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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畢業(yè)設計開題報告 1.課題名稱： 基于PLC的高速全自動包裝機控制系統(tǒng)的應用 2.項目研究背景： PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。而集散控制系統(tǒng)DCS < Distribution Control System)是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展起來的分布式控制系統(tǒng)，它在模擬量處 理，回路調(diào)節(jié)等方面有一定的優(yōu)勢。PLC隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù) 的發(fā)展，無論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高。 并開始與小型計算機聯(lián)成網(wǎng)絡，構(gòu)成了以PLC為重要部件的分布式控制系統(tǒng)。隨著 網(wǎng)絡通信功能的不斷增強，PLC與PLC及計算機的互聯(lián)，可以形成大規(guī)模的控制系 統(tǒng)，在數(shù)據(jù)高速公路上(Data Highway)掛接在線通用計算機，實現(xiàn)在線組態(tài)、編程和 下裝，進行在線監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，這樣就已經(jīng)具備了集散控制系統(tǒng)的形態(tài)，加上PLC 價格和可靠性優(yōu)勢，使之可與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相互競爭。 由于以上的原因，可以預見隨著PLC成本的下降和機器要求的提高，將很快 在大部分場合取代繼電器控制屏。無論是與傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制邏輯相比， 還是與現(xiàn)代的微型計算機系統(tǒng)乃至專用于控制的單片機相比，在工業(yè)控制方面 PLC都具有明顯的優(yōu)越性。尤其是對生產(chǎn)流水線、動作復雜的單機，比起前述幾 種控制手段來具有壽命長、可靠性高、對環(huán)境無特殊要求、開發(fā)費用低、周期短、 無需專門的計算機軟、硬件知識就可在短期內(nèi)掌握，功能擴展方便，成本可為一般 用戶所接受等優(yōu)點，是現(xiàn)代機電一體化產(chǎn)品控制裝置的理想選擇。 衛(wèi)生卷紙是人們生活中的必須品，隨著人們對紙質(zhì)品用量的增加，對衛(wèi)生紙 的需求也越來越大，且對衛(wèi)生紙的安全性，方便性要求也越來越高。為使包裝出 的物品整齊、美觀并具有良好的包裝質(zhì)量，研制高速、高效、高質(zhì)、經(jīng)濟的新型 包裝機是市場的迫切需求。目前，該類包裝機多半為進口產(chǎn)品，價格昂貴。為此， 我的畢業(yè)設計選題為基于PLC的高速全自動包裝機控制系統(tǒng)的應用，開發(fā)了“卷紙 包裝機控制系統(tǒng)”，我在其中負責控制系統(tǒng)的研究與設計工作。 3. 項目研究意義： 衛(wèi)生卷紙是人們生活中的必須品，隨著人們對紙質(zhì)品用量的增加，對衛(wèi)生紙 的需求也越來越大，且對衛(wèi)生紙的安全性，方便性要求也越來越高。為使包裝出 的物品整齊、美觀并具有良好的包裝質(zhì)量，研制高速、高效、高質(zhì)、經(jīng)濟的新型 包裝機是市場的迫切需求。目前，該類包裝機多半為進口產(chǎn)品，價格昂貴?；? PLC的高速全自動包裝機控制系統(tǒng)的應用為更好的生產(chǎn)做出巨大的貢獻。 4. 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-I9 [2)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. 3 [3〕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. 2 f4)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，2002 [5)齊從謙，王士蘭。PLC技術(shù)及應用.北京:機械工業(yè)出版社，2000. 8 [6)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. 12 [7)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，2003 [s〕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，2003 [9)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. 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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(lǐng)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