卫生纸分切机PLC控制系统的设计.doc

分 类 号： 单位代码： 毕业论文（设计）卫生纸分切机PLC控制系统的设计摘 要分切机是将宽幅材料进一步加工成后续生产工艺所需宽度的产品的一种工序，本文提出PLC为核心，结合步进电机实现位置控制方法，以及通过指拨开关实现简单参数设定，对试剂片分切机进行改造，从而保证分切机实现精确进给。电气传动系统采用可编程控制器(PLC)和变频器控制技术具有良好实用前景，既能提高自动化水平，还是节能高效，对提高系统的运行管理水平、减轻环境污染都会起到很好的作用。目前国内的中小型企业只有一部份采用 PLC 控制，所以推广应用这些新技术、新设备的任务仍是十分繁重。采用三菱公司的可编程控制器对该分切机设计。系统中由三菱PLC完成数据的采集和电动机等设备的控制任务。使用FX2N可编程控制器的编程软件GX Developer 8.0进行编程编制，模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少了软件的开发和维护工作量。关键词：分切机 电气控制 PLC ABSTRACTSlitter wide material is further processed into the production process of a subsequent step width of the product required, we propose PLC as the core, combined with stepper motor position control method, and by the DIP switch is simple parameter setting, for reagent tablets Slitter transformation, thus ensuring precise cutting machine infeed.Electric transmission system using a programmable controller (PLC) and the inverter control technology has a good practical prospects, both to improve the level of automation, or energy efficient, to improve the systems operation and management level, reduce environmental pollution will play a good role. At present, only a part of the small and medium enterprises with PLC control, so to promote the application of these new technologies, new equipment, the task is still very heavy.Mitsubishi PLC using the cutting machine design. System control tasks performed by Mitsubishi PLC and other data acquisition and motor equipment. Use FX2N PLC programming software GX Developer 8.0 compiled programming, modular programming method uses a lot of code reuse, reduce software development and maintenance.Key words: Slitter Electrical Control PLC 1目 录第一章绪论11.1 目前分切机的控制水平11.2 分切机的张力控制方法11.3 课题研究的主要内容2第二章 分切机的概述32.1 卫生纸分切机的概述32.2 卫生纸分切机控制研究3第三章 可编程序控制器工作原理43.1 可编程序控制器简介43.2 可编程序控制器的结构43.3 可编程序控制器的工作原理4第四章 卫生纸分切机控制系统设计54.1 控制系统整体结构54.2 系统设计74.4 PLC 设置10结 论11参考文献13谢 辞14临沂大学2014届本科毕业设计第一章 绪论1.1 目前分切机的控制水平在与多家国际品牌，目前我国的切割机（如德国，英国，意大利，美国康普该阿特拉斯，日本富士，泰坦）仍有较大差距,海内所生产的分切机自动化水准还停留在中下游水平上，虽然说对国内外把持原器件运用已非常普及,价钱也较低廉,但国内分切机厂家在使用时, 了解切工艺和材料性能的发展远远落后于发达国家水平的深度，尤其是缺乏有机结合的控制系统和机械结构，和切割材料，在这个意义上，在粗线大部分仍留在国内切割机，切割机的控制系统的严密性、合理性没有更深入的了解。在当今时代，科学技术飞速发展，随着现代包装机械的发展，以满足现代消费者对产品包装的需求，优良品种。随着人们对包装机械的高自动化、人性化和较高的安全可靠性等需求也愈来愈高,伴随着计算机在工业领域应用的日渐普及, 同时，微电子技术的应用，新的传感技术，信息处理技术，新技术，新材料技术和微型计算机技术迅速渗透到包装机械制造领域，这反映出我国现代包装机械向高科技水平发展。随着工业控制技术的提高,特别是是微电子技术的高速发展,微处理器与可编程控制器等大规模集成电路的宽泛应用,将它们与传统工业控制相结合,加速了工业自动化水平的提高。在可编程逻辑控制器的使用越来越多的工业过程控制和实时控制，取得了良好的效果。世界上最先进的工厂的节奏，富士，德科对提高产品质量和性能的代表，主要从以下几个方面：1采用FPC(灵活方式控制系统)2采用对话式键盘操作,同时数据化显示卷取数据,3使操作不会因人而异4高性能的废边卷绕机构5高品质的磨擦传动轴6操作方便可靠、更加人性化、外形美观大方总之,控制先进、操作方便可靠、更加人性化、高效节能、外形简洁美观是目前分切机的发展趋势。1.2 分切机的张力控制方法张力控制在实际生产过程中,根据调节手段分类,常用张力控制方式又可以分为三种:手动控制方式、半自动控制方式和全自动控制方式。(1)手动控制:以收卷或放卷的卷径变化而分阶段调整离合器或制动器的激励电流,从而获得一致的张力,用户必须随时检查被控材料的张力,随时调节输出力矩,这种控制方式是一种手动开环控制模式,仅适用于一些低速的复合机、印刷机、挤出机、分切机、卷绕机械等张力控制要求不高的场合。(2)半自动控制: 利用超声波原理等自动检出卷径，从而调整卷料张力，例如：美国Montalvo（蒙特福）公司U3500型超声波张力控制器，从本质上来讲是一种张力的半闭环控制，不仅可以自动测出卷经、控制扭矩输出，同时还具有缓冲启动、防松卷和惯性补偿等功能。该方案的实施成本较低，因此在中档机械中应用广泛。(3)全自动控制: 一般也有两种检测方式。一种是通过张力传感器测定卷材的张力，然后由控制器自动调整离合器或制动器来控制卷料张力。这种方式是张力的全闭环控制，原理上来讲，此种方案能够实时反映出张力的变化因此控制精度最高，因此一些高档的精轧机、高速分切机等冶金上采用全自动的张力控制系统。(1)直接张力控制系统又称反馈控，又可以分为AB两种（A）利用如张力仪等传感器检测实际张力，将测量值作为反馈信号，构成张力闭环系统，即将测量的实际值与给定张力相比较，由偏差产生控制作用，使实际张力与给定张力相等。视传感器结构不同，还可分为位置式和反馈式控制 （B）利用活套建立张力，测量活套量，构成活套反馈控制系统，控制活套量恒定使产品张力恒定。这种张力控制法适用于高精度、高速度的张力控制场合，具有控制精度高、实时性能好等优点。(2)间接张力控制系统又称补偿控制，它通过对影响张力稳定的参数的调节补偿可能出现的张力变化，间接地保持张力稳定，即只给定张力设定值，不用检测器采集张力的实际值，对张力不形成闭环控制，而是通过对被控机即驱动电机的电流或励磁电流的控制来间接对张力进行恒定控制，从而使电动机力矩保持不变，保证被卷取产品的张力恒定。1.3 课题研究的主要内容电气传动系统采用PLC和变频器控制技术具有良好实用前景，既能提高自动化水平，又能提高系统的运行管理水平、减轻环境污染。1、通过查阅资料调查了解我国分切机的应用现状、存在的主要问题，以及使PLC和变频调速技术进行设计的效益情况。 2、对日本三菱FX系列为代表的PLC硬件结构和编程语言进行深刻研习，掌握其主要特点、编程方法和 FX2N的主要技术指标。 3、对变频调速器（主要是华为 TD2000 系列）的构造和控制方法进行深入的学习和研究，掌握其主要的特点和正确的使用方法。 4、对分切机的工作原理和控制、操作过程进行深入学习和研究。第二章 分切机的概述2.1 卫生纸分切机的概述卫生纸分切机又称为盘纸分切机用于将大轴原纸复卷分切成不同规格的盘纸。 切纸机的优点：切割边缘整齐，复卷松紧适宜，宽度可调，操作简单，维修方便，切割圆刀气动升降，采用电磁滑差电机驱动，调整。该分切机由放卷机构、纠偏机构、牵引机构、吹边机构、切害机构、收卷机构、卸料机构、各功能辊以及张力控制和检测装置组成，图2-1所示的分切机图片。该分切机的工作原理为:原料存放在放卷机构上，工作时，其原料经展平辊、张力检测辊、辅能辊、纠偏系统进人切割机构。原材料经分切后，收卷机构进入生产符合标准要求用户滚动。图 2-1 分切机基本结构图 其中，1为放卷机构，2为纠偏机构，3为牵引机构，4为吹边机构，5为分切刀，6为收卷压辊,7为收卷，8为卸料。2.2 卫生纸分切机控制研究分切机必须保证快速启动的恒张力，快速停止和连续速度控制，膜的折叠，或切割机卷或撕裂，影响产品质量和生产效率。 分切机的电气系统应具备如下功能:控制分切机程序动作，如开车、停车、自停、故障刹车等，以确保在生产加工过程中张力恒定以及分切机整车运行速度稳定。同时应具备人机对话交互功能，在运行过程中能够对工艺参数进行设置和显示，并能够根据生产加工的工艺要求，在上位机上对工艺参数实现修改，包括运行速度、停车长度、张力、线压力开关等，显示实际车速、实际长度、卷取辊径、放卷辊径等。第三章 可编程序控制器工作原理3.1 可编程序控制器简介可编程序控制器，简称PLC。它是20世纪70年代以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业设备。它具有可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小质量轻等优点，国外已广泛应用与自动控制的各个领域，并以成为实现工业自动化的支柱产品。1987年2月，国际电工委员会（IEC）草案，定义可编程序控制器：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式和模拟式输入和输出，控制各种类型机械和生产过程。”3.2 可编程序控制器的结构PLC实质上是一种专用的计算机控制系统，它与一般计算机的结构及组成相似，为了便于接线、扩充功能，便于操作与维护，以及提高系统的抗干扰能力，其结构及组成又与一般计算机有所区别，其典型结构如图 3-1 所示。图3-1 可编程序控制器的结构图3.3 可编程序控制器的工作原理 3.3.1 PLC 的工作方式PLC 是以执行用户程序来实现控制要求的，在存储器中设置输入映像寄存器区和输出映像寄存器区（统称I/O映像区），分别存放执行程序之前的各输入状态和执行过程中的各结果的状态。PLC对用户程序的执行是以循环扫描方式进行。PLC这种运行程序的方式与微型计算机相比有较大的不同。微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束；而PLC从0000号存储地址锁存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，直到END指令结束，然后再从头开始执行，并周而复始地重复，直到停机或从运行切换到停止工作状态。PLC每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。实际上，PLC 扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断、通信服务、执行用户程序三个大的阶段。1、自诊断。PLC 上电以后，每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括 I/O 部分、存储器、CPU 等，并且通过 CPU 设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，发现异常则停机显示出错。若自诊断正常，继续向下扫描。 2、通信服务。PLC 检查是否有编程器、计算机等的通信要求，若有则进行相应处理。 3、执行用户程序。具体包括：输入处理、程序处理和输出处理三个阶段。3.3.2 PLC 对用户程序的执行过程可编程控制器对用户程序的执行主要按三个扫描阶段进行：1、输入处理。PLC 在输入采样阶段，首先按顺序扫描输入端子，把所有外部输入电路的接通或者断开状态读入到输入映像寄存器，此时输入映像寄存器被刷新。在程序执行阶段和输出阶段中，输入映像寄存器与外界隔离，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才被重新读入的输入信号刷新。2、程序执行。PLC 在程序执行阶段，在在无中断或跳转的情况下，根据梯形图程序从首地址开始按自上而下、从左到右的顺序逐条扫描执行，从输入状态映像区中读取输入信号的状态，经过相应的运算处理后，将结果写入“输出状态映像区”。 3、输出处理。当所有指令执行完毕后，进入输出刷新阶段，CPU将输出映像寄存器中的内容集中转存到输出锁存器，然后传送到个相应的输出端子，最后在驱动实际输出负载，这才是PLC的实际输出，这是一种集中输出的方式。输出设备的状态要保持一个扫描周期。第四章 卫生纸分切机控制系统设计4.1 控制系统整体结构 采用三菱公司PLC集中控制（内置2轴位置控制功能、高速计数功能等，编程软件采用梯形图），采用TAMAGAWA公司的五相步进电机及步进电机控制器，步进角为0.72度,既每500脉冲/转.另外用指拨开关设定分切长度参数。图1为设备的构成原理图。试剂片卷料经进给轮，移送相应长度后，分切电机动作，带动切刀，将试剂片卷料切成小片电气系统的结构框图如图 5-1 所示：图 4-2 分切机控制系统框图4.2 系统设计因为本系统只有一台步进电机，所以只有1轴位置控制，其中Y0为PLC位置通道1的脉冲输出端子。利用速度及位置控制指令可以方便的实现步进电机的转速，旋转量等的控制，从而控制分切的长度。并且进给轮连续运行，不须要原点复位及绝对值位置控制。只要在原来的基础上相对位移多长的距离就可以了。步进电机与进给轮用1：1驱动。而步进电机为500脉冲/转。知道需要步进的距离，及进给轮的半径就可以计算需要多少个脉冲。本设计中进给轮周长为50mm，即每个脉冲为0.1mm。本设计中对于步进的精度要求不是很高，0.1已经足够。若要提高精度，可以采用闭环控制。分切机I/O表序号输入序号输出1X0/(1)1Y0步进电机驱动2X1启动/(2)2Y1主电机3X2停止/（4）3Y2数据输入继电器4X3点动/（8）4Y3频率个位5X4进给信号5Y4频率十位6X5凸轮信号6Y5步数个位7X6定位凸轮7Y6步数十位8X7数据输入按钮8Y7数据输入/主控指令转换表 5-1分切机I/O表因为为了节约成本选用PLCI/O口比较少，对I/O口进行复用，X0-4作为主控与指拨开关的8421复用，通过Y2控制一个4组触点的继电器切换；Y3-Y6是指拨开关的分时输入控制。程序中较多的地方应考虑32位数据的计算。脉冲数量的计算：500/周长=每mm的脉冲数每mm脉冲数*步进距离=总脉冲数S为参数表首地址,n为指定脉冲输出端,n只能为0或1,n=0时,输出端为Y0,方向控制端为Y2,原点输入端为X0.n=1时输出端为Y1,方向控制端为Y3,原点输入端为X1。表 5-2 指令参数设置表地址编号设定内容命令代码（低8位）工作方式命令代码高8位设定脉冲的占空比，当设为H0时50%，H1时固定脉宽，其他为0.1%，第8为与高8位组合组成首地址。首地址S命令代码H00不使用相对值方向输出S+1最小速度脉冲频率H02使用相对值方向输出，正向off,反向onS+2最大速度脉冲频率H03使用相对值方向输出，正向off,反向onS+3加减速时间H10不使用绝对值方向输出S+4目标脉冲数低位H12使用绝对值方向输出，正向off,反向onS+5目标脉冲数高位H13使用绝对值方向输出，正向off,反向onH20不使用原点返回方向输出S+6停止频率H22原点返回方向输出offH23原点返回方向输出on4.2.1 电动机主电路设计控制系统设计时，只是将主拖动的直流电动机变换为输出力矩相等的变频调速电动机型号为 YBP315-8，功率为 55kW。各电动机主电路如图 4-3 所示。4.4 PLC 设置本控制系统共有输入设备 34 个，输出设备 26 个。根据此数据，并考虑一定的余量，选择 FX2N-80MR 型 PLC。FX2N是三菱公司 FX 系列 P