基于plc的高速全自動(dòng)包裝機(jī)畢業(yè)論文

1、<p>　　基于PLC的高速全自動(dòng)包裝機(jī)畢業(yè)論文</p><p>　　姓 名 : XX </p><p>　　系 部 : XXXXXXXX</p><p>　　專 業(yè) : XXXXXXX </p><p>　　班 級(jí) : XXXXX </p><p>　

2、　指導(dǎo)老師 : XXXX </p><p>　　日 期 : 201 /12/17—201 /06/16</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論3</b></p><p>　　1．1可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢4</p>&

3、lt;p>　　1．2卷紙包裝機(jī)產(chǎn)生的背景及意義6</p><p>　　1．3 PLC在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性和前景6</p><p>　　1．4項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容7</p><p>　　第二章PLC構(gòu)成的包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)8</p><p>　　2．1卷紙包裝機(jī)生產(chǎn)工藝概述8</p><p>　　

4、2．2可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)9</p><p>　　2．3系統(tǒng)的運(yùn)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)16</p><p>　　第三章 電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設(shè)計(jì)17</p><p>　　3．1供電線路17</p><p&g

5、t;　　3．2主要控制功能模塊的設(shè)計(jì)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)33</p><p>　　第四章 PLC的軟件設(shè)計(jì)34</p><p><b>　　4.1.概述34</b&

6、gt;</p><p>　　4.2監(jiān)控程序的開發(fā)49</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(shí)現(xiàn)57</p><p>　　5.1 S7-300及多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)(MPI)57</p><p>　　5．2 PROFIBUS概述58</p><p&

7、gt;　　5．3現(xiàn)場總線信號(hào)與系統(tǒng)監(jiān)控軟件之間橋梁一OPC60</p><p>　　5．4 S7-300與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><b>　　致謝67</b></p>

8、<p><b>　　參考文獻(xiàn)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><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This thesis mainly discus

9、sed the design ofcontrol system ofroll packing．</p><p>　　As the kennel device control system，PLC is widety used in modem industrial production and do well in this field．</p><p>　　This thesis tak

10、es the control system of the high-speed full—automatic roll packing</p><p>　　machine that was developed by Dongguan Jiaming Machine Manufacturing Limited Company along with US as a background．We apply the ad

11、vanced control technique in the packing machine control system such as the technique of PLC，the inverter</p><p>　　technique，light electricity technique and SO on．By using these techniques，we realized tension

12、 control，Synchronous control in transmitting process and packing process</p><p>　　program contr01．To complete the data of collecting and control the output equipments to work safely，high speed and efficientl

13、y，we designed the PLC correspondence network by using the WinCC，a supervise control and configurmion software of the</p><p>　　company of Siemens，and its communication function，to realize the surveillance fun

14、ction ofthe packing process．</p><p>　　The machine got the exaltation of the quality whether the function or theefficiency，basically came to the international advanced level in the late of 90’S，realized well

15、the control request that the company put forward．</p><p>　　This control system is well rtmning in the lab．</p><p>　　Key words：Packing machine；PLC；tension control；self-adaptive Control</p>

16、<p>　　Synchronous control；WinCC；Step7</p><p>　　1．1可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢</p><p>　　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)和信息處理技術(shù)融為一體

17、，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。總的趨勢如下</p><p>　　1．可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化</p><p>　　在工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品繁花似錦的今天，各生產(chǎn)廠商既互相競爭又互相臺(tái)作。一種自動(dòng)化產(chǎn)品的競爭力除表現(xiàn)在其技術(shù)上的個(gè)性外，更重要的還在于其滿足國際標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平。標(biāo)準(zhǔn)化一

18、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，制定了國際標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　2．CPU處理速度進(jìn)一步加快</p><p&

19、gt;　　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)。</p><p>　　3．可編程控制技術(shù)的智能化</p><p>　　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

20、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><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(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

21、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。</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(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

22、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(jìn)一步提高</p><p>　　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、I/O

23、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。</p><p><b>　　7．控制系統(tǒng)分散化</b></p><p>　　根據(jù)分散控制、

24、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(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這樣使控制更有效，系統(tǒng)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(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</p><p>　　信息管理功

25、能融為一體。</p><p>　　綜上所述，我們不難得出下面幾個(gè)結(jié)論：</p><p>　　1．工控機(jī)、計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)及PLC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(yùn)算能力將越來越強(qiáng)</p>

26、;<p>　　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)。</p><p>　　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。</p><p>　　1．2卷紙包裝機(jī)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(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

27、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，我們開發(fā)了“卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)”，我在其中負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)工作。</p><p>　　1．3 PLC在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性和前景</p><p>　　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。在這種場合使用繼電器控制邏輯必

28、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用于這種場合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)

29、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合。且PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1)更改控制邏輯只需修改軟件，無需對(duì)硬件作改動(dòng)；</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(jì)大大簡

30、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(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)簡化；</p><p><b>　　5)可靠性高；</b></p><p>　　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

31、點(diǎn)對(duì)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(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，當(dāng)需要較多i／o時(shí)可以方便地?cái)U(kuò)展。因此，國外在注塑機(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，則可以簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)都可以得到簡化。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

32、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)。</p><p>　　1．4項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容</p><p>　　1．對(duì)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(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。</p><p>　　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

33、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。</p><p>　　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/O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。</p><p>　　第二章PLC構(gòu)成的包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</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(dòng)化控制產(chǎn)品

34、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。</p><p>　　2．1卷紙包裝機(jī)生產(chǎn)工藝概述</p><p>　　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

35、格的衛(wèi)生卷筒紙。</p><p>　　工藝盤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。放卷到一定長度(長度由色標(biāo)來檢測)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，操作簡便

36、。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。</p><p>　　簡單的工藝流程如圖2-1所示。</p><p>　　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)

37、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。</p><p>　　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)?號(hào)工位時(shí)發(fā)出上料

38、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640ms)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)

39、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</p><p>　　2．2

40、可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　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I／O控制系統(tǒng)。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／O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

41、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／O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)用較低的場合。</p><p>　　圖2-2集中控制系統(tǒng)</p><p>　　PLC作為一種控制設(shè)備，用它單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)控制系

42、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。</p><p>　　2．3系統(tǒng)的運(yùn)行方式</p><p>　　運(yùn)行方式分為手動(dòng)、單步、周期及自動(dòng)等四種操作

43、方式。</p><p>　　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；</p><p>　　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；</p><p>　　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。</p><p>　　4．自動(dòng)：按啟動(dòng)按鈕，程序完成

44、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。</p><p>　　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＿\(yùn)方式有正常停運(yùn)，暫時(shí)停運(yùn)和緊急停運(yùn)…三種。根

45、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。</p><p>　　包裝機(jī)控制功能要求：</p><p>　　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。</p><p>　　全自動(dòng)運(yùn)行按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)即可連

46、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)。</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(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)

47、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。</p><p>　　2．4．1控制系統(tǒng)主要器件的選擇</p><p>　　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)

48、品為依據(jù)，具體情況如下：</p><p>　　本系統(tǒng)上位機(jī)選用研華IPC-610工控機(jī)，128M內(nèi)存，10G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)CMJ插槽，可以方便地進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，另外選配飛利浦IOSA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的不問斷電源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

49、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／O點(diǎn)：</p><p><b>　　80個(gè)開關(guān)量輸入：</b></p><p><b>　　50個(gè)開關(guān)量輸出；</b></p><p><b>　　15個(gè)模擬量輸入

50、；</b></p><p><b>　　15個(gè)模擬量輸出；</b></p><p>　　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。S

51、7-300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(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。SIMATICS7-300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(jī)模塊是CPU31

52、5-2DP，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STEP7編程軟件功能強(qiáng)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(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊</p><p>　　1．2個(gè)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路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道

53、；</p><p>　　2．4個(gè)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(gè)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(gè)數(shù)字量輸出模塊SM322 D032*24VDC／0．5A：可提供總數(shù)為96路的開關(guān)量輸出

54、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>　　圖2-4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置圖</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(hào)(按鈕、行程開關(guān)、繼電器節(jié)點(diǎn)

55、)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S7-32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(diǎn)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(hào)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部S7--300信號(hào)電平。然后送至輸

56、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)。</p><p>　　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)(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(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。</p><p>　　32位數(shù)字輸出模塊SM322D032*24DC／0．5A 數(shù)

57、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。</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(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。</p>&l

58、t;p>　　8路12位分辨率模擬量輸入模塊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、放卷輥直徑等的測量值。模塊主要是由A／D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。</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(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，

59、被測值的精度越高。SM331可選的積分時(shí)間有：25ms，167ms，20ms和l00ms。在我國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—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。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(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S7

60、-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=256ms。SM331的每兩個(gè)輸入通道構(gòu)成<

61、/p><p>　　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、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(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；輸出電流長期在5A到7A之間時(shí)，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

62、動(dòng)恢復(fù)。</p><p>　　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(jì)系統(tǒng)時(shí)卷紙包裝機(jī)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：&l

63、t;/p><p>　　1． 上位機(jī)啟動(dòng)信號(hào)：</p><p><b>　　2． 色標(biāo)信號(hào)</b></p><p><b>　　3． 產(chǎn)品供送信號(hào)</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>　

64、　6． 工藝盤到達(dá)1、2、3工位的行程開關(guān)</p><p>　　7． 送料機(jī)、皮帶、推紙機(jī)的自動(dòng)停用和工作信號(hào)</p><p>　　8． 皮帶、電磁閥等的電源信號(hào)等</p><p>　　PLC的控制輸出大多是一些開關(guān)輸出信號(hào)，如送料機(jī)、工藝盤電機(jī)，皮帶的啟動(dòng)等，這些信號(hào)經(jīng)功率放大驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　　

65、2．5本章小結(jié)</b></p><p>　　本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。 </p><p>　　第三章 電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　卷紙包裝機(jī)用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由專用的變頻器電源供電，轉(zhuǎn)

66、速通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)。另外幾臺(tái)小功率輔助電機(jī)分別用于驅(qū)動(dòng)開卷機(jī)構(gòu)，切紙機(jī)構(gòu)，送料機(jī)構(gòu)，插紙板，夾鉗機(jī)械手等。對(duì)于該包裝機(jī)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(dòng)是由三相異步電機(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，以壓縮空氣、氮?dú)馔苿?dòng)氣缸，從而帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。</p><p><b>　　3．1供電線路</b

67、></p><p><b>　　圖3-1 供電線路</b></p><p>　　如圖3—1所示，三相電源由滑線引入電氣柜中，經(jīng)由一個(gè)總進(jìn)線空氣開關(guān)(OS1)后供給系統(tǒng)的控制回路及電機(jī)主電路部分。其控制部分則用一個(gè)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(jī)、PLC、PLC輸入回路、PLC輸出回路和繼電器回路。這樣便

68、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?yàn)樗鼈儗儆诟綄僭O(shè)備，與控制無關(guān)所以從QSl之前引出，以便在檢修時(shí)也不影響其正常使用。</p><p>　　1．主電機(jī)的啟動(dòng)控制</p><p>　　主電機(jī)啟動(dòng)前，主操縱離合器應(yīng)處于拉開狀態(tài)，確保主電機(jī)輕載啟動(dòng)。若所有的檢測和控制條件均有效，則按下啟動(dòng)按鈕可使主電機(jī)輕載低速啟動(dòng)，并在一定時(shí)間延遲后自動(dòng)

69、控制變頻器的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。若機(jī)器出現(xiàn)故障，則應(yīng)立即切斷電源，并且進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，確保機(jī)器的安全。</p><p>　　2．變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制</p><p>　　變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制主要有運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)、速度自動(dòng)設(shè)定、故障報(bào)警停機(jī)故障提示和解除故障狀態(tài)。</p><p>　　3．送卷紙電機(jī)的控制</p><p>　　在主電機(jī)啟動(dòng)后，送紙電機(jī)應(yīng)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證下紙

70、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(dòng)切換功能。當(dāng)主機(jī)停下來時(shí)，送卷紙電機(jī)不應(yīng)馬上停止，必須經(jīng)過～段延時(shí)后再停，否則將會(huì)出現(xiàn)下紙道短時(shí)缺紙或紙道堵塞的現(xiàn)象，影響主電機(jī)的再次啟動(dòng)。</p><p>　　3．2主要控制功能模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1裝料工位1</p><p>　　要達(dá)到高速包裝，紙

71、片和紙球需要快速地送到1工位，因此就必須考慮電機(jī)的速度響應(yīng)性。步進(jìn)電機(jī)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)的加速性能較好，以松下MSMA400w交流伺服電機(jī)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(jī)作為裝料機(jī)構(gòu)的執(zhí)行電機(jī)。在這個(gè)工位上，推紙空心臺(tái)推動(dòng)已切好的包裝紙片，托盤推桿推動(dòng)紙球同時(shí)以相同的速度前進(jìn)，當(dāng)壓到紙片到位行程開關(guān)時(shí)，

72、推紙空心板停止，當(dāng)壓到托盤到位行程開關(guān)時(shí)，托盤停止。卷紙和包裝紙已進(jìn)入該工位，電機(jī)帶動(dòng)工藝盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)插紙板向前運(yùn)動(dòng)，托盤推桿和推紙空心臺(tái)退回原位。包裝紙推紙空心臺(tái)和卷紙托盤推桿要自動(dòng)往返于工藝盤和地面之間以完成送料動(dòng)作，其控制線路如圖3—2所示。</p><p>　　圖3-2裝料工位控制線路圖</p><p>　　為了在正式工作前調(diào)整推紙空心臺(tái)和卷紙托盤推桿的位置，本線路設(shè)有操作選擇

73、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(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路只能完成點(diǎn)動(dòng)控制。推板位置調(diào)準(zhǔn)后，按下SB2使KA得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)作。工藝盤的底部裝有行程開關(guān)SQa，SQb，SQc，SQp，包裝機(jī)底部裝有行程開關(guān)SQd，SQg(推板處在裝料位)，</p><p>　　當(dāng)KT2延時(shí)到，即在1工位裝料完成時(shí)

74、，KT2常開觸點(diǎn)閉合，KMd，KMr得電并互鎖，兩電機(jī)反轉(zhuǎn)，推紙空心臺(tái)和托盤推桿同時(shí)下降，分別壓動(dòng)SQd、SOg時(shí)，下降停止。 當(dāng)工藝盤轉(zhuǎn)到V3或v7槽時(shí)，壓動(dòng)行程開關(guān)SOa，KTl得電，當(dāng)延時(shí)到，其常開觸點(diǎn)閉合，放紙空心臺(tái)和托盤推桿同時(shí)上升，重復(fù)上述操作，SQp為到工位1時(shí)的行程開關(guān)，延時(shí)150毫秒后，工藝盤轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)放紙空心臺(tái)和托盤推桿下降。SQa為到工位2時(shí)的行程開關(guān)，當(dāng)?shù)竭_(dá)此處時(shí)，發(fā)出進(jìn)料信號(hào)，放紙空心臺(tái)和托盤推桿上升。<

75、/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(dāng)?shù)竭_(dá)V2或V6槽時(shí)，由該位的行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，央鉗機(jī)構(gòu)軸向電機(jī)動(dòng)作，打開氣缸電磁閥，使兩端的夾鉗機(jī)構(gòu)沿軸向運(yùn)動(dòng)，到限位開關(guān)時(shí)，軸向運(yùn)動(dòng)停止，夾鉗機(jī)構(gòu)徑向運(yùn)動(dòng)電磁閥打開，三個(gè)夾桿同時(shí)順著導(dǎo)軌徑向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)觸到抓緊開關(guān)時(shí)，抓緊動(dòng)作結(jié)束。延時(shí)50ms，在此時(shí)問段中，主電機(jī)帶動(dòng)該機(jī)構(gòu)軸旋轉(zhuǎn)90度，延時(shí)結(jié)束，軸向

76、電機(jī)繼續(xù)動(dòng)作，完成窩邊動(dòng)作。然后徑向電機(jī)反轉(zhuǎn)，夾緊裝置松開，同時(shí)軸向電機(jī)反轉(zhuǎn)，使夾鉗機(jī)構(gòu)退回的原位。</p><p>　　按下SBl，KA得電，KMr2得電，M2正轉(zhuǎn)，軸向電機(jī)前進(jìn)，前進(jìn)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(dòng)循環(huán)。</p><p>　　3.2.3卸料工位3</p>&l

77、t;p>　　當(dāng)?shù)竭_(dá)此工位時(shí)，由于已越過卷紙的支撐平臺(tái)，包裝好的卷紙由于重力作用，自動(dòng)落入成品庫中。</p><p>　　3．3放卷、分切部分的張力控制</p><p>　　卷紙包裝機(jī)有一套傳動(dòng)系統(tǒng)，包括放卷，切斷，每個(gè)部分由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。從放卷到切斷，包裝紙是連續(xù)的，當(dāng)機(jī)器起動(dòng)時(shí)，由上位機(jī)發(fā)出命令，主速節(jié)點(diǎn)的電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通知其它各節(jié)點(diǎn)開始協(xié)調(diào)動(dòng)作，以保證各段包裝紙的線速度一致

78、，從而使張力趨于穩(wěn)定，停機(jī)時(shí)同樣如此。在升降速過程中，主速節(jié)點(diǎn)必須發(fā)送升降速標(biāo)志給其它各節(jié)點(diǎn)，使他們?cè)诳刂聘髯詮埩r(shí)作出相應(yīng)的補(bǔ)償，這個(gè)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(dòng)時(shí)，系統(tǒng)也應(yīng)該作出上述反應(yīng)。由主速節(jié)點(diǎn)測量到的包裝紙線速度必須實(shí)時(shí)傳到放卷節(jié)點(diǎn)，當(dāng)某一軸上的包裝紙即將放完時(shí)，該部分的另一軸應(yīng)該提前轉(zhuǎn)動(dòng)起來，并且線速度和主速節(jié)點(diǎn)傳過來的速度值保持一致，這樣才能實(shí)現(xiàn)無速度差轉(zhuǎn)接，以減少廢料。機(jī)器運(yùn)行過程中，一旦某個(gè)部分出現(xiàn)

79、故障，其測控節(jié)點(diǎn)應(yīng)將信息立即傳往上位機(jī)，上位機(jī)發(fā)出急停命令使下位機(jī)各節(jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)各自電機(jī)進(jìn)行直流制動(dòng)。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(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)慣量變化的影響，達(dá)到優(yōu)良的控制效果。</p><p>　　3.3.1包裝紙分切機(jī)調(diào)節(jié)原理簡介</p><p>　　在

80、分切時(shí)，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(jī)是一種采用調(diào)節(jié)輥的張力控制系統(tǒng)。其放卷機(jī)控制系統(tǒng)原理如圖3—4所示。工作時(shí)首先根據(jù)紙厚通過上位機(jī)設(shè)定所需張力，該張力是通過氣壓加至調(diào)節(jié)</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(gè)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包裝紙的張力

81、就是該恒定力的一半，亦即張力亦是一個(gè)恒定的力。分切機(jī)主傳動(dòng)變頻器控制主傳動(dòng)電機(jī)跟隨控制面板上速度電位器的設(shè)定值運(yùn)動(dòng)，放卷機(jī)變頻器及傳動(dòng)電機(jī)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(diǎn)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(jī)主傳動(dòng)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(yùn)算得到并輸出放卷機(jī)變頻器

82、的給定頻率，控制放卷機(jī)的運(yùn)行。使其線速度與分切機(jī)的線速度同步。從而使調(diào)節(jié)輥保持在中間位置。</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(jī)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(duì)象，根據(jù)圖3-5受力關(guān)系，建動(dòng)態(tài)力矩平衡方程：</p><p>　

83、　為軸承的摩擦系數(shù)，R為軸承半徑，N</p><p>　　為軸上總重量(包括卷材重量)，Mo空載轉(zhuǎn)矩由電機(jī)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(duì)于紙張的開卷張力一般為紙張的抗拉強(qiáng)度(或由拉斷力換算)的20％左右，(拉斷力可由實(shí)驗(yàn)測得)。則由上式可求得發(fā)電機(jī)阻力矩Mi。</p>&l

84、t;p>　　又根據(jù)發(fā)電機(jī)原理 </p><p>　　3.3.3張力控制系統(tǒng)的實(shí)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(dòng)慣量變化范圍很大，亦即控制對(duì)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

85、制原理。</p><p>　　y(t)_參數(shù)模型輸出 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>　　自適應(yīng)控制是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及而發(fā)展起來的一種新型自動(dòng)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(biāo)綜合出來的，采用的是“預(yù)測一辨識(shí)一控制”的方法，通過辨識(shí)(包括對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

86、、參數(shù)、性能指標(biāo)等的辨識(shí))而獲得自適應(yīng)能力。一個(gè)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(gè)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(shí)存在。當(dāng)信號(hào)e(t)進(jìn)入自適應(yīng)控制回路后，經(jīng)運(yùn)算產(chǎn)生適當(dāng)?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)即偏差信號(hào)e(t)=O，自適應(yīng)調(diào)整過程就自動(dòng)停止，控制

87、器參數(shù)也就自動(dòng)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(shí)變頻器及電機(jī)的傳遞函數(shù)可近似為一個(gè)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(dòng)慣量成正比。而放卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與其直徑的平方成正比。通過將轉(zhuǎn)速實(shí)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(gè)與放卷輥直徑的平方成正比的比例系數(shù)D，可以抵消其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化所產(chǎn)生

88、的影響，從而保證轉(zhuǎn)速環(huán)在放卷輥直徑變化時(shí)始終具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能。從而確保分切機(jī)工作時(shí)包裝紙張力的穩(wěn)定。放卷機(jī)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(jì)編程序控制器，主要模塊有CPU315一DP，通訊模塊CP342—5，IM

89、360，IM361擴(kuò)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(jìn)行分布式配置的設(shè)備，具有能進(jìn)行浮點(diǎn)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(shí)間為0.1u s，最長的除法操作指令執(zhí)行時(shí)間為1．35 u s。定時(shí)控制程序調(diào)用間隔為1ms到lmin，性能上滿足對(duì)分切機(jī)有關(guān)傳動(dòng)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速控制的要求。</p>

90、<p>　　圖3-8控制系統(tǒng)硬件配置圖</p><p>　　CP342—5是通信處理器，可通過profibus簡單進(jìn)行配置和編程，支持profibus—DP、s7等通訊協(xié)議。CP342—5能全自動(dòng)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$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(shí)，可鏈接多達(dá)125個(gè)從站。從站可以是ET200M

91、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(dá)12Mbit／s。CP5611網(wǎng)卡是將PLC的MPI口和上位機(jī)連接，以進(jìn)行程序的下載調(diào)試及變量傳輸。</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、

92、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(jí)．是一種高速(可達(dá)12Mbit／s)和便宜的通信連接，它被設(shè)計(jì)為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散的I/O之間進(jìn)行通信使用，可滿足全數(shù)字交直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于電機(jī)快速的時(shí)間響應(yīng)要求。</p><p>　　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p

93、rofibus—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(jī)同軸的光電編碼器的輸出脈沖信號(hào)通過CU2板送變頻器．調(diào)節(jié)輥的位置信號(hào)和放卷輥的直徑信號(hào)等經(jīng)分布式I／O模塊ET200M．通過profibus—DP總線傳送給PLC。</p><p>　　ET2

94、00M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(hào)以外，還可以采集和傳輸模擬信號(hào)。</p><p>　　3)變頻器參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　分切機(jī)放卷機(jī)驅(qū)動(dòng)用變頻器是6SE70型矢量變頻器。由于放卷機(jī)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，故采用直流母線供電，這樣可以使電能回

95、饋到母線。經(jīng)濟(jì)性較好，且可保證放卷機(jī)快速地升降速，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，而直流側(cè)不會(huì)過電壓。本系統(tǒng)中放卷機(jī)變頻器的使用特點(diǎn)是v／f轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，但通過光電編碼器采集電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值，變頻器通過CBl板經(jīng)profibus．DP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(shí)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>　　P1

96、63：1；v／f轉(zhuǎn)速開環(huán)控制</p><p>　　P208=1；用光電編碼器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速</p><p>　　P090=1；CBl通訊板位于槽2</p><p>　　P443=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<

97、;/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>　　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(duì)數(shù)之值為CBl板字2(實(shí)際測量值)</p&

98、gt;<p>　　以上自適應(yīng)控制方法在變轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)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送料過程中的同步控制</p><p>　　在高速全自動(dòng)包裝機(jī)運(yùn)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(jìn)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

99、張力和拉伸率不均勻等，因此這兩個(gè)系統(tǒng)相互之間有一個(gè)需要隨時(shí)調(diào)整速度的同步控制問題。</p><p>　　圖3-10同步控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.4.1同步控制系統(tǒng)</p><p>　　包裝機(jī)械設(shè)備的同步控制系統(tǒng)框圖n”如圖3—10，機(jī)械動(dòng)力一方面提供給產(chǎn)品供送系統(tǒng)，同時(shí)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(jī)械動(dòng)力傳

100、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(hào)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(jī)停止不動(dòng)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(jī)正轉(zhuǎn)，差速器在正常輸出的速度基礎(chǔ)上疊加一個(gè)正補(bǔ)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(jī)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.

101、4.2信號(hào)的獲取</p><p>　　當(dāng)包裝材料需要定長裁斷時(shí)，如單個(gè)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(gè)色標(biāo)。在衛(wèi)生卷紙供送的同時(shí)，包裝材料還要有一個(gè)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(shí)，光電傳感器讀到色標(biāo)信號(hào)，將該信號(hào)作為同步信號(hào)送給比較器，同時(shí)將此信號(hào)輸送給切紙機(jī)構(gòu)，由于切紙機(jī)構(gòu)與包裝材料在水平方向上是同步的(關(guān)于切紙機(jī)構(gòu)與包

102、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(hào)用接近開關(guān)取出。在產(chǎn)品供送系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軸上</p><p>　　圖3-11同步控制方法</p><p>　　安裝一個(gè)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(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

103、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(shí)間。假設(shè)光電傳感器S檢測到有色標(biāo)信號(hào)時(shí)輸出狀態(tài)為1，沒有色標(biāo)信號(hào)時(shí)輸出為O，只要判斷每次光電傳感器檢測到色標(biāo)時(shí)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(shí)刻，正好光電傳感器s輸出為1時(shí)，接近開關(guān)J的輸出也為l，可以認(rèn)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(shí)，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(jī)對(duì)產(chǎn)品供送系統(tǒng)

104、的速度進(jìn)行補(bǔ)償。如果兩個(gè)系統(tǒng)剛好同步，在圖3—9的同步范圍內(nèi)，要求伺服電機(jī)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(shí)，由跳變信號(hào)觸發(fā)，給出一段延時(shí)時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)獲得色標(biāo)信號(hào)s表示同步，控制伺服電機(jī)不動(dòng)作。這段延時(shí)時(shí)間的長短是可供隨時(shí)調(diào)節(jié)的，因此達(dá)到同步精度可調(diào)的目的。在這段延時(shí)結(jié)束后，如果獲得S信號(hào)，則表時(shí)產(chǎn)品供送</p><p>　　上述原理可由圖3-12實(shí)現(xiàn)。當(dāng)S為0時(shí)，卻未檢

105、測到色標(biāo)，兩個(gè)與門F和z都被鎖住，J的狀態(tài)對(duì)輸出結(jié)果無影響，信號(hào)S：I，電路中2，4腳為高電位時(shí)正反補(bǔ)償均無輸出。只有當(dāng)檢測到色標(biāo)J的狀態(tài)才對(duì)輸出有影響。如果J：l，1腳為高電位，F(xiàn)輸出為1，進(jìn)行反轉(zhuǎn)補(bǔ)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(jì) 腳電位也為l，Z輸出狀態(tài)取決于腳5。但由于J的跳變，延時(shí)電路得到一個(gè)負(fù)觸發(fā)脈沖，輸出低電

106、位，使5腳為0，將Z鎖住也無輸出。這時(shí)正反補(bǔ)償都不動(dòng)作，即補(bǔ)償電機(jī)停止，表示兩個(gè)系統(tǒng)處于同步狀態(tài)。當(dāng)延時(shí)結(jié)束后，延時(shí)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(bǔ)償。</p><p>　　圖3-12 控制電路原理</p><p>　　3.4.3同步控制電路原理的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　同步

107、控制電路原理如圖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(gè)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(shí)基電路，調(diào)節(jié)電位器R1可調(diào)整電路的延時(shí)時(shí)間T1。</p><p>　　T1時(shí)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LED1來指示。只要555的2腳得到負(fù)脈沖，3腳就輸出高電位。為了能鎖住與非門74LSl0的5腳，

108、用一個(gè)反相器反相。與非門的比較結(jié)果輸出給由556組成的兩個(gè)延時(shí)電路，這兩個(gè)延時(shí)電路的輸出分別控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。R8和C9決定反轉(zhuǎn)補(bǔ)償時(shí)間，R7和C7決定正轉(zhuǎn)補(bǔ)償時(shí)間，R8與R7值相等而且聯(lián)動(dòng)，C9和C7容量也相等，所以伺服電機(jī)的正反向補(bǔ)償時(shí)間是一樣的。BGl和BG2分別驅(qū)動(dòng)繼電器K1和K2，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。二極管D2和D3起保護(hù)作用，即在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)補(bǔ)償期間又出現(xiàn)反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)指令時(shí)，伺服電機(jī)不會(huì)出錯(cuò)。在伺服電機(jī)的主電路中也有