【正文】 1 第 1 章 緒論 本論文陳述了 全自動包裝機控制系統(tǒng) 對我 國生產(chǎn)機械化的 重要性，介紹了關(guān)于 PLC控制系統(tǒng)特點，并且與其他的控制系統(tǒng)做了簡單的比較，說明了 PLC 控制系統(tǒng)的優(yōu)越性以及不足。 掌握 STEP7 系統(tǒng)軟 件的狀況，了解它們的工程應(yīng)用。 掌握如何進 行現(xiàn)場調(diào)試及投運。 基于 PLC 的全自動包裝機系統(tǒng) 改變著 了 包裝過程的動作方式。 要想在規(guī)定的時間內(nèi)，為自己創(chuàng)造出最大的利益，就要確保自己的食品包裝生產(chǎn)線運行良好，在生產(chǎn)過程中不會出現(xiàn)錯誤，這樣在盡量避免錯誤出現(xiàn)和故障的影 響，才會為企業(yè)獲得最大的利益。包裝機械行業(yè)中自動化操作正在改變著包裝過程的動作方式和包裝容器及材料的加工方法。具有革命意義的自動化改變著包裝機械行業(yè)的制造方法及其產(chǎn)品的傳輸方式。尤 其是對食品、飲料、藥品、電子等行業(yè)而言，都是至關(guān)重要的。 全自動 包裝機是以塑料或塑料鋁箔 薄膜 為包裝材料，對液體、固體、粉狀糊狀的食品、糧食、果品、醬菜、果脯、化學(xué)藥品、藥材、電子元件、精密儀器、 稀有金屬 等進基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設(shè)計 2 行包裝。 隨著自動化程度的提高，包裝機的操作、維護和日常保養(yǎng)更加方便簡單，降低了對操作人員的專業(yè)技能要求。 中國的 全自動 包裝技術(shù)是在上世紀 80 年代初期發(fā)展起來的， 全自動 包裝技術(shù)在上世紀 90 年代初期開始少量使用，隨著小包裝的推廣及超市的發(fā)展，其適用范圍越來越廣泛，有些將逐步替代硬包裝，前景非?？春?。 全自動包裝機 工業(yè)從誕生到現(xiàn)在大體經(jīng)歷了兩個發(fā)展期：從 20 世紀 50 年代開始到80 年代中期是第一個發(fā)展期，這一時期是從制造簡單的抽氣機開始的。從 20 世紀 80 年代后期到整個 90 年代是中國 全自動包裝機 工業(yè)發(fā)展的第二個時期。整個 全自動包裝機 行業(yè)經(jīng)過 ―七五 ‖、 ―八五 ‖的技術(shù)改造后整體水平有了大幅提升，從加工條件上講，加工中心、數(shù)控機床、樹脂砂鑄件等先進生產(chǎn)設(shè)備開始裝備企業(yè)。 我國包裝機械發(fā)展較晚，目前正處于起步應(yīng)用階段，雖然從九十年代后，我國的制袋充填機有了較快發(fā)展，通過參考國內(nèi)外產(chǎn)品進行消化吸收，自主開發(fā)研制，技術(shù)上有了很大的提高，但與國外相比，國內(nèi)大多數(shù)產(chǎn)品技術(shù)含量低，產(chǎn)品差異程度低，成熟產(chǎn)品技術(shù)易模仿和抄襲，造成低水平重復(fù)，阻礙了對包裝機的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā) 展。 2． 精度低 采用螺桿充填的計量充填系統(tǒng)，當充填量為 100g～ 1000g 時，國外機器的計量精度一般 1%，而國內(nèi)一般在 62%～ 63%之間。 4． 自動化和智能化水平低 近年來，我國的包裝機械雖采取了一些 PLC 和具有智能控制功能的儀表，但總體來說，大多數(shù)還是低水平的機電控制，還沒有帶有數(shù)據(jù)儲存、采集、修正功能的機器 。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及微處理器的應(yīng)用，可編程控制器的功能不斷擴展和完善，早已遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，具備了模 擬量控制、過程控制以及遠程通信等強大功能。目前公認的是 1980 年美國電氣制造商協(xié)會 NEMA 對它下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置。將其正式命名為可編程控制器（ Programmable Controller），簡稱 PC。 PLC 是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置。 在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是以繼電器占主導(dǎo)地位的。 可編 程控制器功能 1． 邏輯運算和定時計數(shù)功能 ——開關(guān)量控制功能 PLC 設(shè)置有與 、 或 、 非等邏輯運算指令，能夠描述繼電器觸點的串聯(lián)、并聯(lián)、復(fù)合串并聯(lián)等各種連接關(guān)系，還為用戶提供了若干個定時器和計數(shù)器，并設(shè)置了定時和計數(shù)指令。因此可以取代繼電器進行邏輯組合與順序控制。 PLC 可配有模數(shù)轉(zhuǎn)換 A/D 和數(shù)模轉(zhuǎn)換 D/A 模塊，能實現(xiàn)對模擬量的測量和控制。 4． 中斷處理功能 PLC 設(shè)置有中斷指令，通過中斷響應(yīng)，及時得到所輸入狀態(tài)的變化信息，能夠進行故障檢測和提高運行速度。 6． 擴展功能 PLC 主機上設(shè)有輸入輸出擴展接口，通 過專用模塊配置可擴大信息處理范圍和實現(xiàn)功能擴展。 可編程控制器特點 1． 可靠性高 設(shè)備的高可靠性指的是平均無故障工作時間（ MTBF）長和故障平均修復(fù)時間（ MTTR）短。采取以上措施后，一般可編程控制器的抗干擾能力可達 1000V 1μs 的窄脈沖的沖擊，平均無故障工作時間可高達 5～ 10 萬小時。 2． 柔性好 設(shè)備的柔性是指其在使用過程中的適應(yīng)性和靈活性。這一柔性特點使 PLC 成為柔性制造系統(tǒng) FMS 中必不可少的控制裝備。 3． 功能強大 可編程控制器不但具有開關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)據(jù)通信、中斷控制等完善的功能，還能根據(jù)需要實現(xiàn)容量和功能的擴展，形成各種專門的智能控制功能。 4． 使用方便 可編程控制器的使用方便表現(xiàn)在以下兩方面：編程方便。這樣，即使不懂計算機原理和語言的用戶，也能使用 PLC。對 PLC 的操作是指程序的輸入和程序的更改，通常采用手持式編程器和個人計算機進行。通過 PLC 廠 商提供的編程軟件及通信接口，用戶還可以使用個人計算機對 PLC 編程，并對系統(tǒng)進行仿真、測試、監(jiān)視和控制。 可編程邏輯控制器發(fā)展史 上述的定義表明， PLC 是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的“ 自然語言 ” 編程的一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。與繼電器控制相比，可靠性有一定提高。 2． 第二階段：擴展階段（ 70 年代中期至末期） PLC 產(chǎn)品的控制功能得到很大擴展，包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的比較和運算、模擬量的運算等功能。開始具備自診斷功能，存儲器采用 EPROM。 PLC 就已經(jīng)從汽 車行業(yè)迅速擴展到其它行業(yè)，作為繼電器的替代品進入了食品、飲料、金屬加工、制造和造紙等多個行業(yè) 。PLC 開始采用標準化軟件系統(tǒng)，并完成了編程語言標準化工作 。 PLC 向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在大中型 PLC 高功能、大容量、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計算機組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、復(fù)雜 系統(tǒng)進行綜合的自動控制 。這里需要說明的是，正如前面所提到的那樣，可編程控制技術(shù)并非單純是指 PLC 本身，而是包括其在內(nèi)的一系列自動化控制產(chǎn)品和技術(shù)的應(yīng)用。 本課題研究的主要內(nèi)容 現(xiàn)代社會對物品的包裝要求越來越高，為使包裝出的物品整齊、美觀并且具有良好的包裝質(zhì)量，要求包裝機具有精確的動作、定位精度及較高的生產(chǎn)率，因此對包裝機的控制要求是越來越高。 包裝機工作控制如圖 21 所示。其工作原理是將卷膜按照規(guī)定的供膜要求安裝好后，卷膜由走袋電動機通過同步帶輪帶動兩組同步帶將薄膜帶動行進。薄膜經(jīng)翻領(lǐng)成型器，通過縱封器的縱封將薄膜制成袋筒，袋筒經(jīng)過橫封器進行下橫封（此時上、下橫封同時進行，袋膜經(jīng)過刀片從上、下橫封中間切斷，刀片上的為上袋下橫封，刀片下的為下袋上橫封）。物料充填量杯后，超出杯口的物料由刮板刮平，當物料視比重變化時，可通過旋轉(zhuǎn)計量調(diào)整機構(gòu)手輪改變量杯容積，達到計量精度要求。 供膜 日期 打印 縱封 運動 裝料 橫封 運動 切斷 袋膜 成品 圖 21 包裝機工作控制 基于 PLC 的全自動包裝的系統(tǒng)設(shè)計 8 自動包裝機工藝過程由袋成型、充填、封口，冷卻等幾部分組成，包裝機控制系統(tǒng)輸入信號有：膜檢測、橫封和縱封的最高溫和最低溫檢測、動盤到位檢測、色標、料滿檢測，橫封、縱封日期打印情況、過載保護等。 基于 PLC 的包裝機生產(chǎn)工藝概述 通過分析控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分為縱封運動、供料系統(tǒng)、橫封運動和封切運動等。橫封結(jié)束后要運用切刀的動作將包裝好的成品和膜切斷。它既靈活方便，又精確可靠。根據(jù)膜上的色標來確定橫封的位置。以此減少控制系統(tǒng)因為故障而產(chǎn)生不必要的浪費。其次系統(tǒng)中需要采用有膜信號、動盤到位、日期標號等信號，所以要采用光電傳感器去檢查以上信號。要檢測色標的位置，所以要采用顏色傳感器。防止電路中各電機等過載，所以要用到熱繼電器。其他還要電機、交流接觸器和電磁閥等。 1． 手動：按下啟動按鈕，手動開關(guān)閉合，程序才能夠運行，完成相 應(yīng)的動作。在自動方式下，中途若按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運行到第一步開始位置才停止。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，又要包裝機運行期間采用循環(huán)工作方式，只有在工作結(jié)束或接收到操作人員的停止運行指令或設(shè)備出現(xiàn)故障或異常情況時才停止，因此本系統(tǒng)采用硬件切斷電源，使系統(tǒng)立即停車。操作人員給出操作指令并指示設(shè)備的運行狀態(tài)，機器啟停、功能切換、工況檢測、運行狀態(tài)、故障報警等，檢測元件檢測料位位置、投料結(jié)束信號，以及各部分的動作完成情況； PLC 自動循環(huán)掃描各個輸入輸出點的當前狀態(tài)，并根據(jù)梯形圖程序所確定的邏輯關(guān)系跟新輸出點的狀態(tài)，通過通斷交流接觸器和電磁閥來控制電動機的啟停，從而完成從卷膜輸送到物料排出全過程的自 動控制。其產(chǎn)品與傳統(tǒng)的邏輯電路相比具有編程方法簡單易學(xué)，功能強，性能價格比高，維修工作量小，維修方便，體積小，能耗低。 圖 31 S7300 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1． CPU 模塊 CPU 模塊主要由微處理 器和存儲器組成，它的主要任務(wù)是不斷采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，存儲器用來儲存用戶程序和數(shù)據(jù)。給背板總線提供 5V 的直流，通過背板提供網(wǎng)線 5V 直流電。分為數(shù)字量和模擬量輸入，分別采集開關(guān)、按鈕、壓力繼電器、電位器、測速發(fā)電機、各種變送器等的輸入。 4．接口模塊 接口模塊主要用來擴大 PLC 的容量，也給擴展模塊提供電源。 AS— I 和工業(yè)以太網(wǎng)。 SIMATIC S7300 基本功能 1．開關(guān)量邏輯控制。 2．閉環(huán)過程控制。 PLC 采用模擬置 I， O 模塊，實現(xiàn) MD 和 D／ A 轉(zhuǎn)換 (A：模擬量， D：數(shù)字量 )， CPU 通過各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，對模擬量完成閉環(huán) PID(比例、積分、微分 )控制。 3．運動控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 PLC 具有矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。西門子 PLC 通信包含 PLC 間的通信， PLC 與其他智能設(shè)備 (變頻器、計算機、數(shù)控裝置 )間的通信?，F(xiàn)代 PLC 也可以通過 Intemet實現(xiàn)遠程通信，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和維修，也可實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)傳輸。STEP7 具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和故障診斷功能等。秉承為中國企業(yè)降低工程成本、助力技術(shù)創(chuàng)新的宗旨，西門子研發(fā)技術(shù)團隊將 SIMATIC 技術(shù)與中國用戶使用習(xí)慣完美融合，歷經(jīng)兩年多不懈完善，精心打造全新工程利器。計算機一側(cè)的通信速率為 ， PLC一側(cè)的通信速率為 ～ 。 計算機的通信卡 CP5611（ PCI卡）、 CP5511 或 CP5512（ PCMCIA 卡），可以將計算機連接到 MPI 或 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)計算機與 PLC 的通信。 配置計算機硬件接口步驟如下： 1．在計算機上安裝好 STEP7 后，在管理器中執(zhí)行菜單命令 “ Option” “ Setting the PG/PC Interface” ，打開 “ Setting PG/PC Interface ” 對話框。點擊【 Select… 】按鈕，打開“ Install/Remove Interfaces” 對話框，可以安裝選擇框中沒有列出的硬件接口的驅(qū)動程序。 STEP7 的授權(quán) 使用 STEP7 編程軟件時需要產(chǎn)品的特別授權(quán)， STEP7 與可選的軟件包需要不同的授權(quán)。 STEP7 的光盤上的程序 AuthorsW 用于顯示、安裝和取出授權(quán)。使用 AuthorsW 程序