基于PLC的小型包装机控制系统设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 基于 PLC 的小型包装机控制系统设计指 导 教 师 :2013 年 3 月 20 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一、研究的背景及意义自 2003 年以来,中国糖果市场一直保持着 8%12%的增长速度,比全球糖果市场年均增长速度高出近 6 个百分点,成为食品工业中快速发展的行业之一 1。2008 年,虽然受到三聚氰胺事件冲击,部分奶糖销售量下滑,但市场总体仍保持了增长趋势。预计今后数年内,糖果行业将保持 10%左右的增长速度。此外,我国目前人均年糖果消费量为1.16kg,与北美、西欧、澳大利亚等国家人均年消费量 9.36kg2相比,存在巨大差距,表明我国糖果产业具有很大的发展潜力和良好的发展空间。糖果包装是糖果生产过程中的一个重要环节，封装的速度和精度直接影响企业生产的效率和效益。二、研究的现状及发展趋势1）国外包装机现状包装机械系集机、电、气、光、生、磁为一体的机械电子设备。近年，世界四大包装机械强国美、日、德、意加大技术开发力度，使智能化、高效化、资源高利用化的高新产品不断涌现 3 。提高自动化程度是包装机械发展最重要的趋势。品种和产量均居世界之首的美国十分重视包装机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制，将自动化操作程序、数据收集系统、自动检验系统更多应用于包装机械之中。日本则善长于微电子技术，用以控制包装机械，有效地促进了无人操作和自动化程序的提高。在计量、制造和技术性能等方面居于世界领先地位的德国也高度重视提高自动化程度。几年前，德国包装机械系统设计时，自动化技术在整个系统操作及运行中还只占30，现在已占到 50以上 15。2）国外糖果包装机现状及发展趋势随着国外糖果制造业的迅速发展，糖果制品的品种和样式层出不穷，日益新颖。为了适合市场变化的需要，大规模地提高劳动生产率，糖果包装机械制造商不得不经常设计和改进各种形式的糖果包装机。在充满竞争色彩资本主义国家，包装机制造商各有千秋，互不逊色。就糖果包装机而言，要数美国、西德、意大利和英国名列前茅。这些国家的包装机制造商一般都有四五十年历史，可称得上经验丰富，名不虚传。纵观门类繁多的包装机，各有不同的特点，概括为三点：一在保持中速稳定的基础上，向高速包装前进。二同一部机器包装花样多种。即使单一品种的包装机器，可包尺寸范围也比较大。三采用多层包装，一般为三层。一般来说，世界各国糖果制造商采用的糖果包装机以中速的多。日本国内糖果包装机虽然形式多样，但特别高速的却少见，一般都在 400-600 转/分，机器运转正常，稳定性好。3）我国糖果包装机现状我国糖果和巧克力行业的生产历史不过半个世纪。其产品包装经历了从手工包装、半机械化包装、连续化机械包装阶段,到目前已有部分大企业引进国外先进的自动化包装机,实现了包装自动化。在发展的过程中也仍有部分小企业还在沿用手工包装,但随着包装技术的发展,手工包装会越来越少 4。糖果、巧克力制造商在对标准化的产品包装时,一般需要高速、自动化的包装机,以追求规模经济的包装成本优化。在包装机上,通常采用全伺服电机、光电跟踪、高速摄像等当今最新的技术,以提高包装机效能,目前已有每分钟 15002000 粒的高速枕式硬糖包装机 5。整个设备可以分为三大部分：生产线送糖部分，糖果包装部分，包装纸部分。生产送糖部分直接与糖果生产线相连，通过传送带将糖果送至糖果包装部分入口处。糖果包装部分是周期性的重复动作。整个包糖过程包括如下几个步骤：推糖送纸包装喷胶传送粘合成品。4） PLC 与组态软件相结合可编程序控制器 PLC 是以微处理机为基础并综合了计算机技术 、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是计算机技术应用于控制领域的新产品 9。它与 CADCAM、机器人技术一起被称为当代工业自动化的三大支柱，以高可靠性 、易操作性 、灵活性等优点在现代工业控制领域得到广泛的应用。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准 6。PLC 的编程语言包括以下五种：梯形图语言、指令表语言、功能模块图语言、顺序功能流程图语言及结构化文本语言8。PLC 控制系统的开发周期一般要经过系统功能分析、确定 IO 点数，PLC 选型，地址分配，编写控制程序，现场调试，编制技术文件等过程，其中编写控制程序和现场调试将占用开发周期的大部分时间 7。程序编写完成后，要对程序的可行性及控制功能正确与否进行调试和必要的测试。在现场调试阶段 ，PLC 将与实际被控对象联调，控制实际被控对象产生动作 ，以检验程序及整个系统运行是否满足预定的控制要求。由于编制的 PLC 软件可能不是十分完善，所以调试的一个主要内容，就是要排除编程中的一些错误及考虑不周的程序缺陷。现场调试过程中还需要组织大量人力物力 ，为系统的调试提供各种保障，现场调试不成功时则需要反复修改测试，所以采用这种传统方法对 PLC 控制系统的调试，存在既繁琐又费时费力且具有一定风险的缺点。目前的软 PLC 系统只做到了控制系统的最底层的控制层和策略层，但对位于控制系统上层的监控层和管理层的功能还有待开发 10。市场上出现了一些遵循 IEC611313 标准编程环境的软 PLC， 但这些系统只提供了对控制程序的编程以及对 IO 口的逻辑控制，没有提供完善的实时监控、数据趋势、生成报表和报警等解决方案 16。近年来组态软件发展迅速，品种繁多，国外的产品有 FIX、Intouch 等 11。这些软件虽然功能强大但价格昂贵，以力控等为代表的国产组态软件吸引了国外软件的优点，在功能上等同于国外组态软件，而且具有全中文菜单，符合国人思维习惯，便于使用开发，性价比高，近年来得到了广泛的应用。力控组态软件是对现场生产数据进行采集与工程控制的专用软件，同其他软件一样，其最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式进行系统集成 13。它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态” ，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大提高了集成效率 12。三、总结糖果机的发展方兴未艾， “多功能一体化”是糖果包装机的发展趋势。在糖果机的控制系统设计中，如果采用组态软件和 PLC 控制系统相结合，通过计算机全真模拟被控对象，在计算机上对整个 PLC 控制系统进行模拟调试，在仿真状态中直观地对PLC 控制系统程序的错误和缺陷进行检测和修正，待程序完全正确时，再进行现场实际联机调试，将大大提高现场调试的效率，降低系统调试的费用和风险 14。参考文献:1 中国投资咨询网. 2009-2012 年中国糖果、巧克力行业投资分析及前景预测报告(上中下卷)M.北京:中投顾问,2008.2 蔡云升.国内外糖果生产及包装发展趋势J.中国食品工业, 2006,(8):17-19.3 J.E.Shigley，Theory of machines and mechanisms .Jr.McGraw-Hill Book company,19880:448452.4 何南至,蒋德福.我国食品和包装机械发展的思考J.包装世界, 2009,(1):2829.5 包燕敏.软包装和食品包装安全性J.上海包装,2008,(2):16-17.6 杨庆柏PLC 的发展方向1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 78, 11.7 郭世钢. PLC 的人机接口与编程J.微计算机信息, 2006,(19): 4244.Guo Shigang. The interface between the human and the machine and the programming forPLCJ.Microcomputer Information, 2006,(19): 4244.8 路林吉，王坚，江龙康可编程控制器原理及应用M北京：清华大学出版社，20029 KeVin HIqqinsP1ant controls building blockFood Engineering20046，Vr0176，lss6，pg85，4pgs10 马远佳，秦付军基于 PC 的软 PLC 与组态软件接口的研究 J 工业控制计算机 ，2009，22（3）：12.11 孙日升，孙自强.力控组态软件在网络虚拟实验室中的应用.第七届工业仪表及自动化学术会议，2006.12 袁云龙 .基于组态软件的 PLC 控制系统仿真实现J.自动化仪表，2006,27：5861.13 周美兰组态技术在 PLC 实验教学中的应用J自动化技术与应用 2001：333514 周美兰，周封，王岳宇 PLC 电气控制与组态设计 M北京：科学出版社，200315 戴宏民.包装机械技术发展趋势及我国的应对J.机电信息，2004,5:58.16 Jan Thieme,Hans Michael Hanisch,Model based generation of modular PLC code using IEC61131 function blocksAIndustrial Electronics2002ISIE 2002 Proceedings of the 2002 IEEE lnternational Symposium on,Volume:1,8 11 July 2002,pages:199204 vol1 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、 研究或解决的问题本系统由上位机和下位机两部分组成。上位机利用 PC 机，内装组态软件和 PLC 编程软件，下位机利用可编程控制器进行控制系统设计。主要要解决的问题有:1、小型包装机的类型，及其工作流程2、如何利用 PLC 进行编程3、如何对该设计进行仿真二、拟采用的研究手段1、学习 PLC 编程软件，掌握编写 PLC 程序并进行调试的方法。2、学会使用组态软件，对 PLC 控制的计算机仿真设计有较深的认识。3、了解 PLC 控制系统的设计方法，理解包装机动作流程。设计基于 PLC 的小型糖果包装机控制系统。4、糖果包装机主要由传送机构 、包糖机构、送纸机构等组成。系统在一台 2.2kW 的三相异步电机驱动下完成各种包装动作。糖果包装主要包括切(送 )包装纸、喷胶 、封装 3 个步骤，工艺流程如下图所示。裸糖由来料传送带送至糖果包装机入口后，由推糖机构将其推入糖果托盘，转将裸糖送