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由于以紙、塑料薄膜、復合材料為包裝材料的生產(chǎn)線得到越來越廣泛的應用,包材的準確傳送顯得尤為關鍵[1],特別是在多級傳動電機同步運行控制中,各傳動電機在升速或降速的過程中要求多級傳動電機能夠及時地同步運行。本文以全自動包裝機生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設計為背景,介紹PLC在同步控制系統(tǒng)中的應用。
1全自動包裝機工作原理
包裝機是一個多控制點、多傳動的復雜機械控制裝置[2],其工作原理如下:
1)啟動主電機時,主電機帶動設備上相關機械傳動裝置運行,印刷電機也開始運行,同時其他電器也處于運行狀態(tài),例如:加熱器、空壓機、復合泵等都開始工作。
2)當包裝袋經(jīng)過著墨、烘干之后進入切刀部分,由主切刀切成要求的袋長,之后開始進入糊口部分,這樣就要求主電機與印刷電機之前的速度達到匹配,才不至于使包裝袋褶皺。
3)包裝袋進入糊口部分時,要經(jīng)過涂膠、上膠、加熱部分之后進入底貼部分,從而與底貼色帶粘合之后進入下一環(huán)節(jié)。其中底貼色帶由底貼電機帶動,而其也與主電機在速度上有一個嚴格的匹配關系,這樣就達到了袋子底部粘貼的合格性。
經(jīng)過底貼環(huán)節(jié)之后,由傳送帶送到出袋部分,再由電磁閥控制其數(shù)量之后以要求的數(shù)量送出。其工作原理見圖1。

2控制系統(tǒng)硬件設計
卷紙包裝機控制系統(tǒng)主要器件包括上位機、PLC、變頻器[3]等。它們的選擇都是以在保證功能的前提下盡可能地選擇可靠性高和使用方便的產(chǎn)品為依據(jù),具體情況如下:
2.1上位機
上位機選用德國某公司的TP170B[4]。
S7-300PLC在全自動包裝機中的應用是一種觸摸屏操作面板,其特點是:基于MicrosoftWindowsCE操作系統(tǒng),可使用所有SIMATICS7CPU進行操作,滿足比較復雜的功能要求。該單元裝配有用于MPI和PROFIBUS-DP的接口,該接口既可用于與SIMATICS7/M7控制器相連,同時也可與基于PC系統(tǒng)的WinCC相連接?？刹捎冒ㄖ形脑趦?nèi)的近10種不同國家的文字顯示。組態(tài)可直接移植到其他類似的SIMATIC人機界面的產(chǎn)品中。
2.2下位PLC的選型及其模塊配置
在進行這項工作之前,需要對控制對象和控制任務進行統(tǒng)
計和分析[5]。然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機型和配置。據(jù)統(tǒng)計,該包裝機控制系統(tǒng)[6]需要配置如下的不同性質(zhì)的I/O點:17個開關量輸入;54個開關量輸出;7個模擬量輸入;1個模擬量輸出。根據(jù)對上述控制任務的分析,本項目選擇了SIEMENS的模塊化中小型PLC系統(tǒng)S7-300,它能滿足中等性能要求的應用,應用領域相當廣泛。其模塊化、無排風扇結(jié)構(gòu)、和易于實現(xiàn)分布,易于用戶掌握等特點,使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務的方便又經(jīng)濟的方案。S7-300系列所具有的多種性能遞增的CPU和豐富且?guī)в性S多方便功能的I/O擴展模塊,使用戶可以完全根據(jù)實際應用選擇合適的模塊。當任務規(guī)模擴大并且愈加復雜時,可隨時使用附加的模塊對PLC進行擴展。SIMATICS7-300所具備的高電磁兼容性和強抗振動、抗沖擊性,更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應性。它具有很強的計算能力和完善的指令集,以及通過MPI接口,適用于高速的過程處理需要。本系統(tǒng)所用的主機模塊是CPU315-2DP,可以通過MPI轉(zhuǎn)接電纜或通訊模塊與計算機進行通訊,再加上其全面的診斷功能和完善的自我保護技術,使其具有極高的可靠性,極其適合本系統(tǒng)的需求。除此之外,它自帶的STEP7編程軟件功能強大,使用方便,也使開發(fā)過程變得簡單快捷。
根據(jù)I/O點數(shù)的確定要按照實際點數(shù)再加20～30的備用量及其特性,配置了如下的模塊,其控制結(jié)構(gòu)見圖2。

1)1個模擬量輸入模塊SM331(AI8＊12Bit):可提供具有12位分辨率的總數(shù)為8路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道。
2)1個模擬量輸出模塊SM332(AO4＊12Bit):可提供具有12位分辨率的總數(shù)為4路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道。
3)1個數(shù)字量輸入模塊SM321(DI32＊24VDC):可提供總數(shù)為32路的開關量輸入通道。
4)2個數(shù)字量輸出模塊SM322(D032＊24VDC/0.5A):可提供總數(shù)為64路的開關量輸出通道。
5)中央處理單元CPU315-2DP。
6)擴展模塊ET200。
3控制系統(tǒng)軟件設計
3.1人機界面設計
為本系統(tǒng)設置了8個畫面,其中1#屏是系統(tǒng)主要參數(shù)的顯示,包括主電機的速度、出袋個數(shù)和出袋累計量,見圖3,出袋個數(shù)是指當前出袋的個數(shù),當數(shù)值到達出袋的設定值時,該數(shù)字自動復位,并重新開始計數(shù)。

出袋的設定值在參數(shù)設置的窗口中設置,會在后面介紹如何設置參數(shù)中講到,按鈕出袋清零的功能是清除當前出袋個數(shù),從0開始計數(shù);出袋累計是指當日的累計出袋個數(shù)。按鈕的累計清零功能是清除當日的累計數(shù)量,重新開始計數(shù)。
2#屏幕是溫度及其控制的窗口,見圖4。

3.2系統(tǒng)程序設計
系統(tǒng)軟件采用SeimensS7-300編程,用結(jié)構(gòu)化和模塊化的方法設計了項目測試、參數(shù)設置、數(shù)字量控制、模擬量控制、數(shù)據(jù)清零5個模塊。軟件功能結(jié)構(gòu)見圖5。

4結(jié)論
本文在分析全自動包裝機的工作原理的基礎上,提出了系統(tǒng)軟硬件控制方案,闡述了其控制原理,根據(jù)控制點及各控制功能的特點設計了系統(tǒng)的硬件控制電路和軟件程序。該控制系統(tǒng)在包裝廠投入運行以來,整套系統(tǒng)一直運行正常,同步電機起動過程中跟隨性能和穩(wěn)定性能[7]均有明顯的改善,提高了生產(chǎn)線的運行速度和生產(chǎn)效率,取得了良好的經(jīng)濟效益,在塑編包裝機械行業(yè)具有較好的推廣價值。

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