《机电一体化毕业设计（论文）皮壳机控制系统的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化毕业设计（论文）皮壳机控制系统的设计.doc（33页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、分类号： 密级： UDC： 学号： 丽水职业技术学院机电信息分院毕 业 设 计皮壳机控制系统的设计 学生学号： 学生姓名： 导师姓名： 班级 机电0503 专业名称 机电一体化技术 论文提交日期20 年 月 日 论文答辩日期 20 年 月 日 答辩委员会主席 评 阅 人 20 年 月 日丽职院机电信息分院毕业论文(设计)独创性声明本人声明所呈交的毕业论文（设计）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学生签名：日
2、 期： 论 文 使 用 授 权 声 明丽职院机电信息分院有权保留本人所送交毕业论文（设计）的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权丽职院机电信息分院办理。学生签名： 导师签名： 日 期：摘 要本论文介绍用S7200 CN型PLC实现皮壳机操作系统的设计，给出了详细的系统设计过程、I/O配置方案、及相应的梯形图控制程序。并用人机界面形象地显示皮壳机的工作过程，方便操作者的操作和读者校验。本文还就计算机皮壳机运行过程的监
3、控进行了讨论。通过模拟运行和测试结果：表明该皮壳机系统设计合理，运行正确。关键字：可编程序控制器，皮壳机，梯形图，计算机监控，串行通讯，光纤传感器 目录一引言3二皮壳机控制设计4（一）皮壳机的系统组成4（二） 控制要求41电动机控制42主电机控制53加温启停控制54过胶机启停控制75胶泵启停控制76折边机启停控制77自动与手动控制78OP人机界面的控制7(三) PLC的I/O地址确定及分配101输入信号的确定102输出信号的确定103控制程序的编制方法104I/O地址分配11(四) PLC控制系统的实现12(五) PLC与人机界面通讯121PLC管脚定义122人机界面管脚定义133PLC与人机
4、界面通讯13三、控制软件设计14(一) 编程软件14(二) 梯形图程序框图14四、调试说明14五、总结15致谢16参考文献17附录一18附录二19附录三20附录四21附录五22附录六23附录七24主程序24(二)子程序251、发热管（胶炉）252、发热管（输送管道）263、胶泵264、.折边275、过胶276、电机27一引言皮壳机是针对档案盒、书型盒、文件夹、精装书壳等书面装裱包边并进行折边，做成包装盒或笔记本等相册外表面的设备。主机采用变频器调速，任意设定时间自动加热胶炉，并自动控制温度。包边组选用PLC控制，性能稳定、操作简易。流水线安装强力吸风装置，可避免纸张过胶后弯曲变形、移位。包边组
5、还可选择包装二边或四边的工作模式。面纸自动上胶、内衬纸板（或密度板）自动定位、自动四面包边等，适用于印刷或包装企业大批量生产不但定位精确，生产效率大大提高，而且做出的产品外观漂亮、质量稳定，是广大印刷包装界同仁提升产品档次，提高生产效率最有效的解决方案。目前，已经广泛采用可编程控制器（PLC）来控制生成流水线，其性能有很大改善。在硬件上，PLC对元器件、电源、输入输出接口、结构设计等采取了严格措施；在软件上，采用循环扫描、程序语法检查、故障检测与诊断及出错报警、保护数据、封锁输出及自动恢复等措施，使PLC的平均无故障时间达到了30万小时以上，非常适合于象皮壳机这种生成量大的环境中，以自动化生成
6、替代烦杂的工作环境，提高了工作效率，减少了劳动成本。本设计的目的就在于用PLC代替传统的继电器接触控制逻辑电路，充分利用PLC的优点使皮壳机的实际运行安全、高效。在掌握PLC对皮壳机的功能控制的基础上，利用PLC所提供的串行通讯接口与计算机连接组成系统，对皮壳机进行程序的下载和上载，外接控制按钮控制PLC，完成皮壳机的主机，副机的运行、停止及发热管温度、折边机折边、过胶机过胶工作的控制。在掌握PLC对皮壳机的功能控制的基础上，利用PLC所提供的串行通讯接口与计算机连接组成监控系统，对皮壳机进行监控，文本显示器请求皮壳机状态显示，命令控制PLC，完成皮壳机的主机，副机的运行、停止及发热管温度、折
7、边机折边、过胶机过胶工作的控制，最终实现人机界面（文本显示器）对皮壳机的实时监控。系统结构如图1所示：图1 皮壳机系统框图 二皮壳机控制设计（一）皮壳机的系统组成电气控制部分是皮壳机控制系统的核心，也是本次设计所关心的具体内容，它包含运行控制电路和控制信号。电气控制部分是皮壳机控制系统的核心，也是本次设计所关心的具体内容，运行控制电路可以是接触器线圈及其相关的控制电路，也可以是电力电子器件的控制电路，本次设计中主要采用继电器线圈。与此同时，以人机界面对PLC运行状态进行监视和控制，并可以进行手动、自动操作。（二） 控制要求皮壳机控制系统主要由主电动机自动手动正反转启停，副电动机自动手动正反转启
8、停，加温启停，胶泵启停，折边启停，过胶启停，堵塞报警等系统所组成。1电动机控制 电动机运作过程如下：当被包装物体输送到接近主机输送带时，电眼1探测到物体，副机1正转。电眼2检测到被测物体，堵塞报警延时3s进行复位。将主机停止，复机停止。电眼3检测到被测物体，将副机1正转停止，副机1开始反转。电眼4检测到被测物体，副机2正转。电眼5检测到被测物体，副机2正转停止，反转开始，将被测体输送出去。主机与副机传动图如下图2所示： 图22主电机控制 当给主电机通电即人机界面取反按纽按“ON”，反之断电后，主电机停止。当遇到堵塞情况时，电机自动关闭，停止转动。3加温启停控制皮壳机装壳的胶水温度必须保持在某一
9、温度范围内，当小于该温度值时，胶泵就会沾胶，输送管道就会堵塞，导致其不能正常工作，带来不必要的麻烦。于是就用PLC程序来自动解决这种顾虑，用热电偶传感器来感知温度的变化。热电偶是由两种不同的导体组成的闭合回路中，如果两端温度不同在回路中就会产生电动势，如果将一端置于测温场所，此端称为测量端（或工作端）。将冷端恒定在某一温度（一般为0），此端称为参考端（或自由端）。当此热电偶有对应的电动势与温度的函数关系就可以用来测量温度。因而，用四个热电偶传感器来感知胶炉的温度及输送管前、中、后端。通过PLC程序来控制：当输送管各处温度都是所设定的温度值时，胶泵就开启进行抽胶工作，若任何一处温度低于所设定的温
10、度值时，加温灯亮，输送管的发热管自动开启加温；当胶炉的温度小于所设定的温度时，加温灯亮，胶炉中的发热管自动开启加温。并且在文本程序设定其最高温度300，大于该温度，加温停止，从而使其保持在300。因为过高的温度会破坏纸质。该控制过程从文本显示器的显示温度状态及继电器的动作，可以很好的看出来。3.1热电偶的选型由热电偶网站查知，热电偶有以下几种类型： 表 1 12 种热电偶的标准 热 电 偶 分度号 正极代号名义成分(%)负极代号名义成分(%)最高使用温度（） 分度表温区（ ） 长期 短期 铂铑30-铂铑 6 B BPPt30 Rh BN Pt6 Rh 1600 1800 01820铂铑 13-
11、铂* R RPPt13 Rh RN 100 Pt 1400 1600 501769铂铑 10- 铂 S SPPt10 Rh SN 100 Pt 1300 1600 -501769 镍铬 - 镍硅 K KPNi10 Cr KN Ni3 Si 1200 1300 -2701373 镍铬 - 铜镍 E EPNi10 Cr EN Cu45 Ni 750 900 -2701000 铁 - 铜镍 J JP100 Fe JN Cu45 Ni 600 750 -2701200 铜 - 铜镍 T TP100 Cu TN Cu45 Ni 350 400 -270400 镍铬-铁 * NiCr-AuFe NiCrN
12、i10Cr AuFe Au0.07原子 Fe 0 -273.150 铜-金铁 * Cu-AuFe Cu100 Cu AuFe Au0.07原子 Fe 0 -2700 镍铬硅-镍硅 N NPNi14.5 Cr1.5Si NN Ni4.5 Si 1200 1300 - 2701300 钨铼3-钨铼25* WRe3- WRe25 W Re3 W3 Re WRe25 W25 Re 2300 02315 钨铼5-钨铼26* WRe5- WRe26 W Re5 W5 Re WRe26 W26 Re 2300 02315 表1 12 种热电偶的标准表2 几种热电偶的选型设置根据S7-200编程手册表1查知：
13、K分度的热电偶可测的温度范围最大，所以设计时采用K分度的热电偶。再根据S7-200编程手册表2，通过拨动EM231温度模块上的8个DIP开关（附录五）来选择热电偶的型号，将第三个开关拨动到“ON”档位。详图如附录五图所示。4过胶机启停控制当胶炉热电偶温度值大于文本显示器的设定温度值时（可从文本显示器上看处热电偶当前的温度值），过胶灯开启，过胶机自动开启对被转裱进行过胶。当低于该温度值时，过胶机关闭。5胶泵启停控制当胶炉热电偶中的温度大于所设定温度值时，胶泵灯亮，皎泵电机开启胶泵开始进行抽胶工作。否则，停止工作。6折边机启停控制给折边机通电时，折边机开启，断电时，折边机断开，人机界面上可进行相关
14、的控制。7自动与手动控制通过一个跳转指令来控制自动与手动操作，相应地，人机界面进行相关的画面跳转。8OP人机界面的控制OP系列是可编程序的小型人机界面，以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态，从而使操作人员能够自如地控制机器设备。人机界面如下： 第一页 第二页 第三页 第四页 第六页 第九页 第十页 第十二页 十四页(三) PLC的I/O地址确定及分配1输入信号的确定电眼即光电开关，光纤。工作原理 光电开关（光纤传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光
15、电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。皮壳机的光电开关检测的是非金属物体（如纸壳类被包装非金属物体）。为了减少费用，在设计时我用5个普通开关代替光纤传感器，来模拟皮壳机系统的控制。在保证皮壳机安全运行的前提下，各种控制信号尽量直接输入。5个开关作为输入信号。2输出信号的确定5个开关通过软件对输入控制信号进行处理后，由输出接口发出控制信号及各种指示灯信号。皮壳机主电机正转、停止，副机1，2的正转、反转，加温启停，胶泵启停，折边启停，过胶机启停作为输出信号。3控制程序的编制方法梯形图软件的设计采用模块化设计，模块化程序结构清晰，便于调试
16、。模块之间不完全独立，它们之间存在着有机联系，且在编程时要注意各条指令间的逻辑联系。梯形图中的内部辅助继电器和定时器统一分配编号，除了列出I/O分配表外，还应列出内辅功能分配表。4I/O地址分配表1 输入地址分配表输入地址输入设备I1.1光纤1I1.2光纤2I1.3光纤3I1.4光纤4I1.5光纤5表2 输出地址分配表输出地址输出设备Q0.0胶炉Q0.1输送管Q0.2胶泵电机Q0.3折边机Q0.4过胶机Q0.5主机Q0.6副机1FWDQ0.7副机1REVQ1.0副机2FWDQ1.1副机2REV表3 内部寄存器分配表各内部寄存器作用内部寄存器地址各内部寄存器作用输入地址加温启停M0.0加温灯M8
17、.0胶泵启停M0.1胶泵灯M9.0折边启停M0.3折边灯M10.0过胶启停M0.4过胶灯M11.0主机启停M0.5主机灯M12.0手动_副机1FWD启停M0.6手动_副机1FWD灯M13.0手动_副机1REV启停M0.7手动_副机1REV灯M14.0手动_副机2FWD启停M1.0手动_副机2FWD灯M15.0手动_副机2REV启停M1.1手动_副机2REV灯M16.0手动副机1FWDM2.0记数值VW200手动副机1REVM2.1清零M17.0Atuo副机1FWDM2.2胶炉热电偶VW50Atuo副机1REVM2.3输送管热电偶前VW52手动_副机2FWDM3.0输送管热电偶中VW54手动_副
18、机2REVM3.1输送管热电偶后VW56Atuo_副机2FWDM3.2温度设定值VW100Atuo_副机2REVM3.3胶炉温度值AIW0自动0手动1M5.0输前温度值AIW2故障控制M6.0输中温度值AIW4复位M7.0输后温度值AIW6表4 定时器分配表定时器地址各定时器的作用T37炉T38管T40堵塞报警时间T41延时Atuo副机1REVT42延时Atuo_副机2REV(四) PLC控制系统的实现详图见附录一(五) PLC与人机界面通讯1PLC管脚定义：查s7-200可编程序控制系统手册表7-7注：profibus是现场总线的英文2人机界面管脚定义：OP320-A人机界面串行通讯口引脚定
19、义号：引脚号定义1TD+2RXD3TXD4空5GND6TD-7空8RD-9RD+OP320-A人机界面程序下载线的连线图根据S7-200产品目录查得：3PLC与人机界面通讯：人机界面可以通过PPI协议和S7-200系列PLC的编程口或PROFIBUS-DP扩展通讯口直接通讯。项目内容人机界面通讯口RS485通讯端子PLC通讯口编程口或PROFIBUS-DP扩展通讯口通讯参数9600bps、8bit、1stop、Even局号2局通讯距离（最大）100米（双绞线）通讯方式RS485电缆型号OP-S7-CAB0开关量对应地址M000M317数字量对应地址VW000VW4096OP-S7-CAB0连线
20、图：三、控制软件设计 (一) 编程软件控制系统的软件设计借助于计算机设计，采用专为S7200系列PLC设计的Windows下的编程软件包STEP_7-MicroWIN_V4_SP4。使用该软件，可以在Windows下方便的进行梯形图软件设计，其中用梯形图语言编制的程序能直接转换成语句表语言程序，为不熟悉梯形图语言而具有专业计算机知识的人提供了方便。(二) 梯形图程序框图详细程序见附录二。四、调试说明 由于光纤传感器比较昂贵，所以在做设计时用普通导线开关来代替。通过普通开关的动作来模拟光纤传感器，以实现控制要求。模拟调试在输入端接上手动按钮,而在的输出指示灯上观察输出。这种调试比较抽象,输入信号
21、完全靠手动来控制。如按下开关1按钮I1.1指示灯亮,Q0.6指示灯亮，副机1开始正转。按下开关2按钮I1.2指示灯亮，堵塞报警，经过3s，对系统进行复位，并将所有电机断电。同时若不按人机界面上的恢复键，对5个输入点无论哪一个进行上电操作，相对应的输出指示灯都不亮，即电机不动作，这样确保系统在安全情况下运作。按下开关，经过1s，Q0.6指示灯灭，副机1停止正转，Q0.7指示灯亮，副机1开始反转。按下开关4按钮I1.4指示灯亮，Q1.0指示灯亮，,副机2开始正转。按下开关5按钮I1.5指示灯亮，Q1.0指示灯灭，副机2停止正转，副机2开始反转。其它功能的运行模拟调试同理。文本显示器程序的调试，将P
22、LC软件上的程序下载到PLC中,将文本显示器软件的程序下载到文本显示器中。将文本显示器与PLC用OP320-S7-200通讯线连接好。再在人机界面上进行操作对其进行调试。五、总结此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工作重要的一步。从最初的选题，开题到编程、调试直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改PLC程序，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我了解了PLC用途及工作原理，熟悉了皮壳机控制系统的设计步骤，锻炼了PLC编程实践能力，培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。毕业
23、设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的学习能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。 但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个有所作为的人。 致谢时间匆匆，短暂的机械设计过程很快过去，对于机械设计的知识学到很多，还有许多书本上学不到的知识。但最重要得一点就是从老师那里学到了学习的方法和分析问题的方法。对
24、于我来说，学习知识是次要的，学习方法才是立身之本。毕业设计对于我们即将毕业的学生来说，是非常重要的。这是我们在这大学三年中的总结和应用，也能进一步的加深学习和理解所学的知识。对我们今后进入社会有着很大的帮助，我们可以把它当成基础去学习和实践。在本次的毕业设计中，我不仅在知识水平得到了很大的提高，而且在生活中也得到了很大的感触。在这里，我首先感谢我的指导老师赵洪，他平易近人的态度、认真负责的工作热情、严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我受益非浅。无论在理论上还是在实践中、理论学习中他们都给予我很大的帮助，使我得到很大的提高，这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。其次，我要
25、感谢我的大学丽水职业技术学院。是她给予了我们难忘的大学生活，赋予了我良好的学习环境和学习氛围，使得我拥有了相对于以前很丰富的知识广度和深度。最后，在设计过程中，还有很多同学同样给我不少的帮助，解决了不少的难点，使得设计能及时完成，在这里一并感谢他们！感谢班的所有同学们，感谢我们在一起度过的这段忙碌又偷快的时光。在此，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意!衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师、专家、教授!参考文献1 徐建俊主编. 电机与电气控制. 北京: 清华大学出版社;北京交通大学出版社, 20042 骆德汉主编. 可编程控制器与.现场总线网络控制. 北京:
26、科学出版社, 20053 廖常初主编. PLC应用技术问答. 北京: 机械工业出版, 2006 4 周万珍主编. PLC分析与设计应用. 北京: 电子工业出版社, 20045 吴建强主编. 可编程控制器原理及其应用. 北京: 高等教育出版社, 20046 郭宗仁等，可编程控制器应用系统设计及通信网络技术M，人民邮电出版社，20027 张进秋、陈永利、张中民，可编程控制器原理及实用实例M，机械工业出版社，20048 第二版编辑委员会 编. 电气工程师手册. 北京: 机械工业出版社,20039 谭维瑜主编. 电机与电气控制. 北京: 机械工业出版社, 2003附录一附录二附录三附录四附录五附录六附录七主程序 (二)子程序1、发热管（胶炉）2、发热管（输送管道）3、胶泵4、.折边5、过胶6、电机
