全自动纸管打捆机PLC控制系统设计文档格式.doc

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（2）抓带:

送带完成后,捆扎机头抓紧重新进入打捆机头的PETP带头;

（3）收带:

打捆机头反向驱动PETP带,将多余的PETP带回收,PETP带贴紧成形纸管捆表面;

（4）收紧:

PETP带贴紧成形纸管捆表面后打捆机头进行慢速收紧,产生很大的捆扎拉紧力;

（5）咬扣和切带:

成形纸管捆被收紧后,打捆机头在PETP带重合处进行咬扣和切带,完成一个打捆动作;

（6）复位:

各个动作完成后,打捆机进行复位,捆扎机头的动作单元恢复原位,蓄带电机重新进行蓄带,准备下次打捆。

其工作结构图如下：

1-打捆机头2-移动横梁3-立柱4-导带通路5-立柱底座6-蓄带机架座

7-蓄带盘8-固定导带轮9-活动导带轮10-PETP带11-成型纸管12-气控面板

图1-1全自动纸管打捆机工作结构

根据以上全自动纸管打捆机的流程及功能，此次PLC控制设计的要求设计如下：

PLC投入运行，系统处于复位状态，准备好启动。

打捆过程：

启动时开始送带。

PETP带被送入导带通路触发到位信号停止送带，延时2s后开始抓带。

延时1s后带开始慢速收紧。

延时1s后开始咬扣与切带。

至此完成一个打捆动作。

各个动作完成后，延时1s，打捆机开始复位。

若未完成此6个动作的任一个动作，则开始报警，若不急停，则机器重新复位并开始第一步送带。

若急停，则进行急停处理，系统复位并自动停机。

要求能实现：

送带、抓带、收带、拉紧、咬扣和切带、复位、报警及急停

（1）根据控制要求，制定合理的设计方案，绘制主电路原理图；

（2）绘制系统流程图；

（3）模拟调试

（4）PLCI/O点分配，并绘制I/O接线图；

（5）正确计算选择电器元件，列出电器元件一览表；

（6）课程设计的心得，整理技术资料。

1．1PLC控制特点

PLC采用面向过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。

例如目前大多数PLC采用梯形图语言编程方式，既继承了继电器控制线路的清晰直观感，又考虑到大多数电气人员的读图习惯及应用微机的水平，很容易被电气技术人员所接受。

PLC易于编程，程序改变时也容易修改，灵活方便。

这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但是对于大多数的机电控制设备来说，PLC的控制速度是足够快的。

而且，PLC的输入输出接口已经做好，可直接与控制现场的用户设备相连。

输入口可以与各种开关和传感器连接，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器。

接触器、电磁阀等连接，使用很方便。

1．2控制系统框图

全自动纸管打捆机的整个工作过程由送带、抓带、收带、拉紧、咬扣和切带以及复位六个动作组成。

在传统的纸管打捆机中，这些过程分别由相应的按钮来控制，这无疑会带来很多不便。

本次设计使用PLC控制全自动纸管打捆机的所有打捆过程。

对西门子S7-300系列PLC进行编程，对打捆机各个过程的开关和电磁阀等实行控制，最终达到全自动打捆的目的。

根据过程和设计要求，首先规划出打捆机元件的总体设计。

PLC的控制系统框图如图1-2。

图1-2系统控制框图

1．3控制系统对应设备及功能

根据控制过程中的送带、抓带、收带、拉紧、咬扣和切带、复位和报警等控制要求，对控制所需的开关及继电器初步统计如下表1-1

表1-1对应设备及功能表

对应的外部设备

对应的输出设备

启动按扭

捆带分配器电磁铁送抽带电磁铁

停止按扭

托板打开行程开关

托板打开电磁铁

送带到位行程开关

预卡紧电磁铁机头摆动电磁铁

卡扣锁死行程开关

卡扣锁死电磁铁卡抓返回电磁铁

卡扣用完行程开关

报警器

机头摆动到位行程开关

抽带变速电磁铁

机头复位行程开关

机头复位电磁铁

压力继电器

高速送抽带行程开关

高速送抽带电磁铁

托板复位行程开关

托板复位电磁铁卡扣推出电磁铁

推板返回行程开关

推板返回电磁铁

1．4控制系统原理

全自动纸管机的送带、抓带、收带、拉紧、咬扣和切带是由各动作的行程开关和各动作的电磁铁配合控制的，从而达到自动控制的目的。

启动按钮控制纸管打捆机的捆带分配器及马达，启动后，高速送抽带电磁铁动作，把PETP带送到指定位置，然后延时，触动送带到位行程开关，预卡紧电磁铁动作，使带预紧。

延时，触动托板打开行程开关，托板打开电磁铁动作使托板打开，延时，抽带电磁铁动作进行抽带，然后机头进行摆动，触动摆动到位行程开关进行抽带处理，延时，触动卡扣锁死行程开关，卡扣锁死电磁铁动作，卡扣锁死，之后卡抓返回，打捆机准备高速送带。

如果卡扣用完了则触动卡扣用完行程开关，卡扣用完电磁铁动作使报警器报警。

最后进行机头复位，托板复位，卡扣推出，推板返回。

准备下一次启动

2硬件电路的选择

2.1PLC的选择

2.1.1I/O点数统计

I/O点数选择是否合理，首先，可以满足系统的控制要求，又可以使系统成本降低。

PLC的I/O总点数和种类应根据系统中被控制的程序所需的模拟量、开关量、I/O设备来确定，通常情况下一个I/O元件需要占用一个I/O点。

考虑到程序设计过程中的调整和扩充，还要在估计的总点数上加上20%—30%的备用量。

本次设计的系统程序共有12个数字输入点14个数字输出点，具体的I/O点数统计见表2-1.

表2-1I/O点数统计表

2.1.2I/O存储器容量的计算

PLC的内存分为EPROM、EEPROM和RAM。

用户存储器容量决定了PLC可以容纳用户程序的长短，一般以字节为单位来计算。

用户的程序占用取决于多方面的因素，比如I/O点数，程序大小，运算方法，控制要求等等，在设计程序之前可以初步的估算所占内存。

根据以往大部分的PLC设计，一个I/O点和其他功能元件占用的内存如下：

开关量输入元件：

10—20B/点

开关量输出元件：

5—10B/点

定时器/计数器：

2B/个

模拟量：

100—150B/个

通信接口：

一个接口需要300B以上

根据上面列出的元器件占用内存情况，再额外增加25%左右的备用量，就可以估算出用户的程序所需的内存大小，选出合适的PLC型号。

本系统有12个数字输入点和14个数字输出点，内存一共260B，13个定时器，需内存16B，加上余量共需内存360B。

2.1.3CPU功能与结构的选择

PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为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，计数和算术运算等操作命令，并通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。

选型时还要考虑PLC的编程选择。

全自纸管打捆机控制系统所要求的功能简单，小型PLC即可。

PLC的类型根据两方面选择，一是程序所需的I/O点数，二是整个程序所占内存大小。

本设计需用12个数字输入点和14个数字输出点，13个定时器，共需内存360B。

CPU模块可以选择313C模块，此模块带有16个数字输入点和16个数字输出点，满足要求。

综上所述本次设计选用西门子S7-300型PLC。

2．2PLC外部接线图

当做完对系统的I/O点数统计和PLC型号的确定之后，就可以根据统计和型号对PLC进行外部接线设计。

具体接线如图2-1。

图2-1PLC外部接线图

3软件设计

3．1I/O分配表

3.1.1输入地址分配表

把统计的I/O点数进行分配，输入地址见表3-1。

表3-1输入地址分配表

输入地址

I0.0

I0.1

自动按扭

I0.2

停止按钮

I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

I0.7

I1.0

I1.1

高速送带行程开关

I1.2

I1.3

I1.4

压力传感器开关

3.1.2输出地址分配表

把统计的I/O点数进行分配，输出地址见表3-2。

表3-2输出地址分配表

输出地址

Q0.0

捆带分配器及马达

Q0.1

高速送带电磁铁

Q0.2

预卡紧电磁铁

Q0.3

Q0.4

抽带电磁铁

Q0.5

机头摆动电磁铁

Q0.6

抽带处理电磁铁

Q0.7

卡扣锁死电磁铁

Q1.0

卡爪返回电磁铁

Q1.1

Q1.2

托板复位电磁铁

Q1.3

卡扣退出电磁铁

Q1.4

Q1.5

3.1.3内部元件地址分配表

将统计的定时器地址进行分配，分配地址见表3-3。

3．2系统流程图

根据任务书做出系统流程图。

全自动纸管打捆机的打捆流程是：

延时，触动托板打开行程开关，托板打开电磁铁动作使托板打开，延时，抽带电磁铁动作进行抽带，然后机头进行摆动，触动摆动到位行程开关进行抽带处理，延时，触动卡扣锁死行程开关，卡