基于PLC高速全自動(dòng)包裝機(jī)的控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)【西門子S7-300系列PLC】【含圖紙】

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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(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)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):1)更改控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件作改動(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)大大簡化;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;5)可靠性高;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(diǎn)對于復(fù)雜的控制來講 具有無可比擬的優(yōu)越性;7)具有擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，當(dāng)需要較多I/0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)器在某種程度上實(shí)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)。4.參考文獻(xiàn)1)平志韓.可編程序控制器及其在包裝機(jī)械中的應(yīng)用初探.1989. 2，包裝與食品機(jī)械:14-I92)段然.可編程控制技術(shù)采樣機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.碩士學(xué)位論文，西北工業(yè)大學(xué)，2001. 33陳立定，吳玉香，蘇開才.電氣控制與可編程控制器.廣州:華南理工大學(xué)了版社，2001. 2f4)路林吉，王堅(jiān)，江龍康.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社，20025)齊從謙，王士蘭。PLC技術(shù)及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000. 86)張萬忠，周淵深.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001. 127)郝振武.PLC遠(yuǎn)程I/0控制在電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用(南京理工大學(xué)).中國工控網(wǎng)/經(jīng)驗(yàn)視點(diǎn)/PLC控制，2003s吳亞雄.毛巾印花機(jī)PLC控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì).單位:重慶海康實(shí)業(yè)有限公司設(shè)備能源部，中國工控網(wǎng)/專業(yè)論文，20039)李勝勇.JZ6-660全自動(dòng)高速吸塑成型機(jī)智能溫度測控及運(yùn)動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).碩士學(xué)位論文，廣東工業(yè)大學(xué)圖館，2003.10)張琳.PLC和組態(tài)軟件在高爐槽下配料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.碩士學(xué)位論文，合肥工業(yè)大學(xué)，2002. 611)STEP7系列培訓(xùn)課程硬件組態(tài)12)SIMATIC S7 STEP7 V5.0使用入門13謝始達(dá).西門子矢量控制型交流變頻器在報(bào)紙生產(chǎn)輸送線中的應(yīng)用.廣東自動(dòng)化與信息工程，2003年第1期:38-4014肖明運(yùn).西門子6SE70系列變頻器調(diào)試注意事項(xiàng).2001，中華紙業(yè)第22卷第8期:40-4115鄧星鐘，周祖德，鄧堅(jiān).機(jī)電傳動(dòng)控制(第二版)，武漢:華中理工大學(xué)了出版社，1998年4月16成都步進(jìn)機(jī)電有限公司，步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較，中國工控網(wǎng)專業(yè)論文，200317呂硯山，宗孔德.常用電工電子技術(shù)手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1995年1月第1版18陳黎敏.雙底輥復(fù)卷裝置的張力控制，碩士學(xué)位論文，江南大學(xué)，2001. 119韓曾晉，自適應(yīng)控制原理，北京:機(jī)械工業(yè)出版社，198320張從力，李新一種采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制的方法，礦業(yè)安全與環(huán)保，2002, 29 (1)21趙德安，劉星橋，王大承等，基于PLC的聚醋薄膜分切機(jī)放卷機(jī)張力自適應(yīng)控制系統(tǒng)，電氣傳動(dòng)，2001年第1期:30-3222 SIMOVERT Master Drive Operationg Instructions, Communication BoardCB.SIEMENS AQ 199423 SIMOVERT Master Drive Operationg Instructions.SIEMENS AG199424賀素良，陳興國，張昌凡.包裝設(shè)備數(shù)字控制技術(shù)，湖南.長沙，國防科技大學(xué)出版社，2002. 625吳建強(qiáng)，姜三勇.可編程序控制器原理及其應(yīng)用，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，199026陳宇.可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧.廣州:華南理工大學(xué)出版社，2000. 127魏志精.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，1995. 728何衍慶，俞金壽.可編程控制器原理及應(yīng)用技巧.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1998. 829袁任光.可編程控制器(PC)應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例.廣州:華南理工大學(xué)，1997. 630賈愛民，應(yīng)群民，潘麗萍.可編程控制器系統(tǒng).杭州:浙江大學(xué)出版社，2000. 331宋德王主編?？删幊绦蚩刂破髟砑捌鋺?yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技巧，冶金工業(yè)出版社，2000032郭強(qiáng).PLC在微波遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用.碩士學(xué)位論文，蘭州大學(xué)，2001. 5. 133 SIMENS A1482 SIMATIC S7 SYSTEM SERVICE&PROGRAMMING COURSE34SINAUTST7 STATION CONTROL SYSTEM MANNAUL35 SIMATIC S7 S7-300和S7-400語句表編程參考手冊36SIEMENS Standard software for S7and M7User ManaulM，199637高德主編，包裝機(jī)械設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社 200538馮太合，陳宇駒編著，西門子S7-300系列PLC及應(yīng)用軟件STEP7，華南理工大學(xué)出版社2006.75.設(shè)計(jì)主要內(nèi)容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(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。 總結(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，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)場狀態(tài)顯示。5. S7-300與上位機(jī)的通信設(shè)計(jì)。6. 論文的安排 全文共分五章。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內(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STL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。第五章介紹了通訊協(xié)議， 并介紹S7-300與工控機(jī)PVi nCC之間的通訊。5.本畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果應(yīng)包括：1.完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試工作，使系統(tǒng)能夠按預(yù)期的目 標(biāo)正常地運(yùn)行。2.全部程序(包括PLC程序和工控機(jī)程序)均采用模塊化設(shè)計(jì)思想，程序的注 釋和文檔也比較充足，不僅在設(shè)計(jì)時(shí)使結(jié)構(gòu)清晰，易于檢查和修改。而且為 以后軟件的維護(hù)和改進(jìn)提供了方便。3.對系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了充分的考慮，加入了各種保護(hù)措施，盡量消除了各種 可能的事故隱患。4.工控機(jī)和PLC的結(jié)合非常利于小型自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，用PLC作為下位機(jī)實(shí) 現(xiàn)現(xiàn)場的信號輸入和實(shí)時(shí)控制，使執(zhí)行可靠，且有效地實(shí)現(xiàn)了分散控制。用 工控機(jī)作為上位機(jī)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定及系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。各取所長，分工明 確。5.利用工控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)通信的方法簡單易行，它降低了對用戶 的要求，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，系統(tǒng)繼承性較好，尤其對于大規(guī)模復(fù)雜控制 系統(tǒng)來說這些優(yōu)點(diǎn)更為突出，因此在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，采用工控組態(tài)軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是一必然趨勢。6.本設(shè)計(jì)中存在著一些不足之處和需要改進(jìn)的地方: 1.程序中實(shí)時(shí)畫面的主要作用是輔助監(jiān)控現(xiàn)場狀況，以防意外事件的發(fā)生。但 實(shí)際使用中，許多操作員認(rèn)為還是直接觀察現(xiàn)場更加直觀穩(wěn)妥。故此擬在下 一版本中引入CCD攝像頭，將現(xiàn)場情形直接顯示到顯示器上，這樣就可以降 低工人操作的復(fù)雜性，并使界面更加漂亮直觀。2.設(shè)計(jì)中采用了熱繼電器，變頻器及電機(jī)等也都有過熱恢復(fù)，擬在以后的設(shè)計(jì)中加入聲音報(bào)警功能，即當(dāng)變頻器或電機(jī)過熱時(shí)，程序利用蜂鳴器發(fā)出尖銳的聲音提醒操作員有故障發(fā)生，達(dá)到提高反應(yīng)速度、降低故障危險(xiǎn)性的目的。 7.進(jìn)度計(jì)劃第一周 畢業(yè)實(shí)習(xí)，收集資料 。第二周 需求分析，明確背景知識與選型根據(jù):分析PLC在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性與前景。第三周 了解卷紙包裝機(jī)的工作過程及工藝要求。 第四周 總結(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，為實(shí)現(xiàn)高速全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制做準(zhǔn)備。第五周 卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。第六周 電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設(shè)計(jì)。第七周 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接口信號的確定、 模塊的選擇，控制程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。第八周 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)場狀態(tài)顯示第九周 S7-300與上位機(jī)的通信設(shè)計(jì)。第十周第十一周繪圖3張 第十二周第十三周撰寫畢業(yè)論文第十四周第十五周第十六周 整理第十七周形成畢業(yè)設(shè)計(jì)全部文件，準(zhǔn)備答辯。第十八周 畢業(yè)答辯