《基于PLC的面粉自动包装机的控制系统(共30页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的面粉自动包装机的控制系统(共30页).doc（30页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上测控技术与仪器专业综合课程设计基于PLC的面粉自动包装机控制系统设计学生姓名：常惠中学号：4班级：测控12-02指导老师：王耿完成日期：2016.3.25河南理工大学 机械与动力工程学院二0一6年三月专心-专注-专业摘要面粉包装机械能够大大节省劳动力成本，减轻劳动强度，提高劳动生产率，提高包装品质，保证面粉加工生产线的自动化，符合现代社会对多种质量包装食品的要求。充分借鉴各种包装机械先进控制技术，面粉自动包装机采用PLC和触摸屏相结合的自动控制方案，采用PLC和触摸屏对国产设备进行了技术升级改造，实现了智能化的自动包装控制过程和可视化的参数控制。该包装设备使用简单，性
2、能可靠，可维护性及安全可靠性显著提高，在食品加工等行业中有广阔应用前景。本文介绍了一个基于PLC控制的面粉自动包装设备，采用PLC与触摸屏电控系统进行控制，并对系统的硬件、软件设计和设备工作过程进行了详细的分析。关键词：面粉自动包装机、PLC S7-200、触摸屏、硬件设计、软件设计AbstractFlour packing machine can greatly save labor costs, reduce labor intensity, improve labor productivity, improve the quality of packaging, ensure the a
3、utomation of flour processing line, conform to the requirements of the modern society of various food packaging quality.Making the best use of all kinds of packaging machinery of advanced control technology, automatic packing machine for flour adopts PLC and touch screen combined automatic control s
4、cheme, adopting PLC and touch screen for domestic equipment for technological upgrading, realize the intelligent packaging automatic control process and the visualization parameters control. The packaging equipment has the advantages of simple use, reliable performance, maintainability and safety an
5、d reliability, and has wide application prospect in the food processing industry.In this paper, a PLC based control of flour automatic packaging equipment, using PLC and touch screen control system, and the systems hardware, software design and equipment working process were analyzed in detail.Key w
6、ords: flour automatic packaging machine, S7-200 PLC, touch screen, hardware design, software design目录1.设计任务书1.1涉及专业课程（1）可编程序控制其原理与应用基础（2）PLC及触摸屏组态控制技术（3）高级语言程序设计（4）大学计算机基础（5）变频调速技术与应用（6）气压与液压传动（7）传感器1.2设计任务（1）研究粉末包装机各控制动作，了解包装机的工作过程及工艺要求。（2）总结各机构的动作顺序，将其用流程图的形式表示出。（3）掌握控制系统的硬件配置、输入输出点分配和软件设计。（4）撰写课程
7、设计说明书。1.3设计目标结合设计任务，本设计要求的设计目标如下：（1）完成目标结合当前人们对包装的需求以及显存粉末包装机的现状，利用专业知识设计基于西门子PLC S7-200的粉末自动包装机控制系统，解决现存粉末包装机的弊端。（2）技术指标通过软件设计和硬件设计来实现整个包装流程。重点是PLC控制系统硬件设计和软件设计部分，主要技术指标如下：包装规格：1000g包装精度：20g包装速度：60袋/分包装方式：容杯式袋成型制袋方式： 三边封1.4本设计的主要功能设计PLC控制系统，通过PLC和触摸屏控制面粉包装机的运行（1）研究硬件系统设计（2）研究软件设计，PLC编程1.5本章小结本章介绍了本
8、次课程设计的专业课程，设计任务，设计目标，设计的主要功能。从而确定了整体设计的基本走向，即系统构成的确定，硬件系统设计，软件设计（PLC编程），调试运行等步骤。2.设计论证及计划2.1课程设计背景传统的包装机械多采用机械式控制，如凸轮分配轴式，后来又出现了光电控制、气动控制等控制形式。但是，随着食品加工工艺的日益提高，对包装参数的要求不断增多，原有的控制系统已难以满足发展的需要，应采用新的技术改变食品包装机械的面貌。当今的食品包装机械是集机、电、气、光、磁于一体的机械电子设备，在设计时，应着力于提高包装机械的自动化程度，将包装机械的研发与计算机结合，实现机电一体化控制。机电一体化的实质就是从系
9、统观点出发，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机组合，实现整体最佳化。随着电子技术的发展，可编程逻辑控制器（PLC）逐渐取代体积大、易出故障的继电器接触式控制线路，广泛应用与机械、化工、建材、钢铁、食品加工等各行各业。自动化水平在制造工业中不断提高，应用范围正在拓展。包装机械行业中自动化操作正在改变着包装过程的动作方式和包装容器及材料的加工方法。实现自动控制的包装系统能够极大地提高生产效率和产品质量，显著消除包装工序及印刷贴标等造成的误差，有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。具有革命意义的自动化改变着包装机械行业的制造方法及其产品的传输方式。设计、安装的自动控
10、制包装系统，无论从提高包装机械行业的产品质量和生产效率方面，还是从消除加工误差和减轻劳动强度方面，都表现出十分明显的作用。尤其是对食品、饮料、药品、电子等行业而言，都是至关重要的。自动装置和系统工程方面的技术正在进一步深化，并得到更广泛的应用。面粉包装机械能够大大节省劳动力成本，减轻劳动强度，提高劳动生产率，提高包装品质，保证面粉加工生产线的自动化，符合现代社会对多种质量包装食品的要求。充分借鉴各种包装机械先进控制技术，采用PLC和触摸屏对国产设备进行了技术升级改造，实现了智能化的自动包装控制过程和可视化的参数控制。2.2系统设计要求控制系统是包装机械的重要组成部分，它的作用在于对整个自动工作
11、循环进行控制和协调，包括使各种包装运动按一定顺序进行;必要的压力、温度、时间、速度的调节及其控制;各种质量检测，自动安全保护，自动计量、计数的实现;物料的供停，故障的自动报警等控制。模块化控制通常是指对单个包装机而言， 以模块化设计为基础划分其功能模块， 通过对功能模块的控制实现对整个机器的控制。但是，不同的包装机其具体要完成的包装任务是不同的，因此功能模块的配置也就不同，控制系统也不尽相同。于每种包装机都要重新对它进行模块化分析，设计出相应的控制方案。随着科学发展和自动化程度的提高，要求一种适应性强、功能完备、通用化的控制系统来适应包装机械的改变， 并且使成本降至最低、控制准确。这正是本文阐
12、述的模块化控制系统与一般模块化控制不同之处。控制系统由PLC控制确定计量精度，通过触摸屏监控自动包装机的运行状态，可随时根据生产要求更改系统参数。本系统采用变频调速技术，不但能实现控制系统绝对速度的控制，而且能够节约能源，提高效率。PLC与触摸屏结合的控制系统，软件硬件简洁可靠，适合在工业复杂环境使用而且易于维护，有广阔的应用前景。控制系统设计包括硬件设计和软件设计两大部分。硬件控制系统设计包括以下主要内容：（1）整体闭环控制系统方案的设计；（2）主要电气元件的选择，其中包括PLC控制器、电机、变频器、光电编码器等；（3）根据被控对象的控制要求，确定整个系统的输入、输出设备的数量，从而确定PL
13、C的I/O点数，包括开关量的I/O点数，模拟量的通道数，以及特殊功能模块等；（4）建立I/O分配表，对各个点位特性进行说明。软件控制系统设计主要包括：（1）在对袋成型自动包装机的控制系统总体设计的基础上，着重对系统的位置控制策略进行设计，从理论上分析如何利用智能模糊PID控制结合快速逼近算法来实现封口过程的精确定位的基本原理。着重研究使用的模糊PID控制策略的可行性和理论推导。接合PLC硬件选型，选择合适算法，编写控制予程序；（2）根据控制要求绘制程序流程图，编写PLC程序；（3）使用人机界面编程软件开发监控程序和界面；（4）将PLC程序载入PK程序存储器，进行程序调试。PLC在面粉生产中的应
14、用：首先 PLC可以按制粉工艺要求使设备按一定程序启动或停车，也可以控制单机的启动和停机，并起到监视设备运转状态的作用。其次PLC对系统故障报警，如物料憋堵，高、低料位报警，可以使操作人员及时作出有效的处理，以确保面粉质量的稳定性。再次PLC使用连锁，如果一处引起报警并有可能影响产品质量，PLC就会自动发出指令使所有可能影响产品质量的设备停机。保证包装精度高，包装速度达到预定要求。2.3设计规划论文主要的研究内容和完成的主要工作包括以下几个方面：（1）理解面粉自动包装机的工作原理，分析其包装过程，总结工艺流程。（2）完成硬件系统设计。包括系统结构和I/O端口的分配，画出硬件系统框图。（3）完成
15、软件系统设计。系统软件由一个主程序和若干个子程序组成。做出控制流程图，根据该流程要求设计出主要梯形程序。（4）系统功能的调试。完成整个系统的功能调试，确定系统运行正常。包括各系统模块功能的稳定性和可靠性调试，系统软件调试。2.4全文结构全文共分五章，主要结构如下：第一章：阐述课题背景和研究意义。第二章：阐述面粉自动包装机控制系统 ，确立系统设计要求，介绍了控制系统设计包含硬件和软件设计两大部分，还介绍了PLC在面粉生产中的应用。第三章 阐述了硬件系统设计包括系统结构和I/O端口分配，需按照要求完成硬件部分设计。第四章 介绍了软件总体功能，软件设计主要是PLC编程，详细介绍了软件设计的要求和步骤
16、，即软件部分的具体设计。第五章：对前文中所做内容做出总结，并指出未来面粉包装机的发展方向。2.5本章总结分析包装机的背景，及近年来的发展状况，面粉自动包装机采用PLC和触摸屏相结合的自动控制方案，该包装设备使用简单，性能可靠，可维护性及安全可靠性显著提高，在食品加工等行业中有广阔应用前景。3.面粉包装机总体设计3.1设备组成及工作原理面粉包装机设备由自动电子称、输送机和缝口机组成，简图见图3-1。自动电子称由给料机构、称重料斗、称重传感器、夹袋机构、揉袋机构等组成，其中给料机构由存料斗、给料叶轮和给料门等组成。动力设备给料电机、输送机电机和缝口电机工作分别完成送料、输送和缝口，给料门、卸料门的
17、开关、夹袋和揉袋动作均由气缸推动，是由相应的电磁阀线圈通过断电来控制。图3-1 面粉包装机设备简图面粉自动包装机的工作原理如图3-2所示，当整机运行时，拉膜电机启动，通过传动机构带动拉膜带恒速连续运行，拉膜带的速度可以按照包装速度设定值自动调整。拉膜带的内侧为齿形带外测为高弹力的橡胶带。高弹性橡胶带可以增强其与薄膜的摩擦力，在该摩擦力的作用下，包装材料随拉膜带向下运动。薄膜经包材经过纠偏机构到达成型器，经过成型器后，带状的包材被卷成筒状：筒状包材的前封口被压在纵封带下加热、加压，使包材纵向被热封。横封机构在准备运行阶段回到原始位置，包材色标到达色标检测传感器时，传感器发出信号，启动横封电机，使
18、横封机构动作。如图3-3所示，横封机构为双曲柄机构，单个横封器可以实现平动，运动轨迹为圆周。由于每个横封器都由前后两部分组成，且两部分之间都用弹簧相连接，所以每个横封器的前后两个部分都可以有一个相对位移，即两个横封器在相互挤压时，彼此之闻可以有某个行程的压缩量。利用这一原则进行设计，使两个横封头的回转中心的中心距小于两者的回转半径之和，则横封头在整周回转过程中，在两个回转中心的孛垂线上互相挤压在一起，并且经过一段竖直的运动轨迹，此时，横封运动的速度与拉膜速度相适应。在这个竖直方向的运动过程中，横封机构完成包装袋的横向热封和切断。横向切断包装袋的同时，启动计量螺杆动作。横封机构完成一个周期动作之
19、后回到原始位置，等待下一个色标。图3-2 包装机工作原理图图3-3 横封机构3.2 包装机工艺说明包装机工艺设计是一台设备的核心。通过分析，整个包装过程主要为供料、纵封、横封、切断等部分。首先实现地是制袋过程，包装膜通过袋成型器将包装膜对折再经纵封装置将其封合成圆筒状，然后进行物料的填充和横封操作。包装袋的切断动作则是通过旋转编码器来测定，将旋转编码器所处的角度传送到PLC控制中心进行处理，然后发送控制信号，将电磁阀吸合带动气缸动作，气缸推动切刀实现包装袋的切断。变频器主要用于控制异步电机的转速，变频器外接电位计，通过调节电位计来控制电机频率，进而达到包装速度可调，可根据生产需要设置包装速度的
20、目的。触摸屏则取代了传统按钮的使用，减少了接线的繁琐，同时将控制温度实时显示在触摸屏上。本设计还可用于统计总的生产数量，并统计用时时间。3.3总体布局包装工艺确定以后，要考虑如何实现这种包装动作。因此，要求选择合适的传动、操作和执行机构。这些机构组成若干个部件，这些部件相互位置怎样安排它们又是怎样联系和形成一个完整的总体这就是包装机总体设计的任务。包装机的传动与控制机构，可以采用机械式，液压式，或气动式。应根据产品的特点、生产能力、使用者的情况等具体条件以及机器动作的复杂程度而定。根据以上分析，本文设计的面粉自动包装机的操纵系统采用气动式控制系统，一台包装机出哪些几部分组成，决定于包装工艺的要
21、求。面粉自动包装机由以下部分组成：(1)传动系统；(2)包材输送系统：(3)成形器构件；(4)内装物输送系统；(5)纵封及牵引构件系统；(6)横封及切断构件系统；(7)电气控制系统。布局形式的选定，最主要根据包装工艺的特点即决定于包装的工艺链。布局形式要便于包装，使机构简化，工人操作和维修方便。如包裹块状物体，自动包装机布局形式宣采用卧式布局；如包裹液体、粉末状物体包装机布局宜采用立式布局，这样便予进料、送纸、包装、封切等。因块状物件不易自动落料，应当用辅助输送带供料。在设计中总体布局要求：(1)传动系统力求简洁，在能满足多功能基础上保证结构简单；(2)机械操作，调整简单，易主手，装拆方便，联
22、锁防护可靠；(3)操纵手柄位置方便操作，也考虑到润滑系统等；(4)排料位置考虑方便安全；（5)外形美观大方，移动安装方便。3.4系统工作过程该包装机主要由供料装置、纵封装置、横封装置、切断装置、膜输送装置以及其他辅助装置组成。各装置通过分工合作，共同完成包装过程。该包装机的工作过程是集送膜、制袋、填充、封口、切断、输送为一体的流水线生产方式，提高了生产效率。同时，该包装机设计有手动和自动两种工作模式，在自动模式下，连续执行包装 过程，实现高效生产；在手动模式下，主要用来调试单个工作位置是否处于正常工作状态。从工艺上讲，工艺是连续的，只有在内装物供送时，每送入一件必须保证端封切断器封切一件。因此
23、其工作循环过程比较简单。面粉包装机包装工作流程图见图3-4所示：图3-4包装工作流程图3.5本章总结根据设计目标，按照设计规划，本章主要作出了包装机设计的总体把握，阐述了包装机的结构特点，工作原理，以及工作过程，为下面的硬件软件设计作了准备。4.主控系统软硬件设计4.1硬件系统设计4.1.1PLC硬件组成及工作原理PLC一般由四大部分组成：CPU、存储器、I/O系统以及其它可选部件。前三大部分是PLC完成各种控制任务所必需的，一般称为PLC的基本组成部分。其它可选部件包括编程器、外存储器、仿真I/O、通讯接口、扩展接口以及测试设备等，主要用于系统的编程组态、程序存储、通讯联网、系统扩展和系统测
24、试等。CPU是PLC的核心部件，用于字节指令的处理，并实现各种控制作用；数字I/O接口用作CPU模板与外部开关量讯号之间的接口。它完成诸如电平转换电气隔离、串/并型数据转换以及对外提供一定的驱动能力等工作；模拟I/O接口输入部分主要完成阻抗匹配、讯号放大、讯号滤波、I/V变换、V/F变换或者A/D交换等工作，以便将来自受控对象的仿真量转换成PLC能够处理的数字量，其输如部分主要实现阻抗匹配、功率放大、波形校正等功能。目前PLC的发展非常迅速，型号众多，各种特殊功能模板不断涌现。通常根据其I/O点的数量将PLC分为三大类：小型机：256点以下(无模拟量)；中型枕：256-2048点(64128路
25、模拟量)；大型机：2048点以上(128512路模拟量)。具体实现时，通常采用模板式结构，以便用户根据实际应用需求进行配置但一些小型机常制作成一体机，其配置固定，主要供定型成套设备使用；而一些大型机一般在电源、或者CPU，甚至两者都作了热备份。小型可编程控制器的结构框图如图4-1所示：图4-1小型可编程控制器的结构框图PLC是采用“顺序扫描，不断循环的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在
26、每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输如刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式(继电器、晶
27、体管或晶闸管)输出，驱动相应输出设备工作。4.1.2 PLC选型及模块配置通常在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则，选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定
28、PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10-20的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行调整。存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固
29、定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10-15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数，另外再按此数的25考虑余量。根据袋成型包装工艺流程的特点和应用要求以及从经济性方面来考虑，我们选择了西门子公司的S7-200系列PLC。S7-200 CPU包括CPU221、CPU222、CpU224、CPU224XP和CPU226等型号。在此我们选择CPU224XP，它带有16K的程序存储器，10K的数据存储器，数字量I/O口为14入10出，模拟量I/O 口为2入l出，扩展模块数量可达到7个模块，内置实时时钟，2个RS485自由口(PORTO负责PLC与电机
30、控制器通信，PORT1负责PLC与人机界面通信)。4.1.3PLCI/O端口分配及硬件配置据统计，该控制系统需要配置如下的不同性质的I/O点：14个开关量输入；7个开关量输出；4个模拟量输入；2个模拟量输出.根据I/O点数的确定要按照实际点数再增加一定的备用量及其特性，配置了如下模块：1个EM232模拟量输出模块(2路)；1个EM231热电偶模PID模块(4路)如表1：表1 PLC I/O端口分配表输入地址说明I0.0薄膜光标信号(中断事件O)I0.1横封电机主轴编码器脉冲(HSC3)I0.2横封电机主轴编码器ZI0.3拉膜电机主轴编码器脉冲(HSC4)I0.4填充电机主轴编码器/流量计脉冲(
31、HSC5)I0.5启动/停止按钮常牙I0.6急停按钮常闭I0.7点动按钮常开I1.0有/无光标模式选择开关I1.1薄膜耗尽检测开关常开I1.2横封主轴上标定扇面(角度与横封扇面相同)常开I1.3变频器l故障常开横封电机I1.4变频器2故障常开纵封电机I1.5变频器3故障常开供料电机AIW4纵封热电偶lAIW6纵封热电偶2AIW8横封热电偶lAIW10横封热电偶2输出地址说明Q0.0产品灌装阀/翻板Q0.1纵封电机：拉膜/驱动纵向热封Q0.2横封电机：同时驱动切刀Q0.3产品输送电机Q0.4灌装阀2/充气阀可备用Q0.5系统工作灯Q0.6系统报警灯Q0.7备用Q1.0备用AQW0纵封加热模拟量输
32、出AQW2横封加热模拟量输出14个开关量输入主要包括包材的光标检测、电机速度的反馈(编码器）、手动、连锁自动运行，有无光标模式选择输入等。7个开关量输出主要包括各设备的产品输送管路电磁阀，产品输送电视，纵封横封电机接触器，运行指示及信号报警等。4个模拟量输入是热电偶温度输入。2个模拟量输出是控制纵封和横封的加热器温度。利用MODBUS总线RS485通信调节变频器输出频率控制包装机电机的转速，控制纵封电机、横封电机以及产品输送电机。PLC控制系统的硬件配置框图如图4-2所示：图4-2 PLC控制系统的硬件配置框图4.1.4各功能模块设计(1)手动模式：操作入员能跳过PLC主机启、停相应驱动电机、
33、设置电机参考值、产品灌装量等。控制器、执行器件执行相应任务，主机将保存操作人员设定的参数存入手动模式，一旦切入自动模式，主机将按这些参数执行程序。该模式主要用于调试和紧急情况。(2)自动模式：PLC主机根据预先设定的参数，自动执行程序流程，实现底层控制。该模式下，操作人员可通过人机交互方式修改相关控制参数、干预控制流程，但此时，PLC仍处于工作中，底层控制器和执行器的运行受程序控制。另外，系统具有多路手动紧急停车，以快速响应可能发生的危险和故障。在此模式下，亦有光标跟踪模式，可按袋薄膜中的光标跟踪进行横向热封动作，保证包装袋图形完整；和无光标模式，可只按给定长度进行封袋，不要求横向热封动作的准
34、确性。(3)人机界面：增加具有触摸屏的人机界面，通过该界面，可以显示封袋的温度、产量、袋实际长度、误差、灌装量等参数和各种设备的运行状态。通过该人机界面，操作人员可以方便观察机器运行状况及运行参数，并且可以通过触摸操作设置相关参数，编辑和修正运行流程。菜单式触摸键盘的菜单级数和具体功能视用户方要求确定。从安全性考虑，该人机界面引入元器件级别的密码机制，避免误操作和人为破坏。(4)纵封电机控制：包材纵封的驱动电机采用交流变频电机，通过变频器实现调速。PLC根据产量计算出期望的电机转速，并在纵封电机传动环节上安装编码器，以检测实际走袋速度，并将该转速引入反馈控制中，通过PLC实现对转速的闭环控制。
35、PLC根据期望转速值和编码器检测的实际转速，利用其内部的PID软件控制器输出对电机的实时期望转速值，并通过串行通信将控制量传送给变频器，其输出为变频器的参考输入，变频器根据此参考输入，以其内部的PI调节器输出对电机的控制量。其控制原理框图如图4-3所示。在实现结构上，变频器与PLC通过RS485总线连接，构成主、从结构控制网络。其工作状态由控制柜面板上的指示灯显示。图4-3 纵封电机速度控制原理框图(5) 包装物即产品输送驱动电机：选用交流变频电机，由变频器控制。在控制方法上，运行中产品输送电机速度的调节由变频器内部的控制器实现；控制形式均为半闭环控制在实现结构上，与纵封电机一致，变频器与PL
36、C通过RS485总线连接，构成主、从结构控制网络。对产品输送电机的控制主要是转速控制，其控制原理由图4-4所示。由PLC主机设定电机的转速，并将之传送给变频器，变频器根据该设定值，通过内部的PI调节器输出对电机的控制量。图4-4 输送电机原理控制框图(6) 横封电机控制：横封电机通过与电机匹配的驱动器实现对其的控制。具体的控制方式是驱动器根据来自PLC的电机速度期望值，通过其内部的PID调节器输出对电机的控制量，该环节由于引入了编码器测量的速度实时值，因此实际也是速度的闭环控制环节。电机速度的期望值由PLC根据预先设定的生产速度、封袋误差等，由软件计算确定。图4-5为横封电机控制原理框图。图4
37、-5 横封电机速度控制原理图(7)称重传感器：目前，在称重技术领域中广泛应用电阻应变式传感器，分为金属丝电阻应变式和半导体应变式两种。前者具有精度高、温度影响小、线度和重复性好的优点，但价格较高，输出灵敏度低;后者性能与前者相反，在精度和温度特性方面较前者差一个数量级，而输出灵敏度比前者高一个数量级，价格为前者的一半。根据实际控制要求和工作环境，我们选用T-BX型半导体应变式传感器，该传感器为S型结构，拉压两压，系统中选用两个传感器，采用串联方法。(8)系统状态和参数的检测：关于电机的启、停状态检测，在横封电机的传动链上安装一个金属扇面状标定物，对应一个金属接近开关，用于标定横封位置，以及检测
38、实际封袋长度。关于包材消耗和光标的检测，采用光电检测方法，当包材耗尽，或无法读取光标，光电器件状态转变。以上几路检测信号连接DI模块进入PLC。横封和纵封加热部件的检测点加入热电偶温度传感器，并将检测值接入PLC的AI模块。(9)报警模块：当通信故障以及电机运转故障时，控制系统具有声光报警功能。关于电机故障，由于采用的变频器有完善的电机故障诊断环节，因此，PLC只需即时读取变频器的故障号，即可知道电机发生何故障，并以屏幕显示、故障信号灯形式报警。相关报警模块的控制输出分别由PLC的DO模块和人机界面模块实现。4.2系统软件设计4.2.1人机界面设计系统人机界面选用深圳人机电子的MT500系列触
39、摸屏，所有画面均由EB500软件进行设计，有欢迎画面、启动画面、数据显示画面、参数设置画面，报警画面。主要用于包装机的控制参数设定、启停机器、实时数据显示、工作状态显示和故障信息显示以及实现与PLC通讯等作用。经EB500软件编译元误后，从PC机下载到触摸屏即可调试使用。如图4-6中给出了本控制系统的几个主要画面。图4-6 控制系统的人机界面4.2.2控制系统主程序设计本系统采用的PLC编程软件是西门子公司的Step7-Micro/WIN32，该编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境为了能快捷高效地开发应用程序，提供了三种程序编辑器，具有箍单、直观、便于修改等特点。该
40、软件提供了在线和离线编程的功能，可以对PLC在线上载或下载。S7-200系列PLC编程语言有三种：语句表编程语言(STL)、梯形逻辑编程语言(LAD)和功能块图编程语言(FBD)。通过编程器在Windows环境下对系统进行配置、程序编制、调试和监视，用户界面方便友好。图4-7为本系统的软件主程序图。图4-8为本系统核心工作部分软件流程图。图4-7中，(1)网络l一子程序init：负责系统中若干参数的初值设定，包括PLC系统参数，中断子程序调用事件及时间参数设定；包装袋长，自动生成速度，手动生成速度初值设定；(2)网络研程序logic：逻辑控制子程序，负责机器的启停，生成模式选择控制；(3)网络
41、3一子程序err mon：故障判断程序，负责监控电机温度，交频器故障，包装材料是否用完，是否跑偏；(4)网络4子程序temp；温度控制子程序，负责包装机横封和纵封组件上的封袋温度控制。(5)网络5子程序flow etrl：产品输送控制子程序，采用脉冲计数控制产品即包装物填充。图4-7 主程序图图4-8 主程序控制流程图4.3自动包装机控制系统的实现PLC是专为工业生产服务的装置。若自动包装机所处的生产环境太恶劣，电磁干扰极强。在保证自动包装机的正常运行前得先了解安装不当或使用不当的问题如何避免，所以应注意如下几个问题。4.3.1PLC生产环境自动包装机能直接在工业现场进行使用，环境要求并不高。
42、但若环境温度降到0摄氏度以下或者高于50摄氏度以上的话，自动包装机的安装留通风处。在遇到特殊的环境之下需要采用机罩等来防护。4.3.2PLC安装与布线为达到尽可能的对流冷却，自动包装机所有元件都需要安装垂直。也可按情况使用导轨，或直接装在合要求的牢固支持物上。主机需安装在使用与维护都便捷的面上，I/O机架一般装在主机下或毗邻位置。为避免外围的电干扰，PLC一定要远离高压电源和装置，不能同高压装置装在一个控制柜里。三线都需要各自配线。对电源线的干扰，装置有抑制能力。自动包装机系统中基本单元与扩展单元的上，断电须同步。除此以外，自动包装机的基本单元和扩展单元之间传送信号易受干扰，两者间电缆不能与别
43、的线铺设在同一管道里。4.3.3结语总而言之，根据以上的内容，我们可以清楚地了解到在自动包装机PLC控制系统的设计中，必须根据具体生产特征来进行有针对性的设计操作步骤，由此保障了PLC控制系统在设计过程中的稳定性，不同厂家因为生产流程各不相同，对PLC控制系统进行设计的过程当中，也要根据实际结合自身生产情况而定。4.4本章小结PLC是整个控制系统的核心，硬件系统设计和软件设计是控制系统设计的主要部分，本章详细介绍了硬件和软件设计。给出了控制系统的硬件配置框图，在软件设计中也画出了出程序控制流程图。还对自动包装机控制系统的实现进行了分析。5.总结与展望5.1课程设计总结基于PLC控制的面粉自动包
44、装机使用简单，性能可靠，可维护性及安全可靠性显著提高，面粉自动包装机采用PLC和触摸屏相结合的控制技术后，减少了PLC的输入/输出点数，大大提高了该系统的自动化程度，提高了控制系统的可靠性。同时，为人们提供了良好的人机界面和完善的实时监视功能。本文全面论述了基于PLC控制的面粉自动包装机控制系统的设计和研究，从包装机的工作过程及工作原理，再到系统总体设计都作出了详细阐述。结合设计任务书，通过查阅大量资料，对基于PLC的控制系统做出了具体的硬件和软件设计。对系统的可靠性进行了充分考虑，加入了各种保护措施。通过本次课程设计，提高了我查阅资料，熟练使用设计手册、参考资料等方面的能力。让我掌握了可编程
45、控制器应用系统设计的步骤和方法，提高了可编程控制器应用能力。5.2工作展望本设计对面粉自动包装机控制系统的设计只是作了初步设计，主要对PLC主控系统进行了设计，还有很多需要完善的地方，如实时监控，故障处理，如何提高面粉包装机的包装速度和精度都是我们需要考虑的。随着经济和社会的发展，人们追求产品的多元化、个性化。产品的包装范围重要广、功能要齐全、速度要快。加上我国包装市场的发展，面粉自动包装机将朝着以下方面发展：(1)结构设计标准化、模组化。(2)包装速度高速化。(3)结构运动高精度化。(4)控制智能化、弹性化。参考文献l孙凤兰，马喜川包装机械概论M.北京：印刷工业出版社，19982屈平世界包装
46、机械生产现状和发展趋势J.湖南包装，2005，（6）45-533崔嘉.我国食品翻包装机械工业发展J.包装机械，2006，（1）45-484刘乘，李晓刚PLC在包装机械上的应用包装工程，2005，（4）27-405佚名.国内外制袋充填包装机的状况分析J.中国包装工业，2008（8）11-156孙凤兰食品包装机械学M.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，19907班琦，许德群，李志松我国立式袋成型充填封口包装机的现状和发展方向J包装和食品机械，1999，（5）58-678吴志荣，唐昆，陈繁立式袋成型包装机中新型拉膜机构的设计J包装与食品机械，2001，（3）55-649张国全，胡明秀.中型立式袋成型充填
47、封合包装机同步齿形带拉膜机构的改进J中国包装工业，2001，（4）67-7410余薪隧，吴恚架，李善为，何宗金新型全自动立式制袋充气式包装机研制J包装与食品机械，2002，（2）23-3411郑晟，巩建平，张学现代可编程序控制器原理与应用M北京：科学出版社，199912高勤可编程控制器的原理及应用M北京：电子工业出版社，200613朱善君等.可编程序控制系统原理、应用、维护M.清华大学出版社，199214余雷声等.电气控制与PLC应用M.机械工业出版社，199615李长安.称重传感器并联电路的选配方法J.传感器技术，1996，（5）40-4816宋文敏等.电子称技术M.中国计量出版社，199117 汪小光，孙晓英，王艳丹.可编程控制器原理及应用M.北京：机械工业出版社，199618王兆义.小型可编程控制器实用技术M.上海：上海交通大学出