基于PLC高速全自動(dòng)包裝機(jī)的控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)【西門子S7-300系列PLC】【含CAD圖紙+PDF圖】

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畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 1.課題名稱： 基于PLC的高速全自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用 2.項(xiàng)目研究背景： PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)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(lái)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(shì)。PLC隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù) 的發(fā)展，無(wú)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(kāi)始與小型計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，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(luò)通信功能的不斷增強(qiáng)，PLC與PLC及計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)在線組態(tài)、編程和 下裝，進(jìn)行在線監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)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(jià)格和可靠性優(yōu)勢(shì)，使之可與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)相互競(jìng)爭(zhēng)。 由于以上的原因，可以預(yù)見(jiàn)隨著PLC成本的下降和機(jī)器要求的提高，將很快 在大部分場(chǎng)合取代繼電器控制屏。無(wú)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)乃至專用于控制的單片機(jī)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(duì)生產(chǎn)流水線、動(dòng)作復(fù)雜的單機(jī)，比起前述幾 種控制手段來(lái)具有壽命長(zhǎng)、可靠性高、對(duì)環(huán)境無(wú)特殊要求、開(kāi)發(fā)費(fèi)用低、周期短、 無(wú)需專門的計(jì)算機(jī)軟、硬件知識(shí)就可在短期內(nèi)掌握，功能擴(kuò)展方便，成本可為一般 用戶所接受等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代機(jī)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(duì)紙質(zhì)品用量的增加，對(duì)衛(wèi)生紙 的需求也越來(lái)越大，且對(duì)衛(wèi)生紙的安全性，方便性要求也越來(lái)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(jì)的新型 包裝機(jī)是市場(chǎng)的迫切需求。目前，該類包裝機(jī)多半為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴。為此， 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題為基于PLC的高速全自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)了“卷紙 包裝機(jī)控制系統(tǒng)”，我在其中負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)工作。 3. 項(xiàng)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(duì)紙質(zhì)品用量的增加，對(duì)衛(wèi)生紙 的需求也越來(lái)越大，且對(duì)衛(wèi)生紙的安全性，方便性要求也越來(lái)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(jì)的新型 包裝機(jī)是市場(chǎng)的迫切需求。目前，該類包裝機(jī)多半為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴?；? PLC的高速全自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用為更好的生產(chǎn)做出巨大的貢獻(xiàn)。 4. PLC在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性和前景． 包裝機(jī)械的最大特點(diǎn)是動(dòng)作復(fù)雜、頻繁，且有較多的執(zhí)行元件。在這種場(chǎng)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(duì)其內(nèi)部的輔助繼電器進(jìn)行編程后來(lái)取代。從物理介質(zhì)方面 來(lái)講，前者是要用具體的電氣元件來(lái)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(fèi)額外的費(fèi)用來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。一般的 PLC都有上百點(diǎn)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(yīng)付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是對(duì)PLC進(jìn)行編程。事實(shí)上PLC用于 這種場(chǎng)合是最能顯現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然我們不僅忽視了PLC的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就 是其運(yùn)行速度及可靠性和壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于繼電器控制方式，從上述意義上來(lái)講，PLC 最適合于需要大量中間繼電器的場(chǎng)合。且PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)比較具有許多 優(yōu)點(diǎn): 1)更改控制邏輯只需修改軟件，無(wú)需對(duì)硬件作改動(dòng); 2)程序可以復(fù)制，批量生產(chǎn)很容易; 3)電氣硬件設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化; 4)由于PLC除有繼電器功能外，尚有多種其它功能，可以實(shí)現(xiàn)繼電器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的 控制功能，實(shí)現(xiàn)某種程度上的智能化，并有可能使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化; 5)可靠性高; 6)成本相對(duì)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(diǎn)對(duì)于復(fù)雜的控制來(lái)講 具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性; 7)具有擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，當(dāng)需要較多I/0時(shí)可以方便地?cái)U(kuò)展。 因此，國(guó)外在注塑機(jī)、各種包裝機(jī)上已經(jīng)大量地采用了PLC來(lái)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(guó)包裝機(jī)械目前控制部件大多還沿用繼電器方式。如果能用PLC來(lái)取代的 話，則可以簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)都可以得到簡(jiǎn)化。更重要的是可以使 原來(lái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的某些功能得以實(shí)現(xiàn)，使機(jī)器在某種程度上實(shí)現(xiàn)智能化。 通過(guò)對(duì)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(xiàn) [1)平志韓.可編程序控制器及其在包裝機(jī)械中的應(yīng)用初探.1989. 2，包裝與食品 機(jī)械:14-I9 [2)段然.可編程控制技術(shù)采樣機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.碩士學(xué)位論文，西北工業(yè) 大學(xué)，2001. 3 [3〕陳立定，吳玉香，蘇開(kāi)才.電氣控制與可編程控制器.廣州:華南理工大學(xué)了版 社，2001. 2 f4)路林吉，王堅(jiān)，江龍康.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社，2002 [5)齊從謙，王士蘭。PLC技術(shù)及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000. 8 [6)張萬(wàn)忠，周淵深.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001. 12 [7)郝振武.PLC遠(yuǎn)程I/0控制在電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用(南京理工大學(xué)).中國(guó)工 控網(wǎng)/經(jīng)驗(yàn)視點(diǎn)/PLC控制，2003 [s〕吳亞雄.毛巾印花機(jī)PLC控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì).單位:重慶海康實(shí)業(yè)有限公司設(shè)備能 源部，中國(guó)工控網(wǎng)/專業(yè)論文，2003 [9)李勝勇.JZ6-660全自動(dòng)高速吸塑成型機(jī)智能溫度測(cè)控及運(yùn)動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的 研究與實(shí)現(xiàn).碩士學(xué)位論文，廣東工業(yè)大學(xué)圖館，2003. 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S7-300與上位機(jī)的通信設(shè)計(jì)。 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(shì)及 其在包裝機(jī)械上應(yīng)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?jī)?nèi)容。第二章分析了卷紙包裝機(jī)工藝流程和包裝各動(dòng)作 的時(shí)序及包裝機(jī)速度的影響因素及提高方法，設(shè)計(jì)了包裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制方案、 運(yùn)行方式及硬件的選擇和組態(tài)，并詳細(xì)介紹了組態(tài)的各模塊。第三章主要對(duì)控制 系統(tǒng)的供電線路及包裝各工位的電氣圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(yīng)控制原理設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了張力控制，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了 送料過(guò)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(shè)計(jì)了某些功能塊的梯形圖和STL程序，并用S7-PLCSIM simulator模擬其運(yùn)行 結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，利用SIEMENS的工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了包裝過(guò)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(jī)PVi nCC之間的通訊。 5.本畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果應(yīng)包括： 1.完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試工作，使系統(tǒng)能夠按預(yù)期的目 標(biāo)正常地運(yùn)行。 2.全部程序(包括PLC程序和工控機(jī)程序)均采用模塊化設(shè)計(jì)思想，程序的注 釋和文檔也比較充足，不僅在設(shè)計(jì)時(shí)使結(jié)構(gòu)清晰，易于檢查和修改。而且為 以后軟件的維護(hù)和改進(jìn)提供了方便。 3.對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了充分的考慮，加入了各種保護(hù)措施，盡量消除了各種 可能的事故隱患。 4.工控機(jī)和PLC的結(jié)合非常利于小型自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，用PLC作為下位機(jī)實(shí) 現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)輸入和實(shí)時(shí)控制，使執(zhí)行可靠，且有效地實(shí)現(xiàn)了分散控制。用 工控機(jī)作為上位機(jī)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定及系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。各取所長(zhǎng)，分工明 確。 5.利用工控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)通信的方法簡(jiǎn)單易行，它降低了對(duì)用戶 的要求，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，系統(tǒng)繼承性較好，尤其對(duì)于大規(guī)模復(fù)雜控制 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)這些優(yōu)點(diǎn)更為突出，因此在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，采用工控組 態(tài)軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是一必然趨勢(shì)。 6.本設(shè)計(jì)中存在著一些不足之處和需要改進(jìn)的地方: 1.程序中實(shí)時(shí)畫面的主要作用是輔助監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)狀況，以防意外事件的發(fā)生。但 實(shí)際使用中，許多操作員認(rèn)為還是直接觀察現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)情形直接顯示到顯示器上，這樣就可以降 低工人操作的復(fù)雜性，并使界面更加漂亮直觀。 2.設(shè)計(jì)中采用了熱繼電器，變頻器及電機(jī)等也都有過(guò)熱恢復(fù)，擬在以后的設(shè)計(jì)中 加入聲音報(bào)警功能，即當(dāng)變頻器或電機(jī)過(guò)熱時(shí)，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(dá)到提高反應(yīng)速度、降低故障危險(xiǎn)性的目的。 7.進(jìn)度計(jì)劃 第一周 畢業(yè)實(shí)習(xí)，收集資料 。 第二周 需求分析，明確背景知識(shí)與選型根據(jù): 分析PLC在包裝機(jī)械上應(yīng)用的可能性與前景。 第三周 了解卷紙包裝機(jī)的工作過(guò)程及工藝要求。 第四周 總結(jié)各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序，將其用流程圖的形式表示出來(lái)， 為實(shí)現(xiàn)高速全自動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制做準(zhǔn)備。 第五周 卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 第六周 電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設(shè)計(jì)。 第七周 可編程控制器部分的設(shè)計(jì)，包括控制方案的選取與設(shè)計(jì)、I/0接口信號(hào)的確定、 模塊的選擇，控制程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。 第八周 工控機(jī)軟件的設(shè)計(jì)，包括監(jiān)界面設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)顯示 第九周 S7-300與上位機(jī)的通信設(shè)計(jì)。 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(shè)計(jì)全部文件，準(zhǔn)備答辯。 第十八周 畢業(yè)答辯