基于plc的高速全自動包裝機設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　xxxxxx畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　基于PLC的高速全自動包裝機設(shè)計</p><p><b>　　XXX</b></p><p>　　系 部 : XXXXX </p><p>　　專 業(yè) : XXXXX </p><p>　　班 級 :

2、 XXX </p><p>　　指導(dǎo)老師 : XX </p><p>　　日 期 : 201 .12.17-201 .6.16</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p>　　1．1

3、可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢3</p><p>　　1．2卷紙包裝機產(chǎn)生的背景及意義5</p><p>　　1．3 PLC在包裝機械上應(yīng)用的可能性和前景6</p><p>　　1．4項目研究的主要內(nèi)容7</p><p>　　第二章PLC構(gòu)成的包裝機控制系統(tǒng)的總體設(shè)計7</p><p>　　2．1卷紙包裝機生產(chǎn)工藝

4、概述7</p><p>　　2．2可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計9</p><p>　　2．3系統(tǒng)的運行方式10</p><p>　　2．4總體結(jié)構(gòu)關(guān)系11</p><p>　　2．5本章小結(jié)15</p><p>　　第三章 電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設(shè)計16</p><p>　　3．

5、1供電線路17</p><p>　　3．2主要控制功能模塊的設(shè)計18</p><p>　　3．3放卷、分切部分的張力控制21</p><p>　　3．4送料過程中的同步控制28</p><p>　　3．5本章小結(jié)32</p><p>　　第四章 PLC的軟件設(shè)計33</p><p>

6、<b>　　4.1.概述33</b></p><p>　　4.2監(jiān)控程序的開發(fā)48</p><p>　　4．3本章小結(jié)56</p><p>　　第五章PLC控制系統(tǒng)的通訊實現(xiàn)57</p><p>　　5.1 S7-300及多點接口網(wǎng)絡(luò)(MPI)57</p><p>　　5．2 PROF

7、IBUS概述58</p><p>　　5．3現(xiàn)場總線信號與系統(tǒng)監(jiān)控軟件之間橋梁一OPC61</p><p>　　5．4 S7-300與上位計算機工控組態(tài)軟件WinCC之間的通信62</p><p>　　5．5本章小結(jié)64</p><p><b>　　全文總結(jié)65</b></p><p>

8、<b>　　致謝67</b></p><p><b>　　參考文獻68</b></p><p>　　附錄包裝過程STL程序69</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　可編程控制器(PLC)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)

9、代工業(yè)自動化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　本論文以機控制系統(tǒng)為背景，理論與實踐相結(jié)合，詳細闡述了集PLC技術(shù)，變頻器技術(shù)，光電感應(yīng)技術(shù)，通信技術(shù)于一體的先進控制技術(shù)在該包裝機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。</p><p>　　論文主要內(nèi)容如下：1．概述了可編程控制器PLC的現(xiàn)狀及其在包裝機械上應(yīng)用的可能性和前景。2．通過對卷紙包裝機生產(chǎn)工藝流程的了解，統(tǒng)計其輸入輸出FO點，然后進行PL

10、C選型，硬件組態(tài)的設(shè)計。3．詳細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)控制原理實現(xiàn)了送料過程中的張力控制。4．在卷紙包裝機中，卷紙和包裝紙要求能同時到達工位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，我們在卷紙供送系統(tǒng)的驅(qū)動軸上安裝一個半圓形金屬片，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到色標時接近開關(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

11、機正、反轉(zhuǎn)或不動，實現(xiàn)了送料過程中的同步控制。5．卷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，使工藝盤的每一個V形槽對應(yīng)一個二進制位，通過移位寄存器的移動，實現(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、高效地運行，實現(xiàn)了該包裝過</p><p>

12、　　1．1可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著計算機科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動化愈來愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品目趨完善。僅僅將PLC理解為開關(guān)量控制的時代已經(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，其功能也目趨完善。今后，PLC將主要朝著以下兩個方向發(fā)展：一個是向超小型專用化和低價格方向發(fā)展；另一個是向高速多功能和分布式自

13、動化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。總的趨勢如下</p><p>　　1．可編程控制技術(shù)的標準化</p><p>　　在工業(yè)自動化產(chǎn)品繁花似錦的今天，各生產(chǎn)廠商既互相競爭又互相臺作。一種自動化產(chǎn)品的競爭力除表現(xiàn)在其技術(shù)上的個性外，更重要的還在于其滿足國際標準化的程度和水平。標準化一方面保證了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，另一方面也保證了各個廠家產(chǎn)品的互相兼容。出廠檢驗時各可編程控制產(chǎn)品的廠家都有相應(yīng)的技術(shù)標準作依據(jù)。按照

14、這些標準，各種型號的PLC產(chǎn)品對工業(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，這些標準目前只能是統(tǒng)一區(qū)域性的產(chǎn)品，而不能實現(xiàn)全球的統(tǒng)一性。為了使各廠家的產(chǎn)品有一個共同的參考平面，制定了國際標準。</p><p>　　2．CPU處理速度進一步加快</p><p>　　目前PLC的CPU與微型計算機的CPU相比，還處在比較落后的地步，最高的也僅僅處在80486一級。將來會全部使用64位

15、RISC芯片，實現(xiàn)多CPU并行處理或分時處理或分任務(wù)處理，實現(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)行指令的速度將達到納秒級。</p><p>　　3．可編程控制技術(shù)的智能化</p><p>　　提高一個系統(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。</p><p>　　4．系統(tǒng)的開放性和兼容性</p>&l

16、t;p>　　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)平臺對使用者有多大的開放程度。當今可編程控制產(chǎn)品種類繁多，加上自動化項目越來越大，致使常常在一個工程項目中出現(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)控制機等其他裝置的通信難易也體現(xiàn)了開放性的特點。除此

17、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。</p><p>　　5．通用性和專業(yè)化的結(jié)合</p><p>　　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。怎樣才能使一個系統(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、

18、溫度測量模塊、高速采樣模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等。</p><p>　　6．可靠性進一步提高</p><p>　　隨著PLC進入過程控制的領(lǐng)域，對PLC可靠性的要求進一步提高。硬件冗余的容錯技術(shù)將進一步得到應(yīng)用，不僅會有CPU單元冗余、通信單元冗余、電源單元冗余、I/O單元冗余、而且整個系統(tǒng)都會實現(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。要保證整個系統(tǒng)的可靠運行，首先要求系

19、統(tǒng)各單元的質(zhì)量要得到保證。MTBF(平均無故障時間)是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標?？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。</p><p><b>　　7．控制系統(tǒng)分散化</b></p><p>　　根據(jù)分散控制、集中管理的原則，PLC控制系統(tǒng)的i／o模塊將直接安裝在控制現(xiàn)場，通過通信電纜或光纖與主CPU進行數(shù)據(jù)通信。這樣使控制更有效，系統(tǒng)

20、更可靠。</p><p>　　8．控制與管理功能一體化</p><p>　　為了滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制與管理的需要，PLC將廣泛采用計算機信息處理技術(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。</p><p>　　綜上所述，我們不難得出下面幾個結(jié)論：</p><p>　　1．工控機、計算機集散控制系統(tǒng)及P

21、LC正在走著～條相互融合的道路。</p><p>　　2．智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線的新型控制思想。</p><p>　　3．系統(tǒng)的智能性將越來越重要，因此系統(tǒng)的分析運算能力將越來越強</p><p>　　4．基于標準化的開放性和兼容性是衡量系統(tǒng)質(zhì)量的重要判據(jù)。</p><p>　　5．通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)

22、的新特征。</p><p>　　1．2卷紙包裝機產(chǎn)生的背景及意義</p><p>　　衛(wèi)生卷紙是人們生活中的必須品，隨著人們對紙質(zhì)品用量的增加，對衛(wèi)生紙的需求也越來越大，且對衛(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)濟的新型包裝機是市場的迫切需求。目前，該類包裝機多半為進口產(chǎn)品，價格昂貴。為此，我們開發(fā)了“卷紙包裝機控制系

23、統(tǒng)”，我在其中負責(zé)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計工作。</p><p>　　1．3 PLC在包裝機械上應(yīng)用的可能性和前景</p><p>　　包裝機械的最大特點是動作復(fù)雜、頻繁，且有較多的執(zhí)行元件。在這種場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，就可以對其內(nèi)部的輔助繼電器進行編程后來取代。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PL

24、C的內(nèi)部寄存器，在PLC編程容量許可的范圍內(nèi)，可以不花費額外的費用來實現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。一般的PLC都有上百點內(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PLC進行編程。事實上PLC用于這種場合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟性。當然我們不僅忽視了PLC的另一個優(yōu)點，那就是其運行速度及可靠性和壽命遠遠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合。且PLC與其他工業(yè)控

25、制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點：</p><p>　　1)更改控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件作改動；</p><p>　　2)程序可以復(fù)制，批量生產(chǎn)很容易；</p><p>　　3)電氣硬件設(shè)計大大簡化：</p><p>　　4)由于PLC除有繼電器功能外，尚有多種其它功能，可以實現(xiàn)繼電器無法實現(xiàn)的控制功能，實現(xiàn)某種程度上的智能化，并有可能使機構(gòu)簡

26、化；</p><p><b>　　5)可靠性高；</b></p><p>　　6)成本相對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，這一點對于復(fù)雜的控制來講具有無可比擬的優(yōu)越性；</p><p>　　7)具有擴展單元或擴展模塊，當需要較多i／o時可以方便地擴展。因此，國外在注塑機、各種

27、包裝機上已經(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。我國包裝機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，則可以簡化機械結(jié)構(gòu)，機械和電氣設(shè)計都可以得到簡化。更重要的是可以使原來無法實現(xiàn)的某些功能得以實現(xiàn)，使機器在某種程度上實現(xiàn)智能化。通過對各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用PLC控制系統(tǒng)。</p><p>　　1．4項目研究的主要內(nèi)容</p>

28、<p>　　1．對可編程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢作一簡單的介紹，明確背景知識與選型根據(jù)；分析PLC在包裝機械上應(yīng)用的可能性與前景。</p><p>　　2．卷紙包裝機各動作控制工藝的研究。了解卷紙包裝機的工作過程及工藝要求?？偨Y(jié)各機構(gòu)的動作順序，將其用流程圖的形式表示出來，為實現(xiàn)高速全自動運動控制做準備。</p><p>　　3．可編程控制器部分的設(shè)計，包括控制方案的選取與設(shè)計

29、、I/O接口信號的確定、模塊的選擇，控制程序的設(shè)計與調(diào)試。</p><p>　　第二章PLC構(gòu)成的包裝機控制系統(tǒng)的總體設(shè)計</p><p>　　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。本系統(tǒng)在電氣控制部分設(shè)計時，充分考慮到用戶的功能需求和與本系統(tǒng)機械部分的配合需求，在具體實現(xiàn)的過程中，又以系統(tǒng)的可靠性與易用性為準則，盡量把本系統(tǒng)設(shè)計成為一個功

30、能齊全、可靠性高且易于使用的包裝機設(shè)備。在設(shè)計控制系統(tǒng)之前，首先得了解其生產(chǎn)工藝。</p><p>　　2．1卷紙包裝機生產(chǎn)工藝概述</p><p>　　卷紙包裝機主要功能是將來自卷紙庫的卷紙以每分鐘60個的速率包裝成合格的衛(wèi)生卷筒紙。簡單的工藝流程如圖2-1所示。</p><p>　　工藝盤包裝紙以卷筒的形式放在原料架上，當上位機發(fā)出命令時，放卷電機動作，開始放卷

31、。放卷到一定長度(長度由色標來檢測)時，通過色標信號向切紙機構(gòu)發(fā)出指令。切紙機構(gòu)采用交流變頻調(diào)速電機，帶動一個凸輪旋轉(zhuǎn)，以帶動切斷刀上下運動，在凸輪上安裝一個位置傳感器，當凸輪轉(zhuǎn)到某一位置時，切刀向上運動，二刀分離，當有色標信號時，刀又向下運動。切刀上、下的工作頻率可由變頻調(diào)速電機來調(diào)整，操作簡便。切好的紙片經(jīng)整理后放入紙片庫中，等待推紙空心臺送紙片。同時卷紙庫的卷紙經(jīng)過整理等待托盤推桿送卷紙球。</p><p>

32、;　　包裝過程通過包裝工藝盤及其輔助機構(gòu)來實現(xiàn)。包裝工藝盤共有八個v形槽，三個加工工位，當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，依次送入各加工工位。工藝盤的轉(zhuǎn)動是由交流電機通過皮帶傳動帶動的，各加工工位的動作是通過順序邏輯控制電磁閥進而帶動執(zhí)行機構(gòu)動作的。工件從1號工位裝入；在2號工位由夾鉗機構(gòu)完成前進，抓緊，旋轉(zhuǎn)，窩邊的動作，同時分別向托盤和推紙空心臺發(fā)出送紙球和送紙片信號；在3號工位，包裝好的產(chǎn)品由于重力作用落入成品

33、庫。</p><p>　　由于這是一個典型的順序控制“”，利用移位寄存器操作最為方便。設(shè)定一個8位移位寄存器，每位移位寄存器相應(yīng)于一個V形槽，每120ms移位一次，控制相應(yīng)的操作。當?shù)?號工位時發(fā)出上料信號，推紙空心臺推動紙片(其總的上升時間大于490ms小于640ms)，托盤推動紙球(其總的上升時間略小于640ms)同時以相同的速度前進，當工藝盤V形槽到達第一工位時，工藝盤停止，在此延時150ms，待放紙空心臺

34、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，當延時到，托盤和放紙空心臺后退，同時，插紙板前進，托住紙球與工藝盤一同運動。當?shù)竭_2號工位時，工藝盤停止，延時250ms，同時發(fā)出上料信號，在此時段內(nèi)，插紙板在工藝盤停止后也相繼停止，但由于慣性，會使包裝紙帶著紙球旋轉(zhuǎn)～個較小的角度，使包裝紙能完全包住紙球，然后再后退，同時夾鉗機構(gòu)軸向運動，碰到限位開關(guān)時，軸向運動停止，而三個夾桿同時徑向運動，抓緊包裝紙的兩

35、端，當碰到抓緊限位開關(guān)時，夾鉗機構(gòu)軸旋轉(zhuǎn)90度后繼續(xù)向前移動，進行窩邊。窩邊到位，該機構(gòu)就后退。到達3號工位時，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。從</p><p>　　2．2可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計</p><p>　　利用PLC可以構(gòu)成多種控制系統(tǒng)：單機控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)，分散型控制系統(tǒng)和遠程I／0控制系統(tǒng)”’。由于卷紙包裝機控制對象較多，有放卷分切中的張

36、力控制，包裝過程控制，送料過程中的同步控制，且被控對象比較集中，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，每個被控制對象與可編程控制器指定I／0相連接，因此各被控對象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)的變換不需要另外設(shè)置專門的信號線路。該控制系統(tǒng)多用于控制對象所處的地理位置比較接近，且相互之間的動作有一定聯(lián)系的場合。單主機控制方式，對主機要求較高，危險相對集中。遠程I／O控制系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)比較獨特，類似于集中控制系統(tǒng)，又具有分散型控制系統(tǒng)

37、的特點，經(jīng)常用于控制規(guī)模中等，控制對象比較分散、工程費用較低的場合。</p><p>　　PLC作為一種控制設(shè)備，用它單獨構(gòu)成一個控制系統(tǒng)是有局限性的，主要是無法進行復(fù)雜運算，無法顯示各種實時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表，沒有良好的界面。這些不足，我們選用上位機來彌補。上位機完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對現(xiàn)場進行動態(tài)模擬顯示、分析限值或報警信息，驅(qū)動打印機實時打印各種圖

38、表。</p><p>　　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，輸入信號光電隔離，遠離強電布線，模擬量信號和脈沖信號采用屏蔽線傳遞，采用放射性一點接地等措施，消除或減弱共模和瞬變干擾。在軟件設(shè)計和編程上，加上一些抗干擾模塊。</p><p>　　2．3系統(tǒng)的運行方式</p><p>　　運行方式分為手動、單步、周期及自動等四種操作

39、方式。</p><p>　　1．手動：各工步都可單獨點動，按鈕釋放即停止運行；</p><p>　　2．單步：按下啟動按鈕，運行一個工步，到位即停。再按啟動，則進入下一工步運行；</p><p>　　3．周期：從初始位置開始，按啟動按鈕，程序自動完成一個周期的動作后返回到第一步開始位置停止。</p><p>　　4．自動：按啟動按鈕，程序完成

40、一個周期的動作后又接著從第一步開始運行，自動循環(huán)。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；若按下停止按鈕，則運行立即停止，此時若再按啟動，系統(tǒng)即從該位置運行到第一步開始處停止。</p><p>　　根據(jù)卷紙包裝機的實際運行情況，本系統(tǒng)采用自動運行和手動運行兩種方式。與運行方式的設(shè)計相對應(yīng)，還必須考慮停止運行方式的設(shè)計。可編程控制器的停運方式有正常停運，暫時停運和緊急停運…三種。根

41、據(jù)控制系統(tǒng)要求，由于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。</p><p>　　包裝機控制功能要求：</p><p>　　1.手動運行可以用按鈕對包裝機的各個部分進行單獨控制，主要用于故障恢復(fù)與檢修。</p><p>　　2.全自動運行按下啟動按鈕，系

42、統(tǒng)即可連續(xù)、協(xié)調(diào)、周期性地循環(huán)完成各包裝動作，直到系統(tǒng)接收到停止運行信號。</p><p><b>　　2．4總體結(jié)構(gòu)關(guān)系</b></p><p>　　在前面己經(jīng)說明，本系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)和工控機兩級控制的結(jié)構(gòu)。PLC負責(zé)按鈕、行程開關(guān)和其它開關(guān)量信號的輸入，以及發(fā)出信號去控制接觸器、繼電器、變頻器等電氣元件，進而控制各電機的運行，同時控制相應(yīng)指示燈的顯示

43、。工控機用來進行參數(shù)的修改與設(shè)定、全自動控制、在線監(jiān)視、傳送信息等工作。工控機通過串行口與PLC相連，進行相互通信，所以工控機是通過發(fā)出命令去控制PLC的運行以達到進行全自動控制的目的。</p><p>　　2．4．1控制系統(tǒng)主要器件的選擇</p><p>　　卷紙包裝機控制系統(tǒng)主要器件包括工控機(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

44、方便的產(chǎn)品為依據(jù)，具體情況如下：</p><p>　　本系統(tǒng)上位機選用研華IPC--610工控機，128M內(nèi)存，10G硬盤，內(nèi)部底板上有4個ISA總線插槽、2個PCI總線插槽和一個CMJ插槽，可以方便地進行系統(tǒng)擴展，另外選配飛利浦lOSA型顯示器，可清晰地顯示各種圖形和文字，運行WINDOWSNT操作系統(tǒng)，外接打印機，打印報表。工控機由一臺500VA的不問斷電源UPS供電，保證報表數(shù)據(jù)的完整記錄。下位PLC的選型

45、及其模塊配置 在進行這項工作之前，需要對控制對象和控制任務(wù)進行統(tǒng)計和分析。然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機型和配值。據(jù)統(tǒng)計，該包裝機控制系統(tǒng)需要配置如下的不同性質(zhì)的I／O點：</p><p><b>　　80個開關(guān)量輸入：</b></p><p><b>　　50個開關(guān)量輸出；</b></p><p><b>　　15個

46、模擬量輸入；</b></p><p><b>　　15個模擬量輸出；</b></p><p>　　根據(jù)對上述控制任務(wù)的分析，本項目選擇了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)域相當廣泛。其模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得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

47、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／O擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的模塊。當任務(wù)規(guī)模擴大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加的模塊對PLC進行擴展。SIMATICS7—300所具備的高電磁兼容性和強抗振動，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。它具有很強的計算能力和完善的指令集，以及通過MPI接口和SINECLANS聯(lián)網(wǎng)的能力，適用于高速的過程處理需要。本系統(tǒng)所用的主機模塊是

48、CPU315—2DP，可以通過MPI轉(zhuǎn)接電纜或通訊模塊與計算機進行通訊，再加上其全面的診斷功能和完善的自我保護技術(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STEP7編程軟件功能強大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷。此外，S7—300系列PLC還具有模塊點數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊</p><p>　　1．2個模擬量輸入模塊SM331(M8*12Bit)：可提供具有12位分辨率的總數(shù)為16路的模

49、數(shù)轉(zhuǎn)換通道；</p><p>　　2．4個模擬量輸出模塊SM332(AO4*12Bit)：可提供具有12位分辨率的總數(shù)為16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道；</p><p>　　3．4個數(shù)字量輸入模塊SM321(D132*24VDC)：可提供總數(shù)為128路的開關(guān)量輸入通道；</p><p>　　4．3個數(shù)字量輸出模塊SM322 D032*24VDC／0．5A：可提供總數(shù)為96路的

50、開關(guān)量輸出通道；</p><p>　　5．中央處理單元CPU315—2DP；</p><p>　　6．通訊處理器CP343—5</p><p>　　7．接口模塊IM360和IM361。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，PLC的主要任務(wù)是接受外部開關(guān)信號(按鈕、行程開關(guān)、繼電器節(jié)點)的輸入，判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)以及輸出信號去控制接觸器、繼電器等器

51、件， 以完成相應(yīng)的控制任務(wù)。除此之外，另一個重要的任務(wù)就是接受工控機(上位機)的控制命令，以進行全自動包裝循環(huán)。圖2-4給出了本項目中配置的S7—32路數(shù)字輸入模塊SM321。</p><p>　　數(shù)字輸入模塊SM321向外提供電源，將位于現(xiàn)場的開關(guān)觸點的狀態(tài)經(jīng)過光電隔離和濾波，將從過程傳輸來的外部數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為內(nèi)部S7--300信號電平。然后送至輸入緩沖器等待CPU采樣，采樣時，信號經(jīng)過背板總線進入到輸入映像區(qū)

52、。</p><p>　　SM321數(shù)字輸入模塊具有32位獨立的輸入點，用于連接開關(guān)或2線接近開關(guān)(BERO)。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過光電耦合器隔離。模塊的每個輸出點有一個綠色發(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，LED亮。</p><p>　　32位數(shù)字輸出模塊SM322D032*24DC／0．5A 數(shù)字輸出模塊將s7—300的內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信

53、號電平。按負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。</p><p>　　SM322：D032"24DC／0．5A屬于晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負載：32個輸出點，分成8組；0．5A的輸出電流；該模塊輸出具有短路保護功能，適用于連接電磁閥、接觸器、小功率電機燈和電機啟動器。</p><p>　　8路12位分辨率模擬量輸入模塊SM331 SM

54、331：A18*12Bit是8通道的模擬量輸入模塊，在系統(tǒng)中用于輸入主傳動電機轉(zhuǎn)速、放卷機轉(zhuǎn)速、放卷輥直徑等的測量值。模塊主要是由A／D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。</p><p>　　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)換的積分時間直接影響到A／D轉(zhuǎn)換時間和A／D轉(zhuǎn)換精度。積分時間越長，被測值的精度越高。SM331可選的積分時間有：25m

55、s，167ms，20ms和lOOms。在我國為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用20ms的積分時間，相應(yīng)精度為12位。S7—300的CPU用16位的二進制補碼表示模擬量的值，其中最高位為符號位，…0’表示正值，“1”表示負值。S7--300模擬輸入模塊的輸入測量值范圍很寬，可直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號。它用于不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，可以將擴展過程中的模擬信號轉(zhuǎn)化為S7—300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號。SM331的8個模

56、擬量輸入通道共用一個積分式A／D轉(zhuǎn)換部件。即通過模擬切換開關(guān)，各個輸入通道按順序一個接一個轉(zhuǎn)換。某一通道從開始轉(zhuǎn)換模擬量輸入值起，一直持續(xù)到再次開始轉(zhuǎn)換的時間稱為輸入模塊的循環(huán)時間。循環(huán)時間是對外部模擬信號的采樣間隔。對于一個積分時間設(shè)定為20ms，8個輸入通道都接有外部信號且都需斷線監(jiān)視的SM331，其循環(huán)時間為(22+10>．8=256ms。SM331的每兩個輸入通道</p><p>　　電源模塊PS3

57、07(5A)及其容量計算， PS307電源模塊的輸入接單相交流，輸入電壓為120／230V、50／60HZ；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點亮；如輸出電路過載，則LED閃爍；輸出電流長期在5A到7A之間時，輸出電出短路，則輸出電壓為0V，LED變暗，在短路消失后電壓自動恢復(fù)。</p><p>　

58、　在實時控制系統(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)時要選擇合適的電源模塊。其選擇準則是電源模塊的輸出功率必須大于CPU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)計系統(tǒng)時卷紙包裝機控制系統(tǒng)中主要的傳感器以開關(guān)量提供給PLC，作為操作決策的依據(jù)，這些開關(guān)輸入量有：</p><p>　　1． 上位

59、機啟動信號：</p><p><b>　　2． 色標信號</b></p><p><b>　　3． 產(chǎn)品供送信號</b></p><p>　　4． 紙片上行程開關(guān)</p><p>　　5． 紙球上行程開關(guān)</p><p>　　6． 工藝盤到達1、2、3工位的行程開關(guān)</

60、p><p>　　7． 送料機、皮帶、推紙機的自動停用和工作信號</p><p>　　8． 皮帶、電磁閥等的電源信號等</p><p>　　PLC的控制輸出大多是一些開關(guān)輸出信號，如送料機、工藝盤電機，皮帶的啟動等，這些信號經(jīng)功率放大驅(qū)動對應(yīng)的包裝執(zhí)行機構(gòu)。</p><p><b>　　2．5本章小結(jié)</b></p>

61、;<p>　　本章分析了卷紙包裝機工藝流程和包裝各動作的時序及包裝機速度的影響因素及提高方法，設(shè)計了包裝機控制系統(tǒng)的控制方案、運行方式及硬件的選擇和組態(tài)，并詳細介紹了組態(tài)的各模塊。</p><p>　　第三章 電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設(shè)計</p><p>　　卷紙包裝機用三相異步電動機驅(qū)動，由專用的變頻器電源供電，轉(zhuǎn)速通過變頻調(diào)速實現(xiàn)。另外幾臺小功率輔助電機分別用于驅(qū)動開卷

62、機構(gòu)，切紙機構(gòu)，送料機構(gòu)，插紙板，夾鉗機械手等。對于該包裝機的控制系統(tǒng)，主要有原包裝紙放料過程中的張力控制，送料過程中的同步控制，包裝過程控制等。工藝盤的轉(zhuǎn)動是由三相異步電機通過皮帶傳動帶動的，各加工工位的動作是通過順序邏輯控制電磁閥，以壓縮空氣、氮氣推動氣缸，從而帶動機械結(jié)構(gòu)移動來實現(xiàn)的。</p><p><b>　　3．1供電線路</b></p><p>　　如圖

63、3—1所示，三相電源由滑線引入電氣柜中，經(jīng)由一個總進線空氣開關(guān)(OS1)后供給系統(tǒng)的控制回路及電機主電路部分。其控制部分則用一個1KW的變壓器(TC2)將380V的電壓變?yōu)?20V，并且在輸出側(cè)分成五路，分別提供給工控機、PLC、PLC輸入回路、PLC輸出回路和繼電器回路。這樣便于將故障分散，并且有利于調(diào)試和檢修。在QS1前引出的一路電源是為了給空調(diào)器和照明燈供電用，因為它們屬于附屬設(shè)備，與控制無關(guān)所以從QSl之前引出，以便在檢修時也不

64、影響其正常使用。</p><p>　　1．主電機的啟動控制</p><p>　　主電機啟動前，主操縱離合器應(yīng)處于拉開狀態(tài)，確保主電機輕載啟動。若所有的檢測和控制條件均有效，則按下啟動按鈕可使主電機輕載低速啟動，并在一定時間延遲后自動控制變頻器的高速運轉(zhuǎn)。若機器出現(xiàn)故障，則應(yīng)立即切斷電源，并且進行機械制動，確保機器的安全。</p><p>　　2．變頻器的運轉(zhuǎn)控制&l

65、t;/p><p>　　變頻器的運轉(zhuǎn)控制主要有運轉(zhuǎn)啟動、速度自動設(shè)定、故障報警停機故障提示和解除故障狀態(tài)。</p><p>　　3．送卷紙電機的控制</p><p>　　在主電機啟動后，送紙電機應(yīng)自動運轉(zhuǎn)，保證下紙道中有充足的卷紙供推紙板使用，并且要求在JS3傳感器(檢測推紙板是推還是退)的控制下有高低速自動切換功能。當主機停下來時，送卷紙電機不應(yīng)馬上停止，必須經(jīng)過～段延

66、時后再停，否則將會出現(xiàn)下紙道短時缺紙或紙道堵塞的現(xiàn)象，影響主電機的再次啟動。</p><p>　　3．2主要控制功能模塊的設(shè)計</p><p>　　3.2.1裝料工位1</p><p>　　要達到高速包裝，紙片和紙球需要快速地送到1工位，因此就必須考慮電機的速度響應(yīng)性。步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較

67、好，以松下MSMA400w交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。因此我們選用交流伺服電機作為裝料機構(gòu)的執(zhí)行電機。在這個工位上，推紙空心臺推動已切好的包裝紙片，托盤推桿推動紙球同時以相同的速度前進，當壓到紙片到位行程開關(guān)時，推紙空心板停止，當壓到托盤到位行程開關(guān)時，托盤停止。卷紙和包裝紙已進入該工位，電機帶動工藝盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動，同時插紙板向前運動，托盤推桿和推紙空心臺退回原位。包裝紙推

68、紙空心臺和卷紙托盤推桿要自動往返于工藝盤和地面之間以完成送料動作，其控制線路如圖3—2所示。</p><p>　　為了在正式工作前調(diào)整推紙空心臺和卷紙托盤推桿的位置，本線路設(shè)有操作選擇控制，由按鈕SB2和中間繼電器KA組成。若要調(diào)整他們的位置，就不能按選擇按鈕SB2，這樣KA不得電其常開觸點斷開，電動機正反轉(zhuǎn)控制電路只能完成點動控制。推板位置調(diào)準后，按下SB2使KA得電，其常開觸點閉合，電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路才能

69、實現(xiàn)連續(xù)動作。工藝盤的底部裝有行程開關(guān)SQa，SQb，SQc，SQp，包裝機底部裝有行程開關(guān)SQd，SQg(推板處在裝料位)，</p><p>　　當KT2延時到，即在1工位裝料完成時，KT2常開觸點閉合，KMd，KMr得電并互鎖，兩電機反轉(zhuǎn)，推紙空心臺和托盤推桿同時下降，分別壓動SQd、SOg時，下降停止。 當工藝盤轉(zhuǎn)到V3或v7槽時，壓動行程開關(guān)SOa，KTl得電，當延時到，其常開觸點閉合，放紙空心臺和托盤推

70、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?shù)竭_此處時，發(fā)出進料信號，放紙空心臺和托盤推桿上升。</p><p>　　3.2.2夾鉗抓緊、旋轉(zhuǎn)、窩邊工位2</p><p>　　如圖3．3所示，當?shù)竭_V2或V6槽時，由該位的行程開關(guān)發(fā)出信號，央鉗機構(gòu)軸向電機動作，打開氣缸電磁閥，使兩端的夾

71、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，當觸到抓緊開關(guān)時，抓緊動作結(jié)束。延時50ms，在此時問段中，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。</p><p>　　圖3-3 第二工位控制線路圖</p><p>　　按下SBl，

72、KA得電，KMr2得電，M2正轉(zhuǎn)，軸向電機前進，前進到位</p><p>　　夾緊結(jié)束松開SBl，KA斷電，KMrl通電，M1反轉(zhuǎn)(放松)，放松到位，如此自動循環(huán)。</p><p>　　3.2.3卸料工位3</p><p>　　當?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。</p><p>　　3．3放

73、卷、分切部分的張力控制</p><p>　　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。當某一

74、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

75、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。</p><p>　　3.3.1包裝紙分切機調(diào)節(jié)原理簡介</p><p>　　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—4所示。工作時首先根據(jù)紙厚

76、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)</p><p>　　圖3-4 開卷機控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　輥上而產(chǎn)生的。由于調(diào)節(jié)輥所受到的向下的力F。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T1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

77、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</p><p>　　后送PLC，放卷輥的直徑通過超聲波測距儀檢出后送PLC。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

78、間位置。</p><p><b>　　3.3.2放卷部分</b></p><p>　　放卷部分恒張力控制的變化是由于原卷材半徑的變化，造成放卷電機轉(zhuǎn)矩的變化，根據(jù)放卷半徑的檢測方法，以放卷筒為研究對象，根據(jù)圖3-5受力關(guān)系，建動態(tài)力矩平衡方程：</p><p>　　為軸承的摩擦系數(shù)，R為軸承半徑，N</p><p>　　

79、為軸上總重量(包括卷材重量)，Mo空載轉(zhuǎn)矩由電機冷卻風(fēng)扇的空氣阻力損耗等構(gòu)成。角加速度推導(dǎo)可得：</p><p>　　在開卷中，必須使送材力均勻，張力取值范圍由該材料的工藝要求決定對于紙張的開卷張力一般為紙張的抗拉強度(或由拉斷力換算)的20％左右，(拉斷力可由實驗測得)。則由上式可求得發(fā)電機阻力矩Mi。</p><p>　　又根據(jù)發(fā)電機原理 </p><p>

80、　　3.3.3張力控制系統(tǒng)的實現(xiàn)</p><p><b>　　1)基本控制思想</b></p><p>　　由于帶膜放卷輥的直徑變化范圍很大，放卷輥的轉(zhuǎn)動慣量變化范圍很大，亦即控制對象的參數(shù)變化范圍很大，若控制器采用定參數(shù)的PID調(diào)節(jié)方法必定得不到滿意的控制效果。因此系統(tǒng)中采用了自適應(yīng)控制原理。</p><p>　　y(t)_參數(shù)模型輸出

81、 e(t)一偏差量 z(t)一自適應(yīng)控制量</p><p>　　圖3_6自適應(yīng)系統(tǒng)框圖</p><p>　　Fig.3-6 Frame of self-adaptive control system</p><p>　　自適應(yīng)控制是隨著計算機的發(fā)展和普及而發(fā)展起來的一種新型自動控制技術(shù)。其控制作用是基于一定的數(shù)學(xué)模型和一定的性能指標綜合出來的，采用的是

82、“預(yù)測一辨識一控制”的方法，通過辨識(包括對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能指標等的辨識)而獲得自適應(yīng)能力。一個典型的自適應(yīng)控制系統(tǒng)如圖3-6所示，與一般反饋控制系統(tǒng)的區(qū)別在于增加了參考模型和自適應(yīng)控制器，因此增加了幾個參數(shù)。在自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，一般反饋控制作用和自適應(yīng)控制作用同時存在。當信號e(t)進入自適應(yīng)控制回路后，經(jīng)運算產(chǎn)生適當?shù)恼{(diào)整作用，直接改變控制器的參數(shù)，從而使系統(tǒng)的輸出Y(t)逐步與模型輸出Ym(t)接近，直到y(tǒng)(t)=ym(t)

83、即偏差信號e(t)=O，自適應(yīng)調(diào)整過程就自動停止，控制器參數(shù)也就自動整定完畢。</p><p>　　在張力控制系統(tǒng)中利用自適應(yīng)控制，使變頻器工作在轉(zhuǎn)速開環(huán)的方式下，此時變頻器及電機的傳遞函數(shù)可近似為一個慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)。其中積分系數(shù)與放卷輥的轉(zhuǎn)動慣量成正比。而放卷輥的轉(zhuǎn)動慣量與其直徑的平方成正比。通過將轉(zhuǎn)速實際值反饋給PLC，經(jīng)PLC形成轉(zhuǎn)速閉環(huán)，并通過檢測放卷輥的直徑，在轉(zhuǎn)速環(huán)前向通道中設(shè)置1個與放卷輥直徑的

84、平方成正比的比例系數(shù)D，可以抵消其轉(zhuǎn)動慣量的變化所產(chǎn)生的影響，從而保證轉(zhuǎn)速環(huán)在放卷輥直徑變化時始終具有優(yōu)良的動態(tài)性能。從而確保分切機工作時包裝紙張力的穩(wěn)定。放卷機的調(diào)節(jié)原理,方框圖見圖3—7。圖中：</p><p>　　2)控制系統(tǒng)硬件配置</p><p>　　控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡圖見圖3—8。其中PLC系統(tǒng)使用西門子公司的s7—300可第三章電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設(shè)計編程序控制器，主要

85、模塊有CPU315一DP，通訊模塊CP342—5，IM360，IM361擴展模塊等。CPU315一DP用于要求中到大規(guī)模的程序和通過profibus—DP進行分布式配置的設(shè)備，具有能進行浮點處理的STEP7處理器和用于接口通訊的微控制器，可直接與編程器連接。CPU315一DP使用STEP7編程語言，最短的指令執(zhí)行時間為0.1u s，最長的除法操作指令執(zhí)行時間為1．35 u S。定時控制程序調(diào)用間隔為ims到lmin，性能上滿足對分切機有

86、關(guān)傳動電機進行實時轉(zhuǎn)速控制的要求。</p><p>　　圖3_8控制系統(tǒng)硬件配置圖</p><p>　　Fig．3-8 hardware configuration of control system</p><p>　　CP342—5是通信處理器，可通過profibus簡單進行配置和編程，支持profibus—DP、s7等通訊協(xié)議。CP342—5能全自動地處理與它

87、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$7-300可編程序控制器和profibus—DP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／O設(shè)備，其通訊模塊為IMl53—1．亦可以是profibus．DP有接口的現(xiàn)場設(shè)備，通過pmfibus—DP總線的數(shù)據(jù)傳送率可達12Mbit／s。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。<

88、;/p><p>　　Profibus--DP(Distributive Peripheral--分布式外設(shè))是profibus的重要組成部分。profibus--DP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／o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。</p><p

89、>　　CBI通訊板?是用于SIMOVERT Master Drives的profibus．DP總線接口，CBl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CBI通訊板接人profibus—DP網(wǎng)中作為從站接收主站SIMATIC S7的控制。</p><p>　　6SE70型矢量變頻器配置CBl板后可與profibus．DP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

90、出脈沖信號通過CU2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／O模塊ET200M．通過profibus—DP總線傳送給PLC。</p><p>　　ET200M是分布式I／O組件，帶有集成的profibus—DP現(xiàn)場總線接口．能夠快速、方便地連接到profibus—DP現(xiàn)場總線。ET200M帶有集成I／O，除開關(guān)量信號以外，還可以采集和傳輸模擬信號。</p><p>　　

91、3)變頻器參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　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CBl板經(jīng)profibus．DP總線接收PLC的‘‘控制

92、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</p><p>　　求，變頻器有關(guān)參數(shù)設(shè)置，如下。</p><p>　　P163：1；v／f轉(zhuǎn)速開環(huán)控制</p><p>　　P208=1；用光電編碼器測量電機轉(zhuǎn)速</p><p>　　P090=1；CBl通訊板位于槽2</p><p>　　P44

93、3=3002；主設(shè)定值位于CBl板字2</p><p>　　P443=0；附加設(shè)定位1為O</p><p>　　P438=0；附加設(shè)定位2為0</p><p>　　P554=3001；開／關(guān)1控制位于CBl板字l</p><p>　　P697：4：CBl板通訊采用PP04格式，過程數(shù)據(jù)長度為6字節(jié)</p><p>　　

94、P694 i001=9686：狀態(tài)字1為CBl板字1(狀態(tài)字)</p><p>　　i002=219；定子頻率1／s除以極對數(shù)之值為CBl板字2(實際測量值)</p><p>　　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。</p><p>　　3．4送料過程

95、中的同步控制</p><p>　　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。</p><p>　　3.4.1同步控制系統(tǒng)</p><p>　　包裝機械設(shè)備的同步控制系統(tǒng)框圖n”如圖3—10，

96、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；當包裝材料供

97、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。</p><p>　　3.4.2信號的獲取</p><p>　　當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。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3—11：包裝材料每供送到一定長度時，光電傳感器讀到色標信

98、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</p><p>　　安裝一個如圖3—9所示的半圓形金屬片l，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，當產(chǎn)品供送軸3旋轉(zhuǎn)，半圓金

99、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l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檢測到有色標信號時輸出狀態(tài)為1，沒有色標信號時輸出為O，只要判斷每次光電傳感器檢測到色標時接近開關(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3-9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l，可以認為產(chǎn)品供送滯后，當J為0，即半圓金屬片遮當住接近開關(guān)時，S為1，則產(chǎn)品

100、供送超前?？梢愿鶕?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3—9的同步范圍內(nèi)，要求伺服電機既不正轉(zhuǎn)也不反轉(zhuǎn)，處于停止狀態(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</p><p&

101、gt;　　上述原理可由圖3—12實現(xiàn)。當s為0時，卻未檢測到色標，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，信號，S：I，電路中2，4腳為高電位時正反補償均無輸出。只有當檢測到色標J的狀態(tài)才對輸出有影響。如果J：l，1腳為高電位，F(xiàn)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)?，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：I，使4第三章電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的漩計 腳電位也為l，Z輸出狀態(tài)取決于

102、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。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s=1，使3，4，5腳都是高電位，Z輸出為1，形成正轉(zhuǎn)補償。</p><p>　　3.4.3同步控制電路原理的實現(xiàn)</p><p>　　同步控制電路原理如

103、圖3．13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74LSl0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Tl。</p><p>　　T1時間越短，同步精度就越高。T1的調(diào)整效果可通過發(fā)光二極管LEDl來指示。只要555的2腳得到負脈沖，3腳就輸出高電位。為了能鎖住與非門74LSl0的5腳，用一個反相器反

104、相。與非門的比較結(jié)果輸出給由556組成的兩個延時電路，這兩個延時電路的輸出分別控制伺服電機的正反轉(zhuǎn)。R8和C9決定反轉(zhuǎn)補償時間，R7和C7決定正轉(zhuǎn)補償時間，R8與R7值相等而且聯(lián)動，C9和C7容量也相等，所以伺服電機的正反向補償時間是一樣的。BGl和BG2分別驅(qū)動繼電器K1和K2，實現(xiàn)對伺服電機的正反轉(zhuǎn)控制。二極管D2和D3起保護作用，即在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)補償期間又出現(xiàn)反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)指令時，伺服電機不會出錯。在伺服電機的主電路中也有互鎖保護環(huán)節(jié)。

105、實際上主電路中也可用固體繼電器代替普通有觸點繼電器。正反轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)可通過發(fā)光二極管LED2和LED3指示。產(chǎn)品供送和包裝材料的供送同步精度調(diào)節(jié)要根據(jù)包裝質(zhì)量的要求，生產(chǎn)速度，正反方向的補償情況等因素綜合考慮。調(diào)節(jié)Rl可必變精度的大小，如果同步精度要求高，生產(chǎn)速度快，要適當調(diào)小R1阻值。另外，調(diào)節(jié)R7和R8，改變伺服電機每次補償?shù)臅r間。如果伺服電機正反向動作交替頻繁，說明補償量超過需要</p><p>　　通過實

106、際運行證明，該控制方式的原理和電路是合理，可行的，能夠滿足實際需要，同步控制精度可以在不停機的情況下實現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，控制效果大大優(yōu)于常規(guī)的凸輪控制方式。</p><p><b>　　3．5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要對控制系統(tǒng)的供電線路及包裝各工位的電氣圖進行設(shè)計，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)計和實現(xiàn)了張力控制，同時

107、也實現(xiàn)了送料過程中的同步控制并繪出了電路圖。</p><p>　　第四章 PLC的軟件設(shè)計</p><p><b>　　4.1.概述</b></p><p>　　PLC基于計算機，但不等同于計算機。普通計算機進行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就行了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實時性以及信息的使用等問題。特別