基于PLC的全自動包裝機系統(tǒng)設計畢業(yè)設計論文

1、吉林化工學院畢業(yè)設計說明書基于PLC的全自動包裝機系統(tǒng)設計The Design of Automatic Packaging Machine Control SystemBased on PLC吉林化工學院Jilin Institute of Chemical Teclmologv吉林化工學院畢業(yè)設計獨創(chuàng)聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是本人在指導老師的指導下， 獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。盡我所知，除文 中已經(jīng)注明引用的內容外，本設計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以 明確方式標明

2、。本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名:二00年九月二十日畢業(yè)設計（論文）使用授權聲明本人完全了解濱州學院關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定。本人愿意按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版，同意學校保存學 位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復制手段保存設計（論 文）；同意學校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務系統(tǒng), 公布設計（論文）的部分或全部內容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名:二00年九月二十日基于PLC的全自動包裝的系統(tǒng)設計摘要全自動包裝機系統(tǒng)生產(chǎn)工藝及主要設備，建立在機械電氣特性的基礎上，對在控制系 統(tǒng)設計中如何充分利

3、用現(xiàn)代控制技術、網(wǎng)絡技術、現(xiàn)場總線技術、計算機技術等。全自動 包裝機控制系統(tǒng)達到國際先進水平進行了較深入的研究。論文充分考慮了成本、維護可靠 性和先進性等諸多因素，提出了基于全自動包裝機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，設計出全自動包 裝機控制系統(tǒng)的構成。自動控制系統(tǒng)設置3個現(xiàn)場PLC監(jiān)控站和1個中心操作站。下位機系統(tǒng)釆用PLC,上 位機系統(tǒng)采用PC或IPC （工業(yè)PC機）。考慮到全自動包裝機控制對系統(tǒng)安全性、可靠性、 可維護性和靈活性的要求，本系統(tǒng)現(xiàn)場控制站選擇西門子公司S7-300系列的模塊結構 PLC,上位機選擇工控機IPC。下位機編程釆用STEP-7 V5.0軟件包進行PLC軟件設計。建立高度全自動

4、包裝機控制系統(tǒng)，不僅可以加強整個系統(tǒng)的可靠性、準確性，還可以 減少勞動強度，降低處理成本和節(jié)約能源。全自動包裝機控制系統(tǒng)的建設將降低生產(chǎn)和維 護成本，減輕生產(chǎn)及維護工人的勞動強度，并為生產(chǎn)工藝的進一步改進提供方便，具有很 好的經(jīng)濟效益和社會效益。關鍵詞：全自動包裝機，可編程控制器，硬件組態(tài)-II -吉林化工學院畢業(yè)設計AbstractWith the rapid development of the automatic contiol theoiy, mdustnal contiol nenvoiks, computer networks and conumuiication networks

5、 technology, in modern mdustnal occasion for the lealization of people-onented work etluc, reducmg the mteiisitv of work, i mcieasmg work efficiency, production lme of automatic contiol system wluch must liave lugh leliability and flexibility lias become ail mipoitaiit pait of the study m the develo

6、pment of the contiol mdustiy.The system uses Siemens S7-300 PLC piogiaiimiuig softwaie STEP7 to conduct die reasonable contiol proceduies design, in older to be able to vividly reflect the actual opeiatmg and contiolluig process, makuig control scheme flexible and opeiatmg smiply aclueving tlie whol

7、e contiol process of alcohol distillation section.Combmed witli the process of alcohol distillation section and based on the ftuiction analysis towaids PLC, m the case tliat takuig hill accoiuit of the cost, maintauuiig reliability and many otlier factors ,tlus design accomplishes many important fin

8、ictions such as analog mput range conversion, analog volume output range conversion, the edit of digital manual piogiain and mam piogiam. and so on, thus it unpioves tlie systems leal-tune, anti-mtei-feience and maiieuveiabilitv, meets the actual needs in mdustnal process, aclueves flexible contiol

9、scheme, operates sunplv and aclueves contiol of the whole process of alcohol distillationThe system can conduct online- momtoimg towaids the opeiatmg paiameteis, loop contiol, PID tuning, opeiatmg conditions of equipments and system fault of the etliaiiol distillation system. It caii effectively red

10、uce labor intensity, save productive cost, and unprove tlie antijanuiinig capability, the level of the automation control and tlie leliability of the systemKeywords: water treatment, programmable controller hardware configuration基于PLC的全自動包裝的系統(tǒng)設計摘要IAbstractIll第1章緒論11.1選題的目的及意義11.1.1選題的目的11.1.2選題的意義11

11、.2全自動包裝機系統(tǒng)國內外形勢213可編控制器的發(fā)展313.1可編程控制介紹3132可編程控制器功能3133可編程控制器特點41.3.4可編程邏輯控制器發(fā)展史5第2章全自動包裝機控制系統(tǒng)總體設計72.1本課題研究的主要內容72.2基于PLC的包裝機生產(chǎn)工藝概述82.3系統(tǒng)運行方式82.4系統(tǒng)控制總框圖9第3章STEP7編程軟件103.1 SIMATIC S7-300 基本構成103.2 SIMATIC S7-300 基本功能1133 STEP7軟件概述123.3.1 STEP7 的硬件接口123.3.2 STEP7 的授權123.3.3 STEP7的硬件組態(tài)133.3.4 STEP7 中的塊1

12、33.4 S7 PLCSIM 仿真軟件15第4章包裝機控制系統(tǒng)設計164.1 I/O點的確立及硬件配置164.1.1 確定 I/O 表164.1.2硬件配置174.2硬件組態(tài)174.2.1建立項目17吉林化工學院畢業(yè)設計4.2.2硬件組態(tài)1943STEP 7 編程214.31編輯子程序224.3.2主程序OB1編制284.4上位機設置284.4.1連接測試與通訊診斷304.5在線調試及仿真31參考文獻33結論34致謝35附錄C：元器件清單36吉林化工學院畢業(yè)設計第1章緒論本論文陳述了全自動包裝機控制系統(tǒng)對我國生產(chǎn)機械化的重要性，介紹了關于PLC 控制系統(tǒng)特點，并且與其他的控制系統(tǒng)做了簡單的比較

13、，說明了 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)越性 以及不足。1.1選題的目的及意義1.1.1選題的目的1、通過本次畢業(yè)設計，使得對全自動包裝機控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展有進一步了解。2、掌握STEP7系統(tǒng)軟件的狀況，了解它們的工程應用。3、熟悉全自動包裝機控制系統(tǒng)配置、工藝流程及控制方案。4、掌握如何進行現(xiàn)場調試及投運。1.1.2選題的意義自動化是現(xiàn)代科技進步的一特征，現(xiàn)代生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，對自動化技術提出 越來越高的要求，同時也為自動化技術的革新提供了必要條件。基于PLC的全自動包裝 機系統(tǒng)改變著了包裝過程的動作方式。實現(xiàn)自動控制的包裝系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效 率和產(chǎn)品質量，顯著消除包裝工序及印刷貼標等造成的誤

14、差，有效減輕職工的勞動強度 并降低能源和資源的消耗。要想在規(guī)定的時間內，為自己創(chuàng)造出最大的利益，就要確保自己的食品包裝生產(chǎn)線 運行良好，在生產(chǎn)過程中不會出現(xiàn)錯誤，這樣在盡量避免錯誤出現(xiàn)和故障的影響，才會 為企業(yè)獲得最大的利益。自動化水平在制造工業(yè)中不斷提高，應用范圍正在拓展。包裝 機械行業(yè)中自動化操作正在改變著包裝過程的動作方式和包裝容器及材料的加工方法。 實現(xiàn)自動控制的包裝系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量，顯著消除包裝工序及印 刷貼標等造成的誤差，有效減輕職工的勞動強度并降低能源和資源的消耗。具有革命意 義的自動化改變著包裝機械行業(yè)的制造方法及其產(chǎn)品的傳輸方式。設計、安裝的自動控 制包裝

15、系統(tǒng)，無論從提高包裝機械行業(yè)的產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率方面，還是從消除加工誤 差和減輕勞動強度方面，都表現(xiàn)出十分明顯的作用。尤其是對食品、飲料、藥品、電子 等行業(yè)而言，都是至關重要的。自動裝置和系統(tǒng)工程方面的技術正在進一步深化，并得 到更廣泛的應用。全自動包裝機是以塑料或塑料鋁箔薄膜為包裝材料，對液體、固體、粉狀糊狀的食 品、糧食、果品、醬菜、果脯、化學藥品、藥材、電子元件、精密儀器、稀有金屬等進基于PLC的全自動包裝的系統(tǒng)設計行包裝。特別適用于茶葉、食品、醫(yī)藥、商店、研究機構等行業(yè)，具有外型美觀、結構 緊湊、效率高、操作簡便等優(yōu)點。隨著自動化程度的提高，包裝機的操作、維護和日常保養(yǎng)更加方便簡單，降

16、低了對 操作人員的專業(yè)技能要求。產(chǎn)品包裝質量的好壞，直接與溫度系統(tǒng)、主機轉速精度、追 蹤系統(tǒng)的穩(wěn)定性能等息息相關。中國的全自動包裝技術是在上世紀80年代初期發(fā)展起來的，全自動包裝技術在上世 紀90年代初期開始少量使用，隨著小包裝的推廣及超市的發(fā)展，其適用范圍越來越廣泛, 有些將逐步替代硬包裝，前景非?？春谩?.2全自動包裝機系統(tǒng)國內外形勢國內全自動包裝機系統(tǒng)雖還較落后，基本仍是手工操作，但有些城市全自動包裝機 系統(tǒng)引進全部或局部計算機控制，取得了一定的經(jīng)驗。全自動包裝機工業(yè)從誕生到現(xiàn)在大體經(jīng)歷了兩個發(fā)展期：從20世紀50年代開始到 80年代中期是第一個發(fā)展期，這一時期是從制造簡單的抽氣機開始的

17、。當時全國生產(chǎn)真 空設備的企業(yè)不足20家，產(chǎn)品以中低檔真空獲得設備為主，如制鏡鍍膜機、香煙包裝機 等。從20世紀80年代后期到整個90年代是中國全自動包裝機工業(yè)發(fā)展的第二個時期。 這期間，生產(chǎn)企業(yè)增加到近3000家，從業(yè)人員達到3.5萬人。整個全自動包裝機行業(yè)經(jīng) 過“七五”、“八五”的技術改造后整體水平有了大幅提升，從加工條件上講，加工中心、 數(shù)控機床、樹脂砂鑄件等先進生產(chǎn)設備開始裝備企業(yè)。到1996年，由于煉鎂行業(yè)的拉動, 使全自動包裝機行業(yè)得到飛速發(fā)展。我國包裝機械發(fā)展較晚，目前正處于起步應用階段，雖然從九十年代后，我國的制 袋充填機有了較快發(fā)展，通過參考國內外產(chǎn)品進行消化吸收，自主開發(fā)研

18、制，技術上有 了很大的提高，但與國外相比，國內大多數(shù)產(chǎn)品技術含量低，產(chǎn)品差異程度低，成熟產(chǎn) 品技術易模仿和抄襲，造成低水平重復，阻礙了對包裝機的技術創(chuàng)新和發(fā)展。在產(chǎn)品技 術方面，國內包裝機的主要特點如下：1. 速度低，品種少國外大多數(shù)制袋充填包裝機根據(jù)包裝物料的不同和產(chǎn)量的大小，一般在20-100袋/ 分之間，大多為單列式包裝，封合形式一般是三邊封，四邊封和背封式。2. 精度低釆用螺桿充填的計量充填系統(tǒng)，當充填量為100g1000g時，國外機器的計量精度 一般1%,而國內一般在62%63%之間。3. 可靠性低吉林化工學院畢業(yè)設計國內一些企業(yè)為了能在產(chǎn)品初期快速賺錢，低價格傾銷，采用無質量保證的

19、電子元 件、控件或低級的原材料，再加上無規(guī)范的加工和裝配工藝，沒有針對具體情況進行改 造，導致產(chǎn)品不穩(wěn)定或不適合用戶使用要求。4. 自動化和智能化水平低近年來，我國的包裝機械雖釆取了一些PLC和具有智能控制功能的儀表，但總體來 說，大多數(shù)還是低水平的機電控制，還沒有帶有數(shù)據(jù)儲存、采集、修正功能的機器。1.3可編控制器的發(fā)展1.3.1可編程控制介紹可編程控制器最初用于邏輯控制，稱作可編程邏輯控制器(ProgiaiimiableLogic Contioller)簡稱PLC。隨著計算機技術的發(fā)展及微處理器的應用，可編程控制器的功能 不斷擴展和完善，早己遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，具備了模擬量控

20、制、過程 控制以及遠程通信等強大功能。由于可編程控制器在不斷發(fā)展，對它下一個確切定義比 較困難。目前公認的是1980年美國電氣制造商協(xié)會NEMA對它下的定義：可編程控制 器是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算， 順序運算、計數(shù)、計時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。將其 正式命名為可編程控制器(Piogiammable Contioller),簡稱PC。但為了與個人計算機 (Personalcomputer)的專稱PC相區(qū)別，常常把可編程控制器仍簡稱為PLC。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技 術和通

21、訊技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置。目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、計 時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領域中是以繼電器占主導地位的。這種由繼 電器構成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度 不高，尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應性更差，一旦生產(chǎn)任務和工藝發(fā)生變化，就必 須重新設計，并改變硬件結構，造成了時間和資金的嚴重浪費。1.3.2可編程控制器功能1. 邏輯運算和定時計數(shù)功能開關量控制功能PLC設置有與、或、非等邏輯運算指令，能夠描述繼電器觸點的串聯(lián)、并聯(lián)、復合 串并聯(lián)等各種連接關系，還為用戶提供了若干個定時器和計數(shù)

22、器，并設置了定時和計數(shù)基于PLC的全自動包裝的系統(tǒng)設計指令。定時值和計數(shù)值可由用戶編程時設定，并可在運行中被讀出或修改。因此可以取 代繼電器進行邏輯組合與順序控制。2. 數(shù)據(jù)處理和數(shù)字量與模擬量的轉換功能一擬量控制功能PLC設置有數(shù)據(jù)傳送、比較、運算、移位、位操作、數(shù)制轉換等數(shù)據(jù)處理指令和打 印輸出指令，并可對存儲器間接尋址。PLC可配有模數(shù)轉換AQ和數(shù)模轉換D/A模塊， 能實現(xiàn)對模擬量的測量和控制。3. 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能通信功能PLC設置有數(shù)據(jù)發(fā)送和接收指令，可與計算機、其它PLC和外設之間建立鏈接，具 有通信聯(lián)網(wǎng)功能。4. 中斷處理功能PLC設置有中斷指令，通過中斷響應，及時得到所輸入狀

23、態(tài)的變化信息，能夠進行 故障檢測和提高運行速度。5. 監(jiān)控和自診斷功能PLC設置有報警和運行信息的顯示，它在系統(tǒng)發(fā)生異常時自動停止運行并發(fā)出報警 信號，能夠保護和恢復現(xiàn)場，還能通過軟件進行故障檢測和程序校驗。6. 擴展功能PLC主機上設有輸入輸出擴展接口，通過專用模塊配置可擴大信息處理范圍和實現(xiàn) 功能擴展。例如，配置擴展I/O模塊，可增加輸入輸出點數(shù)，配置智能I/O模塊可使PLC 增加伺服電機控制、閉環(huán)過程控制、溫度控制、遠程通信等專項特殊功能。1.3.3可編程控制器特點1. 可靠性高設備的高可靠性指的是平均無故障工作時間（MTBF）長和故障平均修復時間（MTTR）短?？删幊炭刂破髟趷毫庸ぷ鳝h(huán)

24、境中應用的高可靠性，由以下設計得到保證: 硬件接線元件少，且采用精選、冗余、集成化、模塊化等措施，使元件壽命長、故障少、 故障易于查找；采用多層次的抗干擾措施，如對CPU模塊的電磁屏蔽，在電源電路和I/O 模塊中設置濾波電路和在輸入輸出電路中采用信號光電耦合，使PLC可與強電設備在 同一環(huán)境下可靠工作；因編程簡單、操作方便而使失誤減少；設置了掉電保護、監(jiān)控、 報警、故障檢測等電路和程序，能夠及時發(fā)現(xiàn)和排除故障。釆取以上措施后，一般可編 程控制器的抗干擾能力可達1000的窄脈沖的沖擊，平均無故障工作時間可高達510萬小時?？梢奝LC具有極高的可靠性，這也是PLC得到用戶認可的首要因素。2. 柔性

25、好吉林化工學院畢業(yè)設計設備的柔性是指其在使用過程中的適應性和靈活性?？删幊炭刂破鞯娜嵝员憩F(xiàn)為：由于采用程序控制方式，所以在因產(chǎn)品改型而改變工 藝流程或更換生產(chǎn)設備時，只需通過程序的編制和更改即可適應生產(chǎn)要求，而不必改變 控制裝置。這一柔性特點使PLC成為柔性制造系統(tǒng)FMS中必不可少的控制裝備。模塊 式結構具有擴展的靈活性，用戶可根據(jù)實際控制要求選用和組合模塊，方便地進行系統(tǒng) 設計、修改和安裝。3. 功能強大可編程控制器不但具有開關量控制、模擬量控制、數(shù)據(jù)通信、中斷控制等完善的功 能，還能根據(jù)需要實現(xiàn)容量和功能的擴展，形成各種專門的智能控制功能。這是PLC得 到各行各業(yè)廣泛應用的重要原因。4.

26、使用方便可編程控制器的使用方便表現(xiàn)在以下兩方面：編程方便。PLC提供了多種面向用戶 的編程語言：梯形圖、指令語句表、功能圖等，其中梯形圖語言的表達方式與繼電器控 制系統(tǒng)的電氣線路圖類似，極易被工廠電氣技術人員接受和掌握。這樣，即使不懂計算 機原理和語言的用戶，也能使用PLCc操作方便。對PLC的操作是指程序的輸入和程序 的更改，通常采用手持式編程器和個人計算機進行。編程器直接或由電纜插入PLC的 相應插座，程序由鍵盤輸入并有液晶顯示，可工作在編程、運行和監(jiān)控的不同狀態(tài)下， 用于現(xiàn)場調試和在線修改是非常方便的。通過PLC廠商提供的編程軟件及通信接口，用 戶還可以使用個人計算機對PLC編程，并對系

27、統(tǒng)進行仿真、測試、監(jiān)視和控制。5. 體積小、功耗低集成電路模塊使可編程控制器達到小型化或超小型化，使其易于裝入機械電子設備 內部，這是產(chǎn)品實現(xiàn)機電一體化的關鍵。1.3.4可編程邏輯控制器發(fā)展史上述的定義表明，PLC是一種能直接應用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，是以微處理 器為基礎，結合計算機技術、自動控制技術和通信技術，用面向控制過程、面向用戶的 “自然語言”編程的一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。1. 第一階段：初級階段（1969至70年代中期）主要是邏輯運算、定時和計數(shù)功能，沒有形成系列。與繼電器控制相比，可靠性有 一定提高。CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存

28、儲器。2. 第二階段：擴展階段（70年代中期至末期）基于PLC的全自動包裝的系統(tǒng)設計PLC產(chǎn)品的控制功能得到很大擴展，包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的比較和運算、模擬量 的運算等功能。增加了數(shù)字運算功能，能完成模擬量的控制。開始具備自診斷功能，存 儲器釆用EPROMo3. 第三階段：通信階段（70年代中末期至80年代中期）PLC隨著計算機通信的發(fā)展，形成了分布式通信網(wǎng)絡。PLC就己經(jīng)從汽車行業(yè)迅速 擴展到其它行業(yè)，作為繼電器的替代品進入了食品、飲料、金屬加工、制造和造紙等多 個行業(yè)。4. 第四階段：開放階段（80年代中期至今）通信系統(tǒng)開放，使各制造廠商的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議開始標準化，使用戶得益。 P

29、LC開始采用標準化軟件系統(tǒng)，并完成了編程語言標準化工作。隨著PLC技術的推廣應用，PLC將向兩個方面發(fā)展：一方面向著大型化的方向發(fā)展, 另一方面則向著小型化的方向發(fā)展。PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在大中型PLC高 功能、大容量、智能化、網(wǎng)絡化發(fā)展，使之能與計算機組成集成控制系統(tǒng)，對大規(guī)模、 復雜系統(tǒng)進行綜合的自動控制。吉林化工學院畢業(yè)設計第2章全自動包裝機控制系統(tǒng)總體設計第一章介紹了可編程控制技術的一些概要情況，下面就具體結合包裝機控制系統(tǒng)的 實際來看一下它的應用。這里需要說明的是，正如前面所提到的那樣，可編程控制技術 并非單純是指PLC本身，而是包括其在內的一系列自動化控制產(chǎn)品和技術的應

30、用。在電 氣控制部分設計時，充分考慮到用戶的功能需求和與本系統(tǒng)機械部分的配合需求，在具 體實現(xiàn)的過程中，乂以系統(tǒng)的可靠性與易用性為準則，盡量把本系統(tǒng)設計成為一個功能 齊全、可靠性高且易于使用的包裝設備。2.1本課題研究的主要內容現(xiàn)代社會對物品的包裝要求越來越高，為使包裝出的物品整齊、美觀并且具有良好 的包裝質量，要求包裝機具有精確的動作、定位精度及較高的生產(chǎn)率，因此對包裝機的 控制要求是越來越高。傳統(tǒng)的繼電器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的要求了，所以研制高效、 經(jīng)濟的新型包裝機械是市場的迫切需要。圖2-1包裝機工作控制包裝機工作控制如圖2-1所示。全自動小袋包裝機是具有日期打印、縱封運動、裝 料、橫封

31、運動、切斷袋膜等功能的包裝設備。其工作原理是將卷膜按照規(guī)定的供膜要求 安裝好后，卷膜由走袋電動機通過同步帶輪帶動兩組同步帶將薄膜帶動行進。當薄膜通 過打印器時，可自動打印上需要的日期。薄膜經(jīng)翻領成型器，通過縱封器的縱封將薄膜 制成袋筒，袋筒經(jīng)過橫封器進行下橫封（此時上、下橫封同時進行，袋膜經(jīng)過刀片從上、 下橫封中間切斷，刀片上的為上袋下橫封，刀片下的為下袋上橫封）。物料通過漏斗的 料位檢測，電控系統(tǒng)自動控制上料機得啟停使漏斗內的物料保持一定的高度，形成穩(wěn)定 的料壓，以保證計量的精度的穩(wěn)定性。物料充填量杯后，超出杯口的物料由刮板刮平， 當物料視比重變化時，可通過旋轉計量調整機構手輪改變量杯容積，

32、達到計量精度要求。 物料通過下料筒流入袋膜中進行上橫封，上、下橫封工序完成后，裝有物料的袋膜通過 自重落入溜板輸出機外?；赑LC的全自動包裝的系統(tǒng)設計自動包裝機工藝過程由袋成型、充填、封口，冷卻等幾部分組成，包裝機控制系統(tǒng) 輸入信號有：膜檢測、橫封和縱封的最高溫和最低溫檢測、動盤到位檢測、色標、料滿 檢測，橫封、縱封日期打印情況、過載保護等。輸出信號有：走袋電動機、打印電磁閥、 刮板電磁閥、切刀電磁閥、動盤電磁閥、供料電動機、冷卻電動機、橫封加熱管、縱封 加熱管、空氣壓縮機和聲光報警等。2.2基于PLC的包裝機生產(chǎn)工藝概述通過分析控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分為縱封運動、供料系統(tǒng)、橫封運動和封切運動等

33、。 縱封運動和橫封運動中要牽涉溫度的控制。橫封結束后要運用切刀的動作將包裝好的成 品和膜切斷。在高速運動中，傳統(tǒng)方式中各部分的動作精確度不夠，而采用PLC控制的 電機完成此項工作是比較容易的。它既靈活方便，乂精確可靠。所以我們選擇PLC控制 的方案是：在控制系統(tǒng)確定后，利用傳感器收集的信號通過PLC去控制其他執(zhí)行機構。 根據(jù)膜上的色標來確定橫封的位置。PLC除完成以上對執(zhí)行機構的控制外，還要同時檢測其他過載信號，同時聲光報警, 提醒工作人員檢修。以此減少控制系統(tǒng)因為故障而產(chǎn)生不必要的浪費。此全自動包裝機控制系統(tǒng)中最主要的就是PLC。其次系統(tǒng)中需要采用有膜信號、動 盤到位、日期標號等信號，所以要

34、釆用光電傳感器去檢查以上信號。要判別橫封和縱封 的最低溫度和最高溫度，所以要采用溫度傳感器去檢測。要檢測色標的位置，所以要釆 用顏色傳感器。要使傳感器工作，要用一個24V的電源模塊給電路中的電磁閥和AQ模 塊供電。防止電路中各電機等過載，所以要用到熱繼電器。由于橫封和縱封的存在，所 以還要有加熱管。其他還要電機、交流接觸器和電磁閥等。2.3系統(tǒng)運行方式系統(tǒng)運行方式分為手動和自動。1. 手動：按下啟動按鈕，手動開關閉合，程序才能夠運行，完成相應的動作。2. 自動：按下啟動按鈕，程序完成一個周期的動作后乂接著從第一步開始運動，自 動循環(huán)。在自動方式下，中途若按下復位按鈕，則系統(tǒng)要繼續(xù)運行到第一步開

35、始位置才 停止。根據(jù)包裝機的實際運行情況，本設計釆用自動運行和手動運行兩種方式，還必須考 慮停止運行方式的設計，可編程控制器的停運方式有正常停運，暫時停運和緊急停運三 種。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，乂要包裝機運行期間釆用循環(huán)工作方式，只有在工作結束或接 收到操作人員的停止運行指令或設備出現(xiàn)故障或異常情況時才停止，因此本系統(tǒng)釆用硬 件切斷電源，使系統(tǒng)立即停車。吉林化工學院畢業(yè)設計2.4系統(tǒng)控制總框圖系統(tǒng)硬件配置機構框圖如圖2-2所示，包括中央處理單元及I/O擴展單元、檢測元件（光電開關和接近開關等）、控制元件（交流接觸器和電磁閥）以及執(zhí)行元件（電動機） 等兒部分。操作人員給出操作指令并指示設備的運行狀態(tài)

36、，機器啟停、功能切換、工況 檢測、運行狀態(tài)、故障報警等，檢測元件檢測料位位置、投料結束信號，以及各部分的 動作完成情況；PLC自動循環(huán)掃描各個輸入輸出點的當前狀態(tài)，并根據(jù)梯形圖程序所確 定的邏輯關系跟新輸出點的狀態(tài)，通過通斷交流接觸器和電磁閥來控制電動機的啟停， 從而完成從卷膜輸送到物料排出全過程的自動控制。圖2-2系統(tǒng)結構框圖直流電源開朕DIN導軌安裝了 STEP?軟件的編程設備基于PLC的全自動包裝的系統(tǒng)設計第3章STEP7編程軟件3. 1 SIMATIC S7-300 基本構成西門子PLC采用超大規(guī)模集成電路和先進的生產(chǎn)工藝進行生產(chǎn)。其產(chǎn)品與傳統(tǒng)的邏 輯電路相比具有編程方法簡單易學，功能

37、強，性能價格比高，維修工作量小，維修方便, 體積小，能耗低?？煽啃愿?，抗干擾能力強，系統(tǒng)的設計安裝調試量少等特點，硬件配 套齊全，用戶使用方便。004 0：.Soo07A124.024 Volt張力消除夾CPU電源接線按鈕接線E124.1圖3-1 S7-300系統(tǒng)結構1. CPU模塊CPU模塊主要由微處理器和存儲器組成，它的主要任務是不斷釆集輸入信號，執(zhí)行 用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，存儲器用來儲存用戶程序和數(shù)據(jù)。2. 電源模塊電源模塊用于將交流220V轉變成直流24V。給背板總線提供5V的直流，通過背板 提供網(wǎng)線5V直流電。3. 數(shù)字量和模擬量輸入輸出模塊-10 -吉林化工學院畢業(yè)設計輸入模塊

38、用來采集輸入信號。分為數(shù)字量和模擬量輸入，分別釆集開關、按鈕、壓 力繼電器、電位器、測速發(fā)電機、各種變送器等的輸入。數(shù)字量輸出模塊用來控制接觸 器、閥體、報警裝置等，而模擬量輸出模塊用來控制變頻器、電動調節(jié)閥等。4. 接口模塊接口模塊主要用來擴大PLC的容量，也給擴展模塊提供電源。5. 通信模塊通信模塊用于PLC之間，PLC與遠程I/O之間，PLC與計算機和智能設備之間的 通信，可以將PLC接人MPI, PROFLBUSo ASI和工業(yè)以太網(wǎng)。6. 編程設備西門子PLC釆用安裝了編程軟件STEP7的計算機作為編程設備，在顯示器屏幕上編 輯文本程序和圖形程序，也可從CPU將程序上載到編程設備或下

39、載程序到CPU,通過網(wǎng) 絡可對PLC實現(xiàn)遠距離編程。3.2 SIMATIC S7-300 基本功能1. 開關量邏輯控制。開關量邏輯控制可取代傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制電路，實現(xiàn)數(shù)字 量控制、順序控制；既可用于單臺設備的控制，也可用于多機的自動控制，其應用領域 己遍布各行各業(yè)。2. 閉環(huán)過程控制。閉環(huán)過程控制是指對存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度 等連續(xù)變化的量（即模擬量）。PLC采用模擬置I, O模塊，實現(xiàn)MD和D/A轉換（A：模 擬量，D：數(shù)字量），CPU通過各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，對模擬量完成閉 環(huán)PID（比例、積分、微分）控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調節(jié)

40、方 法。3. 運動控制。PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制 模塊，如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、 機床、機器人、電梯等場合。4. 數(shù)據(jù)處理。PLC具有矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排 序、查表、位操作等功能。可以完成數(shù)據(jù)的釆集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造 紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5. 通信聯(lián)網(wǎng)。西門子PLC通信包含PLC間的通信，PLC與其他智能設備（變頻器、 計算機、數(shù)控裝置）間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡的發(fā)展?，F(xiàn)代PLC也可以通過Intemet 實現(xiàn)遠程通信，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和維修，也

41、可實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)傳輸。-11 -基于PLC的全自動包裝的系統(tǒng)設計3.3 STEP7軟件概述STEP7是目前世界上使用最為廣泛的自動化軟件之一，STEP7編程軟件用于 SIMATICS7、M7、C7和基于PC的WmCC,是用于編程、監(jiān)控和參數(shù)設置的標準工具。 STEP7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文 件建檔、運行和故障診斷功能等。STEP7用SIMATIC管理器對項目進行集中管理，它 可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WmCC的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)STEP7各種功能所需的 SIMATIC軟件工具都集成在STEP7中。秉承為中國企業(yè)降低工程成本、助力技術

42、創(chuàng)新 的宗旨，西門子研發(fā)技術團隊將SIMATIC技術與中國用戶使用習慣完美融合，歷經(jīng)兩年 多不懈完善，精心打造全新工程利器。3.3.1 STEP7的硬件接口PGMPI適配器用于連接安裝了 STEP7的計算機RS-232C接口和PLC的MPI接口。 計算機一側的通信速率為19.2kb/s或38.4kb/s,PLC 側的通信速率為192.kb/s1.5Mb/s。 除了 PC適配器，還需要一根標準的RS-232C通信電纜。計算機的通信卡CP5611 （PCI 卡）、CP5511或CP5512 （PCMCIA卡），可以將計算機連接到MPI或PROFIBUS網(wǎng)絡, 通過網(wǎng)絡實現(xiàn)計算機與PLC的通信。計算

43、機的工業(yè)以太網(wǎng)通信卡CP1512 （PCMCIA卡） 或CP1612 （PCI卡）,通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)計算機與PLC的通信。配置計算機硬件接口步驟如下：1. 在計算機上安裝好STEP7后，在管理器中執(zhí)行菜單命令“Option Settmgthe PG/PC Interface” ,打開 “SettingPG/PC Inihce 對話框。2. 在中間的選擇框中，選擇實際使用的硬件接口。點擊【Select.】按鈕，打開 u Install Remove Interfaces ”對話框，可以安裝選擇框中沒有列出的硬件接口的驅動程序。3. 點擊【Piopeities.按鈕，可以設置計算機與PLC通信的

44、參數(shù)。3.3.2 STEP7 的授權使用STEP7編程軟件時需要產(chǎn)品的特別授權，STEP7與可選的軟件包需要不同的授 權。STEP7的授權存放在一張只讀的授權軟盤中。STEP7的光盤上的程序AuthorsW用 于顯示、安裝和取出授權。每安裝一個授權，授權磁盤上的授權計數(shù)器減1,當計數(shù)值 為0時，不能用這張磁盤再安裝授權。使用AuthoisW程序可以把授權傳回授權磁盤，以 后可以用這張磁盤再次安裝授權，也可以在硬盤的不同分區(qū)之間移動授權。吉林化工學院畢業(yè)設計沒有授權也可以使用STEP7,以便熟悉用戶接口和功能，但是在使用時每隔一段時 間將會搜索授權，提醒使用者安裝授權，只有安裝了授權才能有效地使

45、STEP7工作。如果因為硬盤出現(xiàn)故障而丟失授權，可以使用授權盤上的緊急授權，它允許STEP7 繼續(xù)運行一段有限的時間。在此期間應與當?shù)匚鏖T子代表處聯(lián)系，以獲得丟失授權的替 換授權。3.3.3 STEP7的硬件組態(tài)在PLC控制系統(tǒng)設計的初期，首先應根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出信號的性質和點數(shù)，以 及對控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)的硬件配置。例如CPU模塊與電源模塊的型號，輸 A/輸出模塊（即信號模塊SM）、功能模塊（FM）和通信處理模塊（CP），各種模塊的 型號和每種型號的數(shù)量等。S7-300的SM、FM和CP的數(shù)量總和超過8塊時，除了中央 機架外還需要配置擴展機架和接口模塊（IM）。確定了系統(tǒng)的硬件組

46、成后，需要在STEP7 中完成硬件配置工作。硬件組態(tài)的任務就是在STEP7中生成一個與實際的硬件系統(tǒng)完全相同的系統(tǒng)，例如 要生成網(wǎng)絡、網(wǎng)絡中各個站的機架和模塊，以及設置各硬件組成部分的參數(shù)，即給參數(shù) 賦值。硬件組態(tài)確定了 PLC輸入/輸出變量的地址，為設計用戶程序打下了基礎。組態(tài)時設置的CPU參數(shù)保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊SDB中，其他模塊的參數(shù)保存在CPU中。 在PLC啟動時CPU自動地向其他模塊傳送設置的參數(shù)，因此在更換CPU之外的模塊后 不需要重新對它賦值。PLC在啟動時，將STEP7中生成的硬件組態(tài)與實際的硬件配置進行比較，如果二者 不符，將立即產(chǎn)生錯誤報告。模塊在出廠時帶有預置的參數(shù)，或稱為默

47、認的參數(shù)，一般可以采用這些預置的參數(shù)。對于網(wǎng)絡系統(tǒng)，需要對以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP和MPI等網(wǎng)絡的結構和通信參數(shù)進 行組態(tài)，將分布式O連接到主站。3.3.4 STEP7 中的塊在S7用戶程序內可使用多種類型的塊如表3-1所示。表3-1 STEP7中塊的類型塊功能簡介參見組織塊（0B）系統(tǒng)功能塊（SFB）和系統(tǒng)0B確定用戶程序的結構。SFB和SFC集成在S7 CPU中，可組織塊和程序結構系統(tǒng)功能塊（SFB）-13 -基于PLC的全自動包裝的系統(tǒng)設計功能(SFC)以用來訪問一些重要的系統(tǒng)功 能。和系統(tǒng)功能(SFC)功能塊(FB)FB是帶有用戶可自行編程的存 儲器”的塊。功能塊(FB)功能(F

48、C)FC包含頻繁使用功能的例行程 序。功能(FC)實例數(shù)據(jù)塊調用FB/SFB時，實例DB與塊關實例數(shù)據(jù)塊(實例DB)聯(lián)。它們在編譯期間自動創(chuàng)建。數(shù)據(jù)塊(DB)DB是用于存儲用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)塊(DB)區(qū)。除分配給功能塊的數(shù)據(jù)外， 共享數(shù)據(jù)塊也可由任何一個塊 來定義和使用。OB、FB、SFB、FC和SFC包含程序段，因此也稱為邏輯塊。每種塊類型許可的塊 數(shù)目和塊長度由CPU決定。STEP7中常用BLOCK主要有兒種：OB組織塊、FC功能塊、FB功能塊、DB數(shù)據(jù) 塊。0B：功能塊，相當于主程序，常用的有0B1和OB100；FC、FB：功能塊，相當于子程序；在編完子程序后，必須在主程序中調用子程

49、序。OB100是PLC上電后先執(zhí)行，只執(zhí)行一次；OB1是PLCCPU循環(huán)執(zhí)行的程序。上 電后首先執(zhí)行OB100,再執(zhí)行0B1。FBI是系統(tǒng)里用OPI總線連接PCU和MCP,對控制面板進行定義：控制面板的輸 入地址的起始地址；控制面板的數(shù)量；控制面板的輸出地址的起始地址；控制面板的MPI 地址：MCPIBUSADR=6o組織塊(OB)在CPU中，用戶程序由啟動程序、主程序和各種中斷響應程序等不同的 程序模塊構成。這些模塊在STEP* /中的實現(xiàn)形式就是OBo 0B是直接被操作系統(tǒng)調用 的用戶程序塊，0B與不同的CPU類型是相關的，某一型號的CPU支持哪些OB是確定 的。0B1是對應于循環(huán)執(zhí)行的主

50、程序的程序塊，它是STEP/程序的主干，其他大多數(shù) OB則對應于不同的中斷處理程序(另外還有啟動程序和背景程序等非中斷類的OB)o功能(FC)和功能塊(FB)。FC和FB都是用戶自己編寫的程序模塊，可以被其他程序 塊(OB、FC和FB)調用。FC與FB的根本區(qū)別在于，F(xiàn)C不具備自己的存儲區(qū)，而FB擁 有自己的存儲區(qū)(背景DB),在調用任何一個FB時，都必須指定一個背景DBo吉林化工學院畢業(yè)設計數(shù)據(jù)塊（DB）。DB分為背景DB和共亨DB兩種類型。背景DB是和FB相關聯(lián)的， 因此在創(chuàng)建背景DB時，必須指定它所屬的FB,而且該FB必須己經(jīng)存在。在調用一個 FB得時候，也必須指明一個與之對應的背景DB

51、塊。背景DB與共享DB沒有本質的區(qū)別，它們的數(shù)據(jù)都可以被任何一個OB、FC或FB 讀寫。兩者之間的主要區(qū)別在于使用的目的：背景DB的用途或目的是為某一個FB提供 數(shù)據(jù)，因此其數(shù)據(jù)格式必須與該FB的變量聲明一致；共亭DB的目的是為用戶程序提供 一個可保存的數(shù)據(jù)區(qū)，它的數(shù)據(jù)結構并不依賴于特定的程序塊。3.4 S7 PLCSIM仿真軟件仿真軟件S7 PLCSIM集成在STEP7中，用于模擬PLC的CPU中用戶程序的執(zhí)行過 程，可以在開發(fā)階段發(fā)現(xiàn)和排除錯誤，提高用戶程序的質量和降低試車的費用。STEP7專業(yè)版包含S7 PLCSIM,安裝STEP7的同時也安裝了 S7 PLCSIM。在安裝 好標準版ST

52、EP7后安裝S7 PLCSIM, S7 PLCSIM將自動嵌入STEP7, S7 PLCSIM的主 要功能如下：1. 在計算機上對S7 300/400 PLC的用戶程序進行離線仿真與調試，因為S7 PLCSIM 與STEP7是集成在一起的，仿真時計算機不需要連接任何PLC硬件。2. 模擬PLC的輸入/輸出存儲器區(qū)，通過控制程序的運行觀察有關輸出變量的狀態(tài)。3. 與實際PLC樣，在運行仿真PLC時可以使用變量表和程序狀態(tài)等方法來監(jiān)視 和修改變量。4. 可以實現(xiàn)定時器和計數(shù)器的監(jiān)視和修改，通過程序使定時器自動運行，或者手動 對定時器復位。5. 可以模擬下列地址的讀寫操作：位存儲器（M）、外設輸入（

53、PI）變量區(qū)和外設 輸出（PQ）變量區(qū)，以及存儲在數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)。6. 可以對大部分組織塊（OB）、系統(tǒng)功能塊（SFB）和系統(tǒng)功能（SFC）進行仿真。用S7 PLCSIM仿真時自動生成LAY文件和PLC文件，退出仿真軟件時將會詢問是 否保存LAY文件或PLC文件，一般選擇不保存。LAY文件用于保存仿真時各視圖對象 的信息；PLC文件用于保存上次仿真運行時設置的數(shù)據(jù)和動作等。基于PLC的全自動包裝的系統(tǒng)設計第4章包裝機控制系統(tǒng)設計分析和研究包裝機控制系統(tǒng)工藝要求和工藝流程的基礎上，進行包裝機控制設計， 應用STEP7軟件進行項目的建立、硬件組態(tài)、編寫模擬量輸入轉換、模擬量輸出轉換、 流量累計、P

54、ID控制、聯(lián)鎖控制等子程序和主程序，并對整體系統(tǒng)進行仿真調試。4.1 I/O點的確立及硬件配置包裝廠由現(xiàn)代化生產(chǎn)設備和工藝組成，實現(xiàn)自動化。下面著重針對包裝機的設計做 詳細的介紹。4.1.1確定I/O表I/O表分為模擬量和數(shù)字量。通過現(xiàn)場流程確定我們要監(jiān)測和需要控制的點。凈水間 部分O點確定如表4-1所示。表4-1 DO點表二線制41 橫封 1 溫度TI20020MA0 200C二線制42橫封2溫度TI20120MA0 200C二線制43縱封1溫度TI20220MA0 200C二線制44縱封2溫度TI20320MA0 200C5包裝機啟動BZJ.RUN接點信號6包裝機停止BZJ.STOP接點信

55、號7包裝機故障反饋EZJ_ERR接點信號8報警復位AM REAST接點信號吉林化工學院畢業(yè)設計變頻器啟動9BP.RUN接點信號10變頻器停止BP.STOP接點信號變頻器故障11BP ERR接點信號如圖4-1所示，圖中共有模擬量點4個，7個數(shù)字點。注意：包裝機項目合計有模擬量有5個，數(shù)字量有90個。由于點數(shù)較多，只舉了部 分IO點用來示意。如表4-2所示。表42合計：AI8個A02個DI34個D028個4.1.2硬件配置硬件選擇是設計項目整體的構架，綜合考慮，價格和事后維護，對數(shù)字量、模擬量 的計算需要有預量，遵循的規(guī)則點數(shù)=點數(shù)十點數(shù)*20%。如表4-3所示。例如：AI卡點數(shù)=5個模擬點十5個模擬點*20%表4-3包裝機一碩件配置序號型號及規(guī)格注釋數(shù)量16ES7 315-2AH14-0AB0CPU315-2DP, 128K 內存126ES7 307-1EA01-0AA0電源模塊（5A）136ES7 953-8LGU-0AA0SIMATIC Micro 內存卡 128KByte (MMC)146ES7 321-1BH02-0AA0數(shù)字量輸入卡（16路）356ES7 322-1BH01-0AA0數(shù)字量輸出卡（16路）266ES7 331-7KF02-0