基于伺服系统、松下PLC及触摸屏的背封装机控制系统

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1、中山职业技术学院毕业设计论文题 目： 基于伺服驱动器、松下PLC 及触摸屏的背封装机控制系统 系 部： 电子信息工程系 专 业： 计算机控制技术 班 级： 09计控2班 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师: 完 成 时 间: 2011年12月20日 小 组 成 员: 41摘要该设计选用PLC对包装机工作过程进行编程，用触摸屏对包装机进行操作、包装参数的修改，该设计中的伺服驱动器对包装机纵封、横封、拉袋、切刀、供纸电机进行操作，在生产线上自动完成包装工作。自动包装机系我国引进国外先进技术，并加以消化吸收而生产的一种高品质、高性能的全自动包装机，具有完成自动送料、计量、制袋、填充、封口、打

2、印日期及成品输出等一系列自动功能。全自动包装机采用高精度伺服运膜系统、PLC程序控制、先进的触摸式人机界面、电光自动定位跟踪、数字式温控等，使整机的操作更加简单、完善，是食品包装行业提高生产效率，降低劳动强度，提高包装机档次的首要设备。解决了控制系统多，维修复杂等问题，同时该系统大大的降低了劳动力，大大的提高了工作效率。伺服驱动系统（Servo System）简称伺服系统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，例如数控机床等。使用在伺服系统中的驱动电机要求具有响应速度快、定位准确、转动惯量。关键词：松下PLC 、 触摸屏 、伺服驱动器 、数字式温控AbstractThe 

3、fully automatic packaging machine is our country to introduce advanced foreign technology, and to digest absorb and production of a kind of high quality, the high perform

4、ance of automatic packaging machine, with complete automatic feed, bag making, measuring, filling, sealing, date printing and finished product output and so on a series of

5、0;automatic function. The fully automatic packaging machine adopts the high accuracy servo film system, PLC program control, advanced touch interface, lightning automatic positioning tr

6、acking, digital temperature control, so the operation more simple, perfect, it is food packaging industry improve efficiency and reduce labor intensity, improve the quality of 

7、;primary packaging machine equipment. Solve the control system, such as repair complex problems, and that the system greatly reduce the labor force, and greatly improve the

8、60;working efficiency.  Servo drive System (Servo System) referred to Servo System, is a mechanical position or Angle as control object of the automatic control System, such as CNC machine tools, etc. Used in the drive motor servo system requires a response speed, accurate positioning, the

9、 rotation inertia.Keywords: Panasonic PLC、Touch screen、Servo Drive、Digital Temperature Control目录绪论11系统介绍21.1 PLC21.2 触摸屏41.3伺服驱动器51.4系统其他硬件62系统电气设计72.1主回路电路设计图72.2 PLC连接伺服控制系统的电路设计72.3温控连接包装机的电路设计72.4供纸传感器的电路设计83系统程序设计93.1 PLC输入输出端口分配103.2系统触摸屏的画面控制设计114设备的调整、操作方法144.1设备的调整144.2操作方法14总结15致谢16附录17参考文

10、献19绪论随着科学技术的进步，工业上越来越到用伺服控制系统的自动化机器，因此，充分理解伺服控制系统是十分重要的。在现代工业生产中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代 化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。现在许多食品和生活必需品都有独立包装为求保鲜，只要通过PLC、触摸屏和伺服电机组合起来加上完成该任务的程序就能自动化包装。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。通过PLC及变频器的控制系统的设计，解决了控制系统多，维修复

11、杂等问题，同时该系统大大的降低了劳动力，大大的提高了工作效率。该设计主要是通过松下PLC的部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制和伺服系统的任意变化的自动控制系统和触摸屏的人机界面调试来组合设计。其封装机由横封、侧封、切刀等过程完成包装。本毕业设计主要分析基于伺服驱动器、松下PLC及触摸屏的背封装机控制系统的原理及应用。1系统介绍该设计选用PLC及伺服系统将包装纸把底面和侧面加温封合，触摸屏用作包装机的简单控制及修改包装参数，该设计中的伺服驱动器对包装机纵封、横封、拉袋、切刀、供纸电机进行操作。当封合完毕时，通过电子组称将产品称量再放入已（底，侧）封合的包装袋里面，再由PLC及伺服系统将包装纸的顶

12、面封合。全过程由包装机自动化完成。在自动控制工业方面有很着广泛的用途，同时也给生产商节省很多人力，因此大大的提高工作效率、方便了操作、管理、减少了生产人员和劳动强度，是自动化规模生产必不可少的设备。1.1 PLC图1-1 松下PLC实物图在该设计中松下PLC型号选定为FPO-C16T。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工作环境下设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等。此PLC在该设计中外形占优势，功能也相当适合本设计要求。其外形和功能特点如下：1、小型尺寸W25×H90×D60mm。在尺寸方面优于一般的小型PC机，

13、可与机器组合控制为控制单元小型化作出贡献。32点的控制单元宽度为W30mm。2、最大可以扩展到3个单元128点。采用了无需扩展电缆的堆叠扩展方式。在扩展3单元的情况下宽度仅为105mm非常节省空间。3、扫描时间约为1ms的高速运算。500步的程序只需1ms就可处理完毕。处理速度可充分满足小型PLC的需求。4、配合小型机身的端子形状。继电器输出型采用了欧式端子台方式。可在拆卸端子台后进行接线作业。对批量生产的装置，配备了Molex连接器型的端子。晶体管输出型附带了散线连接器5、程序容量为10K型的产品最新上市。标准配备了日历挂时钟和RS232C端口。使用2次电池对运算内存进行了备份。 控制单元仅

14、有25mm，甚至扩展到I/O 128点，宽度也只有105mm。I/O 32点控制单元和S-LINK控制单元的宽度为30mm6、电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源和稳压电源供电。如果PLC自身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足要求，否则应设计外接电源。为防止外部高压电源因误操作引入PLC，对输入输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。1.2 触摸屏图1-2 触摸屏人机界面图为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或

15、键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。在该设计中触摸屏型号为HITECH，在触摸屏人机界面所设计的功能有纵封、横封、退料、切刀、制空袋。其功能如下：(1) 纵封：封合包装纸侧面。(2) 横封：封合包装纸底面和顶面。(3) 退料：减少多余放入包装纸的产品。(4

16、) 切刀：切割包装上下面，保持一定大小。(5) 制空袋：没有产品放入，自动作纵、横封和切刀运动。1.3伺服驱动器 图1-3 伺服电机实物图伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器， 伺服驱动器其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分。目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。 功率驱动单元首先通过三相全

17、桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。 伺服驱动器一般可以采用位置、速度和力矩三种控制方式，主要应用于高精度的定位系统，目前是传动技术的高端。随着伺服系统的大规模应用，伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服驱动器在当今比较重要的技术课题，越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术深层次研究。在该设计中伺服驱动器型号为Lexium23，其作用

18、为对应纵封、横封、切刀、拉袋、供纸等，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。多种控制模式Lexium23 伺服驱动器提供多种控制模式：n 位置控制模式：可以使用3种脉冲输入信号（脉冲/方向，CW/CWW，AB相信号）或者使用内置的8个运动任务n 速度控制模式：使用外部模拟量输入（±10V）或使用内部的3个速度寄存器n 扭矩控制模式：使用外部模拟量输入（±10V）或使用内部的3个扭矩寄存器n 切换模式：在此模式下位置、速度、扭矩控制可以通过数字输入进行两两之间的切换。1.4系统其他硬件基于伺服系统、松下PLC及触摸屏的背封装机控制系统其它硬件包括背封装机实训装

19、置、电脑一台、中间继电器、固态继电器及电源等。2系统电气设计由于该系统采用了PLC设计的程序来实现PLC及伺服控制系统的控制部分，减少了继电气控制线路多的问题。PLC及伺服控制系统的电气可分3个部分来设计即：主回路电路设计、PLC连接伺服控制系统的电路设计、温控连接包装机的电路设计、供纸传感器的电路设计。2.1主回路电路设计图电路设计图见附录A：2.2 PLC连接伺服控制系统的电路设计PLC连接伺服控制系统电路图见附录B：2.3温控连接包装机的电路设计图2-1 温控连接包装机的电路设计图2.4供纸传感器的电路设计图2-2 供纸传感器的电路设计图3系统程序设计包装机开始系统启动，手动对触摸屏选定

20、自动，选定后程序开始运行供纸传感器，然后检测供纸电机是否工作，若电机工作则到下个工作流程，反则回到供纸传感器感应。供纸电机工作后按照PLC编辑的程序包装机进行进料、横封、纵封、切刀等工作，完成前一任务算完成打包一个。打包一个后检测是否人工强行退出程序，若是有人工退出程序则结束系统程序停止包装机工作，反则回到供纸传感器感应，一直循环直到人工退出程序。开始系统启动供纸传感器感应供纸电机是否工作NOYES进料、横封、纵封、切刀完成打包强行退出结束YESNO图2-3 包装机工作流程图3.1 PLC输入输出端口分配1、输入信号：纵封、横封、退料、切刀、供纸、制空袋、电机启动和停止各都需要一个输入信号。2

21、、输出信号：PLC的输出用于伺服电机的运行，共需要7个端子。PLC的输入输出端子分配功能如表1所示端口功能端口功能COM电源供24VY1电池阀X1纵封Y2纵封X2横封Y3横封X3退料Y4温控开关X4切刀Y5退料X5供纸Y6切刀X6包装机启动显示Y7包装机启动显示表1 PLC输入输出功能表3.2系统触摸屏的画面控制设计触摸屏，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或

22、其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给 CPU，它同时能接收 CPU 发来的命令并加以执行。触摸屏的操作界面，该画面分为两个功能，操作界面是进入图 3-1、3-2 的画面的操作，监视界面是进入图 3-3的监视画面，图3-4是手动设计参数界面。图3-1 触摸屏语言选择界面图3-2 触摸屏人机选项界面图3-3 触摸屏控制包装机界面手动设计参数

23、界面：序号0.00产品编号参数画面袋长设定横封延时纵封延时切刀延时托料时间0.000.0000.00包装速度横封封合纵封封合切刀时间0.000.000.0000.000.000.00000000000mmSSSSb/minSSS保存参数下页主菜单自动手动报警12435678图3-4 手动设计参数界面切刀延时（XXX）：表示运膜结束后到切刀电磁阀得电前之间的等待时间(单位：秒)。其设定数以横封封合后，切刀再得电推出为准。切刀（XXX）：表示切断刀电磁阀得电时间（单位：秒）。其设定数以切刀能切断包装膜，又不影响下一袋的落下为准。横封（XXX）：表示横封电磁阀得电时间（单位：秒）。根据包装膜厚度及包

24、装速度而定，以包装膜封合牢固不漏气为准。纵封（XXX）：表示纵封电磁阀得电时间（单位：秒）。根据包装膜厚度及包装速度而定，以包装膜封合牢固不漏气为准。袋长（XXX）：表示不用色标电眼是包装膜可运行的长度（单位：毫米）。长度设置应为两色标中心距+10mm。4设备的调整、操作方法4.1设备的调整1、纵封翻边器的调整：用手拉开纵封翻边器，将包装袋袋纵封封合部分倒向指定的一面，放回翻边器将纵封压紧即可。2、成型器与纵封加热器的调整：成型器固定后，松开手柄，摇动调整螺杆，使纵封上下端与成型器下料桶相距2mm为准，锁紧手柄即可。3、包装袋纵封不齐边时的调整：当两边不齐边时，在开机状态放松开蝴蝶螺钉，转动调

25、整旋钮（第一滚筒可左右移动）运行4、5包后，观察两边若平齐且稳定后，锁紧蝴蝶螺钉即可。4.2操作方法1、打开机器总电源，将纵、横封轴、日期打印机预热至设定温度，横封轴等各滑动部位加适量润滑油。2、注意经常检查清洁纵、横封轴齿形封合部位。3、检查日期色带、包装膜的安装是否正确，电眼位置是否正确。4、打开日期打印机开关，将包装膜送至预定位置，启动电机，制出45个空袋后停机检查这些空袋是否合格，若合格则可打开下料开关正常工作。5、关机时要先关下料开关，再关电机电源，以免夹、损坏刀具。总结以前对电路的工作过程只能抽象地去理解，做电路板也都是进行简单的模仿，做这次毕业论文（设计）刚开始也是看着使用说明书

26、调试，结果不能调试出来，除了前面说所的原因外一个重要的原因就是没有完全理解封装机的电路图，并且自己的理解不一定符合封装机的工作原理要求，只有在使用说明书的基础上来看实物电路才知道包装机的工作原理。后来翻阅了有关书籍，关于这次毕业设计用到的一些电路的知识又重新复习了一下，终于完全明白了电路的原理，并且在以前的基础上自己把电路的各个部分划分好画到笔记本上，然后一步一步去加深了解，但是要在完全理解原理的情况下才能够自己设计程序对封装机进行自动化操作。首先要认清问题，认真分析问题，只有认真地去分析问题才能更好的解决问题，分析问题时必须具备细心，耐心，恒心和毅力，同时还要实事求是地分析问题，不能为了应付

27、课设的验收，更不能为了做程序和设计而做样版，要为了提高自己的动手能力，提高理解知识为目的，做程序和设计的每一步都要细心、耐心，认真考虑所遇到的问题，在实践中不断提高分析和动手能力。通过这次毕业论文（设计），提高了分析问题能力和动手能力，并验证了理论知识，通过实际测试，理论值和实际值有一定的差别，但是是在误差的允许范围内。致谢光阴似箭，岁月如梭，不知不觉我即将走完大学生涯的第三个年头，回想这一路走来的日子，父母的疼爱关心，老师的悉心教诲，朋友的支持帮助一直陪伴着我，让我渐渐长大，也慢慢走向成熟。 首先，我要衷心感谢一直以来给予我无私帮助和关爱的老师们，特别是我的导师李中帅老师，班主任陆泉森老师、

28、杨日容老师，专业课洪志刚老师、李海老师、林沐峰老师、林少茵老师。谢谢你们这四年以来对我的关心和照顾，从你们身上，我学会了如何学习，如何工作，如何做人。 其次，我还要真诚地谢谢09计控2班的每个同学，在这三年当中，你们给予了我很多帮助，在我的学习工作生活各个方面，你们给我提出了很多宝贵的建议，我的成长同样离不开你们。 再次，我还要认真地谢谢我身边所有的朋友和同学，谢谢你们，你们对我的关心、帮助和支持是我不断前进的动力之一，我的大学生活因为有你们而更加精彩。 最后，我要感谢我的父母及家人，没有人比你们更爱我，你们对我的关爱让我深深感受到了生活的美好，谢谢你们一直以来给予我的理解、鼓励和支持，你们是

29、我不断取得进步的永恒动力。附录附录A 电路设计图：附录B PLC连接伺服控制系统电路图：参考文献1廖常初.S7-200PLC 编程及应用M.北京：机械工业出版社，2007 2 三菱变频器+E700 使用手册（应用篇），2010 3松下FPO-C16T 系列 PLC 应用技术：人民邮电出版社，2006 4肖朋生.变频器及其控制技术：福建科学技术出版社，2004 5何衍生.常用 PLC 应用手册：电子工业出版社，2008 6吴丽.电气控制与 PLC 实用教程M.郑州：黄河水利出版社，2005 7马志广.实用电工技术.北京：中国电力出版社，2008 8杨筝.AutoCAD2008 电气工程设计.天津：天津大学出版社，2009 9岳庆来.变频器和可编程序控制器及触摸屏综合运用技术.北京：机械工业出版社，2009 10阮友德.电器控制与 PLC.人民出版社，200919