基于PLC的高速全自动包装机控制系统的应用研究
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摘要
可编程控制器(PLC)作为控制系统的核心装置，功能强大、性能稳定可靠。在现代工业自动化生产中得到了广泛的应用。取得了理想的控制效果。
本论文以东莞佳鸣机械制造有限公司与我们合作开发的高速全自动卷纸包装机控制系统为背景，理论与实践相结合，详细阐述了集PLC技术，变频器技术，光电感应技术，通信技术于一体的先进控制技术在该包装机控制系统中的应用。论文主要内容如下：1．概述了可编程控制器PLC的现状及其在包装机械上应用的可能性和前景。2．通过对卷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。3．详细分析了包装纸放卷过程中的受力(尤其是张力)情况，并建立了数学模型，利用自适应控制原理实现了送料过程中的张力控制。4．在卷纸包装机中，卷纸和包装纸要求能同时到达工位1，这就产生了送料过程中的同步控制问题，在同步控制中，我们在卷纸供送系统的驱动轴上安装一个半圆形金属片，在侧面装上接近开关探头，通过判断每次光电传感器检测到色标时接近开关的输出状态，就能知道包装纸供送系统是滞后还是超前于卷纸供送系统，从而使伺服电机正、反转或不动，实现了送料过程中的同步控制。5．卷纸的包装是一个典型的顺序控制，因此我们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。6．利用Siemens公司的编程软件Step7、监控组态软件WinCC及其通信功能设计了包装过程梯形图、STL语句及PLC通信网络，以完成数据的采集并控制输出设备安全、高速、高效地运行，实现了该包装过程的监视功能。
经过我们的努力，卷纸包装机控制系统的设计已经完成．并且经过了严格的测试，在实验室的模拟运行中，取得了良好的控制效果。使该机无论从功能上还是效率上都获得了质的提高，基本达到了九十年代末期国际先进水平，较好地实现了厂方提出的控制要求。
This thesis mainly discussed the design of control system of roll packing.
As the kernel device control system, PLC is widely used in modern industrial production and do well in this field.
This thesis takes the control system of the high-speed full-automatic roll packing machine that was developed by Dongguan Jiaming Machine Manufacturing Limited Company along with us as a background. We apply the advanced control technique in the packing machine control system such as the technique of PLC, the inverter technique, light electricity technique and so on. By using these techniques, we realized tension control, Synchronous control in transmitting process and packing process program control. To 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 configuration software of the company of Siemens, and its communication function, to realize the surveillance function of the packing process.
The machine got the exaltation of the quality whether the function or the efficiency, basically came to the international advanced level in the late of 90's, realized well the control request that the company put forward.
This control system is well running in the lab.
本论文以东莞佳鸣机械制造有限公司与我们合作开发的高速全自动卷纸包装机控制系统为背景，理论与实践相结合，详细阐述了集PLC技术，变频器技术，光电感应技术，通信技术于一体的先进控制技术在该包装机控制系统中的应用。论文主要内容如下：1．概述了可编程控制器PLC的现状及其在包装机械上应用的可能性和前景。2．通过对卷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。3．详细分析了包装纸放卷过程中的受力(尤其是张力)情况，并建立了数学模型，利用自适应控制原理实现了送料过程中的张力控制。4．在卷纸包装机中，卷纸和包装纸要求能同时到达工位1，这就产生了送料过程中的同步控制问题，在同步控制中，我们在卷纸供送系统的驱动轴上安装一个半圆形金属片，在侧面装上接近开关探头，通过判断每次光电传感器检测到色标时接近开关的输出状态，就能知道包装纸供送系统是滞后还是超前于卷纸供送系统，从而使伺服电机正、反转或不动，实现了送料过程中的同步控制。5．卷纸的包装是一个典型的顺序控制，因此我们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。6．利用Siemens公司的编程软件Step7、监控组态软件WinCC及其通信功能设计了包装过程梯形图、STL语句及PLC通信网络，以完成数据的采集并控制输出设备安全、高速、高效地运行，实现了该包装过程的监视功能。
经过我们的努力，卷纸包装机控制系统的设计已经完成．并且经过了严格的测试，在实验室的模拟运行中，取得了良好的控制效果。使该机无论从功能上还是效率上都获得了质的提高，基本达到了九十年代末期国际先进水平，较好地实现了厂方提出的控制要求。
This thesis mainly discussed the design of control system of roll packing.
As the kernel device control system, PLC is widely used in modern industrial production and do well in this field.
This thesis takes the control system of the high-speed full-automatic roll packing machine that was developed by Dongguan Jiaming Machine Manufacturing Limited Company along with us as a background. We apply the advanced control technique in the packing machine control system such as the technique of PLC, the inverter technique, light electricity technique and so on. By using these techniques, we realized tension control, Synchronous control in transmitting process and packing process program control. To 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 configuration software of the company of Siemens, and its communication function, to realize the surveillance function of the packing process.
The machine got the exaltation of the quality whether the function or the efficiency, basically came to the international advanced level in the late of 90's, realized well the control request that the company put forward.
This control system is well running in the lab.
引文
[1]平志韩．可编程序控制器及其在包装机械中的应用初探．1989．2，包装与食品机械：14-19
[2]段然．可编程控制技术采样机控制系统中的应用研究．硕士学位论文，西北工业大学，2001．3
[3]陈立定，吴玉香，苏开才．电气控制与可编程控制器．广州：华南理工大学了版社，2001．2
[4]路林吉，王坚，江龙康．可编程控制器原理及应用．北京：清华大学出版社，2002
[5]齐从谦，王士兰，PLC技术及应用．北京：机械工业出版社，2000．8
[6]张万忠，周渊深。可编程控制器应用技术。北京：化学工业出版社，2001．12
[7]郝振武。PLC远程I／O控制在电厂输煤系统中的应用(南京理工大学)．中国工控网／经验视点／PLC控制，2003
[8]吴亚雄．毛巾印花机PLC控制系统及设计．单位：重庆海康实业有限公司设备能源部，中国工控网／专业论文，2003
[9]李胜勇．JZ6-660全自动高速吸塑成型机智能温度测控及运动自动控制系统的研究与实现．硕士学位论文，广东工业大学图馆，2003．
[10]张琳。PLC和组态软件在高炉槽下配料控制系统中的应用研究。硕士学位论文，合肥工业大学。2002．6
[11]STEP7系列培训课程——硬件组态
[12]SIMA7IC S7 STEP7 V5.0使用入门
[13]谢始达．西门子矢量控制型交流变频器在报纸生产输送线中的应用．广东自动化与信息工程，2003年第1期：38-40
[14]肖明运．西门子6SE70系列变频器调试注意事项．2001，中华纸业第22卷第8期：40-41
[15]邓星钟，周祖德，邓坚．机电传动控制(第二版)，武汉：华中理工大学了出版社，1998年4月
[16]成都步进机电有限公司，步进电机和交流伺服电机性能比较，中国工控网专
??业论文，2003
[17]吕砚山，宗孔德．常用电工电子技术手册．北京：化学工业出版社，1995年1月第1版
[18]陈黎敏．双底辊复卷装置的张力控制，硕士学位论文，江南大学，2001．1
[19]韩曾晋，自适应控制原理[M]，北京：机械工业出版社，1983
[20]张从力，李新．一种采用单片机实现自适应控制的方法，矿业安全与环保，2002，29(1)
[21]赵德安，刘星桥，王大承等，基于PLC的聚酯薄膜分切机放卷机张力自适应控制系统，电气传动，2001年第1期：30-32
[22]SIMOVERT Master Drive Operationg Instructions, Communication Board CB.SIEMENS AG, 1994
[23]SIMOVERT Master Drive Operationg Instructions.SIEMENS AG.21994
[24]贺素良，陈兴国，张昌凡．包装设备数字控制技术，湖南．长沙，国防科技大学出版社，2002．6
[25]吴建强，姜三勇．《可编程序控制器原理及其应用》，哈尔滨工业大学出版社，1999．
[26]陈宇．可编程控制器基础及编程技巧．广州：华南理工大学出版社，2000．1
[27]魏志精．可编程控制器应用技术。北京：电子工业出版社，1995。7
[28]何衍庆，俞金寿．可编程控制器原理及应用技巧．北京：化学工业出版社，1998．8
[29]袁任光．可编程控制器(PC)应用技术与实例。广州：华南理工大学，1997．6
[30]贾爱民，应群民，潘丽萍。可编程控制器系统。杭州：浙江大学出版社，2000．3
[31]宋德王主编．《可编程序控制器原理及其应用系统设计技巧》，冶金工业出版社，2000。
[32]郭强．PLC在微波远程监控系统中的应用．硕士学位论文，兰州大学，2001．5．1
[33]SIMENS A1482 SIMATIC S7 SYSTEM SERVICE & PROGRAMMING COURSE
[34]SINAUTST7 STATION CONTROL SYSTEM MANNAUL
[35]SIMA7IC S7 S7-300和S7-400语句表编程参考手册
[36]SIEMENS Standard software for STand M7User Manaul[M],1996
[37]SIEMENS, SIMATIC S7-300 Programmable Controller Configuration and Appl icat ion [M], 1996
[38]周志峰．基于CAN总线的FOCKE包装机的数据采集，硕士学位论文，南京航空航天大学．2003-03-01
[39]卢建华 使用WinCC实现过程监控，武汉科技大学学报(自然科学版)，2000年3月第23卷第1期76-79
[40]甄立东．中厚板层流冷却计算机控制系统的设计与研究．东北大学，硕士学位论文，2002．1．1
[41]SIEMENS SIMATIC HMI Wincc Manual, 1999
[42]SIEMENS SIMA7IC Wincc5.0速成手册5／2001
[43]S7-300 PLC系统硬件和网络课程
[44]梁首发．S7-300可编程序控制器及工控组态软件WinCC应用．2001．3，中国仪器仪表：16-17
[45]王锦标．现场总线综述[J]．冶金自动化，1998 No：61-66
[46]沈德耀．现场总线横谈[J]．基础自动化，2000 Vol．7，No：41-47
[47]SIEMENS．现场总线技术手册[M]，1997．4
[48]SIEMENS Wincc Communication Manual, 1999
[49]张琳．PLC和组态软件在高炉槽下配料控制系统中的应用研究．合肥工业大学，2002-06-10
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