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1、 基于PLC的高速全自动包装机毕业论文姓 名 : XX 系 部 : XXXXXXXX专 业 : XXXXXXX 班 级 : XXXXX 指导老师 : XXXX 日 期 : 201 /12/17201 /06/16目录第一章 绪论311可编程控制技术的发展趋势412卷纸包装机产生的背景及意义613 PLC在包装机械上应用的可能性和前景614项目研究的主要内容7第二章PLC构成的包装机控制系统的总体设计821卷纸包装机生产工艺概述822可编程控制系统控制方案的设计923系统的运行方式1024总体结构关系1125本章小结16第三章 电控系统电路及各功能模块的设计1731供电线路1732主要控制功能模
2、块的设计1833放卷、分切部分的张力控制2134送料过程中的同步控制2835本章小结33第四章 PLC的软件设计344.1.概述344.2监控程序的开发4943本章小结56第五章PLC控制系统的通讯实现575.1 S7-300及多点接口网络(MPI)5752 PROFIBUS概述5853现场总线信号与系统监控软件之间桥梁一OPC6054 S7-300与WinCC之间的通信6255本章小结64全文总结65致谢67参考文献68附录包装过程STL程序69第一章 绪论ABSTRACTThis thesis mainly discussed the design ofcontrol system ofr
3、oll packingAs the kennel device control system，PLC is widety used in modem industrial production and do well in this fieldThis thesis takes the control system of the high-speed fullautomatic roll packingmachine that was developed by Dongguan Jiaming Machine Manufacturing Limited Company along with U
4、S as a backgroundWe apply the advanced control technique in the packing machine control system such as the technique of PLC，the invertertechnique，light electricity technique and SO onBy using these techniques，we realized tension control，Synchronous control in transmitting process and packing process
5、program contr01To complete the data of collecting and control the output equipments to work safely，high speed and efficiently，we designed the PLC correspondence network by using the WinCC，a supervise control and configurmion software of thecompany of Siemens，and its communication function，to realize
6、 the surveillance function ofthe packing processThe machine got the exaltation of the quality whether the function or theefficiency，basically came to the international advanced level in the late of 90S，realized well the control request that the company put forwardThis control system is well rtmning
7、in the labKey words：Packing machine；PLC；tension control；self-adaptive ControlSynchronous control；WinCC；Step711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
8、布式自动化网络方向发展。总的趋势如下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台作。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。2CPU处理速度进一步加快 目前PLC的CP
9、U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程度，另一方面是指某系统尤其是软件上的开发平台对使用者有多大的开放程度。当今可编程控制产品种类繁多，加上自动化项目越来越大，致使常
10、常在一个工程项目中出现不同厂家的产品做主从站的现象，这就要求每一厂家的产品族中，都要考虑到和其他厂家产品的兼容性问题；另一方面，可编程控制器与工业控制机等其他装置的通信难易也体现了开放性的特点。除此之外，同一厂家产品族中的各系列产品兼容性也代表了可编程控制产品的水平。5通用性和专业化的结合 可编程控制产品是通用的。但是工业的每一领域都有其自己的特点。怎样才能使一个系统既具有通用性又具备专业化呢?硬件系统的模块化便是解决这一矛盾的钥匙。这样，适合于某个行业或某些特殊问题的专用模块就可以很容易地集成到通用系统中去。常用的专用模块包括：定位模块、温度测量模块、高速采样模块、网络接口模块等。6可靠性进
11、一步提高 随着PLC进入过程控制的领域，对PLC可靠性的要求进一步提高。硬件冗余的容错技术将进一步得到应用，不仅会有CPU单元冗余、通信单元冗余、电源单元冗余、I/O单元冗余、而且整个系统都会实现冗余。但从根本上来讲，系统的可靠性取决于系统各单元的可靠程度。要保证整个系统的可靠运行，首先要求系统各单元的质量要得到保证。MTBF(平均无故障时间)是衡量产品质量的重要指标。纵观各著名厂商，其PLC产品都有不同程度的冗余功能，而且发展越来越完善。7控制系统分散化 根据分散控制、集中管理的原则，PLC控制系统的io模块将直接安装在控制现场，通过通信电缆或光纤与主CPU进行数据通信。这样使控制更有效，系
12、统更可靠。8控制与管理功能一体化 为了满足现代化大生产的控制与管理的需要，PLC将广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PLC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体。综上所述，我们不难得出下面几个结论：1工控机、计算机集散控制系统及PLC正在走着条相互融合的道路。2智能分布式控制是可编程控制系统基于现场总线的新型控制思想。3系统的智能性将越来越重要，因此系统的分析运算能力将越来越强4基于标准化的开放性和兼容性是衡量系统质量的重要判据。5通用性、高度专业化的融合是可编程控制系统的新特征。12卷纸包装机产生的背景及意义 卫生卷纸是人们生活中的必须品，随着人们对纸质品用量的增加
13、，对卫生纸的需求也越来越大，且对卫生纸的安全性，方便性要求也越来越高。为使包装出的物品整齐、美观并具有良好的包装质量，研制高速、高效、高质、经济的新型包装机是市场的迫切需求。目前，该类包装机多半为进口产品，价格昂贵。为此，我们开发了“卷纸包装机控制系统”，我在其中负责控制系统的研究与设计工作。13 PLC在包装机械上应用的可能性和前景 包装机械的最大特点是动作复杂、频繁，且有较多的执行元件。在这种场合使用继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器，而这些中间继电器在用PLC控制的情况下，就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代。从物理介质方面来讲，前者是要用具体的电气元件来组合，而后者只是PLC
14、的内部寄存器，在PLC编程容量许可的范围内，可以不花费额外的费用来实现复杂的控制逻辑。一般的PLC都有上百点内部辅助继电器甚至更多，且还有多种专用的内部电器，足可以应付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是对PLC进行编程。事实上PLC用于这种场合是最能显现出其经济性。当然我们不仅忽视了PLC的另一个优点，那就是其运行速度及可靠性和寿命远远高于继电器控制方式，从上述意义上来讲，PLC最适合于需要大量中间继电器的场合。且PLC与其他工业控制系统比较具有许多优点：1)更改控制逻辑只需修改软件，无需对硬件作改动；2)程序可以复制，批量生产很容易；3)电气硬件设计大大简化：4)由于PLC除有继电器功能外
15、，尚有多种其它功能，可以实现继电器无法实现的控制功能，实现某种程度上的智能化，并有可能使机构简化；5)可靠性高；6)成本相对于继电控制而言稍高，但继电器控制随着所用中间继电器数量的增加，成本急骤上升，而PLC控制几乎保持不变，这一点对于复杂的控制来讲具有无可比拟的优越性；7)具有扩展单元或扩展模块，当需要较多io时可以方便地扩展。因此，国外在注塑机、各种包装机上已经大量地采用了PLC来取代传统的继电器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。我国包装机械目前控制部件大多还沿用继电器方式。如果能用PLC来取代的话，则可以简化机械结构，机械和电气设计都可以得到简化。更重要的是可以使原来无法实现的某
16、些功能得以实现，使机器在某种程度上实现智能化。通过对各种控制系统的分析比较，我们决定采用PLC控制系统。14项目研究的主要内容1对可编程控制系统的现状与发展趋势作一简单的介绍，明确背景知识与选型根据；分析PLC在包装机械上应用的可能性与前景。2卷纸包装机各动作控制工艺的研究。了解卷纸包装机的工作过程及工艺要求。总结各机构的动作顺序，将其用流程图的形式表示出来，为实现高速全自动运动控制做准备。3可编程控制器部分的设计，包括控制方案的选取与设计、I/O接口信号的确定、模块的选择，控制程序的设计与调试。第二章PLC构成的包装机控制系统的总体设计 可编程控制技术并非单纯是指PLC本身，而是包括其在内的
17、一系列自动化控制产品和技术的应用。本系统在电气控制部分设计时，充分考虑到用户的功能需求和与本系统机械部分的合需求，在具体实现的过程中，又以系统的可靠性与易用性为准则，尽量把本系统设计成为一个功能齐全、可靠性高且易于使用的包装机设备。在设计控制系统之前，首先得了解其生产工艺。21卷纸包装机生产工艺概述 卷纸包装机主要功能是将来自卷纸库的卷纸以每分钟60个的速率包装成合格的卫生卷筒纸。 工艺盘包装纸以卷筒的形式放在原料架上，当上位机发出命令时，放卷电机动作，开始放卷。放卷到一定长度(长度由色标来检测)时，通过色标信号向切纸机构发出指令。切纸机构采用交流变频调速电机，带动一个凸轮旋转，以带动切断刀上
18、下运动，在凸轮上安装一个位置传感器，当凸轮转到某一位置时，切刀向上运动，二刀分离，当有色标信号时，刀又向下运动。切刀上、下的工作频率可由变频调速电机来调整，操作简便。切好的纸片经整理后放入纸片库中，等待推纸空心台送纸片。同时卷纸库的卷纸经过整理等待托盘推杆送卷纸球。简单的工艺流程如图2-1所示。 包装过程通过包装工艺盘及其辅助机构来实现。包装工艺盘共有八个v形槽，三个加工工位，当包装纸和待包装的卷筒纸放入槽中后，由工艺盘载着其转动，依次送入各加工工位。工艺盘的转动是由交流电机通过皮带传动带动的，各加工工位的动作是通过顺序逻辑控制电磁阀进而带动执行机构动作的。工件从1号工位装入；在2号工位由夹钳
19、机构完成前进，抓紧，旋转，窝边的动作，同时分别向托盘和推纸空心台发出送纸球和送纸片信号；在3号工位，包装好的产品由于重力作用落入成品库。由于这是一个典型的顺序控制，利用移位寄存器操作最为方便。设定一个8位移位寄存器，每位移位寄存器相应于一个V形槽，每120ms移位一次，控制相应的操作。当到2号工位时发出上料信号，推纸空心台推动纸片(其总的上升时间大于490ms小于640ms)，托盘推动纸球(其总的上升时间略小于640ms)同时以相同的速度前进，当工艺盘V形槽到达第一工位时，工艺盘停止，在此延时150ms，待放纸空心台压到纸片到位行程开关，停止，托盘压到托盘到位行程开关，托盘停止，完成了上料操作
20、，当延时到，托盘和放纸空心台后退，同时，插纸板前进，托住纸球与工艺盘一同运动。当到达2号工位时，工艺盘停止，延时250ms，同时发出上料信号，在此时段内，插纸板在工艺盘停止后也相继停止，但由于惯性，会使包装纸带着纸球旋转一个较小的角度，使包装纸能完全包住纸球，然后再后退，同时夹钳机构轴向运动，碰到限位开关时，轴向运动停止，而三个夹杆同时径向运动，抓紧包装纸的两端，当碰到抓紧限位开关时，夹钳机构轴旋转90度后继续向前移动，进行窝边。窝边到位，该机构就后退。到达3号工位时，成品落下，完成一次包装，这样如此循环，直到发出停止信号。从图2-2的时序图分析，包装一个卫生卷纸只需880ms，可为什么在1分
21、钟内却只能包60个，这里还有个PLC扫描周期的问题，本包装程序中PLC扫描周期为120ms。22可编程控制系统控制方案的设计利用PLC可以构成多种控制系统：单机控制系统，集中控制系统，分散型控制系统和远程IO控制系统。由于卷纸包装机控制对象较多，有放卷分切中的张力控制，包装过程控制，送料过程中的同步控制，且被控对象比较集中，因此我们采取集中控制系统方案。集中控制系统如图2-3所示，每个被控制对象与可编程控制器指定IO相连接，因此各被控对象之间的数据、状态的变换不需要另外设置专门的信号线路。该控制系统多用于控制对象所处的地理位置比较接近，且相互之间的动作有一定联系的场合。单主机控制方式，对主机要
22、求较高，危险相对集中。远程IO控制系统的控制结构比较独特，类似于集中控制系统，又具有分散型控制系统的特点，经常用于控制规模中等，控制对象比较分散、工程费用较低的场合。图2-2集中控制系统 PLC作为一种控制设备，用它单独构成一个控制系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字和打印汉字报表，没有良好的界面。这些不足，我们选用上位机来弥补。上位机完成监测数据的存贮、处理与输出，以图形或表格形式对现场进行动态模拟显示、分析限值或报警信息，驱动打印机实时打印各种图表。23系统的运行方式运行方式分为手动、单步、周期及自动等四种操作方式。1手动：各工步
23、都可单独点动，按钮释放即停止运行；2单步：按下启动按钮，运行一个工步，到位即停。再按启动，则进入下一工步运行；3周期：从初始位置开始，按启动按钮，程序自动完成一个周期的动作后返回到第一步开始位置停止。4自动：按启动按钮，程序完成一个周期的动作后又接着从第一步开始运行，自动循环。在自动方式下，中途若按下复位按钮，则系统要继续运行到第一步开始位置才停止；若按下停止按钮，则运行立即停止，此时若再按启动，系统即从该位置运行到第一步开始处停止。 根据卷纸包装机的实际运行情况，本系统采用自动运行和手动运行两种方式。与运行方式的设计相对应，还必须考虑停止运行方式的设计。可编程控制器的停运方式有正常停运，暂时
24、停运和紧急停运三种。根据控制系统要求，由于包装机运行期间采用循环工作方式，只有在工作结束或接收到操作人员的停止运行指令或设备出现故障或异常情况时才停止，因此本系统采用硬件切断电源，使系统立即停车。包装机控制功能要求：手动运行可以用按钮对包装机的各个部分进行单独控制，主要用于故障恢复与检修。 全自动运行按下启动按钮，系统即可连续、协调、周期性地循环完成各包装动作，直到系统接收到停止运行信号。24总体结构关系 在前面己经说明，本系统采用可编程控制器(PLC)和工控机两级控制的结构。PLC负责按钮、行程开关和其它开关量信号的输入，以及发出信号去控制接触器、继电器、变频器等电气元件，进而控制各电机的运
25、行，同时控制相应指示灯的显示。工控机用来进行参数的修改与设定、全自动控制、在线监视、传送信息等工作。工控机通过串行口与PLC相连，进行相互通信，所以工控机是通过发出命令去控制PLC的运行以达到进行全自动控制的目的。241控制系统主要器件的选择 卷纸包装机控制系统主要器件包括工控机(另配显示器)、PLC、变频器等。它们的选择都是以在保证功能的前提下尽可能地选择可靠性高和使用方便的产品为依据，具体情况如下： 本系统上位机选用研华IPC-610工控机，128M内存，10G硬盘，内部底板上有4个ISA总线插槽、2个PCI总线插槽和一个CMJ插槽，可以方便地进行系统扩展，另外选配飞利浦IOSA型显示器，
26、可清晰地显示各种图形和文字，运行WINDOWSNT操作系统，外接打印机，打印报表。工控机由一台500VA的不问断电源UPS供电，保证报表数据的完整记录。下位PLC的选型及其模块配置 在进行这项工作之前，需要对控制对象和控制任务进行统计和分析。然后确定系统的规模、机型和配值。据统计，该包装机控制系统需要配置如下的不同性质的IO点：80个开关量输入：50个开关量输出；15个模拟量输入；15个模拟量输出； 根据对上述控制任务的分析，本项目选择了Siemens的模块化中小型PLC系统S7-300，它能满足中等性能要求的应用，应用领域相当广泛。其模块化、无排风扇结构、和易于实现分布，易于用户掌握等特点使
27、得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的方案。S7-300系列所具有的多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的IO扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加的模块对PLC进行扩展。SIMATICS7-300所具备的高电磁兼容性和强抗振动，抗冲击性，更使其具有最高的工业环境适应性。它具有很强的计算能力和完善的指令集，以及通过MPI接口和SINECLANS联网的能力，适用于高速的过程处理需要。本系统所用的主机模块是CPU315-2DP，可以通过MPI转接电缆或通讯模块与计算机进行通讯，再加上其全面的诊断功能和完
28、善的自我保护技术，使其具有极高的可靠性，极其适合本系统的需求。除此之外，它自带的STEP7编程软件功能强大，使用方便，也使开发过程变得简单快捷。此外，S7300系列PLC还具有模块点数密度高，结构紧凑，性价比高，性能优越，装卸方便等优点。根据I/O点数的确定要按照实际点数再加20一30的备用量及其特性，配置了如下的模块：12个模拟量输入模块SM331(M8*12Bit)：可提供具有12位分辨率的总数为16路的模数转换通道；24个模拟量输出模块SM332(AO4*12Bit)：可提供具有12位分辨率的总数为16路的模数转换通道；34个数字量输入模块SM321(D132*24VDC)：可提供总数为
29、128路的开关量输入通道；43个数字量输出模块SM322 D032*24VDC05A：可提供总数为96路的开关量输出通道；5中央处理单元CPU3152DP；6通讯处理器CP34357接口模块IM360和IM361。图2-4 系统结构和配置图在本系统中，PLC的主要任务是接受外部开关信号(按钮、行程开关、继电器节点)的输入，判断当前的系统状态以及输出信号去控制接触器、继电器等器件， 以完成相应的控制任务。除此之外，另一个重要的任务就是接受工控机(上位机)的控制命令，以进行全自动包装循环。图2-4给出了本项目中配置的S7-32路数字输入模块SM321。数字输入模块SM321向外提供电源，将位于现场
30、的开关触点的状态经过光电隔离和滤波，将从过程传输来的外部数字信号转化为内部S7-300信号电平。然后送至输入缓冲器等待CPU采样，采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。SM321数字输入模块具有32位独立的输入点，用于连接开关或2线接近开关(BERO)。数据采集部分与背板总线通过光电耦合器隔离。模块的每个输出点有一个绿色发光二极管LED显示输入状态。输入开关闭合即有输入电压时，LED亮。32位数字输出模块SM322D032*24DC05A 数字输出模块将s7300的内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平。按负载回路使用的电源不同分为：直流输出模块、交流输出模块和交直流两用输出模块。
31、SM322：D03224DC05A属于晶体管输出方式的模块，只能带直流负载：32个输出点，分成8组；05A的输出电流；该模块输出具有短路保护功能，适用于连接电磁阀、接触器、小功率电机灯和电机启动器。8路12位分辨率模拟量输入模块SM331：A18*12Bit是8通道的模拟量输入模块，在系统中用于输入主传动电机转速、放卷机转速、放卷辊直径等的测量值。模块主要是由AD转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。AD转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法。积分式AD转换的积分时间直接影响到AD转换时间和AD转换精度。积分时间越长，被测值的精度越高。SM331可选的积
32、分时间有：25ms，167ms，20ms和l00ms。在我国为了抑制工频及谐波干扰，一般选用20ms的积分时间，相应精度为12位。S7300的CPU用16位的二进制补码表示模拟量的值，其中最高位为符号位“0”表示正值，“1”表示负值。S7-300模拟输入模块的输入测量值范围很宽，可直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号。它用于不带附加放大器的模拟执行元件和传感器，可以将扩展过程中的模拟信号转化为S7-300内部处理用的数字信号。SM331的8个模拟量输入通道共用一个积分式AD转换部件。即通过模拟切换开关，各个输入通道按顺序一个接一个转换。某一通道从开始转换模拟量输入值起，一直持续到再次开始转换
33、的时间称为输入模块的循环时间。循环时间是对外部模拟信号的采样间隔。对于一个积分时间设定为20ms，8个输入通道都接有外部信号且都需断线监视的SM331，其循环时间为(22+108=256ms。SM331的每两个输入通道构成一个输入通道组，可以按通道组任意选择测量方法和测量范围。模块上需接24VDC的负载电压L+，有反接保护功能。模块与S7-300CPU及负载电压之间是光电隔离的。另外，为了使模拟量输入模块获得最佳的抗干扰性能，可以将不使用的通道与M短接。电源模块PS307(5A)及其容量计算， PS307电源模块的输入接单相交流，输入电压为120230V、5060HZ；输出电压24VDC，输出
34、电流5A；在输入和输出之间有可靠的隔离。电源输出指示器用一个LED指示24伏直流输出。如果正常输出额定电压24V，则绿色LED点亮；如输出电路过载，则LED闪烁；输出电流长期在5A到7A之间时，输出电出短路，则输出电压为0V，LED变暗，在短路消失后电压自动恢复。 在实时控制系统中，接地是抑制干扰使系统可靠工作的主要办法。如能把接地和屏蔽正确结合起来使用，可以解决大部分干扰问题。在确定所有的模块并组建S7-300系统时要选择合适的电源模块。其选择准则是电源模块的输出功率必须大于CPU模块与所有IO模块之和，并且要有30左右的余量。故在设计系统时卷纸包装机控制系统中主要的传感器以开关量提供给PL
35、C，作为操作决策的依据，这些开关输入量有：1 上位机启动信号：2 色标信号3 产品供送信号4 纸片上行程开关5 纸球上行程开关6 工艺盘到达1、2、3工位的行程开关7 送料机、皮带、推纸机的自动停用和工作信号8 皮带、电磁阀等的电源信号等 PLC的控制输出大多是一些开关输出信号，如送料机、工艺盘电机，皮带的启动等，这些信号经功率放大驱动对应的包装执行机构。25本章小结本章分析了卷纸包装机工艺流程和包装各动作的时序及包装机速度的影响因素及提高方法，设计了包装机控制系统的控制方案、运行方式及硬件的选择和组态，并详细介绍了组态的各模块。 第三章 电控系统电路及各功能模块的设计卷纸包装机用三相异步电动
36、机驱动，由专用的变频器电源供电，转速通过变频调速实现。另外几台小功率辅助电机分别用于驱动开卷机构，切纸机构，送料机构，插纸板，夹钳机械手等。对于该包装机的控制系统，主要有原包装纸放料过程中的张力控制，送料过程中的同步控制，包装过程控制等。工艺盘的转动是由三相异步电机通过皮带传动带动的，各加工工位的动作是通过顺序逻辑控制电磁阀，以压缩空气、氮气推动气缸，从而带动机械结构移动来实现的。31供电线路图3-1 供电线路 如图31所示，三相电源由滑线引入电气柜中，经由一个总进线空气开关(OS1)后供给系统的控制回路及电机主电路部分。其控制部分则用一个1KW的变压器(TC2)将380V的电压变为220V，
37、并且在输出侧分成五路，分别提供给工控机、PLC、PLC输入回路、PLC输出回路和继电器回路。这样便于将故障分散，并且有利于调试和检修。在QS1前引出的一路电源是为了给空调器和照明灯供电用，因为它们属于附属设备，与控制无关所以从QSl之前引出，以便在检修时也不影响其正常使用。1主电机的启动控制 主电机启动前，主操纵离合器应处于拉开状态，确保主电机轻载启动。若所有的检测和控制条件均有效，则按下启动按钮可使主电机轻载低速启动，并在一定时间延迟后自动控制变频器的高速运转。若机器出现故障，则应立即切断电源，并且进行机械制动，确保机器的安全。2变频器的运转控制 变频器的运转控制主要有运转启动、速度自动设定
38、、故障报警停机故障提示和解除故障状态。3送卷纸电机的控制 在主电机启动后，送纸电机应自动运转，保证下纸道中有充足的卷纸供推纸板使用，并且要求在JS3传感器(检测推纸板是推还是退)的控制下有高低速自动切换功能。当主机停下来时，送卷纸电机不应马上停止，必须经过段延时后再停，否则将会出现下纸道短时缺纸或纸道堵塞的现象，影响主电机的再次启动。32主要控制功能模块的设计3.2.1装料工位1要达到高速包装，纸片和纸球需要快速地送到1工位，因此就必须考虑电机的速度响应性。步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA400w交流伺服电机为例
39、，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。因此我们选用交流伺服电机作为装料机构的执行电机。在这个工位上，推纸空心台推动已切好的包装纸片，托盘推杆推动纸球同时以相同的速度前进，当压到纸片到位行程开关时，推纸空心板停止，当压到托盘到位行程开关时，托盘停止。卷纸和包装纸已进入该工位，电机带动工艺盘继续转动，同时插纸板向前运动，托盘推杆和推纸空心台退回原位。包装纸推纸空心台和卷纸托盘推杆要自动往返于工艺盘和地面之间以完成送料动作，其控制线路如图32所示。图3-2装料工位控制线路图 为了在正式工作前调整推纸空心台和卷纸托盘推杆的位置，本线路设有操作选择控制，由按钮S
40、B2和中间继电器KA组成。若要调整他们的位置，就不能按选择按钮SB2，这样KA不得电其常开触点断开，电动机正反转控制电路只能完成点动控制。推板位置调准后，按下SB2使KA得电，其常开触点闭合，电动机的正反转控制电路才能实现连续动作。工艺盘的底部装有行程开关SQa，SQb，SQc，SQp，包装机底部装有行程开关SQd，SQg(推板处在装料位)， 当KT2延时到，即在1工位装料完成时，KT2常开触点闭合，KMd，KMr得电并互锁，两电机反转，推纸空心台和托盘推杆同时下降，分别压动SQd、SOg时，下降停止。 当工艺盘转到V3或v7槽时，压动行程开关SOa，KTl得电，当延时到，其常开触点闭合，放纸
41、空心台和托盘推杆同时上升，重复上述操作，SQp为到工位1时的行程开关，延时150毫秒后，工艺盘转动，同时放纸空心台和托盘推杆下降。SQa为到工位2时的行程开关，当到达此处时，发出进料信号，放纸空心台和托盘推杆上升。3.2.2夹钳抓紧、旋转、窝边工位2 如图33所示，当到达V2或V6槽时，由该位的行程开关发出信号，央钳机构轴向电机动作，打开气缸电磁阀，使两端的夹钳机构沿轴向运动，到限位开关时，轴向运动停止，夹钳机构径向运动电磁阀打开，三个夹杆同时顺着导轨径向运动，当触到抓紧开关时，抓紧动作结束。延时50ms，在此时问段中，主电机带动该机构轴旋转90度，延时结束，轴向电机继续动作，完成窝边动作。然
42、后径向电机反转，夹紧装置松开，同时轴向电机反转，使夹钳机构退回的原位。 按下SBl，KA得电，KMr2得电，M2正转，轴向电机前进，前进到位 夹紧结束松开SBl，KA断电，KMrl通电，M1反转(放松)，放松到位，如此自动循环。3.2.3卸料工位3当到达此工位时，由于已越过卷纸的支撑平台，包装好的卷纸由于重力作用，自动落入成品库中。33放卷、分切部分的张力控制卷纸包装机有一套传动系统，包括放卷，切断，每个部分由一台电动机带动。从放卷到切断，包装纸是连续的，当机器起动时，由上位机发出命令，主速节点的电机开始转动，同时通知其它各节点开始协调动作，以保证各段包装纸的线速度一致，从而使张力趋于稳定，停
43、机时同样如此。在升降速过程中，主速节点必须发送升降速标志给其它各节点，使他们在控制各自张力时作出相应的补偿，这个过程要求响应快。当某一段张力出现允许范围内的抖动时，系统也应该作出上述反应。由主速节点测量到的包装纸线速度必须实时传到放卷节点，当某一轴上的包装纸即将放完时，该部分的另一轴应该提前转动起来，并且线速度和主速节点传过来的速度值保持一致，这样才能实现无速度差转接，以减少废料。机器运行过程中，一旦某个部分出现故障，其测控节点应将信息立即传往上位机，上位机发出急停命令使下位机各节点同时对各自电机进行直流制动。在分切的过程中，由于放卷辊上包装纸的直径越放越小，放卷机系统的转动惯量的变化范围很大
44、，采用一般的控制方法难以取得满意的控制效果。而采取基于PLC的自适应控制方法则可消除系统转动惯量变化的影响，达到优良的控制效果。3.3.1包装纸分切机调节原理简介在分切时，为了使包装纸平整、伏贴，必须使包装纸保持一定的张力。包装纸分切机是一种采用调节辊的张力控制系统。其放卷机控制系统原理如图34所示。工作时首先根据纸厚通过上位机设定所需张力，该张力是通过气压加至调节辊上而产生的。由于调节辊所受到的向下的力F。是重力和气压力的合力，该力是一个恒定的力，调节辊所受到的向上的力则是包装纸的张力T1和T2。因此，只要调节辊处于静止或匀速运动状态，包装纸的张力就是该恒定力的一半，亦即张力亦是一个恒定的力
45、。分切机主传动变频器控制主传动电机跟随控制面板上速度电位器的设定值运动，放卷机变频器及传动电机的作用是控制包装纸的放卷速度，使调节辊稳定在平衡点附近，以间接地控制张力。调节辊的位置通过电位器检出后送PLC，放卷辊的直径通过超声波测距仪检出后送PLC。PLC内部根据分切机主传动的速度、调节辊的位置、以及放卷辊的直径等数据，经运算得到并输出放卷机变频器的给定频率，控制放卷机的运行。使其线速度与分切机的线速度同步。从而使调节辊保持在中间位置。3.3.2放卷部分放卷部分恒张力控制的变化是由于原卷材半径的变化，造成放卷电机转矩的变化，根据放卷半径的检测方法，以放卷筒为研究对象，根据图3-5受力关系，建动
46、态力矩平衡方程：为轴承的摩擦系数，R为轴承半径，N为轴上总重量(包括卷材重量)，Mo空载转矩由电机冷却风扇的空气阻力损耗等构成。角加速度推导可得：在开卷中，必须使送材力均匀，张力取值范围由该材料的工艺要求决定对于纸张的开卷张力一般为纸张的抗拉强度(或由拉断力换算)的20左右，(拉断力可由实验测得)。则由上式可求得发电机阻力矩Mi。又根据发电机原理 3.3.3张力控制系统的实现1)基本控制思想由于带膜放卷辊的直径变化范围很大，放卷辊的转动惯量变化范围很大，亦即控制对象的参数变化范围很大，若控制器采用定参数的PID调节方法必定得不到满意的控制效果。因此系统中采用了自适应控制原理。y(t)_参数模型输出 e(t)一偏差量 z(t)一自适应控制量图3-6自适应系统框图自适应控制是随着计算机的发展和普及而发展起来的一种新型自动控制技术。其控制作用是基于一定的数学模型和一定的性能指标综合出来的，采用的是“预测一辨识一控制”的方法，通过辨识(包括对系统