塑料扁丝生产线PLC控制系统

1、目录第一章 概述1.1包装机械的研究现状-41.2包装机械的控制系统介绍-51.3包装机械的发展趋势-7第二章 可编程控制器介绍2.1可编程控制器的产生与发展-92.2可编程控制器（PLC）的基本组成-92.3可编程控制器（PLC）的工作原理-112.4可编程控制器（PLC）的主要特点-132.5 OMRON PLC介绍-14第三章 塑料扁丝生产线PLC控制系统设计3.1塑料扁丝生产线介绍-193.2塑料（聚丙烯）扁丝生产工艺-203.3塑料扁丝生产线控制要求-223.4 PLC控制系统硬件设计-223.5 PLC控制系统软件设计-253.6程序调试-28第四章 总结结论-29谢辞-30参考文

2、献-31第一章 概述1.1 包装机械的研究现状（1）包装机械简介包装机械是包装工业的一大门类产品，在包装工业中有着举足轻重的地位和作用，它给行业提供必要的技术设备，以完成产品的包装工艺过程。尽管包装机械的产值在整个包装工业中所占的比重不如包装材料大，不属于经常性消耗品，但对包装工业的现代化却是不可缺少的支撑。它为包装工业提供先进的技术装备，保证包装产品质量高、生产效率高、品种多、生产环境好、生产成本低、环境污染小，因而获得较强的生命力，带来巨大的社会效益和经济效益。没有现代化的包装机械，就没有现代化的包装工业。 用于完成包装过程的包装机械可分为11类，它们是充填机械、灌装机械、封口机械、裹包机

3、械、多功能包装机械、标签机械、清洗机械、干燥机械、杀菌机械、捆扎机械和集装机械、辅助包装机械和设备等。用于加工包装材料和容器的包装机械可分为7类，它们是瓦楞纸板加工机械、纸盒加工机械、复合材料加工机械、制袋机械、塑料中空容器加工机械、金属容器加工机械、玻璃容器加工机械等。（2）国内外包装机械发展状况美国、日本、德国、意大利是世界上包装机械四大强国。 美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械体系，其品种和产量均居世界之首。10多年来，美国始终保持着世界最大包装机械生产和消费大国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制。新型机械产

4、品中以成型、填充、封口三种机械的增长最快，裹包机和薄膜包装机占整个市场份额的15%，纸盒封盒包装机在市场占有率中居第二位。从上世90年代初以来，美国包装机械业一直保持着良好的发展势头。 美国国内包装机械市场在全球是首屈一指的，各种包装机械主要内销，1998年美国包装机械国内消费占82%，出口只占产值的18%，但出口额大。美国的包装机械制造厂大部分附属于大型包装材料厂，销售也完全依赖母公司。中国已成为继加拿大、墨西哥、日本、英国、德国之后，美国包装机械的第6大出口市场。80年代以后，由于改革开放，我国经济迅猛发展，社会对包装机械的需求不断增加。市场需求，政府的重视、政策引导和积极扶持，使我国包装

5、机械得到迅速发展，年平均增长速度大于30%，进入90年代，仍以20%以上的速度增长。经过50多年的发展，我国包装机械已成为机械工业中十大行业之一，无论是产品还是品种，都取得了令人瞩目的成就，为我国包装工业快速发展提供了有力的保障。2001年全国包装机械产量达53.3万台（套），产值为195.5亿元，占全国包装工业总产值的8.2%，我国已成为世界包装机械工生产和消费大国之一。然而，我国包装机械存在不少问题。 研发经费少、技术力量薄弱。 全国研发经费只占企业销售收入的0.20.3，研发人员只占从业人员的 3.54。有些企业主要是测绘仿制国内外同类产品，没有自己的研发力量，研发投入极少，只靠低价竞争

6、。 低水平重复太多。 所谓低水平产品是指技术含量低，制造工艺简单，加工设备精度要求不高的机器。多数企业靠这种产品起步，一部分企业靠低水平产品积累资金和经验，向中高档产品迈进，一部分企业则停滞不前。 行业科技力量不足。 大专院校相关专业及科研院所共有80多所，可谓力量不弱。但目前情况是研究院所忙于创收保饭碗，有的形同个工厂，只忙于加工生产及营销；有的想搞研究又没有经费；有的有技术但找不到中间实验的用户，生产企业又不愿出钱冒风险，以至于产、学、研脱节，本来就不强的技术力量没有发挥出应有的作用。世界前沿的冷杀菌技术目前在我国还没有进入应用研究阶段，仅开始冷灌装设备的生产，还谈不上冷杀菌。 国际贸易人

7、员匮乏； 第一表现在国内没有一家本行业专业进出口公司，现在3亿多美元的出口大都是企业自己做的，切就绪后找有出口权的公司下单 应变能力不强。国外有些企业是采用模块化设计来解决这个问题，企业可根据用户的不同要求将各种动作模式组合起来形成一种新的机型，但模块化需要预先进行大量分析、调研、设计、实验，耗费人力、财力，短期还不能见效益，很多企业都无力去做，一般都是临时抱佛脚的方式，专为用户设计，往往也影响交货期。（3）塑料扁丝生产线介绍与现状塑料扁丝生产线属于复合材料加工机械，是我国产量和应用量最大的塑机品种之一。经过30多年的发展,塑编产业经历了三次质的飞跃，塑编产业已逐渐从单一的塑编袋生产，向多元化

8、、高新化的塑料包装系列产品转变，形成了以塑编为中心，塑料机械、复合、彩印、电雕制版等配套产业共同发展的产业链，同时还建立了聚丙烯等专业原料市场，在全国各地形成了集原材料、生产、销售的完善营销体系，重点生产化肥袋、粮食包装袋等产品，不断扩大编织袋的应用范围。1.2 包装机械的控制系统介绍（1）包装机械控制系统得发展历程今天的机械控制系统看似单一，但其内部却包含了逻辑和运动控制系统、人-机互动系统、诊断系统，甚至人工智能系统。和大多数技术一样，机械控制技术在发展过程中，也曾经历曲折。它从历史上简单而庞大的控制系统，发展到今天的小型多功能控制系统，将机械、运动控制和通讯系统有机结合在一起。最初，在包

9、装领域中所应用的第一代包装机械DubbedGen1，结构很简单，是纯机械性的。由一台电机带动直线轴转动，并通过凸轮产生动力。采用可编程控制器（PLC）的控制系统，结构也很简单，由操作员直接控制机器。在大部分情况下，还没有采用人-机互动技术（HMI）。之后，出现了第二代包装机械。此技术诞生于十年前，包装机械仍采用传动轴驱动，只是结构更复杂一些，因为由伺服电机来控制速度，所以可以向一些特殊的动作发出指令，而且也采用了更为复杂的PLC可编程逻辑控制器。的确，第二代包装机械的可调性更好，但这一优点却需要付出更高的费用。这些费用包括更多的线路布置、更多的PLC可编程逻辑控制器输入/输出（I/O）装置，这

10、些装置庞大而复杂，有更多的传感器和程序控制，甚至还包括更多的外围设备；而且对于故障的排除和处理也更加困难。现在的第三代包装机械，融合了所谓的“机械电子”概念，采用伺服系统和简单的机械装置，以达到执行复杂动作的目的。第三代包装机械诞生于4年前，其开发焦点转移到了单箱控制技术，其具有逻辑性的PLC功能和I/O装置，如果需要，还可以配备HMI技术、甚至是以太网和网络通讯服务系统以方便企业间沟通。以前，第二代包装机械需要一个编码器和可编程限位开关（PLS）来确定伺服位置。现在，由于第三代包装机械拥有I/O装置的缘故，伺服控制系统存在于一个处理器内，当伺服系统就位时，就会产生传感动作，并通过总线发出信号

11、，起动任何一个需要的工艺流程。（2）塑料扁丝生产线控制系统 塑料扁丝生产线的控制技术历经了继电器、接触器控制及可编程序控制器控制和计算机控制的发展过程。目前,常用的塑料扁丝生产线控制系统有三种,即传统继电器型、可编程控制器型和计算机控制型。传统的塑料扁丝生产线一般采用简单的继电器、接触器控制，控制方式多为开环控制，即按照预先的设定值进行控制（预先设定好各参数值，由机器在生产过程中加以保持）。这种控制方法结构简单，安全性和可靠性低，但抗干扰能力差，控制精度低，控制线路较复杂；而我国将PLC控制装置应用在塑料扁丝生产线中大多是从对传统控制系统的改造开始，PLC控制方式较传统方式的抗干扰能力及控制精

12、度有了很大程度的提高，而且，采用PLC控制可使注塑机实现闭环控制，从而实现塑料扁丝生产线的自动化控制与调节，成型过程的工艺参数控制也能够得到基本保证；计算机数字化控制和程序化控制，可使塑料扁丝生产线具有自动控制、自动诊断、自动调节、自动补偿功能；控制系统实行模块化、集成化.1.3 包装机械的发展趋势（1）高自动化 未来包装机械产业将配合产业自动化趋势，技术发展将朝着四个方向发展：一是机械功能多元化。工商业产品已趋向精致化及多元化，在大环境变化形势下，多元化、弹性化且具有多种切换功能的包装机种方能适应市场需求。二是结构设计标准化、模组化。充分利用原有机型模组化设计，可在短时间内转换新机型。三是控

13、制智能化。目前包装机械厂家普遍使用PLC动力负载控制器，虽然PLC弹性很大，但仍未具有电脑（含软件）所拥有的强大功能。四是结构高精度化。结构设计及结构运动控制等事关包装机械性能的优劣，可通过马达、编码器及数字控制（NC）、动力负载控制（PLC）等高精密控制器来完成，并适度地做产品延伸，朝高科技产业的包装设备方向研发。 GE基础设施业务旗下的GE Fanuc自动化美洲公司，推动了全新的针对包装机械制造商的“Six Degrees of Differention”（SDD）自动化解决方案。它有高性能的控制器、可升级的操作界面、工厂信息软件和运动控制单元，可以显著提高包装机械运转率，提升整体设备效率

14、。这套综合性自动化解决方案帮助包装机械制造商在没有阻断的情况下，开发出能够在不同尺寸的批量或产品流程之间快速转换的高效设备。依靠经过更新的自动化系统，它能在功能方面引领主流包装机械潮流，同时，设备使用者可以更具有独立性、灵活度、操作正确性、高效率、可兼容性，以及支持其最终用户获得更高性能和生产力。（）高生产率 包装机械厂商越来越注重开发快速、成本较低的包装设备，未来的发展趋势是设备更小型、更灵活机动、多用途、高效率。此趋势还包括节约时间、降低成本，因此包装界所追求的是组合化、简洁化、可移动的包装设备。在包装机械自动化方面，自动化操作程序已获得广泛应用，如PLC设备、数据收集系统等。 目前，世界

15、四大包装机械强国美、日、德、意均十分重视市场及用户要求，把提高机器转数、提高生产率作为设计追求的重要指标。提高生产率的一个主要途径是提高转速，但提高机器转速是一个复杂问题；速度越高，单件生产成本越低，可厂房使用面积也随之提高，故障率也随之提高，反会使效率降低，因此应寻求两者最优结合点：机器转速提高对其他元件的材质、可靠性、性能及寿命也要产生相关影响，一般而言，提高转速15%20%就会带来一系列复杂问题，何况电动机转速也是有限的，不能想多快就多快。除了提高转速外，提高生产率还可从另外的渠道设法解决。 德国目前饮料罐装速度可达到1200瓶/h，香烟包装12000支/min，集制袋、称重、充填、抽真

16、空、封口等工序于一体的世界上最高速的茶叶包装机速度达到350袋/min。 （）配套性 只重视主机生产，而不考虑配套设备完整，将使包装机械应有的功能不能发挥出来。因此开发配套设备，使主机的功能得到最大的扩张，是提高设备的市场竞争力和经济性至关重要的因素。德国在为用户提供生产自动线或生产流水线设备时注重成套完整性，无论是高技术附加值还是较简单的设备门类，都按配套性要求提供。 （）简便方便 未来包装机械必须具备多功能、调整操作简单等条件，基于电脑的智能型仪器将成为食品包装控制器的新趋势。OEM制造业者与最终消费者将趋向购买操作简易且安装容易的包装机械，尤其是当前制造业大量裁员，对简易操作系统的需求将

17、与日俱增。结构运动控制等事关包装机械性能的优劣，可通过马达、编码器及数字控制(NC)、动力负载控制(PLC)等高精密控制器来完成。因此，要想在未来包装市场取得一席之地，高效率的客户服务与机械维修将是最重要竞争条件之一。第二章 可编程控制器介绍2.1 可编程控制器的产生与发展PLC即可编程控制器，（Programmable logic Controller）,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（International Electrical Committee）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

18、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而设计。”世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特

19、征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个

20、阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。2.2 可编程控制器（PLC）的基本组成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式

21、）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 CPU的构成 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CP

22、U主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 I/O模块 PLC

23、与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通

24、用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 电源模块 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。 底板或机架 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 PLC系统的其它设备 编程设备：编程器是PLC开发

25、应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 PLC的通信联网：依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。PLC具有通信联

26、网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS或工业以太网进行联网。2.3 可编程控制器（PLC）的工作原理（）PLC与传统继电器接触器的区别最初研制生产的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： 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的

27、哪个位置上都会立即同时动作。 PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。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。（）PLC的工作原理 扫描技术 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入

28、采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)

29、。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状

30、态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。 同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。 一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和

31、。 PLC的I/O响应时间 为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。 I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。 2.4 可编程控制器（PLC）的主要特点（1）高可靠性 所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。 各输入端

32、均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms. 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 采用性能优良的开关电源。 对采用的器件进行严格的筛选。 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。 大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。（2）丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性

33、能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。（3）采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。（4）编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。（5）安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与P

34、LC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。2.5 OMRON PLC介绍OMRON电机株式会社是世界上生产PLC的著名厂商之一。SYSMAC C系列PLC产品以其良好的性能价格比被广泛地应用于化学工业、食品加工、材料处理和工业控制过程等领域，其产品在日本其销量仅次于三菱，居第二位，在我国也是应用非常广泛的PLC之一。OMRON C系列PLC产品门类齐、型号多、功能强、适应面广。大致可以分成微型、小型、中型和大型四大类产品。整体式结构的微型P

35、LC机是以C20P为代表的机型。叠装式（或称紧凑型）结构的微型机以CJ型机最为典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。小型PLC机以P型机和CPM型机最为典型，这两种都属坚固整体型结构。具有体积更小、指令更丰富、性能更优越，通过I/O扩展可实现10140点输入输出点数的灵活配置，并可连接可编程终端直接从屏幕上进行编程，CPM型机是OMRON产品用户目前选用最多的小型机系列产品。OMRON 中型机以C200H系列最为典型，主要有C200H、C200HS、C200HX、C200HG和C200HE等型号产品。中型机在程序容量，扫描速度和指令功能等方面都优于小型机，除具备小型机的基本功能外，它同时可配置更完

36、善的接口单元模块，如模拟量I/O模块、温度传感器模块、高速记数模块、位置控制模块、通讯联接模块等。可以与上位计算机、下位PLC机及各种外部设备组成具有各种用途的计算机控制系统和工业自动化网络。下面是关于本课题采用的CMP2A PLC相关介绍。 CMP2A在一小巧的单元内综合有各种功能，包括同步脉冲控制，中断输入，脉冲输出，模拟量设定，和时钟功能等。CPM2A CPU单元又是一个独立的单元，能处理广范围的机械控制应用，所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品，完整的通信功能保证了与个人计算机、其他OMRON PC 和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使用户能设计一个经济的分布生产系统。（

37、一） 基本功能 CPU单元变型 CPM2A是一台设有30，40或60内装I/O端子的PC，有三种输出可用（继电器输出，信宿晶体管输出和信源晶体管输出）和2种电源可用（100/240VAC或24VDC） 扩展I/O单元 为使PC的I/O容量提高到最大的120点I/O，与CPU单元相连的扩展单元可多达3个。有三种扩展单元可用：20点I/O单元，8点输出单元，和8点输出单元。将3个20点I/O单元与60内装I/O端子的CPU单元连接就可以得到120点I/O的最大I/O容量。 模拟I/O单元 为提供模拟量输入和输出可连接多达3个模拟量I/O单元，每个单元提供2点模拟量输入和1点模拟量输出，所以连接3个

38、模拟量I/O单元就能得到最大的6点模拟量输入和3点模拟量输出。 Compo总线/S I/O链接单元 连接Compo总线/S I/O链接单元能使CPM2A成为Compo总线/S网络中的从站设备。I/O链接单元设有8个输入位（内部）和8个输出位（内部）。Compo总线/S网络设有基于“PC+小型PC”配置的分布CPU控制。它是基于“PC+远程I/O”配置的早期分布I/O控制的改进型。分布CPU控制使装置模块化，所以设计可以标准化，可以提出特殊要求，在故障事件中可以容易地更换模块。如图2-1所示。 共用编程设备 同样的编程设备，如编程器和支持软件可以用于C200H，C200HS，C200MX/HG/

39、HE，CQM1，CPM1A，CPM2C和SRM1 PC，所以可以有效地使用现有的梯形图程序资源。（二） 内置电动机控制能力同步脉冲控制（仅晶体管输出） 同步脉冲控制为使外围装置的操作与主装置的同步提供了一个简单方法，输出脉冲频率可以被控制成输入脉冲频率的倍数，这就使外围装置的速度能与主装置的速度同步。如图2-2所示。高速计数器和中断 CPM2A计有五个高速计数器输入。一个高速计数器输入的响应频率为20KHz/5kHz ，增/减脉冲方式（20kHz)或递增方式（20kHz)。当计数与一设置值匹配或下降在一规定范围内时，能触发中断。中断输入（计数器方式）可用递增计数器或递减计数器并在计数与目标值匹

40、配触发中断（执行终端程序）。脉冲输出的简易位置控制（仅晶体管输出）设有晶体管输出的CPM2A PC具有两个能产生10Hz-10kHz脉冲（单相脉冲）的输出：在用作单相脉冲输出时，可以有频率范围为10Hz-10kHz的固定占空率的或频率范围为0.1-999.9Hz的可变占空率的两种输出。在用作脉冲+方向或增/减脉冲输出时，只能由频率范围为10Hz-10kHz的一种输出。（三） 机械控制用的高速输入能力 高速中断输入功能 有四种输入用于中断输入（在控制方式下与快速响应输入和计数方式的中断输入共用），最小输入信号宽度为50微秒，而相应时间为0.3毫秒。当一中断输入变为ON时，主程序停止而中断程序执行

41、。 快速响应输入功能 有四种输入用于快速响应输入（在控制方式下与快速响应输入和计数方式的中断输入共用），能可靠地读出信号宽度短道5微秒的输入信号。 稳定输入滤波器功能所有输入的输入时间常数都可以设置为1ms,2ms,3ms,5ms,10ms,20ms,40ms,或者80ms。信号抖动和外部噪声可以通过提高输入时间常数来降低。（四）其他功能 间隔计时器中断 间隔计时器所以设置在0.5和319968ms之间，并能设置为只产生一次终端（单次方式）或定时中断（预定终端方式）。 模拟量设定CPU单元有两种控制能用于改变IR250和IR251中的模拟量设定（0-200BCD），这些控制可用来方便地改变或微

42、调机械设定，如传输带的暂停时间或传送率。 日历/时钟内装时钟（精确度在1分钟/月之内）能从程序读出并示出当前的年，约，日周日和时间。时钟可以从编程设备（如编程器）来设置或者通过向上或向下滚动到最近的分钟来调整时间。 长期计时器TIML(_)是一个长期计时器,寄存设置值高达99990秒.当与秒-小时转换指令(HMS(_)相结合时,长期计时器为控制装置的工艺过程提供了一个简易方法。 模拟量PID控制 模拟量I/O单元可以使用PID(_)指令来控制模拟量I/O。（五）完善的通信功能 上位链接通过PC的RS-232C端口或外围端口所进行上位链接连接。左上位链接方式下的个人计算机或可编程终端可用于，如读

43、/写PC的I/O存储器的数据或读/改变PC的操作方式的操作。如图 2-3所示。 无规约通信TXD（48）和RXD（47）指令在无规约方式中可用来与标准串行设备交换数据。例如，从条码阅读器接收数据或发送数据到串行打印机。串行设备可连接到RS-232C端口或外围端口。如图 2-4所示。 高速1:1 NT 链接通信在1:1 NT 链接中，OMRON可编程终端（PT）可以直接与CPM2A连接。PT必须连接至RS-232C端口，它不可连接到外围端口。如图 2-5所示。 1:1 PC链接一台CPM2A可以直接与别的CPM2A，CQM1，CPM1，CPM1A，CPM2C，SRM1（-V2）。或C2000HS

44、或C200/HE/HG PC链接。1:1 PC链接可以进行自动数据链接连接。PC必须通过RS-232端口连接，它不可通过外围端口连接。如图 2-6所示。第三章 塑料扁丝生产线PLC控制系统设计3.1 塑料扁丝生产线的介绍（1）挤出部分 包括挤出机、长效过滤器、平膜机头和自动上料装置。挤出机由55KW交流电机驱动，变频器调速。模头采用T型平膜结构，模头宽1050mm，模口间隙0.8mm，模口间隙的调节通过微调螺丝，使模唇产生局部弹性变形来实现。通过模口调节，加上合适的模头加热温度，通过模口调节，加上合适的模头加热温度，可使挤出膜片在宽度方向的薄厚公差控制在0.015毫米范围以内。主机采用电阻加热

45、器加热，热电偶检测，数显式温控仪表控制。为克服机筒加热中的热惯性，采用了带风冷的控温线路。（2）拉伸定型部分包括冷却水箱、引膜切割、一级(三辊)牵伸箱、热烘箱， 二级(五辊)牵伸箱：热烘板、三级(两辊)牵伸箱，边条闭路切割回收和废丝回收等。冷却水箱采用带底座滚轮双室结构。进水管补水多孔喷入，同时用两道防浪隔板，保证膜片入水处水面不产生波纹。过膜架两端高低可调， 膜片遭过水箱时不产生偏斜。从水箱出来的膜片用两对引膜辊(胶辊两端气缸压紧)垂直提升， 并经过耐水铜条和四处吸水管，引膜平稳无水珠。切割采用从上切入法，刀架能够方便地切入和退出。引膜辊线速度与三辊箱线速度有速差，使膜片切割时处于紧拉状态。

46、三个牵伸箱从结构和传动上相互独立， 均由交流电机驱动，变频器调速。三箱结构型式基本相同，牵伸辊筒直径268毫米，长1100毫米， 辊筒轴轴承座稳固连接在箱体机架前后钢板座孔上，所有牵伸辊筒之间互相平行，辊筒转动平稳。胶辊采用气动中间浮动压紧，使胶辊与辊筒接触面上压力均匀，压合可靠。各箱牵伸线速度数字显示，显示误差不超过1%， 便于操作调整。 热风循环烘箱， 由上箱和下箱通过箱臂铰链连接而成，上下箱体均由折弯钢焊接，箱壁中间有较厚的硅酸铝棉保温层，热风在其流道里形成风机出口加热扁丝拉伸风机入口的内循环。风量大小根据不同牵伸速度和扁丝线密度随时可调，通过温差补偿板的位置调节， 可使烘箱在宽度方向温

47、差不超过2 ， 保证丝条加热均匀， 拉伸可靠。烘箱开启用两对气缸带动，膜片拉入时上箱开启约3O毫米，维修清理时开启约450毫米。为了防止生产时误开大箱和维修时误开大箱而造成事故， 在电路及机械结构上采取了可靠的保护措施。定型热烘板用厚钢板在长度方向弯成圆弧散热面， 温度均匀，热惯性好。通过热烘板对拉伸后的扁丝进行定型处理，定型中产生35 的回缩， 提高扁丝综合机械性能，绕丝收卷后不再产生收缩热烘板高度可调， 保证扁丝与散热面的有效贴台。热烘箱和热烘板均采用数显式温控仪表控制。（3）绕丝收卷部分 力矩电机带动绕丝轴传动， 绕丝轴与往复螺杆之间有严格的传动比，螺杆槽里滑动的月牙形滑棱带动尼龙滑块导

48、丝架实现往回拨丝。3.2 塑料（聚丙烯）扁丝生产工艺图31 塑料扁丝生产线示意图聚丙烯扁丝的生产是将聚丙烯颗粒投入挤出机，物料受热熔融后挤出成膜，将膜条切成窄条，再经热拉伸和定型热处理制得成品丝。聚丙烯扁丝具有耐酸碱，相对密度小，强度大，耐热性好，加工方便等优点，广泛地用来制造编织袋，用于包装化肥、水泥、蔬菜等，其应用范围越来越广。（1）生产工艺流程 聚丙烯扁丝的生产是从薄膜开始的，本课题的工艺方法是挤出法。挤出法制得的坯料是薄片，薄片经水槽冷却，然后再由切刀切成窄条。（2）生产工艺 挤出温度控制 聚丙烯的熔点较高，约在160 - 170，聚丙烯熔体即使在熔点附近粘度也很大，因此，控制温度要比

49、其熔点高出50 - 130。机身第1 - 3段的温度为180 - 190、200 - 220和210 - 250，机头为220 - 230。 冷却水槽控制 等规聚丙烯很容易结晶，其结晶形态有多种。在自然冷却过程中往往形成相当大的型球晶，这种球晶拉伸取向较困难，不利于拉丝。在急冷的情况下容易生成酝晶结构，酝晶分子链的排列规整性较差，结构较疏松，因此容易拉伸取向。所以坯料膜离开机头后应使其迅速冷却，使其形成无定形和酝晶结构，这对于获得高质量的扁丝是非常重要的。 聚丙烯在高温下暴露在空气中很容易氧化降解。为避免这种影响，薄膜自机头挤出后应立即进入水槽冷却，水面应尽量接近机头，一般以1550mm为宜，

50、水槽中冷却水温控制在3050较好，水箱中水流不能成湍流，水面不能有波纹，否则影响薄膜质量。 切条 切割装置将薄膜切成1.5mm - 4mm宽的窄条，切割装置是在刀轴上套上特制的垫圈，垫圈厚度正好为窄带宽度，在每两块垫圈之间夹入一把锋利的薄刀片，最后将所有的垫圈用螺丝拧紧固定。 拉伸 就是把经冷却定型后的扁丝加热到玻璃化温度以上，软化点以下，沿长度方向拉伸拉细，使分子取向，以提高丝的强度，降低伸长率。拉伸的工艺控制主要包括拉伸温度、拉伸倍数和拉伸速度三个方面。在生产中，聚丙烯通常在低于熔点20 - 40下进行热拉伸，实际控制的拉伸温度为110-120，聚丙烯扁丝的拉伸倍数以7 - 8倍比较好。拉

51、伸速度、快辊转速为100-200/10min。 热处理 热处理亦称退火或热定型。经过拉伸的扁丝，聚集态结构发生了很大的变化。拉伸后所成丝的结构通常仍处于热力学不平衡状态，其结构和性质均有可能会随时间而变化，为了消除拉伸时产生的内应力，通常要进行高温热定型处理。经热处理后，丝的收缩率有较大的减少，其最终结构基本固定了。聚丙烯扁丝的热处理温度一般比热拉伸温度高510。第三引辊的转速要比第二引辊的转速慢1% - 3%，以利于丝中大分子的部分链段的自由松弛和回缩，从而增加了扁丝的稳定性。（3）主要生产设备 挤出机 一般用SJ-65或SJ-90 型挤出机，螺杆长径比L/D=（20-25）：1。在过滤板前

52、面应加过滤网，一般用两层铁网中间加一层铜网，铁网为40目，铜网为80目，机头为T型或衣架型机头，模唇缝隙为0.6-0.8mm。 冷却系统 使用T机头的平膜法，用冷却水箱进行冷却，要求风量在四周均匀，风速保持一定。 切割系统 切割刀架为可调式，垫圈要配备不同厚度的备件，刀片要保持锋利，刀架要固定牢固，不可晃动。 拉伸系统 各拉伸辅机均要用无极变速电机控制转速，各辅机之间的转速要保持一定速比。热拉伸可采用热烘道加热，要求加热均匀。用弓板加热拉伸时，弓板上要覆盖一层聚四氟乙烯膜，以保证加热均匀，防止局部过热。扁丝各点要与弓板紧密接触，以确保良好的加热效果。卷绕系统 聚丙烯扁丝的卷绕由卷绕辅机完成，每

53、个小轴为单锭力矩电机卷绕，要求卷绕速度与扁丝线速度温和，各锭张力相同，排丝平整。（4）成型工艺 聚丙烯扁丝的生产可以分为平膜法和管膜法。管膜法又分平挤上吹和平挤下吹两种工艺。平膜法所得膜产品成型后需要经过分切，将其分切成若干个塑料条，然后进入加热系统进行单轴拉伸成扁丝。管膜法前部分和普通吹膜工艺相同，后面形成扁平的管式膜后再进行同平膜一样的分切、加热、拉伸。下面是平膜法生产PP扁丝的工艺流程图。3.3 塑料扁丝生产线控制要求扁丝生产线的电气控制系统主要有三个组成部分：加热电路，转速控制电路和运行控制电路。加热电路由温度设定、温度检测和反馈、加热时间控制和加热器组成，是相对独立的部分。当加热温度和时间达到给定值后，有一开关量输出，送到运行控制电路，允许扁丝生产线开机；转速控制电路是生产线中主要设备的驱动电机的转速调节控制单元，主要由具有电流内环和转速外环的转速闭环调节器组成，各调节器都有开关量输出到运行控制电路，具有各主机启、停的允许禁止控制作用；运行控制电路的核心是可编程序逻辑控制器(PLC)控制系统，其作用是对扁丝生产线上挤压、牵伸慢拉、快拉