【正文】 比較 ............................................................ 6 卷紙包裝機(jī)產(chǎn)生的背景及意義 ....................................................................... 6 PLC 在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性和前景 ...................................................... 6 項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容 ....................................................................................... 7 論文的安排 ....................................................................................................... 8 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 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(jiǎn)稱 PC 或 PLC，是 60 年代 末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國(guó)數(shù)字公司 (DEC)為美國(guó)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。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 。僅僅將 PLC 理解為開關(guān)量控制的時(shí)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) 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 和信息處理技術(shù)融為一體，其功能也日趨完善。按照這些標(biāo)準(zhǔn)，各種型號(hào)的 PLC 產(chǎn)品對(duì)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。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(tái)對(duì)使用者有多大的開放程度。常用的專用模塊包括 :定位模塊、溫度測(cè)量模塊、高速采樣模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等。這樣使控制更有效，系統(tǒng)更可靠。如電機(jī)的啟動(dòng)與停止，電磁閥的開閉，工件的位置、速度、加速度的測(cè)定，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)以及溫度、壓力、流量等物 理量的設(shè)定和控制等等。至于 PLC 對(duì)外部的聯(lián)系，只有 1/0 點(diǎn)，只要輸入輸出對(duì)象不變，就無(wú)須對(duì)硬接線作任何改動(dòng)。由于時(shí)間繼電器是利用空氣阻力，半導(dǎo)體延時(shí)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)的，所以其定時(shí)精度低，調(diào)整不方便。 PLC 一般還具有步進(jìn)控制指令，可以進(jìn)行步進(jìn)控制，而繼電器邏輯就比較困難。單片機(jī)與 PLC 的比較 :在很大程度上，單片機(jī)是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的。后者簡(jiǎn)便易學(xué)，現(xiàn)場(chǎng)就可以開發(fā)調(diào)試。此外，使用面向工業(yè)控制的專用語(yǔ)言而使編程及修改方便。并開始與小型計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成了以 PLC 為重要部件的分布式控制系統(tǒng)。為此， 我們與長(zhǎng)春 佳鳴機(jī)械制造有限公司合作，共同開發(fā)了“卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)” 。 2)程序可以復(fù)制，批量生產(chǎn)很容易 。如果能用 PLC 來(lái)取代的話，則可以簡(jiǎn) 化機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)都可以得到簡(jiǎn)化。 ，包 括控制方案的選取與設(shè)計(jì)、 I/0 接口信號(hào)的確定、模塊的選擇，控制程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 第二章 PLC 構(gòu)成的包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 第二章卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 第一章介紹了可編程控制 技術(shù)的一些概要情況，下面就具體結(jié)合卷紙包裝機(jī) 電控系統(tǒng)的實(shí)際來(lái)看一下它的應(yīng)用。切紙機(jī)構(gòu)采用交流變頻調(diào)速電機(jī)，帶動(dòng)一個(gè)凸輪旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)切斷刀 上下運(yùn)動(dòng)，在凸輪上安裝一個(gè)位置傳感器，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，切刀向上運(yùn) 動(dòng)，二刀分離，當(dāng)有色標(biāo)信號(hào)時(shí)，刀又向下運(yùn)動(dòng)。在 2 號(hào)工位由夾鉗機(jī)構(gòu)完成前進(jìn)，抓緊，旋轉(zhuǎn)，窩邊的動(dòng)作，同時(shí)分別 向托盤和推紙空心臺(tái)發(fā)出送紙球和送紙片信號(hào) 。由于卷紙包裝機(jī)控制對(duì)象較多，有放卷分切中的 張力控制，包裝過程控制，送料過程中的同步控制，且被控對(duì)象比較集中，因此 我們采取集中控制系統(tǒng)方案。在軟件設(shè)計(jì)和編 程上，加上一些抗干擾模塊。根據(jù)卷紙包裝機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，本系統(tǒng)采用自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種方式。工控機(jī)通過串行口與 PLC 相連，進(jìn)行相互通信，所以工控機(jī)是通過發(fā)出命令 去控制 PLC 的運(yùn)行以達(dá)到進(jìn)行全自動(dòng)控制的目的。 巧個(gè)模擬量輸入 。本系統(tǒng)所用的主機(jī)模塊是 CPU 3152DP，可以通過 MPI 轉(zhuǎn)接電纜或通訊模 塊與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，再加上其全面的診斷功能和完善的自我保護(hù)技術(shù)，使其具 有極高的可靠性，極其適合本系統(tǒng)的需求。 CP343 一 5 IM360 和 IM361 在本系統(tǒng)中， H 刃的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號(hào) (按鈕、行程開關(guān)、繼電 器節(jié)點(diǎn) )的輸入，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號(hào)去控制接觸器、繼電器等器 件，以完成相應(yīng)的控制任務(wù)。 127 個(gè)數(shù)據(jù)塊 DB (127, 0 保留 )。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。 每個(gè) IM361 需要一個(gè)外部 24V電源，向擴(kuò)展機(jī)架上的所有模塊供電。 32 路數(shù)字輸入模塊 SM321 數(shù)字輸入模塊 SM321 向外提供電源，將位于現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)觸點(diǎn)的狀態(tài)經(jīng)過光電 隔離和濾波，將從過程傳輸來(lái)的外部數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部 S7300 信號(hào)電平。 SM322: D032*24DC/ 方式的模塊，只能帶直流負(fù)載 。積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)值的精 度越高。某一通道從開始轉(zhuǎn)換模擬量輸入 值起，一直持續(xù)到再次開始轉(zhuǎn)換的時(shí)間稱為輸入模塊的循環(huán)時(shí)間。在輸入和輸出之間有可靠的隔離。在確定所有的模塊并組建 S7 300 系統(tǒng)時(shí)要選擇合適的電源模塊。滿足了不同控制系統(tǒng)的要求。對(duì)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。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)械制動(dòng)，確保機(jī)器的安全。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。 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 升降速過程中，主速節(jié)點(diǎn)必須發(fā)送升降速標(biāo)志給其它各節(jié)點(diǎn)，使他們?cè)诳刂聘髯詮埩r(shí)作出相應(yīng)的補(bǔ)償，這個(gè)過程要求響應(yīng)快。其放卷機(jī)控制系統(tǒng)原理如圖 3 一所示。 張力控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 2)控制系統(tǒng)硬件配置 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖 38。 Profibus}DP(Distributive Peripheral一分布式外設(shè) )是 profibus 的重要組成部分。由于放卷機(jī)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，故采用直流母線供電，這樣可以使電能回饋到母線。主設(shè)定值位于 CB1 板字 2 P443 二 0。 送料過程中的同步控制 在高速全自動(dòng)包裝機(jī)運(yùn)作的過程中，產(chǎn)品的供送和包裝材料的供送均是連續(xù)進(jìn)行的，而 且它們分別受到許多因素的影響，如 :生產(chǎn)中速度的變化、包裝材料的張力和拉伸率不均勻等，因此這兩個(gè)系統(tǒng)相互之間有一個(gè)需要隨時(shí)調(diào)整速度的同步控制問題。如圖 311:包裝材料每供送到一定長(zhǎng)度時(shí)，光電傳感器讀到 色標(biāo)信號(hào)，將該信號(hào)作為同步信號(hào)送 給比較器，同時(shí)將此信號(hào)輸送給切紙機(jī)構(gòu)，由于切紙機(jī)構(gòu)與包裝材料在水平方向上是同步的 (關(guān)于切紙機(jī)構(gòu)與包裝材料的同步控制在此不作論述 )，因此他并不影響送料速度。這段延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短是可供隨時(shí)調(diào)節(jié)的，因此達(dá)到同步精度可調(diào)的目的。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 24 這時(shí)正反補(bǔ)償都不動(dòng)作，即補(bǔ)償電機(jī)停止，表示兩個(gè)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)。 同步控制電路原理的實(shí)現(xiàn) 同步控制電路原理如圖 313所示。 上述原理可由圖 312 實(shí)現(xiàn)。在產(chǎn)品供 送 系 統(tǒng) 的 驅(qū) 動(dòng) 軸 上安裝一個(gè)如圖 39 所示的半圓形金屬片 1，在側(cè)面裝上接近開關(guān) J 的探頭，如圖所示的瞬間，接近開關(guān)沒有感應(yīng)到金屬片 1，假設(shè)輸出狀態(tài)為 1，當(dāng)產(chǎn)品供送軸 3 旋轉(zhuǎn)，半圓金屬片遮住接近開關(guān)，接近開關(guān)輸出狀態(tài) J 為 0，因此產(chǎn)品供送軸每旋轉(zhuǎn)一圈，接近開關(guān)的 1 和 0 輸出狀態(tài)大約各占一半的時(shí)間 。將產(chǎn)品供送和包裝材料供送的信號(hào)反饋給同步控制電路，比較兩者是否同步。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。主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí) .是一種高速 (可達(dá)12Mbit/s)和便宜的通信連接，它被設(shè)計(jì)為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散的 I/0 之間進(jìn)行通信使用，可滿足全數(shù)字交直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于電機(jī)快速的時(shí)間響應(yīng)要求。 CPU315DP用于要 求中到大規(guī)模的程序和通過 profibusDP 進(jìn)行分布式配置的設(shè)備，具有能進(jìn)行浮點(diǎn)處理的 STEP?處理器和用于接口通訊的微控制器，可直接與編程器連接。由于調(diào)節(jié)輥所受到的長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 21 向下的力 Fg是重力和氣壓力的合力，該力是一個(gè)恒定的力，調(diào)節(jié)輥所受到的向上的力則是包裝紙的張力 T}和 T2。由主速節(jié)點(diǎn)測(cè)量到的包裝紙線速度必須實(shí)時(shí)傳到放卷節(jié)點(diǎn)，當(dāng)某一軸上的包裝紙即將放完時(shí)，該部分的另一軸應(yīng)該提前轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，并且線速度和主速節(jié) 點(diǎn)傳過來(lái)的速度值保持一致，這樣才能實(shí)現(xiàn)無(wú)速度差轉(zhuǎn)接，以減少?gòu)U料。延時(shí) 50ms,在此時(shí)間段中，主電機(jī)帶動(dòng)該機(jī)構(gòu)軸旋轉(zhuǎn) 90 度，延時(shí)結(jié)束，軸向電機(jī)繼續(xù)動(dòng)作，完成窩邊動(dòng)作。包裝紙推紙空心臺(tái)和卷紙托盤推桿要 自動(dòng)往返于工藝盤和地面之間以完成送料動(dòng)作，其控制線路 },6}. a 如圖 32 所示。 在主電機(jī)啟動(dòng)后，送紙電機(jī)應(yīng)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證下紙道中有充足的卷紙供推紙 板使用，并且要求在 JS3 傳感器 (檢測(cè)推紙板是推還是退 )的控制下有高低速自 動(dòng)切換功能。 3． 1 供電線路 圖 31 供電線路 Supply power circuit 如圖 31 所示，三相電源由滑線引入電氣柜中，經(jīng)由一個(gè)總進(jìn)線空氣開關(guān) (QS1)后供給系統(tǒng)的控制回路及電機(jī)主電路部分。反映出這種變頻器在造紙傳動(dòng)中的卓越性能 .6SE70 系列變頻器功能強(qiáng)大、組態(tài)靈活，能適合各種場(chǎng)合的應(yīng)用需要。故在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí) 考慮每塊模塊的電流消 耗和功率損耗是非常必要的。如果正常輸出額定電壓 24V，則綠色 LED 點(diǎn) 亮 。對(duì)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=256mso SM331 的每?jī)蓚€(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(cè)量 方法 和測(cè)量范圍。在我國(guó)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。 。 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) (BERG)。 通訊處理器模塊 CP343 一 5 CP343 5 通訊處理器是用于 PROFIBUSFMS 總線系統(tǒng)的 SIMATICS7 300 的通訊處理器。具有指示系統(tǒng)狀態(tài)和故障的發(fā) 光二極管 LED。此外，還有 38 個(gè)系統(tǒng)功能塊 SFC 集成在操 作系統(tǒng)中供用戶調(diào)用 。圖 24 給出了本項(xiàng)目中配置的 S7 300PLC 模板的型號(hào)和數(shù)量，下面對(duì)使用的這些模塊作具體介紹〔 }210 PLC 的中央處理器 CPU3152DP CPU31*)2DP 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 312。此外， S7300 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)。 根據(jù)對(duì)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。 它們的選擇都是以在保證功能的前提下盡可能地選擇可靠性高和使用方便的產(chǎn)品 為依據(jù)，具體情況如下 : 工控機(jī) 本系統(tǒng)上位機(jī)選用研 華 IPC610 工控機(jī)， 128M 內(nèi)存， lOG 硬盤，內(nèi)部底板 上有 4 個(gè) ISA總線插槽、 2 個(gè) PCI 總線插槽和一個(gè) CPU 插槽，可以方便地進(jìn)行系 統(tǒng)擴(kuò)展，另外選配飛利浦 105A型顯示器，可清晰地顯示各種圖形和文字，運(yùn)行 WINDOWSNT 操作系統(tǒng)，外接打印機(jī)，打印報(bào)表?？删幊炭刂破鞯耐?運(yùn)方式有正常停運(yùn)，暫時(shí)停運(yùn)和緊急停運(yùn) 三種。 :各工步都可單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)，按鈕釋放即停止運(yùn)行 。該控制系統(tǒng)多用于控制對(duì)象所處的地理位置比較接近， 且相互之間的動(dòng)作有一定聯(lián)系的場(chǎng)合。設(shè)定一個(gè) 8 位移位寄存器，每位移位寄存器相應(yīng)于一個(gè) V形槽，每 120ms 移位一次，控制 相應(yīng)的操作。切好的紙片經(jīng)整 理后放入紙片庫(kù)中，等待推紙空 心臺(tái)送紙片。本系統(tǒng)在電氣控制部分設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮到用戶的功能需求和 與本系統(tǒng)機(jī)械部分的配合需求，在具體實(shí)現(xiàn)的過程中，又以系統(tǒng)的可靠性與易用