1、本科毕业论文（20 届）高速全自动包装机 PLC 控制系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 高速全自动包装机 plc 控制系统设计摘要：包装机的工作过程是一个典型的顺序控制,考虑到包装机运作复杂,传感器多,干扰大,而 PLC 具有可靠性高、控制功能强、编程方便等优点,选用可编程控制器作为其主控制器。可编程控制器(PLC)，是控制系统的核心装置，其功能强大、性能稳定可靠。在现代工业自动化生产中得到了非常广泛的应用。本论文详细的描述了 PLC 技术，变频器技术在包装机控制系统中的应用。概述了可编程控制器 PLC 的现状及其在包装机械上的特点，通过对卷
2、纸包装机生产工艺流程的了解，统计其输入输出 I/O 点，然后进行 PLC 选型，硬件组态的设计。详细分析了包装纸放卷过程中的受力情况，利用自适应控制原理实现了送料过程中的张力控制。卷纸的包装是一个典型的顺序控制，因此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。关键词：包装机；PLC；自适应控制指导老师签字：Based plc speed automatic packaging machine control system designAbstract: Working process of the packaging mach
3、ine is a typical sequence control , taking into account the operation of complex packaging machines , multi- sensor , interference, and PLC with high reliability, control , easy programming , etc. , use the programmable controller as its main control implement.Programmable Logic Controller (PLC), th
4、e control system is the core of the device , its powerful, stable and reliable performance . Has been very widely used in the production of modern industrial automation .PLC technology ,inverter technology in the packaging machine control system is described in detail in this paper.the An overview o
5、f the current situation and characteristics of the programmable controller (PLC) on packaging machinery , packaging machine rolls through the understanding of the production process , the statistical input and output I / O points, and then to design PLC selection, hardware configuration . A detailed
6、 analysis of the process of wrapping paper unwinding force , the use of adaptive control theory to achieve a process of feeding tension control . Roll packaging is a typical sequence control , so the use of a shift register , a V -shaped groove so that each process one bit corresponding to the disc
7、, by moving the shift register , the control program to achieve the packaging processKeywords: Packing machine; PLC; self-adaptive ControlSignature of Supervisor: 目 录1 绪论 .11.1 可编程控制器的产生和发展 .11.2PLC 与其它工业控制系统的比较 .11.3 卷纸包装机产生的背景及意义 .21.4PLC 在包装机械上的特点 .22 PLC 构成的包装机控制系统的总体设计 .42.1 卷纸包装机生产工艺概述 .42.2 可
8、编程控制系统控制方案的设计 .52.3 系统的运行方式 .53 电控系统电路及各功能模块的设计 .63.1 供电线路 .63.2 主要控制功能模块的设计 .73.3 放卷、分切部分的张力控制 .93.4 送料过程中的同步控制 .104 系统的编程和设计 .114.1PLC 的软件设计 .11结论 .18参考文献 .19致谢 .20附录 A.2111 绪论1.1可编程控制器的产生和发展如果在生产过程中能把过程控制起来的话那意义是非凡的， 在 1996 年的时候美国数字设备公司终于（dec）率先研发出来了世界上第一台可编程控制器，并且在美国通用汽车公司（de）的汽车的自动装配线上试用成功了。虽然那
9、时候的可编程控制器性能有限、体积非常大，但是它意味着这门新技术已经开始产生了并且将会很快发展。可编程控制器早泄的时候虽然利用了计算机技术的设计思想， 面向用户、用在控制上，在工业现场比较适应，但是因为那时候的发展水平，它的功能有很多局限性，器件特多、体积特别大，称呼也是不一样的。网络技术发展后，现在的可编程控制器对网络的功能上的要求更高，很多有互连网接入功能、现场总线功能，等等。1.2PLC 与其它工业控制系统的比较目前工业自动化项目中，我们会遇到很多很多的控制装置。以前的工业自动控制很多是是继电器或者是电子线路来实现的。虽然说这样子的控制方式非常便宜，但是有很多要命的弱点，比如说只能在非常简
10、单的逻辑控制中才使用，或者只能在某种控制项目中使用，通用性非常的差，一旦想要改动或者优化的话，硬件必须就要重新组合。现在的工业领域中的继电器控制系统和单片机控制系统还有微型计算机系统和集散型控制系统是很具有代表性的。PLC 比较于单片机控制系统：单片机是利用电子计算机基本的环节上把集成电路技术在硅基片上集成.因为单片机体积十分小,功能又很强,所以在电子设备中作控制器中经常使用.现在，大到那些导弹火箭,小到那些电视机微波炉等现,里面中都要使用单片机.所以在控制的观点上看,我们通常把它称之为单片机控制器.单片微控制器的工作不能离开软件。PLC 在现在来说，很多是使用一大堆单片机制成的，在某种意义上
11、可以说 PLC 是基于单片机在继电控制的系统之上的一种应用.PLC 中用的梯形图和继电器线路图十分的相类似,很容易被广大电气人员接受.其他的，PLC 工业不好的环境使用效果比较突出，对环境要求不高，使用的很稳。单片机对环境的要求比较苛刻。PLC 比较于计算机控制系统：微型计算机在控制领域之外使用的非常广泛，但是也是大量在科学运算、处理那些数据、通信等方面应用；然后 plc 主要是在工业控制的领域使用。微型计算机对工作环境的要求特别高，在环境干扰小和有标准的2温度和湿度下使用效果才好；但是呢 PLC 是专门为工业控制的非常差的环境而只制造的，比如说工程现场中的环境。微型计算机有很多的语言，各个语
12、法，它是要求使用者间的关系比较难以搞清楚，除非计算机知识比较高；然而 PLC 利用的是逻辑语言，可以用继电器的逻辑梯形图形象直观的表达出来，操作十分的简单，而且可以在短时间内就可以学会怎么去操作。 微型计算机响应速度是特别的快的；PLC 采用的工作方式往返扫描，存在滞后，速度相对来说要慢一些。拿快速系统来说，PLC扫描速度特别的慢。其他的，PLC 比较多的利用结构模块化，和微型计算机相比较灵活性和性价比都站很大的优势，维修方面更加的简单方便。因为微型计算机是通用机，功能已经完备了，所以价格相对的来说要高点；然而 PLC 只是专用机，功能少的可怜，所以价格当然要低很多。PLC 比较于继电器控制系
13、统：继电器控制利用硬件来接线的，只能够完成那些规定好的逻辑控制。PLC 的控制逻辑是在内存中储存程序，如果想要改变控制逻辑，只要改变程序就可以了。继电器控制逻辑根据机械的动作被触电来实现的。PLC 是利用半导体电路被程序控制进而实现的，速度非常的快，而且没有什么抖动。继电器控制系统是依据时间继电器的滞后动作来实现延时控制的，由于时间继电器的定时精度非常的低，受到的环境影响比较大，调整的时间特别困难。PLC 采用的是电路定时器由半导体构成的，精确度非常的高，调整十分的方便，不会被环境影响。1.3卷纸包装机产生的背景及意义卫生纸是生活中每个人都需要的东西，随着社会的发展大家用纸的速度也越来越快，因
14、此人们对卫生纸的需求也就不断的变大，而且对卫生纸要求也是不断的变高。比如说安全性、方便性。如果能使包装出来的物品整齐、好看并且质量也不错的卫生纸还有性价比高是市场的紧迫的要求。到现在为止，我们国家这一类包装机大部分都是进口的产品，价格非常的贵。在这种情况下，我们就研究了“卷纸包装机控制系统” 。1.4PLC 在包装机械上的特点包装机械的包装特点是动作太复杂频繁，而且里面有太多的持行元件。可编程控制器其实是应用户所需要，适合与在工作现场安装的、为了生产控制而设计的专门使用的计算机。虽然它和计算机在结构上有相类似的地方，但是按照它的作用有自己的特点：编程很简单，使用的控制逻辑语言是面向控制操作的。
15、就拿梯形图、3顺序功能流程图来说，生产现场的工人很容易掌握并且使用它，容易普及应用。可靠性非常的高，抗干扰很强，可以在非常差的生产环境下运行的很好。应用了很多硬件和软件措施，可以提高可靠性，非常适合生产现场的要求。 系统采用的是模块化分散的结构。不但可以对每一类不同控制进行组合，有利于扩展；在检查故障和维修更换很容易，大大的提高了效率。现在有些高档的 PC 还配上了智能化模板，极大程度的增加了 PC 的功能和适应性能。和继电器逻辑控制相比较来说，PC 可以减少大量继电器的使用，直接降低了成本并且提高了系统的可靠性，用程序来来控制，能使得系统灵活便于修改。这一切的一切都大大增加了它的性价比。42
16、 PLC 构成的包装机控制系统的总体设计2.1 卷纸包装机生产工艺概述卷纸包装机将卷纸包装成合格的卷筒纸以每分钟六十个的速度。以卷筒的形式把包装纸放在原料架上，当上位机有了命令出去之后，放卷电机开始工作，就开始放卷了。当放卷了一段时间后，到了一定长度，通过信号来指令切纸机构切纸。切纸部位的电机是交流变频调速电机，使一个凸轮带动一起旋转，这样子的话可以使切断刀被带动上下运动，需要将一个位置传感器安装在凸轮上，每次当凸轮转到一个位置，切刀就向上进行运动，两刀分离开，有了信号后，切刀又开始向下进行运动。变频调速电机可以用来调整切刀上、下的频率。整理后好纸片被放入纸片库中，等待纸片被推纸空心台推到工位
17、上去。送卷纸球通过卷纸库的卷纸整理后，等待托盘推杆来动作。包装过程是在包装工艺盘里面进行的。包装工艺盘里面有八个相同的 V 型槽和三个不一样的加工工位，当包装纸和卷筒纸一起放进槽里面的时候，工艺盘带着它们一起转动，工艺盘转动是在皮带的带动下进行的，工位 1 进行的是装入工件，工位 2 进行的工作是完成前进，抓紧，旋转，窝边等等这一系列的动作，并且还要指令推纸空心台送纸片和托盘送纸球，工位 3 是将包装好的产品弄到成品区里面去。因为产品的重力作用。包装控制是顺序控制，十分的典型，操作上要使用移位寄存器，设置一个八位移位寄存器，每个 V 型槽所对应的是一位移位寄存器，120ms 移位一次，控制好它
18、们的各自相对应的操作，当工位 2 发出上料的信号以后，推纸空心台就推动着纸片前进，同时托盘推动纸球一起以一样的速度前进，V 型槽到达工位 1 之后，工艺盘就停止了，在工位 1 延时 150ms，当放纸空心台压纸片到位行程开关后推纸空心板就停止了不再有动作，当托盘压托盘到位行程开关的时时候，托盘也就停止不再运动了，完成上料，当延时到了之后，托盘和放纸空心台开始向后面退，插纸板开始向前面进，带动纸球和工艺盘一起的运转，当到了工位 2 后，工艺盘不动作了，延时 250ms，上料的信号被发出，这一段时间里面，插纸板也不做出相应的运动，由于惯性的效果，包装纸和纸球一起旋转一个微弱的角度，等到包装纸能完全
19、包住纸球的时候才后退，同样的时间里夹钳机构沿着轴的方向运动，当碰到限位开关之后，三个夹杆一起沿着径的方向运动，抓牢包装纸的两个端口，碰到了抓紧限位开关时，夹钳机构沿着垂直的方向旋转后继续向前动作，进行窝边的动作，窝边好了之后，5这个机构就开始向后退，当到达工位 3 以后，成品自己会落下，因为重力的作用，完成一次包装，这个机构会一直循环，除非当发出停止信号之后才会停止运行。2.2 可编程控制系统控制方案的设计PLC 构成的控制系统可以是多种多样的，集中控制系统和分散型控制系统还有远程 I/0 控制系统和单机控制系统这些都可以说是。控制对象在卷纸包装机中还是挺多的，放卷分切当中的张力控制和包装过程
20、中的控制，还有送料过程同步控制这些都是，并且被控的对象很集中，因此我们要采用集中控制系统。控制对象所在的地理位置非常的接近，并且相互之间的动作有一定联系的场合经常会用到这种系统。单主机控制方式相比较而言比较危险，所以对主机来说的要求是比较高的。远程I/0 控制系统里的的控制结构虽然和集中控制系统的控制结构有那么一点点像，并且也具有分散型控制系统的特别的地方，所以它经常在中等规模的控制场合中，或者说那些对象很分散、工程经费很低的场合中用。PLC 只是是一种单纯的控制设备，单独构成一个控制系统有那么些不足之处的，因为复杂运算情情况下没有办法进行，各种实时的图形和保存很多的历史数据不能显示，还有汉字
21、不能显示，打印汉字报表也一样，界面非常的差，等等。这些不足的地方我们要选用上位机来弥补这些不足的地方。2.3系统的运行方式根据包装机的运行的情况来下结论，系统采用的是自动运行和手动运行这两种运行方式。手动：按下启动按钮后开关马上闭合，程序只有这样才能运行，并且完成相对应的动作。自动：按了启动按钮后，程序一个周期的动作完成了以后，紧接着又从头开始运动，也就是第一步开始，不断的重复循环。自动的方式下，如果在途中按下了复位按钮，那么系统需要继续动作到第一步的开始位置时才会停止。包装机还要考虑的是怎么样去停止运行方式。可编程控制器可以正常停运，紧急停运，暂时停运。根据控制系统的要求，包装机在运行期间运
22、用的是循环的工作方式，手动运行可以运用按钮对包装机的不一样的地方进行单独的控制，主要是在故障的情况下使用。恢复与检修：全自动运行按下启动按钮之后，系统就完美循环完成每一个包装动作，一直到系统有停止运行信号为止。63 电控系统电路及各功能模块的设计3.1 供电线路图 3-1 供电线路如图 3-1 所示，三相电源是被滑线引入电气柜中的，经过一个空气开关(QS1)后把电供给电机的电路的主要部分和系统的控制回路。在系统的控制部分中安装一个1KW 的变压器(TC2)，把 380V 的电压变换成 220V，这里边运用变压器作用显然是比较可行的，将输出侧分成不同的五路，分别是一条给工控机、一条给 PLC,一
23、条给 PLC 输入回路、一条给 PLC 输出回路和另外的一条给继电器回路。这样子的话可以有效的分散故障，而且在调试和检修上面非常的有效。为了给空调器和照明灯供电用因此在 QS1 之前的地方引出了一路电源，它们是附属的设备，检修时不会影响它们的正常使用。主电机的启动控制：主电机在没开始启动的时候，主操纵离合器的状态是处在拉开中，要确认保证主电机的轻载启动。当一切的检测和控制条件都是可以用的时候，按下启动按钮后主电机就可以轻载低速启动了，并且在延迟一定的时间之后主电机会自动控制变频器的运转。当机器开始出现故障时就应该马上要切断电源，而且还要进行机械制动，这样子才能确定的保证机器的安全。变频器的运转控制：速度自动设定、 运转启动、故障报警时停机，提示故障和解除故障的状态是变频器主要的运转控制。
