机电一体化毕业设计（论文）-皮壳机控制系统的设计.doc

分类号： 密级： UDC： 学号： 丽水职业技术学院丽水职业技术学院 机电信息分院机电信息分院 毕毕 业业 设设 计计 皮壳机控制系统的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 2020 年年 月月 日日 论文答辩日期 2020 年年 月月 日日 答辩委员会主席 评 阅 人 20 年 月 日 2 丽职院机电信息分院毕业论文丽职院机电信息分院毕业论文( (设计设计) )独创性声明独创性声明 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 期： 论论 文文 使使 用用 授授 权权 声声 明明 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： 摘摘 要要 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 皮壳机控制系统的控制 2 目录目录 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4 1电动机控制4 2主电机控制5 3加温启停控制5 4过胶机启停控制7 5胶泵启停控制7 6折边机启停控制7 7自动与手动控制7 8OP 人机界面的控制 .7 (三) PLC 的 I/O 地址确定及分配 10 1输入信号的确定10 2输出信号的确定10 3控制程序的编制方法10 4I/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12 1PLC 管脚定义.12 2人机界面管脚定义13 3PLC 与人机界面通讯.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.25 1、发热管（胶炉）25 2、发热管（输送管道）26 3、胶泵26 4、.折边.27 5、过胶27 6、电机27 丽职院机电信息分院毕业设计 3 一引言一引言 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 皮壳机控制系统的控制 4 二皮壳机控制设计二皮壳机控制设计 （一）皮壳机的系统组成（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）（二） 控制要求控制要求 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。 丽职院机电信息分院毕业设计 5 主机与副机传动图如下图 2 所示： 图 2 2主电机控制主电机控制 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加温启停控制加温启停控制 皮壳机装壳的胶水温度必须保持在某一温度范围内，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。 皮壳机控制系统的控制 6 3.1 热电偶的选型热电偶的选型 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 最高使用温度（） 热 电 偶 分度号 正极代 号 名义成分 (%) 负极 代号 名义成分 (%) 长期 短期 分度表温区 （ ） 铂铑 30-铂铑 6 B BPPt30 Rh BN Pt6 Rh 1600 1800 01820 铂铑 13-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 NiCrNi10Cr 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 NP Ni14.5 Cr 1.5Si 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 丽职院机电信息分院毕业设计 7 根据 S7-200 编程手册表 1 查知：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的控制。 7自动与手动控制自动与手动控制 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。 皮壳机控制系统的控制 8 人机界面如下： 第一页 第二页 第三页 第四页 丽职院机电信息分院毕业设计 9 第六页 第九页 第十页 第十二页 皮壳机控制系统的控制 10 十四页 (三三) PLC 的的 I/O 地址确定及分配地址确定及分配 1输入信号的确定输入信号的确定 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。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。 丽职院机电信息分院毕业设计 11 4I/O 地址分配地址分配 表 1 输入地址分配表 输入地址输入设备 I1.1 光纤 1 I1.2 光纤 2 I1.3 光纤 3 I1.4 光纤 4 I1.5 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 1FWD Q0.7 副机 1REV Q1.0 副机 2FWD Q1.1 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 M8.0 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 1FWD M2.0 记数值 VW200 手动副机 1REV M2.1 清零 M17.0 Atuo 副机 1FWD M2.2 胶炉热电偶 VW50 Atuo 副机 1REV M2.3 输送管热电偶前 VW52 手动_副机 2FWD M3.0 输送管热电偶中 VW54 手动_副机 2REV M3.1 输送管热电偶后 VW56 Atuo_副机 2FWD M3.2 温度设定值 VW100 皮壳机控制系统的控制 12 Atuo_副机 2REV M3.3 胶炉温度值 AIW0 自动 0 手动 1 M5.0 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 1REV T42 延时 Atuo_副机 2REV (四四) PLC 控制系统的实现控制系统的实现 详图见附录一 (五五) PLC 与人机界面通讯与人机界面通讯 1PLC 管脚定义：查管脚定义：查 s7-200 可编程序控制系统手册表可编程序控制系统手册表 7-7 注：profibus 是现场总线的英文 丽职院机电信息分院毕业设计 13 2人机界面管脚定义：人机界面管脚定义： OP320-A 人机界面串行通讯口引脚定义号： 引脚号定义 1TD+ 2RXD 3TXD 4空 5GND 6TD- 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：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VW000VW4096 皮壳机控制系统的控制 14 OP-S7-CAB0 连线图： 三、控制软件设计三、控制软件设计 (一一) 编程软件编程软件 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。 (二二) 梯形图程序框图梯形图程序框图 详细程序见附录二。 四、调试说明四、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 PLC 软件上的程序下载到 PLC 中,将文本显示器软件的程序 丽职院机电信息分院毕业设计 15 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。 皮壳机控制系统的控制 16 致谢致谢 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! 丽职院机电信息分院毕业设计 17 参考文献参考文献 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, 2004 2 骆德汉主编. 可编程控制器与.现场总线网络控制. 北京: 科学出版社, 2005 3 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, 2004 5 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, 2004 6 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，2002 7 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，2004 8 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,2003 9 谭维瑜主编. 电机与电气控制. 北京: 机械工业出版社, 2003 皮壳机控制系统的控制 18 附录一附录一 丽职院机电信息分院毕业设计 19 附录二附录二 皮壳机控制系统的控制 20 附录三附录三 丽职院机电信息分院毕业设计 21 附录四附录四 皮壳机控制系统的控制 22 附录五附录五 丽职院机电信息分院毕业设计 23 附录六附录六 皮壳机控制系统的控制 24 附录七附录七 主程序主程序 丽职院机电信息分院毕业设计 25 (二二)子程序子程序 1、发热管（胶炉）、发热管（胶炉） 皮壳机控制系统的控制 26 2、发热管（输送管道）、发热管（输送管道） 3、胶泵、胶泵 丽职院机电信息分院毕业设计 27 4、.折边折边 5、过胶、过胶 6、电机、电机 皮壳机控制系统的控制 28 丽职院机电信息分院毕业设计 29 皮壳机控制系统的控制 30 丽职院机电信息分院毕业设计 31