基于PLC高速全自動包裝機的控制系統(tǒng)應用設計【西門子S7-300系列PLC】【含CAD圖紙】

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PLC在包裝機械上應用的可能性和前景 包裝機械的最大特點是動作復雜、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)，可以不花費額外的費用來實現(xiàn)復雜的控制邏輯。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)控制系統(tǒng)比較具有許多優(yōu)點:1)更改控制邏輯只需修改軟件，無需對硬件作改動;2)程序可以復制，批量生產(chǎn)很容易;3)電氣硬件設計大大簡化;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，這一點對于復雜的控制來講 具有無可比擬的優(yōu)越性;7)具有擴展單元或擴展模塊，當需要較多I/0時可以方便地擴展。 因此，國外在注塑機、各種包裝機上已經(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)。4.參考文獻1)平志韓.可編程序控制器及其在包裝機械中的應用初探.1989. 2，包裝與食品機械:14-I92)段然.可編程控制技術(shù)采樣機控制系統(tǒng)中的應用研究.碩士學位論文，西北工業(yè)大學，2001. 33陳立定，吳玉香，蘇開才.電氣控制與可編程控制器.廣州:華南理工大學了版社，2001. 2f4)路林吉，王堅，江龍康.可編程控制器原理及應用.北京:清華大學出版社，20025)齊從謙，王士蘭。PLC技術(shù)及應用.北京:機械工業(yè)出版社，2000. 86)張萬忠，周淵深.可編程控制器應用技術(shù).北京:化學工業(yè)出版社，2001. 127)郝振武.PLC遠程I/0控制在電廠輸煤系統(tǒng)中的應用(南京理工大學).中國工控網(wǎng)/經(jīng)驗視點/PLC控制，2003s吳亞雄.毛巾印花機PLC控制系統(tǒng)及設計.單位:重慶?？祵崢I(yè)有限公司設備能源部，中國工控網(wǎng)/專業(yè)論文，20039)李勝勇.JZ6-660全自動高速吸塑成型機智能溫度測控及運動自動控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).碩士學位論文，廣東工業(yè)大學圖館，2003.10)張琳.PLC和組態(tài)軟件在高爐槽下配料控制系統(tǒng)中的應用研究.碩士學位論文，合肥工業(yè)大學，2002. 611)STEP7系列培訓課程硬件組態(tài)12)SIMATIC S7 STEP7 V5.0使用入門13謝始達.西門子矢量控制型交流變頻器在報紙生產(chǎn)輸送線中的應用.廣東自動化與信息工程，2003年第1期:38-4014肖明運.西門子6SE70系列變頻器調(diào)試注意事項.2001，中華紙業(yè)第22卷第8期:40-4115鄧星鐘，周祖德，鄧堅.機電傳動控制(第二版)，武漢:華中理工大學了出版社，1998年4月16成都步進機電有限公司，步進電機和交流伺服電機性能比較，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:化學工業(yè)出版社，1995年1月第1版18陳黎敏.雙底輥復卷裝置的張力控制，碩士學位論文，江南大學，2001. 119韓曾晉，自適應控制原理，北京:機械工業(yè)出版社，198320張從力，李新一種采用單片機實現(xiàn)自適應控制的方法，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的聚醋薄膜分切機放卷機張力自適應控制系統(tǒng)，電氣傳動，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.包裝設備數(shù)字控制技術(shù)，湖南.長沙，國防科技大學出版社，2002. 625吳建強，姜三勇.可編程序控制器原理及其應用，哈爾濱工業(yè)大學出版社，199026陳宇.可編程控制器基礎及編程技巧.廣州:華南理工大學出版社，2000. 127魏志精.可編程控制器應用技術(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用技巧.北京:化學工業(yè)出版社，1998. 829袁任光.可編程控制器(PC)應用技術(shù)與實例.廣州:華南理工大學，1997. 630賈愛民，應群民，潘麗萍.可編程控制器系統(tǒng).杭州:浙江大學出版社，2000. 331宋德王主編?？删幊绦蚩刂破髟砑捌鋺孟到y(tǒng)設計技巧，冶金工業(yè)出版社，2000032郭強.PLC在微波遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應用.碩士學位論文，蘭州大學，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，包裝機械設計，化學工業(yè)出版社 200538馮太合，陳宇駒編著，西門子S7-300系列PLC及應用軟件STEP7，華南理工大學出版社2006.75.設計主要內(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在包裝機械上應用的可能性與前景。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。 總結(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。3.可編程控制器部分的設計，包括控制方案的選取與設計、I/0接口信號的確定、 模塊的選擇，控制程序的設計與調(diào)試。4.工控機軟件的設計，包括監(jiān)界面設計、動態(tài)現(xiàn)場狀態(tài)顯示。5. S7-300與上位機的通信設計。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械上應用的可能性及前景，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。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行設計，并根據(jù)放卷分切部分的受力分析，建立模型，然后依據(jù)自適應控制原理設計和實現(xiàn)了張力控制，同時也實現(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設計了某些功能塊的梯形圖和STL程序，并用S7-PLCSIM simulator模擬其運行結(jié)果。為了實現(xiàn)監(jiān)控，利用SIEMENS的工控組態(tài)軟件設計了包裝過程的監(jiān)視界面。第五章介紹了通訊協(xié)議， 并介紹S7-300與工控機PVi nCC之間的通訊。5.本畢業(yè)設計的成果應包括：1.完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計與調(diào)試工作，使系統(tǒng)能夠按預期的目 標正常地運行。2.全部程序(包括PLC程序和工控機程序)均采用模塊化設計思想，程序的注 釋和文檔也比較充足，不僅在設計時使結(jié)構(gòu)清晰，易于檢查和修改。而且為 以后軟件的維護和改進提供了方便。3.對系統(tǒng)的可靠性進行了充分的考慮，加入了各種保護措施，盡量消除了各種 可能的事故隱患。4.工控機和PLC的結(jié)合非常利于小型自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)，用PLC作為下位機實 現(xiàn)現(xiàn)場的信號輸入和實時控制，使執(zhí)行可靠，且有效地實現(xiàn)了分散控制。用 工控機作為上位機進行參數(shù)的設定及系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。各取所長，分工明 確。5.利用工控組態(tài)軟件實現(xiàn)PLC與計算機通信的方法簡單易行，它降低了對用戶 的要求，大大縮短了設計周期，系統(tǒng)繼承性較好，尤其對于大規(guī)模復雜控制 系統(tǒng)來說這些優(yōu)點更為突出，因此在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制領域，采用工控組態(tài)軟件進行標準化設計是一必然趨勢。6.本設計中存在著一些不足之處和需要改進的地方: 1.程序中實時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 實際使用中，許多操作員認為還是直接觀察現(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 低工人操作的復雜性，并使界面更加漂亮直觀。2.設計中采用了熱繼電器，變頻器及電機等也都有過熱恢復，擬在以后的設計中加入聲音報警功能，即當變頻器或電機過熱時，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，達到提高反應速度、降低故障危險性的目的。 7.進度計劃第一周 畢業(yè)實習，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在包裝機械上應用的可能性與前景。第三周 了解卷紙包裝機的工作過程及工藝要求。 第四周 總結(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。第五周 卷紙包裝機控制系統(tǒng)的總體設計。第六周 電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設計。第七周 可編程控制器部分的設計，包括控制方案的選取與設計、I/0接口信號的確定、 模塊的選擇，控制程序的設計與調(diào)試。第八周 工控機軟件的設計，包括監(jiān)界面設計、動態(tài)現(xiàn)場狀態(tài)顯示第九周 S7-300與上位機的通信設計。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)設計全部文件，準備答辯。第十八周 畢業(yè)答辯