毕业论文《基于PLC的打包机控制系统》.docx

1、毕业论文基于PLC的打包机控制系统摘要打包机是一种动作步骤复杂的机床设备，在打包机控制系统中应用可编程序控制器能简化系统的设计并提高系统的工作效率和可靠性。在这篇文章中以化纤打包机的控制系统为例。首先介绍了三菱FX2N的特性特点、程序设计方法和编程方法，程序设计方法和编程方法包括经验设计法、顺序控制设计法和STL（Step Ladder Instruction）步进梯形指令，然后详细具体地分析和介绍了化纤打包机控制系统的组成、电气特征和程序。最后介绍了应用个人计算机来向可编程序控制器中输入程序。所使用的软件是三菱公司的SWOPCFXGP/WINC。关键字：打包机；可编程序控制器；步进梯形指令；

2、个人计算机ABSTRACTThe packageing machinery is a kind of steping complicated machine tools.Applying Programmable Logic Controller to the control system of packageing machinery can simplify the system design and raise the effectiveness and reliability of the system.In this paper,the control systems of chem

3、ical fiber baler are used as a example.At first it introduces the characteristics,method of designing the program,and method of editing the program of Mitsubishi FX2N.The method of designing and editing the program include the Experience Designing Method ,Sequencely Controlling Designing Method,and

4、STL(Step Ladder Instruction).Then,it concretely analyses and introduces the electrical construct,electrical feature,and program of the control systems of chemical fiber baler.At last it introduces using the personal computer to input the program into the Programmable Packageing Machinery.The used so

5、ftware is SWOPC-FXGP/WIN-C of Mitsubishi company.Keywords: packageing machinery; Programmable Logic Controller; Step Ladder Instruction; personal computer前言随着现代工业和现代科学技术的发展,不断涌现出对落后的操作机械和复杂生产系统实现自动控制。以适应现代生产的需要,在我国打包机的种类很多,但大部分的打包机是由手工操作或是开关型液压控制系统完成,打包的劳动强度大,打包的落后状态直接影响产品质量。所以自动打包机的研究需要很迫切。自动打包机是现代

6、高速线材生产线特有的设备,它集机械、电气、液压控制为一体,动作准确,为现代化的线材生产线构筑了一道靓丽的风景线。可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）在打包机控制系统中的应用具有十分重要的意义，与以往复杂的继电器控制系统相比，其功能强、性能价格比高、硬件配套齐全、用户使用方便，适应性强、无触点免配线、可靠性高、抗干扰能力强、维护工作量小、维修方便。大大提高了打包机的精度、可靠性、灵活性和工作效率，为各种智能型仪表提供了可靠的技术基础。从而降低了打包机的生产成本。解决了打包机继电器控制系统以往采用众多的电器元件,逻辑布线复杂,接点多,故障率高,设备运行可

7、靠性差的缺陷，所以可编程序控制器非常适合应用于各种机床设备的控制系统中。有着广泛的应用前景，对打包机控制系统的研究对提升我国包装设备的自主创新、提高国际竞争力、促进工业化发展、提升产品质量具有着重要的影响。我国包装机械产品与发达国家相比，其差距主要表现在：控制技术和产品可靠性方面较差，且技术更新的速度太慢，新技术、新材料、新工艺推广的范围太.。整体水平比发达国家要落后20年，现在我国包装机械产品中仅有5左右能够达到发达国家90年代初期的水平，还有20 的产品仅能和国外80年代的产品相比，其余60左右仅能达到国外70年代的水平。 我国的包装机械在产品的开发、性能、质量、可靠性、价格、服务等方面与

8、进口产品在竞争中处于劣势，抵挡不了进口产品的大量涌入。在进口设备中，一般是技术含量高或大型设备，大都是国内不能制造或达不到使用技术要求的。如无菌包装机大型高速饮料灌装机、贴标机、组合电子秤等。有的设备国内虽然也能制造，但可靠性不好，生产出的食品质量、保质期等都不如进口设备目前国外包装机械产品的品种大约有2300多种，成套数量多，并且不断有新技术、新产品出现。国外的包装机械产品一方面向高精度、大型化发展，另一方面向多功能方向发展。本设计重点研究的是基于PLC的打包机控制系统，采用了日本三菱公司的FX2N系列当中的FX2N-128MR型号可编程控制器，由于打包机的工作原理也属于机床设备，所以涉及到

9、很多的动作，本设计中的打包机程序的编制设计采用了顺序控制设计法和经验设计法，顺序控制设计法中采用步进梯形指令（Step Ladder Instruction）STL的编程方法，使得程序简洁且能方便的是维护人员读懂程序，同时用到了FX系列可编程控制器的状态初始化指令IST(Initial State), 更简化了程序的结构设计，其中打包机的自动程序和回原点程序采用了步进梯形指令STL的编程方法，而手动程序采用了经验设计法的设计。在向PLC中输入程序采用了个人计算机（Personal Computer）输入，所用的软件是三菱公司的SWOPCFXGP/WINC。1 绪论1.1可编程控制器在打包机中的

10、应用概述近几年来可编程控制器(PLC)技术的普及为各种智能型仪表提供了可靠的技术基础,在打包机控制系统方面的应用,提高了系统的可靠性和灵活性。与工控机和单片机相比,可编程控制器应用广泛,使打包机控制系统的开发更加简单、周期更短、使用更可靠、维护更简便。大大的提高了经济效益。旧机床电气控制部分大多采用继电器控制,这种控制方法中采用众多的电器元件,逻辑布线复杂,接点多,故障率高,设备运行可靠性差。用PLC能有效地解决这些问题。在我国打包机的种类很多,但大部分的打包机是由手工操作或是开关型液压控制系统完成,打包的劳动强度大,打包的落后状态直接影响产品质量。所以自动打包机的研究需要很迫切。自动打包机是

11、现代高速线材生产线特有的设备,它集机械、电气、液压控制为一体,动作准确,为现代化的线材生产线构筑了一道靓丽的风景线。可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）在打包机控制系统中的应用具有十分重要的意义，与以往复杂的继电器控制系统相比，其功能强、性能价格比高、硬件配套齐全、用户使用方便，适应性强、无触点免配线、可靠性高、抗干扰能力强、维护工作量小、维修方便。大大提高了打包机的精度、可靠性、灵活性和工作效率，为各种智能型仪表提供了可靠的技术基础。从而降低了打包机的生产成本。解决了打包机继电器控制系统以往采用众多的电器元件,逻辑布线复杂,接点多,故障率高,设备运

12、行可靠性差的缺陷，所以可编程序控制器非常适合应用于各种机床设备的控制系统中。有着广泛的应用前景，对打包机控制系统的研究对提升我国包装设备的自主创新、提高国际竞争力、促进工业化发展、提升产品质量具有着重要的影响。 1.2我国包装机械的现状及与国际水平的差距我国早在50年代中期就有少数工厂生产包装机械，5060年代，我国包装机械如烟草加工、制糖、制盐、酿酒等行业水平很低。改革开放初期，引进了一批食品机械和包装机械，具有一定的促进作用。80年代后期，随着国民经济的突飞猛进，市场对包装机械的需求日趋扩大。在此间期，我国的一大批机床、通用机械、农机行业的企业开始转产从事包装机械的生产。据1986年不完全

13、统计，当时仅有县以上包装机械企业1062年，工业总产值278亿元。进入90年代，全行业实现了高速发展，年平均增长率达30。据中国食品和包装机械工业协会1994年统计，当时我国包装机械生产厂家有1540家，包装机械行业总产值为2556亿元，包装机械的产量总数258420台，其中，包装容器制造机械17112台，直接包装机械213303台，包装装潢印刷机械10508台，辅助包装机械7493台。据中国包装总公司计划部第三次全国工业普查资料表明，1995年包装机械总产量为489569台，其中，包装容器制造机械29514台，直接包装机械455284台，专用包装机械4771台。1997年底，全国增加至160

14、0余家从事包装机械的生产厂家；同时，从事包装机械研究及开发的科研院所达75个，另有21所高等院校从事包机械专业的教学和科研工作。我国进口额较大并增长幅度较大的有纸浆、纸或纸板的制造和整理机械，其次是包装或打包机器，各种容器的装封、贴标签机器，其他干燥器等。1.2.1产品技术方面的差距我国的包装工业过去长期处于一种生产力水平低下、主体技术不高、规模过小、游离分散生产、企业管理水平不高、国家投入不足的状况，大部分企业仍然处于需要技术改造、技术创新、提高产品质量、加强现代化管理以及体制转轨的关键时期。包装行业的结构调整、技术升级、产品换代、规模效益以及布局合理、经营体制的转换等，仍是新世纪的大大重要

15、课题。 我国包装机械产品与发达国家相比，其差距主要表现在：控制技术和产品可靠性方面较差，且技术更新的速度太慢，新技术、新材料、新工艺推广的范围太窄。从整体水平上看，比发达国家要落后20年，现在我国包装机械产品中仅有5左右能够达到发达国家90年代初期的水平，还有20的产品仅能和国外80年代的产品相比，其余60左右仅能达到国外70年代的水平。我国的包机在产品的开发、性能、质量、可靠性、价格、服务等方面与进口产品在竞争中处于劣势，抵挡不了进口产品在竞争中处于劣势，抵挡不了进口产品的大量涌入。进口设备中，一般是技术含量高或大型设备，大都是国内不能制造或达不到使用技术要求的。如无菌包装机，大型、高速饮料

16、灌装机、贴标机、组合电子秤等。有的设备国内虽然也能制造，但可靠性不好，生产出的食品质量、保质期等都不如进口设备，如冰淇淋包装机。包装机械进出口比例相差太大，以1998年为例：包装机械进出口总额148亿美元，进口总额144亿美元，比1997年增长213，出口仅为045亿美元，比1997年还下降89，进口约为出口的近33倍。我国出口的大多是低档次、低附加值或劳动密集型产品，而进口产品都是大型成套设备和高技术含量的产品。 1.2.2产品品种方面的差距目前国外包装机械产品的品种大约有2300多种，成套数量多，并且不断有新技术、新产品出现。国外的包装机械产品一方面向高精度、大型化发展，另一方面向多功能方

17、向发展。如意大利ILAPAK公司的小剂量颗粒包装机采用机械转鼓式计量，连续式封合并裁切，一机多工位，包装速度可达120袋分钟，其控制系统采用微机和可编程控制器。与发达国家相比，我国包装机械产品品种及配套数量少，只有1300多种。缺少高精度和大型化包装机械产品，在钢制两片罐成型设备、高精度电子计量装置、高速电阻焊机、大型中空容器成型机械等方面仍属空白。 1.3发达国家包装机械技术水平及发展趋势上世纪50至70年代，电子技术和合成化工的迅速发展，对包装机械产生了委大的影响，出现了一系列以采用合成材料为包装材料的新包装工艺及设备。如机电密切结合的高速自动化包装机、调整操作方便的多功能包装机和劳动生产

18、率极高的自动包装线的大量出现，使包装机械在产业机械中成为瞩目的一个领域。日本在那个时期的包装机械生产每年平均增长率达20，进入稳定发展的80年代，增长率仍然高于10。80年代，各发达国家为了维护本国包装机械市场，扩大出口能力，积极采用其他领域的新技术（如微电子、激光、热管、新材料等），成为开创包装机械新局面的关键性年代。欧 家的包装机械生产，以大、中型企业为主，以联合经营的方式扩大在国际市场上的竞争实力。欧美制造厂在经营上，重视展览会上的成交和销售；在发展方针上，不太注重本公司产品的品种，而是注重增加在原有品种的基础上继续研究改进性能。日本的包装机械制造厂则中小企业为主，最拿手的是微电子技术，

19、用它来控制包装机，达以安全性高、无人操作、高生产率，大大提高了国际市场竞争能力。美国、德国、日本、意大利是世界上包装机械四强。美国美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械体系，其品种和产量均居世界之首。其产品以高、大、精、尖产品居多。现有包装机械制造企业700多家，1996年全美包装机械产值为439亿美元，90年代以来，美国包装机械市场以6左右的年均速度增长，据预测，2000年美国包装机械市场规模将达到50亿美元，2005年将达到68亿美元。新型机械产品中以成型、填充、封口三种机械的增长最快，裹包机和薄膜包装机占整个市场份额的15毕业作品网站（www.biyezuo

20、pin.cc）提供代做毕业设计服务，联系qq:625110801，厚纸盒封盒包装机在市场占有率中居第二位。美国的包装机械制造厂大部分附属于大包装材料厂，销售也完全依赖母公司。这是因为包装材料的产值一般是包装机械的20倍左右，机械产业与材料产业结合，自然获得了强大的资本后盾。而包装机械常常与包装材料一起进行系统化的销售，从而保证了其产品技术领先的地位。过去美国包装机械业是由小规模、家族式生产所构成，技术也甚为散乱，各自竞争。到今天，包装机械业务越来越多是由专业经理人员经营，建造的机械不单供应庞大的美国市场，也出口到全世界。美国的包装机械与计算机紧密结合，实现了机电一体化控制。据世界包装机械协会总

21、会（COPAMA）表示，1997年全球的包装机械销售额为180亿美元，其中美国制造商占了50亿美元，约为总数的28。据最近统计信息表明，美国包装机械占美国产业机械总值的1强，1995后美国包装机械产值402亿美元，产业机械产值为3536亿美元，比例为11；1996年此项比例为12。美国国内包装机械市场规模在世界上也是名称前茅。1992年为438亿美元，1998年为483亿美元。美国包装机械出口额也较大，1998年美国对中国的包装出口额为3578万美元，与1992年的641万美元相比，增长了401倍。中国已成为继加拿大、墨西哥、日本、英国、德国之后，美国包装机械的第6大出口市场。日本日本与美国、

22、德国相比，起步虽较晚，且包装设备经历了引进一消化一发展的研究过程，吸收国外的长处，并加以改进，目前已成为世界上仅次于美国的包装机械生产国。60年代以前，生产厂家不足60家，只能包装糖果、香烟等。6070年代，是日本包装机械工业起步阶段，产值增长非常高。包机由1960的38亿日元剧增到1970年的560亿日元。7080年代，增长速度虽不如60年代那么高，但年均增长率仍达13。8090年代，是日本包装机稳定增长的阶段，将微电子技术成功地应用于包装机械的控制，以后又将光导纤维技术、工业机械人技术、模块技术应用于包装机械，达到安全性高、无人操作、高生产率的水平，大大提高了其国际市场竞争力。日本的包装机

23、械制造厂以中小企业为主，包装机械的品种齐全，产品品种近500种,规格有700多个。其中，包装机械以中小型单机为主，具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点。90年代以来，已将变频调整、光电追踪、无触点电子开关、动态数据显示等技术运用在包装机械中。1992年产值达4670亿日本，近几年有所下降，1995年为4280亿日元，1996年回升到4400亿日元。亚洲是日本包装机械的主要出口市场。1996年日本对亚洲的包机出口额为221亿日元，比上一年增加22。占出口总额的比例，也由1994年底的59、1995年的60提高到1996年的65。从90年代以来，日本对中国的包机出口额连年大幅

24、增长，由1991年的128亿日元分别增加到1993年的404亿日元和1995年的594亿日元，1996年又增加了14亿日元。自1995年起，中国取代美国而成为日本包装机械的最大出口国。1996年，日本对中国的包装机械出口额为734亿日元，占出口总额的216。也就是说，日本出口的5台包装机械中就有一台是销往中国的。德国德国的包装设备在计量、制造、技术性能等方面居领先地位，特别是啤酒、饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点，享誉全球。如Hassiag、Boch、Rovema新论文网（）提供代写毕业论文服务，联系qq：1015083682等大公司生产的集机一电一液及微机控制于一体，

25、采用光电感应，靠光标控制袋长，并配有防静电装置。其中袋包装机速度达160袋分钟，大型自动包机UPM600的最大包装容积达80L，制袋尺寸达800mm1200mm。并能集制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序在一台单机上完成。Teepach Co.（茶叶包装公司）生产出世界上最高速的茶叶包装机，其速度达350袋分钟。所以为了使我国的包装设备在当今激烈的国际竞争当中占有一席位置，我国必须在这方面加大科技投入，积极培养具有良好创新能力的人才设计队伍，摆脱我国在某些大型号、高精密包装设备长期依赖国外进口的现状，研发出具有我国自主知识产权的先进包装设备。1.4标题内容1.4.121世纪包装机械基础技术的发

26、展重点：从发达国家的包装机械企业发展的成功经验可以得到启示：美、日、德、意等国家积极采用其他领域的新技术（如微电子、激光、热管、新材料等），开创包装机械新局面。21世纪包装机械基础技术的发展重点：机电一体化技术的应用、热管技术、基础配套技术、设计技术、模块化技术、制造技术。机电一体化技术和微机应用可提高包装自动化程度及可靠性和智能化程度；热管技术可提高包装机械的封口质量；基础配套技术中配套的电子元件、专用泵、阀产品、传感器、电机及电器控制元件，开发各种在线或离线的检测设备；采用模块化设计技术和CADCAM技术，可以提高包装机械在材料选择、加工装备与工艺技术的水平。 1.4.2坚持技术创新，不断

27、提高产品质量和开拓新品种加入企业集团后，企业将逐步成为产业技术开发和投e的主体。如美国的包装机械产业与材料产业结合，自然获得了强大的资本后盾。而包装机械常常与包装材料一起进行系统化的销售，从而保证其产品技术领先的地位。我国也可以尝试借鉴他们的成功建立技术创新的运行机制，采用产、学、研相结合的方式，积极创造条件，鼓励科研院所与企业结合的经验。国外包装机械的成功经验表明：企业用于研究与开发的投资占销售额的1，企业难以生存，占2可勉强维持，占5才有竞争力，而我国的包装机械企业平均水平不足1。因此，在技术日新月异的今天，国际竞争日趋激烈的今天，仅靠扩大投资、扩大规模的粗放经营已被淘汰，要多渠道、多层次

28、的增加科研经费，积极引进人才，开发出产销对路的高新技术产品。 1.4.3调整出口产品结构，开拓国际市场我国应该立足接受国外技术，洋为中用，开发出“新、奇、特”的包装设备，开拓国际市场。世界已进入信息时代，竞争呈现出高速度、高强度、全方位的新特点，实施电子商务是包装机械企业开拓国际市场的必然趋势。 1.4.4增加智力投入、加强科研队伍建设经济竞争的关键是技术竞争，技术竞争的实质是人才竞争，要在国内外市场竞争中取胜，必须重视培养和用好包装机械的技术人才，做到人尽其才。包装机械产品中的大部分生产线都是技术密集性产品，它是集机、光、电、磁、声、化、生、美为一体的高技术、高智能的产品，发展速度快、更新速

29、度快。因此，有远见的领导和企业家要切实地从政策上与物质上支持包装机械的教育、科研、设计部门，使它们走在包装机械生产的前面，而不是滞后于生产需求。科研体制与机制改革，将使包装机械的工作与产品开发和生产更密切地结合，它们或者联合生产产品，或者组成科技企业、企业集团，或者与生产企业形成合体。总之，包装机械科研单位要向经济实体方向转变。例如，株洲工学院与广东中山包装集团共同成立的广东中山包装分院，就是产、学、研相结合的典范，已取得了良好的经济效益和社会效益，值得推广。发展包装机械行业。既要有一大批学术带头人，专家队伍，也需要一批高级有管理技术人才，既懂经营、善于管理、有开拓精神懂得企业家队伍。在培养专

30、门人才的同时，也要有计划、全面系统地提高行业职工的整体素质。 2 FX2N系列PLC性能、程序设计和编程方法介绍2.1三菱FX2N系列可编程控制器性能特点1.1.1标题内容FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行时间高达0.08s每条指令，远远超过了很多大型可编程程序控制器。用户存储器容量可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，有5种模拟量输入/输出模块、高速记数模块、脉冲输出模块、4种位置控制模块、多种RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可实现模拟量控制、位置控制

31、和联网通信等功能。FX2N有3000多点辅助继电器、1000点状态、200多点定时器、200点16为加计数器、35点32位加/减计数器、8000多点16位数据寄存器、128点跳步指针、15点中断指针，这些编程元件对于一般的系统是绰绰有余的。 FX2N有128种功能指令，具有中断输入处理、修改输入滤波器时间常数、数学运算、逻辑运算、浮点数运算、数据检索、数据排序、PID运算、开平方、三角函数运算、浮点数运算、脉冲输出、脉宽调制、ASC码输出、BCD与BIN的相互转换、串行数据传送、校验码、比较触点等功能指令。FX2N内装时实钟，有时钟数据的比较、加减、读出/写入指令，可用与时间控制。FX2N还有

32、矩阵输入、10键输入、16键输入、数字开关、方向开关、7段显示器扫描显示、示教定时器等方便指令。详细技术性能表格参见附录。2.2梯形图的经验设计法简介在可编程控制器发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图，即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，不断地增加中间编程元件和辅助触点，最后才能得到一个较为满意的结果。这种设计方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，所以有人把这种设计方法叫做经验设计法，它可以用于简单的梯形图（如手动程序）的设计。用经验设计法设计复杂系统的梯形图，存在着以下问题：1设计方法很难掌握，设计周期长用经验法设计系统的梯形图时，没有一套固定的方法和步骤可以遵循，具有很大的试探性和随意性，对于不同的控制系统，没有一种通用的容易掌握的设计方法。在设计复杂系统的梯形图时，用大量的中间单元来完成记忆、联锁和互锁等功能，由于需要考虑的因素很多，它们往往又交织在一起，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些应该考