瓦楞纸分切压痕机电气控制系统设计软件.docx
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瓦楞纸分切压痕机电气控制系统设计软件
摘要
基于社会生产规模的扩大，生产水平的提高，电气控制技术已从最早的手动控制发展到自动控制，从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触点的硬接线继电器控制系统发展到以微处理器或计算机为中心的网络化自动控制系统。
现代电气控制技术正是综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果而迅速发展起来的，并向集成化、智能化、信息化和网络化方向发展。
PLC与其他工业控制系统结合构成了大型控制系统，是可编程逻辑控制器技术的应用的主要形式，并已经成为实现工业自动化的主要手段，在工业控制领域中发挥重大作用，本课题是针对生产及生活中用量极大的纸产品——瓦楞纸，利用PLC控制技术实现它的生产工艺过程，整个工艺过程分为开卷、压痕、涂胶、烘干、分切等工序，分切压痕机是瓦楞纸生产中的主要设备，PLC、变频器、继电器是其主要的电气控制元件。
关键词：
瓦楞纸；压痕；PLC
Abstract
Basedontheexpansionofsocialproduction,production,raisingthelevelofelectricalcontroltechnologyalreadyfromtheearliestmanualcontroldevelopmenttoautomaticcontrol,fromsimplecontrolequipmentdevelopment,tocomplexcontrolsystem,fromthecontact'shardwiredrelaycontrolsystemdevelopmenttomicroprocessororcomputernetworkforcenterofautomaticcontrolsystem.Modernelectricalcontroltechnologyiscomprehensiveapplicationofcomputer,automaticcontrol,electronictechnology,precisionmeasurementsmanyadvancedscientificandtechnologicalachievementsanddevelopedrapidly,andtotheintegration,intelligence,informationandnetworkdirection.
PLCandotherindustrialcontrolsystemwithconstitutedlargecontrolsystem,isprogrammablelogiccontrolleristhemainformoftheapplicationoftechnology,andhasbecomethemainmeanstorealizeindustrialautomationinindustrialcontrolfield,playsamajorrole,thesubjectisforproductionandlifedosageofgreatpaperproducts-usingPLCcontroltechnologycorrugated,realizeitsproductionprocess,thewholeprocessisdividedintoopen-book,indentation,glue,drying,slittingprocesses,cuttingcreasingmachineisthemainequipment,corrugatedproductionofPLC,frequencyconverter,relayisthemainelectricalcontrolcomponents.
Keywords:
corrugatedpaper;indentation;PLC
1绪论.1
1.1电气控制系统的应用设计2
1.1.1工业电气控制系统规划设计的基本原则2
1.1.2可编程控制器的软件及性能指标2
1.2瓦楞纸分切压痕机电气控制系统介绍3
1.2.1瓦楞纸分切压痕机电气控制系统研制的背景3
1.2.2瓦楞纸分切压痕机电气控制系统研制意义3
2瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的介绍.4
2.1瓦楞纸生产工艺流程4
2.2瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的工艺要求5
2.2.1压痕机的速度5
2.2.2分切装置的分切刀片5
2.2.3磨刀的必要性与方式5
2.2.4跟踪纠偏6
3PLC的选型及接线.6
3.1PLC的简介6
3.1.1PLC的工作原理和运行状态及方式6
3.1.2PLC的选型7
3.1.3输入输出的选择8
3.2本系统的PLC的选型及接线9
4瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的程序设计.10
4.1PLC程序设计的基本方法及步骤10
4.2本系统的程序设计11
4.2.1变频器的速度设定11
4.2.2压痕电动机的速度设定12
4.2.3分切电动机的速度设定12
4.2.4磨刀时间和磨刀间隔时间的设定13
4.2.5自动纠偏18
5谢辞20
6参考文献21
1绪论
瓦楞纸分切压痕机是一种纸张加工设备，它广泛应用于印刷业、包装业、特种行业和加工业等十多个相应行业，并逐渐成为这些行业不可缺少和替代的关键设备。
过去传统的瓦楞纸分切压痕机采用的是继电器-控制器方式的控制系统，控制设备一经生产出来，功能就固定了，若控制要求发生变化，则必须改变控制器内部的硬件接线，这样的控制系统一方面耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢，另一方面使用起来不灵活，也不方便。
基于此，人们研制出PLC之类的新型电子器件设计瓦楞纸分切压痕机的控制系统。
相比较而言，PLC可用于数字量逻辑控制、运动控制、过程控制、数据处理及通信联网，它的主要特点是：
（1）可靠性高，抗干扰能力强。
高可靠性是用户选择控制装置的首要条件，在PLC系统中，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，加上PLC充分考虑到了工业输出环境、粉尘、温度等各种干扰，在硬件和软件上采用了一系列抗干扰措施，因而具有极高的可靠性；
（2）配套齐全，适应性强，应用灵活，由于PLC产品均成系统化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制要求；
（3）编程方便，易于使用，PLC的编程采用与继电器电路极为类似的梯形图语言，直观易懂，同时又有面向对象的顺控流程图语言，使编程更加简单方便，深受现场电气技术人员的欢迎；
（4）功能强，扩展能力强，性价比高，PLC中含有数量巨大的供用户使用的编程软元件，可轻松地实现大规模的控制。
PLC配合功能单元能方便地实现D/A、A/D转换及PID运算，实现过程控制、数字控制等功能，PLC具有通信联网功能，可以控制多个机群，多个生产线。
它不仅可以进行现场控制，也可进行远程监控；
（5）PLC控制系统设计安装、调试方便，PLC用程序代替硬接线，安装接线工作量小；
（6）维修方便，维修工作量小，PLC有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能；
（7）PLC体积小、能耗低、易于实现机电一体化。
正是由于PLC用途广，又能克服之前继电器-控制器方式的控制系统的不利因素。
所以能满足人们的需要。
1.1电气控制系统的应用设计
1.1.1工业电气控制系统规划设计的基本原则
由于构成系统的核心设备及关键技术上的差别，工业电气控制系统规划设计的中心内容可以有很大的不同。
但是，就工业电气控制系统规划设计的基本原则来说，各类系统却都是一样的。
这些原则如下所述：
1最大限度的满足被控对象的控制要求。
不能满足被控对象控制要求的系统是毫无用处的。
能最大限度地满足被控对象要求的设计，就是最好的设计。
因而在设计前，应调查清楚生产要求，对机械设备的性能、结构特点和实际加工情况有充分的了解。
2在满足控制要求的前提下，力求使控制系统操作简单、使用及维修方便。
尽量选用标准的、常用的或经过实际考验过的环节和线路；尽量缩短连接导线的长度；尽量缩减电器的数量，采用标准件，并尽可能选用相同型号的电器元件；尽量减少不必要的触点以简化电路；尽量减少不必要的通电时间。
3保证控制系统安全可靠，具有合理的使用寿命。
为了保证线路工作可靠，最主要的是选用可靠的元件，如尽量选择机械和电气寿命长、结构坚实、动作可靠、抗干扰性能好的电器。
④在满足以上各点的基础上，尽量少花钱，多办事。
总的来说：
工业电气控制系统规划设计的基本原则简化就是：
适用、好用、耐用、经济。
考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择控制系统设备时，设备能力应适当留有余量。
此外，设计还应符合国家及安全管理部门的各种相关规定，设计选用的各种器件、器材应满足国家的各种相关标准。
1.1.2可编程控制器的软件
PLC的软件包括系统软件和用户程序。
系统软件有PLC制造商固化在机内，用以控制可编程控制器本身的运作。
主要包括以下三个步骤：
（1）系统程序管理，它是系统软件中最重要的部分，主管可编程控制器运行管理、存储空间管理及系统自检。
运行管理主要是时需安排，如何时输入、何时输出、何时计算、何时自检、何时通信等时间上的分配管理。
存储空间管理指生成用户环境，规定各种参数、程序的存放地址。
系统自检程序则包括各种系统出错检验、用户程序语法检验、句法检验、警戒时钟运行等；
（2）用户指令解释程序，它是联系高级程序语言和机器码的桥梁。
总所周知，任何计算机最终都是执行机器指令语言的。
可编程控制器可用梯形图语言编程，把使用者直观易懂的梯形图变成机器易懂的机器语言，这就是解释程序的任务；
（3）标准程序模块及系统调用，它由许多独立的程序块组成，各程序块具有不同的功能，有些完成输入、输出处理，有些完成特殊运算等。
可编程控制器的各种具体工作都是由这部分来完成的。
这部分程序的多少决定了可编程控制器性能的强弱。
整个系统软件是一个整体，其质量的好坏很大程度上影响可编程控制器的性能。
很多情况下，通过改进系统软件就可在不增加任何设备的条件下大大改善可编程控制器的性能。
用户程序由可编程控制器的使用者编制并输入，用于控制外部对象的运行。
用户程序即是应用程序，是可编程控制器的使用者针对具体控制对象编制的程序。
根据不同的控制要求，相当于改变PLC的用途，相当于设计和改变继电器控制设备的硬接线线路，也就是所谓的“可编程序”。
程序既可由编程器方便的送入到PLC内部的存储器中，也能通过它读出、检查与修改。
1.2瓦楞纸分切压痕机电气控制系统介绍
1.2.1瓦楞纸分切压痕机电气控制系统研制的背景
作为一个行业和我国国民经济的重要组成部分，包装业的发展日新月异，已经成为我国经济建设中所不可缺少的重要组成部分。
高强度瓦楞纸是这一行业中，用量最大，涉及行业最广的重要外包装用材。
总所周知，现代包装已不再是对产品简单的修饰，不再是产品的附属品，而已经成为产品的一部分了。
甚至可以说，它就是一种产品，一种特殊的间接产品。
这种间接产品对直接产品不仅有装饰、保护和说明的作用，而且起到了举足轻重的促销作用。
1.2.2瓦楞纸分切压痕机电气控制系统研制意义
瓦楞纸分切压痕技术及设备的发展方向主要有两个方面，一是为满足小型和个体生产企业的需求，向小型化、简易型、低价位、低档次发展；二是为满足大、中型生产企业的需求，向宽幅面、高速度、高精度、高自动化方向发展。
PLC技术在瓦楞纸生产中的应用正是满足这些需求的技术保证。
为了促进国内包装行业的发展，缩小同发达国家的差距，我国制订了该行业的总体目标：
瓦楞纸生产线向机电一体化、智能化、自动控制方向发展；以控制理论和计算机技术为先导，引进新技术、增强自动开发能力；促进机械技术和自动化技术的结合，推进瓦楞纸生产线向机电一体化，进而向包装机械智能化迈进。
2瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的介绍
2.1瓦楞纸生产工艺流程
瓦楞纸生产工艺流程包括开卷、压痕、涂胶、烘干、分切等工序，如图一所示：
图
（1）瓦楞纸生产工艺流程示意图
其工作原理是：
开机后开卷机轴开始转动，把纸板装好后，再开压痕轴电机和分切轴电机，同时也让涂胶装置，烘干装置开始运行。
在运行过程中压痕机的线速度要求与主轴开卷机轴的线速度保持一致。
由于开卷机的速度是可调的所以用测速机检测主轴的速度，把检测到的电压输入到PLC，经过处理后再用变频器驱动控制压痕轴的速度。
同样分切装置的转速也要根据送来纸板的速度进行调整，所以分切装置轴的驱动也要用变频器驱动。
分切装置上的分切刀片在分切一段时间后会变钝，磨刀装置对刀片进行磨削锐化，磨刀装置对刀片进行磨削锐化，磨刀分为手动磨刀和自动磨刀两种方式，自动磨刀时PLC会根据主轴的速度和分切轴的转速调整它的磨刀间隔时间。
在生产的过程中纸板的传送会发生跑偏，影响分切的质量，所以纸板在传送过程中要随时进行纠偏，纠偏的方式有手动和自动两种方式。
在自动纠偏时，在工作台的两边设有光点开关检测传送的纸板是否发生跑偏，PLC会根据检测的结果随时对其进行跟踪纠偏。
如果在机器的运行过程中涂胶装置的胶将要用完，PLC会根据检测到的信号停止主轴电机的运行，同时如纸板已经加工完，PLC也会根据检测到的信号停止主轴电机的运行。
2.2瓦楞纸分切压痕机电气控制系统的工艺要求
2.2.1压痕机的速度
压痕机的线速度要求与主轴开卷机轴的线速度保持一致，开卷机的速度是可调的，所以压痕锟由变频器驱动控制。
根据开卷机的速度调整范围，要求压痕轴的速度范围为0~1500r/s，主轴的速度用测速机检测，输出电压为0~10V。
2.2.2分切装置的分切刀片
分切装置的分切刀片的位置可以根据要求调整，刀片的速度应根据纸板的速度变化而变化，所以分切装置的驱动也采用变频器驱动，同时又有最低转速和最高转速的限制，根据主轴速度和上、下限的要求确定的刀片速度范畴为300~1200r/s。
2.2.3磨刀装置
分切装置的分切刀片在分切一段时间变钝后，磨刀装置应对刀片进行磨损锐化，以保证分切刀片的锐利。
分切刀片有锐利变钝的时间与分切装置的转速及切削纸板的多少有关，因此每次磨刀的时间间隔应与分切装置的时间保持一定的关联。
磨刀时间与粗设的磨刀间隔时间由PLC上的模拟量电位器设定，设定刀片每次磨削的时间范围为5000~10000ms，磨刀时间间隔为5000~10000ms。
磨刀装置上的四片磨刀砂轮由不同的电磁阀控制，分别对四片刀片磨削，磨刀要求有手动与自动两种控制方式。
手动时，按一次磨刀按钮进行一次磨刀操作；自动时，分切只要运行，PLC便根据粗设的磨刀间隔时间和根据刀片的速度微调的间隔时间，自动地进行磨刀操作。
每个刀片的磨刀装置可以人为地设置为工作及停止两种状态。
2.2.4跟踪纠偏
生产过程中会发生纸板跑偏现象，横向移动装置应随时自动地进行跟踪纠偏，它也可以手动横向移动进行纠偏，用两个光电开关作为纠偏的位置检测，用两个行程开关限制横向移动的行程范围。
3PLC的选型及接线
3.1PLC的简介
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、定数和算术操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
3.1.1PLC的工作原理和运行状态及方式
作为电器控制装置，可编程控制器必须接入电路，与主令器件、传感器件及执行器件共同构成系统才能承担控制任务。
可编程控制器是一种基于计算机的运算控制装置。
它将工业控制中的各种控制信号存入自己的输入存储单元，也将运算的结果存入自己的输出存储单元，并且将运算结果作为输出信号去控制执行器件以完成工业控制。
而作为输入存储单元及输出存储单元联系的应用程序则是控制的核心。
可编程控制器的运行大致可分为以下三个部分：
（1）上电处理。
PLC上电后对系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化，I/O模块硬件，I/O模块配置检查，停电保持范围设定等。
（2）扫描过程。
以程序扫描执行而得名。
一是扫描执行系统程序，二是扫描执行应用程序。
每次执行应用程序前先完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。
而执行不执行应用程序还和PLC的运行状态有关。
PLC的运行状态一般有STOP及RUN两种。
状态的转换一般可以通过机箱上的硬件开关或编程设备切换。
当CPU处于STOP方式时，PLC不执行应用程序，转入执行自诊断检查。
当CPU处于RUN方式时，则执行用户程序和输出处理，再转入执行自诊断检查。
扫描过程除去通信任务及内部特殊存储单元管理，扫描过程可分为输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。
（3）出错处理。
PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通信等是否正常，检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。
当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描停止。
可编程控制器的运行方式是串行方式，扫描一遍遍地进行，程序一条条地执行。
可编程控制器的运行方式是建立在计算机工作原理基础上的，CPU以分时操作来处理各条指令，所以只按程序顺序依次完成各响应电器的动作，这就是所谓的串行。
PLC的工作就是周而复始地循环扫描过程。
每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。
以目前PLC的一般运行速度而言，这个周期为100ms左右。
3.1.2PLC的选型
随着PLC的普及，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日趋完善。
PLC的结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，使用场合也各有侧重。
合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的经济技术指标具有重要作用。
机型选择的基本原则应是在功能满足要求的情况下，追求性能可靠，维护使用方便以及最佳的性能价格比。
具体应考虑以下几个方面。
结构合理。
对于工艺过程比较固定、环境条件比较好（维修量比较小）、控制规模不太大的场合，选用整体式PLC；其他情况选用模块式结构PLC。
功能合理。
对于开关量控制的工程项目，控制速度无须考虑，一般的低档机就能满足要求；对于以开关量为主、带少量模拟量的工程项目，可选用带A/D、D/A转换、加减运算、数据传输功能的低档机；对于控制计较复杂、控制功能要求比较高的工程项目，例如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂的程度选用中档或高档机。
中高档机除了功能强大外，具有较高的运算速度，可用于大规模过程控制系统等场合。
机型统一。
因为同一机型的PLC，其规模可互为备用，便于备品备件的采购和管理；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的挺高和功能的开发；其外部设备通用，资源可分享，配以上位计算机后，可把多台PLC连接成一个多级分布式控制系统，相互通信、集成管理。
因而，规模较大的控制系统中的PLC机型应尽量统一。
是否在线编程。
PLC的特点之一式被控制设备的工艺过程改变时，只需修改程序，就能满足新的控制要求，给声场带来很大的方便。
PLC的编程分为离线编程和在线编程两种。
离线编程的PLC主机和编程器共用一个CPU，在编程器上有一个“编程/运行”选择开关或键盘，选择编程状态时，CPU将失去对现场的控制，只为编程器服务。
程序编好后，再选择运行状态，CPU则去执行程序并对现场进行控制。
此类PLC，由于编程器的主机总用一个CPU，因此节省了大量的硬件和软件，价格比较便宜。
中、小型PLC多采用离线编程。
3.1.3输入输出的选择
控制系统对PLC的I/O点数量需要的估算。
系统对可编程控制器的I/O点的要求于接入的输入输出设备类型有关。
如一个单线圈电磁阀用PLC控制时需要2个输入及1个输出；一个双线圈电磁阀需要3个输入及2个输出；按钮需1个输入；波段开关有几个波段就需几个输入。
对PLC输入输出规模的要求还与系统中设备的操控方式有关。
如同样是交流异步电动机单向运行，需占用4个输入点及1个输出点。
如需Y-△启动，则要4个输入点及3个输出点。
输入输出口其他性能的考虑。
PLC选择有关输入输出口还需考虑输入电流的种类及输入信号传送距离的远近。
有些传感器需要直流电，一些主令器件适合交流电，PLC的输入口则有交流输入及直流输入。
输入信号传送距离远时可选用输入电压高的种类。
可编程控制器输入点有内部供电及外部供电框中供电方式，直流电压5V、12V、24V、60V、68V，交流115V‘220V可选。
一般来说，5V输入电压时最远不能超过10m，其他电压时传送距离可由输入口最低输入电压结合器件及配线压降计算。
另外，在对输入响应由需求时，还要考虑输入滤波时间的影响。
输出口类型的选择考虑开关速度及执行器件供电电流的类型。
对于开关频率高、电感性、低功率因素的负载，推荐使用晶闸管输出模块，缺点是模块价格高，过载能力稍差。
继电器输出模块的优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格低；其缺点是寿命较短，响应速度慢。
输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。
输出点的电流输出能力必须大于负载电流的额定值。
3.2本系统的PLC的选型及接线
通过对控制系统控制要求的分析可知，系统共需开关量输入点14个，开关量输出点8个，选CPU224可以符合要求。
系统还需要1路模拟量输入和两路模拟量输出，选DM231四路模拟量输入模块一块及EM232两路模拟量输出模块一块。
系统的器件安排见表一：
表一：
瓦楞纸分切压痕机内输入器件安排表
名称
代码
编号
端口
纠偏工作选择
SA1
X0
I0.0
左边检测光电开关
SQ1
X1
I0.1
右边检测光电开关
SQ2
X2
I0.2
左边限位开关
SQ3
X3
I0.3
右边限位开关
SQ4
X4
I0.4
磨刀方式选择
SA2
X5
I0.5
刀片1手动磨刀
SB1
X12
I1.2
刀片2手动磨刀
SB2
X13
I1.3
刀片3手动磨刀
SB3
X14
I1.4
刀片4手动磨刀
SB4
X15
I1.5
表二：
瓦楞纸分切压痕机内输出器件安排表
名称
代码
编号
端口
左移动自动纠偏控制
KM1
Y0
Q0.0
右移动自动纠偏控制
KM2
Y2
Q0.2
磨刀1输出
YV1
Y4
Q0.4
磨刀2输出
YV2
Y5
Q0.5
磨刀3输出
YV3
Y6
Q0.6
磨刀4输出
YV4
Y7
Q0.7
4电气控制系统的程序设计
4.1PLC程序设计的基本方法及步骤
可编程控制器的控制功能是以程序来体现的，编写程序的过程就是软件设计过程。
程序设计通常采用经验设计法和逻辑设计法。
所谓经验设计法就是根据市场机械对电气控制电路的要求，首先设计出各个独立环节的控制电路或单元电路；然后再根据生产工艺要求找出各个控制环节之间的相互关系，进一步拟定连锁控制电路及进行辅助电路的设计
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