毕业设计---胶订包本机PLC电控系统设计.doc

毕业设计（论文）题 目：胶订包本机plc电控系统设计专 业： 企业供电班 级： 3091班姓 名： 钱柏行学 号： 090040119指导教师： 岳殿霞 2012 年 3月 25 日吉林铁道职业技术学院毕业设计(论文)成绩评议专业企业供电班级3091班姓名钱柏行学号090040119题目胶订包本机plc电控系统设计指导教师评阅意见成绩评定： 指导教师： 年 月 日评阅教师意见 评阅教师：年 月 日答辩小组意见答辩小组负责人： 年 月 日 胶订包本机plc电控系统设计摘 要随着印刷行业对胶订技术的要求越来越高，解决胶订包本机自动化问题也日显迫切。在广泛了解、借鉴国内外先进技术的基础上，本文介绍了一种新型的包本机plc自动控制系统的硬件、软件设计。本系统采用plc控制技术，实现包本机自动控制，完成无级调速自动上述皮；书心、书皮自动检测；加热时间定时控制；加热温度自动控制；故障显示、声音报警等功能。从而提高了包本的质量和速度。完成主电路设计、电源电路设计、控制电路设计、plc软件设计，器件选择等。本设计的包本机采用十三个书夹的胶订包本设备，电气部分采用具有国际先进水平的变频调速器、可编程控制器、可进行参数调节的温度控制器以及光电开关，电感式接近开关等。检测部分采用光-机-电为一体的检测手段。对错误操作、机械故障及纸张包本的送、运故障均发出声、光报警。以上各项技术的应用，确保了整机性能的先进性、可靠性和安全性。关键词 可编程序控制器 变频调速器 包本机the design of packing machine and plcautomatic control systemabstract:as developing of printing technology, the demand of gluing technique becomes more and more high. it is urgent to deal with the problem of packing machine automation. knowing and using the advanced technology domestic and international for reference, this text introduced the hardware, software design of a kind of new automatic control in plc . this system adopts the plc control technique to complete the automatic detecting of the covers and cores of books, settling the heating time and temperature, showing the faulting , alarming in sound and so on. thus, it can improve the quality and speed of packing, complete the design of main circuit, power supply circuit, control circuit and plc hardware, and even more select the devices.in this paper, it uses packing equipments with thirteen book clips. and in the electric part, it uses frequency conversion speed controllers, plc, temperature controllers with variable parameters, photoelectric switches and inductance approaching switches. further more, it uses light-machine-electric as a integral to detect error operations, machinery faulting and book carrying faulting and then alarm in sound or light.the application of the above technology ensures the advantage, reliability and security of the whole machine.keyword: programmable logic controller, frequency conversion speed controller, packing machine目录第一章 绪论11.1 选题背景21.1.1 概述21.1.2 包本机的发展方向21.1.3 胶订包本机的技术与市场31.1.4 小结31.2 包本机的用途及特点41.3 设计要求4第二章 方案论证52.1 控制方式的选择52.2 系统的控制方案52.2.1 单片机控制方案52.2.2 工控机控制方案62.2.3 plc控制方案82.3 plc的选择92.3.1 西门子公司的plc92.3.2 三菱小型plc92.3.3 omron的plc102.3.4 本设计plc的选用10第三章 plc的结构与原理123.1 plc的基本结构123.1.1 plc的基本结构123.2 plc的工作方式13第四章 硬件电路设计154.1 拖动电路设计154.1.1 主机电气原理说明154.1.2 主电机电路设计174.1.3 划槽电机电路设计194.1.4 铣刀电机电路设计214.1.5 排屑电机电路设计224.1.6 气泵电机及滑润电机电路设计234.1.7 收书电机电路设计244.1.8 排烟电机电路设计254.1.9 加热控制原理264.2 plc端口设计30第五章 软件设计315.1 流程图315.2 主电机起动程序图325.3 梯形图335.3.1 梯形图参照表395.3.2 梯形图与继电器控制图的区别405.3.3 梯形图编程前的准备工作40第六章 结束语42致 谢44参考文献45附录一 电器元件功能表46附录二 电器原理图49第一章 绪论1.1 选题背景 印后加工设备的多样化、自动化是现今印后加工设备发展的主流方向。且伴随着数字化印刷概念的普及，以及cip4之类标准的大量涌现，而目前印后设备的自动化成为了数字化印刷“高速公路”当中的一段羊肠小道，是一个完全意义上的技术瓶颈，就胶订包本机而言则更是颈中之颈。胶订包本机是最为主要的印后设备之一，国内外印刷业对其都格外重视，在国内其市场需求极大，在印刷设备需求当中它仅次于单张四开胶印机位于第二。如果胶订包本机自动化问题能得以完全解决，那么上述所谓技术瓶颈则土崩瓦解，可使数字化工作流程“顺利泻洪”。信息时代的到来使得印刷品琳琅满目、应有尽有，同时中短版印务与日俱增，这对印刷品市场产生了极大影响。现在，印前基本成功地实现了数字化，在数字化软硬件的支持下，对频繁更换的中短版印务的处理，可以说是易如反掌。但是胶订包本机与印前、印刷比起来可谓相去甚远。就拿当今世界上最先进的胶订包本机厂商的先进机型，穆勒一马天尼的acoro一a7来说，其速度为7000份/小时，在计算机控制下活件转换只需58秒，在一般条件下活件转换平均时间为15分钟，这在所有同类设备中耗时是最短的。然而，众所周知在中短版印务的大量出现情况下的自动化就是意味着连续生产，就是这几十秒钟、几十分钟的调整准备时间，累加起来可能要比整个的印刷和装订的时间都要长。因此无论是购买胶订包本机的印刷商，还是胶订包本机制造商都在比拼换活件的调整准备时间。基于数字化印刷、数字化装订的目标，笔者在这里提出一个大胆的全新的胶订包本机自动化分析和设想，就是应用数据库和神经网络系统进行在线连续胶订包本，实现真正意义的数字化。希望能给同行们提供一个全新的设计理念与解决方案，更希望激发起更多的人对胶订包本机设计理论和方案的探索和交流，起到一个抛砖引玉的效果。同时也衷心地恳请各位专家、学者、领导、老师、朋友们批语指正、提出宝贵意见。我们共同努力让未来世界上最先进的印后设备上都标示着醒目的made in china。1.1.1 概述改革开放以来，印刷业发展迅速，印刷品印刷企业还将继续保持增长趋势消费水平迅速提高。随着市场经济发展，印刷企业还将继续保持增长趋势，包本机的需求量也将保持较快的增长需求。这就要提高自动化程度，具有先进的微机及屏幕直接显示的自动控制系统，适合储存极复杂的程序，并具有简单的编程方法，多层次的人机对话系统，还可配备完善的附加设备。1.1.2 包本机的发展方向 今天胶订机械市场的变化越来越快，本册的种类和要求也越来越多印刷企业对胶订包本机的要求也随之不断提高。就国内的市场而言，从市场经济的角度考虑，客户对所购产品的要求的顺序已基本从过去的价格、质量、产品交货期，转变成为产品交货期、质量、价格。尽管一部分中小型印刷企业由于资金状况问题而更多地考虑价格，但是印刷企业的客户要求是决策的关键，功能新需求、性能质量的新要求会在今后的印刷品市场越来越多。明智的决策者在这种情况下是不会做出因为成本因素而丢掉新客户甚至老客户的决定的。这就使得胶订设备制造厂商的竞争焦点变得不再光是能不能将新产品制造出来，而是能不能快速开发出符合市场需求的、有竞争力的新产品，市场竞争将“不再是以大吃小，而是以快吃慢”。在商家和用户们的头脑中，时间就是金钱的理念越来越深，他们都己经把时间的观念放到了首位。在国内的市场竞争中，国外厂商以其高自动化程度、高质量、多机种组成联动线等诸多优势牢牢地把持着高端的目标客户。在国内经济发达地区由于接触新鲜事物快、基础工业发展迅速，尤其是更多的合作机会使这些地区已经能够紧跟国外先进机型的发展;而相对来讲，在很多方面发展缓慢和落后的内陆地区优势不多。这是一种不良的态势，长此以往势必会像其它很多种产品一样在所有人的意识当中形成外国产品好的看法。这种不公平的发展环境和背景对国内的企业是极为不利的。尽管不利，但从另外一个方面考虑，我认为在目前国内胶订设备的市场以及用户的真正需求上还存在着一些无人考虑过的新领域。那就是胶订设备的模块化设计。 例如从产品方面来讲，极少有人对通盘的市场进行细分，几乎所有公司(包括国外的大集团、大公司)都是简简单单将市场分为高端、中端、低端3个档次进行设计、经营和竞争。这样一来国内用户就缺少完全意义上适合自身的产品。 具体地讲，我国国土面积辽阔，自然气候、经济环境、城市建设、资源配置都不平衡。另一方面由于我国的纤济位制旱多种多济形我#存.各种经济形式都具有各自的特点。再有就是市场大、需求种类多、小批短版任务多。北方寒冷干燥，要注意防寒，南方潮湿炎热，需注意防锈;大企业注重联线高效率生产，应当注意联线自动化，小企业则更为看重灵活和短版;装订书籍的注重质量、注意精度，装订本册的注重产量、注意速度等等。在这种情况下，如果我们能够扎实细致地做好市场以及用户的分类和细化，然后根据其特点和市场容量建立起一个动态的(以数据库为基础的)市场监控系统，由决策部门和设计部门根据这个系统提供的信息，针对市场进行分类、分级，设计出不同类别、不同级别的模块，然后组合搭配成为与用户点对点适应的机型，真真正正地实现为其量身定做。这样一来，不但客户满意，也使得生产组织、库存调配得心应手，最重要的是使企业具备了快速响应的市场反馈能力。模块化的设计一定要在充分的市场调查基础上进行。将企业期望进入的市场、行业进行细分，对用户目前的需求和将来的潜在需求进行分类排队，纵向按产品的地域、性能、规格、级别进行排队，横向按产品的基本功能、辅助功能、附加功能、可预测功能进行排列，设计出一系列通用的和专业的功能模块，形成完整的分类功能树。然后根据用户的需求和具体情况，将现有的功能模块进行有机的选择和组合，配置出系列功能相同但性能不同、规格不同、适合不同地域、不同条件的产品，以最快的速度满足用户的需求，为其量身定做尽可能适合的产品。当然，各个模块必须在产品开发过程中统一规划、统一设计，以稳定可靠。1.1.3 胶订包本机的技术与市场 我国印刷业进入光与电的时代后，制版、印刷设备的升级，使当前的印刷技术已经达到高水准，内地省份都具备一定的精美印刷能力。前道工序水准的提高就顺理成章地提到议事日程上来了。传统装订工艺和设备已落后于时代。形成印刷与印后脱节，障碍了高质量的书刊生产。再精美的印刷，没有精美的装订，无论怎样也体现不了印刷质量的提高。国际、国内精美书看的装订方式主要有精装和胶订平装两种，其它装订方式均无可企及。精装书及的总量和平装书籍比，可谓少之又少。那么，胶订工艺就显示出十分重要的意义，胶订包本机成为书刊印刷装订行业不可少得的重要设备，如同人们日常生活中不可或缺的粮油一样重要。近年来，国家新闻出版署为提高装订质量，狠抓了胶订工艺的推广，胶装书刊在整个出版发行数量中占有越来越大的比重。无疑，胶订包本机制造行业迎来一次新的挑战，胶订包本工艺将会得到长足发展。 我国在计划经济时期，就已着手开发和研制胶订包本机。但胶订本技术普遍接受仅是近年内的事情，前期发展十分缓慢。技术更新加快也是在近两年。普遍推广胶订技术以来，印刷行业呈现出一片繁荣的景象。1.1.4 小结随着我国进入wto，国内包本机市场将逐步开放，国产包本机将无可避免地面临激烈竞争。过去国外先进包本机虽然功能先进，但价格高，所以，只走进了资金雄厚的大型印刷厂，如银行系统的印刷厂，原中央各部委所属印刷厂，原部队所属的大型印刷厂，各省市新华印刷厂等，总体数量也不是很多。但随着“入世”，世界先进包本机进入中国市场的速度和力度必然加大，国产机的价位优势将明显减弱。胶订一本高质量的书看似简单，其实并非如此，无论投芯、铣背、划槽、刷背侧胶及匀胶、上封皮、压痕、包书成型、收书、各光电监控系统、电气控制系统、各机械诸多的部件、热熔胶的各项技术指标、使用温度、工作环境等等，无论哪个环节都得调整到最佳状态，只有这些环节都满足校订工艺要求了，那么胶订一本高质量的书才会变成现实。1.2 包本机的用途及特点本机适用于各类中小型印刷厂进行书芯无线胶订包本。工艺流程为：人工供给书芯、铣背、划槽、刷背胶、匀胶及刷侧胶、自动供给封皮、压痕、包书及收书，最终人工堆集等工序；具有操作简单，包本精度高，安全可靠，维护方便，外形美观，占地面积小，自动化程度高等优点。1.3 设计要求 本设计采用plc可编程控制器等先进技术，可实现自动包本、上书皮等功能。主要技术要求：包本速度：3000本/每小时，电源三相四线380v/50hz1.总功率：21 kw2.电机总功率：13.5 kw3.加热功率：7.5 kw4.包本速度：811本/分第二章 方案论证本设计的电气控制系统采用可编程控制器(plc)控制,其电气结构简单、功能完备、可靠性好.由于可编程控制器(plc)使用方便,可靠性极高,价格始终等优点,使得它在工业生产中的各个部门得到了广泛的应用.可编程控制器（plc）被广泛应用于工业控制部分，实现了生产过程的自动控制，有利于提高生产效率、保证产品质量、减轻劳动强度、提高经济效益。这既是发展plc工业的一个重要方向，也是各工业领域视线综合自动化及达到生产过程最佳控制的必由之路。 2.1 控制方式的选择对于包本机的控制方法有三种。即继电器控制、单片机控制、plc控制方式。 继电器控制方式为原始控制方式，它的优点是对操作员要求低，不用培训编程、计算机等方面知识。缺点是使用元件多、触点多、触点间转换频繁，故存在故障率高、修复量大等缺点。 单片机控制方式的优点是大量工作由计算机完成，节省劳动力，减少劳动强度。缺点是编程复杂，维护、校正程序无法在现场完成。plc控制方式优点是电气控制设备制造简单、运行可靠、维修方便、编程简单、可现场修改程序。2.2 系统的控制方案由于系统的控制核心部件是cpu，所以根据cpu选用的不同方式可以将系统的控制方案分为四种，下面就对这四种方案的情况和优缺点分别一一进行说明。2.2.1 单片机控制方案这种方案是采用单片机作为系统的控制核心单元，单片机是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计算机，由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故也称为单片微控器。通常，一个微计算机系统自微计算机与外部设备组成，它包含微处理器（cpu），存储器（存放程序指令或数据指令的rom、ram等），输入/输出口（i/o口）及其他功能部件如定时 /计数器、中断系统等。它们通过地址总线（ab）、数据总线（db）和控制总线（cb）连接起来。通过输入/输出口线与外部设备及外围芯片相连。cpu中配置有指令系统，计算机系统中配有驻机监控程序、系统操作软件及用户应用软件。一、单片机的特点在一块芯片上，故可以将其看成不带外部设备的微型计算机。它具有如下特点：（1）集成度的限制，片内存储器容量较小；一般rom小于4/8k由于单片机是把微型计算机主要部件都集成字节，ram小于256字节：但可在外部扩展，通常rom、ram可分别扩展至64k字节。（2）可靠性好。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声优于一般通用的cpu；程序指令及常数、表格固化在rom中不易破坏；许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。（3）易扩展。片内具有计算机正常运行所必须的部件。芯片外部有许多供扩展用三总线及并行、串行输入输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。(4)控制功能强，为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中均有极丰富的条件分支转移指令二、单片机方案的优缺点分析运用单片机控制方案，其系统结构简图如图所示，单片机虽然有一个五脏俱全的微计算机，但由于本身无自开发能力，必须借助开发工具来开发应用软件，以及对硬件系统进行诊断。另外，单片机内的rom比较小，所以在设计中系统必须在外面配置eprom电路和扩展电路，所以在该项目中运用该方案必须完成(1)硬件电路的设计、组装、调试；（2）应用软件的编制、调试；(3)应用软件的链接调试、固化、脱机运行。依据单片机目前的发展状况，该方案的优点是：(1)成本较低。由于现在单片机的价格相对都比较低，而且外围电路的元器件价格也不高，所以整体设计起来，成本比较低。(2)可以对外部存储容量根据需要进行扩展，设计可以相对比较灵活。(3)由于现存有许多已经设计很完善的子程序，在系统软件设计中可以直接调用，减少较大工作量。其缺点为：(1)系统硬件设计相对比较复杂，运用该方案，该系统硬件设计包含扩展电路部分和系统配置电路部分，所以该系统电路设计工作量相对较大，影响系统开发的时间。(2)系统的抗干扰能力相对较差，在系统设计中，虽然注意了芯片、器件选择、去耦滤波、电路板的布线，通道隔离以及屏蔽。但由于工厂的条件比较差，很难保证系统的可靠性和稳定性。(3)系统需要自己设计电源，而且不能保证系统的可靠运行。(4)维护维修相对比较麻烦，维修需要的时间也相对较长。2.2.2 工控机控制方案一、工控机控制的特点这种方案是以工控机作为控制系统的控制核心，在工控机机内外加一块运动控制卡(pmac)组成整个系统的控制单元。由于工控机(工业控制计算机)的结构和元器件，都是依据工业环境来选择设计的，它的功能与一般的pc机一样，但它具有以下特点：(1)可靠性高。一般的实时工业计算机控制系统，总是直接控制着工业过程的操作。一旦计算机系统发生故障，如果没有相应的措施，将会造成重大的损失。高可靠性指标，是在系统设计时就产生的故有特性，它要求在计算机系统设计时，要充分考虑到硬件结构的合理性，器件的筛选，高水平的生产工艺和提前老化等问题；而且软件设计时，则要做到结构清楚，无错误且稳定性好，抗干扰性强。(2)可维护性。这也是工业控制计算机系统的一个比较重要的特点。因为工业计算机控制系统的故障会影响工业过程的正常操作，所以一般要求在设计工业用计算机系统时，都会考虑到以下几个因素：a系统的结构合理，便于维修。例如，工业控制计算机中常用的std总线系统、vme总线系统、multtbus总线系统等。这些系统都是把各种模板从侧面插入机笼，然后把机笼固定在机柜中，机柜从侧面开门。如果系统出了故障，只要打开机柜侧门，拧开固定螺丝，就可以把模板抽出来，再把好的模板换进去，只用一两分钟到几分钟的时间，相反，pc机的机构就不便于维修。b系统所用的板级产品的一致性好。即便更换模板后，系统的运行状态及精度不受影响。c最好能够带电插拔电源。d软件和硬件的诊断功能强，这样可以大大减少故障查找时间。(3)工业控制计算机系统一般要求容许的工作环境比较恶劣，如工业温度高、湿度大、抗冲击可震动性强等。二、工控机控制方案的优缺点分析运用工业控制计算机控制方案，其结构简图如图所示，由于工业控制计算机对系统的控制是运用专用的软件来对硬件进行控制，所以需要设计者懂得计算机语言，并且熟悉系统的硬件接口，考虑到目前的工控机的迅速发展，该系统方案有如下优点：(1)工业控制计算机很容易相互进行网络传输，这样能够进行大规模数字处理分析，也便于运用网络进行远距离控制。(2)于工业控制计算机有很强的信息处理能力和很大的内存即硬盘存储空间，能够进行大量的数据和信号处理。(3)由于工业控制计算机的数字和信号处理能力很强，所以它能快速适应市场变化，能依据产品的变化，通过修改部分软件系统就能实现，同时可以随时运用新出现的软件系统对现有技术进行改造。(4)具有较强的抗干扰能力。(5)可视性较好，由于所有的工业控制计算机都有自己的显示器，其显示能力很强，所以该方案可视性也好。但其他存在如下缺点：(1)稳定性不非常理想。然工业控制计算机的硬件系统有很好的抗干扰能力，但由于所用的用户软件都是建立在已有的系统软件之上，现在的计算机软件系统都还无法避免不出现死机的情况。(2)对操作者有较高的技术要求。由于该方案采用的是工业控制计算机系统，这就对操作者要有相对较高的要求，需要操作者能够较熟练的使用计算机。(3)对维护维修人员技术要求也较高。由于整个系统由工业控制计算机控制，所以这要求维护维修人员具有一定的计算机基础知识，对计算机硬件要有较深的理解。(4)该方案整体成本也相对要高。由于工业控制计算机价格与单片机和plc相比价格相对较高，而且还必须外接一块运动控制卡，这样导致系统整体价格较高。2.2.3 plc控制方案可编程序控制器(plc)是一种以微电脑技术为核心的自动控制装置，它是微机技术和继电器常无偏见控制技术相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用数字控制的特殊计算机。因此，可编程序控制器的硬件配置与一般计算机类似。plc主要由电源、处理器(cpu)、输入/输出单元(i /o)、特殊输入/输出单元组成。可编程序控制器通常安装于一个通用的输入/输出框架上，装有cpu模块的框架称为基本框架，其他模块称为扩展框架。基本框架与扩展框架之间如果距离较近(一般不超过30m)，可以通过扩展本地输入/输出(i/o)并行通信口与多个本地扩展框架相连；如果距离较远(一般少于3000m)，可以通过远程i/o口连接。一、plc控制系统的特点plc之所以能够在工厂中广泛运用主要是由于其有如下特点：(1)编程简单。plc是面向用户的设备，因此大部分的plc都充分考虑到现场工程人员的技能与习惯，尽可能采用简单易行的编程语言，例如用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。(2)控制系统简单， 通用性强。无论是哪个公司生产的plc，其种类都非常多，它们通过相互组合就可组成各种大小和不同要求的控制系统。在构成可编程序控制器系统时，只需要在其i/o组件的端子上接入相应的输入输出线即可不需要大量电子器件和复杂的硬件连线线路。(3)抗干扰能力强，可靠性高。微机系统虽然具有很强的功能，但抗干扰能力较差，工业现场的电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化，都有可能使微机系统不能正常工作。而可编程序控制器是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中采用了多层次的抗干扰措施；并精选元器件，可在恶劣的环境下工作。plc的平均故障时间通常在2万小时以上，这是一般微机不能比拟的。(4)体积小，维护方便。plc体积小、重量轻，非常便于安装。一般的plc都具有自诊功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，使操作人员检查、判断故障迅速方便。另外，目前大部分plc控制系统都采用模块化结构，接线很少，在查出问题后，只须更换模块即可，因此维护很方便。(5)缩短了设计、施工、投产调试的周期。采用继电器控制系统完成一项控制工程，必须首先按工艺要求设计出电气原理图，然后画出继电器控制柜的布置及接线图，才能提供订货，而且一旦设计完成，再修改非常不便。采用plc控制系统由于其软件硬件配置均采用模块化、积木式结构，且都已经商品化，只需要按要求选用各种组件组装，而大量具体的程序编制工作可以在硬件到货后进行，即缩短了设计周期，还可以使设计施工同时进行。二、plc方案的优缺点分析运用plc控制方案，由于可编程序控制器设计方面的许多特点，其有如下优缺点：(1)该方案有很强的抗干扰能力，高可靠性、高稳定性。这也是可编程序控制器的设计基本要求。(2)操作、维护、维修方便。因为该系统基本上是开关量控制，与以往的机床控制基本相同，而且整个系统是模块化设计，所以维护维修很方便。(3)软件编程容易。由于可编程序控制器的编程语言是梯形图，其设计目的是为了便于学习和编程。而且其编译工具也很容易掌握。(4)减少开发周期。由于整个系统的硬件设计相对很少，所以整个系统硬件设计工作量相对也少。而软件编程也相对较容易，这样开发周期就变短。(5)成本比较低。由于现在plc的价格不是很高，而且基本能完成所需要的功能。所以成本也较低。但其也存在一定的缺点：(1)系统容量比较小。可编程序控制器的数据容量和程序容量一般比较小，如果用大的容量plc，由于需要的输入口和输出口比较少，这对资源也是一种浪费。而且增加系统的成本。(2)系统的计算功能较弱。因为系统是采用周期扫描，如果计算的量太大，这样会导致整个程序扫描周期变的很长，会导致系统无法正常工作。(3)加工品种一般比较固定，柔性不好。由于系统计算功能不是很强，所以控制过程中，需要将控制的所需要的许多数据量固化在数据和程序存储器中，而不是采用输入工件参数后系统自动生成的方法，所以柔性较差。2.3 plc的选择 plc的生产厂家有很多，例如施奈德公司，quantum、premium、momentum等；罗克韦尔（a-b公司），slc、micrologix、control logix等：西门子公司，simatic s7-400/300/200系列；日本日立、欧姆龙、三菱、富士、松下等。这些公司的产品各有特点：2.3.1 西门子公司的plc西门子公司是欧洲最大的电子，电器制造商。其电子电气产品精良，享誉中外。在大中型plc市场上，西门子公司和a-b公司的产品几乎平分秋色。在2000年推出的全新系列plc产品在小型plc市场上像日本产品提出了严峻的挑战。其产品有s7-200子系列、s-300子系列、s-400子系列等。它们的应用领域极为广泛，覆盖所有与自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。2.3.2 三菱小型plc三菱小型可编程序控制器分f、f1、fx0、fxon、fx2c几个系列。其中f系列早期的产品，fx系列plc又分为四个大类即fx2、fx2x、fx0n。fx系列plc是由基本单元、扩展单元及特殊功能单元构成的。基本单元包括cpu、存储器、i/o和电源，是plc的主要部分；扩展单元式扩展i/o点数的装置，内部有电源：扩展模块用于增加i/o点数和改变i/o点数的比例，内部无电源，由基本单元和扩展供给。扩展单元和扩展模块内无cpu，必须与基本单元一起使用。特殊功能单元是一些特殊用途的装置。 2.3.3 omron的plc日本欧姆龙(omron)公司生产控制设备已有50多年的历史了，现在是具有全球性生产、销售及用户服务的公司。其产品包括种类齐全的工业控制元件、电力、机械加工及石油化工等各个行业中，该公司以良好的产品性能和低廉的价格，占据了我国自动控制产品市场的较大份额。欧姆龙sysmac c系列plc拥有微型、小型、中型及大型四大类共十几个型号。微型plc的代表产品是以c20p和c20位代表，采用整体式结构，最大i/o点数140点，是一种廉价的plc产品。小型plc以c120和c200h系列两类作为代表，采用紧凑模块化结构，最大i/o点数为480点，其中c200h还具有远程i/o系统，可将其i/o点数扩展至1792点，是一种模块化、高性能的plc。中型plc有c500和c1000h两种，最大i/o点数分别为512点和1024点。大型plc产品是c2000h，最大i/o点数2048点。cpm1a在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型plc所具有的功能，尽可能使安装空间最小化，并实现了具有10点-100点输入输出点数的弹性构成。而且还可连接可编程控制终端，创造了尚无前例的灵活运用。它不仅可以替代继电器控制柜，就是作为小型控制器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求。输入信号范围:0-10v/1-5v/4-20ma。输出信号范围:0-10v/-10-10v/4-20m。分辨率:1/256。精度:1.0%(满量程)。2.3.4 本设计plc的选用plc的选用与继电器控制系统的元件选用不同，继电器系统元件的选用，必须要在设计结束之后才能订出各种元件的型号、规格和数量以及确定控制盘、控制柜的大小等。而plc的选用则在应用设计的开始即可根据工艺提供的资料及控制要求等先进行。plc的选用一般从以下几个方面考虑。（1）满足被控对象的要求基本原则是需要什么功能，就选用具有什么样功能的plc，同时也适当地兼顾维修、备件的通用性以及今后设备的改进和发展。一般小型plc只具有逻辑运算、计时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备，一般小型plc即可满足控制要求。用于开关量控制，plc 的扫描速度无需考虑，一般都可以满足要求。如果被控对象以开关领控制为主，同时还需要少量控制量的控制，则可考虑选用小容量、高性能的机型，如omron的c40h，三菱fx2，西门子s5-100u，日立的e系列等机型，这类plc除开关量外，还具有算术运算、a/d、d/a转换、bcd码处理功能。（2）plc的容量选择 plc的容量包括两个方面：一是i/o点数。二是用户存储器的容量。多数小型极为整体式，同一型号的整体式plc，除按点数分成许多档以外，并配以不同点数的i/o扩展单元，来满足对i/o点数的不同需要。例如三菱fx2型plc，主机分成10点、24点、32点、64点、80点、128点六档，同时配以i/o点数的8点、10点、24点三种i/o扩展模块。omron c20h plc有i/o点数140个，同时具有扩展模块。西门子s5-100u型plc的i/o点可达256点，有较强的模拟量控制功能。使用于较大型机械设备，不适于本机。 对于一个被控对象，所用的i/o点数不会轻易变化，但考虑到工艺和设备的改动，或i/o点的损坏/故障等，一般应考虑留有10%15%的余量。用户按控制要求编写的应用程序应存入用户程序存储器中。用户程序存储器的容量以步（或字）为单位，每步可以贮存一条指令。用户所需要程序存储器的容量在编好程序后虽然可以准确计算出来，但在设计刚开始时往往办不到，因此常先估算在选用plc的型号。根据plc开关量i/o模块的选择原则，三菱fx2型plc和omron的plc都符合要求，但是omron的plc的可靠性更好。由于其结构更紧凑，指令运行时间短，机器运行速度快，生产效率高，抗干扰能力强，易维修和维护，而且它价格便宜，灵活性和性价比都比较高，所以本设计决定选用omron的plc，可以满足包本机控制系统的要求。第三章 plc的结构与原理 plc 是 programmable controller 的简称，中文译作可编程序控制器，也有的叫可编程控制器。可编程序控制器是工业控制电路的集成模块，plc 有把工业控制电路简易化、小型化、可靠性高、安装调试方便等优点。只要更改程序，就可改变内部控制电路，使内部电路更改方便，完善的接口，使各种设备都可与之连接，是取代电脑工控机的最佳选择。plc可编程序控制器：plc英文全称programmable logic controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.3.1 plc的基本结构3.1.1 plc的基本结构plc由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。其结构框图如图2-1。编程器中央处理单元（cpu） 输入单元输出单元，电路电源系统程序存储器用户程序存储器图21 plc结构简化框图1.中央处理单元是plc的控制中枢，核心部件，其性能决定了plc的性能。 组成：由控制器，运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线，数据总线，控制总线，与存储器的输入，输出接口电路相连。2.存储器是具有记忆功能的半导体电路。作用：存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其它一些信息。系统程序：控制plc完成各种功能的程序，由plc生产厂家编写，并固化到只读式存储器rom中，用户不能访问。用户程序：用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的程序。通过编程器输入到plc的随机存储器ram中，允许修改，由用户启动运行。rom为只读存储器，存放plc制造厂家写入的系统程序，并永远驻留在rom中，plc去电后再上电，rom内容不变。ram为可读写的存储器，读出时其内容不被破坏，写入时，新写入的内容覆盖原有的内容。为防止掉电后信息丢失，配有后备锂电池。除此而外，plc还有eprom、eeprom存储器。3.输入单元是plc与工业生产现场被控设备相连的输入接口，是现场信号进入plc的桥梁。作 用：接收主令元件，检测元件传来的信号。输入类型：直流输入，交流输入，交直流输入。输入接口采用光电耦合电路，目的是把plc与现场电路隔离，提高plc的抗干扰能力。接口电路内部有滤波，电平转移，信号锁存电路。各plc生产厂家都提供了多种形式的i/o部件或模块供用户选用。4.输出单元也是plc与现场设备之间的连接部件，把输出信号送给控制对象的输出接口。作用：将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件。输出类型：继电器输出，晶体管输出，晶闸管输出。输出接口电路也采用光电耦合，每一点输出都有一个内部电路，由指示电路，隔离电路，继电器组成。输出接口电路也有输出状态锁存、显示、电平转移和输出接线端子排，输出部件或模块也有多种类型供选用。5.电源作用：将交流电转换成plc内部所需的直流电源。类型：目前大部分plc采用开关式稳压电源供电。plc除上述五部分外，随机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程，实现监控以及网络通讯，常用的外部设备有编程器，打印机，盒式磁带录音机，计算机等。3.2 plc的工作方式plc是通过一种周期工作方式来完成控制的，每个工作周期分为输入扫描、程序执行、输出刷新三个阶段。输入扫描阶段：当plc开始周期工作时，cpu首先以扫描方式读入所有输入端的开关信号状态（闭合为“1”，断开为“0”），并逐一存入输入映像区（寄存器）。输入映像区的位数与输入端子数目相对应，输入采样结束后转入程序执行阶段。程序执行阶段：组成程序的每条指令是按顺序依次存入存储器中的，这个顺序号称为步序，在程序执行时，从0步开始顺序执行程序指令。执行指令时，若涉及输入或输出状态，就从输入映像区或输出映像区的某对应位读入，然后进行逻辑运算，运行结果存入各元件的映像区中。输出刷新阶段：在所有的指令执行完毕后，将输出映像区中各输出继电器的0/1状态传送至输出锁存区，驱动微型功率继电器形成plc的实际输出。plc经过这三个阶段的工作过程，称为一个工作周期，之后，步序恢复为0，plc又重新执行上述过程，周而复始的进行。从plc的工作过程可知，当plc工作进入程序执行阶段时，即使输入状态变化，输入映像区的内容也不会变化，这些变化只能在下一工作周期的输入采样阶段才被读入。同理，存于输出映像区中的输出继电器信号，要待输出刷新阶段才能输出给输出部件。因此，输入输出的改变，需要经过一个工作周期，或者说，输入、输出状态的保持为一个工作周期。plc工作周期的长短，主要取决于程序长短，一般plc工作周期为2040毫秒，这对一般工作设备没有什么影响，例如用接触器控制一台电动机，从电流流入接触器线圈，使触头完成动作需要3040毫秒左右，因此，plc的周期工作方式在实际应用中其速度在多数情况下是不成问题的。从plc的周期工作方式可见，plc与继电接触器控制的工作方式不同，对于继电接触器电路，全部电器动作可以看成是平行执行的，或者说是同时执行的；而plc是以周期方式工作，即串行方式工作，plc的电器动作按串行工作方式可避免继电接触器控制方式的触点“竞争”和“时序失配”问题。最初研制生产的plc主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而plc扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，plc采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术。这样在对于i/o响应要求不高的场合，plc与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。第四章 硬件电路设计包本机的主要工艺流程为：人工供给书芯、铣背、划槽、刷背胶、匀胶及刷侧胶、自动供给封皮、压痕、包书及收书，最终人工堆集等工序；如果能准确控制这些过程 ，包本机就可以正常运行。本设计的包本机采用十三个书夹的胶订包本设备，电气部分采用具有国际先进水平并获ce或ul认证的变频调速器、可编程控制、代pid参数调节的温度控制器以及光电开关，电感式接近开关。具有无级调速自动上书皮、加热时间定时控制、加热温度自动控制、书芯书皮检测、故障指示、声音报警等功能。椭圆轨道上含有13个匀布的书夹，书夹夹住集合的书芯，并连续将其从一个机组传送到另一个机组。手工把书芯投入正处在运动状态的书夹中，书背向下落在书芯托板上，随后书夹闭合，夹紧的书芯被带入高速旋转的铣背机组，铣去书背折页重叠部分，使书背变得平整，随之又被带入可变频调速的划槽机组，使之在书背的平整面上划出呈一定规则的沟槽线。同时将铣去及划槽去掉的纸屑吸入纸屑袋中。然后，书芯又被带入背胶、匀胶、侧胶机组。书芯再通过该机组时，在书芯的背剂量侧面均涂上一层胶后又被送往包本机组。与此同时，上封皮机组早已将压出四条折痕（如封皮薄或不需要可以不用压痕）的一张封皮备好与已刷好胶的书芯同步到达包本机组，先粘封皮，下工位包书，随后书夹打开，将已包好的书本立式落下，最终人工收集堆放。4.1 拖动电路设计4.1.1 主机电气原理说明主电机m1是书夹、主胶、侧胶、包本部、上书皮、收书部等运动的动力源。主机调速器ua用来调节主电机的调速，即改变主机运转速度。主机点动/停止按钮s2a，在具备开车条件情况下，首先按一下19准备/连动钮，这时蜂鸣器鸣响并持