【導讀】成為國民經(jīng)濟和人民生活不可或缺的一種材料。BOPP薄膜從1962年以后，其年增長率保持在12%～15%。薄膜的產(chǎn)量超過300萬噸。目前，我國已經(jīng)引進和自主研發(fā)了近百余條薄膜生產(chǎn)線，擁。有近50萬噸的生產(chǎn)能力，可以生產(chǎn)多種質(zhì)量高，性能好的雙向拉伸塑料薄膜。膜拉伸生產(chǎn)線主要有擠出，鑄片，縱拉，橫拉，收卷等部分組成。在控制溫度下，利用縱拉快傳動電機和縱拉慢。本課題就是塑料薄膜雙向拉伸機組縱向拉伸機控制裝置的研制。在熟悉整個塑料薄。控制，溫度采集采用熱電阻，溫度控制采用西門子閉環(huán)控制模塊FM355?？梢哉{(diào)節(jié)縱拉部分的升降輥，從而調(diào)節(jié)拉伸間隙，達到工藝要求。采用西門子PLC，西。門子變頻器，完成縱拉部分的設計。PLC程序，利用組態(tài)軟件wincc編寫上位機軟件。

　　

【正文】 ； 縱拉拉伸輥； 跟緊輥傳動； 跟緊輥移動。 3 變頻器 6SE64402UD215AA1 1 穿片電 機。 4 制動單元 6SE70180ES872DA0 1 5 制動電阻 6SE70180ES872DC0 1 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 17 頁 共 37 頁 表 6 鋼芯塑料絕緣線允許載流 量（ A）最大電流值 1 4 6 10 16 25 25 18 22 30 40 50 75 100 130 30 17 20 28 37 47 70 93 121 35 15 19 25 33 43 64 85 110 40 14 17 23 30 38 57 76 99 表 7 銅導線的允許載流量 厚寬㎜ 3 20 4 30 4 40 5 50 6 60 載流量 200 350 460 630 830 平面雙向 拉伸聚薄膜生產(chǎn)線 縱拉部分電氣原理圖設計 及實現(xiàn) 硬件部分設計包括外部電路的設計，繪制電氣控制的總裝配圖和總接線圖，設計組件的裝配圖和接線圖，設計制作電氣控制柜，操作臺，進行 PLC 的安裝和配線。 PLC的外圍電路包括 I/O 接口電路，電源電路，接地電路，執(zhí)行器的主電路和一些不進入 PLC的控制保護電路?？刂票Ｗo電路包括為了提高控制可靠性的原繼電器接觸器控制系統(tǒng)的一些互鎖，限位零壓，過載等控制與保護環(huán)節(jié)，以及一些由非繼電器組成的電路。在采用 PLC 控制后，原繼電器接觸器電路的大部分都要互鎖。 采用 Protel99se 繪制 縱拉部分電氣原理圖。見附圖一、二 PLC 控制系統(tǒng) 設計 PLC 選用西門子 S7400。它的特點是運算速度快，一個掃描周期小于 10ms；控制模板功能齊備、性能優(yōu)異、可擴展性好、配件有保證。生產(chǎn)線中各種邏輯關系的運算和控制以及壓力、張力、位置、溫度、拉伸比、速度鏈的控制均由 PLC 完成。 PLC 控制系統(tǒng)設計的原則 （ 1）能夠滿足控制對象的工藝要求； （ 2）能夠照工藝流程的準確并且可靠的工作； （ 3）能夠構成簡單、實用的系統(tǒng)； （ 4）系統(tǒng)易操作、調(diào)整、維護、檢修方便； （ 5）設計合理、經(jīng)濟、能夠 充分發(fā)揮 PLC 的控制的優(yōu)點； 選用 PLC 的依據(jù) （ 1）現(xiàn)場處于工業(yè)環(huán)境，而又要求控制系統(tǒng)具有較高的可靠性； （ 2）控制對象的工藝流程比較復雜，邏輯控制部分采用繼電器控制難度大； 環(huán)境溫度℃ 導線截面㎜ 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 18 頁 共 37 頁 （ 3）輸入、輸出量以開關為主，也可以有部分模擬量； （ 4）總線點數(shù)達 10 點以上就可以考慮選用 PLC； （ 5）有較大的工藝變化或控制系統(tǒng)擴展的可能性； 圖 8 PLC 控制系統(tǒng)設計步驟 （ 6）系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，能夠在現(xiàn)場進行； （ 7）現(xiàn)場人員有條件掌握 PLC 技術； PLC 控制系統(tǒng)的設計步驟 （ 1）對控制系統(tǒng)對 象進行分析 在對一個控制系統(tǒng)進行分析設計之前，先 進行調(diào)查，明確控制對象的工藝過程、工作特點，明確 控制的各個階段的特點，以及各個階段之間的轉(zhuǎn)換條件 。 （ 2） PLC 的選擇 PLC 的選擇包括功能選擇、 I/O 選擇和內(nèi)存估計三項內(nèi)容。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 19 頁 共 37 頁 ①功能選擇 當前的 PLC 均能夠適合一般的控制系統(tǒng)要求。在選擇時，主要考慮 I/O模板擴展模塊 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊、計數(shù)模塊及指令功能、中斷功能和外設的通信功能。 ② I/O 點數(shù)的確定 盡量簡化系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)、在可能的條件下應考慮適當?shù)牧粲杏嗔俊? ③進行內(nèi)存估計 在縱拉部分 PLC 選用 CPU 3152 DP，溫度控制選用 FM355 溫度閉環(huán)控制功能模塊，數(shù)字輸入選用 DI32xDC24V，含有 32 點 24V 直流輸入，數(shù)字輸出選用 DO16xRel. AC120V/230V，模擬輸入選用 AI2x12Bit。 軟件設計 軟件設計主要是根據(jù)控制要求，把工藝流程圖轉(zhuǎn)換成梯形圖。除將繼電器梯形圖直接轉(zhuǎn)換成 PLC 梯形圖，以及一些較常用的、典型的程序單元之外，較復雜的控制可以按照反映工藝流程的控制流程圖實現(xiàn)。 PLC 編程軟件 STEP7 STEP7 軟件編程界面如下： 圖 9 STEP7 軟件編程界面 其中各個項目是分層管理的 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 20 頁 共 37 頁 項目為針對ＰＬＣ網(wǎng)絡所指定的總體控制方案，它可以管轄多個站與ＭＰＩ網(wǎng)絡連接的節(jié)點，以組成ＰＬＣ網(wǎng)絡。站是組態(tài)硬件的起點。 代表機架的組態(tài)表 本生產(chǎn)線縱拉部分的 PLC 控制模塊的排列為 圖 11 PLC 控制模塊的排列 通過組態(tài)，可以模擬出實際的硬件設備。 在機架中，挨著 CPU 布置模塊，可以組態(tài)圖 10 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 21 頁 共 37 頁 的機架的數(shù)目取決于所使用的 CPU。 和在實際設備中的操作一樣，可以使用 STEP 7 排列模塊。區(qū)別在于，在 STEP 7 中，機架是用 組態(tài)表 來表示的，該表的行數(shù)等于機架中用于插入模塊 的插槽數(shù)。組態(tài)表對應于所用的機架 。STEP 7 會自動將機架編號放到名字前面的括號中。 如下 ： (0) UR 對應中央機架 (通用機架 )編號 0。 圖 12 組態(tài)結構 組態(tài)的步驟 在 硬件目錄 中選擇一個硬件組件 ， 通過拖放操作， 依次將機架，電源模塊， CPU 3152 DP 的 CPU 模塊， FM 355 S PID Control 溫度閉環(huán)控制模塊， DI32xDC24V 數(shù)字輸入模塊， 將選定組 DO16xRel. AC120V/230V 數(shù)字輸出模塊， AI2x12Bit 模擬輸入模塊 復制到站窗口中。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 22 頁 共 37 頁 圖 13 硬件組態(tài) 縱拉部分組態(tài)結構為 圖 14 縱拉部分組態(tài) 站窗口的布局 所插入 /選擇的機架的細節(jié)視圖顯示在站窗口的下部。還會以表單形式顯示模塊的訂貨號和地址。 裝有模塊的中央機架的表格結構如下 (詳細視圖 )： 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 23 頁 共 37 頁 圖 15 組態(tài)的模塊屬性 PLC 程序 各個部分是以塊的形式調(diào)用的，其中 OB1為主程序， FB為功能塊可以調(diào)用數(shù)據(jù)塊， DB為數(shù)據(jù)塊。 圖 16 PLC的程序 程序開始執(zhí)行時，先執(zhí)行一次 OB100，進行復位，然后進入主程序 OB1 進行運行。 OB100： 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 24 頁 共 37 頁 SET S ZL_T1_TEMP.COM_RST S ZL_T2_TEMP.COM_RST S ZL_T3_TEMP.COM_RST S ZL_T4_TEMP.COM_RST S ZL_T5_TEMP.COM_RST 從 FM355 中讀取溫度參數(shù) OB35 為溫度中斷程序， OB35 以 100us 的間隔采集溫度，中斷 OB1 主循環(huán)程序，當溫度控制程序出現(xiàn)錯誤，將支持 OB85 程序。程序見附錄一。 本章介紹了薄膜生產(chǎn)線的上位機 WINCC 監(jiān)控軟件，完成塑料薄膜雙向拉伸機組縱向拉伸機部分的軟件設計 硬件配置 上位機選用 DELL OPTIPLEX 755 服務器 兩臺 ； INTEL 酷睿雙核處理器 ； 2G ECC DDR2 內(nèi)存 ； 雙 250G SATA 硬盤 ； 操作系統(tǒng)微軟 Windows2020 server； 19 寸液晶顯示器。 軟件配置 服務器操作系統(tǒng)微軟 Windows2020 server； 微軟數(shù)據(jù)庫 SQL SERVER 2020； 配置軟件為西門子 8K變量運行板 ； Plc編程軟件 Step7。 生產(chǎn)線中各種壓力、張力、位置、溫度、拉伸比、速度鏈的參數(shù)設置和監(jiān)控均在上位機完成。 主要特點 上位機系統(tǒng)作為人機界面，與 PLC進行通訊，對 PLC中的數(shù)據(jù)進行處理，對生產(chǎn)線的運行參數(shù)進行歸檔存儲，把整個生產(chǎn)線的運行狀態(tài)以圖形方式方便直觀的顯示在操作者的面前。 上位機為 2臺冗余模式，當其中一臺出現(xiàn)故障時另一臺還可對生產(chǎn)線進行監(jiān)控而不影響生產(chǎn)，故障計算機排除故障可以自動進行報警以及歸檔數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)的同步，保證記錄的一致性。 操作方便，在過程畫面中采用彈出窗口設計，右鍵單擊設定值彈出設定值輸入框，右鍵單擊實際值可彈出歸檔參數(shù)框，右鍵單擊按鈕彈出開關輸入框。 上位機系統(tǒng)選用西門子 WINCC組態(tài)軟件， WINCC有標準的數(shù)據(jù)接口可通過以太網(wǎng)與整個工廠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)連接，方便系統(tǒng)集成。 控制系統(tǒng)有兩條 PROFIBUS總線，一條連接變頻器、遠程 I/O；另一條連接上位機 。兩臺上位機互為冗余，其中一臺出問題時通過另一臺可以對整個生產(chǎn)線監(jiān)控而不影響生產(chǎn)。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 25 頁 共 37 頁 圖 17 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結構示意圖 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 26 頁 共 37 頁 人機對話界面概述 運行 wincc軟件，對生產(chǎn) 進行監(jiān)控 編程軟件界面為 圖 18 Wincc 軟件編程界面 打開圖形編輯器，編寫上位機軟件，按控制要求，選擇智能對象，添加需要監(jiān)控的變量，變量的地址應該和 Step7 編寫的程序的控制地址一至。完成軟件的設計。保存，點擊運行出現(xiàn)如下的監(jiān)控界面。 運行監(jiān)控軟件對生產(chǎn)線進行監(jiān)視調(diào)控 。因為沒有輸入，各個監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示為 0。 圖 19 運行 Wincc 監(jiān)控軟件 5. 總結 此次畢業(yè)設計歷時三個月，是一次理論和實際相結合的設計， 我在一邊實習的同時一邊準備畢業(yè)設計，通過這次經(jīng)歷 提高了我的動手能力 ，使我了解了工程上設計和課本 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 27 頁 共 37 頁 上 學習的是有很大的區(qū)別的 。 這次畢業(yè)設計我學習和掌握了很多東西，對以后快速進入工作狀態(tài)有很大的幫助。 在找資料過程中， 查閱了好多資料， 擴大了自己的知識面。 對生產(chǎn)線有了整體的了解，掌握了縱拉部分的電氣控制 的設計。 同時熟悉了西門子變頻器、 PLC的應用， 對電動機的調(diào)速有了更加深刻的理解。 學習了 STEP7 編程方法，對組態(tài)有了一定的認識。 在這次畢業(yè)設計過程中也遇到了很多的問題：對西門子 STEP7 編程語法在靈活運用方面還是欠缺 。 在以后的應用系統(tǒng)設計中，我會借鑒本次設計的經(jīng)驗，同時使 薄膜雙向拉伸生產(chǎn)線整個電氣控制 系統(tǒng)更 加完善。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 28 頁 共 37 頁 謝 辭 本系統(tǒng)從設計到開發(fā)完成歷時近三個月，經(jīng)過張彤老師和賴自源工程師的關心、指導和幫助以及其他廣大老師、同學支持終于順利完成。 本系統(tǒng)是以繪制電氣控制原理圖和可編程控制器的程序設計為主的。不僅要對整個生產(chǎn)線的流程有一定的了解，還要熟悉各個部分是如何協(xié)調(diào)工作的。需要可編程控制器，變頻調(diào)速，電器與控制方面的知識，在老師和師傅的指導下 ，通過自己的努力基本完成了縱拉部分的設計，給我以后的工作有了很大的鼓舞！ 最后，我要再次向所有在 制作畢業(yè)設計時 對我給 以關心、支持和指導的老師、朋友和同學，特別是 張彤 老師和 賴自源工程師 表示真誠的感謝?。?！祝福他們桃李滿天下 !!! 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 29 頁 共 37 頁 參考文獻： [1] 黃賢武 ,鄭筱霞 .傳感器原理與應用 .成都：電子科技大學出版社 .1999 [2] 王兆安 ,黃俊 .電力電子技術 .北京：機械工業(yè)出版社 .2020 [3] 顧繩谷 .電機及拖動基礎 . 北京：機械工業(yè)出版社 .1998 [4] 王永章 ,杜君文 ,程國全 . 數(shù)控技術 .北京：高等教育出版社 .2020 [5] 鄭鳳翼 .圖解西門子 S7200 系列 PLC 入門 .北京： 電子工業(yè)出版社 .2020 [6] 孟曉芳，李策，王釪。西門子系列變頻器及其工程應用 .北京：機械工業(yè)出版社 .2020 [7] 方大千 .變頻器、軟啟動器及 PLC 實用技術問答 .北京：人民郵電出版社 . 2020 [8] 原魁