碎纸屑压块机的plc控制.docx
《碎纸屑压块机的plc控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《碎纸屑压块机的plc控制.docx（56页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
碎纸屑压块机的plc控制
碎纸屑压块机的PLC控制
摘要
本文综述了压块技术的国内外的发展现状，以及压块技术在国内外的发展前景，描述了碎纸屑压块机在国内的应用潜力。
碎纸屑压块机是将废纸屑按一定比例参合特殊液体后压成规则的长方体。
该控制系统可将废纸屑进行分类压缩，提高其自动化的程度以及充分发挥其经济效益。
该论文先对液压系统进行设计以方便PLC的设计，然后对PLC控制系统进行设计，尽量使其操作简单、压块的效果好、自动化程度高、并且能够实现双通道的独立工作。
自动化程度高及改进后的压缩分类是PLC原理图突出的重点。
当在工作的过程中遇到一些故障时能自动发出报警声，自动停止运行，方便操作人员及时查找原因而不会损坏机器。
通过设计我们使该碎纸屑压块机实现了将不同废旧程度废纸屑分类进行处理，很大程度上提高了其经济效益，从而实现了废旧纸屑的多次利用。
目前，在中国每年大量的废纸屑没有得到很好地利用，究其根本原因就是技术不够先进或者说经济效益不够显著。
关键词：
碎纸屑；液压系统；PLC系统
ThePLCcontroloftheuselesspaperpressmachine
Abstract
Thethesissummarizedtheactualityandthetechnologyofdealingwiththeuselesspaper、uselesspackageaccordingtothepapercharacteristicandpresentsituationinheatandchest-makingenterprises.Uselesspaperpressmachineaccordingtothecertainproportionofparticipants,suchasspecialliquidintorulesofthecuboid.
Thecontrolsystemcanclassifyuselesspaperscrapsandmakethemcompressed,increasethedegreeofautomation,aswellaseconomicbenefits.ThecompressedmachinemainlyonthedesignofthePLCcontrolsystem,makeitsimple,asfaraspossible,effectiveandhighdegreeofautomationofthepressaswellasforavarietyofdifferenthardnessofwastepaperscraps.HighdegreeofautomationisthefocusofPLCschematicdiagramhighlights.Theautomaticalarmwillworkwhenyouencountersomefailure,andthemachinewillautomaticstop,whichwillbeconvenientoperationwithtimelyfindingthereasonincasedamagingthemachine.
Bydesignwemaketheuselesspaperpressmachinetoachieveahighdegreeofdifferentwasteclassificationofwastepaperprocessing,toalargeextent,improvetheeconomicbenefit.Uselesspaperpressmachinehadnotbeenwidelyappliedbecauseoftheeconomyandthebenefitsaretoolow.Onlytheinventionthathaveeconomicbenefitswillbeappliedinreallife.
Keywords:
uselesspaper;hydraulicsystem;PLCsystem
目录
1前言....................................................1
1.1碎纸屑压块机的国内外发展现状................................1
1.2PLC控制系统的设计方法.......................................1
1.2.1PLC及编程系统的选型设计................................1
1.2.2PLC输入、输出回路的设计................................2
1.2.3PLC液压系统的设计和计算................................2
2碎纸屑压块机PLC控制系统的分析..........................3
2.1压块机简介..................................................3
2.2PLC控制系统所要实现的功能的分析............................6
2.3PLC系统的控制程序分析.......................................6
3PLC系统总体设计方案..........................................6
3.1PLC方案与传统继电器方案的比较...............................6
3.1.1传统继电器控制方案......................................6
3.1.2基于PLC的控制方案......................................7
3.2方案选定....................................................8
3.3方案的描述..................................................8
3.3.1碎纸屑压块机的液压控制系统..............................8
3.3.2基于PLC的电气控制系统...................................8
4PLC控制系统软件编程的硬件设计..............................9
4.1碎纸屑压块机的P系统硬件设计.................................9
4.2碎纸屑压块机PLC控制硬件设计.................................11
4.2.1PLC输入输出分配........................................11
4.2.2PLC端子外部接线图.......................................12
4.2.3实现PLC系统的电器元件符号及功能说明：
...................14
4.3实现PLC控制的元器件的选型...................................14
4.3.1PLC的选型..............................................14
4.3.2电器元件表..............................................15
4.4各器件具体参数..............................................16
5基于PLC的系统软件设计.......................................17
5.1PLC软件介绍................................................17
5.2碎纸屑压块机状态转移图（SFC）...............................19
5.3步进梯形图编程..............................................19
5.4程序代码....................................................22
6系统调试与仿真................................................22
6.1系统模拟调试基本思路........................................23
6.2模拟调试具体方式............................................24
6.2.1模拟仿真电路设计........................................24
6.2.2模拟仿真操作步骤........................................25
6.3系统模拟预期结果............................................25
7结论............................................................25
8总结与体会......................................................26
谢辞...............................................................27
参考文献...........................................................28
附录一PLC系统自动控制过程梯形图....................................29
附录二PLC系统自动控制过程指令表....................................31
附录三碎纸屑压块机PLC控制原理图....................................35
附录四碎纸屑压块机控制系统的欧姆龙接线图...........................36
1前言
1.1压块机的国内外发展现状
在国外压块技术已经有了很多年的发展历史以及很广泛的应用领域，比如在丹麦：
丹麦是世界上首先使用秸秆发电的国家。
位于丹麦首都哥本哈根以南的阿维多发电厂建于上世纪９０年代，被誉为全球效率最高、最环保的热电联供电厂之一。
而在这座现代化的电厂里，最引人注目的既不是造型独特的梯形厂房，也不是现代化的发电设备，而是在燃料库房内堆放整齐的秸秆压块。
农民收获粮食后，把秸秆卖给压块公司，压块公司再将秸秆压成块以便于运输和存放。
由于和煤、油、天然气相比，秸秆成本低、污染少，可称得上电厂最划算的一笔买卖。
此外，秸秆燃烧后的草木灰还可以无偿地返还给农民作为肥料。
在中国，压块技术起步较晚，压块技术相对于美国、丹麦还有很大的差距。
当前小型压块机在冶金、橡胶、粮食加工、环境保护、农业等方面应用广泛。
传统的压块机采用继电器控制线路,其主要缺点是接线复杂、触点错误动作多、故障率高、自动化程度不高。
PLC作为一种基于工业电气控制特点设计的自动化控制产品,因其功能强、成本低、编程简单、体积小而逐步取代了继电器控制线路。
液压设备以其“柔性”动力传动和单一的直线驱动力,使系统具有较长的生命周期和较高的工作效率。
因此,压块机控制系统首选液压传动与PLC电气控制系统相结。
1.2PLC控制系统的设计方法
1.2.1PLC及编程系统的选型设计
（1）系统要求与I/O点数裕量。
首先，应该确定系统用PLC单机控制还是用PLC形成络，由此计算出输入、输出（I/O）点数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上预留10%的余量。
（2）I/O负载分析。
确定负载类型，根据PLC输出端所带负载是直流型还是交流是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或是晶闸管输出。
（3）运行速度。
执行速度、存储容量与指令的执行速度是PLC选型的重要指标，一般存储量越大、速度越快的PLC，其价格就越高。
4）独立I/O公用端口（COM）编组规模。
“COM”点的选择，不同的PLC产品，其“COM”端口的点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带1个或2个输出点。
（5）编程平台，编程器的选购。
PLC编程可采取三种方式：
一是用一般的手持式编程器。
其优点是易于现场调试并且体积小、成本低，但它的效率低，适用于系统容量小、用量少的系统中。
二是图形编程器编程，它方便直观，一般电气人员短期就可以应用自如，但编程器价格较高。
三是用IBM及其兼容个人计算机+PLC软件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，也是最常用的一种方式，但大部分软件包价格昂贵。
1.2.2PLC输入、输出回路的设计
（1）本体电源回路。
PLC供电一般为AC85-240V（也有DC24V），适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:
1隔离变压器等）。
（2）外部I/O驱动电源。
若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上的DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源，但该电源的“一”端不要与PLC的DC24V电源的“一”以及“COM”端相连，否则会影响PLC的运行。
（3）自备I/O驱动电源。
各公司PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时应注意容量，同时做好防短路措施（因为该电源的过载或短路将影响PLC的运行）。
（4）感性负载处理。
在输入6、输出端接感性负载时，要在负载两端并联一个冲击抑制器或续流二极管。
（5）PLC外部驱动电路。
对于PLC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路，可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路。
1.2.3PLC液压系统的设计和计算
液压系统相关参数的计算是PLC设计的前提，必须进行准确的计算，设计时必须满足主的工作所需要的全部技术要求，且要求静动态性能好，传动平稳，效率高，结构简单，工作安全可靠，经济性好，使用维护方便。
1）液压缸主参数的确定
主液压缸的负载力：
F=1000KN
最大液压压力：
P=25Mpa
2）活塞杆直径的选取
活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。
对于杆长L大于直径d的15倍以上，按拉、压强度计算：
=
[
]
设计中活塞杆取材料为碳钢，故[
]=100-120MPa.
d
=
=113mm
查《液压系统设计原器件选型手册》，选取尾部法兰式液压缸，取d=125mm。
3）液压缸内径
根据JB826-66，选择标准液压缸内径系列，选择D=180mm.
4）液压缸外径
根据装配等因素，考虑到液压缸的臂厚在7mm，所以该液压缸的外径为187mm.
注压缸的负载力：
F=100KN
最大液压压力：
P=25Mpa
（1）活塞杆直径的选取
活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度要求。
对于杆长L大于直径d的15倍以上，按拉、压强度计算：
=
[
]
设计中活塞杆取材料为碳钢，故[
]=100-120MPa.
d
=
=36mm
查《液压系统设计原器件选型手册》，选取尾部法兰式液压缸，取d=36mm。
（2）液压缸内径
根据JB826-66，选择标准液压缸内径系列，选择D=50mm.
（3）液压缸外径
根据装配等因素，考虑到液压缸的臂厚在7mm，所以该液压缸的外径为57mm.
行程的确定原则
1）行程S=实际最大工作行程Smax+行程富裕量△S；
行程富裕△S=行程余量△S1+行程余量△S2+行程余量△S3。
2）行程富裕量△S的确定原则
一般条件下应综合考虑：
系统结构安装尺寸的制造误差需要的行程余量△S1、液压缸实际工作时在行程始点可能需要的行程余量△S2和终点可能需要的行程余量△S3（注意液压缸有缓冲功能要求时：
行程富裕量△S的大小对缓冲功能将会产生直接的影响，建议尽可能减小行程富裕量△S）。
2碎纸屑压块机PLC控制系统的简单分析
2.1压块机简介
本设计的碎纸屑压块机以液压系统传递动力，通过液压缸将于液浆混合后的碎纸屑压块成型，并将每一次进入液压腔多余的肥料排除的机械压块装置。
目前压块机主要有两种类型，一种是机械类压块机，一种是流体类压块机。
以下是分类的简单介绍。
机械传动类型包括：
①靠机件间的摩擦力传递动力和运动的有摩擦压力机；
②靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动的压力机。
流体传动类型包括：
液压传动和气体传动。
（如图3.1）
①液压传动类型分为油压机和水压机；
②气压传动类型即为气动压力机压机。
图2.1碎纸屑压块机实物图
2.2PLC控制系统所要实现的功能的简单分析
本课题的PLC控制系统功能：
根据废纸屑的破旧程度将废纸屑简易分类。
分类从好到坏划分为三个等级1.第一等级的废纸屑压成快后可以输送到木具厂等经各种工艺做成各种各样的木板、木条，垫板等，节省木材的使用量3.第二等级的废纸屑可以压块处理后经过纸箱厂做成包装箱4第三等级的废纸屑压成块后可作为一种新型的燃料替代煤炭用于炊事、取暖、发电等。
在对碎纸屑压块机的PLC的设计过程中我们应该使其自动化程度高一些，因为PLC所控制的液压系统在执行完毕后必须使其回到原来的位置，否则系统会出现问题，所以行程开关执行过程中以及执行的结果是否正确必须对其进行检测。
2.3PLC系统的控制程序分析
碎纸屑压块机的PLC控制系统设计属于顺序控制结构，执行机构均采用液压设备，每个液压缸的动作类似，液压缸动作完成之后必须回到原来的位置上，以保证设备不受损坏，否则就会启动报警系统。
其中一个通道的PLC循环系统自动过程顺序如下：
①来料信号灯亮时（即来料信号有效时）时，说明原料已经准备好。
这时，将液压系统的卸荷阀关闭，使液压系统转为工作状态。
然后第一个动作就是将料门打开，进料大约500g，大于等于500g时停止上料，再延迟一定时间。
②延时时间到，进行侧压。
（所谓侧压就是在前后两个方向上对来料进行压制。
侧压是机械限位的，侧压过程只控制压制时间。
）
③时间到后主压下缸动作，开始压下（正压的压力相对比较大）。
压制一定时间之后有一个抬起动作。
（对于第一类的废纸屑压制工序到此结束，省工时）
④二次压下缸抬起，以让出空间准备接受块体。
⑤推块缸动作，将块体推到二次压下缸的下面。
⑥二次压下缸动作，压紧块体。
停留一定时间后，再次抬起时，就结束了一个自动循环。
为了保证设备的安全，该设备除了料门液压缸以外，其余所有的液压缸回位都由行程开关作为位置指示。
液压缸的伸出是按时间控制，而液压缸的缩回是按行程控制。
一旦在一定时间内液压缸的回位动作信号还没有返回，则控制系统立即报警（报警只是提示操作者注意，控制系统本身并没有动作）。
由于该设备的动作简单，只要能按顺序完成动作即可，因此PLC的程序也就很容易编制。
3PLC系统总体设计方案
3.1PLC方案相比传统继电器方案的优势
3.1.1传统继电器控制方案
继电器是一种当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，使被控制的输出
电路导通或断开的电器。
可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）继电器及非电
气量（如温度、压力、速度等）继电器两大类。
具有动作快、工作稳定、使用寿命长、
体积小等优点。
广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中
【1】。
继电器逻辑控制的特点如下：
①控制逻辑：
继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑。
触点数目有限，每只一般只有4～
对触点。
②工作方式：
当电流接通时，继电控制线路中各继电器都处于受约状态，即该吸
合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合。
③控制速度：
继电控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低。
触点的
开闭动作一般在几十毫秒数量级。
另外机械触点还会出现抖动问题。
④限时控制：
继电控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制。
时间继电
器一般分为空气阻尼式、电磁式、半导体式等，其定时精度不高，定时时间易受环
境湿度和温度变化的影响，调整时间困难。
有些特殊的时间继电器结构复杂，不便维
护。
⑤设计与施工：
使用继电控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须
依次进行，周期长，而且修改困难。
工程越大，这一点就越突出。
⑥可靠性与可维护性：
继电控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。
触点开
闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。
⑦价格：
继电控制逻辑使用机械开关、继电器和接触器，价格比较便宜【2】。
3.1.2基于PLC的控制方案
①控制逻辑：
PLC采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变
控制逻辑，只需改变程序，故称为“软接线”，其连线少、体积小，加之PLC中
每只软“继电器”的触点数理论上无限制，因此灵活性和扩展性都很好。
PLC由中
大规模集成电路组成，功耗小。
②工作方式：
PLC的控制逻辑中，各继电器都处于周期性循环扫描接通之中，
从宏观上看，每个继电器受制约接通的时间是短暂的。
③控制速度：
PLC是由程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在微秒数量级。
PLC内部还有严格的同步，不会出现抖动问题。
④限时控制：
PLC使用半导体集成电路作定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，
精度相当高，定时范围一般从0.1s到若干分钟甚至更长，用户可根据需要在程序
中设定定时值，然后由软件和硬件计数器来控制定时时间，定时精度小于10ms且
定时时间不受环境的影响。
⑤计数控制：
PLC能实现计数功能，而继电控制逻辑一般不具备计数控制功能。
⑥设计与施工：
用PLC完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和
控制逻辑的设计（包括梯形图和程序设计）可以同时进行，周期短，且调试和修改都
很方便。
⑦可靠性和可维护性：
PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体
电路来完成，它体积小、寿命长、可靠性高。
PLC还配备有自检和监督功能，能检查
出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现
场调试和维护提供了方便。
⑧价格：
PLC使用中大规模集成电路，价格比较昂贵【3】。
3.2方案选定
综上所
升级会员 