[機(jī)械畢業(yè)論文]包裝機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【專業(yè)答辯必備資料】

長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 I 摘 要 可編程控制器 (PLC)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。 本論文以長(zhǎng)春 佳鳴機(jī)械制造有限公司與我們合作開發(fā)的高速全自動(dòng)卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)為背景，理論與實(shí)踐相結(jié)合，詳細(xì)闡述了集 PLC 技術(shù)，變頻器技術(shù)，光電感應(yīng)技術(shù)，通信技術(shù)于一體的先進(jìn)控制技術(shù)在該包裝機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。論文主要內(nèi)容如下 :1.概述了可編程控制器 PLC 的現(xiàn)狀及其在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性和前景。 2.通過對(duì)卷紙包裝機(jī)生產(chǎn)工藝流程的了解，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)。 3.詳細(xì)分析了包裝紙放卷過程中的受力 (尤其是張力 )情況，并建立了數(shù)學(xué)模型，利用自適應(yīng)控制原理實(shí)現(xiàn)了送料過程中的張力控制。 4.在卷紙包裝機(jī)中，卷紙和包裝紙要求能同時(shí)到達(dá)工位 1，這就產(chǎn)生了送料過程中的同步控制問題，在同步控制中，我們?cè)诰砑埞┧拖到y(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軸上安裝一個(gè)半圓形金屬片，在側(cè)面裝上接近開關(guān)探頭，通過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)，就能知道包裝紙供送系統(tǒng)是滯后還是超前于卷紙供送系統(tǒng)，從而使伺服電機(jī)正、反轉(zhuǎn)或不動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了送料過程中的同步控制。 5.卷 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，使工藝盤的每一個(gè) V 形槽對(duì)應(yīng)一個(gè)二進(jìn)制位，通過移位寄存器的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了包裝過程的程序控制。 6.利用 Siemens 公司的編程軟件 Step7、監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC及其通信功能設(shè)計(jì)了包裝過程梯形圖、 STL語句及 PLC通信網(wǎng)絡(luò)，以完成數(shù)據(jù)的采集并控制輸出設(shè)備安全、高速、高效地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了該包裝過程的監(jiān)視功能。 經(jīng)過我們的努力，卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。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 是 效率上都獲得了質(zhì)的提高，基本達(dá)到了九十年代末期國(guó)際先進(jìn)水平，較好地實(shí)現(xiàn)了廠方提出的控制要求。 關(guān)鍵詞 :包裝機(jī) ； PLC； 張力控制 ； 自適應(yīng)控制 ； 同步控制 ； WinCC； Step7 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 II ABSTRACT This thesis mainly discussed the design of control system of roll packing. As the kermel device control system, PLC is widely used in modern industrial production and do well in this field. This thesis takes the control system of the high-speed full-automatic roll packingmachine that was developed by ChangChunTaming Machine Manufacturing LimitedCompany along with us as a background. We apply the advanced control technique in the packing machine control system such as the technique of PLC, the inverter technique, light electricity technique and so on. By using these techniques, we realized tension control, Synchronous control in transmitting process and packing process program control. To complete the data of collecting and control the output equmeats to work safely, high speed and efficiently, we designed the PLC correspondence network by using the WinCC, a supervise control and configuration software of the company of Siemens, and its communication function, to realize the surveillance function of the packing process. The machine got the exaltation of the quality whether the function or the efficiency, basically came to the international advanced level in the late of 90s, realized well the control request that the company put forward. This control system is well running in the lab. Key words: Packing machine； PLC； tension control； self-adaptive Control； Synchronous control； WinCC； Step7 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 III 目 錄 摘 要 . I ABSTRACT . II 第一章 緒 論 . 1 1.1可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀 . 1 1.2可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) . 1 1.3 PLC與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 . 3 1.3.1 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較 . 4 1.3.2 PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)比較 . 5 1.3.3 PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較 . 5 1.3.4 PLC與集散型控制系統(tǒng)的比較 . 6 1.4卷紙包裝機(jī)產(chǎn)生的背景及意義 . 6 1.5 PLC在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性和前景 . 6 1.6項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容 . 7 1.7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 1.1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。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展， PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時(shí)推動(dòng)了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展?，F(xiàn)代 PLC 已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。最初， PLC主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機(jī)械的控制上。但不久，西德的西門子 (SIEMENS)公司、 BBC 公司就開始研制 PLC，當(dāng)時(shí)主要是用于軋鋼機(jī)、升降設(shè)備等大型設(shè)備上。 70年代初，日本的 OMRON也推出了他們的 PLC。三菱、日 立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后加入了 PLC制造者的行列。70年代中期，美國(guó)和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型 PLC。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 ；加上其是專為工業(yè)控制所設(shè)計(jì)，所以具有極好的抗干擾性能 ；并且他的使用和維護(hù)都極為方便，實(shí)現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機(jī)械制造業(yè)深受歡迎。小型 PLC 開始步入諸如塑料注塑機(jī)、包裝機(jī)械、橡膠機(jī)械、紡織機(jī)械等輕工機(jī)械的控制領(lǐng)域，其成本的低廉和性能的優(yōu)良對(duì)直接使用微機(jī)作為控制單元的做法構(gòu)成了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，更有 全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢(shì)。據(jù)國(guó)外資料介紹 :1982 年美國(guó) PLC 用戶中，有 48%來自自動(dòng)程序操作部門 (如汽車、拖拉機(jī)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等 )、 13%來自石油化工業(yè)、 9%來自食品飲料業(yè)、 7%來自冶金工業(yè)、其余部分來自造紙、采礦、污水處理等部門 11。近年來，隨著我國(guó)對(duì)外開放，日、美、西德等國(guó)生產(chǎn)的 PLC 已通過多種途徑進(jìn)入了我國(guó)，引起了各方面的重視并得到應(yīng)用。如寶鋼工程應(yīng)用了數(shù)百臺(tái) PLC，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應(yīng)用了美國(guó)和西德的 PLC。 1.2可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化 愈來愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。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。今后， PLC將主要朝著以下兩個(gè) 方向發(fā)展 :一個(gè)是向超小型專用化和低價(jià)格方向發(fā)展 ；另一個(gè)是向高速多功能和 分布式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展?？偟内厔?shì)如下。 l一 t61: 1.可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 在工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品繁花似錦的今天，各生產(chǎn)廠商既互相競(jìng)爭(zhēng)又互相合作。一 種自動(dòng)化產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力除表現(xiàn) 在其技術(shù)上的個(gè)性外，更重要的還在于其滿足國(guó)際 標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平。標(biāo)準(zhǔn)化一方面保證了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，另一方面也保證了 各個(gè)廠家產(chǎn)品的互相兼容。出廠檢驗(yàn)時(shí)各可編程控制產(chǎn)品的廠家都有相應(yīng)的技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)作依據(jù)。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。但是，這些標(biāo)準(zhǔn)目前只能是統(tǒng)一區(qū)域性的產(chǎn)品，而不能實(shí)現(xiàn)全球的統(tǒng)一性。為了使各廠家的產(chǎn)品有一個(gè)共同的參考平面，制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 2. CPU處理速度進(jìn)一步加快 目前 PLC 的 CPU 與微型計(jì)算機(jī)的 CPU 相比，還處在比較落后的地 步，最高的也僅僅處在 80486一級(jí)。將來會(huì)全部使用 64位 RISC芯片，實(shí)現(xiàn)多 CPU并行處理或分時(shí)處理或分任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化。這樣 PLC執(zhí)行指令的速度將達(dá)到納秒級(jí)。 3.可編程控制技術(shù)的智能化 提高一個(gè)系統(tǒng)的智能程度不僅提高系統(tǒng)的品質(zhì)，在某種意義上也提高了系統(tǒng)的可靠性。 4.系統(tǒng)的開放性和兼容性 開放性和兼容性是不可分割的而且是相輔相成的概念。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。當(dāng)今可編程控制產(chǎn)品種類繁多，加上自動(dòng)化項(xiàng)目越來越大，致使常常在一個(gè)工程項(xiàng)目中出現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品做主從站的現(xiàn)象，這就要求每一廠家的產(chǎn)品族中，都要考慮到和其他廠家產(chǎn)品的兼容性問題 ；另一方面，可編程控制器與工業(yè)控制機(jī)等其他裝置的通信難易也體現(xiàn)了開放性的特點(diǎn)。除此之外，同一廠家產(chǎn)品族中的各系列產(chǎn)品兼容性也代表了可編程控制產(chǎn)品的水平。 5.通用性和專業(yè)化的結(jié)合 可編程控制產(chǎn)品是通用的。但是工業(yè)的每一領(lǐng)域都有其自己的特點(diǎn)。怎樣才能使一個(gè)系統(tǒng)既具有通用性又具備專業(yè)化呢 ?硬件系統(tǒng)的模塊化便是解決這一矛盾的鑰匙。 這樣，適合于某個(gè)行業(yè)或某些特殊問題的專用模塊就可以很容易地集長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 成到通用系統(tǒng)中去。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。 6.可靠性進(jìn)一步提高 隨著 PLC進(jìn)入過程控制的領(lǐng)域，對(duì) PLC可靠性的要求進(jìn)一步提高。硬件冗余的容錯(cuò)技術(shù)將進(jìn)一步得到應(yīng)用，不僅會(huì)有 CPU 單元冗余、通信單元冗余、電源單元冗余、 1/0 單元冗余、而且整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)實(shí)現(xiàn)冗余。但從根本上來講，系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各單元的可靠程度。要保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，首先要求系統(tǒng)各單元的質(zhì)量要得到保證。 MTBF(平均無故障時(shí)間 )是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)?？v觀各著名廠商，其 PLC 產(chǎn)品都有不同程度的冗余功能，而且發(fā)展越來越完善。 7.控制系統(tǒng)分散化 根據(jù)分散控制、集中管理的原則， PLC 控制系統(tǒng)的 1/0 模塊將直接安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)，通過通信電纜或光纖與主 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這樣使控制更有效，系統(tǒng)更可靠。 8.控制與管理功能一體化 為了滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制與管理的需要， PLC將廣泛采用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，使 PLC 系統(tǒng)的生產(chǎn)控制功能和信息管理功能融為一體。 綜上所述，我們不難得出下面幾個(gè)結(jié)論 : 1.工控機(jī)、計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)及 PLC正在走著一條相互融合的道路。 2.智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的新型控制思想。 3.系統(tǒng)的智能性將越來越重要，因此系統(tǒng)的分析運(yùn)算能力將越來越強(qiáng) 。 4.基于標(biāo)準(zhǔn)化的開放性和兼容性是衡量系統(tǒng)質(zhì)量的重要判據(jù)。 5.通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。 1.3 PLC與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備及自動(dòng)化項(xiàng)目中，我們會(huì)遇到大量的開關(guān)量、脈沖量及模擬量等控制裝置。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。傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)控制主要是由繼電器或分離的電子線路來實(shí)現(xiàn)的。這種控制方式雖然造價(jià)便宜，但卻存在許多致命的弱點(diǎn) :只適用于簡(jiǎn)單的邏輯控制，僅適用某種控制項(xiàng)目，缺乏通用性，一旦要實(shí)現(xiàn)改動(dòng)或者優(yōu)化，只能通過硬件的重新組合來實(shí)現(xiàn)。目前，工業(yè)界比較有代表性的控制方式主要有以下幾個(gè)類別 :繼電器控制系長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 統(tǒng)，單片機(jī)控制系統(tǒng)，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，集散型控制系統(tǒng)。 1.3.1 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器控制是采用硬接線邏輯，利用繼電器觸點(diǎn)的串、并聯(lián)及時(shí)間繼電器的延遲動(dòng)作來組成控制邏輯，其缺點(diǎn)是一個(gè)系統(tǒng)一旦確定就很難輕易再改動(dòng)。如果要在現(xiàn)場(chǎng)做一些更改和擴(kuò)展更是難以實(shí)行。而 PLC 是利用其內(nèi)部的存儲(chǔ)器以數(shù)據(jù)形式將控制邏輯存儲(chǔ)起來的，所以只要改變 PLC 內(nèi)存儲(chǔ)器的內(nèi)容，也就可以實(shí)現(xiàn)更改控制邏輯的目的。對(duì)于 PLC來講，只要用 PLC配備的編程器在現(xiàn)場(chǎng)就可以完成更改。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，就無須對(duì)硬接線作任何改動(dòng)。 繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的。工作頻率很低。一次動(dòng)作一般為數(shù)十毫秒。對(duì)于復(fù)雜的控制，使用的繼電 器越多，反應(yīng)就越慢。而PLC 是以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的控制裝置，其運(yùn)行速度為每個(gè)指令步數(shù)十微秒 (對(duì)于高速 PLC則是 5微秒以下 )。并且內(nèi)部有嚴(yán)格的同步，所以不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)的問題。 對(duì)于限時(shí)控制，繼電器是利用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)的。由于時(shí)間繼電器是利用空氣阻力，半導(dǎo)體延時(shí)電路來實(shí)現(xiàn)延時(shí)的，所以其定時(shí)精度低，調(diào)整不方便。且環(huán)境溫度變化等因素都會(huì)對(duì)定時(shí)精度有直接的影響。而 PLC 則是由晶體振蕩器所產(chǎn)生的脈沖經(jīng)多次分頻后得到的時(shí)基脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來定時(shí)的，定時(shí)范圍一般為 0.1 秒，也有 0.01 秒的，精度一般高于 10 毫 秒，只要根據(jù)需要由編程器送入時(shí)間常數(shù)即可實(shí)現(xiàn)定時(shí)時(shí)間的設(shè)定或更改。由于 PLC 的定時(shí)是對(duì)時(shí)基脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，所以如果是對(duì)外脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，就成為計(jì)數(shù)器?，F(xiàn)代的 PLC一般都具有定時(shí)器和計(jì)數(shù)器功能。 從可靠性和可維護(hù)性方面來看，繼電器控制邏輯由于使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連接線也多，觸點(diǎn)開閉時(shí)產(chǎn)生的電弧會(huì)使觸點(diǎn)損壞，動(dòng)作時(shí)的機(jī)械振動(dòng)還可能使 接線松動(dòng)，所以可靠性和可維護(hù)性都較差。而 PLC 則采用了無觸點(diǎn)的電子電路來替代繼電器觸點(diǎn)，確切地說是用存貯器內(nèi)的數(shù)據(jù)來代替觸點(diǎn)，因此不存在上述缺點(diǎn)。而且體積小、功耗小、壽 命長(zhǎng)、可靠性高、還具有監(jiān)控功能和自檢功能，使程序的運(yùn)行過程成為透明。 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。繼電器邏輯只能對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制。而 PLC 除了具有開關(guān)量控制功能外，有些功能較全的 PLC還具有 A/D, D/A轉(zhuǎn)換裝置，可以用來對(duì)模擬量進(jìn)行控制。但是目前在成本方面 PLC 還比繼電器貴，一般進(jìn)口產(chǎn)品每個(gè) 110 點(diǎn)為人民長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 幣 80元左右 ；國(guó)產(chǎn)一般點(diǎn) 1/O為 60元左右。 1.3.2 PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)比較 雖然單片機(jī)的配置較微機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本也較易接受，但它仍然不 是為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的。同樣存在著編程難、不易掌握、需要做大量的接口工作，可靠性仍較差，成本高等缺點(diǎn)。盡管其有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，但工業(yè)控制都為開關(guān)量控制，所以其長(zhǎng)處仍得不到發(fā)揮。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。因此，它具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。事實(shí)上，現(xiàn)代PLC的核心就是單片微處理器。用單片機(jī)作控制部件在成本方面具有優(yōu)勢(shì)。但是不可否認(rèn)，從單片機(jī)到工業(yè)控制裝置之間畢竟有一個(gè)硬件開發(fā)和軟件開發(fā)的過程。雖然 PLC 也有必不可少的軟件開發(fā)過程，但兩者所用的語言差別很大，單片機(jī)主要使用匯編 語言開發(fā)軟件。而 PLC 用專用的指令系統(tǒng)來編程的。前者復(fù)雜而易出錯(cuò)，開發(fā)周期長(zhǎng)。后者簡(jiǎn)便易學(xué)，現(xiàn)場(chǎng)就可以開發(fā)調(diào)試。 單片機(jī)控制系統(tǒng)僅適用于較簡(jiǎn)單的自動(dòng)化項(xiàng)目。硬件上主要受 CPU、內(nèi)存容量及 1/O接口的限制 ；軟件上主要受限于與 CPU類型有關(guān)的編程語言。一般說來單片機(jī)或單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用只是為某個(gè)特定的產(chǎn)品服務(wù)的。其通用性、兼容性和擴(kuò)展性都相當(dāng)差。 1.3.3 PLC與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較 PLC是專為工業(yè)控制所設(shè)計(jì)的。而微型計(jì)算機(jī)是為科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等而 設(shè)計(jì)的，盡管兩者在技術(shù)上都采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，但 由于使用對(duì)象和環(huán)境的不同， PLC較之微機(jī)系統(tǒng)具有面向工業(yè)控制、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)工程現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕 度環(huán)境、輸入、輸出一一般采用“光一電”隔離技術(shù)，并配備有可承受較大負(fù)載 的繼電器或可控硅 (也有用晶體管 )輸出部件，一般可以直接驅(qū)動(dòng)小型電機(jī)等負(fù)載。此外，使用面向工業(yè)控制的專用語言而使編程及修改方便。并有較完善的監(jiān)控功能。而微機(jī)系統(tǒng)則不具備上述特點(diǎn)，一般對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求苛刻，使用高級(jí)語言編程，要求使用者有相當(dāng)水平的計(jì)算機(jī)硬件和軟件知識(shí)。此外，微機(jī)系統(tǒng)的外設(shè)配備較多，有些對(duì)工業(yè)控制并非必須。因此 PLC 顯然較微機(jī)系 統(tǒng)更適合于工業(yè)控制。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 1.3.4 PLC與集散型控制系統(tǒng)的比較 PLC 是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。而集散控制系統(tǒng) DCS (DistributionControl System)是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的分布式控制系統(tǒng)，它在模擬量處理，回路調(diào)節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢(shì)。 PLC隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，無論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高。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)。隨著網(wǎng)絡(luò)通信功能的不斷增強(qiáng)， PLC與 PLC及計(jì)算機(jī) 的互聯(lián)，可以形成大規(guī)模的控制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)高速公路上 (Data Highway)掛接在線通用計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)在線組態(tài)、編程和下裝，進(jìn)行在線監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過程，這樣就己經(jīng)具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上 PLC 價(jià)格和可靠性優(yōu)勢(shì)，使之可與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相互競(jìng)爭(zhēng)。 由于以上的原因，可以預(yù)見隨著 PLC成本的下降和機(jī)器要求的提高，將很快在大部分場(chǎng)合取代繼電器控制屏。無論是與傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制邏輯相比，還是與現(xiàn)代的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)乃至專用于控制的單片機(jī)相比，在工業(yè)控制方面 PLC 都具有明顯的優(yōu)越性。尤其是對(duì)生產(chǎn)流水線、動(dòng)作 復(fù)雜的單機(jī)，比起前述幾種控制手段來具有壽命長(zhǎng)、可靠性高、對(duì)環(huán)境無特殊要求、開發(fā)費(fèi)用低、周期短、無需專門的計(jì)算機(jī)軟、硬件知識(shí)就可在短期內(nèi)掌握，功能擴(kuò)展方便，成本可為一般用戶所接受等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代機(jī)電一體化產(chǎn)品控制裝置的理想選擇。 1.4卷紙包裝機(jī)產(chǎn)生的背景及意義 衛(wèi)生卷紙是人們生活中的必須品，隨著人們對(duì)紙質(zhì)品用量的增加，對(duì)衛(wèi)生紙 的需求也越來越大，且對(duì)衛(wèi)生紙的安全性，方便性要求也越來越高。為使包裝出 的物品整齊、美觀并具有良好的包裝質(zhì)量，研制高速、高效、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的新型 包裝機(jī)是市場(chǎng)的迫切需求。目前，該 類包裝機(jī)多半為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴。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)” 。 1.5 PLC在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性和前景 包裝機(jī)械的最大特點(diǎn)是動(dòng)作復(fù)雜、頻繁，且有較多的執(zhí)行元件。在這種場(chǎng)合使用繼電器控制邏輯必然需要大量的中間繼電器，而這些中間繼電器在用PLC控制的情況下，就可以對(duì)其內(nèi)部的輔助繼電器進(jìn)行編程后來取代。從物理介質(zhì)方面來講，前者是要用具體的電氣元件來組合，而后者只是 PLC 的內(nèi)部寄存器，在 PLC 編程容量許可的范圍內(nèi)，可以不花費(fèi)額外的費(fèi)用來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 7 邏 輯。一般的 PLC 都有上百點(diǎn)內(nèi)部輔助繼電器甚至更多，且還有多種專用的內(nèi)部電器，足可以應(yīng)付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是對(duì) PLC進(jìn)行編程。事實(shí)上 PLC用于這種場(chǎng)合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然我們不僅忽視了 PLC的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是其運(yùn)行速度及可靠性和壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于繼電器控制方式，從上述意義上來講， PLC 最適合于需要大量中間繼電器的場(chǎng)合。且 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點(diǎn) : 1)更改控制邏輯只需修改軟件，無需對(duì)硬件作改動(dòng) ； 2)程序可以復(fù)制，批量生產(chǎn)很容易 ； 3)電氣硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化 ； 4)由于 PLC 除 有繼電器功能外，尚有多種其它功能，可以實(shí)現(xiàn)繼電器無法實(shí)現(xiàn)的控制功能，實(shí)現(xiàn)某種程度上的智能化，并有可能使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化 ； 5)可靠性高 ； 6)成本相對(duì)于繼電控制而言稍高，但繼電器控制隨著所用中間繼電器數(shù)量的增加，成本急驟上升，而 PLC 控制幾乎保持不變，這一點(diǎn)對(duì)于復(fù)雜的控制來講具有無可比擬的優(yōu)越性 ； 7)具有擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，當(dāng)需要較多 1/0時(shí)可以方便地?cái)U(kuò)展。 因此，國(guó)外在注塑機(jī)、各種包裝機(jī)上已經(jīng)大量地采用了 PLC 來取代傳統(tǒng)的繼電器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。 我國(guó)包裝機(jī)械目前控制部件大多還沿用繼電器 方式。如果能用 PLC 來取代的話，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。更重要的是可以使原來無法實(shí)現(xiàn)的某些功能得以實(shí)現(xiàn)，使機(jī)器在某種程度上實(shí)現(xiàn)智能化。通過對(duì)各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用 PLC控制系統(tǒng)。 1.6項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容 1.對(duì)可編程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)作一簡(jiǎn)單的介紹，明確背景知識(shí)與選型根據(jù) ；分析 PLC在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性與前景。 2.卷紙包裝機(jī)各動(dòng)作控制工藝的研究。了解卷紙包裝機(jī)的工作過程及工藝要求。總結(jié)各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，將其用流程圖的形式表示出來，為實(shí)現(xiàn)高速全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制 做準(zhǔn)備。 3.可編程控制器部分的設(shè)計(jì)，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。 4.工控機(jī)軟件的設(shè)計(jì)，包括監(jiān)界面設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)顯示。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 1.7論文的安排 全文共分五章。論文的第一章主要介紹了可編程控制器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)及其在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性及前景，分析了 PLC 控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的區(qū)別，介紹了本課題的研究?jī)?nèi)容。第二章分析了卷紙包裝機(jī)工藝流程和包裝各動(dòng)作的時(shí)序及包裝機(jī)速度的影響因素及提高方法，設(shè)計(jì)了包裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制方案、運(yùn)行方式及硬件的選擇和組 態(tài)，并詳細(xì)介紹了組態(tài)的各模塊。第三章主要對(duì)控制系統(tǒng)的供電線路及包裝各工位的電氣圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)放卷分切部分的受力分析，建立模型，然后依據(jù)自適應(yīng)控制原理設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了張力控制，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了送料過程中的同步控制并繪出了電路圖。第四章根據(jù) PLC 原理用SIEMENS 的 STEP7 設(shè)計(jì)了某些功能塊的梯形圖和 STL 程序，并用 S7-PLCSIM simulator模擬其運(yùn)行結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，利用 SIEMENS的工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了包裝過程的監(jiān)視界面。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)際來看一下它的應(yīng)用。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(dòng)化控制產(chǎn) 品和技術(shù)的應(yīng)用。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 性為準(zhǔn)則，盡量把本系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為一個(gè)功能齊全、可靠性高且易于使用的包裝機(jī) 設(shè)備。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)之前，首先得了解其生產(chǎn)工藝。 2.1卷紙包 裝機(jī)生產(chǎn)工藝概述 卷紙包裝機(jī)主要功能是將來自卷紙庫的卷紙以每分鐘 60個(gè)的速率包裝成合 格的衛(wèi)生卷筒紙。簡(jiǎn)單的工藝流程如圖 2-1所示。 包裝紙以卷筒的形式放在原料架上，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出命令時(shí)，放卷電機(jī)動(dòng)作， 開始放卷。放卷到一定長(zhǎng)度 (長(zhǎng)度由色標(biāo)來檢測(cè) )時(shí)，通過色標(biāo)信號(hào)向切紙機(jī)構(gòu) 發(fā)出指令。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)。切刀上、下的工作頻率可由變 頻 調(diào)速電機(jī)來調(diào)整，操作簡(jiǎn)便。切好的紙片經(jīng)整理后放入紙片庫中，等待推紙空 心臺(tái)送紙片。同時(shí)卷紙庫的卷紙經(jīng)過整理等待托盤推桿送卷紙球。 包裝過程通過包裝工藝盤及其輔助機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。包裝工藝盤共有八個(gè) v 形槽， 三個(gè)加工工位，當(dāng)包裝紙和待包裝的卷筒紙放入槽中后，由工藝盤載著其轉(zhuǎn)動(dòng)， 依次送入各加工工位。工藝盤的轉(zhuǎn)動(dòng)是由交流電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)的，各加工 工位的動(dòng)作是通過順序邏輯控制電磁閥進(jìn)而帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的。工件從 1號(hào)工 位裝入 ；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) ；在 3號(hào)工位，包裝好的產(chǎn)品由于 重力作用落入成品庫 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 由于這是一個(gè)典型的順序控制，利用移位寄存器操作最為方便。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。當(dāng)?shù)?2號(hào)工位時(shí)發(fā)出上料信號(hào)，推紙空心臺(tái)推動(dòng)紙片 (其總的上升 時(shí)間大于 490ms小于 640ms)，托盤推動(dòng)紙球 (其總的上升時(shí)間略小于 640)同 時(shí)以相同的速度前進(jìn)，當(dāng)工藝盤 V形槽到達(dá)第一工位時(shí)，工藝盤停止，在此延時(shí) 150ms，待放紙空心臺(tái)壓到紙片到位行程開關(guān)，停止，托盤壓到托盤到位 行程開關(guān)， 托盤停止，完成了上料操作，當(dāng)延時(shí)到，托盤和放紙空心臺(tái)后退，同時(shí)，插紙板 前進(jìn)，托住紙球與工藝盤一同運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá) 2號(hào)工位時(shí)，工藝盤停止，延時(shí) 250ms， 同時(shí)發(fā)出上料信號(hào)，在此時(shí)段內(nèi)，插紙板在工藝盤停止后也相繼停止，但由于慣 性，會(huì)使包裝紙帶著紙球旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小的角度，使包裝紙能完全包住紙球，然后 再后退，同時(shí)夾鉗機(jī)構(gòu)軸向運(yùn)動(dòng)，碰到限位開關(guān)時(shí)，軸向運(yùn)動(dòng)停止，而三個(gè)夾桿 同時(shí)徑向運(yùn)動(dòng)，抓緊包裝紙的兩端，當(dāng)碰到抓緊限位開關(guān)時(shí)，夾鉗機(jī)構(gòu)軸旋轉(zhuǎn) 90 度后繼續(xù)向前移動(dòng)，進(jìn)行窩邊。窩邊到位，該機(jī)構(gòu)就后退。到達(dá) 3號(hào)工位時(shí)，成 品落下，完成一次包裝，這樣如此循環(huán)，直到發(fā)出停止信號(hào)。從圖 2-2的時(shí)序圖 分析，包裝一個(gè)衛(wèi)生卷紙只需 880ms，可為什么在 1分鐘內(nèi)卻只能包 60 個(gè)啦，這 里還有個(gè) PLC掃描周期的問題，本包裝程序中 PLC掃描周期為 120 ms. 2.3可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì) 利用 PLC可以構(gòu)成多種控制系統(tǒng) :單機(jī)控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)，分散型控 制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程 1/0控制系統(tǒng) lv。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。集中控制系統(tǒng)如圖 2-3所示，每個(gè)被控制對(duì)象與可 編程控制器指定 I/0相連接，因此各被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)的變換不需要另 外設(shè)置專門的信號(hào)線路。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。單主機(jī)控制方式，對(duì)主機(jī)要求較高，危險(xiǎn) 相對(duì)集中。遠(yuǎn)程 I/0控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)比較獨(dú)特，類似于集中控制系統(tǒng)，又具 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 11 有分散型控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，經(jīng)常用于控制規(guī)模中等，控制對(duì)象比較分散、工程費(fèi)用較低的場(chǎng)合 圖 2-3集中控制系統(tǒng) Fig 2-3 Concentration control system PLC作為一種控制設(shè)備，用它單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)是有局限性的，主要是 無法進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，無法顯示各種實(shí)時(shí)圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢 字和打印漢字報(bào)表，沒有良好的界面。這些不足，我們選用上位機(jī)來彌補(bǔ)。上位 機(jī)完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬顯 示、分析限值或報(bào)警信息，驅(qū)動(dòng)打印機(jī)實(shí)時(shí)打印各種圖表。 為提高 PLC及系統(tǒng)的抗干擾能力，在硬件配置與安裝上，交流電源使用雙層 隔離，輸入信號(hào)光電隔離，遠(yuǎn)離強(qiáng)電布線，模擬量信號(hào)和脈沖信號(hào)采用屏蔽線傳 遞，采用放射性一點(diǎn)接地等措施，消除或減弱共模和瞬變干擾。在軟件設(shè)計(jì)和編 程上，加上一些抗干擾模塊。 2.4系統(tǒng)的運(yùn)行方式 運(yùn)行方式分為手動(dòng)、單步、周期及自動(dòng)等四種操作方式。 1.手動(dòng) :各工步都可單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)，按鈕釋放即停止運(yùn)行 ； 2.單步 :按下啟動(dòng)按鈕，運(yùn)行一個(gè)工步，到位即停。再按啟動(dòng)，則進(jìn)入下一工 步運(yùn)行 ； 3.周期 :從初始位 置開始，按啟動(dòng)按鈕，程序自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后返 回到第一步開始位置停止 4.自動(dòng) :按啟動(dòng)按鈕，程序完成一個(gè)周期的動(dòng)作后又接著從第一步開始運(yùn)行，自動(dòng)循環(huán)。在自動(dòng)方式下，中途若按下復(fù)位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運(yùn)行到第一步開始位置才停止 ；若按下停止按鈕，則運(yùn)行立即停止，此時(shí)若再按啟動(dòng)，系統(tǒng)即從該位置運(yùn)行到第一步開始處停止。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。與運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)，還必須考慮停止運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)?？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。根據(jù)控制系統(tǒng)要求， 由于包裝機(jī)運(yùn)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(yùn)行指令或設(shè)備出現(xiàn)故障或異常情況時(shí)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。 包裝機(jī)控制功能要求 : 手動(dòng)運(yùn)行可以用按鈕對(duì)包裝機(jī)的各個(gè)部分進(jìn)行單獨(dú)控制，主要用于故障恢復(fù)與檢修 全自動(dòng)運(yùn)行按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)即可連續(xù)、協(xié)調(diào)、周期性地循環(huán)完成各包裝動(dòng)作，直到系統(tǒng)接收到停止運(yùn)行信號(hào)。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 2.5控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 2.5.1總體結(jié)構(gòu)關(guān)系 在前面己經(jīng)說明，本系統(tǒng)采用可編程控制器 (PLC)和工控機(jī)兩級(jí)控制的結(jié)構(gòu)。 PLC負(fù)責(zé)按鈕、行程 開關(guān)和其它開關(guān)量信號(hào)的輸入，以及發(fā)出信號(hào)去控制接觸器、 繼電器、變頻器等電氣元件，進(jìn)而控制各電機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)控制相應(yīng)指示燈的顯 示。工控機(jī)用來進(jìn)行參數(shù)的修改與設(shè)定、全自動(dòng)控制、在線監(jiān)視、傳送信息等工 作。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。 2.5.2控制系統(tǒng)主要器件的選擇 卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)主要器件包括工控機(jī) (另配顯示器 )、 PLC、變頻器等。 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 IPC-610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。工控機(jī)由一臺(tái) 500VA的不間斷電源 UPS供電，保證報(bào)表數(shù)據(jù)的完整記錄。 下位 PLC的選型及其模塊配置 在進(jìn)行這項(xiàng)工作之前，需要對(duì)控制對(duì)象和控制任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。然后確 定系統(tǒng)的規(guī)模、機(jī)型和配值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該包裝 機(jī)控制系統(tǒng)需要配置如下的不同性 質(zhì)的 I/0點(diǎn) : 80個(gè)開關(guān)量輸入 ； 50個(gè)開關(guān)量輸出 ； 巧個(gè)模擬量輸入 ； 巧個(gè)模擬量輸出 ； 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) S7-300，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。其模塊化、無 排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得 S7-300成為各種從小 規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方案。 S7-300系列所具有的多種 性能遞增的 CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的 I/0擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全 根據(jù)實(shí)際 應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附 加的模塊對(duì) PLC進(jìn)行擴(kuò)展。 SIMATIC S7-300所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)， 抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。它具有很強(qiáng)的計(jì)算能力和完善的 指令集，以及通過 MPI接口和 SINEC LANS聯(lián)網(wǎng)的能力，適用于高速的過程處理 需要。本系統(tǒng)所用的主機(jī)模塊是 CPU 315-2DP，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。除此之外， 它自帶的 STEP?編程軟件 功能強(qiáng)大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡(jiǎn)單快捷。此外， S7-300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) I/0點(diǎn)數(shù)的確定要按照實(shí)際點(diǎn)數(shù)再加 20 Yo-30%的備用量及其特性，配 置了如下的模塊 Vl, 1. 2個(gè)模擬量輸入模塊 SM331 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 13 為 16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道 ； 2. 4個(gè)模擬量輸出模塊 SM332 為 16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道 ； 3. 4個(gè)數(shù)字量輸入模塊 SM321 輸入通道 ； 4. 3個(gè)數(shù)字量輸出模塊 SM322 關(guān)量輸出通道 ； 5.中央處理單元 CPU315-2DP； 6.通訊處理器 CP343一 5 7.接口模塊 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)。除此之外，另一個(gè)重要的任務(wù)就是接受工控機(jī) (上 位機(jī) )的控制命令，以進(jìn)行全自動(dòng)包裝循環(huán)。圖 2-4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 CPU315-2DP 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。每執(zhí)行 1000條二 進(jìn)制指令約需 0JMS，最大可擴(kuò)充 1024點(diǎn)數(shù)字量 1/O或 128路模擬量通道。 CPU315-2DP內(nèi)裝硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘。 CPU315-2DP的操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動(dòng)的用戶程序掃描過程。 CPU響應(yīng)哪個(gè)事 件，操作系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用該事件的組織塊 OB o CPU315可調(diào)用 128個(gè)功能塊 FB (0 一 127)； 128個(gè)功能調(diào)用 FC (0-127)； 127個(gè)數(shù)據(jù)塊 DB (127, 0保留 )。 OB, F B, FC, DB的容量均不大于 8KB。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 ；有 9個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 SDB裝載 S7-300系統(tǒng)參數(shù)。 CPU315-2DP適用于要求高速處理和中等 v0規(guī)模的任務(wù)。它可以裝載中等 規(guī)模的程序，并具有中等的指令執(zhí)行速度。 接口模塊 IM360和 IM361 當(dāng) PLC系統(tǒng)的規(guī)模較大時(shí)，一個(gè)機(jī)架不能容納所有的模塊時(shí)， 就要增添擴(kuò)展 機(jī)架，這時(shí)裝有 CPU的機(jī)架稱為主機(jī)架。主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間通過接口模塊 IM360和 IM361形成統(tǒng)一的整體。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。接口模塊是自組態(tài)的，無需進(jìn)行地址分配。具有指示系統(tǒng)狀態(tài)和故障的發(fā) 光二極管 LED。如果 CPU不確認(rèn)此機(jī)架，則 LED閃爍。一個(gè)系統(tǒng)可以有中央機(jī) 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 14 架和最多三個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，每個(gè)機(jī)架最多八個(gè)擴(kuò)展模塊，相鄰機(jī)架的間隔為 4厘米 到 10米。 IM360必須安裝在 S7-300的 0號(hào)主機(jī)架上， IM360和 IM361之間的最大距 離不超過 10米。 IM361接口模塊安裝在 S7-300的 1號(hào)到 3號(hào)的機(jī)架上 ；數(shù)據(jù) 通過連接線 368由 IM360傳輸?shù)?IM361，再從 IM361傳輸?shù)较聜€(gè)機(jī)架上的 IM361； 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?？赏ㄟ^電源 連接器連接 PS307負(fù)載電源。 通訊處理器模塊 CP343一 5 CP343 - 5通訊處理器是用于 PROFIBUS-FMS總線系統(tǒng)的 SIMATICS7- 300的通訊處理器。它內(nèi)部帶有微處理器，用來分擔(dān) CPU的通訊任務(wù)，并支持其 它的通訊連接。它可以通