基于plc的全自动高速彩色不干胶商标机控制系统设计毕业设计

毕业设计任务书一、课题名称基于PLC的全自动高速彩色不干胶商标机控制系统设计、指导老师三、设计内容与要求1、课题概述全自动高速彩色不干胶商标机，是一种用于制作彩色不干胶商标纸的专用机械，它由印刷机主体、送纸机构、裁纸机构等部分组成，能够完成自动送料、多色印刷、覆膜、膜切、排废、成品裁纸等连贯作业。印刷商标机的组成如下图它的电气控制部分由运转控制、寸动控制、定转控制、送纸控制、裁纸控制、吸风控制等部分构成。2、设计内容与要求根据印刷机的作业要求，设计印刷机的主电路，以及运转控制、寸动控制、定转控制、送纸控制、裁纸控制、吸风控制的控制电路，进行器件选型，并编制相关的PLC程序。使之具有以下功能1）运转控制实现对印刷纸张的拉料、商标纸的多色套印、商标纸的覆膜上光、半成品膜切以及膜切后的边角料排废，进行全自动印刷和印张计数。2寸动控制用于印刷机出厂前或维修时的手动调试，调节印刷时印刷机的机械位置配合关系以及系统动作的协调性。3定转控制用于印刷机换膜以及上色轮清洗时，使印刷机处于一个特殊位置，每按定转按钮一次，印刷机完成一次印刷动作并停于此特殊位置。4送纸控制为印刷机提供自动送纸功能，防止拉料时阻力过大，造成套印错位而使图纸模糊。5裁纸控制实现商标纸成品自动裁切，用户可以根据需要设定裁切方式，一旦裁切条件满足，裁刀落下完成裁切并自动记录裁切次数。6吸风控制当印刷纸在工作台面上移动时，通过吸风增加印刷纸的附着力。四、设计参考资料1HTTP/WWWPLC100COM/JIAOCHENG/2HTTP/WWWPLCJSCOM/3HTTP/WWWGONGKONGCOM/五、设计说明书内容1封面2目录3内容摘要200400字左右，中英文4引言5正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）6结束语7附录参考文献、图纸、材料清单等六、设计进程安排第1周资料准备与借阅，了解课题思路。第2周设计要求说明及课题内容辅导，完成图纸初稿。第35周进行毕业设计，完成说明书初稿。第6周第一次检查，了解设计完成情况。第7周第二次检查设计完成情况，并作好毕业答辩准备。第8周毕业答辩与综合成绩评定。七、毕业设计答辩及论文要求1、毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2、毕业设计论文要求文字要求说明书要求打印除图纸外，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。前言随着社会的发展和技术的进步，很多公司采用了新型的全自动不干胶商标印刷机，此印刷机为印刷行业中应用到伺服系统的较简单的机器，总共只需16个I/O点，但该机要完成单印、套印及手动定位等动作，且用到YOKOGAWA的直接驱动的伺服电机，对私服精度要求很高，故整套系统的调试也有一定的难度，但经过反复修改程序结构、编程指令以及调节伺服电机的PID数值，系统调试最终完成。印刷机是印刷文字和图像的机器。现代印刷机一般由装版、涂墨、压印、输纸包括折叠等机构组成。它的工作原理是先将要印刷的文字和图像制成印版，装在印刷机上，然后由人工或印刷机把墨涂敷于印版上有文字和图像的地方，再直接或间接地转印到纸或其他承印物（如纺织品、金属板、塑胶、皮革、木板、玻璃和陶瓷）上，从而复制出与印版相同的印刷品。印刷机的发明和发展，对于人类文明和文化的传播具有重要作用。本课题着重介绍了用PLC控制的全自动印刷机，其印刷精度和速度均可达到要求。此种印刷机具有操作简便，高速灵活，套位精确，自动送纸印刷覆膜，模切、切纸（复卷）至成品一贯作业。采用斜背式设计，印刷和模切在机械驱动时以渐进方式接触使压力得以平切，无论印大面积底色或细小文字都清晰无暇。印刷部采用先进的匀墨装置七支油墨棍搓墨，使搓墨均匀，承印物更完美，墨棍组链条采用进口链条更能延长油墨棍使用寿命及承印产品质量。上光压轮可整座抽出，从而操作简易，易清洗，速度快，稳定性高。内置集中自动供油系统，保证机械使用过程中定转正常无磨损。全机采用自动控制系统无纸自动报警停车，计张到设定值则自动报警停车。此图为设计的商标印刷机摘要全自动高速彩色不干胶商标机，是一种用于制作彩色不干胶商标纸的专用机械，它由印刷机主体、送纸机构、裁纸机构等部分组成，能够完成自动送料、多色印刷、覆膜、膜切、排废、成品裁纸等连贯作业。它的电气控制部分由运转控制、寸动控制、定转控制、送纸控制、裁纸控制、吸风控制等部分构成。该印刷机具有操作简便，高速灵活，套位精确，自动送纸印刷覆膜，模切、切纸（复卷）至成品一贯作业。本课题利用PLC的可靠性和时间控制的精确性能，来实现以上各项作业的可靠系统方案。本次毕业设计根据印刷机的作业要求，设计印刷机的主电路，以及运转控制、寸动控制、定转控制、送纸控制、裁纸控制、吸风控制的控制电路，进行器件选型，并编制相关的PLC程序。本书图文并茂，通俗易懂，具有通用性，实用性和先进性。关键字商标机电气控制PLCABSTRACTAUTOMATICHIGHSPEEDCOLORSELFADHESIVETRADEMARKMACHINE,ISAKINDOFTRADEMARKFORTHEPRODUCTIONOFCOLORSELFADHESIVEPAPER,SPECIALMACHINE,WHICHCONSISTSOFPRINTINGTHEMAINBODY,FEEDBODIES,TRIMMERBODIESANDOTHERCOMPONENTS,TOCOMPLETETHEAUTOMATICFEEDING,MULTICOLORPRINTING,LAMINATING,FILMCUTTING,PAIWASTE,SUCHASCONTINUITYOFOPERATIONSFINISHEDTRIMMERITISCONTROLLEDINPARTBYTHEOPERATIONOFELECTRICALCONTROL,INCHUPCONTROL,WILLTRANSFERCONTROL,FEEDCONTROL,TRIMMERCONTROL,SUCTIONCONTROLPARTSTHEPRESSISASIMPLE,HIGHSPEEDFLEXIBLE,SETBITPRECISION,AUTOFEEDPRINTINGLAMINATING,DIECUTTING,CUTTINGREWINDINGTOFINISHEDPRODUCTHASALWAYSBEENOPERATINGTHISTOPICUSINGPLCSRELIABILITYANDPERFORMANCEOFTIMECONTROLPRECISIONTOACHIEVETHEABOVEOPERATINGARELIABLESYSTEMSOLUTIONSTHEGRADUATIONOFTHEOPERATIONALREQUIREMENTSUNDERTHEPRINTER,PRESSTHEMAINCIRCUITDESIGN,ASWELLASOPERATINGCONTROL,INCHUPCONTROL,WILLTRANSFERCONTROL,FEEDCONTROL,TRIMMERCONTROL,SUCTIONCONTROL,CONTROLCIRCUIT,FORDEVICESELECTION,ANDTHEPREPARATIONOFTHERELEVANTPLCPROGRAMTHISBOOKILLUSTRATED,USERFRIENDLY,WITHVERSATILE,PRACTICALANDADVANCEDKEYWORDTMMACHINEELECTRICCONTROLPLC目录前言I摘要IIABSTRACTIII第1章绪论111印刷机的发展1111国外情况1112国内情况1113商标印刷机的发展方向212全自动高速彩色不干胶商标印刷机的概述2121全自动高速彩色不干胶商标机的特点3122全自动高速不干胶商标机的工作原理3123全自动不干胶商标机的控制功能4124系统的设计思路4125全自动不干胶商标印刷机系统的设计原则5第2章PLC的历史和发展621PLC的定义622PLC的组成部分6221CPU运算和控制中心6222存储器6224编程器7第3章硬件设计及工作原理1031PLC的选型1032电磁离合器的结构和工作原理10321结构认识（摩擦片式电磁离合器）10322动作原理分析1133接近开关和微动开关的选型及结构11331电感式接近开关11332光电传感器13333微动开关选择1434电机选型1435变频器的选择、设置15351通用变频器及其发展15352三菱变频器小型高性能FRS5000475KW单相220V,FRE520S系列特点15353FRS500型变频器的标准规格15354多段速设定17355变频器FRS500的主要参数17356变频器自学习功能的应用方法1836控制系统硬件电路组成18361主电路18362设计I/O分18363I/O分配图19第4章PLC控制软件设计2241PLC内部软元件设计2242动不干胶商标印刷机的工作设计程序及分析22421运转程序流程图22422程序分析2343触摸屏的应用26设计心得27参考文献28致谢29附录30附件一主电路图30附件二梯形图32附录三总接线图35附录四元件清单36第1章绪论11印刷机的发展111国外情况印刷机的发明和发展，对于人类文明和文化的传播具有重要作用。1439年，德国的谷腾堡制造出木制凸版印刷机，这种垂直螺旋式手扳印刷机虽然结构简单，但却沿用了300年之久；1812年，德国的柯尼希制成第一台圆压平凸版印刷机；1847年，美国的霍伊发明轮转印刷机；1900年，制成六色轮转印刷机；1904年，美国的鲁贝尔发明胶版印刷机。二十世纪50年代以前，传统的凸版印刷工艺在印刷业中占据统治地位，印刷机的发展也以凸版印刷机为主。但铅合金凸版印刷工艺存在劳动强度高、生产周期长和污染环境的缺点。从60年代起，具有周期短、生产率高等特点的平版胶印工艺开始兴起和发展，铅合金凸版印刷逐渐被平版胶印印刷所代替。软凸版印刷、孔版印刷、静电印刷、喷墨印刷等，在包装印刷、广告印刷方面也得到发展。112国内情况2007年10月2223日，上海光华印刷机械有限公司召开了“上海光华国际化发展论坛”，同时举办了“上海光华推进高端发展，实施国际化经营大会”和“上海光华8年拼搏，8年辉煌成就展”，参加会议的人数达1200多人。从会上获悉上海光华八年来销售增长了152倍。2006年销售额达55亿元，2007年预计将达到65亿元，单张纸胶印机的销售额在我国印机行业中名列第一。同时，在这次会议中，订购光华公司产的胶印机非常活跃，一天中订货合同金额达15亿元，订购意向达35亿元。听论坛，观展览，看销售业绩，真令人十分震惊、十分振奋、十分敬佩、十分可喜可贺另据了解，我国印机行业其它主要骨干企业北人集团、上海高斯印刷设备公司、江西中景集团、江苏昌昇集团、上海紫光、紫宏、亚华公司等印机制造企业近几年来销售业绩也年年增长，产销两旺，取得了新的发展。展望未来，我们有理由相信，我国印刷机械行业前途光明，定能取得显著的发展。因为我国的进一步改革开放，国民经济高速发展，给了我们印刷及设备器材制造业提供了良好的发展机遇，国家也为印机行业的发展制订了一些鼓励政策，为印机制造业发展创造了良好的条件和发展机遇。113商标印刷机的发展方向采用斜背式设计，印刷和模切在机械驱动时以渐进方式接触使压力得以平切，无论印大面积底色或细小文字都清晰无暇。印刷部采用先进的匀墨装置七支油墨棍搓墨，使搓墨均匀，承印物更完美，墨棍组链条采用进口链条更能延长油墨棍使用寿命及承印产品质量。上光压轮可整座抽出，从而操作简易，易清洗，速度快，稳定性高。内置集中自动供油系统，保证机械使用过程中定转正常无磨损。全机采用自动控制系统无纸自动报警停车，计张到设定值则自动报警停车。114印刷机的分类印刷机的种类很多，有各种分类方法，但主要从以下五个方面进行分类。1按印版类型分为凸版印刷机、平版印刷机、凹版印刷机、孔版印刷机。2按印刷幅面大小分为微型八开印刷机、小型四开印刷机、对开印刷机、全张印刷机、双全张印刷机。3按印刷纸张形式分为单张纸印刷机、卷筒纸印刷机。4按印刷色数分为单色印刷机、多色（双色、四色、五色、六色、八色）印刷机。5按印刷面分为单面印刷机、双面印刷机。在各种印刷机中，虽分类方法很多，但其印刷过程施加压力的形式概括为三种，即平压平型印刷机（PLATENMACHINE）、圆压平型印刷机（FLATBEDTYLINDERPRESS）、圆压圆型印刷机（ROTARYLETTERPRESSMACHINE）。12全自动高速彩色不干胶商标印刷机的概述全自动高速彩色不干胶商标机，是一种用于制作彩色不干胶商标纸的专用机械，它由印刷机主体、送纸机构、裁纸机构等部分组成，能够完成自动送料、多色印刷、覆膜、膜切、排废、成品裁纸等连贯作业，本文介绍一种能实现以上作业的可靠系统控制方案。121全自动高速彩色不干胶商标机的特点1、操作简便，高速灵活，套位精确，自动送纸印刷覆膜，模切、切纸（复卷）至成品一贯作业。2、采用斜背式设计，印刷和模切在机械驱动时以渐进方式接触使压力得以平切，无论印大面积底色或细小文字都清晰无暇。3、印刷部采用先进的匀墨装置七支油墨棍搓墨，使搓墨均匀，承印物更完美，墨棍组链条采用进口链条更能延长油墨棍使用寿命及承印产品质量。4、上光压轮可整座抽出，从而操作简易，易清洗，速度快，稳定性高。5、内置集中自动供油系统，保证机械使用过程中定转正常无磨损。6、全机采用自动控制系统无纸自动报警停车，计张到设定值则自动报警停车。本次毕业设计根据印刷机的作业要求，设计印刷机的主电路，以及运转控制、寸动控制、定转控制、送纸控制、裁纸控制、吸风控制的控制电路，进行器件选型，并编制相关的PLC程序122全自动高速不干胶商标机的工作原理印刷机进行印刷整个过程是由PLC进行控制的，在此系统中电气与机械相配合，来完成不干胶商标印刷机的印刷工作。送纸电机，印刷主电机，吸风电机，上光电机，裁纸电机等都是通过PLC对应的输入信号进行相应图12不干胶商标印刷机实物图的动作，套印，上光等机械部分则是通过联轴器与主电机相连完成相应的程序。123全自动不干胶商标机的控制功能1）运转控制实现对印刷纸张的拉料、商标纸的多色套印、商标纸的覆膜上光、半成品膜切以及膜切后的边角料排废，进行全自动印刷和印张计数。2寸动控制用于印刷机出厂前或维修时的手动调试，调节印刷时印刷机的机械位置配合关系以及系统动作的协调性。3定转控制用于印刷机换膜以及上色轮清洗时，使印刷机处于一个特殊位置，每按定转按钮一次，印刷机完成一次印刷动作并停于此特殊位置。4送纸控制为印刷机提供自动送纸功能，防止拉料时阻力过大，造成套印错位而使图纸模糊。5裁纸控制实现商标纸成品自动裁切，用户可以根据需要设定裁切方式，一旦裁切条件满足，裁刀落下完成裁切并自动记录裁切次数。6吸风控制当印刷纸在工作台面上移动时，通过吸风增加印刷纸的附着力。124系统的设计思路全自动不干胶商标印刷机的三大支柱是离合器、接近开关和程序控制器。全自动不干胶商标印刷机用传感装置有电感式接近开关、光敏传感器。程序控制器是全自动不干胶商标印刷机的核心部件，全自动不干胶商标印刷机在工作过程中，印刷机的送纸、吸风、印刷、覆膜、裁切等功能的实现，均由程序控制器控制。全自动不干胶商标印刷机的自动控制系统，通过中央控制器控制送纸电机、主马达、上光电机、裁纸电机等实现送纸、印刷、上光、裁切等工作，并实现多种安全保护功能。全自动不干胶商标印刷机的自动化控制采用可编程控制器（PLC）来实现。220V交流电经变频器，再经变频器变成三相交流电接22KV的主马达，由PLC控制离合器动作，从而使得主马达与套印机械部分有机结合，完成套印动作。印刷送纸过程，送纸电机为单相感应式电机，采用电子控制电路进行调速，同时与点动延时送纸控制方式互相配合完成送纸。套印一次，印刷凸块靠近电感式接近开关一次，从而记录印刷的张数。当套印完成，纸张经过光电传感器，光电传感器会切断离合器电路，使得传送带停止动作，从而控制上光电机工作，对纸张进行覆膜。在裁纸电路中，这里采用了两个接近开关，记录一次裁切的纸张采用了光电传感器，纸张经过一次，光电传感器动作一次，是得计数器计数一次，当达到裁切的张数，PLC会控制裁纸电机进行动作，控制裁刀裁切一次，此时电感式接近开关进行相应的动作，知道达到需完成的数量，PLC驱动相应的指示灯进行提醒。断开裁纸电机。125全自动不干胶商标印刷机系统的设计原则（1）与生产工艺结合紧密每个控制系统都是为完成一定的生产过程，各种不同的生产工艺要求，就对应有不同控制功能，即使是相同的生产过程，由于各设备工艺参数的差异，控制实现的方式也就不尽相同。各种控制逻辑、控制运算都是由生产工艺决定的。程序设计人员必须严格遵守生产工艺的具体要求设计应用软件，不能随心所欲。（2）与硬件控制系统结合紧密因为硬件系统可采用不同厂家的不同系列所以软件系统就随之而变，不肯能采用一种语言形式进行程序设计。（3）设计人员需要具备计算机和自动化控制方面的重第2章PLC的历史和发展21PLC的定义PLC即可编程控制器（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（INTERNATIONALELECTRICALCOMMITTEE）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则。22PLC的组成部分221CPU运算和控制中心起“心脏”作用。纵当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。横输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。222存储器具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为35年。223输入/输出接口（1）输入接口光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。（2）输出接口PLC的继电器输出接口电路工作过程当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。三种类型继电器输出有触点、寿命短、频率低、交直流负载晶体管输出无触点、寿命长、直流负载晶闸管输出无触点、寿命长、交流负载224编程器编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTPGR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。23PLC的特点1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100MM，重量小于150G，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。24控制系统的设计思想由于可编程控制器具有操作方便、可靠性高、体积小、使用寿命长等优点，故本系统选用了西门子公司生产的S7200作为控制核心。根据印刷机的作业要求，系统控制功能由运转控制、寸动控制、定转控制、送至控制、裁纸控制、吸风控制等部分组成。其中运转控制主要实现对印刷纸张的拉料、商标纸的多色套印、商标纸的覆膜上光、半成品膜切以及膜切后的边角料排废，进行全自动印刷和印张计数。寸动控制用于印刷机出厂前或维修时的手动调试，调节印刷时印刷机的机械位置配合关系以及系统动作的协调性。定转控制为了方便印刷机换膜以及上色轮清洗，在进行以上工作时，印刷机都必须处于一个特殊位置，定转控制就是为此而设计，先在印刷机的联动轴上安装一个接近开关，通过寸动方式调节好最佳位置，以后每按定转按钮一次，印刷机完成一次印刷动作，检测到这个固定位置后，停止工作。送纸控制印刷机在自动印刷过程中需要源源不断地提供印刷纸，为了防止拉料时阻力过大，造成套印错位而使纸模糊，本系统设计了自动送纸控制功能，当印刷纸的张力达到一定程度，送纸机构就点动送纸一张。裁纸控制商标纸成品需要进行裁切，本系统设计了自动裁纸功能，用户可以根据需要设计裁切方式，一旦裁切条件满足，裁刀落下完成裁切并自动记录裁切次数。吸风控制是印刷机工作过程中的一个辅助控制环节，工作台面上开了很多小孔，这些小孔与吸风管相连，当印刷纸在工作台面上移动时，通过吸风管增加它的附着力。第3章硬件设计及工作原理31PLC的选型根据输入输出点数和系统所需，决定采用西门子公司生产的S7200作为控制核心图31西门子S7200CPU226PLC外观图32电磁离合器的结构和工作原理321结构认识（摩擦片式电磁离合器）电磁离合器的结构图如图1所示，主要由激磁线圈、铁芯、衔铁、摩擦片及联接件等组成，一般采用直流24V作为电源。322动作原理分析主轴1的花键轴端，装有主动摩擦片2，她可以沿轴向自由移动，因系花键联接，将随主动轴一起转动，从动摩擦片3与主动摩擦片交替娤叠，其外缘凸起部分卡在与从动齿轮4固定在一起的套筒5内，因而从动摩擦片可以随同从动齿轮，在主动轴转动时它可以不转，当线圈6通电后，将摩擦片吸向铁芯7，衔铁8也被吸住，仅仅压住各摩擦片，依靠主、从动摩擦片之间的摩擦力，使从动齿轮随主动轴转动，线圈断电后，装在内外摩擦片之间的圈状弹簧使衔铁和摩擦片复原，离合器即失去传递力矩的作用，线圈一端通过电刷和滑环9输入直流电，另一端可接地。作用电磁离合器是一种自动化执行元件，它利用电磁力的作用来传递或中止机械传动中的扭矩。33接近开关和微动开关的选型及结构在此系统中，各个工序都是由接近开关和微动开关进行控制，从而印刷进行相应的动作。331电感式接近开关电感式接近开关体积小，重复定位精度高，外形结构多样，抗干扰性能好，输出形式多，开关频率高，且有电压范围宽，防尘，防震，防水，寿命长的优点。同时这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。故我们选择FOTEK台湾阳明PL05P电感式接近开关来控制印刷的定位，总纸张计数及裁纸控制。图32离合器电气图图331FOTEK台湾阳明PL05P电感式接近开关图332FOTEK台湾阳明PL05P电感式接近开关原理框图工作原理分析电感式接近开关由三大部分组成振荡器、开关电路及放大输出电路。电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。FOTEK台湾阳明PL05P电感式接近开关规格输出形式PNP感应距离50MM前面感应电压范围1030V800HZ形状圆柱形332光电传感器光电开关检测距离达到20M对射型、数字信号处理方式使抗干扰能力更强、高速响应1MS、可在狭窄空间检测（窄光束型）、外部灵敏调节（漫反射型）、采用玻璃透镜使其有更好的耐热性能、IP66防护等级（IEC标准）。故我们选用了型号为BRP100DDT（漫反射型）的光电传感器来控制印刷纸张有无的监督，上光电机的控制，及裁纸纸张的控制。图333BRP100DDT光电传感器特性参数工作原理光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。BRP100DDT接近开关规格电源电压范围广泛直流24240V，交流24240V。图334特性曲线图输出形式NPN集电极开路输出检测距离100MM1400MM2电流消耗MAX45MA333微动开关选择印刷送纸是通过纸张受力而点动送纸的，在此系统中，采用WK104A微动开关控制送纸电机。型号/规格适用于电视机、收录机、录像机、空调、VCD、DVD、语言复读机、电扇、玩具、礼品等，家用电器及其它电子产品。微动开关主要技术特性环境温度4070额定负载04A60VDC/2A250AC接触电阻002绝缘电阻100M耐压AC250V（50HZ）/MIN工作寿命100000次动作力6070G工作原理微动开关是一种施压促动的快速开关，又叫灵敏开关。其工作原理是外机械力通过传动元件（按销、按钮、杠杆、滚轮等）将力作用于动作簧片上，并将能量积聚到临界点后，产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开当传动元件上的作用力移去后，动作簧片产生反向动作力，当传动元件反向行程达到簧片的动作临界点后，瞬时完成反向动作。微动开关的触点间距小、动作行程短、按动力小、通断迅速。其动触点的动作速度与传动元件动作速度无关。34电机选型印刷的整个过程都是由电动机带动机械进行动作。除了主马达采用三相电机外，其余都是单相感应电机单相感应电机的特点图335WK104A1价格便宜、工作可靠、非常耐用2具有瞬时转换正转，逆转功能。因采用平衡绕线方式，并内装简易制动机3构，能正转，反转，其正反旋转特性同样均匀且稳定4运载额定式30分钟额定5改变它的转速比较困难,通常采用的电阻、电容降压法存在效率低、耗电大的缺点。本调速器采用电子控制电路来调节电机转速,可以克服上述缺点,并具有6个转速挡级供使用者任意选择。35变频器的选择、设置351通用变频器及其发展上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。在近20年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT大电流的双极结型晶体管到采用IGBT绝缘栅双极晶体管两个大发展过程。其特点是容量不断扩大，结构趋于小型化，逐步多功能和智能化，数字化控制，应用领域日益广泛。尤其是最近几年来，IGBT的应用正在迅速推进，其开关频率高，驱动电路简单。用于通用变频器时，有如下明显的效果A由于载波效率的提高20KHZ或更高，负载电动机的噪声明显减少，实现了低噪声传动。电动机的金属鸣响声因振动频率超过了人耳可感知的程度而“消失”。B同样由于载波频率的提高，使电动机的电流特别是低速时的电流波形更加趋于正弦波，因而减少了电动机转矩的脉动和电动机的损耗。C由于IGBT为电压驱动型，因而简化了驱动回路，使整个装置更加紧凑，可靠性提高，成木降低。352三菱变频器小型高性能FRS5000475KW单相220V,FRE520S系列特点磁通矢量控制,1HZ运行150转矩输出,PID,15段速等多功能选择内置RS485通信口,可选择FRPA0202简易型面板或FRPU04CH型LCD显示面板。353FRS500型变频器的标准规格如下表354多段速设定355变频器FRS500的主要参数356变频器自学习功能的应用方法为了使变频器工作在最佳状态，在完成参数设置后，需使变频器对所驱动的电动机进行自学习，而FRS500就具有曳引机参数自学习的功能，其方法是将曳引机制动轮与电机轴脱离，使电动机处于空载状态，然后启动电动机，让变频器自动识别并存储电动机有关参数，变频器将根据识别到的结果调整控制算法中的有关参数。显然，这一组自学习到的参数，是和变频器匹配的最佳参数，使变频器能对该电动机进行最佳控制。36控制系统硬件电路组成控制系统硬件电路由主电路、PLC接口电路、离合器控制电路、裁纸控制电路几部分组成。361主电路220V交流电路经主令开关后，再接熔断器FU1，实现隔离与短路保护。然后，分成5路分别给裁纸马达、吸风马达、排废马达、上光马达、送纸马达提供电源。其中，变频器经单相交流电220V输入，成为三相交流电，接22KW的三相电动机，实现变频主马达的印刷机的主运动，接触器KM5实现零压保护。吸风马达采用普通的单相交流电机；排废马达与上光马达采用带减速机构的小功率交流马达，分别为40W与60W（具体选型见图），并配有专门的调速器，控制其运行速度，拨动开关K1与K2分别控制两个电机的正反转，送纸马达所需的功率小，采用单相感应式马达51K40GC5GN15型，在KA1的控制下进行点动送纸；裁纸马达有两个，一个完成裁切送纸运动，选用单相感应式马达21K6GC2GN5型，另一个控制裁刀进行切纸，选用单相可逆马达4RK25GNC4GN5型。主电路图见附录一362设计I/O分I/O资源配置表表一输入端输入端手动控制信号触摸屏控制信号地址备注SBM17I00主马达控制SB1M24I05紧急停车SB2M23I04定位刹车SB3M20I01运转SB4M21I02寸动SB5M22I03定转SB6M26I07缺纸计数启动SA1M25I06吸风启动SA3M30I24裁纸电机控制K1I17延时送纸控制1K2I20延时送纸控制2K3I21延时送纸控制3K4I22延时送纸控制4K5M27I23总计数控制启动SQ1I10定位SQ2I11计数器控制SQ3I16点动送纸控制SQ4I12纸张监督控制SQ5I13裁切一次纸张计数控制SQ6I14裁切刀数计数控制SQ7I15上光控制363I/O分配图PLC接口电路是控制系统的核心部分，它控制着印刷机械最主要的设备电磁离合器。因为所有的印刷动作的实现，都必须在离合器吸合后才能进行，所以，通过PLC的逻辑运算，控制离合器就能实现紧急停止、定位刹车、自动印刷运行、定转控制。除此之外，PLC还承担缺纸、总计数溢出报警、点动送纸、定位检测等工作。还能通过接在X10X13的拨盘开关，设定每次送纸延长时间。输出端驱动负载地址备注电感式接近开关驱动Q01直接驱动缺纸指示Q04红色信号灯裁刀指示Q05绿色信号灯定位指示Q06黄色信号灯吸风电机Q11接触器线圈控制离合器Q12接触器线圈控制送纸电机Q13接电器线圈控制上光电机Q14接触器线圈控制裁切电机Q15继电器线圈控制表二输出端图36I/O接线图37离合器控制电路前面已经讲到，离合器的控制是整个印刷机控制的核心，本系统选用EFUN200KGM20DC24V/16A型电磁离合器，它能实现快速启动与刹车。由27V交流经桥式整流而得到24V直流电源，在KM2常开与常闭触点的控制下进行启动与刹车。图37离合器控制电路图第4章PLC控制软件设计41PLC内部软元件设计M01运转控制M02寸动控制M03定位刹车控制M04定转缺纸总计数满定刹控制M05定转控制M06缺纸控制M07送纸控制M08定位控制42动不干胶商标印刷机的工作设计程序及分析商标印刷机运转时，设定变频器的运行模式，使主马达以一定的速度运行，离合器得电，使得套印平板以一定的速度进行印刷。当纸张受到一定力时，SQ3被压合，送纸电机得电进行送纸，同时SQ4对纸张进行监督，当缺纸时，进行指示。套印完毕，进行覆膜时，光电传感器SQ7使得离合器失电，控制覆膜电机进行动作。覆膜，膜切完毕，送纸电机M6送纸，送一张纸，光电传感器SQ5动作一次，计数器计数，达到一定数量，控制裁纸电机进行裁切。裁切达到预设值，指示灯亮。421运转程序流程图422程序分析寸动控制按下点动按钮I02，或是触摸屏M21,中间继电器M02得电吸合，驱动接触器KM2动作，离合器得电，主马达与机械部分经离合器相互配合进行点动动作。用于印刷机出厂前或维修时的手动调试，调节印刷时印刷机的机械位置配合关系以及系统动作的协调性。当松下点动按钮I02或触摸屏21时，完成寸动运行。程序定转控制为了方便印刷机换膜以及上色轮清洗，在进行以上工作时，印刷机都必须处于一个特殊位置，定转控制就是为此而设计，先在印刷机的联动轴上安装一个接近开关，通过寸动方式调节好最佳位置，以后每按定转按钮一次，印刷机完成一次印刷动作，检测到这个固定位置后，停止工作。按下定转按钮I03或触摸屏M22,中间继电器M05得电，驱动中接触器KM2动作，离合器得电运行，当凸块靠近电感式接近开关SQ1时，SQ1常开点闭合，使得M10得电，继而M04得电。M04长闭点断开，使得M05失电，离合器断电。完成一次印刷工作。程序定位刹车按下定位刹车按钮I04或触摸屏M23,中间继电器M03得电，定位指示灯亮，同时，驱动接近开关SQ1,当凸块靠近SQ1时，M10得电，接通中间继电器M04，从而使得离合器断电。使印刷部分处于一个特殊的位置。程序运转控制主要实现对印刷纸张的拉料、商标纸的多色套印、商标纸的覆膜上光、半成品膜切以及膜切后的边角料排废，进行全自动印刷和印张计数。按下运转按钮SB3或触摸屏M20，中间继电器M01得电，驱动KM2得电，从而使得离合器动作。在定转时，凸块靠近电感式接近开关SQ1，会使得离合器断电。这是因为M05的得电，为M04动作做准备。M04的相应动作使得离合器失电。而在运转控制中，接近开关SQ1通过程序控制对运转电路无任何送纸控制当纸张承受一定张力时，微控开关SQ3动作，I16闭合，中间继电器M07的电，M07常开点闭合，驱动接触器KM3，使得送纸电机运行。拨动拨码开关K1K4，使相应的时间继电器得电。可以控制延时送纸的时间。上光控制套印完毕，纸张经过光电传感器SQ7,SQ7常闭点I15断开，使得离合器失电，纸张停止运行，同时常开点闭合，控制上光电机对其进行上光，并控制其PLC内部时间继电器，使得达到预设时间时，离合器得电继续运行。总计数控制电感式接近开关SQ2安装在联轴器上，通入24V电压。当套印一次，凸块靠近接近开关SQ2一次，使其常开点闭合一次，常开点I11控制PLC内部计数器进行计数C0一次。裁纸控制光电传感器SQ5直接接220V交流电压，当纸张经过送纸电机M6经过SQ5一次，SQ5常开点I13相应闭合一次，控制PLC内部计数器C1计数一次，当达到预设值时，C1计数器动作，驱动KA9，接通切纸电机进行裁切，裁切一次，电感式接近开关SQ6动作一次，I14控制PLC内部计数器C2进行计数一次同时使得C1复位。当达到预设值，C2动作，指示灯HL1亮。断开SA2、SA3缺纸控制压下I07,光电传感器SQ4对纸张有无进行监督，当缺纸时，SQ4复位，常闭点I12闭合，中间继电器M06得电，驱动指示灯HA,亮及接近开关SQ1得电。当凸块靠近接近开关SQ1时，M10得电。接通M04,使印刷停止。总计数满控制过程类似。本系统还有吸风、排废马达配合以上（运行、寸动、定转）动作，它们分别由各自的调速器实现工作及调速控制。程序见附图243触摸屏的应用触摸屏的应用省略了原有的一些按钮、指示灯、计数器、转速表、时间继电器及润滑程控控制器等元器件，降低了故障率，也减少了接线的工作量。台达的人机编辑软件TPEDITOR提供了7个等级密码的保护，有利于使用厂家对某些特定的使用条件进行了限定，保护了用户的利益。因触摸屏有3M的内存，所以设计时在画面中以走马灯的形式提供了大量的报警信息，也设计了多屏PLC输入、输出状态监视画面，在系统帮助里详细介绍了本机电气操作及维修提示，使整机的电气系统操作、使用、维修简单方便，如图图43触摸屏控制面板设计心得为期一个月的毕业设计即将结束，也意味着我的大学生活即将结束，但在这三年的学习时间里我学到了很多知识和技能。作为一名电机电器专业的学生，我在大学三年的学习生活中，系统地学习了电气及相关专业的各门课程。我们的课程以电工基础、数字电子、模拟电子为基础，进一步又学习了电力电子技术、自动控制技术、机械基础、交直流调速控制系统工厂供配电等专业课程。通过这次毕业设计使我掌握了做科学研究的基本方法和思路，也学了更多的专业知识及相关领域的课余科学知识，为今后的工作打下了坚实的基础。这次毕业设计后，感受颇多，现将感受总结如下首先，通过查找有关材料，我涉及到了很多不同领域的知识，对这些知识都有了一定的了解，很好的拓展了我的知识面，这些知识对我以后的工作都是很有帮助的，我感到受益匪浅。其次，我学会了对相关科技文献的检索。一切科学研究都是建立在前人研究的基础上之的。因此，对于相关文献资料的检索显得尤为重要。在现代社会中，随着计算机的普及以及网络技术的发展，对于文献的检索已经从图书馆的纸质资料转移到网络平台下的电子文档。通过毕业设计，我详细的学习了并掌握了PLC编程软件的使用。科学研究中的创新是建立在对基本概念与基本理论的熟练掌握的基础之上的。我毕业设计的课题就是基于PLC控制的全自动商标印刷机设计说明。通过这次毕业设计强化了我对大学期间所学的基础课以及专业课的认识和理解。巩固了我的知识体系结构。最后，这次毕业设计还使我了解了毕业设计的写作规范，熟悉了OFFICE系列软件在文字处理与排版等方面的使用。但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解等等。这次毕业设计是对自己所学知识的一次综合性的大检验，使我明白自己参考文献1HTTP/WWWPLC100COM/JIAOCHENG/2HTTP/WWWPLCJSCOM/3HTTP/WWWGONGKONGCOM/4电气控制与PLC技术主编向晓汉人民邮电出版社5可编程控制器应用技术张万忠主编化学工业出版社6变频器使用技术与维修精要主编李自先黄哲汪宝标人民邮电出版社7交直流调速控制系统主编钱平高等出版社致谢首先，要感谢李主任和赵老师对我们的支持以及对相关知识的讲解，这对于本次论文能按时并且有质的完成提供了先决条件，这次的论文，除了自己认真努力以外，同时还有同组同学的共同努力。真的是“万事开头难”，在这次的论文中我深有感触不管学会的还是没有学会的做起来的确是比较困难的，从最开始的不知从何下手到后来越来越顺手，最后也终于完成做这次论文让我懂得了理论和实践相结合才能得到最有价值的结论很多时候，本以为熟记于心的理论是成功的关键，但是真的到实际操作的时候才发现是两回事，光懂理论不懂操作同样是不会，因此，我认为实践和理论能够相结合才是真正学习态度。开始是李主任就对我们所进行的课题进行了十分认真和详细的讲解，让我们对全自动不干胶商标印刷机的认识从十分肤浅的理解上升到对其结构的认识与进