瓦楞纸分切压痕机电气控制系统设计毕设

1、. . . . 本 科 毕 业 设 计瓦楞纸分切压痕机电气控制系统设计The Design of Control System on Cutting & Creasing Machine学 院： 电子工程学院 专业班级： 电气工程与其自动化 学生：学 号：指导教师：2012 年 6月毕业设计中文摘要瓦楞纸分切压痕机电气控制系统设计摘 要：瓦楞纸是生活中用量极大的纸产品，本课题是针对利用 PLC 控制技术实现它的生产工艺过程，瓦楞纸的主要工艺过程分为主轴开卷、纸板压痕、涂胶、烘干、纸板分切、磨刀控制等工序，分切压痕机是瓦楞纸生产中的主要设备，PLC是生产过程控制的主要控制器，变频器、继电

2、器是其主要的电气控制元件。本课程设计主要对瓦楞纸分切压痕机控制系统进行功能分析，硬件电路的设计，软件设计，以与系统调试。经过系统调试和修改之后，本设计基本满足设计要求，可以完成瓦楞纸的生产要求。关键词：瓦楞纸；可编程逻辑控制器；分切；压痕。毕业设计外文摘要The Design of Control System on Cutting & Creasing MachineAbstract: The corrugated paper is widely used in life paper products, tthis topic is divided into the main pro

3、cess for the use of PLC control technology to achieve its production process, corrugated spindle unwinding, cardboard creasing, gluing, drying, cardboard cutsharpening control processes, cutting creasing machine is the main equipment for the corrugated board, PLC is the main controller of the produc

4、tion process control, frequency converter and the relay is the main electrical control components. This course is designed primarily to cut corrugated creasing machine control system for functional analysis, hardware design, software design, and system debugging. After a system debug and modify the

5、design to meet the basic design requirements and can complete the production of corrugated paper.Keywords: corrugated paper；indentation Programmable logic controller（PLC）；Slitting；Indentation.目 录1绪论12瓦楞纸分切压痕机电气控制系统要求32.1瓦楞纸的生产工艺流程32.2压痕机轴的速度32.3分切装置的分切刀片42.4磨刀装置42.5跟踪纠偏43 PLC、变频器和继电器的选型和参数设定63.1 PLC

6、功能简介和型号选择63.2继电器选择73.3变频器选择74瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的硬件设计94.1 输入输出的选择和设计94.2 PLC控制电路设计94.3 主电路设计114.4 电气控制电路115 瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的软件设计135.1 程序设计的基本方法与步骤135.2 本系统的程序设计135.2.1 压痕电动机的速度设定135.2.2 分切电动机的速度设定145.2.3 磨刀控制与磨刀时间和磨刀间隔时间的设定155.2.4 自动纠偏185.2.5 变频器的速度设定196 系统调试217参考文献2828 / 331绪论本课题是基于PLC对瓦楞纸分切压痕机的控制，主要容包括：

7、瓦楞纸分切压痕机电气控制系统研制的背景，瓦楞纸分切压痕机电气控制系统介绍，瓦楞纸生产工艺流程，主要控制器PLC控制器和相关电气设备的选择，瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的硬件设计，瓦楞纸分切压痕机的控制系统软件的编写，系统调试等容。瓦楞纸通常用作包装箱纸 ，是生产与生活中用量极大的纸产品。瓦楞纸分切压痕技术与设备的目前发展主要有两个用途:一方面可以满足部分小型个体生产企业的需求 ，随着生产现场的发展逐渐向集成化、智能化、低价位发展；另一方面是为满足大、中型工业生产的需求，向大型化、快速化、高效化、高自动化方向发展。随着包装业的发展日新月异 ，瓦楞纸生产已经成为我国目前国民经济的重要组成部分之一，

8、成为我国经济建设中所不可缺少的重要组成部分。随着包装业的迅速蓬勃发展，对高强度瓦楞纸的需求越来越大，瓦楞纸在这一行业中日趋增加，成为涉与行业最广生产量最多的外包装材料 。过去来说，包装主要是对产品的简单的修饰、保护和产品的附属品，而金已经成为产品的一部分了，对产品的销售增值至关重要。甚至，它已经成为一种产品，一种特殊的附属产品。.分切压痕机在瓦楞纸生产线中处于核心地位的设备,瓦楞纸的质量主要是由设备精度与其控制系统的稳定性和准确度决定的.由于以往使用继电接触器的控制系统触点有限功能不全面，设计成本高所以,我们设计了基于PLC的瓦楞纸分切压痕机控制系统.首先对分切压痕机的工作原理与工艺过程做了全

9、面分了,其次对控制系统硬件和软件的进行设计.实践证明PLC控制系统不仅克服了传统控制系统的缺点同时也降低了生产成本,从而提高了纸板的整体质量,降低成本提高效益，特别是对瓦楞纸的后续加工和使用发展有重要意义随着电子技术 、计算机技术和通信技术的蓬勃发展 ，工业控制领域已有了日新月异的进步 ，PLC亦在不断的更新发展 ，不断有新的技术诞生。PLC 技术在瓦楞纸生产上的应用应运而生，满足了工业生产的需要。除了简单的生产控制之外，PLC还与其他工业控制系统有机结合，构成了各种形式的控制系统，是可编程逻辑控制器技术在工业生产中的主要应用形式，并已经成为实现工业自动化的主要手段，在工业控制领域方面中发挥越

10、来越大的作用。PLC网络系统已经不再是简单独立的封闭系统，而是随着通讯技术的迅速发展逐渐向开放式系统过度 ，PLC与其现场控制的智能化设备通过通信连接 ，比如各类智能检测仪表、传感器、智能型驱动和执行机构等 ，通过一根传输介质起来，并按照同一通信协议互相传输信息，由此构成一个突破空间限制工业控制网络 ，这种网络与单纯的PLC远程网络相比 ，配置更灵活 ，开发更方便，成本更低 ，性价比更好 ，也更具开放意义，对PLC和控制系统的开发有促进意义。PLC向高性能集成化方向发展 ，体积则越来越小，PLC的功能和使用领域正越来越丰富 。比如三菱的FX-IS系列PLC ，是目前应用最小的机种 ，仅相当于

11、一个继电器，但却能完成复杂的控制。PLC用户界面正向简易化发展 。目前PLC推广的难度之一就是指令系统还不能被大部分用户所熟悉，而且不同厂商开发的PLC所提供编程语言也不尽兼容 ，用户在使用前往往需要掌握该产品的编程语言，难度较大 。另外，比例积分微分控制 、网络通信 、计数器 、逻辑控制 、数据存储 、文本显示和与其他设备的连接等应用也是PLC程序设计中的重点和难点 ，用普通的方法对它们编程时，除了需要熟悉有关的特殊存储器的外 ，还要考虑外围设备的兼容性，这些程序往往还与中断有关，编程的过程既繁琐又容易出错 ，阻碍了PLC的进一步推广应用。本课题的设计涉与电气控制系统规划设计的基本原则和方法

12、，主要控制器件为可编程逻辑控制器（PLC），而西门子开发的S7/200系列控制器是目前运用比较广泛一款，功能相对比较完善 ，技术相当成熟，西门子S7-200的编程软件设计了大量的编程向导，用户界面操作简单快捷，只需要在用户界面中输入一些参数，就可以自动生成包括中断程序在的目标用户程序，节省资源，大大方便了用户的使用。2瓦楞纸分切压痕机电气控制系统要求2.1瓦楞纸的生产工艺流程 瓦楞纸生产工艺主要流程包括开卷、压痕、涂胶、烘干、分切等工序，如图1所示：图1 瓦楞纸生产流程图瓦楞纸生产主要工艺流程如上示意图1所示。 其工作原理主要是：上电开机后，首先是开卷机轴开始转动，把纸板装好，再同步开动压痕轴

13、电机和分切轴电机，同时涂胶装置和烘干装置也开始运行。整个系统启动完成后，在运行过程中压痕机的线速度要求与主轴 开卷机轴的线速度保持一致。根据生产要求可知开卷机的速度必须是是可调的，所以用适当的测速机检测主轴的速度， 把检测到的模拟信号转换为标准电压通过采样输入到 PLC部存储器中，经过数据处理后再通过控制变频器来驱动电机进而控制压痕轴的速度。同样，分切装置转速控制还要考虑纸板的速度和主轴速度进行适当调整，所以分切装置的驱动也要用到变频器驱动电机。 分切装置上的分切刀片在分切纸板一段时间后会变钝，磨刀装置就需要对刀片进行磨削锐化，磨刀分为手动磨刀和自动磨刀两种方式，手动时，只有按下磨刀按钮时才进

14、行一次磨刀；自动状态时 ，PLC 会自动根据主轴的速度和分切轴速度粗设转速来调整它的磨刀时间和间隔时间。2.2压痕机轴的速度瓦楞纸在分切压痕之前是连续的，要承受一定的力，在运行过程中为了防止瓦楞纸的断裂和影响生产过程，要求压痕机的线速度与主轴 开卷机轴的线速度尽量保持一致，开卷级的速度围为01500r/s，由于开卷机的速度可以通过变频器调频或调压来改变，所以可以用测速机检测主轴的速度，把检测到的信号转换成电压输入到 PLC模拟量输入端口，转换电压为010v，经过综合处理后再通过调节变频器来驱动控制压痕轴的线速度。根据开卷机的速度调整围可知，要求压痕轴的速度围为 01500r/s，主轴的速度用测

15、速机检测，输出电压为 010V。同样分切装 置的转速也要跟随送来纸板的速度进行同步调整，所以分切装置轴的驱动也要用变频器驱动。压痕机控制方案如图2所示：图2压痕机控制方案图2.3分切装置的分切刀片图3 分切装置2.4磨刀装置分切装置上设定的刀片在进行一定次数分切后会变盾，需要设定磨刀装置对刀片进行锐化，以便有效的分切瓦楞纸，分切刀片变盾的时间主要由分切速度和分切次数决定，因此磨刀频率和磨刀时间要与分切装置的转速保持一定关联。磨刀可设定有自动模式和手动模式，可通过开关来选择磨刀方式，当设定在手动模式时，可自行决定磨刀间隔和磨刀时间，操作方便快捷；但是由于人为因素，无法准确把握分切刀的锋利程度，所

16、以需要自动磨刀模式来保证分切刀的锋利度，在自动模式下，PLC会根据粗设的磨刀间隔时间和刀片分切速度来微调磨刀时间和磨刀间隔时间，粗设的磨刀时间围为5001000ms，磨刀时间间隔为500010000ms，有PLC上的模拟量电位器设定自动的进行磨刀操作。2.5跟踪纠偏纠偏装置如图，其工作原理为：如图光电开关有一个光源发射器，用于发射光线，还设有一个光源接收器，正常工作情况下，光源发射器发出的光源能被接收器接受，此时左右移动电机不工作；当瓦楞纸发生走偏时，例如向左侧倾斜时，瓦楞纸会阻断左侧光源，使接收器无法接受光源，此时右移电机启动，使瓦楞纸右移，移动到一定位置后，光源接收器可以接受到光线，右移电

17、机停止。瓦楞纸两侧分别设定一个光电开关，同理当瓦楞纸右移时，会遮住右侧光电开关，左移电机会启动，使瓦楞纸处在正常生产线上。图4 光电检测图3 PLC、变频器和继电器的选型和参数设定3.1 PLC功能简介和型号选择西门子S7/200系列PLC属于小型可编程控制器，部设置集成I/O接口，至多可扩展32个模块。其自带的RS-485接口，极大的增强了其通信功能，可以应用于大型网络设计中。它具有结构小，速度快指令系统丰富的特点。便于操作，性价比高。图5下列出了S7/200系列完整系统的构成情况。图5系统的结构图西门子S7/200系列PLC包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP和C

18、PU226、等五种型号的CPU。部电路基本一样，只是输入输出I/O口数量差别，各个型号都设有交流220V供电，直流24V供电，继电器输出和晶体输出。图6 实物图综合控制方案和控制要求可以知道，本系统共需要开关量至少14个输入点，开关量输出点至少8个，因此，选型CPU224就可以满足要求。除此之外，系统还需要一路模拟量输入端口和两路模拟量输出端口，选用DM231四模拟量输入模块与EM232两路模拟量输出模块。3.2继电器选择根据瓦楞纸粉切压痕机的控制要求可知道，主电路中有三台电机需要控制，其中有一台电机需要控制正反转，所以公需要四只电磁继电器KM1KM4。其中，KM1和KM2分别需要一个主触头主

19、要控制正反转，另外还各需要一个常闭触点来互锁，防止主电路发生短路；KM3控制压痕机的运行和停止，需要一个主触头和一个常开触点来自锁，另外还要一个常开触点来控制电源指示灯；KM4控制分切机的运行和停止，需要一个主触头和一个常开触点来完成自锁，另外还要一个常开触点来控制电源指示灯。综上所述要求可知道，根据本设计要求可选用JZ20系列接触继电器，JZ20接触器式继电器（以下简称继电器）主要用于交流50Hz（60Hz），额定工作电压660V与以下的用电设备，直流额定工作电压220V与以下的控制电路中，也可按GB14048.4的要求，接入主电路作接触器用。具有装卸方便迅速之优点，以使信号扩大或将信号同时

20、传送给有关控制元件，选用JZ20型号其包含两个常开触电和两个常闭触电，可以满足设计要求。主触头额定电压要求380 V，所以根据要求选用JZ20- -1- 22-O继电器可以满足设计要求。其参数含义如图7，图7参数含义图3.3变频器选择主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器在主电路中的应用大体上可分为两类:是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波方式是电感滤波。电流型由三部分构成，整流器将工频电源变换为直流功率，平波回路吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动，逆变器将直流功率变换为交流功率。电压型是将电压源的直流逆变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。本课题需要两个

21、变频器实现对两个三相异步电动机的调速，三相相电压为380V，所以选用FR-A500（L)系列产品可达到要求，其主要参数简介为：功率围： 0.4375KW（3相380V，FR-A540（L）系列）采用先进磁通矢量控制方式，调整比可达1：120（0.5-60Hz），风扇和接线端子都是可拆卸的，维护检修方便。柔性PWM，可大幅度降低噪音。置有RS485通信端口，并可支持各种常用的现场总线。PID控制等多种功能适合各种应用场合。4瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的硬件设计4.1 输入输出的选择和设计瓦楞纸粉切压痕机控制电路的控制开关和按钮如表一所设，其中SB1SB10为按钮，正常工作是只需点动即可；SA1

22、SA6旋钮开关，在瓦楞纸分切压痕机控制中主要作为各个器件工作方式选择开关；SQ1SQ2分别为左右光电检测启动开关，SQ3SQ4为限位开关。开关和I/O功能如下表1和表2：表1 I/O分配表输入输出开关地址功能地址功能SB1I1.2刀片一手动磨刀Q0.0左移纠偏SB2I1.3刀片二手动磨刀Q0.2右移纠偏SB3I1.4刀片三手动磨刀Q0.4刀片一磨刀SB4I1.5刀片四手动磨刀Q0.5刀片二磨刀SA1I0.0纠偏工作选择开关Q0.6刀片三磨刀SA2I0.5磨刀方式选择开关Q0.7刀片四磨刀SA3I0.6磨刀一工作方式选择SA4I0.7磨刀二工作方式选择SA5I1.0磨刀三工作方式选择SA6I1.

23、1磨刀四工作方式选择SQ1I0.1左检测光电开关SQ2I0.2右检测光电开关SQ3I0.3左侧限位开关SQ4I0.4右侧限位开关表2 电气控制电路开关功能图开关功能SB5压痕启动开关SB6压痕停止开关SB7分切启动开关SB8分切停止开关SB9纠偏左移手动开关 SB10纠偏右移手动开关4.2 PLC控制电路设计本设计中PLC为主要控制器件，其外部接线住电路图如下图8，输入出/端用24V直流电源供电，用到一组模拟量输入端口A+/A作为主轴电机转速输入口，还用到两个速度设定段子实现压痕和分切速度设定。图8PLC外部接线图4.3 主电路设计主电路接线图如下图9，三相电的线电压为380V交流电，M1为左

24、右纠偏电动机，根据要求选用三相异步电动机，由于其需要实现正反转控制，所以设有两个继电接触器，同时为了防止发生短路和过载故障，M1住电路中设有一个热继电器和一个空开QF做保护。M2为压痕机，其速度要实现可调，根据三相异步电动机的调速方式和控制要求，可以通过调节变频器来实现调速，同理M3也需要通过变频器来实现调速，两电机都需要接一只空开电路故障保护。图9主电路4.4 电气控制电路图10电气控制电路如图10，按钮开关SB5和SB6控制压痕机的启动和停止，当按下SB5时，KM3线圈得电，其常开触点KM3闭合，使线圈KM3保持通电自锁，则其主触点接通，压痕电机M2运行，同时压痕机电源指示灯亮；当按下SB

25、6时，KM3线圈失电，自锁解除，主触点断开，压痕机停止工作，压痕机电源指示灯灭。SB7和SB8控制分切机的启动和停止，当按下SB7时，KM4线圈得点，其常开触点闭合，常闭触点断开，实现自锁，分切机开始运行分切电源指示灯亮；当按下SB8时，自锁解除，分切机停下，电源指示灯灭。5 瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的软件设计5.1 程序设计的基本方法与步骤本系统的控制程序主要分为四部分，分别为自动纠偏、两个变频器控制和磨刀控制与其磨刀时间和间隔设定。程序包含主程序、子程序和中断程序。子程序负责处理模拟量电位器，中断程序为主轴开卷机速度信号采样，其余功能在主程序中实现。梯形图如图 变频器的输出电压可以根据

26、开卷机的主轴速度来设定，主轴测速机输出经样周期可设定为0.1S，采样结果存储在VW10中，数据围为032000，对应的主轴速度为01500r/s，详细见Network1和中断程序。压痕电动机的速度要求控制在01500r/s，所以将采样得到的主轴电机的速度通过AQW0对压痕机变频输出器进行设定。分切机要求的速度围为3001200 r/s,所以要求主轴电机的速度上线设定为26000r/s，下限为800r/s，进而通过AQW2对分切变频器进行速度设定即可。PLCS7/200的CPU提供了两个模拟电位器，可以通过调节电位器的存储值增减来设定定时器和计数器的值，特殊存储器的值SMB28或SMB29中的值

27、为0255。5.2 本系统的程序设计5.2.1 压痕电动机的速度设定5.2.2 分切电动机的速度设定5.2.3 磨刀控制与磨刀时间和磨刀间隔时间的设定5.2.4 自动纠偏5.2.5 变频器的速度设定6 系统调试磨刀控制程序如网络8到网络11,I0.5为磨刀方式选择开光,如网络8,I0.5接通时启动自动磨刀方式，Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7顺次高电平输出磨刀，磨刀时间由网络5到网络7控制。其调试结果如图11图11自动磨刀当I0.5断开时为手动磨刀方式，可独立控制每把刀，点动开始磨刀磨刀时间由网络10控制，I1.2I1.5分别控制刀一到刀四的磨刀，如下图12图12手动磨刀自动纠偏控制由网

28、络12实现，I0.0为纠偏启动开关，I0.1和I0.2分别为左右光电检测开关，I0.3和I0.4为左右接片限位开关，如下图13，为发生左偏后运行纠偏，图14为右侧纠偏图13左纠偏图14右纠偏结 论瓦楞纸分切压痕机的电气控制是以可编程逻辑控制器为核心控制器件的控制系统，瓦楞纸的主要生产过程包括开卷、压痕、分切、磨刀等工序。其中压痕分切为主要控制过程，通过本次设计过程，熟悉瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的组成、原理与工作方式，了解PLC控制系统的设计步骤与方法，增强学生分析系统、解决系统中出现问题的能力。熟练掌握 PLC的编程与仿真软件的使用，通过毕业设计，提高查找资料、独立解决问题的能力，熟悉基本软件的使用，为今后的工作打下较好的基础。致 时光稍纵即逝，四年的大学生涯