基于plc的全自动高速彩色不干胶商标机控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于plc的全自动高速彩色不干胶商标机控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

自动报警停车。 本次毕业设计根据印刷机的作业要求，设计印刷机的主电路，以及运转控制、寸动控制、定转控制、送纸控制、裁纸控制、吸风控制的控制电路，进行器件选型，并编制相关的 PLC 程序 . 全自动高速不干胶商标机的工作原理 印刷机进行印刷整个过程是由 PLC 进行控制的，在此系统中电气与机械相配合，来完成不干胶商标印刷机的印刷工作。 送纸电机，印刷主 电机，吸风电机，上光电机，裁纸电机等都是通过 PLC 对应的输入信号进行相应图 12 不干胶商标印刷机实物图 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 4 的动作，套印，上光等机械部分则是通过联轴器与主电机相连完成相应的程序。 全自动不干胶商标机的 控制功能： 1） 运转控制――实现对印刷纸张的拉料、商标纸的多色套印、商标纸的覆膜上光、半成品膜切以及膜切后的边角料排废，进行全自动印刷和印张计数。 2) 寸动控制――用于印刷机出厂前或维修时的手动调试，调节印刷时印刷机的机械位置配合关系以及系统动作的协调性。 3) 定转控制――用于印刷机换膜以及上色轮清洗时，使印刷机处于一个特殊位置，每 按定转按钮一次，印刷机完成一次印刷动作并停于此特殊位置。 4) 送纸控制――为印刷机提供自动送纸功能，防止拉料时阻力过大，造成套印错位而使图纸模糊。 5)裁纸控制――实现商标纸成品自动裁切，用户可以根据需要设定裁切方式，一旦裁切条件满足，裁刀落下完成裁切并自动记录裁切次数。 6)吸风控制――当印刷纸在工作台面上移动时，通过吸风增加印刷纸的附着力。 系统的设计 思路 全自动不干胶商标印刷机 的 三 大支柱是 离合器、接近开关 和程序控制器。 全自动不干胶商标印刷机 用传感装置有 电感式接近开关、光敏传感器。 程序 控制器是 全自动不干胶商标印刷机 的核心部件， 全自动不干胶商标印刷机 在工作过程中， 印刷机的送纸、吸风、印刷、覆膜、裁切等功 能的实现，均由程序控制器控制。 全自动不干胶商标印刷机的 自动控制系统，通过中央控制器控制 送纸电机 、 主马达 、 上光电机 、 裁纸电机等 实现 送纸、印刷、上光、裁切 等工作，并实现多种安全保护功能。 全自动不干胶商标印刷机 的自动化控制采用可编程控制器（ PLC）来实现。 220V 交流电经变频器，再经变频器变成三相交流电接 的主马达，由 PLC 控制离合器动作，从而使得主马达与套印机械部分有机结合，完成湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 5 套 印动作。 印刷送纸过程，送纸电机为单相感应式电机，采用电子控制电路进行调速，同时与点动延时送纸控制方式互相配合完成送纸。 套印一次，印刷凸块靠近电感式接近开关一次，从而记录印刷的张数。 当套印完成，纸张经过光电传感器，光电传感器会切断离合器电路，使得传送带停止动作，从而控制上光电机工作，对纸张进行覆膜。 在裁纸电路中，这里采用了两个接近开关，记录一次裁切的纸张采用了光电传感器，纸张经过一次，光电传感器动作一次，是得计数器计数一次，当达到裁切的张数， PLC 会控制裁纸电机进行动作，控制裁刀裁切一次，此时电感式接近开关 进行相应的动作，知道达到需完成的数量， PLC 驱动相应的指示灯进行提醒。 断开裁纸电机。 全自动不干胶商标印刷机系统的设计原则： （ 1）与生产工艺结合紧密 每个控制系统都是为完成一定的生产过程，各种不同的生产工艺要求，就对应有不同控制功能，即使是相同的生产过程，由于各设备工艺参数的差异，控制实现的方式也就不尽相同。 各种控制逻辑、控制运算都是由生产工艺决定的。 程序设计人员必须严格遵守生产工艺的具体要求设计应用软件，不能随心所欲。 （ 2）与硬件控制系统结合紧密 因为硬件系统可采用不同厂家的不同系 列所以软件系统就随之而变，不肯能采用一种语言形式进行程序设计。 （ 3）设计人员需要具备计算机和自动化控制方面的重 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 6 第 2 章 PLC 的历史和发展 PLC 的定义 PLC 即可编程控制器（ Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。 在 1987 年国际电工委员会（ International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可 以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能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。 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则。 PLC 的组成部分 CPU 运算和控制中心 起 “心脏 ”作用。 纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后 CPU 根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成 PLC 内部所认可的用户编译程序。 横：输入状态和输入 信息从输入接口输进， CPU 将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。 然后由 CPU 把数据和程序有机地结合在一起。 把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。 组成： CPU 由控制器、运算器和寄存器组成。 这些电路集成在一个芯片上。 CPU 通过地址总线、数据总线与 I/O 接口电路相连接。 存储器 具有记忆功能的半导体电路。 分为系统程序存储器和用户存储器。 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。 由只读存储器、 ROM 组成。 厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 7 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。 由随机存取存储器（ RAM）组成。 用户使用的。 断电内容消失。 常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为 3~5 年。 输入 /输出接口 （ 1）输入接口 ： 光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。 发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。 光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。 在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与 输入信号有线性关系。 输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。 当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。 向内部电路输入信号。 也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成 PLC 内部所能接受的数字信号。 （ 2）输出接口 PLC 的继电器输出接口电路 工作过程：当内部电路输出数字信号 1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。 当内部电路输出数字信号 0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。 也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 三种类型： 继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载 晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载 晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载 编程器 编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。 我们实验室使用的就是手 持编程器。 二种是通过 PLC 的 RS232 口。 与计算机相连。 然后敲击键盘。 通过 NSTPGR湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 8 软件（或 WINDOWS 下软件）向 PLC 内部输入程序。 PLC 的特点 1 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达30 万小时。 一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。 从PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继 电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。 此外， PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。 在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。 这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。 可以用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。 加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 3 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。 它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了 方便之门。 4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 9 小批量的生产场合。 5 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 控制系统的设计思想 由于可编程控制器具有操作方便、可靠 性高、体积小、使用寿命长等优点，故本系统选用了 西门子 公司生产的 S7200 作为控制核心。 根据印刷机的作业要求，系统控制功能由运转控制、寸动控制、定转控制、送至控制、裁纸控制、吸风控制等部分组成。 其中： 运转控制 —— 主要实现对印刷纸张的拉料、商标纸的多色套印、商标纸的覆膜上光、半成品膜切以及膜切后的边角料排废，进行全自动印刷和印张计数。 寸动控制 —— 用于印刷机出厂前或维修时的手动调试，调节印刷时印刷机的机械位置配合关系以及系统动作的协调性。 定转控制 —— 为了方便印刷机换膜以及上色轮清洗，在进行以上工作时，印 刷机都必须处于一个特殊位置，定转控制就是为此而设计，先在印刷机的联动轴上安装一个接近开关，通过寸动方式调节好最佳位置，以后每按定转按钮一次，印刷机完成一次印刷动作，检测到这个固定位置后，停止工作。 送纸控制 —— 印刷机在自动印刷过程中需要源源不断地提供印刷纸，为了防止拉料时阻力过大，造成套印错位而使纸模糊，本系统设计了自动送纸控制功能，当印刷纸的张力达到一定程度，送纸机构就点动送纸一张。 裁纸控制 —— 商标纸成品需要进行裁切，本系统设计了自动裁纸功能，用户可以根据需要设计裁切方式，一旦裁切条件满足，裁刀落下完成 裁切并自动记录裁切次数。 吸风控制 —— 是印刷机工作过程中的一个辅助控制环节，工作台面上开了很多小孔，这些小孔与吸风管相连，当印刷纸在工作台面上移动时，通过吸风管增加它的附着力。 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 10 第 3 章 硬件设计及工作原理 PLC 的选型 根据输入输出点数和系统所需，决定采用 西门子公司生产的 S7200 作为控制核心 图 3— 1 西门子 S7200 CPU226 PLC 外观图 电磁离合器的结构和工作原理 结构认识（摩擦片式电磁离合器）： 湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文） 11 电磁离合器的结构图如图 1 所示，主要由激磁线圈 、铁芯、衔铁、摩擦片及联接件等组成，一般采用直流 24V 作为电源。 动作原理分析： 主轴 1 的花键轴端，装有主动摩擦片 2，她可以沿轴向自由移动，因系花键联接，将随主动轴一起转动，从动摩擦片 3 与主动摩擦片交替娤叠，其外缘凸起部分卡在与从动齿轮 4 固定在一起的套筒 5 内，因而从动摩擦片可以随同从动齿轮，在主动轴转动时它可以不转，当线圈 6 通电后，将摩擦片吸向铁芯 7，衔铁 8 也被吸住，仅仅压住各摩擦片，依靠主、从动摩擦片之间的摩擦力，使从动齿轮随主动轴转动，线圈断电后，装在内外摩擦片之间的圈状弹簧使 衔铁和摩擦片复原，离合器即失去传递力矩的作用，线圈一端通过电刷和滑环 9 输入直流电，另一端可接地。