重視并得到應(yīng)用。 70 年代初，日本的 OMRON 也推出了他們的 PLC。 tension control。張力控制 。 ，卷紙和包裝紙要求能同時(shí)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(dòng)軸上安裝一個(gè)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(shí)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(dòng)，實(shí)現(xiàn)了送料過程中的同步控制。第 １ 頁 共 42 頁 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 基于 PLC 高速全自動(dòng)包裝機(jī)的控制系統(tǒng)應(yīng)用 專 業(yè)： 電子信息工程 (數(shù)控方向 ) 第 ２ 頁 共 42 頁 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。 ，因此我們利用一個(gè)移位寄存器，使工藝盤的每一個(gè) V形槽對應(yīng)一個(gè)二進(jìn)制位，通過移位寄存器的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了包裝過程的程序控制。自適應(yīng)控制 。 selfadaptive Control control。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。如寶鋼工程應(yīng)用了數(shù)百臺(tái) PLC，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應(yīng)用了美國和西德的 PLC。出廠檢驗(yàn)時(shí)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)。 開放性和兼容性是不可分割的而且是相輔相成的概念。這樣，適合于某個(gè)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。 根據(jù)分散控制、集中管理的原則， PLC 控制系統(tǒng)的 I/0 模塊將直接安裝在控制現(xiàn)場，通過通信電纜或光纖與主 CPU進(jìn)行數(shù)