【導(dǎo)讀】可編程控制器作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強大、性能穩(wěn)定可靠。在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(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)狀及其在包裝機械上應(yīng)。用的可能性和前景。，統(tǒng)計其輸入輸出。1/O點，然后進行PLC選型，硬件組態(tài)的設(shè)計。過程中的張力控制。，卷紙和包裝紙要求能同時到達工位1，紙的包裝是一個典型的順序控制，因此我們利用一個移位寄存器，Siemens公司的編程軟件Step7、監(jiān)控組態(tài)軟件。并且經(jīng)過了嚴格的。測試，在實驗室的模擬運行中，取得了良好的控制效果。使該機無論從功能上還?，F(xiàn)了廠方提出的控制要求。師的指導(dǎo)下進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。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。

　　

【正文】 紙空心臺和托盤推桿同時下降，分別壓動 SQd, SQg時，下降 停止。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，放紙空心臺和托盤推桿同時上升，重復(fù)上述操作， SQp 為到工 位 1 時的行程開關(guān)，延時 150 毫秒后，工藝盤轉(zhuǎn)動，同時放紙空心臺和托盤推桿 下降。 SQa 為到工位 2 時的行程開關(guān)，當(dāng)?shù)竭_此處時，發(fā)出進料信號，放紙空心 臺和托盤推桿上升。 夾鉗抓緊、旋轉(zhuǎn)、窩邊工位 2 如圖 33 所示，當(dāng)?shù)竭_ V2 或 V6 槽時，由該位的行程開關(guān)發(fā)出信號，夾鉗機構(gòu)軸向電機動作，打開氣缸電磁閥，使兩端的夾鉗機構(gòu)沿軸向運動，到限位開關(guān)時，軸向運動停止，夾鉗機構(gòu)徑向運動電磁閥打 開，三個夾桿同時順著導(dǎo)軌徑向運動，當(dāng)觸到抓緊開關(guān)時，抓緊動作結(jié)束。延時 50ms,在此時間段中，主電機帶動該機構(gòu)軸旋轉(zhuǎn) 90 度，延時結(jié)束，軸向電機繼續(xù)動作，完成窩邊動作。然后徑向電機反轉(zhuǎn)，夾緊裝置松開，同時軸向電機反轉(zhuǎn)，使夾鉗機構(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)，軸向電機前進，前進到位 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)計論文 20 如此自動循環(huán)。 卸料工位 3 當(dāng)?shù)竭_此工位時，由于已越過卷紙的支撐平臺，包裝好的卷紙由于重力作用，自動落入成品庫中。 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。從放卷到切斷，包裝紙是連續(xù)的，當(dāng)機器起動時，由上位機發(fā)出命令，主速節(jié)點的電機開始轉(zhuǎn)動，同時通知其它各節(jié)點開始協(xié)調(diào)動作，以保證各段包裝紙的線速度一致，從而使張力趨于穩(wěn)定，停機時同樣如此。在 升降速過程中，主速節(jié)點必須發(fā)送升降速標(biāo)志給其它各節(jié)點，使他們在控制各自張力時作出相應(yīng)的補償，這個過程要求響應(yīng)快。當(dāng)某一段張力出現(xiàn)允許范圍內(nèi)的抖動時，系統(tǒng)也應(yīng)該作出上述反應(yīng)。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。機器運行過程中，一旦某個部分出現(xiàn)故障，其測控節(jié)點應(yīng)將信息立即傳往上位機，上位機發(fā)出急停命令使下位機各節(jié)點同時對各自電機進行直流制動。 在分切的過程中，由于放卷輥上包裝紙的直徑越放越小，放卷機系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動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)動慣量變化的影響，達到優(yōu)良的控制效 果。 包裝紙分切機調(diào)節(jié)原理簡介 在分切時，為了使包裝紙平整、伏貼，必須使包裝紙保持一定的張力。包裝紙分切機是一種采用調(diào)節(jié)輥的張力控制系統(tǒng)。其放卷機控制系統(tǒng)原理如圖 3 一所示。工作時首先根據(jù)紙厚通過上位機設(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)計論文 21 向下的力 Fg是重力和氣壓力的合力，該力是一個恒定的力，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動狀態(tài)，包裝紙的張力就是該恒定力的一半，亦即張力亦是一個恒定的力。分切機主傳動變頻器控制主傳動電機跟隨控制面板上速度電位器的設(shè)定值運動，放卷機變頻器及傳動電機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距儀檢出后送 PLC o PLC內(nèi)部根據(jù)分切機主傳動的速度、調(diào)節(jié)輥的位置、以及放卷輥的直徑等數(shù)據(jù)，經(jīng)運算得到并輸出放卷機變頻器的給定頻率，控制放卷機的運行。使其線速度與分切機的線速度同步。從而使調(diào)節(jié)輥保持在中間位置。 張力控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 2)控制系統(tǒng)硬件配置 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡圖見圖 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 擴展模塊等。 CPU315DP用于要 求中到大規(guī)模的程序和通過 profibusDP 進行分布式配置的設(shè)備，具有能進行浮點處理的 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)行時間為 0. 1us，最長的除法操作指令執(zhí)行時間為 。定時控制程序調(diào)用間隔為 lms 到 1min，性能上滿足對分切機有關(guān)傳動電機進行實時轉(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 簡單進行配置和編程，支持 profibusDP, S7等通訊協(xié)議。 CP3425 能全自動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，可鏈接多達 125個從站。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)場設(shè)備，通過 profibusDP 總線的數(shù)據(jù)傳送率可達 12Mbit/so CP5611網(wǎng)卡是將 PLC的 MPI口和上位機連接，以進行程序的下載調(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)場級 .是一種高速 (可達12Mbit/s)和便宜的通信連接，它被設(shè)計為自動控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散的 I/0 之間進行通信使用，可滿足全數(shù)字交直流調(diào)速系統(tǒng)對于電機快速的時間響應(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。與電機同軸的光電編碼器的輸出脈沖信號通過 CUZ 板送變頻器 .調(diào)節(jié)輥的位置信號和放卷輥的直徑信號等經(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)場總線接口 .能夠快速、方便地連接到 profibusDP 現(xiàn)場總線。 ET200M 帶有集成 I/0，除開關(guān)量信號以外，還可以采集和傳輸模擬信號。 3)變頻器參數(shù)的設(shè)置 分切機放卷機驅(qū)動用變頻器是 6SE70 型矢量變頻器。由于放卷機電機在正常運行時處于發(fā)電制動狀態(tài)，故采用直流母線供電，這樣可以使電能回饋到母線。經(jīng)濟性較好，且可保證放卷機快速地升降速，提高動態(tài)響應(yīng)性能，而直流側(cè)不會過電壓。本系統(tǒng)中放卷機變頻器的使用特點是 V/f 轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，但通過光電編碼器采集電機的實際轉(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。用光電編碼器測量電機轉(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 除以極對數(shù)之值為 CB1 板字 2(實際測量值 ) 以上自適應(yīng)控制方法在變轉(zhuǎn)動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)用到控制對象的參數(shù)可以直 /間接測量的其它控制系統(tǒng)中。 送料過程中的同步控制 在高速全自動包裝機運作的過程中，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。 同步控制系統(tǒng) 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 23 包裝機械設(shè)備的同步控制系統(tǒng)框圖〔 z.}如圖 310，機械動力一方面提供給產(chǎn)品供送系統(tǒng)，同時還提供給差速器，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)備是直接將機械動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)，伺服電機停止不動作，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，伺服電機正轉(zhuǎn)，差速器在正常輸出的速度基礎(chǔ)上疊加一個正補償，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，伺服電機反轉(zhuǎn)，使包裝材料的供送慢下來，使得兩者速度相同。 信號的獲取 當(dāng)包裝材料需要定長裁斷時，如單個衛(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色標(biāo)。在衛(wèi)生卷紙供送的同時，包裝材料還要有一個切斷的過程，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，光電傳感器讀到 色標(biāo)信號，將該信號作為同步信號送 給比較器，同時將此信號輸送給切紙機構(gòu)，由于切紙機構(gòu)與包裝材料在水平方向上是同步的 (關(guān)于切紙機構(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)的信號用接近開關(guān)取出。在產(chǎn)品供 送 系 統(tǒng) 的 驅(qū) 動 軸 上安裝一個如圖 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)大約各占一半的時間 。假設(shè)光電傳感器 S 檢測到有色標(biāo)信號時輸出狀態(tài)為 1，沒有色標(biāo)信號時輸出為 0，只要判斷每次光電傳感器檢測到色標(biāo)時接近開關(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所示時刻，正好光電傳感器 S 輸出為 1時，接近開關(guān) J 的輸出也為 1，可以認為產(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， 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對產(chǎn)品供送系統(tǒng)的速度進行補償。如果兩個系統(tǒng)剛好同步，在圖 39 的同步范圍內(nèi)，要求伺服電機既不正轉(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，由跳變信號觸發(fā)，給出一段延時時間，在此時間內(nèi)獲得色標(biāo)信號 S 表示同步，控制伺服電機不動作。這段延時時間的長短是可供隨時調(diào)節(jié)的，因此達到同步精度可調(diào)的目的。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。 上述原理可由圖 312 實現(xiàn)。當(dāng) S 為 0 時，卻未檢測到色標(biāo)，兩個與門 F 和 Z都被鎖住， J 的狀態(tài)對輸出結(jié)果無影響，正反補償均無輸出。只有當(dāng)檢測到色標(biāo)信號， S=1，電路中 2, 4 腳為高電位時， J 的狀態(tài)才對輸出有影響。如果 J=1, 1腳為高電位， F輸出為 1，進行反轉(zhuǎn)補償。 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，延時電路得到一個負觸發(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)計論文 24 這時正反補償都不動作，即補償電機停止，表示兩個系統(tǒng)處于同步狀態(tài)。當(dāng)延時結(jié)束后，延時電路輸出高電位，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 償 。 同步控制電路原理的實現(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 時基電路，調(diào)節(jié)電位器 R1 可調(diào)整電路的延時時間