分切机控制系统毕业设计论文

分切机控制系统毕业设计论文 中华人民共和国教育部东北林业大学毕 业 设 计设计题目： 塑料薄膜分切机控制系统设计 学 生： 王尚东 指导教师： 朱海 教授 学 院： 机电工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化（机械电子工程）08级1班2012年6月东北林业大学毕 业 设 计 任 务 书设计题目 塑料薄膜分切机控制系统设计 指导教师 朱海 教授 专 业 机械电子工程2008级1班 学 生 王尚东 2011年12月2日题目名称：塑料薄膜分切机控制系统设计任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）设计任务：该薄膜分切机控制系统设计是根据实际需要进行设计的：1）薄膜分切机电气原理总图设计；2）薄膜分切机液压控制系统设计 ；3）PLC控制中编制相应的控制程序以及写出对应的语句表。设计计划及时间安排：2011年 12月28日前 熟悉毕业设计任务，收集设计资料，撰写开题报告。2011年12月1日2012年3月15日 结构总体构思并撰写设计说明书的绪论部分。2012年3月16日4月16日 进行总体系统设计，主要包括执行系统、驱动系统等，对控制要求进行分析，设计合理的控制系统。2012年4月17日5月17日 选择合适的PLC、I/O点数分配，进行PLC程序设计。2012年5月18日5月30日 修改、完善图纸和论文，完成评审及评阅。2012年6月1日答辩 进一步修改完善毕业答辩资料, 进行毕业答辩。设计完成的内容及工作量：规定时间内完成塑料薄膜分切机的电气原理图、液压系统图以及相应程序的编制，塑料薄膜分切机控制系统说明书一份。设计总任务量不少于折合后三张A0图纸，6000字以上参考文献20篇以上。设计水平具体要求：毕业设计体现了毕业生运用所学知识系统地进行设计创新创作的综合素质，通过毕业设计的整个过程磨练进一步提高并检验学生对待工程设计问题的思维方法，应对策略等。具体包括以下两点：1）系统运用所学的知识解决实际的控制系统设计；2）能独立搜集取舍相关资料，分析判断其相关工作原理，制定创新改良以及设计的相关流程，计算分析绘制相关图纸资料、进行实验数据处理并撰写技术报告，学会调查研究，查阅技术文献、资料、手册工具书等。专业负责人意见签名：年 月 日塑料薄膜分切机控制系统设计摘 要随着电力电子技术以及计算机控制技术的发展，使得PLC在机械自动化领域得到了广泛的应用。由于PLC的功能强大、使用容易、可靠性高，常被用来作为现代自动化设备的控制核心。在本设计中，为了提高薄膜分切机的自动化程度，分析了普通薄膜分切机的机械、电气控制原理，采用PLC作为薄膜分切机控制系统的核心，实现对分切机的收卷、牵引、吹边电机的同步控制，保留主电路，由PLC取代复杂的电气连线控制，设计出PLC控制电路。大大简化了电路，从而降低了机床的故障，更加便于控制，也降低了维修的难度。另外，在张力检测与控制方面，采用压力探头与张力自动控制仪构成闭合的回路，控制放卷速度，属于闭环控制方式。相对于缺少反馈环节的开环控制，闭环控制更加有助于提高分切机控制系统的精度与稳定性，保证薄膜分切始终处于一个稳定的张力环境中，对提高薄膜质量以及生产效率具有很大的意义。关键词：可编程控制器；张力控制；分切机；闭环控制The Control System Design of Film?Slitter MachineAbstractWith?the?development?of?the power electronics technology?and the computer control technology,the PLC has been widely applied in the field of machine automation.PLC is very powerful,easy to use,and has high reliability.It is often used as the control core of the modern automation equipment. In this design,to improve the degree of automation of Film Slitter,analyzing the machinical and electrical principle of the ordinary Film Slitter,using the PLC as the core of the control system,achieving the synchronical control of the traction,winding,blowding side of the Film Slitter.We should retain the main circuit,use the PLC replace the complex electrical connections,design the control cicuit of the PLC.This design simplifies the circuit greatly and reduces the fault of the machanine.It is very easy to control and can reduce the diffculty of repairment.On the other hand,Using the pressure probe and the automatic tension control device can control the speed of unwinding in the area of the tension detection and control.All of this are the closed-loop control method.Relative to the open-loop control which lacks the feedback loops,the closed-loop link can help improve the accuracy and the stability of the control system in the Flim Slitter.This can guarantee that the Flim Slitter always is in a stable environment and has the great significance of improving the quality and the efficiency.Key words：PLC; Tension Control; Slitter Machine; Closed-loop Control目 录摘要Abstract绪论 11.1 塑料薄膜分切机概述及现状 11.2 薄膜分切机未来的发展趋势 2塑料薄膜分切机控制系统整体方案设计 32.1 薄膜分切机的基本结构 3 薄膜分切机放卷机构 4 磁粉制动器 5 张力检测系统 5 薄膜分切机的收卷机构 72.2 塑料薄膜分切机的整体方案设计 7 塑料薄膜分切机的工作过程 7 薄膜分切机总体控制方案的设计 8塑料薄膜分切机控制系统硬件设计及实现 93.1 电动机电气控制线路设计 93.2 张力自动检测控制部分设计 113.3 液压控制系统设计 123.4 PLC控制部分设计13塑料薄膜分切机控制系统软件设计及实现 184.1 PLC梯形图整体方案设计 184.2 PLC程序语句表 20结论 22参考文献 致谢塑料薄膜分切机控制系统的设计1 绪论1. 塑料薄膜分切机概述及现状分切机是一种将纸张、塑料薄膜、等多种材料分切成按照制造需要规格尺寸的一种机械装置。大多数是用于机械生产中的分切部分的包装机械。塑料薄膜分切机只能用来分切塑料薄膜，通常由放卷机构、收卷机构、牵引机构、制动机构、刀具、电动机、张力控制系统及相关液压传动控制系统等组成。目前，我国国内的分切机发展水平还比较落后，无论是外形、功能、还有性价比上都落后于发达国家的水平。国内的分切机生产商主要集中在浙江杭州、无锡、苏州、还有北京、广州等地，这些都是都是机械行业比较发达的区域。而在其他机械行业相对落后的地域，分切机生产和制造还是很有发展潜力的。目前，国内对分切机的使用可以分为多个阶段：第一阶段用于一次分切是对宽幅原料的分切。一次分切主要提供给企业客户的分切为二次分切或三次分切。近年来随着市场竞争的，为给下游客户提供更好的制膜也加入了二次分切。在一次分切中使用最多的是德国康普日本的分切机在一次分切中使用的很少。张力设定范围 330kg张力控制精度 0.30kg牵引电机功率 3.00kw油泵电机功率 1.50kw吹边风机功率 0.55kw机器总功率 5.05kw机器外形尺寸 250010001000mm机器重量 2500kg分切材料 0.0150.2mm薄膜薄膜分切机的主要基本机械部分主要是由放卷辊、制动结构、分切刀架、两个收卷辊、牵引辊、定位辊以及由几个需要保持张力的棍子构成的张力检测装置和液压传动系统组成，如图2-1所示。牵引电机采用的是福建闽东电机有限公司生产的Y100L2-4型3kw的三相交流异步电动机驱动大包角双收卷辊；吹边风机采用的是霸州市光华机械有限公司生产的YZA7122型550W三相异步电动机；油泵电机采用的是台湾SHEN YU 3- PHASE INDUCTION MOTOR，功率为1.5kw；收卷采用的是佛山市顺德区大良帖威机械厂生产的上下气胀轴；变频器采用的是欧瑞传动电气有限公司生产的E1000-0037T3型设备进行对牵引电机变频；液压传动装置中所使用的行程阀是上海东升仪器仪表有限公司生产的LXW5-11N1型限位开关；液压传动装置中使用的电磁换向阀是由上海杰和有限公司生产的MFB12-37型电磁换向阀，作用是通过电磁铁的通断电来控制执行元件的动作；张力控制中用到的张力自动控制仪上海张力自动化设备有限公司生产的US-60MTA型仪器来进行对加工过程中薄膜张力的自动控制，便于分切的同时可以提高加工精度及加工质量；磁粉制动器采用的是南通市海安县磁力机有限公司生产的磁粉制动器，具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节约能源等优点；照明灯采用的家庭用的一般普通用的照明等即可，用于夜间加工时使用方便。图2-1 薄膜分切机基本结构及走料图 薄膜分切机放卷机构分切机的放卷机构一般可分为主动放卷和被动放卷两种方式。本薄膜分切机的放卷机构采用的是被动放卷方式。方法是磁粉制动器与自动张力控制仪及张力检测传感器配套，组成自动闭环张力控制系统，通过采用张力控制仪控制磁粉制动器，从而达到控制放卷辊的运行速度，以免发生放卷辊发生飞车现象，造成不必要的损失。这种控制模式是比较简单的开环张力控制。而且磁粉制动器具有结构简单、执行单元成本低、容易控制的特点，特别是在实际的操作过程中，当实际张力的大小通过电流直接调节，使得操作简单、准确，有利于进一步提高产品质量。 磁粉制动器磁粉制动器以磁粉作为工作介质，以激磁电流为控制手段，达到控制制动转矩或传递转矩的目的。磁粉制动器的输出转矩与激磁电流线性关系良好，与转速无关，具有响应速度快、结构简单等优点。首先可以用于张力自动控制系统，磁粉制动器与自动张力控制仪及张力检测传感器配套，可组成自动闭环张力控制系统，广泛应用于印刷、包装、造纸及纸品加工等设备；其次可用于转矩转速功率测试系统，磁粉制动器与转矩转速传感器、转矩转速功率测量配套，可组成成套转矩转速功率测试系统，广泛应用于动力机械、传动机械输入、输出的转矩、转速、功率、效率的动态和静态检测。磁粉制动器具有以下几个特点： 1）可以进行大范围的控制； 2）可以达到连续滑动运转； 3）可以得到安定的扭力； 4）无鸣叫声，动作面的滞滑现象会发生于摩擦方式，但是在此不会出现，而且也不会发出连接声，所以运转相当安静； 5） 热容量很大，由于使用了耐热性能优越的磁粉以及运用了理想的冷却方法，即使是过于严酷的连续滑动运转，也可以安心使用；6）可以达到平顺的连续及驱动状态，由于静摩擦系数和动摩擦系数几乎一样，所以完全连接时不会产生震荡，可以因应负载加减速度； 张力检测系统张力控制分为手动、半自动、全自动控制三种。本薄膜分切机采用的是全自动控制方式，当薄膜材料在受到拉伸力的时候，会发生一定的张紧力，薄膜材料在张紧力的作用下会发生一定的变形，如果这种变形在弹性范围内，那么在张紧力撤销以后材料可以自行恢复；一旦超过了变形范围，材料则会发生皮坏，不会恢复成原样。这样就可以知道不同的薄膜材料的张力需要设定在一定的张力范围才可以，可以保证走料平稳，易于分切。张力产生的机理可以用图2-2所示说明。图2-2 张力产生原理图 如上图所示，料膜从前一送料辊输出，薄膜的线速度为V1，第二辊子的线速度为V2，当料膜卷入第二辊子时张力为T，薄膜的弹性模量为E，薄膜横截面积为A，第一辊子和第二辊子间的长度为L，则薄膜由第一辊子到第二辊子需要的时间为t V1/L，根据力学胡克定律可得：T 根据上述公式我们可以知道，若需要对薄膜分切过程中的张力进行控制，就必须要控制（V2-V1），也就是要控制两个辊子之间的速度差才可以，所以在薄膜分切过程中张力控制系统来实时控制薄膜所产生的张力。在分切过程中，有很多的原因，都会导致塑料薄膜的张力发生变化。主要原因有如下几种：（1）塑料薄膜在收卷和放卷的过程中，由于放卷直径是在不断的减小，而收卷直径是在不断的增大，收卷和放卷过程中直径的不断变化当然会造成塑料薄膜的张紧力也随之不断的变化，放卷过程中薄膜直径不断减少，在制动力矩不变的前提下，薄膜所产生的张力将不断增大；收卷则完全相反。（2）薄膜分切机的底座、各导辊等制造精度肯定存在一定程度的偏差，这就使得薄膜分切机在机械加工时产生一定程度上的振动，从而会造成塑料薄膜的张力产生一定的波动；另外，机械各零件在进行装配时产生的装配误差同样会对塑料薄膜的张力产生一定的影响。（3）在分切机工作的过程中，当某一环节的速度突然发生变化时，势必会造成薄膜的张力也随之产生突变，从而影响塑料薄膜的分切质量。（4）任何物体在运动的过程中，都会有一定的惯性，当要想改变物体的运动状态时，系统会变得不稳定，需要进行相应的能量补偿；同样在薄膜分切机的张力发生变化时，张力系统会发生变化，需要对张力进行补偿。为了克服上述问题，本张力检测系统采用张力传感器进行张力检测，张力传感器如图2-3所示安装。图2-3 张力检测器受力分析简图进行分切时，材料张力F（N）与检测负荷Gd之间有如下关系（检测辊质量设为M）：Gd K0F+KMgK0 （sin1+sin2）/cos0K cos/cos0 g 10m/s2K0是根据通薄膜角1、2的变化而随之相应变化的系数，如果向拉伸负荷方向送薄膜时，应为负值；K是根据基准角的变化而变化的比例常数。 薄膜分切机的收卷机构该薄膜分切机的收卷机构采用主电机通过带动牵引辊连续转动，同时将已经缠绕好薄膜的前后压辊通过液压控制回路，压在牵引辊上，利用牵引辊和收卷压辊之间的摩擦力带动前后收卷辊连续转动，从而将已经通过分切刀分切好的定尺寸薄膜整齐的缠绕在收卷辊上，直到放卷薄膜分切完成为止。在分切之前，需要在前后收卷压辊上安装好与生产薄膜相对应的纸管。通过向气胀轴中通入高压空气，使气胀轴对纸管进行定位，防止在分切加工的过程中，发生移动和错位，造成不必要的损失。在收卷过程中所用到的气胀轴（如图2-4所示）就是一种特殊制作的收卷轴，也就是当通过高压充气之后，表面的键条可以凸起，放气后表面的键条又可以迅速的回收；在收卷的过程中，只需要自己配备气源即可，使用极为方便。而且充气时间短，效率高，一般只需要3秒钟就可以完成充气和放气。图2-4 收卷压辊上气胀轴示意图2.2 塑料薄膜分切机的整体方案设计 塑料薄膜分切机的工作过程 1）在接通电源之前需要做好以下几个方面的准备工作：（1）将待分切的料膜通过叉车安装固定在分切机的放卷轴上，用顶块固定加紧；（2）根据所要求薄膜分切具体尺寸将分切刀的位置固定在相应的位置，用来切取合格的料膜；（3）把卷取分切好薄膜的纸管套在前后收卷辊的气胀轴上，用气泵向前后收卷辊中的气胀轴里打入高压空气，使得键条和纸管的内壁紧密的咬合（4）将薄膜料卷的引头按照走料图所示的路线缠绕好，并且用胶带粘在前后收卷辊上；（5）按下控制面板上的前后收卷辊控制按钮，使前后收卷辊与牵引辊紧密压合（6）手动使得牵引辊慢速转动，这样收卷辊就考牵引辊与收卷辊之间的摩擦力转动，试运行一段时间，使得薄膜走料平滑，薄膜表面平整无褶； 2）准备工作完成之后，先通过按下控制面板上电源控制按钮接通电源，然后按下吹边风机按钮，使吹风机开始工作； 3）首先让牵引辊的电机在比较低速的情况下运行，一段时间后，如果薄膜没有发生很大的褶皱，表面光滑平整，而且张力自动监测仪上所设定的张力值与张力传感器所检测出的数值相差无几，则可以通过旋转控制面板上的主机调速按钮，让牵引电机在高速情况运行，直到完成改卷薄膜的分切工作为止；否则，需要重新调整塑料薄膜的位置，这样通过反复调整，以保证分切后塑料薄膜能够达到所需要的要求； 4）当放卷辊上的塑料薄膜完成分切后，首先要将牵引电机速度减小，等到速度下降之后，关闭电源按钮即可；然后通过按下前后收卷辊气胀轴的泄气按钮，释放出原来通入的高压气体，使得键条与纸管的内壁完全分离，便于卸下分切好的薄膜，进行下一步的包装与运送； 薄膜分切机总体控制方案的设计薄膜分切机采用PLC控制方案，控制系统的示意图如图2-5所示：图2-5 薄膜分切机控制系统示意图该塑料薄膜分切机需要用电机带动以下电机：用三角带与牵引辊连接的主电机、用于吹边机构中的风机、液压控制中的油泵电机。在控制系统中，若是按照以往的经验，采用一定数量的继电器、接触器控制，势必会增大控制系统的安装、接线工作量，降低控制系统的工作可靠性，增大故障率和维修工作量。而采用微机控制方案或者PLC控制方案来控制的话，则不需要采用硬件继电器，可以克服以上所有的缺点。由于牵引电机有调速的要求，因此在牵引电机电路中应该连入一个变频器，实现变频要求，其余的电机直接连接PLC的输出端子，通过程序完成对三台电机的启动与停止控制；为了能够准确控制前后收卷辊子的位置，该薄膜分切机采用液压控制系统完成对收卷辊动作的控制，使用三个电磁换向阀配合，而且采用限位开关最为动作转换信号，液压缸外接一段齿条，通过齿轮齿条的啮合，将液压执行元件的直线运动转换成收卷辊子的反复回转，这种控制方法结构简单、易于控制、定位精确。3 控制系统硬件设计及实现3.1 电动机电气控制线路设计 虽然吹边风机、油泵电机、牵引电机的控制接线各不相同，但是它们都可以采用三相电源供电，因此可以将它们的主电路绘制在一起，这样便于系统的设计与分析检查。牵引电机主要是给牵引辊提供动力来源，保持连续的旋转运动，完成收卷工作；油泵电机主要是用在液压控制前后收卷辊的动作回路中；吹边电机主要是讲分切下的废边通过风道吹到固定的地方，便于不影响收卷正常进行。如图3-1所示为吹边风机、油泵电机、牵引电机的电气接线图：图3-1 薄膜分切机各电动机电气接线图 为了防止薄膜分切机工作时，电路中的短路造成电流过大从而使电路负载不能正常工作，因此在每个电动机的接线中都需要串接一个熔断器，进行短路保护；一旦电路中出现短路情况，熔断器会立刻发生断路，切断电机的电源，起到保护电路的作用，功能相当于家庭所用的保险丝。而且在每一个电动机回路中都需要串入热保护继电器对每个电机进行热保护，防止负载过大造成电机不能正常运行。由于在加工的过程中需要进行牵引电机速度的调节工作因此在牵引电机的回路中串入变频器，从而完成对牵引电机速度的调节工作；同时在变频器的输出端接入速度显示表，从而可以直观的显示出实时的主机速度。 该薄膜分切机牵引电机调速所使用的调速方式为变频调速，使用的是欧瑞传动电气有限公司生产的E1000-0037T3型变频器。选择合适的变频器对电动机的调速非常重要，在变频器的选型过程中，主要遵循以下原则：（1）是频器的功率和电动机额定电流匹配，由于功率因数及电动机效率不同，同一功率同一电压等级的电动机，其额定电流有较大差异，所以选择变频器的功率和电动机的额定电流相匹配。（2）负载性质和变频器类型要相匹配。如图3-2所示为欧瑞公司生产的变频器接线示意图：图3-2 欧瑞公司生产的变频器及接线说明示意图 变频器的基本参数设定： 变频器面板上有显示器和按键，显示器可以显示输出的频率、输出电压、电流、设定参数等。参数输入方法不同厂家的变频器会用所不同，使用者必须输入的参数也就有以下几项：控制方式参数：a：频率控制方式：面板控制；用端子由外部模拟信号（010V或420mA）控制b：启停控制方式：面板控制电动机启停；用端子由外部开关信号控制电动机启停c：正反控制方式：面板控制电动机正反转方向；用端子由外部开关信号控制电动机正反选转方向d：通讯控制方式：利用通信接口或总线进行频率、启停或正反转控制（2）被驱动电动机的参数：包括额定功率、额定电流、额定电压、额定转速、电动机极数、电动机空载电流、电动机阻抗、电动机感抗等（3）主要控制参数：电源电压（AC380V）、输出最小频率（如0Hz）、输出最大频率（如50Hz）、升速时间（如0.13600s）、降速时间（如0.13600s）、转矩提升方式、矢量方式或直接转矩控制选择在电动机需要变频调速的时候，只需要根据不同的调速要求设定不同的方式和参数即可完成功能要求。3.2 张力自动检测控制部分设计分切机的张力控制通常来说可以有三种方式：（1）手动控制（2）半自动控制（3）全自动控制，本薄膜分切机采用的是全自动控制方式。需要的关键设备是张力自动控制仪。如下图3-3所示为本薄膜分切机采用的张力自动控制仪：图3-3 张力自动控制仪实物图在许多工业生产物料的卷绕过程中，由于物料卷径的变化以及其他因素的影响，物料张力在不断的变化，为了使物料的张力保持一致就需要及时调整阻尼装置的阻力矩或收卷力矩。在放卷端，放料的张力是依设于放料端的磁粉制动器的扭矩而定，为了保持张力的一致，必须按卷径的大小来加大或减小传递转矩张力的控制分为手动控制和自动控制，手动张力控制器即稳流电源是依放料卷径的变化而分阶段手动调节磁粉制动器的激磁电流，从而获得一致的张力。当薄膜材料在受到拉伸力的时候，会发生一定的张紧力，薄膜材料在张紧力的作用下会发生一定的变形，如果这种变形在弹性范围内，那么在张紧力撤销以后材料可以自行恢复；一旦超过了变形范围，材料则会发生皮坏，不会恢复成原样。这样就可以知道不同的薄膜材料的张力需要设定在一定的张力范围才可以，可以保证走料平稳，易于分切。如图3-4所示为薄膜分切机张力控制系统接线图：图3-4 薄膜分切机张力检测控制系统接线图 左右侧压力探头就相当于两个压力传感器，当张力辊的两端受力有所变化时，两个压力探头就会将所检测到的变化信号传送到张力自动检测控制仪；张力自动控制仪将外界传送来的检测信号转换成控制核心能够识别的信号，并与使用者所设定的张力数值进行比较，得出偏差数值；这种偏差数值就可以反映当前薄膜分切过程中所受的张力大小；而后张力自动控制仪就会将这种偏差信号转化成电流或者电压信号，传送给磁粉制动器，磁粉制动器根据电流的不同输出不同的力矩，来控制放卷辊的速度；放卷辊速度的变化从而影响薄膜的分切速度，从而使薄膜所受的张紧力不断变化；张力传感器所检测到的张力值也随之发生改变，是偏差值越来越小；直到张力传感器传送来的数值接近张力自动控制仪所设定的数值或或者偏差值在预设的范围内即可。 采用张力自动控制仪与左右侧压力探头构成张力检测系统，属于闭环控制类型，可以实现薄膜分切过程中的张力完全自动控制，正是本设计的创新点之一。3.3 液压控制系统设计 与机械、电气、气压传动方式相比，液压系统具有以下明显的优点： 1）从结构上看，传递相同功率，传动装置的体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑。 2）从工作性能上看，动作快速性好，控制简单，操纵方便、省力，便于实现自动化。3）从使用维护上看，安全可靠，易实现系列化、标准化。4）所有采用液压技术的设备安全可靠性好。5）经济：液压可塑性和可变性很强，适应性强。6）液压易于微机控制等新技术相结合，构成“机-电-液-光”一体化已成为世界发展的潮流，便于实现数字化。 该薄膜分切机的前臂与后臂的动作都采用液压系统进行控制，主要是控制动作为前后臂的张开与闭合。在油泵电机工作的情况下，电磁阀A1得电，前后臂均不动作，保持现有的状态；当电磁阀A1失电，B1得电，控制前臂的两个同步油缸同时动作，让前臂张开，与牵引辊分离；当A1失电，B1失电，前臂动作正好与之相反，前臂与牵引辊仅仅贴合；当前臂张开一定的程度，碰到行程阀，行程阀发出信号使得A1得电，前臂停止张开。后臂则是通过B3和B4得失电，控制张开与闭合，动作命令与前臂类似。如图3-5所示为该液压系统示意图：图3-5 前后收卷辊液压系统图3.4 PLC控制部分设计 可编程控制器（Programmable Controller，PC）是在可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）基础上发展而来，为避免与个人计算机的简称PC混淆，所以人们习惯用PLC代表可编程控制器。目前，PLC有一体式和模块式两种外在形式，一体式PLC是把PLC的电源、中央处理单元（CPU）、存储器、一定数量的I/O做在一起，形成一个整体。这种PLC成本较低，如西门子公司的S7200、OMRON公司的CPMIA、三菱电机公司的FX2N等；模块式PLC是由不同功能的模块拼装组合而成，模块种类有：电源模块、CPU模块、数字输入模块、数字输出模块、模拟输入模块、模拟输出模块、通信模块、定位模块、计数模块等，根据工程需要，把一定数量的模块组合到一个底板上构成一个灵活拼装的PLC，这种PLC相对于一体式PLC成本要高，但是功能和控制规模也更强大。可编程控制器具有抗干扰能力强、可靠性高、编程简单易学、便于掌握等优点。可编程控制器的主要技术指标：（1）输入/输出点数（2）扫描速度（3）存储容量（4）指令系统（5）内部寄存器。在选择PLC时，需要从以上几个方面综合考虑，选择合适的PLC进行设计。本课题采用西门子S7200CPU226实现对分切机各电动机的启停控制。CPU226模块24输入/16输出共40个数字量I/O点，I/O端子排很容易地整体拆卸，用于较高要求的控制系统，具有更多的输入输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能，可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。如图3-6为CPU226AC电源/DC输入/继电器输出端子连接图：图3-6 CPU226AC电源/DC输入/继电器输出端子连接图 如图所示，DC输入端由1M、I0.0I1.4构成第一组和由2M、I1.5I2.7构成的第二组，1M和2M分别为各组公共端，DC24V的负极接公共端1M和2M，输入开关的一端接到DC24V的正极，输入开关的另一端连接到CPU226各输入端；其中N（-），1L，Q0.0Q0.3为第一组，N（-）、2L、Q0.4Q1.0为第二组，N（-）、3L、Q1.1Q1.7为第三组，各组的公共端分别为1L、2L和3L，第一组负载电源的一端N接负载的N（-）端，电源的另一端L（+）接到继电器输出端的1L端，负载的另一端分别接到CPU226各继电器输出端子，第二组和第三组类似。 如图3-7所示为该薄膜分切机的PLC电气接线图输入部分：图3-7 薄膜分切机的PLC电气接线图输入部分示意图 PLC输入部分主要是外部的操作按钮，主要有牵引电机开、牵引电机关、油泵电机开、油泵电机关、风机电机开、风机电机关、前臂上升、前臂下降、后臂上升、后臂下降、主电机热保护、油泵电机热保护、风机电机热保护、前臂行程阀、后臂行程阀、前臂保护阀、后臂行程阀、后臂保护阀。图3-8 薄膜分切机控制面板示意图其中的按钮部分主要是分布在控制面板上，这样便于操作者对薄膜分切机床进行控制。如图3-8为该薄膜分切机的控制面板示意图，按钮对应着PLC电气接线图中的输入部分如图3-9所示为该薄膜分切机的PLC电气接线图输出部分：图3-9 薄膜分切机的PLC电气接线图输出部分 PLC输出模块主要是外部控制的一些输出，主要有牵引电机的起停控制、油泵电机的起停控制、风机电机的起停控制、电磁换向阀A、电磁换向阀B、前照明灯、后照明灯、电源指示、主机指示、风机指示、泵机指示。如下表3-1所示为该薄膜分切机所使用到的一些基本元件简单介绍：表3-1 薄膜分切机所使用到的一些基本元件列表序号名称型号数量1空气开关DZ47-63 C3212熔断器RT16-0093接触器CJ0Z-4034变频器E1000-0037T315电位器WS16-416中间继电器MY2NJ17电磁换向阀S-DSG-0238牵引电机Y100L2-419油泵电机VP-15-F/43110风机电机YZA7122111张力自动控制仪US-60MTA112热继电器MR2-11.5/Z313制动电阻RXG20114磁粉制动器MFL-100K115照明灯E27 B22216指示按钮LA39-A117压力探头HNCC-QB21824V电源T-100D119按钮开关LA39-A1120可编程控制器S7-200 CPU226121行程开关LXW5-11N14可编程控制器主要应用于一些工业场合，那里环境比较恶劣，存在各种干扰信号会对PLC造成影响，因此在PLC的安装使用过程中，需要考虑PLC的抗干扰措施。主要可以从以下几个方面提高PLC的抗干扰能力：输入信号电缆、输出信号电缆和各种其他电缆都要分开铺设，不能混在一起；需要独立的接地线，不能和其他接地线接在一起共同接地；PLC的电器柜要注意远离那些会产生电磁干扰的装置。4 薄膜分切机控制系统软件设计 PLC在整个控制系统中，起着十分关键的作用，所有的开关量均需要进入到PLC中，通过程序控制PLC的输出，达到控制分切机动作的要求。通过采用PLC编程控制，分切机加工过程中的故障率也大大减少。 PLC系统软件是PLC厂家编制，固化在机内，用以控制PLC本身的运行；应用软件是由PLC使用者针对具体控制对象编制的程序。 PLC是按照顺序扫描用户程序的方式工作的，是指依次对各种规定的操作项目全部进行访问和处理。主要工作过程：（1）自诊断（2）与外部设备通信（3）输入采样（4）程序执行（5）输出刷新。4.1 PLC梯形图整体方案设计 根据课题的设计要求，该薄膜分切机的PLC控制程序如下：（1）牵引电机控制：（2）油泵电机控制：（3）吹边风机控制：（4）前臂控制：（5）后臂控制：（6）牵引电机保护：（7）油泵电机保护：（8）吹边风机保护：（9）行程阀与保护阀控制：（10）照明灯控制：4.2 PLC程序语句表 根据PLC梯形图，可以写出每个控制所对应的指令语句：LD用于常开触点与母线连接；LDI用于常闭触点与母线连接；OUT用于将逻辑运算结果驱动一个指定线圈；AND用于单个常开触点的串联；OR用于单个常开触点的并联；ORI用于单个常闭触点并联；END用于程序的结束。程序语句表如下：0 LD I0.01 OR Q0.02 ANI I0.13 OUT Q0.04 OUT Q1.45 LD I0.26 OR Q0.17 ANI I0.38 OUT Q0.19 OUT Q1.510 OUT Q0.311 LD I0.412 OR Q0.213 ANI I0.5 14 OUT Q0.215 OUT Q1.616 LD I0.617 AND Q0.118 ANI I0.719 ANI Q0.520 OUT Q0.421 LD I0.7 22 AND Q0.123 ANI I0.6 24 ANI Q0.425 OUT Q0.526 LD I1.027 AND Q0.128 ANI I1.129 ANI Q0.730 OUT Q0.631 LD I1.132 AND Q0.133 ANI I1.034 ANI Q0.635 OUT Q0.736 LD I1.337 OR Q0.038 ANI I0.039 OUT Q0.040 LD I1.4 41 OR Q0.142 ANI I0.243 OUT Q0.144 LD I1.545 OR Q0.246 ANI I0.447 OUT Q0.248 LD I1.649 OUT Q0.450 LD I1.751 OUT Q0.452 LD I2.053 OUT Q0.454 LD I2.1 55 OUT Q0.456 LD I1.257 OUT Q1.158 OUT Q1.159 END 5 结论由于接触器继电器本身的原因，无法满足高速、大卷径、宽幅分切机，而且张力闭环控制和可编程器控制是高速分切机的发展趋势，本设计采用性能可靠，易于扩展，易于维护的可编程控制器，且用于环境较为恶劣的工业环境中，作为控制系统的核心进行分切机整机的电机同步运动控制；另外，由于张力检测是高精度张力控制系统中的重要环节，采用张力传感器检测张力，都达到了高精度要求，这样同步控制和张力闭环控制精度就会得以保证。总之，可归纳为以下几点：（1）该薄膜分切机中采用张力传感器与张力控制仪组成闭环控制回路，完成了在牵引电机升、降速的过程中，张力自动控制系统对薄膜的张力进行实时的检测与控制功能，让薄膜分切更加平稳，质量更高。（2）采用了西门子公司生产的可编程控制器，性能稳定、可靠，实现了对各个电机的启停运行控制以及液压系统中电磁阀的控制功能，从而完成分切过程中对各辊子的动作控制。（3）放卷机构中采用磁粉制动器”,IEEETransactionson industry Applications,VolJanuary/February 200128Simulink Reference,the math Worker,Inc,200029Peter-Klaus Budg,Gmbh Chemnitz,the Application of Linear Motors,IEEE30Texas Instruments TMS320LF240x Datasheet,2000致谢毕业在即，回想大学四年，心中充满无限感激与留恋。感谢学校为我们提供了良好的学习环境，掌握一技之长。谨向我的设计指导老师朱海教授致以最诚挚的谢意！朱老师不仅在毕业设计上言传身教，在严谨治学上给我们以熏陶。该设计就是得益于朱老师的悉心指导，从开始的设计选题到最后完成设计，都凝聚着他的心血。在设计期间，除了学到了专业知识外，我还学到了许多其它宝贵的东西，所有这些都将使我受益终生。感谢他在指导我做毕业论文期间对我无私的关怀和耐心细致的指导，并向朱海教授致以崇高的敬意!我只有在今后的学习、工作中，以锲而不舍的精神，努力做出点成绩，才是对老师最大的回报。另外，在我进行毕业设计的过程中，有多少可敬的老师、同学、朋友都给了我无言的帮助，在这里向他们致以诚挚的谢意！同时也感谢学院为我们提供了良好的做毕业设计的环境以及在设计中被我引用或参考的论著的作者！东北林业大学毕业设计评审意见表毕业设计题目塑料薄膜分切机控制系统设计学生姓名王尚东专业班级机械电子工程1班指导教师评语:建议成绩：指导教师（签字）： 年月日年月日东北林业大学毕业设计评审意见表毕业设计题目塑料薄膜分切机控制系统设计学生姓名王尚东专业班级机械电子工程1班评阅人评语:建议成绩：评阅人（姓名、职称）: 年月日东北林业大学毕业论文210东北林业大学毕业设计东北林业大学毕业设计东北林业大学毕业设计22东北林业大学毕业设计