基于PLC的高速全自动包装机控制系统的设计

长春工业大学本科毕业设计论文I摘要可编程控制器(PLC)作为控制系统的核心装置，功能强大、性能稳定可靠。在现代工业自动化生产中得到了广泛的应用。取得了理想的控制效果。本论文以长春佳鸣机械制造有限公司与我们合作开发的高速全自动卷纸包装机控制系统为背景，理论与实践相结合，详细阐述了集PLC技术，变频器技术，光电感应技术，通信技术于一体的先进控制技术在该包装机控制系统中的应用。论文主要内容如下:1.概述了可编程控制器PLC的现状及其在包装机械上应用的可能性和前景。2.通过对卷纸包装机生产工艺流程的了解，统计其输入输出1/O点，然后进行PLC选型，硬件组态的设计。3.详细分析了包装纸放卷过程中的受力(尤其是张力)情况，并建立了数学模型，利用自适应控制原理实现了送料过程中的张力控制。4.在卷纸包装机中，卷纸和包装纸要求能同时到达工位1，这就产生了送料过程中的同步控制问题，在同步控制中，我们在卷纸供送系统的驱动轴上安装一个半圆形金属片，在侧面装上接近开关探头，通过判断每次光电传感器检测到色标时接近开关的输出状态，就能知道包装纸供送系统是滞后还是超前于卷纸供送系统，从而使伺服电机正、反转或不动，实现了送料过程中的同步控制。5.卷纸的包装是一个典型的顺序控制，因此我们利用一个移位寄存器，使工艺盘的每一个V形槽对应一个二进制位，通过移位寄存器的移动，实现了包装过程的程序控制。6.利用Siemens公司的编程软件Step7、监控组态软件WinCC及其通信功能设计了包装过程梯形图、STL语句及PLC通信网络，以完成数据的采集并控制输出设备安全、高速、高效地运行，实现了该包装过程的监视功能。经过我们的努力，卷纸包装机控制系统的设计已经完成。并且经过了严格的测试，在实验室的模拟运行中，取得了良好的控制效果。使该机无论从功能上还是效率上都获得了质的提高，基本达到了九十年代末期国际先进水平，较好地实现了厂方提出的控制要求。关键词:包装机；PLC；张力控制；自适应控制；同步控制；WinCC；Step7长春工业大学本科毕业设计论文IIABSTRACTThisthesismainlydiscussedthedesignofcontrolsystemofrollpacking.Asthekermeldevicecontrolsystem,PLCiswidelyusedinmodernindustrialproductionanddowellinthisfield.Thisthesistakesthecontrolsystemofthehigh-speedfull-automaticrollpackingmachinethatwasdevelopedbyChangChunTamingMachineManufacturingLimitedCompanyalongwithusasabackground.WeapplytheadvancedcontroltechniqueinthepackingmachinecontrolsystemsuchasthetechniqueofPLC,theinvertertechnique,lightelectricitytechniqueandsoon.Byusingthesetechniques,werealizedtensioncontrol,Synchronouscontrolintransmittingprocessandpackingprocessprogramcontrol.Tocompletethedataofcollectingandcontroltheoutputequmeatstoworksafely,highspeedandefficiently,wedesignedthePLCcorrespondencenetworkbyusingtheWinCC,asupervisecontrolandconfigurationsoftwareofthecompanyofSiemens,anditscommunicationfunction,torealizethesurveillancefunctionofthepackingprocess.Themachinegottheexaltationofthequalitywhetherthefunctionortheefficiency,basicallycametotheinternationaladvancedlevelinthelateof90's,realizedwellthecontrolrequestthatthecompanyputforward.Thiscontrolsystemiswellrunninginthelab.Keywords:Packingmachine;PLC;tensioncontrol;self-adaptiveControl;Synchronouscontrol;WinCC;Step7长春工业大学本科毕业设计论文III目录摘要...........................................................................................................................IABSTRACT.................................................................................................................II第一章绪论.............................................................................................................11.1可编程控制技术的现状...................................................................................11.2可编程控制技术的发展趋势...........................................................................11.3PLC与其它工业控制系统的比较..................................................................31.3.1PLC与继电器控制系统的比较............................................................41.3.2PLC与单片机控制系统比较................................................................51.3.3PLC与计算机控制系统的比较............................................................51.3.4PLC与集散型控制系统的比较............................................................61.4卷纸包装机产生的背景及意义.......................................................................61.5PLC在包装机械上应用的可能性和前景......................................................61.6项目研究的主要内容.......................................................................................71.7论文的安排.......................................................................................................8长春工业大学本科毕业设计论文1第一章绪论1.1可编程控制技术的现状可编程控制器(ProgrammableLogicalController)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司((GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。最初，PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，西德的西门子(SIEMENS)公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本的OMRON也推出了他们的PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降;加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能;并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍:1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门(如汽车、拖拉机工业、机械工业等)、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门‘11。近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等国生产的PLC已通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和西德的PLC。1.2可编程控制技术的发展趋势随着计算机科学的发展和工业自动化愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展，其技术和产品日趋完善。仅仅将PLC理解为开关量控制的时代已经过去，PLC不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要，而且将通信技术长春工业大学本科毕业设计论文2和信息处理技术融为一体，其功能也日趋完善。今后，PLC将主要朝着以下两个方向发展:一个是向超小型专用化和低价格方向发展;另一个是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。总的趋势如下。l一t61:1.可编程控制技术的标准化在工业自动化产品繁花似锦的今天，各生产厂商既互相竞争又互相合作。一种自动化产品的竞争力除表现在其技术上的个性外，更重要的还在于其满足国际标准化的程度和水平。标准化一方面保证了产品的出厂质量，另一方面也保证了各个厂家产品的互相兼容。出厂检验时各可编程控制产品的厂家都有相应的技术标准作依据。按照这些标准，各种型号的PLC产品对工业应用环境、抗干扰性等条目都给出了明确的规定。但是，这些标准目前只能是统一区域性的产品，而不能实现全球的统一性。为了使各厂家的产品有一个共同的参考平面，制定了国际标准。2.CPU处理速度进一步加快目前PLC的CPU与微型计算机的CPU相比，还处在比较落后的地步，最高的也仅仅处在80486一级。将来会全部使用64位RISC芯片，实现多CPU并行处理或分时处理或分任务处理，实现各种模块智能化，且部分系统程序用门阵列电路固化。这样PLC执行指令的速度将达到纳秒级。3.可编程控制技术的智能化提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质，在某种意义上也提高了系统的可靠性。4.系统的开放性和兼容性开放性和兼容性是不可分割的而且是相辅相成的概念。一方面是某一产品和第三家同类产品在通信上的兼容