基于PLC的高速全自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于PLC的高速全自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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

2、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

3、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(yǔ)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(wú)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；Step7ABSTRACT This thesis mainly discussed the

4、 design of control system of roll packing. As the kermel device control system, PLC is widely used in modern industrialproduction 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 Manufac

5、turing 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

6、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

7、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 theefficiency, basically came to the international advanced level in the late of 90s,realized well the control request that the

8、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; Step7III目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 緒 論11.1可編程控制技術(shù)的現(xiàn)狀11.2可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)11.3 PLC與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較41.3.1 PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較41.3.2 PLC與單片機(jī)控制系統(tǒng)比較51.3.3 PL

9、C與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較61.3.4 PLC與集散型控制系統(tǒng)的比較61.4卷紙包裝機(jī)產(chǎn)生的背景及意義61.5 PLC在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性和前景71.6項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容71.7論文的安排8 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)

10、發(fā)展。現(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)

11、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(lái)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(lái)自石油化工業(yè)、9%來(lái)自食品飲料業(yè)、7%來(lái)自冶金工業(yè)、其余部分來(lái)自造紙、采礦、污水處理等部門11。近年來(lái)，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

12、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(lái)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)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

13、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(lái)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

14、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(lái)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

15、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

16、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(lái)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(wú)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(lái)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

17、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(lái)越重要，因此系統(tǒng)的分析運(yùn)算能力將越來(lái)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)

18、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(lái)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(lái)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(lái)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)

19、形式將控制邏輯存儲(chǔ)起來(lái)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(lái)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(wú)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(lái)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。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文代做平臺(tái) 580畢業(yè)設(shè)計(jì)網(wǎng) 是專業(yè)代做團(tuán)隊(duì) 也有大量畢業(yè)設(shè)計(jì)成品提供

20、參考 QQ3449649974 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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)看，繼電器控制

21、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(wú)觸點(diǎn)的電子電路來(lái)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(lái)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(lái)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)

22、口產(chǎn)品每個(gè)110點(diǎn)為人民幣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

23、PLC也有必不可少的軟件開發(fā)過程，但兩者所用的語(yǔ)言差別很大，單片機(jī)主要使用匯編語(yǔ)言開發(fā)軟件。而PLC用專用的指令系統(tǒng)來(lái)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(yǔ)言。一般說來(lái)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

24、，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(yǔ)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(yǔ)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。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(lái)的。而集散控制系統(tǒng)D

25、CS (DistributionControl System)是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來(lái)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(wú)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)，

26、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(wú)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(lái)具有壽命長(zhǎng)、可靠性高、對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求、開發(fā)費(fèi)用低、周期短、無(wú)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

27、用量的增加，對(duì)衛(wèi)生紙的需求也越來(lái)越大，且對(duì)衛(wèi)生紙的安全性，方便性要求也越來(lái)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(lái)取代。從物理介質(zhì)方面來(lái)講，前者是要用具體的電氣元件來(lái)組合，而后者

28、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(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。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(lái)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(wú)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

29、電器功能外，尚有多種其它功能，可以實(shí)現(xiàn)繼電器無(wú)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(lái)講具有無(wú)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(lái)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(lái)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(lái)

30、無(wú)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?？偨Y(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(lái)，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。1.7論文的安排 全文

31、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ST

32、L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。45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(lái)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

33、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(lái)自卷紙庫(kù)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(lái)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(lái)調(diào)整，操作

34、簡(jiǎn)便。切好的紙片經(jīng)整理后放入紙片庫(kù)中，等待推紙空心臺(tái)送紙片。同時(shí)卷紙庫(kù)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(lái)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(kù)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。

35、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)?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

36、，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

37、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

38、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(wú)法進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，無(wú)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(lái)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

39、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

40、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＿\(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)。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，

41、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(lái)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

42、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

43、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(wú)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

44、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 為16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道; 2. 4個(gè)模

45、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21

46、0PLC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, D

47、B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)。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文代做平臺(tái) 580畢業(yè)設(shè)計(jì)網(wǎng) 是專業(yè)代做團(tuán)隊(duì) 也有大量畢業(yè)設(shè)計(jì)成品提供參考 QQ3449649974 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

48、到I/O模塊。接口模塊是自組態(tài)的，無(wú)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)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)絀M361，再?gòu)腎M361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

49、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(lái)分擔(dān)CPU的通訊任務(wù)，并支持其它的通訊連接。它可以通過PROFIBUS -FMS與PROFIBUS站點(diǎn)通訊;與編程器、人機(jī)界面裝置進(jìn)行通訊;與其他SIMATIC S7系統(tǒng)進(jìn)行通訊。CP343一5通訊處理器具有SIMATICS7-300系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，其9針D型連接器用于連接PROFISUS p 4針端子排用于連接外部24V直流電源電壓。32路數(shù)字輸入模塊SM321 數(shù)字輸入模塊SM321向外提供電源，將位于現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)觸點(diǎn)的狀態(tài)經(jīng)過光電隔離和

50、濾波，將從過程傳輸來(lái)的外部數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部S7-300信號(hào)電平。然后送至輸入緩沖器等待CPU采樣，采樣時(shí)，信號(hào)經(jīng)過背板總線進(jìn)入到輸入映像區(qū)。SM321數(shù)字輸入模塊具有32位獨(dú)立的輸入點(diǎn)，用于連接開關(guān)或2線接近開關(guān) (BERG)。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過光電禍合器隔離。模塊的每個(gè)輸出點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管LED顯示輸入狀態(tài)。輸入開關(guān)閉合即有輸入電壓時(shí)，LED亮。32位數(shù)字輸出模塊SM 322 D032*24DC/0.5A 數(shù)字輸出模塊將S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號(hào)電平。按負(fù)載回路使用的電源不同分為:直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。 SM322: D0

51、32*24DC/0.5A屬于晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負(fù)載;32個(gè)輸出點(diǎn)，分成8組;0.5A的輸出電流;該模塊輸出具有短路保護(hù)功能，適用于連接電磁閥、接觸器、小功率電機(jī)燈和電機(jī)啟動(dòng)器。8路12位分辨率模擬量輸入模塊SM331 SM331: A18*12Bit是8通道的模擬量輸入模塊，在系統(tǒng)中用于輸入主傳動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、放卷機(jī)轉(zhuǎn)速、放卷輥直徑等的測(cè)量值。模塊主要是由A/1轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。 A/D轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法。積分式A/D轉(zhuǎn)換的積分時(shí)間直接影響到A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間和A/D轉(zhuǎn)換精度。積分時(shí)間越長(zhǎng)，被測(cè)值的精度越高。

52、SM331可選的積分時(shí)間有:25ms, 167ms, 20ms和looms。在我國(guó)為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用20ms的積分時(shí)間，相應(yīng)精度為12位。S7一300的CPU用16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量的值，其中最高位為符號(hào)位，0”表示正值，1”表示負(fù)值。57-300模擬輸入模塊的輸入測(cè)量值范圍很寬，可直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號(hào)。它用于不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，可以將擴(kuò)展過程中的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為57-300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。 SM331的8個(gè)模擬量輸入通道共用一個(gè)積分式A/D轉(zhuǎn)換部件。即通過模擬切換開關(guān)，各個(gè)輸入通道按順序一個(gè)接一個(gè)轉(zhuǎn)換。某一通道從開始轉(zhuǎn)換模擬量輸入值

53、起，一直持續(xù)到再次開始轉(zhuǎn)換的時(shí)間稱為輸入模塊的循環(huán)時(shí)間。循環(huán)時(shí)間是對(duì)外部模擬信號(hào)的采樣間隔。對(duì)于一個(gè)積分時(shí)間設(shè)定為20ms. 8個(gè)輸入通道都接有外部信號(hào)且都需斷線監(jiān)視的SM331，其循環(huán)時(shí)間為(22+10) *8=256mso SM331的每?jī)蓚€(gè)輸入通道構(gòu)成一個(gè)輸入通道組，可以按通道組任意選擇測(cè)量方法和測(cè)量范圍。模塊上需接24VDC的負(fù)載電壓L+，有反接保護(hù)功能。模塊與S7-300CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。另外，為了使模擬量輸入模塊獲得最佳的抗干擾性能，可以將不使用的通道與M短接。電源模塊PS307 (5A)及其容量計(jì)算 PS307電源模塊的輸入接單相交流，輸入電壓為120/230V,

54、 50/60H Z;輸出電壓24VDC，輸出電流5A;在輸入和輸出之間有可靠的隔離。電源輸出指示器用一個(gè)LED指示24伏直流輸出。如果正常輸出額定電壓24V，則綠色LED點(diǎn)亮;如輸出電路過載，則LED閃爍;輸出電流長(zhǎng)期在5A到7A之間時(shí)，輸出電壓下降，電源壽命縮短;電流超過7A時(shí)，電壓跌落，跌落后可自動(dòng)恢復(fù):如輸出短路，則輸出電壓為OV, LED變暗，在短路消失后電壓自動(dòng)恢復(fù)。 在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，接地是抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作的主要辦法。如能把接地和屏蔽正確結(jié)合起來(lái)使用，可以解決大部分干擾問題。在確定所有的模塊并組建S7-300系統(tǒng)時(shí)要選擇合適的電源模塊。其選擇準(zhǔn)則是電源模塊的輸出功率必須大于C

55、PU模塊與所有I/O模塊之和，并且要有30%左右的余量。故在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)考慮每塊模塊的電流消耗和功率損耗是非常必要的。表2-1列出了在24V直流負(fù)載電源下，所選用的各種S7-300模塊的電流損耗以及從24V負(fù)載電源吸取的電流。機(jī)架0上24V電源由CPU315-2DP向其它模板供電、另外插入IM360, CP343-5各1塊，SM331模擬輸入板2塊，SM332數(shù)字輸出板4塊。這些模塊從S7- 300背板總線吸取的電流為: 350+70+2*60+4*80=860 (mA) 沒有超過CPU315-2DP所能轉(zhuǎn)供的電流1. 2A. 機(jī)架1上由24V電源通過IM-i61向其它模板供電，另外插入SM322共3塊，數(shù)字輸入板SM321共4塊，這些模塊從57-300背板總線吸取的電流為: 70*3+4*25=310 （mA)也沒有超過IM361所能轉(zhuǎn)供的電流0. 8Ao那么各模塊從24V電源吸取的總電流為: 1000+600+2*60+3*100+4*1-500+4*80=2844 (mA)考慮到電源應(yīng)留有一定的余量，所以電源模塊應(yīng)選PS307 5A ) o表2-1各模塊電流容量表Tablet-1 Cuxrent capacity of each module變頻器的選擇 考慮到張力控制系統(tǒng)對(duì)速度控制精度要求比較高，但