基于plc的高速全自動包裝機控制系統的設計畢業設計論文-資料下載頁

【導讀】可編程控制器作為控制系統的核心裝置，功能強大、性能穩定可靠。在現代工業自動化生產中得到了廣泛的應用。取得了理想的控制效果。論文主要內容如下:PLC的現狀及其在包裝機械上應。用的可能性和前景。，統計其輸入輸出。1/O點，然后進行PLC選型，硬件組態的設計。過程中的張力控制。，卷紙和包裝紙要求能同時到達工位1，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，Siemens公司的編程軟件Step7、監控組態軟件。并且經過了嚴格的。測試，在實驗室的模擬運行中，取得了良好的控制效果。使該機無論從功能上還。現了廠方提出的控制要求。師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。

　　

【正文】 紙空心臺和托盤推桿同時下降，分別壓動 SQd, SQg時，下降 停止。當工藝盤轉到 V3 或 V7 槽時，壓動行程開關 SQa, KT1 得電，當延時到， 其常開觸點閉合，放紙空心臺和托盤推桿同時上升，重復上述操作， SQp 為到工 位 1 時的行程開關，延時 150 毫秒后，工藝盤轉動，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，當到達此處時，發出進料信號，放紙空心 臺和托盤推桿上升。 夾鉗抓緊、旋轉、窩邊工位 2 如圖 33 所示，當到達 V2 或 V6 槽時，由該位的行程開關發出信號，夾鉗機構軸向電機動作，打開氣缸電磁閥，使兩端的夾鉗機構沿軸向運動，到限位開關時，軸向運動停止，夾鉗機構徑向運動電磁閥打 開，三個夾桿同時順著導軌徑向運動，當觸到抓緊開關時，抓緊動作結束。延時 50ms,在此時間段中，主電機帶動該機構軸旋轉 90 度，延時結束，軸向電機繼續動作，完成窩邊動作。然后徑向電機反轉，夾緊裝置松開，同時軸向電機反轉，使夾鉗機構退回的原位。 圖 33 第二工位控制線路圖 Fig33 Control circuit of the second working procedure 按下 SB1, KA得電， KMr2 得電， M2 正轉，軸向電機前進，前進到位 夾緊結束松開 SB1 , KA 斷電， mKMr1 通 電， M1 反轉 (放松 )，放松到位， 長春工業大學本科畢業設計論文 20 如此自動循環。 卸料工位 3 當到達此工位時，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。 放卷、分切部分的張力控制 卷紙包裝機有一套傳動系統，包括放卷，切斷，每個部分由一臺電動機帶動。從放卷到切斷，包裝紙是連續的，當機器起動時，由上位機發出命令，主速節點的電機開始轉動，同時通知其它各節點開始協調動作，以保證各段包裝紙的線速度一致，從而使張力趨于穩定，停機時同樣如此。在 升降速過程中，主速節點必須發送升降速標志給其它各節點，使他們在控制各自張力時作出相應的補償，這個過程要求響應快。當某一段張力出現允許范圍內的抖動時，系統也應該作出上述反應。由主速節點測量到的包裝紙線速度必須實時傳到放卷節點，當某一軸上的包裝紙即將放完時，該部分的另一軸應該提前轉動起來，并且線速度和主速節 點傳過來的速度值保持一致，這樣才能實現無速度差轉接，以減少廢料。機器運行過程中，一旦某個部分出現故障，其測控節點應將信息立即傳往上位機，上位機發出急停命令使下位機各節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，放卷機系統的轉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 的自適應控制方法則可消除系統轉動慣量變化的影響，達到優良的控制效 果。 包裝紙分切機調節原理簡介 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節輥的張力控制系統。其放卷機控制系統原理如圖 3 一所示。工作時首先根據紙厚通過上位機設定所需張力，該張力是通過氣壓加至調節圖 34 開卷機控制系統原理圖 Fi g . 3 一 4 Principle of opening roll control system輥上而產生的。由于調節輥所受到的長春工業大學本科畢業設計論文 21 向下的力 Fg是重力和氣壓力的合力，該力是一個恒定的力，調節輥所受到的向上的力則是包裝紙的張力 T}和 T2。因此，只要調節輥處于靜止或勻速運動狀態，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控制面板上速度電位器的設定值運動，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，使調節輥穩定在平衡點附近，以間接地控制張力。調節輥的位置通過電位器檢 出后送PLC，放卷輥的直徑通過超聲波測距儀檢出后送 PLC o PLC內部根據分切機主傳動的速度、調節輥的位置、以及放卷輥的直徑等數據，經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。從而使調節輥保持在中間位置。 張力控制系統的實現 2)控制系統硬件配置 控制系統硬件結構簡圖見圖 38。其中 PLC 系統使用西門子公司的 S7300 可 編程序控制器，主要模塊有 CPU315DP，通訊模塊 CP3425, IM360, IM361 擴展模塊等。 CPU315DP用于要 求中到大規模的程序和通過 profibusDP 進行分布式配置的設備，具有能進行浮點處理的 STEP?處理器和用于接口通訊的微控制器，可直接與編程器連接。 CPU315DP 使用STEP7編程語言，最短的指令執行時間為 0. 1us，最長的除法操作指令執行時間為 。定時控制程序調用間隔為 lms 到 1min，性能上滿足對分切機有關傳動電機進行實時轉速控制 的 要 求 。 圖 38 控制系統硬件配置圖 hardware co}figiaataon of co}rol CP3425 是 通信處理器，可通過 profibus 簡單進行配置和編程，支持 profibusDP, S7等通訊協議。 CP3425 能全自動地處理與它相連接的設備的數據通信，以及編輯和緩沖數據，用于 SIEMENS 57300 可編程序控制器和 profibusDP 主 /從接口模板 .作為主設備接口模板時，可鏈接多達 125個從站。從站可以是 ET200M 分布式 I/0設備，其通訊模塊為 IM153 一亦可以是 profibusDP 有接口的現場設備，通過 profibusDP 總線的數據傳送率可達 12Mbit/so CP5611網卡是將 PLC的 MPI口和上位機連接，以進行程序的下載調試及變量傳輸。 Profibus}DP(Distributive Peripheral一分布式外設 )是 profibus 的重要組成部分。 prof ibusDP 由物理層、數據鏈路層以及用戶層構成。主要應用于現場級 .是一種高速 (可達12Mbit/s)和便宜的通信連接，它被設計為自動控制系統和設備級分散的 I/0 之間進行通信使用，可滿足全數字交直流調速系統對于電機快速的時間響應要求。 CBl通訊板，是用于 SIMOVERT Master Drives 的 profibusDP 總線接口， CB1通過雙口 RAM與變頻器內閉環控制電子板 CU2接口 .變頻器可通過 CB1通訊板接人 profibusDP長春工業大學本科畢業設計論文 22 網中作為從站接收主站 SIMATIC S7 的控制。 6SE70 型矢量變頻器配置 CB1板后可與 profibusDP 總線接口，變頻器之間傳送速度給定與狀態等。與電機同軸的光電編碼器的輸出脈沖信號通過 CUZ 板送變頻器 .調節輥的位置信號和放卷輥的直徑信號等經分布式 I/0 模塊 profibusDP 總線傳送給PLCa ET200M 是分布式 I/0 組件，帶有 集成的 profibusDP 現場總線接口 .能夠快速、方便地連接到 profibusDP 現場總線。 ET200M 帶有集成 I/0，除開關量信號以外，還可以采集和傳輸模擬信號。 3)變頻器參數的設置 分切機放卷機驅動用變頻器是 6SE70 型矢量變頻器。由于放卷機電機在正常運行時處于發電制動狀態，故采用直流母線供電，這樣可以使電能回饋到母線。經濟性較好，且可保證放卷機快速地升降速，提高動態響應性能，而直流側不會過電壓。本系統中放卷機變頻器的使用特點是 V/f 轉速開環控制，但通過光電編碼器采集電機的實際轉速值，變頻 器通過 CB1 板經 profibusDP 總線接收 PLC 的“控制字”命令和轉速設定值，或向 PLC發送“狀態字”和轉速實際值。為滿足該要求，變頻器有關參數設置〔 m 如下。 P163=1。 V/f 轉速開環控制 P208=1。用光電編碼器測量電機轉速 P090 =1。 CBl通訊板位于槽 2 P443 = 3002。主設定值位于 CB1 板字 2 P443 二 0。附加設定位 1 為 0 P438 = 0。附加設定位 2 為 0 P554=3001。開 /關 1 控制位于 CBl板字 1 P697 二 4。 CB1 板通訊采用 PP04 格式，過程數據長度為 6 字節 P694 i001=9686。狀態字 1 為 CBl板字 1(狀態字 ) i002=219。定子頻率 1/s 除以極對數之值為 CB1 板字 2(實際測量值 ) 以上自適應控制方法在變轉動慣量的張力控制系統中取得了良好的控制效果，保證了產品質量。該控制思想也可應用到控制對象的參數可以直 /間接測量的其它控制系統中。 送料過程中的同步控制 在高速全自動包裝機運作的過程中，產品的供送和包裝材料的供送均是連續進行的，而 且它們分別受到許多因素的影響，如 :生產中速度的變化、包裝材料的張力和拉伸率不均勻等，因此這兩個系統相互之間有一個需要隨時調整速度的同步控制問題。 同步控制系統 長春工業大學本科畢業設計論文 23 包裝機械設備的同步控制系統框圖〔 z.}如圖 310，機械動力一方面提供給產品供送系統，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 (無同步控制的設備是直接將機械動力傳輸給包裝材料的供送系統 )。將產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，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。否則當包裝材料供送慢于產品的供送，伺服電機正轉，差速器在正常輸出的速度基礎上疊加一個正補償，提高包裝材料的供送速度，直到兩者同步 。當包裝材料供送快于產品的供送，伺服電機反轉，使包裝材料的供送慢下來，使得兩者速度相同。 信號的獲取 當包裝材料需要定長裁斷時，如單個衛生卷紙的包裝，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雜性。如圖 311:包裝材料每供送到一定長度時，光電傳感器讀到 色標信號，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，由于切紙機構與包裝材料在水平方向上是同步的 (關于切紙機構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。產品供送系統的信號用接近開關取出。在產品供 送 系 統 的 驅 動 軸 上安裝一個如圖 39 所示的半圓形金屬片 1，在側面裝上接近開關 J 的探頭，如圖所示的瞬間，接近開關沒有感應到金屬片 1，假設輸出狀態為 1，當產品供送軸 3 旋轉，半圓金屬片遮住接近開關，接近開關輸出狀態 J 為 0，因此產品供送軸每旋轉一圈，接近開關的 1 和 0 輸出狀態大約各占一半的時間 。假設光電傳感器 S 檢測到有色標信號時輸出狀態為 1，沒有色標信號時輸出為 0，只要判斷每次光電傳感器檢測到色標時接近開關的輸出狀態，就能得出產品供送系統是滯后還是超前于包裝材料供送系統。在圖 39所示時刻，正好光電傳感器 S 輸出為 1時，接近開關 J 的輸出也為 1，可以認為產品供送滯后，當 J 為 0，即半圓金屬片遮當住接近開關時， S 為 1，則產品供送超前。可以根據這樣的判斷來控制伺服電機對產品供送系統的速度進行補償。如果兩個系統剛好同步，在圖 39 的同步范圍內，要求伺服電機既不正轉也不反轉，處于停止狀態。具體作法是讓控制電路 在超前和滯后的轉換時，由跳變信號觸發，給出一段延時時間，在此時間內獲得色標信號 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節的，因此達到同步精度可調的目的。在這段延時結束后，如果獲得 S 信號，則表時產品供送超前，發出調控動作。 上述原理可由圖 312 實現。當 S 為 0 時，卻未檢測到色標，兩個與門 F 和 Z都被鎖住， J 的狀態對輸出結果無影響，正反補償均無輸出。只有當檢測到色標信號， S=1，電路中 2, 4 腳為高電位時， J 的狀態才對輸出有影響。如果 J=1, 1腳為高電位， F輸出為 1，進行反轉補償。 如果包裝材料供送超前， J 剛好從 1 變為 0, 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=1，使 4 腳電位也為 1, Z輸出狀態取決于腳 5。但由于J 的跳變，延時電路得到一個負觸發脈沖，輸出低電位，使 5 腳為 0，將 Z 鎖住也無輸出。長春工業大學本科畢業設計論文 24 這時正反補償都不動作，即補償電機停止，表示兩個系統處于同步狀態。當延時結束后，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 補 償 。 同步控制電路原理的實現 同步控制電路原理如圖 313所示。接近開關的輸入接 J端，光電傳感器的輸入接 S端。比較電路選用一塊 74LS 10 集成電路中的二個三輸入與非門構成，反相器選用一塊74LS00 集成電路。用一塊 555 時基電路，調節電位器 R1 可調整電路的延時時間