【導(dǎo)讀】可編程控制器作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定可靠。在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。取得了理想的控制效果。論文主要內(nèi)容如下:PLC的現(xiàn)狀及其在包裝機(jī)械上應(yīng)。用的可能性和前景。，統(tǒng)計(jì)其輸入輸出。1/O點(diǎn)，然后進(jìn)行PLC選型，硬件組態(tài)的設(shè)計(jì)。過程中的張力控制。，卷紙和包裝紙要求能同時(shí)到達(dá)工位1，紙的包裝是一個(gè)典型的順序控制，因此我們利用一個(gè)移位寄存器，Siemens公司的編程軟件Step7、監(jiān)控組態(tài)軟件。并且經(jīng)過了嚴(yán)格的。測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)室的模擬運(yùn)行中，取得了良好的控制效果。使該機(jī)無論從功能上還。現(xiàn)了廠方提出的控制要求。師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。

　　

【正文】 紙空心臺(tái)和托盤推桿同時(shí)下降，分別壓動(dòng) SQd, SQg時(shí)，下降 停止。當(dāng)工藝盤轉(zhuǎn)到 V3 或 V7 槽時(shí)，壓動(dòng)行程開關(guān) SQa, KT1 得電，當(dāng)延時(shí)到， 其常開觸點(diǎn)閉合，放紙空心臺(tái)和托盤推桿同時(shí)上升，重復(fù)上述操作， SQp 為到工 位 1 時(shí)的行程開關(guān)，延時(shí) 150 毫秒后，工藝盤轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)放紙空心臺(tái)和托盤推桿 下降。 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。 夾鉗抓緊、旋轉(zhuǎn)、窩邊工位 2 如圖 33 所示，當(dāng)?shù)竭_(dá) V2 或 V6 槽時(shí)，由該位的行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，夾鉗機(jī)構(gòu)軸向電機(jī)動(dòng)作，打開氣缸電磁閥，使兩端的夾鉗機(jī)構(gòu)沿軸向運(yùn)動(dòng)，到限位開關(guān)時(shí)，軸向運(yùn)動(dòng)停止，夾鉗機(jī)構(gòu)徑向運(yùn)動(dòng)電磁閥打 開，三個(gè)夾桿同時(shí)順著導(dǎo)軌徑向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)觸到抓緊開關(guān)時(shí)，抓緊動(dòng)作結(jié)束。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。然后徑向電機(jī)反轉(zhuǎn)，夾緊裝置松開，同時(shí)軸向電機(jī)反轉(zhuǎn)，使夾鉗機(jī)構(gòu)退回的原位。 圖 33 第二工位控制線路圖 Fig33 Control circuit of the second working procedure 按下 SB1, KA得電， KMr2 得電， M2 正轉(zhuǎn)，軸向電機(jī)前進(jìn)，前進(jìn)到位 夾緊結(jié)束松開 SB1 , KA 斷電， mKMr1 通 電， M1 反轉(zhuǎn) (放松 )，放松到位， 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20 如此自動(dòng)循環(huán)。 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。 放卷、分切部分的張力控制 卷紙包裝機(jī)有一套傳動(dòng)系統(tǒng)，包括放卷，切斷，每個(gè)部分由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。從放卷到切斷，包裝紙是連續(xù)的，當(dāng)機(jī)器起動(dòng)時(shí)，由上位機(jī)發(fā)出命令，主速節(jié)點(diǎn)的電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通知其它各節(jié)點(diǎn)開始協(xié)調(diào)動(dòng)作，以保證各段包裝紙的線速度一致，從而使張力趨于穩(wěn)定，停機(jī)時(shí)同樣如此。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。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)。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，并且線速度和主速節(jié) 點(diǎn)傳過來的速度值保持一致，這樣才能實(shí)現(xiàn)無速度差轉(zhuǎn)接，以減少廢料。機(jī)器運(yùn)行過程中，一旦某個(gè)部分出現(xiàn)故障，其測(cè)控節(jié)點(diǎn)應(yīng)將信息立即傳往上位機(jī)，上位機(jī)發(fā)出急停命令使下位機(jī)各節(jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)各自電機(jī)進(jìn)行直流制動(dòng)。 在分切的過程中，由于放卷輥上包裝紙的直徑越放越小，放卷機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化范圍很大，采用一般的控制方法難以取得滿意的控制效果。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。 包裝紙分切機(jī)調(diào)節(jié)原理簡(jiǎn)介 在分切時(shí)，為了使包裝紙平整、伏貼，必須使包裝紙保持一定的張力。包裝紙分切機(jī)是一種采用調(diào)節(jié)輥的張力控制系統(tǒng)。其放卷機(jī)控制系統(tǒng)原理如圖 3 一所示。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)圖 34 開卷機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 Fi g . 3 一 4 Principle of opening roll control system輥上而產(chǎn)生的。由于調(diào)節(jié)輥所受到的長春工業(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。因此，只要調(diào)節(jié)輥處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包裝紙的張力就是該恒定力的一半，亦即張力亦是一個(gè)恒定的力。分切機(jī)主傳動(dòng)變頻器控制主傳動(dòng)電機(jī)跟隨控制面板上速度電位器的設(shè)定值運(yùn)動(dòng)，放卷機(jī)變頻器及傳動(dòng)電機(jī)的作用是控制包裝紙的放卷速度，使調(diào)節(jié)輥穩(wěn)定在平衡點(diǎn)附近，以間接地控制張力。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(cè)距儀檢出后送 PLC o PLC內(nèi)部根據(jù)分切機(jī)主傳動(dòng)的速度、調(diào)節(jié)輥的位置、以及放卷輥的直徑等數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算得到并輸出放卷機(jī)變頻器的給定頻率，控制放卷機(jī)的運(yùn)行。使其線速度與分切機(jī)的線速度同步。從而使調(diào)節(jié)輥保持在中間位置。 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。其中 PLC 系統(tǒng)使用西門子公司的 S7300 可 編程序控制器，主要模塊有 CPU315DP，通訊模塊 CP3425, IM360, IM361 擴(kuò)展模塊等。 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。 CPU315DP 使用STEP7編程語言，最短的指令執(zhí)行時(shí)間為 0. 1us，最長的除法操作指令執(zhí)行時(shí)間為 。定時(shí)控制程序調(diào)用間隔為 lms 到 1min，性能上滿足對(duì)分切機(jī)有關(guān)傳動(dòng)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速控制 的 要 求 。 圖 38 控制系統(tǒng)硬件配置圖 hardware co}figiaataon of co}rol CP3425 是 通信處理器，可通過 profibus 簡(jiǎn)單進(jìn)行配置和編程，支持 profibusDP, S7等通訊協(xié)議。 CP3425 能全自動(dòng)地處理與它相連接的設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，以及編輯和緩沖數(shù)據(jù)，用于 SIEMENS 57300 可編程序控制器和 profibusDP 主 /從接口模板 .作為主設(shè)備接口模板時(shí)，可鏈接多達(dá) 125個(gè)從站。從站可以是 ET200M 分布式 I/0設(shè)備，其通訊模塊為 IM153 一亦可以是 profibusDP 有接口的現(xiàn)場(chǎng)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。 Profibus}DP(Distributive Peripheral一分布式外設(shè) )是 profibus 的重要組成部分。 prof ibusDP 由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及用戶層構(gòu)成。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。 CBl通訊板，是用于 SIMOVERT Master Drives 的 profibusDP 總線接口， CB1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 CB1通訊板接人 profibusDP長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 22 網(wǎng)中作為從站接收主站 SIMATIC S7 的控制。 6SE70 型矢量變頻器配置 CB1板后可與 profibusDP 總線接口，變頻器之間傳送速度給定與狀態(tài)等。與電機(jī)同軸的光電編碼器的輸出脈沖信號(hào)通過 CUZ 板送變頻器 .調(diào)節(jié)輥的位置信號(hào)和放卷輥的直徑信號(hào)等經(jīng)分布式 I/0 模塊 profibusDP 總線傳送給PLCa ET200M 是分布式 I/0 組件，帶有 集成的 profibusDP 現(xiàn)場(chǎng)總線接口 .能夠快速、方便地連接到 profibusDP 現(xiàn)場(chǎng)總線。 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)。 3)變頻器參數(shù)的設(shè)置 分切機(jī)放卷機(jī)驅(qū)動(dòng)用變頻器是 6SE70 型矢量變頻器。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。經(jīng)濟(jì)性較好，且可保證放卷機(jī)快速地升降速，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，而直流側(cè)不會(huì)過電壓。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。為滿足該要求，變頻器有關(guān)參數(shù)設(shè)置〔 m 如下。 P163=1。 V/f 轉(zhuǎn)速開環(huán)控制 P208=1。用光電編碼器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速 P090 =1。 CBl通訊板位于槽 2 P443 = 3002。主設(shè)定值位于 CB1 板字 2 P443 二 0。附加設(shè)定位 1 為 0 P438 = 0。附加設(shè)定位 2 為 0 P554=3001。開 /關(guān) 1 控制位于 CBl板字 1 P697 二 4。 CB1 板通訊采用 PP04 格式，過程數(shù)據(jù)長度為 6 字節(jié) P694 i001=9686。狀態(tài)字 1 為 CBl板字 1(狀態(tài)字 ) i002=219。定子頻率 1/s 除以極對(duì)數(shù)之值為 CB1 板字 2(實(shí)際測(cè)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。該控制思想也可應(yīng)用到控制對(duì)象的參數(shù)可以直 /間接測(cè)量的其它控制系統(tǒng)中。 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。 同步控制系統(tǒng) 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 包裝機(jī)械設(shè)備的同步控制系統(tǒng)框圖〔 z.}如圖 310，機(jī)械動(dòng)力一方面提供給產(chǎn)品供送系統(tǒng)，同時(shí)還提供給差速器，將差速器的輸出提供給包裝材料的供送 (無同步控制的設(shè)備是直接將機(jī)械動(dòng)力傳輸給包裝材料的供送系統(tǒng) )。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。如果在同步范圍內(nèi)，伺服電機(jī)停止不動(dòng)作，差速器將輸入的速度輸出給包 裝材料供送系統(tǒng)。否則當(dāng)包裝材料供送慢于產(chǎn)品的供送，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，差速器在正常輸出的速度基礎(chǔ)上疊加一個(gè)正補(bǔ)償，提高包裝材料的供送速度，直到兩者同步 。當(dāng)包裝材料供送快于產(chǎn)品的供送，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，使包裝材料的供送慢下來，使得兩者速度相同。 信號(hào)的獲取 當(dāng)包裝材料需要定長裁斷時(shí)，如單個(gè)衛(wèi)生卷紙的包裝，包裝材料以卷筒的形式放于原料架上，且每隔一定長度都印有一個(gè)色標(biāo)。在衛(wèi)生卷紙供送的同時(shí)，包裝材料還要有一個(gè)切斷的過程，這就增加了同步供送的復(fù)雜性。如圖 311:包裝材料每供送到一定長度時(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。產(chǎn)品供送系統(tǒng)的信號(hào)用接近開關(guān)取出。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 。假設(shè)光電傳感器 S 檢測(cè)到有色標(biāo)信號(hào)時(shí)輸出狀態(tài)為 1，沒有色標(biāo)信號(hào)時(shí)輸出為 0，只要判斷每次光電傳感器檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)接近開關(guān)的輸出狀態(tài)，就能得出產(chǎn)品供送系統(tǒng)是滯后還是超前于包裝材料供送系統(tǒng)。在圖 39所示時(shí)刻，正好光電傳感器 S 輸出為 1時(shí)，接近開關(guān) J 的輸出也為 1，可以認(rèn)為產(chǎn)品供送滯后，當(dāng) J 為 0，即半圓金屬片遮當(dāng)住接近開關(guān)時(shí)， S 為 1，則產(chǎn)品供送超前。可以根據(jù)這樣的判斷來控制伺服電機(jī)對(duì)產(chǎn)品供送系統(tǒng)的速度進(jìn)行補(bǔ)償。如果兩個(gè)系統(tǒng)剛好同步，在圖 39 的同步范圍內(nèi)，要求伺服電機(jī)既不正轉(zhuǎn)也不反轉(zhuǎn)，處于停止?fàn)顟B(tài)。具體作法是讓控制電路 在超前和滯后的轉(zhuǎn)換時(shí)，由跳變信號(hào)觸發(fā)，給出一段延時(shí)時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)獲得色標(biāo)信號(hào) S 表示同步，控制伺服電機(jī)不動(dòng)作。這段延時(shí)時(shí)間的長短是可供隨時(shí)調(diào)節(jié)的，因此達(dá)到同步精度可調(diào)的目的。在這段延時(shí)結(jié)束后，如果獲得 S 信號(hào)，則表時(shí)產(chǎn)品供送超前，發(fā)出調(diào)控動(dòng)作。 上述原理可由圖 312 實(shí)現(xiàn)。當(dāng) S 為 0 時(shí)，卻未檢測(cè)到色標(biāo)，兩個(gè)與門 F 和 Z都被鎖住， J 的狀態(tài)對(duì)輸出結(jié)果無影響，正反補(bǔ)償均無輸出。只有當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo)信號(hào)， S=1，電路中 2, 4 腳為高電位時(shí)， J 的狀態(tài)才對(duì)輸出有影響。如果 J=1, 1腳為高電位， F輸出為 1，進(jìn)行反轉(zhuǎn)補(bǔ)償。 如果包裝材料供送超前， J 剛好從 1 變?yōu)?0, 1 腳為低電位，鎖住 F，而 3腳由反相器的作用為 1，如果得到 S=1，使 4 腳電位也為 1, Z輸出狀態(tài)取決于腳 5。但由于J 的跳變，延時(shí)電路得到一個(gè)負(fù)觸發(fā)脈沖，輸出低電位，使 5 腳為 0，將 Z 鎖住也無輸出。長春工業(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)。當(dāng)延時(shí)結(jié)束后，延時(shí)電路輸出高電位，使 5 腳電位為 1，如果包裝材料供送滯后，檢測(cè)到色標(biāo) S=1，使 3, 4, 5腳 都 是 高 電 位 ， Z 輸 出 為 1 ， 形 成 正 轉(zhuǎn) 補(bǔ) 償 。 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。接近開關(guān)的輸入接 J端，光電傳感器的輸入接 S端。比較電路選用一塊 74LS 10 集成電路中的二個(gè)三輸入與非門構(gòu)成，反相器選用一塊74LS00 集成電路。用一塊 555 時(shí)基電路，調(diào)節(jié)電位器 R1 可調(diào)整電路的延時(shí)時(shí)間